Transcription
La replicación del DNA: aspectos generales.
La replicación del DNA es semi-conservativa, con cada cadena parental actuando como molde para la síntesis de una nueva cadena complementaria.
En primer lugar, el DNA se desenrolla y se rompen los puentes de hidrógeno entre las dos cadenas. Este proceso es ayudado por la enzima helicasa. Las proteínas en las antes a cadena simple (SSB) evitan que las cadenas se vuelvan a unir. Esto crea una burbuja de replicación. Las burbujas de replicación se forman en múltiples lugares a lo largo de la molécula de DNA, aumentando considerablemente la velocidad de la replicación.
Echemos un vistazo más de cerca a un extremo de la burbuja de replicación. Esto es una horquilla de replicación. Una vez que las cadenas han sido desarrolladas y separadas, la DNA polimerasa puede comenzar a construir una nueva cadena.
La hebra conductora es la nueva cadena que crece de modo continuo hacia la horquilla de replicación. La DNA polimerasa construye la nueva cadena en dirección 5' a 3'. Sin embargo, la DNA polimerasa no puede iniciar una nueva cadena; solo puede prolongar una cadena preexistente. La RNA primasa coloca los primeros nucleótidos de la nueva cadena. El segmento resultante de RNA cebador proporciona un extremo 3' libre al que enlazarse. La DNA polimerasa puede ahora ir colocando los nucleótidos complementarios a medida que se desplazan a lo largo de la cadena molde. Obsérvese que la DNA polimerasa lee la cadena molde en dirección 3' a 5'. La hélice continúa desarrollándose y abriéndose, permitiendo a la hebra conductora crecer de modo continuo en la dirección de la horquilla de replicación. Más tarde, un tipo diferente de DNA polimerasa reemplaza el cebador de RNA por DNA.
¿Cómo se forma la nueva cadena de DNA?
Veamos el proceso con más detalle. Echemos un vistazo más de cerca a la construcción de la nueva cadena de DNA. La DNA polimerasa 3 trae el siguiente nucleótido trifosfato. Obsérvese los tres grupos fosfato. La energía es liberada cuando se rompe este enlace. Esta energía se usa para polimerizar la nueva cadena de DNA. La polimerización es el proceso por el que se forman las nuevas cadenas. Observemos el proceso de acción otra vez. La energía se libera. El fosfato se une al grupo hidroxilo libre. Los puentes de hidrógeno se forman entre los nucleótidos. Así es cómo se polimerizan las nuevas cadenas de DNA.
Ahora echamos un vistazo a la hebra rezagada.
La hebra rezagada se sintetiza en dirección opuesta a la del avance de la horquilla de replicación. La hebra rezagada es la nueva cadena que crece de modo discontinuo, alejándose de la horquilla de replicación. En primer lugar, la RNA primasa añade un fragmento de RNA cebador. Entonces, la DNA polimerasa comienza a sintetizar la nueva cadena de DNA. Antes de que pueda continuar la síntesis de la hebra rezagada, la hélice debe continuar desarrollándose. Así, la hebra rezagada se sintetiza de manera discontinua. Una vez más, la RNA primasa comienza la nueva cadena. Los tramos discontinuos se denominan fragmentos de Okazaki. Al igual que en la hebra conductora, una DNA polimerasa diferente cambia el cebador de RNA por DNA. Esta DNA polimerasa cambia el RNA por DNA. Bien, y entonces una ligasa sella la unión de los fragmentos de DNA. La replicación continúa de este modo a lo largo de la hebra rezagada, sintetizando fragmentos a medida que la hélice se desenrolla. La nueva cadena es una copia exacta de la otra cadena parental.
Fijémonos ahora en el conjunto de la burbuja de replicación.
Las hebras conductora y rezagada comienzan a replicarse, trabajando en direcciones opuestas. Mientras tanto, otra hebra conductora se está replicando sobre la cadena opuesta de la burbuja. Hay una segunda hebra rezagada en el extremo opuesto. Y ahora, una segunda DNA polimerasa añade desoxirribonucleótidos, cambiando los fragmentos de RNA por DNA. Finalmente, una ligasa sella la unión de los fragmentos de DNA.
Ahora veamos la burbuja de replicación completa en acción. Pero no. Este proceso continúa en ambas direcciones hasta que la molécula completa de DNA ha sido replicada. Hay múltiples burbujas de replicación a lo largo de la molécula de DNA. Las burbujas continúan creciendo hasta que llegan a unirse. Ahora tenemos dos moléculas completas de DNA.