Proceso de Replicación y Transcripción del ADN: Mecanismos y Enzimas Clave

Replicación del ADN: El Proceso de Duplicación Genética

La replicación del ADN es un proceso fundamental para la vida, asegurando la transmisión fiel de la información genética. Se basa en el apareamiento de bases complementarias: Adenina (A) con Timina (T), y Citosina (C) con Guanina (G). Es importante notar que en la síntesis de ARN, la Timina (T) es reemplazada por Uracilo (U).

Características Clave de la Replicación

• Semiconservativa: Cada nueva molécula de ADN contiene una hebra original y una hebra recién sintetizada.
• Ordenada y Secuencial: El proceso sigue una serie de pasos bien definidos.
• Requiere Molde y Cebador: Necesita una hebra de ADN preexistente como molde y un cebador (primer) para iniciar la síntesis.
• Discontinua en una hebra: Debido a la polaridad de las hebras y la dirección de la ADN polimerasa, una de las hebras se sintetiza de forma continua y la otra de forma discontinua.
• Utiliza Sustratos Activados: Emplea nucleótidos trifosfato (NTPs) como precursores.
• Proceso Enzimático Preciso: La ADN polimerasa es una enzima altamente exacta.

Síntesis Discontinua: Los Fragmentos de Okazaki

La síntesis de ADN ocurre siempre en dirección 5' a 3', mientras que la hebra molde se lee en dirección 3' a 5'. Esto da lugar a:

• Hebra Conductora (Leading Strand): Se sintetiza de forma continua en la dirección 5' a 3'.
• Hebra Retardada (Lagging Strand): Se sintetiza de forma discontinua en pequeños fragmentos conocidos como fragmentos de Okazaki.

La enzima responsable de sintetizar los cebadores de ARN, necesarios para iniciar la síntesis de ADN, es la Primasa (una ARN polimerasa).

Unión de Fragmentos y Fidelidad del ADN

La ADN ligasa es crucial para unir los fragmentos de Okazaki, formando un enlace covalente entre ellos.

La alta fidelidad de la replicación del ADN se mantiene gracias a varios mecanismos:

• Selección de Bases Nitrogenadas: La ADN polimerasa selecciona las bases nitrogenadas correctas para el apareamiento.
• Actividad Correctora (Exonucleasa 3'-5'): La mayoría de las ADN polimerasas poseen una actividad exonucleasa que elimina nucleótidos mal emparejados.
• Sistemas de Reparación Específicos: Existen mecanismos celulares dedicados a corregir errores que escapan a la corrección de la polimerasa.

Pasos y Enzimas Clave en la Replicación

• Helicasa: Separa las dos hebras de la doble hélice del ADN, consumiendo ATP.
• Topoisomerasa II: Alivia la tensión generada por la separación de las hebras, evitando el superenrollamiento.
• Proteínas de Unión a Cadena Sencilla (SSB): Mantienen separadas las dos hebras de ADN, impidiendo que se vuelvan a unir.
• Primasa: Enzima tipo ARN polimerasa que sintetiza pequeños fragmentos de ARN (cebadores) para iniciar la síntesis de ADN.
• ADN Ligasa: Une los fragmentos de ADN mediante la formación de enlaces fosfodiéster.
• ADN Polimerasas (I, II, III): Son las principales enzimas responsables de la síntesis de nuevas hebras de ADN y de la corrección de errores.

Transcripción del ADN: De ADN a ARN

La transcripción es el proceso mediante el cual se sintetiza una molécula de ARN a partir de una hebra molde de ADN. Este proceso ocurre principalmente en el núcleo celular. La enzima clave es la ARN polimerasa.

Productos de la Transcripción

Los productos principales de la transcripción son:

• ARN mensajero (ARNm): Contiene la información para la síntesis de proteínas.
• ARN ribosomal (ARNr): Componente estructural de los ribosomas.
• ARN de transferencia (ARNt): Transporta aminoácidos al ribosoma durante la síntesis de proteínas.

Etapas de la Transcripción

1. Iniciación

La ARN polimerasa se une a una secuencia específica en el ADN llamada promotor, ubicada en la hebra molde. En procariotas, la ARN polimerasa se une directamente al promotor. En eucariotas, esta unión está mediada por proteínas accesorias conocidas como factores de transcripción.

2. Elongación

La ARN polimerasa se mueve a lo largo de la hebra molde de ADN, añadiendo nucleótidos complementarios para formar la cadena de ARN. En esta etapa, se forma una molécula híbrida ADN-ARN temporal. Es importante recordar que en el ARN, el Uracilo (U) reemplaza a la Timina (T) como base complementaria de la Adenina (A).

3. Terminación

La elongación finaliza cuando la ARN polimerasa alcanza una secuencia de terminación en el ADN. Al llegar a esta secuencia, la ARN polimerasa se libera, junto con la molécula de ARN recién sintetizada.

Tipos de ARN Polimerasas en Eucariotas

• ARN Polimerasa I: Sintetiza la mayoría del ARN ribosomal (ARNr).
• ARN Polimerasa II: Sintetiza el ARN mensajero (ARNm) y pequeños ARN nucleares.
• ARN Polimerasa III: Sintetiza ARN de bajo peso molecular, incluyendo varios ARN de transferencia (ARNt).

Diferencias en la Transcripción: Procariotas vs. Eucariotas

En procariotas, los genes suelen ser policistrónicos, lo que significa que un solo ARNm puede codificar para varias proteínas. En contraste, en eucariotas, los genes son típicamente monocistrónicos, donde un ARNm codifica para una sola proteína.