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6. LA REPLICACIÓN DEL DNA
El primer proceso necesario para la transmisión de
la información genética es su duplicación, es decir, la realización
de una copia que pueda ser transportada por los gametos hasta la
fecundación y luego pueda ser utilizada por el nuevo individuo.
La REPLICACIÓN es el proceso por el cual el DNA se copia para poder ser transmitido
a nuevos individuos.
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Con el modelo de la doble hélice de Watson y Crick se desarrolló la idea de que las hebras originales debían servir de patrón para hacer la copia, aunque en principio había tres posibles modelos de replicación:
- Modelo conservativo: Proponía que tras la replicación se mantenía la molécula original de DNA intacta, obteniéndose una molécula idéntica de DNA completamente nueva, es decir, con las dos hebras nuevas.
- Modelo semiconservativo: Se obtienen dos moléculas de DNA hijas, formadas ambas por una hebra original y una hebra nueva.
- Modelo dispersivo: El resultado final son dos moléculas nuevas formadas por hebras en las que se mezclan fragmentos originales con fragmentos nuevos. Todo ello mezclado al azar, es decir, no se conservan hebras originales ni se fabrican hebras nuevas, sino que aparecen ambas mezcladas.
Meselson y Stahl demostraron en 1958 que el modelo válido era el semiconservativo. Para ello utilizaron nucleótidos marcados con nitrógeno pesado.
Elementos que intervienen
Para que se lleve a cabo la replicación del DNA en las células se requieren los siguientes elementos:
- DNA original que servirá de molde para ser copiado.
- Topoisomerasas, helicasas: enzimas responsables de separar las hebras de la doble hélice.
- DNA-polimerasa III: responsable de la síntesis del DNA.
- RNA-polimerasa: fabrica los cebadores, pequeños fragmentos de RNA que sirven para iniciar la síntesis de DNA.
- DNA-ligasa: une fragmentos de DNA.
- Desoxirribonucleótidos trifosfato, que se utilizan como fuente de nucleótidos y además aportan energía.
- Ribonucleótidos trifosfato para la fabricación de los cebadores.
Mecanismo
Aunque existen pequeñas variaciones entre procariotas y eucariotas, el mecanismo básico es bastante similar:
- El DNA se desenrolla y se separan las dos hebras de la doble hélice, deshaciéndose los puentes de hidrógeno entre bases complementarias,
por la acción de
helicasas y
topopisomerasas.
- En el DNA eucariota se producen muchos desenrollamientos a lo largo de la molécula, formándose zonas de DNA abierto. Estas zonas reciben el nombre de HORQUILLAS O BURBUJAS DE REPLICACIÓN, que es donde comenzará la síntesis.
- La RNA-polimerasa fabrica pequeños fragmentos de RNA complementarios del DNA original. Son los llamados "primers" o cebadores de unos 10 nucleótidos, a los cuáles se añadirán desoxirribonucleótidos,
ya que la
DNA-polimerasa
sólo puede
añadir
nucléotidos
a un extremo
3’ libre, no
puede
empezar una
síntesis por
sí misma.
- La DNA-polimerasa III añade los desoxirribonucleótidos al extremo 3' (sentido 5'-3'),
tomando
como
molde la
cadena
de DNA
preexistente, alargándose la hebra.
- En las horquillas de replicación siempre hay una hebra que se sintetiza de forma continua
en el
mismo
sentido
en que
se abre
la
horquilla
de
replicación, la llamada HEBRA CONDUCTORA, y la otra que se sintetiza en varios fragmentos, los denominados FRAGMENTOS DE OKAZAKI y que se conoce como HEBRA SEGUIDORA
o
RETARDADA,
ya que
se
sintetiza
en
sentido
contrario
al de
apertura
de la
horquilla.
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Formación de una
horquilla de replicación |
Síntesis por la DNA-polimerasa
de la hebra conductora
(izquierda) y de la
hebra seguidora en
fragmentos de Okazaki
(derecha) |
Unión de todos los
fragmentos por la DNA-ligasa |
Animación de la replicación. Tomada de www.biotech.bioetica.org
- La DNA-ligasa va uniendo todos los fragmentos de DNA a la vez que elimina los ribonucleótidos de los cebadores.
- A medida que se van sintetizando las hebras y uniendo los fragmentos se origina la doble hélice, de forma que al finalizar el proceso se liberan dos moléculas idénticas de DNA, con una hebra antigua y otra nueva.
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