Un documento sobre la replicación del ADN que transcribe la información de la animación que la editorial Wiley and Son ha subido a la WEB.

1. San Fernando College Prof. Gustavo Toledo
Guía creada para los 4°s medios del 2011
REPLICACIÓN DEL DNA
La replicación del ADN es el proceso por el cual la totalidad de una doble cadena de ADN se copia para producir una
segunda, que es idéntica a la original.
Los objetivos de este ejercicio son los siguientes:
 Comprender las funciones de las proteínas responsables de la replicación del ADN, incluidas la helicasa, Las
proteínas SSB, la primasa, la abrazadera deslizante del ADN polimerasa (sliding clamp), la ADN polimerasa, la
RNasa H y la ADN ligasa.
 Comprender por qué la hebra adelantada se sintetiza continuamente y la hebra retrasada se sintetiza
discontinuamente.
LA FÁBRICA DE REPLICACIÓN
La replicación del ADN es un intrincado proceso que requiere la acción concertada de muchas proteínas diferentes.
Las proteínas de replicación se agrupan en determinados lugares de la célula y pueden ser consideradas como una
pequeña "fábrica de replicación" que manufactura copias de ADN.
El ADN que se va a copiar es incorporado a la fábrica, como la cinta (ADN) de una película que pasa a través de un
proyector (enzimas). La doble hélice de ADN entrante se divide en dos hebras y cada una de las hebras simples
originales se convierte en la mitad de una nueva doble hélice de ADN. Debido a que cada doble hélice de ADN
resultante conserva una hebra del ADN original, se dice que la replicación del ADN es semiconservativa.
La replicación del ADN requiere de una variedad de proteínas. Cada proteína ejecuta una función específica en la
producción de una nueva hebra de ADN. La Helicasa, hecha de seis proteínas dispuestas en forma de anillo, abre la
doble hélice del ADN en dos hebras individuales. Las proteínas de unión al ADN monocatenario (Single-strand
binding proteins, o SSBs,) son tetrámeros que forman una cubierta proteica en la hebra simple de ADN. Esto
previene que las hebras vuelvan a unirse para formar un ADN de doble hélice. La Primasa es una ARN polimerasa
que sintetiza los pequeños fragmentos de ARN, denominados cebadores (primers) necesarios para iniciar el proceso
de replicación de la hebra. La ADN polimerasa es una enzima que agrega nucleótidos para formar una hebra de
ADN. La abrazadera deslizante (sliding clamp) es una proteína accesoria que ayuda a mantener a la ADN polimerasa
en la hebra de ADN durante la replicación. La RNAsa H remueve los cebadores de ARN que previamente empezaron
la síntesis de la hebra de ADN. La ADN ligasa une los cortos fragmentos de ADN para crear una larga y continua
hebra de ADN.
SEPARACIÓN DE LAS HEBRAS
Veamos los pasos de la replicación del ADN en más detalle. Para empezar el proceso de la replicación del ADN, las
dos hebras de la doble hélice se desenrollan y son separadas entre sí por la enzima helicasa. El punto donde el ADN
es separado en dos hebras monocatenarias y donde nuevos ADN serán sintetizados, se conoce como horquilla de
replicación. Las proteínas de unión al ADN monocatenario, o SSBs, cubren rápidamente a las nuevas hebras
monocatenarias expuestas. Las SSBs mantienen separadas las dos hebras durante la replicación del ADN. Sin las
SSBs, las hebras de ADN complementario podrían fácilmente volver a unirse. Las SSBs se unen débilmente al ADN y
son desplazadas cuando las enzimas polimerasas comienzan la síntesis de las nuevas hebras de ADN.
SÍNTESIS DE NUEVAS HEBRAS
Ahora que están separadas, las dos hebras simples de ADN pueden actuar como moldes para la producción de dos
nuevas hebras de ADN complementarias. Recuerde que la doble hélice consta de dos hebras antiparalelas de ADN
complementarias con hebras dispuestas en direcciones opuestas (5’-3’). Las enzimas polimerasas sólo pueden
sintetizar hebras de ácidos nucleídos en dirección 5 'a 3', uniendo el grupo fosfato 5' de un nucleótido entrante en
el grupo Hidroxilo 3' al final de la cadena creciente de ácido nucleico. Debido a que la cadena crece, por extensión,
del grupo hidroxilo 3', la hebra de síntesis se dice que procederá en una dirección 5' a 3'.
Incluso cuando las hebras se separan, la DNA polimerasa no puede empezar a copiar el ADN. La ADN polimerasa
sólo puede extender una cadena de ácido nucleico, pero no puede comenzar una desde cero. Para dar a la ADN
polimerasa un lugar para empezar la replicación, una RNA polimerasa llamada primasa, primero copia un corto
tramo de la hebra de ADN. Esto crea un segmento de ARN complementario, de hasta 60 nucleótidos de longitud
que es llamado cebador.
