La replicación del ADN es un proceso semiconservativo mediante el cual una molécula de ADN original genera dos moléculas idénticas. Este proceso ocurre en la fase S del ciclo celular y requiere la acción coordinada de enzimas como la ADN polimerasa, helicasa y ligasa. La replicación comienza en el origen de replicación y avanza de forma bidireccional hasta completar la duplicación del genoma.

1. REPLICACIÓN DEL ADN:
Finalidad del proceso e importancia biológica. Etapa del ciclo celular donde tiene lugar
La replicación consiste en la síntesis de una copia de una molécula de ADN; es decir, a
partir de una molécula de ADN se obtendrán dos moléculas idénticas. Este proceso está
relacionado con la reproducción y ocurre en la fase S del ciclo celular. De esta forma,
después de que ha tenido lugar la división celular, cada célula hija posee la misma información
genética. Se produce en el núcleo en eucariotas y en el citoplasma en procariotas.
Características del mecanismo de replicación. ADN-polimerasa.
Una vez descubierta la estructura del ADN, se plantearon tres hipótesis para tratar de
explicar el mecanismo de la replicación:
Conservativa. Según esta hipótesis, las dos cadenas de la doble hélice hija se sintetizan de
nuevo a partir del molde de la parental, que permanece.
Dispersiva. Según esta hipótesis, las dos cadenas tendrían fragmentos de la cadena antigua
y fragmentos recién sintetizados.
Semiconservativa. La molécula de ADN se separa en sus dos hebras y cada una de ellas
sirve de molde para la síntesis de su complementaria. De esta forma, las dobles hélices
resultantes contienen una hebra antigua o parental y una de nueva síntesis. La hipótesis
semiconservativa es el modelo de replicación confirmado, tanto en eucariontes como en
procariontes. Propuesta por Watson y Crick.
Durante la replicación del ADN; cada hebra se separa y actúa como molde o patrón
para la síntesis de una nueva cadena que posee una secuencia de bases complementaria.
(G-C y A-T).
La replicación es:
SEMICONSERVATIVA: La replicación del ADN se dice que se ajusta a un modelo
semiconservativo, pues en la doble hélice de cada célula hija se conserva una cadena
original de la célula madre (el molde); la otra cadena se sintetiza de nuevo.
BIDIRECCIONAL: comienza por los puntos de origen (O) o locus Ori-C y avanza
bidireccionalmente hacia los puntos de terminación, formando “Burbujas de replicación”.
ANTIPARALELA: los nucleótidos complementarios son seleccionados y fijados por la
ADN polimerasa
3´ 5´
5´ 3´
SEMIDISCONTINUA: Una hebra de crecimiento continuo (conductora) y otra de
crecimiento discontinuo (retardada).

2. Las principales moléculas implicadas en la replicación del ADN en los
procariontes son:
ADN polimerasas. Son los enzimas que se encargan de catalizar la formación de enlaces
fosfodiéster entre dos nucleótidos consecutivos. Los nucleótidos complementarios a los de la
cadena que actúa como molde se añaden solamente por el extremo 3´. Se lee la cadena en
dirección 3´ --- 5´ y se forma la nueva en la dirección 5´---3´.
Para llevar a cabo la catálisis necesitan un extremo 3'–OH libre necesario para que la ADN-
polimerasa pueda añadir nucleótidos, por lo que requieren un cebador para iniciar la síntesis.
Este cebador es un fragmento de ARN llamado primer o iniciador.
En E. Coli (PROCARIOTAS) se conocen tres polimerasas:
ADN polimerasa I, que presenta también actividad exonucleasa y se encarga de
rellenar espacios polimerizando ADN.
ADN polimerasa II, que interviene en la reparación del ADN.
ADN polimerasa III, que sintetiza la mayor parte del ADN durante la replicación.
Helicasas. Separan las dos hebras de la molécula de ADN mediante la rotura de los puentes
de hidrógeno que las mantienen unidas; de este modo, cada hebra puede actuar de molde para
la síntesis de una nueva cadena.
Girasa. Son enzimas encargados de desenrollar la doble hélice de ADN a medida que se va
replicando, para permitir la acción del ADN polimerasa.
Topoisomerasas. Cortan una hebra y permiten que la molécula de ADN rote alrededor del
enlace fosfodiester, liberando la tensión producida por el superenrollamiento del ADN.
Primasa. Es un ARN polimerasa que sintetiza pequeños fragmentos de ARN llamados
cebadores o "primer".
Proteínas SSB. Son proteínas estabilizadoras de la cadena sencilla. Una vez que actúa la
helicasa se unen a las cadenas sencillas, estabilizándolas mientras se produce la replicación.
ADN ligasas. Se encargan de unir fragmentos adyacentes de ADN, que se encuentran
correctamente emparejados con la hebra complementaria.

