B2. MECANISMO DE REPLICACIÓN DEL ADN: MODELO PROCARIOTA

 REPLICACIÓN EN PROCARIOTAS Y DIFERENCIAS CON EUCARIOTAS 

La replicación o duplicación del ADN. 

Etapas de la replicación: iniciación, elongación y terminación.

1. Iniciación: La replicación se inicia en un determinado lugar del cromosoma procariótico (origen de replicación), y avanza en sentidos opuestos, pero siempre la elongación de la nueva cadena de ADN que se está sintetizando lo hace en sentido 5´-----> 3´. Para que se inicie la replicación son necesarias diversas proteínas para desenrollar la doble hélice, eliminar tensiones y estabilizar la separación de ambas cadenas: son las helicasas, que desenrollan la doble hélice, rompiendo los puentes de H entre bases complementarias, creando la burbuja de replicación (formada por 2 horquillas de replicación que van a avanzar en sentidos contrarios), las topoisomerasas, que eliminan tensiones creadas por la helicasa en regiones adyacentes a la desenrollada,  rompiendo temporalmente las cadenas de ADN (la I corta 1 cadena y la II ambas), y las proteínas SSB (Single-Strand Binding proteins) que previenen la unión entre las cadenas separadas..

2. Elongación. Una se sintetiza de modo continuo y la otra de modo discontinuo:  cadenas adelantada (conductora) y retrasada (retardada) respectivamente. Como la ADN polimerasa solo puede añadir desoxirribonucleótidos a un extremo 3´, le hace falta un cebador (primer) de ARN ya que la ARN polimerasa no tiene este requisito. Esta ARN pol se llama PRIMASA. Como consecuencia de ello, la hebra o cadena retardada se va sintetizando a trozos mixtos de cebador-ADN (fragmentos de Okazaki) que se van formando a medida que la doble hélice se va abriendo. Finalmente, hay que eliminar los cebadores de ARN, rellenar los huecos con desoxirribonucleótidos y unir o ligar los fragmentos ADN resultantes, lo que se consigue gracias a la ADN ligasa.

3. Terminación. Cuando las dos horquillas de replicación, que avanzan en sentidos contrarios a lo largo del cromosoma circular, se encuentran, termina la replicación del ADN procariota, de modo que las enzimas y proteínas SSB involucradas en la replicación abandonan las cadenas de ADN. Esto marca el final de la elongación de las nuevas cadenas de ADN. Hay una secuencia de terminación (ter), a la que se une una proteína previniendo que las horquillas de replicación se pasen. De este modo termina la replicación.

Diferencias entre el proceso replicativo de eucariotas y procariotas. 

a) En eucariotas en cada cromosoma hay numerosos orígenes de replicación.

b) En eucariotas, la cadena adelantada se lleva las histonas originales y la retrasada y su molde se unen a histonas sintetizadas ex novo (nuevas) en el citoplasma.

c) En eucariotas los fragmentos de Okazaki son como diez veces más pequeños (de 100 a 200 nucleótidos).

d) Al ser los cromosomas eucarióticos lineales, en los extremos (telómeros), al no tener un extremo 3´ al que añadir nucleótidos, en cada ciclo de replicación en las células somáticas, se pierde un trozo de ADN. Esto no ocurre en las células germinales (las que originan los gametos) porque tienen una enzima, la TELOMERASA, que  es capaz de reparar los trozos que faltan. Esta enzima también está presente en eucariotas unicelulares, como levaduras, protozoos o algunas algas, en ciertas células embrionarias (células madre) y en algunas células cancerosas.

e) El proceso se realiza en el núcleo mientras que en procariotas en el citoplasma.

f) Los eucariotas tienen una mayor diversidad de ADN polimerasas (los procariotas tienen 3, siendo la principal la ADN pol III). De las 14 polimerasas de ADN que hay en las células de los mamíferos, sólo tres (alfa, delta y epsilon) realizan la mayor parte del trabajo de duplicación de todo el genoma para preparar la división celular.