Duplicación del ADN

La molécula del ADN tiene la propiedad de autoduplicarse. Para que esto ocurra, lo primero que debe suceder es que la molécula se desdoble, quedando en forma lineal. Para explicar este proceso, se proponen tres hipótesis:

Hipótesis de la duplicación del ADN

Conservativa

Esta hipótesis indica que, para duplicarse, el ADN se presume que se conserva un ADN madre que le sirve de molde para la duplicación.

Dispersiva

Indica que el ADN, para duplicarse, se supone que conserva trozos de la hebra antigua con trozos de la hebra nueva.

Semiconservativa

Intenta explicar que la duplicación del ADN se supone que se realiza mediante la conservación de una hebra antigua que sirve de molde para que se forme una hebra nueva.

Fase de Iniciación

Desenrollamiento y apertura de la doble hélice

• Se inicia en el punto de iniciación.
• La enzima helicasa separa las dos hebras de ADN rompiendo los puentes de hidrógeno entre las bases nitrogenadas.
• Las enzimas girasas y topoisomerasas evitan las tensiones provocadas por el desenrollamiento.
• Proteínas SSB impiden que se vuelvan a enrollar las hebras.

Alrededor del punto de iniciación se forma una burbuja de replicación, que se va extendiendo en los dos sentidos, por lo que se dice que el proceso es bidireccional. Hay dos zonas en forma de Y, denominadas horquillas de replicación.

Formación de Nuevas Hebras: Elongación

Se sintetiza una nueva hebra de ADN sobre cada hebra original. El proceso se lleva a cabo por la enzima ADN polimerasa III que actúa:

• Recorriendo una hebra molde de ADN en sentido 3’ 5’ y sobre la que sintetiza la hebra nueva uniendo desoxirribonucleótidos complementarios.
• Uniendo nucleótidos en sentido 5’ 3’, es decir, la nueva hebra crece en ese sentido.
• Utilizando nucleótidos trifosfato, que aportan, al mismo tiempo, la energía para el nuevo enlace, por hidrólisis de dos grupos P.
• Necesitando un cebador, que es un fragmento de ARN sintetizado por una ARN polimerasa denominada primasa. Así queda un extremo 3’ libre sobre el cual actúa la ADN polimerasa, sintetizando una de las hebras de forma continua, la que recorre el molde en sentido 3’-5’, denominada hebra conductora.
• Sintetizando la otra hebra de manera discontinua, la que recorre el molde en sentido 5’-3’, denominada hebra retardada.

Finalización y Corrección de Errores

Cada hebra recién sintetizada y la que ha servido de patrón se disponen enrolladas originando una doble hélice. La replicación no concluye hasta que se comprueba que no hay errores y, si los hay, se corrigen. En este proceso actúan varias enzimas:

• Endonucleasas: detectan errores y cortan la cadena anómala.
• Exonucleasas: eliminan el fragmento incorrecto.
• ADN polimerasa I: sintetizan la parte del segmento eliminado.
• ADN ligasas: unen el nuevo segmento al resto de la cadena.

Expresión del Mensaje Genético

La información genética es la causa de la síntesis de proteínas específicas, entre ellas las enzimas. Se enunció la hipótesis “un gen, una enzima”, según la cual cada gen lleva información para una enzima. Después, esta teoría fue ampliada, ya que el gen podía codificar cualquier enzima. Entonces, quedaba claro que la ejecución de las órdenes contenidas en el ADN consiste en la síntesis de proteínas específicas.

Dogma Fundamental de la Biología Molecular

El ADN forma una copia de parte de su mensaje sintetizando una molécula de ARNm (transcripción), lo cual constituye la información utilizada por los ribosomas para la síntesis de una proteína (traducción).

ADN –transcripción–> ARN –traducción–> Proteína

Experimento de Griffith

El experimento de Griffith, llevado a cabo en 1928 por Frederick Griffith, fue uno de los primeros experimentos que mostró que las bacterias eran capaces de transferir información genética mediante un proceso llamado transformación.