3. MECANISMO DE REPLICACIÓN: Inicio de la replicación. Formación de las nuevas
hebras de ADN. Corrección de errores
http://www.wiley.com/legacy/college/boyer/0470003790/animations/animations.htm
DNA replication
La replicación del cromosoma bacteriano (doble hélice de ADN circular)
comienza cuando se forma una burbuja de replicación, que se extiende y da lugar a
dos horquillas de replicación, en las cuales cada hebra del ADN sirve de molde para
que se sintetice una cadena complementaria. Las horquillas se desplazan en sentidos
opuestos hasta que se encuentran en el punto de terminación. Finalmente, al cabo de
unos 30 minutos, los dos nuevos cromosomas genéticamente idénticos se separan. Se
diferencian 3 etapas:
1. Inicio: Desenrollamiento y apertura de la doble hélice.
La separación de las cadenas comienza en un punto concreto del cromosoma
denominado oriC, rico en secuencias GATC, que marca el origen de la replicación.
A partir del origen de replicación se forman unas estructuras conocidas como burbujas
de replicación que se extienden a lo largo del cromosoma, en sentidos contrarios, y dan lugar
a dos horquillas de replicación (por su forma de Y), donde las dos hebras del ADN parental
están separadas y actúan como moldes o patrones para la síntesis de dos nuevas cadenas de
ADN: por esta razón se dice que la replicación es bidireccional.
Para que la doble hélice se desenrolle sin que las hebras circulares acaben
enredándose en un ovillo, interviene un conjunto de proteínas y enzimas que, junto con las
enzimas ADN Polimerasas, constituyen un aparato molecular de replicación denominado
replisoma:
En primer lugar actúan las enzimas helicasas que facilitan el desenrollamiento de la
doble heélice que se abre como una cremallera y, para eliminar las tensiones
generadas por la torsión de las dos hebras al desenrollarse, intervienen, además,
enzimas girasas y toposiomerasas.
Luego, las proteínas SSB, se unen a las hebras molde del ADN para estabilizarlas y
que no se vuelvan a enrollar.

4. 2. Síntesis de las nuevas hebras.
Una vez formada la burbuja de replicación, ya pueden actuar las enzimas ADN
polimerasas que leen la secuencia de cada una de las cadenas y elaboran dos copias con
secuencias complementarias. En E.coli existen tres enzimas: ADN polimerasa: I y III, que se
encargan de la replicación de la corrección de errores, y II, que solo lleva a cabo la reparación
del ADN dañado por determinados agentes físicos. De ellas, la ADN polimerasa III es la que
lleva a cabo la mayor parte del proceso.
Recorre las hebras molde y selecciona en cada momento el desoxirribonucleótido
trifosfato, cuya base debe ser complementaria a la base del molde.
Si el nucleótido trifosfato seleccionado, es, en efecto, el complementario, lo incorpora a
la cadena de ADN en formación mediante un enlace fosfodiéster.
 PROBLEMAS QUE DEBE RESOLVER LA ENZIMA ADN POLIMERASA III.
La enzima ADN polimerasa III debe resolver dos problemas relacionados con su actividad
catalítica: el inicio de la síntesis y el sentido de lectura de la hebra molde:
INICIO DE LA SÍNTESIS:
La ADN polimerasa III es incapaz de iniciar por sí sola la síntesis de una nueva cadena de
ADN; solo pueden elongarla, pues para adicionar desoxirribonucliótidos necesitan una cadena
previamente formada que suministre un grupo hidroxilo (-OH) 3´que esté libre.
La síntesis de una nueva cadena de ADN comienza con un corto fragmento de ARN,
llamado cebador (primer), que proporciona extremos hidroxilo 3´libres sobre los que adicionar
nuevos nucleótidos: se sintetiza mediante una enzima ARN polimerasa, llamada primasa, que
actúa como iniciador de las réplicas y se elimina posteriormente del ADN formado.
SENTIDO DE LECTURA DE LA HEBRA MOLDE
La ADN polimerasa III solo “sabe leer” las secuencias de las hebras molde en sentido 3´
5´. Mientras que las nuevas cadenas se sintetizan y crecen en sentido 5´3´. Por lo tanto, de las
dos hebras molde del ADN, la que está orientada en el sentido 3´5´es copiada de manera
continua por esta enzima, y la nueva réplica, que crece en el sentido 5´3´, recibe el nombre de
hebra conductora o líder.
Sin embargo, la otra hebra molde, al ser antiparalela y estar orientada en el sentido 5´3´,
no puede leerse en este sentido por la ADN polimerasa III. Para ello, se abren porciones de la
hebra molde sufiecientemente grandes que permitan sintetizar pequeños fragmentos de ADN,
llamados fragmentos de Okazaki. Estos fragmentos crecen en el sentido 5´3´y, más tarde, se
unen para formar otra réplica, que recibe el nombre de hebra retardada porque tarda más
tiempo en sintetizarse, ya que la enzima debe esperar a que la horquilla de replicación se vaya
abriendo lo suficiente para retroceder y volver a comenzar su trabajo.

