Mecanismo de Replicación del ADN

La coreografía molecular paso a paso que desenrolla la doble hélice y construye dos copias fieles, desde el inicio del origen hasta la unión del último fragmento de Okazaki.

Definition

El mecanismo de replicación del ADN es el conjunto coordinado de pasos enzimáticos mediante los cuales una célula separa las dos hebras de un dúplex de ADN en una horquilla de replicación y utiliza cada una como molde para sintetizar una hebra complementaria en dirección 5'→3', produciendo dos moléculas hijas semiconservativas.

Scope

Este tema describe cómo se establece una horquilla de replicación y cómo se sintetiza el ADN en ambas hebras molde. Cubre el reconocimiento y la fusión del origen, la síntesis del cebador, la restricción antiparalela que fuerza la síntesis continua de la hebra conductora y la síntesis discontinua de la hebra rezagada, los componentes del replisoma y la unión de los fragmentos en hebras hijas intactas. La fidelidad y la reparación se tratan solo en la medida en que son intrínsecas al paso de elongación.

Core questions

• ¿Cómo se inicia la replicación en un origen específico en lugar de en cualquier parte del cromosoma?
• ¿Por qué una hebra debe sintetizarse continuamente y la otra en fragmentos cortos?
• ¿Qué proteínas forman el replisoma y qué aporta cada una?
• ¿Cómo se unen los fragmentos discontinuos de la hebra rezagada en una hebra continua?

Key theories

Restricción del molde antiparalelo

Debido a que las dos hebras corren en direcciones opuestas y las polimerasas solo se extienden 5'→3', una hebra (conductora) se copia continuamente hacia la horquilla mientras que la otra (rezagada) se copia como fragmentos discretos de Okazaki alejándose de la horquilla.

Progresión de la horquilla semiconservativa

Cada hebra parental separada sirve de molde para una nueva hebra, por lo que la horquilla produce dos dúplex, cada uno conteniendo una hebra antigua y una nueva, como establecieron experimentalmente Meselson y Stahl.

Mechanisms

Una proteína iniciadora se une al origen y, junto con una helicasa, funde el dúplex para formar una horquilla bidireccional. Las proteínas de unión a hebra sencilla recubren las hebras expuestas y la primasa sintetiza cebadores cortos de ARN. Las ADN polimerasas replicativas, mantenidas en el molde por pinzas deslizantes cargadas por un cargador de pinzas, extienden los cebadores: la hebra conductora se sintetiza continuamente, y la hebra rezagada se sintetiza como fragmentos de Okazaki, cada uno iniciado por un nuevo cebador. Los cebadores se eliminan, los huecos se rellenan y la ADN ligasa sella las mellas restantes para producir dos dúplex hijos continuos.

Clinical relevance

Debido a que la maquinaria de replicación es esencial y rápidamente activa en las células en división, varios de sus componentes son objetivos de investigación antimicrobiana y anticancerígena; los errores en la horquilla son una fuente de mutación. Este es un contexto educativo, no un consejo clínico.

History

El modelo semiconservativo, implícito en la estructura de doble hélice de 1953 y confirmado por Meselson y Stahl en 1958, estableció el marco; el descubrimiento de Reiji Okazaki de fragmentos cortos de la hebra rezagada y la enzimología de Kornberg revelaron la naturaleza discontinua y multiproteica de la horquilla que ahora se describe en los libros de texto.

Key figures

• Arthur Kornberg
• Reiji Okazaki
• Matthew Meselson
• Franklin Stahl

Seminal works

• meselson1958
• watson2013

Frequently asked questions

¿Qué son los fragmentos de Okazaki?

Son segmentos cortos de ADN sintetizados de forma discontinua en la hebra rezagada; posteriormente son unidos por la ADN ligasa en una hebra continua.

¿Por qué se necesita un cebador?

Las ADN polimerasas solo pueden extender un extremo 3' existente apareado con bases, por lo que un cebador corto de ARN sintetizado por la primasa proporciona el punto de partida para la síntesis.