Replicacion del ADN

MODELOS DE REPLICACIÓN PROPUESTOS: SEMICONSERVATIVO, CONSERVATIVO Y DISPERSIVO

Modelo Semiconservativo: Cuando Watson y Crick (1953) propusieron el modelo de la Doble Hélice indicaron que dicho modelo sugería una forma sencilla de replicación. El modelo de replicación propuesto por Watson y Crick suponía que el ADN doble hélice separa sus dos hebras y cada una sirve de molde para sintetizar una nueva hebra siguiendo las reglas de complementariadad de las bases nitrogenadas. Dicho modelo recibión el nombre de Semiconservativo, ya que las dos dobles hélices recién sintetizadas poseen una hebra vieja (una mitad vieja) y otra hebra nueva (mitad nueva).

Frente al modelo Semiconservativo propuesto por Watson y Crick (1953) se postularon otros posibles modelos de replicación del ADN, uno de ellos se denominó Modelo Conservativo y otro Modelo Dispersivo.

Modelo Conservativo: cuando el ADN doble hélice se replica se producen dos dobles hélices, una de ellas tienen las dos hebras viejas (esta intacta, se conserva) y la otra doble hélice posee ambas hebras de nueva síntesis.

Modelo Dispersivo: Cuando el ADN doble hélice se replica se originan dos dobles hélices, cada una de ellas con hebras que poseen tramos viejos y tramos de nueva síntesis en diferentes proporciones.

Los siguientes esquemas representan los tres Modelos de Replicación:

Semiconservativo	Conservativo	Dispersivo

LA DIVISIÓN CELULAR EN EUCARIONTES: MITOSIS Y CITOCINESIS.

El ciclo celular consta esencialmente de dos fases que habitualmente se alternan, La interfase y la división celular. A su vez la Interfase de subdivide en periodo G₁, periodo de síntesis S y periodo G₂. La duración relativa de G₁, S y G₂ varía de un organismo a otro y dentro del mismo organismo según el tejido. La división celular comprende a su vez dos fenómenos diferentes e independientes que son la mitosis o cariocinesis (reparto del material nuclear) y la citocinesis (reparto del citoplasma). Habitualmente, después de una mitosis se produce una citocinesis. En G1 los cromosomas están constituidos por un solo cromatidio procedente de la segregación anafásica anterior. Para que una célula somática vuelva a entrar en división es necesario que antes se replique el material hereditario, por tanto, las células que entran en mitosis han pasado previamente por un período S de síntesis de ADN. De forma que cuando las células entran en mitosis, los cromosomas están en estado de dos cromatidios.

La Mitosis o Cariocinesis (reparto del material nuclear) consta de laza siguientes fases: Profase, Metafase, Anafase y Telofase. Cuando una célula somática con 2n cromosomas entra en mitosis, todos sus cromosomas están en estado de dos cromatidios. Los dos cromatidios hermanos de cada cromosoma son idénticos, contienen la misma información genética ya que se han originado a partir de doble hélice de ADN mediante replicación semiconservativa.

En la Interfase el material nuclear, la cromatina, se encuentra descondensada y se observa el nucleolo.

• Profase: la cromatina se va contrayendo gradualmente y al final de la profase desaparece la membrana nuclear y el nucleolo y los cromosomas comienzan a dirigirse al centro de la célula al ecuador.
• Metafase: los cromosoma alcanzan su máximo grado de condensación presentando sus bordes nítidos y se sitúan en la placa ecuatorial (centro de la célula). Tiene lugar la inserción de los microtúbulos (fibras) del huso acromático en los cinetocoros centroméricos. En la placa ecuatorial hay 2n cromosomas constituidos por dos cromatidios.
• Anafase: segregación o separación de los cromatidios hermanos de cada cromosoma y emigración a polos opuestos. Este tipo de segregación se denomina Anfitélica, los dos cromatidios de un cromosoma se separan y viajan a polos anafásicos opuestos. A cada polo viajan 2n cromatidios.
• Telofase: Termina la emigración a polos opuestos se descondensan los cromatidios se reconstruye la membrana nuclear y se reorganiza el nucleolo. Finalmente aparecen dos núcleos hijos idénticos que cada uno contiene 2n cromatidios.

Después la citocinesis reparte el material citoplasmático y aparecen dos células hijas idénticas. La citocinesis en células vegetales se produce por coalescencia de vesículas del aparto de Golgi que dan lugar al fragmoplasto figura en forma de tonel que adquiere el huso acromático, al ser empujadas sus fibras hacia fuera,  el crecimiento de dicho tabique se produce del interior hacia el exterior de la célula. En las células animales la citocinesis tiene lugar por estrangulamiento de fuera hacia dentro.

