Replicación del ADN

El proceso de división celular conocido como mitosis se vincula con la fragmentación del material genético de cromosomas lineales. Las células que se dividen pasan por una secuencia regular y repetitiva de crecimiento y división conocida como ciclo celular. Este establece 3 fases: interfase, mitosis y citocinesis. En la interfase ocurre el proceso de replicación de ADN en la fase S que desarrollaremos acontinuación. La interfase comprende 3 etapas: G1, donde la célula duplica su tamao y aumenta la cantidad de organelas, ezimasy otras moléculas, la fase S es la etapa en la que ocurre la duplicación de ADN y la estapa G2 es aquella en la cual las estructuras necesarias para la división se terminan de formar y los cromosomas se encuentras más condensados. Así comienza el proceso de replicación...
El material genético tiene la capacidad de poder duplicarse y de reproducirse cuando la cadena complementaria y helicoidal de una molécula de ADN se separa y conforma dos cadenas nuevas que actúan como copias de la anterior. Estas cadenas nuevas se van sintetizando como moldes desarrollando así una complementariedad de nucleótidos de la célula. Esto se conoce como replicación semiconservativa, ya que se conserva la mitad de la molécula: la cadena vieja actúa como molde para la producción de una nueva.

Mecanismo de replicación general

La duplicación depende de enzimas y proteínas especiales para concluirse. La cadena de doble hélice conforma un sitio de iniciación llamado “origen de replicación” de nucleótidos específicos. Aquí actúan proteínas iniciadoras especiales y enzimas helicasas las cuales se encargan de abrir la cadena vieja a la altura de los puentes de hidrogeno de las bases complementarias separando la cadena en dos nuevas. Otras enzimas, topoisomerasas, permiten que a medida que estas cadenas se están separando no se superenrollen, actuando sobre una cadena o las dos; hacen que éstas giren y se aliviane la tensión en las mismas. Luego proteínas adicionales se unen a cada una de las cadenas individuales, cuando éstas ya se encuentran separadas, hacen que la separación de las mismas se mantenga y evitan que no se refuercen. Estos procesos realizados por proteínas y enzimas permiten la acción de las ADN polimerasas, que son aquellas enzimas que permiten la síntesis real de las nuevas cadenas. La zona de replicación es conocida como burbuja de replicación la cual comienza a abrirse en el origen de replicación; está acompañada de horquillas de replicación cuales se sitúan en cada uno de los extremos de la burbuja hacia direcciones opuestas. Una vez que la burbuja alcanza una forma adyacente, los cromosomas han sido duplicados. En células eucariontes ocurre varias veces debido a la cantidad de moléculas de ADN; en procariontes una vez, debido a haber una molécula por lo tanto un origen y un solo proceso de replicación.

Una vez que ambas cadenas se encuentran en su forma adyacente, aparece la ADN polimerasa para completar la síntesis de cada una de las cadenas separadas como una cadena de ADN individual. Antes que actúe esta enzima, cumple su función la enzima ARN primasa la cual agrega ribonucleótidos complementarios a los nucleotidos de las cadenas de ADN en formación. Estas secuencias sintetizadas por la ARN primasa se conocen como cebador o primer. Como la cadena de ADN replicada es antiparalela, esta formada por una cadena en dirección 5´a 3´ y otra en 3´a 5´ se sintetizarán ambas de manera diferente. En la cadena en dirección 5´a 3´ conocida como "cadena adelantada", se agrega una única secuecuencia de ribonucleótidos o cebador; en la cadena de dirección 3´a 5´ "cadena regazada" hacen falta varios cebadores para que ésta puedan sintetizarse, estos se sintetizan por la ARN primasa en fragmentos llamados fragmentos de Okasaky dispuestos en forma de intervalo. Luego la ARN primasa termina su trabajo y aparece la enzima que confirmará la síntesis de ambas cadenas, la ADN polimerasas: se eliminarán los ribonucleótidos de los cebadores y esta enzima agregará nucleótidos complementarios a los de la cadena. La ADN polimerasa sintetiza a los nucleotidos en dirección 5´a 3´por eso se requiere de fragmentos de Okasaky en la cadena regazada para que ésta pueda realizar su función agregando los nucleótidos complementarios para poder formarse cada una de las cadenas. La enzima ligasa va a permitir la unión de los nucleotidos que se encuentran separados en la cadena regazada. Si la ADN polimerasa se equivoca en la complementariedad de un nucleótido de alguna de las cadenas, tiene la capacidad de retroceder en dirección 3´a 5´eliminando los nucleótidos y luego volver en dirección 5´a 3´ agregando los nucleótidos correctos. De esta manera se formarán las dos cadenas nuevas a partir de una cadena molde.