Transcripción

Es el paso de una secuencia de ADN a ARN, ya sea mensajero, transferente o ribosómico.

Transcripción en Eucariontes

Existen tres tipos de ARNp (ARN polimerasa, enzima con estructura cuaternaria: 2 cadenas α y 1 β y otra β’):

• ARNp I: sintetiza los ARN ribosómicos.
• ARNp II: cataliza la síntesis de ARN mensajero.
• ARNp III: cataliza ARNt y ARNr.

Hay que destacar también que los genes están fragmentados, de forma que siempre es necesario un proceso de maduración en el que se eliminan intrones y se empalman los exones. Las fases son:

1. Iniciación: Se produce en una región del ADN llamada región promotora.
2. Alargamiento: La síntesis es en sentido 5’-3’ y, al cabo de 30 ribonucleótidos transcritos, se añade una caperuza al extremo 5’ (metil-guanosil-trifosfato).
3. Finalización: Parece ser que está relacionada con la secuencia TTATTT. A continuación, viene la poli-A polimerasa, que añade al extremo 3’ un segmento de 200 ribonucleótidos de Adenina, un poli-A, para poder atravesar la membrana nuclear y llevar la información al ribosoma.
4. Maduración: Se rompen y eliminan los intrones y la ARN ligasa une los trozos. Este ARNm será monocistrónico. Hay que destacar que en bacterias no existen intrones, no se produce la maduración y el ARNm es policistrónico.

Código Genético

Es la correspondencia que existe entre los nucleótidos del ADN, o de su transcrito en el ARNm, y los aminoácidos de las proteínas. Los mensajes genéticos residen en la ordenación de los nucleótidos y dicha secuencia de nucleótidos se convertirá en una secuencia de aminoácidos.

La unidad del código genético es el triplete o codón (mínima parte del código genético que codifica para una proteína), compuesto por tres bases nitrogenadas. Habrá así 64 combinaciones de bases o tripletes, las cuales van a codificar a los 20 aminoácidos que forman parte del ADN. Por tanto, se concluye que habrá aminoácidos que sean codificados por varios tripletes, es un código degenerado. Ésta degeneración del código genético no es uniforme, ya que hay aminoácidos codificados por uno, dos, tres… tripletes. Las dos primeras bases de un triplete son iguales cuando codifican a un mismo aminoácido, la especificidad reside ahí, la última base es la que cambia, pudiendo ser púrica o pirimidínica. Hay codones sin sentido, es decir, que no codifican para ningún aminoácido porque indican fin de la síntesis de proteínas.

Crick llegó a la conclusión de que el código genético presenta señales de iniciación y fin de lectura. También descubrió que los tripletes no están solapados, sino que la lectura es continua, todo seguido. El código es universal, está impreso de la misma forma en todos los seres vivos, excepcionalmente en el ADN mitocondrial.

Traducción

Es la síntesis de proteínas; la secuencia de nucleótidos del ADN, y que va a ser transcrita al ARNm, se va a corresponder con una serie de aminoácidos. En la traducción ocurre lo siguiente:

1. Activación: Los aminoácidos que están en el citoplasma tienen que ser activados por medio del ATP.

Aminoácido + ATP + ARNt —-> Aminoacil-ARNt + AMP + Pi

En eucariontes, el ARNm es sintetizado en el núcleo y, antes de salir, experimenta la maduración.

2. Elongación de la cadena peptídica: El complejo ribosomal posee 2 sitios de unión: el centro P, donde se sitúa el primer ARNt con su aminoácido correspondiente; y el centro A, donde se incorporan los nuevos aminoacil-ARNt. Se forma un enlace peptídico entre los dos aminoácidos, quedando libre el primer aminoácido de su ARNt. El ARNt sin el aminoácido sale del ribosoma, produciéndose ahora la translocación en el centro P del ARNt que ha quedado con los dos aminoácidos.