Mecanismo de Replicación del ADN en Procariotas

Mecanismo de Replicación del ADN: Modo de Acción de la ADN Polimerasa

Las ADN polimerasas son enzimas encargadas de catalizar la formación de enlaces éster entre nucleótidos consecutivos. Al extremo 3' se le añaden nucleótidos complementarios de la otra cadena que actúa como molde. Como sustrato utilizan trifosfatos, liberando pirofosfato inorgánico. Para polimerizar los nucleótidos es necesario suministrar energía.

En E. coli hay tres tipos de ADN polimerasa: I, II y III. Son enzimas procesivas, es decir, van avanzando sobre una hebra molde sin soltarse y, mientras van catalizando la reacción, añaden nucleótidos al extremo 3' de la otra cadena. Para esto, se requiere un cebador, un fragmento de cadena preexistente al que se añaden los nuevos nucleótidos. La ADN polimerasa I y III actúan en la actividad polimerasa y rompen enlaces fosfodiéster. La ADN polimerasa III se encarga de la replicación in vivo, actuando con muchas enzimas y proteínas para evitar errores, como la girasa, que desenrolla la cadena del ADN; las helicasas, que separan las dos hebras; y la ligasa, que une los fragmentos de ADN adyacentes que se forman.

Mecanismo de Replicación en Procariotas

La replicación en procariotas es bidireccional y comienza en el origen de replicación, como en E. coli. En este sitio se separan las dos cadenas del ADN. La replicación va avanzando en los dos sentidos y las dos hebras se copian a la vez. Para que esto ocurra, son necesarios complejos enzimáticos que van avanzando en las dos direcciones, y cada uno va copiando a la vez las dos cadenas del ADN.

Este proceso presenta una serie de desafíos:

Desmontaje de la Doble Hélice

El primer problema es el desmontaje de la doble hélice del ADN y la separación de las hebras. Un conjunto de enzimas, las helicasas, van desenrollando la hélice y separando las bases nitrogenadas que están unidas por puentes de hidrógeno. Otras proteínas, llamadas proteínas de unión a cadena sencilla (SSB), estabilizan las cadenas sencillas de ADN para que no vuelvan a unirse.

Síntesis del Cebador

El segundo problema es que la ADN polimerasa necesita la preexistencia de una cadena a la que añadir los nuevos nucleótidos. El complejo enzimático incluye una enzima llamada primasa, capaz de sintetizar una cadena corta de ARN que sirve de cebador. A partir de este cebador, la ADN polimerasa puede añadir desoxinucleótidos.

Síntesis Discontinua

Y, por último, el tercer problema es que las ADN polimerasas solo pueden sintetizar ADN en el sentido 5' a 3'. Esto se resuelve mediante la síntesis discontinua de la cadena rezagada, donde se forman los llamados fragmentos de Okazaki, que son una unión de ARN (cebador) y ADN. La ADN polimerasa I elimina los cebadores de ARN y los reemplaza con ADN, y la ligasa une los fragmentos de ADN adyacentes.

La apertura de la doble hélice forma una estructura llamada horquilla de replicación, y dentro de ésta se replica el ADN de forma continua en la cadena líder y de forma discontinua en la cadena rezagada.