El ADN: Replicación, Estructura y Función

El ADN: Molécula Portadora de la Información Genética

El ADN, portador del mensaje genético, debe ser:

• Químicamente estable.
• Capaz de replicarse y originar copias de sí misma.
• Transmisible de una generación a otra.
• Susceptible de cambios que posibiliten la aparición de cierta variabilidad.

Experimentos de Griffith

Los experimentos de Griffith demostraron que:

• La información genética está contenida en un componente celular.
• El material genético constituye un portador activo de la información genética aunque la célula que lo contenga no esté viva.

Experimentos de Hershey y Chase

Hershey y Chase demostraron, utilizando bacteriófagos marcados radiactivamente, que esta molécula es el ADN.

Organización del Material Genético

Diferencias entre Procariotas y Eucariotas

Procariotas

• Prácticamente todo el ADN de la célula se emplea como información para la síntesis de proteínas.
• El gen codificador de cada proteína se compone de una secuencia continua de nucleótidos.
• El ADN no está asociado a proteínas.
• No existe un núcleo donde se aloje el ADN.

Eucariotas

• La mayoría del ADN no es codificante.
• Gran parte es altamente repetitivo.
• Las secuencias codificantes no son continuas, sino que existen intrones y exones; los primeros, no codificantes.
• El ADN se encuentra unido a proteínas.
• El material genético está situado en el interior del núcleo.

Replicación del ADN

El ADN puede formar réplicas exactas de sí mismo, obteniendo dos copias iguales que posteriormente se reparten a las células hijas obtenidas en una división celular. La forma de realizar la replicación es semiconservativa, pues en cada doble hélice de las moléculas resultantes, una hebra procede de la original y la otra es producto de una nueva síntesis.

Mecanismo de Replicación

La replicación de la célula se lleva a cabo durante la fase S del ciclo celular.

Inicio de la Replicación

Comienza a prepararse el ADN para ser replicado. Actúan varias enzimas:

• Helicasas: Separan las dos hebras de ADN al romper los puentes de hidrógeno que existen entre las bases nitrogenadas complementarias.
• Topoisomerasas: Cortan una de las dos hebras o las dos para eliminar tensiones.
• Proteínas SSB: Mantienen separadas las dos hebras.

Formación de las Nuevas Hebras

A medida que la doble hélice del ADN original se va separando, se forma la burbuja de replicación, donde se sintetizan las nuevas hebras. La enzima que lo realiza es la ADN polimerasa III, que tiene las siguientes características:

• Necesita una hebra molde de ADN, que recorre en sentido 3' 5', sobre la que sintetiza la hebra complementaria.
• Une nucleótidos en sentido 5' 3'.
• Utiliza nucleótidos trifosfato, los cuales proporcionan, al mismo tiempo, la energía necesaria para la unión.
• No puede comenzar la síntesis por sí misma, pues solo es capaz de añadir nucleótidos sobre el extremo 3' libre de una cadena polinucleotídica previa. Por este motivo, es necesario que exista una cadena corta de ARN (ARN cebador) que después se elimina. El ARN cebador es sintetizado por la enzima primasa, la cual, utilizando ADN como molde, sintetiza un ARN complementario de este.
• La síntesis de una de las hebras es continua (hebra conductora), pues a medida que se abre la doble hélice, la enzima va avanzando y añadiendo nuevos nucleótidos a la cadena en formación.
• La otra cadena se sintetiza de forma discontinua (hebra retardada). Los segmentos de ADN sintetizados de este modo se conocen como fragmentos de Okazaki. Cada fragmento de Okazaki requiere un ARN cebador para iniciar la síntesis.
• La eliminación de los ARN cebadores la realiza la enzima ADN polimerasa I. Esta misma enzima posee también actividad polimerasa, por lo que puede rellenar el hueco dejado. Tras la eliminación de los ARN cebadores, los fragmentos de Okazaki se unen gracias a la acción de las ligasas.

Finalización

Cada hebra recién sintetizada y la que ha servido de patrón se disponen enrolladas originando una doble hélice.