Mecanismos de Replicación del ADN y Síntesis de Proteínas

Mecanismo de la Replicación

Se lleva a cabo durante la fase S del ciclo celular.

Inicio de la Replicación

En ciertas zonas del ADN donde existen determinadas secuencias de nucleótidos, interviene la helicasa que separa las dos hebras de ADN al romper los puentes de hidrógeno entre las bases nitrogenadas complementarias.

La separación y desespiralización de las dos hebras genera tensiones que son eliminadas por la intervención de las topoisomerasas, que cortan una de las dos hebras, o las dos. Cuando están separadas, las dos hebras se mantienen así por la acción de las proteínas SSB.

Formación de Nuevas Hebras

Comienza la síntesis de las hebras complementarias sobre cada una de las originales. Proceso llevado a cabo por ADN polimerasa III. Sus características son:

1. Necesita una hebra molde de ADN, en sentido 3'-5', sobre la que sintetiza la hebra complementaria.
2. Une nucleótidos en sentido 5'-3'; la nueva hebra formada crece en este sentido. Los nucleótidos que se van uniendo son los que se sitúan frente a los correspondientes nucleótidos complementarios del ADN molde.
3. Usa nucleótidos trifosfato, que proporcionan la energía necesaria para la unión.
4. No puede comenzar la síntesis por sí misma, pues solo puede añadir nucleótidos sobre el extremo 3' libre de una cadena polinucleotídica previa. Por esto es necesario una cadena corta de ARN, llamada ARN cebador, que es sintetizada por la primasa.

La doble hélice del ADN original se va separando, se forma la burbuja de replicación donde se produce la acción de la ADN polimerasa III. Existe una horquilla de replicación en cada extremo; el proceso es bidireccional. La síntesis de una de las hebras es continua, a medida que se abre la doble hélice la enzima va avanzando y añadiendo nuevos nucleótidos a la cadena en formación, conocida como hebra conductora.

La otra cadena es complementaria; la ADN polimerasa debería recorrerla en sentido 5'-3' añadiendo nucleótidos a la hebra en formación en sentido 3'-5', pero esto no es posible. La síntesis es discontinua y se produce en segmentos separados, conocida como hebra retardada.

Los segmentos de ADN sintetizados de este modo se conocen como fragmentos de Okazaki, que se unen gracias a las ligasas.

La enzima ADN polimerasa I elimina después los ARN cebadores gracias a su acción exonucleasa. Posee también actividad polimerasa, lo que le permite rellenar el hueco dejado por el ARN cebador eliminado.

Finalización

Cada hebra recién sintetizada y la que ha servido de patrón se disponen enrolladas, originando una doble hélice.

Síntesis de Proteínas

Ocurre de forma similar en procariontes y eucariontes, con pequeñas diferencias.

Iniciación de la Cadena Proteica

La subunidad pequeña del ribosoma y el ARNm se unen en un punto localizado cerca del codón AUG, el codón iniciador, que marca el inicio de la proteína. Entra en el sitio P un primer aminoacil-ARNt. Este primer ARNt lleva unido el aminoácido N-formilmetionina en procariontes. En eucariontes es la metionina. Todas las proteínas inician su síntesis con uno de estos aminoácidos. La subunidad pequeña del ribosoma, el ARNm y el primer aminoacil-ARNt forman el complejo de iniciación, que se une luego a la subunidad grande.

Elongación de la Cadena Proteica

Alargamiento de la cadena proteica. Se inicia cuando un segundo aminoacil-ARNt entra en el ribosoma y ocupa el sitio A, que está libre. Formación de un enlace peptídico entre el aminoácido que ocupa el sitio P y el nuevo aminoácido que ocupa el sitio A. Reacción de formación del enlace peptídico catalizada por la peptidil-transferasa. Como consecuencia de la formación de dicho enlace, el segundo ARNt queda unido por un extremo al dipéptido formado, y por el otro a su codón complementario. Se produce la translocación del ribosoma, que implica el desplazamiento del ribosoma a lo largo del ARNm en sentido 5'-3'. El primer ARNt abandona el ribosoma por el sitio E, y el peptidil-ARNt ocupa el sitio P; queda libre el sitio A. Otro aminoacil-ARNt se puede incorporar al sitio A.

Terminación de la Cadena Proteica

Tiene lugar cuando el ribosoma llega a un lugar del ARNm donde está el codón de terminación, que no es reconocido por ningún ARNt, sino por unos factores de liberación. Estos factores hacen que la peptidil-transferasa separe la cadena polipeptídica del ARNt por hidrólisis. Completada la traducción, la proteína formada, el ARNm y el ARNt abandonan el ribosoma, que se disocia en sus dos subunidades hasta el momento en que se inicie una nueva síntesis.