5. El proceso es el siguiente:
El ARN polimerasa, denominada primasa, sintetiza una pequeña molécula de ARN que actúa
de cebador, ya que el ADN polimerasa III es capaz de alargar la cadena, pero no de iniciarla.
El cebador aporta un extremo 3´ OH necesario para que la ADN polimerasa III pueda añadir
nucleótidos.
El ADN polimerasa III, utilizando como cebador ("primer") el fragmento de ARN, va
alargando la cadena. Este enzima solo es capaz de unir nucleótidos en sentido 5’--- 3'. Como
las dos cadenas que forman el ADN son antiparalelas, las dos hebras se sintetizan de manera
diferente:
- Hebra continua: (a partir del origen de replicación de la cadena molde 3´---5´) se
lee la cadena en dirección 3´---5´ y la hebra hija que se sintetiza a partir de ella lo hace
de forma continua de 5´--3´.
- Hebra retardada: (a partir del origen de replicación de la cadena molde 5´---3´ ) se
replica de forma discontinua y de forma retardada mediante la síntesis de pequeños
fragmentos (1 000 nucleótidos) que crecen en dirección 5'---3', llamados fragmentos de
Okazaki.
A continuación el ADN polimerasa I elimina los fragmentos de ARN que han actuado de
cebadores (función exonucleasa) y rellena los huecos entre los fragmentos (función
polimerasa).
Por último, el ADN-ligasa une los extremos de los fragmentos, dando lugar a la molécula
completa utilizando la energía del ATP.
3. Corrección de errores.
En E. coli tanto la ADN polimerasa I como la III tienen capacidad para corregir errores
en la incorporación de nucleótidos con bases incorrectamente apareadas. Esto es posible por
la actividad exonucleasa 3´-5´de estos enzimas, que eliminan los nucleótidos mal colocados.
La ADN polimerasa I también tienen actividad exonucleasa 5´-3´, lo que permite la corrección
de otros tipos de errores y la eliminación del ARN cebador.

6. DIFERENCIAS ENTRE EL PROCESO REPLICATIVO DE PROCARIOTAS Y EUCARIOTAS.
PROCARIOTAS EUCARIOTAS
Existen tres ADN polimerasas I, II y III. Tienen cuatro ADN polimerasas a, d , b y e,
La replicación la realiza fundamentalmente la además de la polimerasa g, que replica el ADN
polimerasa III. mitocondrial.
La polimerasa a replica la hebra retardada, y la
d, la hebra lider.
Presentan un único punto de inicio de la Presentan cientos de puntos de origen de la
replicación (oriC). replicación.
No tienen actividad telomerasa, ya que su Debido a que las cadenas de ADN son
ADN es circular y no presentan problemas en lineales, presentan actividad telomerasa
la terminación de la síntesis. (enzima del extremo de los cromosomas) para
poder completar el extremo de la hebra una
vez quitado el cebador.
Fragmentos de Okazaki mayor (1000 a 2000 Fragmentos Okazaki menores (100 a 200
nucleótidos) nucleótidos)
Velocidad replicación mayor Velocidad replicación menor (hasta 50 veces)