Meselson y Stahl (1958) intentaron averiguar como se copiaba (replicación) el
ADN. Llegaron a la conclusión de que el proceso era semiconservativo. Para demostrarlo prepararon unas muestras de ADN
con N pesado (15N), que posteriormente fue introducido en un medio con N normal
(14N). En el medio con N15 las bacterias lo incorporan en su material genético,
de modo que éste será más pesado. Cuando son transferidas a un medio con N14
seré éste el que se incorpore, variando así el peso de la molécula. Tas los
cultivos se sometieron a centrifugación, para aislar el ADN, y observar su peso
a través de las diferentes bandas que se pudieran formar
Las opciones que propusieron en cuanto a como se copiaba (replicaba) el
material genético fueron:
-
hipótesis conservativa- la cadena de ADN sirve de molde para
formar una nueva, pero las cadenas viejas y las nuevas quedan por separado
formando las dobles hélices, es decir, una doble hélice lleva las 2 cadenas
viejas (pesadas, N15) y la otra doble hélice las 2 cadenas nuevas (ligeras
N14), lo que mostraría 2 claras bandas de acuerdo a su peso, banda pesada y
banda ligera.
-
hipótesis dispersiva- la cadena de ADN sirve de molde, pero
las dobles hélices se forman a partir de fragmentos tanto de las cadenas viejas
como de las nuevas. Esto originaría una mezcla de ambos pesos, lo que no daría
lugar a una banda definida, se formaría una zona ancha correspondiente e
intermedia, correspondiente a la mezcla de ambos pesos N15-N14.
-
hipótesis semiconservativa- la cadena de ADN sirve de molde, pero
las dobles hélices se forman con una cadena vieja y otra nueva, así ambas
dobles hélices llevan tanto una cadena molde como otra de nueva síntesis. Tras dos
divisiones celulares se observará una banda de peso intermedio (hebra pesada
N15 + hebra ligera N14) y otra banda de peso ligero (hebra ligera N14 + hebra
ligera N14).
El experimento demostró que las nuevas dobles hélices portaban una cadena
con N15 y la otra con N14, es decir, una hebra antigua y otra nueva, de modo
que se confirmaba la hipótesis semiconservativa.
vídeo: experimento Meselson & Stahl- replicación semiconservativa
replicación semiconservativa
vídeo: Replicación bidireccional ADN-circular-procariota
REPLICACIÓN
La replicación es el mecanismo que permite la copia exacta de la información
contenida en el ADN. Este proceso tiene lugar para mantener la información que
será transferida a las células hijas (tanto en células procariotas como
eucariotas). Ocurre en ambos grupos celulares, aunque con ciertas diferencias.
CÉLULA PROCARIOTA-BACTERIAS
Las células procariotas tienen un cromosoma circular único de ADN. La copia
del material genético empieza en un
único punto, Ori C, que genera una burbuja de replicación (separación, apertura
de la doble cadena de ADN), replicón. En procariotas solo existe una burbuja de
replicación, mientras que en eucariotas hay multiples, al ser cromosomas más
largos.
El ADN está formado por dos cadenas antiparalelas (5’-3’/3’-5’ ), ambas cadenas son copiadas
y la copia es bidireccional (se copia en ambas direcciones). En uno de los
lados se copia al tiempo que se va abriendo la burbuja de replicación (la doble
hélice). El punto que se va abriendo para ir replicando recibe el nombre de horquilla de replicación. Para permitir
estos procesos (apertura de la doble hélice y copia) intervienen diversas
enzimas y proteínas:
-para separar ambas hebras interviene la enzima helicasa, a medida que se abre la horquilla aumenta la compactación
de la hebra, para evitarlo actúan las topoisomerasas
I, II (= girasa). Además para mantener la hebra abierta actúan las proteínas
estabilizadoras de la hebra las SSB.
A continuación actúa la ADN-polimerasa
III que añade los nucleótidos complementarios de la cadena que se está
copiando, pero estos nucleótidos solo pueden añadirse en sentido 5’-3’ , de modo que tiene que copiar
la cadena de sentido opuesto, la que presenta sentido 3’-5. Solo una de las
cadenas presenta el sentido que se necesita a la vez que se va abriendo, a esta
cadena se la llama hebra conductora.
Mientras que la otra hebra presenta sentido antiparalelo, se va a llamar hebra retardada. Esta hebra se va a
copiar por fragmentos (fragmentos de
Okazaki).
Por otra parte, la ADN-polimerasa III no puede actuar sin tener un apoyo
previo, para poder actuar necesita que ya exista un pequeño fragmento de nucleótidos.
Este fragmento lo coloca una ARN
polimerasa, sitúa un pequeño fragmento llamado primer
o cebador.
A medida que la horquilla de replicación se va abriendo, las dos hebras
(una en sentido 5’-3’
y la otra 3’-5’ )
se van copiando, pero la 3’-5’ será la hebra conductora, ya que permite la
adición de nucleótidos en sentido 5’-3’ ,
a la vez que la propia doble hélice se va abriendo. Esta cadena se copia de
forma continua y más rápida. La hebra
complementaria, la 5’-3’ (la hebra retardada),
muestra un sentido antiparalelo a la adición de nucleótidos, (adición siempre en
sentido 5’-3), de modo que ha de copiarse en sentido opuesto al de apertura de
la doble hélice, lo que da lugar a pequeños fragmentos, los fragmentos de
Okazaki, que forman la hebra retardada.
Para copiar cualquiera de las dos hebras se necesita la ADNpolimerasa III,
pero como ya se ha dicho, requiere que primero actúe una ARN polimerasa primer,
que ponga una secuencia de nucleotidos (de ARN) sobre los que se apoye la
ADNpolimrasa III. Una vez que se ha copiado la secuencia de la cadena de
ADN interviene una ADNpolimerasa I, que sustituye los fragmentos de ARN del cebador
por nucleotidos de ADN. Además, en el caso de la hebra retardada es necesario
la unión de los distintos fragmentos de Okazaki, para ello ha de actuar una ligasa.
A medida que se va realizando todo el proceso de copia y sustitución de los
cebadores, las ADNpolimerasa I, II presentan una actividad correctora de
errores, con capacidad endonucleasa
(reconocimiento del error y corte de la secuencia) y exonucleasa (eliminación de la zona erronea) y es sustituida por
los nucleótidos correctos por la ADNpolimerasa III.
Para reconocer la cadena de nueva síntesis
y la original ésta aparece metilada, proceso que se realiza tras la corrección
de errores.
vídeos: Horquilla de replicación
Replicación
Replicación
En el caso de Eucariotas
Los procesos de replicación del ADN en las células eucariotas son
semejantes, solo hay pequeñas diferencias:
-
presentan
un número mayor de replicones.
-
Existe
un número mayor de ADN polimerasas (cinco, α, β, γ, δ, ε)
- También
es necesario copiar las histonas, las histonas antiguas se quedan en la hebra
conductora, mientras que las nuevas histonas se incorporan a la hebra
retardada.
- Al
tratarse de un cromosoma lineal (el procariota era circular con lo que no
existen extremos), los extremos no pueden ser copiados, ya que al sustituirse
el cebador por ADN la ADN polimerasa debería “apoyarse por fuera de la cadena”,
de modo que la cadena se va acortando. Estos extremos constituyen los telómeros
del cromosoma, que presentan secuencias repetidas para precisamente evitar la
pérdida de información tras las sucesivas divisiones. No obstante, tras un
número determinado de divisiones, y por consiguiente la pérdida de determinado
número de copias de los telómeros, la célula entra en apoptosis.
Vídeo: Adición nucleótotidos durante la replicación
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