Replicación del ADN: Un proceso fundamental

La replicación del ADN es un proceso crucial que ocurre durante la fase S del ciclo celular. En el núcleo, la cromatina (ADN y proteínas) forma los cromosomas. Durante la replicación, la doble hélice de ADN se separa en dos hebras, las cuales son copiadas simultáneamente. La ADN polimerasa es la enzima principal que cataliza la síntesis de las nuevas cadenas. El proceso de replicación genera una tensión en la molécula de ADN, la cual es aliviada por las topoisomerasas. Finalmente, las hebras madre e hija se unen para formar dos moléculas de ADN bicatenario, restaurando la estructura de la cromatina.

Estructura y características del ADN

El ADN es una doble hélice con 10 pares de nucleótidos por vuelta. Está compuesto por fosfato, desoxirribosa (azúcar) y bases nitrogenadas (adenina, timina, guanina y citosina). Las bases se aparean específicamente: adenina (A) con timina (T) y guanina (G) con citosina (C), mediante puentes de hidrógeno (A-T: 2 puentes; G-C: 3 puentes). Es un polímero bicatenario de desoxirribonucleótidos unidos por enlaces fosfodiéster, con las dos hebras en sentido antiparalelo (extremo 5’ de una con el 3’ de la otra).

Características de la replicación

• Semiconservadora: Cada nueva molécula de ADN bicatenario contiene una hebra vieja y una nueva.
• Bidireccional: Se inicia en numerosos orígenes de replicación.
• Cebada con oligonucleótidos de ARN: Requiere cebadores de ARN para iniciar la síntesis.
• Semidiscontinua: La síntesis de la nueva hebra es continua en una hebra (hebra adelantada) y discontinua en la otra (hebra retrasada).

Proteínas implicadas en la replicación

• ADN polimerasas: Complejo enzimático que inicia y realiza la síntesis de ADN, con capacidad de corrección de errores.
• ADN helicasas: Desenrollan y separan las hebras de ADN.
• ADN primasas: Sintetizan los cebadores de ARN.
• Proteínas de unión a ADN monocatenario (SSB): Evitan la unión de las hebras separadas hasta que se completa la síntesis.
• ADN ligasa: Une los fragmentos de Okazaki en la hebra retrasada.
• Topoisomerasas: Alivian la tensión torsional del ADN.
• Telomerasa: Mantiene los telómeros de los cromosomas (solo en células germinales).

Reparación del ADN

La integridad del ADN es esencial. Existen mecanismos de reparación para corregir errores y daños:

• Reparación de emparejamientos erróneos: Corrige errores de apareamiento de bases.
• Reparación por escisión de bases: Corrige la pérdida de purinas o grupos amino.
• Reparación por escisión de nucleótidos: Elimina lesiones causadas por luz UV o agentes químicos.
• Reparación de ADN bicatenario: Se utiliza recombinación homóloga o unión de extremos no homólogos para reparar roturas de doble hebra.

Los daños en el ADN pueden ser causados por errores en la replicación (tasa de mutación basal) o por agentes exógenos como radiación, hidrocarburos y radicales libres.

Componentes celulares relacionados con el ADN

Componentes principales

• Gen: Segmento de ADN que codifica una proteína o ARN.
• Secuencias reguladoras: Señales que controlan la expresión génica.
• Material genético: Genoma (conjunto completo de ADN de un organismo).
• Genoma: Conjunto de cromosomas con número y tamaño característicos.
• Valor C: Cantidad de ADN en el genoma.
• Intrones y exones (eucariotas): Secuencias no codificantes e intervinientes (intrones) y secuencias codificantes (exones).
• Operón (procariotas): Genes adyacentes que se expresan como una unidad.
• Plásmidos: Moléculas de ADN circular extracromosómico.
• Viroides: Moléculas de ARN circulares no codificantes.
• Priones: Partículas infecciosas proteicas.
• Elementos transponibles: Secuencias de ADN móviles.
• ADN mitocondrial (mtDNA): ADN presente en las mitocondrias.
• Cromosomas: Molécula de ADN que porta la información genética.
• Cromatina: Complejo de ADN y proteínas que forma los cromosomas.
• Histonas: Proteínas que se unen al ADN en la cromatina.
• Ciclo celular: Proceso de crecimiento y división celular (G₁, S, G₂, M).
• Nucléolo: Región del núcleo donde se sintetizan los ribosomas.
• siRNA y miRNA: Moléculas de ARN que participan en la interferencia del ARN.

Tipos de ADN (procariotas)

• ADN único: Secuencias que se repiten una sola vez.
• ADN moderadamente repetitivo: Secuencias repetidas en tándem o dispersas.
• ADN altamente repetitivo: Secuencias repetidas en grandes cantidades (ADN satélite).

Ejemplos de plásmidos en E. coli

• Factor F: Implicado en la conjugación bacteriana.
• Factor R: Confiere resistencia a antibióticos.
• Factor Col: Codifica colicinas (sustancias que matan bacterias).

Ejemplo de secuencia de replicación directamente flanqueante:

5’-ACAGTTCAG…CTGAACTGT-3’
3’-TGTCAAGTC…GACTTGACA-5’