Replicación del ADN en Células Procariotas: Mecanismos y Enzimas Clave

La replicación o duplicación del ADN ocurre cuando dos cadenas se separan mediante el proceso de desenrollamiento, de modo que cada una de ellas actúa como matriz de la cadena complementaria a formarse. Al final se forman dos nuevas cadenas, una cadena paterna y otra hija, y ambas cadenas nuevas serán réplicas exactas de la cadena original.

Características de la Replicación del ADN en Procariotas

• Bidireccional: Las dos cadenas se sintetizan, pero en direcciones opuestas.
• Semiconservativa: Cada molécula resultante tiene una hebra paterna y una hebra hija. Esto se sustenta en el experimento de Meselson y Stahl.
• Asimétrica: La cadena adelantada se sintetiza en forma continua y la cadena retrasada se sintetiza en forma discontinua.

Requerimientos para la Replicación del ADN

• Una plantilla o molde (hebra del ADN).
• Magnesio (Mg+2).
• Cuatro desoxirribonucleótidos trifosfatos (dNTP).
• ADN polimerasa.

Componentes de la Replicación del ADN

ADN Polimerasa

• ADN Polimerasa I: Corrige errores durante el proceso de replicación. Sintetiza y llena los vacíos.
• ADN Polimerasa II: Corrige los daños por agentes externos (luz UV, sustancias químicas).
• ADN Polimerasa III: Con el cebador inicia la síntesis de la cadena polinucleotídica, para ello requiere energía (ATP).
  • Características:
    • Formada por 2 juegos de 10 cadenas polipeptídicas (dímeros).
    • Presenta las subunidades: α, β, δ, ɛ, Ө, ᵣ, Ψ, ᶍ.
    • El núcleo enzimático está formado por 3 subunidades α, ɛ, Ө, donde:
      • α: Responsable de la actividad polimerasa.
      • ɛ: Posee la actividad exonucleasa 3'-5'.
      • β: Forma un anillo para evitar que el núcleo se separe de la cadena molde.
    • Las subunidades Ψ, ᶍ, ᵣ, ɛ, δ están implicadas en transportar la enzima sobre el ADN.

Cebador

Es un segmento corto de ARN complementario al ADN y es sintetizado por la ARN polimerasa o primasa. Este segmento proporciona los extremos 3'OH libres. Para cada fragmento de Okazaki hay un cebador.

Helicasas

Está formada por tres proteínas: DnaA, DnaB, DnaC. Desenrolla la molécula del ADN progenitor en el punto Ori-C. Necesitan energía en forma de ATP. Intervienen 2 tipos de helicasas:

• Tipo I (proteína rep.): Se une a la hebra progenitora 5'-3'.
• Tipo II: Se une a la hebra progenitora 3'-5'.

Proteínas de Unión a Cadena Sencilla (SSBP)

Estas proteínas se unen a las hebras molde para que no vuelvan a enrollarse.

Topoisomerasas

Eliminan la tensión generada por la torsión en el proceso de desenrollamiento, cortando enlaces éster y volviéndolos a unir.

• Tipo I: Rompen una cadena de la hélice doble del ADN de células eucariotas.
• Tipo II "girasas": Rompen las dos cadenas y pasan otra hélice doble a través de la rotura temporal en el ADN de células procariotas.

ADN Ligasa

Cataliza la formación de enlaces fosfodiéster entre los polinucleótidos preformados.

Etapas de la Replicación del ADN en Procariotas

Iniciación

Desenrrollamiento del ADN en el Ori-C: Las helicasas se ubican en el Ori-C para desenrollar las hebras del ADN formando la horquilla de replicación. Las proteínas SSBP se unen a las hebras molde para que no vuelvan a enrollarse. Las topoisomerasas eliminan la tensión generada por la torsión en el desenrollamiento de las hebras molde cortando los enlaces éster y uniéndolas después.

Elongación

Síntesis de las hebras nuevas; una en sentido 5'-3' (hebra discontinua por fragmentos de Okazaki) y la otra 3'-5' (hebra continua). La ADN Polimerasa III con el cebador inician la síntesis de las hebras nuevas. La ADN Polimerasa II detecta daños por agentes físicos. La ADN Polimerasa I elimina a los cebadores y detecta errores durante el proceso.

Terminación

Corrección de errores: Las ADN Polimerasas I y III, por tener actividad exonucleasa 3'-5', cortan los segmentos erróneos. La ADN Polimerasa I sintetiza los segmentos correctos y rellena los espacios en ambas hélices. La ADN ligasa une los extremos corregidos, igual lo hace con los fragmentos de Okazaki.