Fases del ciclo celular : meristemo radicular de cebolla
Interfase	Profase	Metafase	Anafase Temprana
Anafase Tardía	Telofase temprana	Telofase tardía	Dos células

INICIACIÓN MEDIANTE ARN CEBADOR

Como ya hemos dicho anteriormente, las ADN polimerasas solamente saben sintetizar ADN en la dirección 5' - 3' añadiendo nucleótidos al extremo 3' OH de otro nucleótido. Para que puedan iniciar la síntesis de ADN necesitan un extremo 3' OH al que ir añadiendo nucleótidos, y ese extremo 3' OH lo suministra un ARN de pequeño tamaño alrededor de 25 a 30 ribonucleótidos que se denomina ARN cebador o "primer".

La síntesis de ADN comienza, por tanto, sintetizando un  corto segmento de ARN denominado cebador, dicho cebador lo sintetiza un enzima denominado Primasa. La Primasa es una ARN polimerasa que utiliza como molde ADN. Todos los fragmentos de Okazaki comienzan por un Cebador. Posteriormente, la Holoenzima de ADN polimerasa III lleva a cabo la síntesis del fragmento de ADN correspondiente hasta llegar al siguiente cebador. En ese momento, la ADN polimerasa I sustituye a la Holoenzima de ADN polimerasa III. La ADN polimerasa I se encarga de retirar el ARN cebador mediante su actividad exonueótídica 5'P - 3' OH y al mismo tiempo rellena el hueco sintetizando ADN.

 LAS ADN POLIMERASAS DE E. Coli.

En la bacteria E. coli Arthur Kornberg encontró tres ADN polimerasas diferentes, la ADN Pol I, ADN Pol II y ADN Pol III. Por sus estudios sobre la replicación del ADN y las polimerasas le concedieron el Premio Nobel en 1959.

Las principales etapas de la síntesis de ADN son:

• Síntesis de los desoxirribonucleótidos monofosfato (dNMPs): dAMP, dTMP, dGMP y dCMP.
• Fosforilación mediante Quinasas de los dNMP, para convertirlos en desorribonucleótidostrifosfato dNTPs: dATP, dTTP, dGTP y dCTP.
• Polimerización o síntesis del ADN: selección de los dNTPs complementarios a las de la cadena molde y formación del enlace fosfodiéster entre el extremo 3' del nucleótido (dNTP) anteriormente incorporado y el extremo 5'P del siguiente dNTP.

Las ADN Polimerasas de E. coli solamente saben sintetizar (polimerizar) ADN en la dirección 5'P - 3'OH.

OTRAS ENZIMAS QUE INTERVIENEN EN LA REPLICACIÓN: LIGASAS, GIRASAS, TOPOISOMERASAS, ETC.

Además de las ADN polimerasas I y III, de la ARN-Polimerasa o Primasa que sintetiza el cebador y de las Ligasas que unen las piezas de Okazaki, en la replicación del ADN intervienen otras enzimas. Algunas de estas enzimas son las siguientes:

• Helicasas: son enzimas que rompen los puentes de hidrógeno que mantienen unidas las dos cadenas de la doble hélice. Entre las helicasas de E. coli se encuentran las proteínas Dna B y Rep. La proteína Rep parece ayudar a desenrollar la doble hélice por delante de la polimerasa.
• La proteína SSB: se une al ADN de hélice sencilla y lo estabiliza retrasando la regeneración de la doble hélice.

La acción de las Helicasas durante la replicación genera retorcimientos que deben ser eliminados. El ADN circular puede sufrir enrollamientos y retorcimientos, dichos superenrollamientos se generan y eliminan por enzimas denominadas Topoisomerasas.

• Topoisomerasas: pueden producir o eliminar nudos o enlaces en una hélice. existen toposiomerasas de la clase I que cortan solamente una de las dos hélices y topoisomerasas de la clase II que cortan ambas cadenas. En E. coli, las enzimas Topi I i Topo III pertenecen a la clase I, mientras que la la Girasa es de la clase II. Cuando se separan las dos hélices durante el avance de la horquilla de replicación se producen superenrollamientos positivos en otras regiones que relajan la tensión. La Girasase necesita para eliminar los superenrollamientos positivos que se generan por delante de la horquilla de replicación.