El proceso de replicación del ADN: De la célula madre a las células hijas

La duplicación del ADN es un acontecimiento fundamental en la vida de una célula. En la década de 1850, el patólogo austriaco Rudolf Virchow se percató de que todas las células provienen de células preexistentes. Todos los billones de células de tu cuerpo son descendientes (comúnmente llamadas células hijas) de otras células, que proceden de cuando eras un óvulo fecundado. Es más, casi cada célula de tu cuerpo contiene la misma información genética, que es igual a la que había en el óvulo fecundado.

Para lograr esto, las células se reproducen por medio de un proceso complejo en el cual una célula madre se divide por la mitad, formando así dos células hijas. Cada célula hija recibe una copia perfecta de la información genética de la célula madre. En consecuencia, en una etapa temprana de la división celular, la célula madre debe sintetizar dos copias exactas de su ADN, por medio de un proceso llamado duplicación del ADN (también conocido como replicación del ADN).

Muchas células en un humano adulto nunca se dividen y, por consiguiente, no duplican su ADN. En la mayoría de los millones de células que sí se dividen, de manera irreversible, el inicio de la duplicación del ADN compromete a la célula a dividirse. Si una célula intentara duplicar su ADN, sin contar con suficiente materia prima o energía para completar el proceso, podría morir. Por eso, el momento de la duplicación se regula de forma cuidadosa, asegurando así que la duplicación del ADN no comience a menos que la célula esté lista para dividirse. Estos controles aseguran también que el ADN de la célula se replique exactamente una vez antes de cada división celular.

A través de un mecanismo complejo en el que participan muchas otras moléculas, la miostatina evita que las células premusculares repliquen su ADN. Así, las células dejan de dividirse y la cantidad de células musculares maduras se ve limitada. Como la miostatina mutada del ganado Belgian Blue no inhibe la duplicación del ADN, las células premusculares continúan dividiéndose para producir más células musculares. Una vez que una célula toma la decisión de dividirse, duplica su ADN. Recuerda que el ADN es un componente de los cromosomas. Cada cromosoma contiene una molécula de ADN. La duplicación del ADN produce dos moléculas idénticas de ADN, una de las cuales se transferirá a cada una de las nuevas células hijas.

La replicación del ADN: Dos moléculas idénticas

La duplicación del ADN produce dos moléculas de ADN idénticas, cada una con una cadena original (parental) y otra nueva (cadena hija). El apareamiento de bases es el cimiento de la duplicación del ADN. Durante la duplicación, se separan las dos cadenas del ADN parental de doble hélice. Los nucleótidos libres que son complementarios de los que están en cada cadena parental se unen para formar nuevas cadenas hijas. Cada cadena parental y las nuevas cadenas hijas forman luego dos nuevas moléculas de ADN.

Enzimas llamadas ADN helicasas separan la doble hélice del ADN parental, de manera que las bases de las dos cadenas de ADN dejan de formar pares entre sí. Ahora deben sintetizarse las cadenas de ADN complementarias a las dos cadenas parentales. Otras enzimas, llamadas ADN polimerasas, avanzan a lo largo de cada cadena separada de ADN parental, combinando las bases de la cadena con nucleótidos libres.

Una vez que termina la duplicación, una cadena de ADN parental y su cadena hija de ADN recién sintetizada y complementaria se enrollan una alrededor de la otra y forman una molécula de ADN. Al mismo tiempo, la otra cadena parental y su cadena hija se enrollan una alrededor de la otra para formar una segunda molécula de ADN. Al formar una nueva molécula de ADN, el proceso de duplicación del ADN conserva una cadena de ADN parental y una nueva cadena hija recién sintetizada. Por eso, a este proceso se le conoce como duplicación semiconservativa.

Las secuencias de las bases de las nuevas moléculas de ADN son idénticas a la secuencia de las bases de la molécula de ADN parental y, por supuesto, entre sí. En este punto, las dos nuevas moléculas de ADN son todavía parte de un solo cromosoma, mientras que la célula se prepara para dividirse. El ADN de cada cromosoma de la célula se duplica de la misma forma, de manera que todos los cromosomas contienen dos moléculas de ADN. Cuando la célula se divide, una molécula de ADN de cada cromosoma se envía a cada célula hija. Así, las dos células hijas normalmente reciben exactamente la misma información genética que contiene la célula madre.

Los tres pasos principales de la replicación del ADN

La ADN helicasa separa las cadenas de ADN parentales: Junto con diversas enzimas, la ADN helicasa (la enzima que separa la doble hélice) actúa para romper los puentes de hidrógeno entre los pares de bases complementarias, que mantienen juntas las dos cadenas de ADN parentales. Esta acción separa y desenrolla la doble hélice parental y forma una burbuja de duplicación. Dentro de esta burbuja de duplicación, las bases de nucleótidos de estas cadenas de ADN parentales ya no forman pares entre sí. Cada burbuja de duplicación contiene dos horquillas de duplicación donde las dos cadenas de ADN parentales dejan sus nucleótidos expuestos que van a servir de molde para la síntesis de las nuevas cadenas hijas de ADN.