ADN: La Molécula de la Herencia y su Proceso de Replicación Celular

El ADN: Molécula Portadora de Información Genética

La molécula portadora del mensaje genético debe cumplir con las siguientes características esenciales:

• Ser químicamente estable.
• Ser capaz de replicarse con alta fidelidad, asegurando la transmisión precisa de la información genética.
• Poder transmitirse de una generación a otra.
• Ser susceptible de experimentar cambios (mutaciones) que posibiliten la aparición de cierta variabilidad, fundamental para la evolución.

Varios investigadores clave contribuyeron al descubrimiento de que esta molécula fundamental es el ADN (Ácido Desoxirribonucleico).

La organización del material genético presenta diferencias fundamentales entre las células procariotas y eucariotas.

Células 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 está asociado a proteínas distintas de las histonas y no existe un núcleo definido donde se aloje el ADN.

Células Eucariotas

• La mayoría de su ADN no es codificante.
• Gran parte de este ADN es altamente repetitivo.
• Las secuencias codificantes no son continuas, sino que existen intrones (regiones no codificantes) y exones (regiones codificantes).
• El ADN se encuentra unido a proteínas (principalmente histonas) y se localiza en el interior del núcleo celular.

Replicación del ADN

El ADN tiene la capacidad de formar réplicas exactas de sí mismo, lo que permite disponer de dos copias idénticas. Estas copias se reparten posteriormente a las células hijas resultantes de una división celular, asegurando la transmisión fiel de la información genética.

El mecanismo de replicación es semiconservativo: cada nueva doble hélice de ADN está compuesta por una hebra que procede de la molécula original y una hebra recién sintetizada.

La replicación del ADN se lleva a cabo durante la fase S (síntesis) del ciclo celular.

Inicio de la Replicación

En esta etapa, el ADN comienza a prepararse para ser replicado. Intervienen varias enzimas clave:

• La helicasa: se encarga de desenrollar y separar las dos hebras de la doble hélice de ADN.
• Las topoisomerasas: alivian la tensión torsional generada por el desenrollamiento del ADN.
• Las proteínas SSB (Single-Strand Binding proteins): se unen a las hebras separadas para evitar que se vuelvan a unir y protegerlas de la degradación.

Formación de las Nuevas Hebras

A medida que la doble hélice del ADN original se va separando, se forma una estructura conocida como burbuja de replicación, donde se sintetizan las nuevas hebras. La enzima principal encargada de esta síntesis es la ADN polimerasa III. Sin embargo, esta enzima no puede iniciar la síntesis por sí misma; requiere de una cadena corta de ARN, denominada ARN cebador (o primer), para comenzar. Este ARN cebador es sintetizado por la enzima primasa.

Posteriormente, la eliminación de los ARN cebadores es realizada por la enzima ADN polimerasa I. Esta misma enzima posee también actividad polimerasa, lo que le permite rellenar el hueco dejado por la eliminación del cebador con nucleótidos de ADN.

La síntesis de una de las hebras de ADN es continua y se denomina hebra conductora (o líder). En contraste, la otra cadena se sintetiza de forma discontinua, en pequeños segmentos, y se conoce como hebra retardada (o rezagada). Los segmentos de ADN sintetizados de este modo se denominan fragmentos de Okazaki. Tras la eliminación de los ARN cebadores y el relleno de los huecos, los fragmentos de Okazaki se unen entre sí gracias a la acción de las enzimas ligasas.

Finalización de la Replicación

Al finalizar el proceso, cada hebra recién sintetizada se asocia con la hebra original que sirvió de patrón, enrollándose para formar dos nuevas dobles hélices de ADN, idénticas a la molécula parental.

Corrección de Errores

Durante y después del proceso de replicación, existen mecanismos de corrección de errores para asegurar la fidelidad de la copia del ADN. En este proceso posreplicativo de corrección de errores participan diversas enzimas, entre las que se incluyen:

• Endonucleasas y exonucleasas: enzimas que cortan el ADN para eliminar nucleótidos incorrectos o dañados.
• ADN polimerasas: algunas de estas enzimas tienen actividad de exonucleasa para corregir errores durante la síntesis, y también rellenan los huecos.
• ADN ligasas: unen los fragmentos de ADN después de la reparación.