Duplicación y transcripción del ADN en procariotas y eucariotas

Duplicación del ADN: Mecanismos Esenciales en la Vida Celular

La duplicación del ADN, también conocida como replicación, es un proceso fundamental mediante el cual, a partir de una molécula de ADN preexistente, se genera una copia idéntica. Este mecanismo asegura la transmisión fiel de la información genética durante la división celular. Inicialmente, se propusieron tres modelos teóricos para explicar este proceso:

• Semiconservativa: Propone que cada nueva molécula de ADN conserva una de las hebras originales y sintetiza una hebra complementaria nueva.
• Conservativa: Sugiere que la molécula de ADN original se mantiene intacta y se genera una molécula completamente nueva.
• Dispersiva: Plantea que las moléculas de ADN resultantes están formadas por fragmentos combinados de ADN antiguo y recién sintetizado.

El modelo semiconservativo, propuesto por Watson y Crick, es el que se ha demostrado experimentalmente como correcto.

Duplicación en Células Procariotas

En las células procariotas, como las bacterias, el proceso de duplicación del ADN se lleva a cabo en el citoplasma y presenta las siguientes fases:

A) Fase de Iniciación

El proceso comienza en una secuencia específica del ADN denominada origen de replicación (oriC). La enzima helicasa rompe los puentes de hidrógeno entre las dos hebras complementarias, separándolas. A continuación, las enzimas topoisomerasas alivian la tensión generada por el desenrollamiento, y las proteínas estabilizadoras (SSB) se unen a las hebras separadas para evitar que se vuelvan a unir. Esto crea una estructura conocida como horquilla de replicación. Dos horquillas de replicación que se mueven en direcciones opuestas forman una burbuja u ojo de replicación.

B) Fase de Elongación

En esta fase, intervienen varias enzimas clave:

• ARN polimerasas (primasas): Sintetizan un pequeño fragmento de ARN, llamado cebador o primer, que proporciona un extremo 3'-OH libre para que la ADN polimerasa pueda comenzar a añadir nucleótidos.
• ADN polimerasas: Existen varios tipos, pero la ADN polimerasa III es la principal enzima responsable de la elongación. Añade nucleótidos al extremo 3' del cebador, siguiendo la secuencia de la hebra molde, en dirección 5'-3'.

Debido a que las hebras de ADN son antiparalelas (una va en dirección 5'-3' y la otra en 3'-5'), la síntesis de ADN ocurre de manera diferente en cada hebra:

• Hebra conductora (líder): Se sintetiza de forma continua en dirección 5'-3'.
• Hebra retardada (rezagada): Se sintetiza de forma discontinua en fragmentos cortos, llamados fragmentos de Okazaki, también en dirección 5'-3'. Cada fragmento de Okazaki requiere un nuevo cebador.

Posteriormente, la ADN polimerasa I elimina los cebadores de ARN y los reemplaza con ADN. Finalmente, la enzima ADN ligasa une los fragmentos de Okazaki, formando una hebra continua.

Duplicación en Células Eucariotas

La duplicación del ADN en células eucariotas, como las de los animales y las plantas, es más compleja que en las procariotas, aunque los principios básicos son los mismos. Se lleva a cabo en el núcleo y presenta algunas diferencias clave:

• El ADN eucariota está asociado a proteínas llamadas histonas, formando la cromatina.
• El ADN eucariota es mucho más largo que el ADN procariota.
• Existen múltiples orígenes de replicación en cada cromosoma, denominados replicones, que se activan de forma coordinada.
• Los fragmentos de Okazaki son más pequeños en eucariotas.
• El proceso es más lento debido a la presencia de histonas y la mayor complejidad del ADN.

Transcripción del ADN: Síntesis de ARNm

La transcripción es el proceso mediante el cual se sintetiza una molécula de ARN mensajero (ARNm) a partir de una secuencia de ADN. Esta molécula de ARNm lleva la información genética desde el ADN hasta los ribosomas, donde se sintetizan las proteínas. En las células eucariotas, la transcripción ocurre en el núcleo, mientras que en las procariotas tiene lugar en el nucleoide. La transcripción solo se produce en una de las dos hebras de ADN, la hebra molde.

Transcripción en Células Procariotas

En procariotas, la transcripción es llevada a cabo por una única enzima, la ARN polimerasa. El ADN contiene regiones específicas:

• Promotor: Región del ADN que no se transcribe, pero a la que se une la ARN polimerasa para iniciar la transcripción.
• Unidad de transcripción: Región del ADN que sí se transcribe a ARNm.

A) Fase de Iniciación

La ARN polimerasa se une al promotor, específicamente a una secuencia de consenso dentro de este. La enzima reconoce e indica la posición del primer nucleótido que se va a transcribir.

B) Fase de Elongación

La ARN polimerasa se desplaza a lo largo de la hebra molde de ADN, añadiendo nucleótidos de ARN complementarios a la secuencia de ADN, en dirección 5'-3'. La velocidad de síntesis es de aproximadamente 40 nucleótidos por segundo.

C) Fase de Finalización

La ARN polimerasa continúa transcribiendo hasta que encuentra una secuencia específica de terminación en el ADN (terminador), por ejemplo, GCTTT. En este punto, la ARN polimerasa se libera del ADN y la transcripción finaliza.