Ahora, la DNA polimerasa puede copiar la hebra de ADN. La ADN polimerasa comienza en el extremo 3' del ARN
cebador y, utilizando la hebra del ADN original, empieza a sintetizar una nueva hebra de ADN complementaria. Se

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requieren dos enzimas polimerasas, una para cada hebra de ADN parental. Debido a la naturaleza antiparalela de
las hebras de ADN, las enzimas polimerasa en las dos hebras comienzan a moverse en direcciones opuestas.
Una Polimerasa puede permanecer en su ADN molde y copiarlo en forma continua. A esta hebra se le denomina
Hebra adelantada. Sin embargo, la otra polimerasa replicará la hebra en forma discontinua, ya que se requiere de la
síntesis de un nuevo cebador. Esta Hebra molde recibe el nombre de hebra retrasada y dará origen a los
fragmentos de Okazaki. Se utiliza una sola enzima DNA polimerasa para replicar la hebra retrasada completa, en
vez de desprenderse del DNA al terminar un fragmento de Okazaki y ser reemplazada por otra nueva. La polimerasa
está forzada en repetidas ocasiones a liberar el ADN para que se deslice “río arriba” y comenzar la ampliación de
otro ARN cebador. La abrazadera deslizante de la ADN polimerasa ayuda a mantener a esta ADN polimerasa sobre
la hebra de ADN a medida que se mueve a través de la maquinaria de replicación. Esta enzima permite que la
polimerasa sea progresiva.
LA HEBRA RETRASADA
Antes de que la hebra de ADN retrasada abandone la fábrica de replicación, deben ser removidos sus ARN
cebadores y, además, los fragmentos de Okazaki deben ser unidos para crear una línea continua de ADN. El primer
paso es la eliminación de los ARN cebadores. La RNasa H, la cual reconoce a la hélice híbrida ARN-ADN, degrada el
ARN hidrolizando su enlace fosfodiéster. Luego, el espacio creado por la RNAsa H es rellenado por la ADN
polimerasa, la cual extiende el extremo 3 ' del fragmento de Okazaki vecino. Por último, los fragmentos de Okazaki
son unidos por la DNA ligasa que unen el extremo 3' de un fragmento al grupo fosfato 5' del fragmento vecino en
una reacción dependiente de ATP.
REPLICACIÓN EN ACCIÓN
Ahora estamos listos para revisar los pasos de la replicación
1. El proceso comienza cuando la enzima helicasa desenrolla la doble hélice para exponer las dos
hebras individuales de ADN y la creación de horquillas de replicación. La replicación del ADN se lleva
a cabo simultáneamente en cada horquilla. El mecanismo de replicación es idéntico en cada
horquilla. Recuerde que las proteínas que participan en la replicación forman clusters y están
ancladas en la célula. Por lo tanto, las proteínas de la replicación no viajan a lo largo del ADN. Por el
contrario, la hélice de ADN se mueve a través de una fábrica de replicación estacionaria como la cinta
de un film se mueve a través de un proyector.
2. Las proteínas de unión al ADN monocatenario (Single-strand binding proteins, o SSBs), cubren las
hebras simples de ADN para evitar que ambas hebras vuelvan a unirse por puentes de H. Las
proteínas SSBs son fácilmente desplazadas por la ADN polimerasa.
3. La enzima Primasa utiliza la secuencia del ADN original como un molde para sintetizar un corto ARN
Cebador (Oligonucleótido de 5 a 10 nucleótidos de longitud cuyo 3’-OH utiliza la ADN-polimerasa
como punto de partida para la síntesis de ADN). Los Cebadores son necesarios porque la ADN
polimerasa sólo puede extender una cadena de nucleótidos, no iniciar una.
4. ADN polimerasa comienza a sintetizar una nueva hebra de ADN extendiéndola desde el ARN cebador
en dirección 5 'a 3'. Cada uno de las hebras de ADN padres es copiada por una ADN polimerasa.
Recuerde, ambas hebras moldes se mueven en la misma dirección a través de la fábrica de
replicación y la ADN polimerasa sólo puede sintetizar ADN desde el extremo 5' hacia el extremo 3'.
Debido a estos dos factores, una de las hebras de ADN debe ser fabricada discontinuamente, en
piezas cortas, que posteriormente se unirán.
5. A medida que la replicación continúa, RNasa H (Enzima que cataliza específicamente la ruptura
endonucleolítica de un enlace fosfodiéster entre dos ribonucleótidos de una doble hélice híbrida de
ADN y ARN) reconoce los ARN cebadores, unidos al ADN molde, y los elimina hidrolizando el ARN.
6. Luego, la ADN polimerasa puede llenar el espacio dejado por la RNasa H.
7. El proceso de la replicación del ADN es completado cuando la enzima ligasa une las cortas pedazos
formándose una hebra continua.