Name: dna copying: leading and lagging strands
Uploaded: 2020-09-24T15:06:53.000Z
Duration: 2 min 40 s
Channel: JoVE

La replicación del ADN se produce sintetizando nuevas hebras de ADN utilizando hebras existentes como plantilla. Las dos nuevas hélices dobles contienen cada una una hebra plantilla original y una hebra hija recién sintetizada, razón por la cual este proceso se conoce como replicación semiconservadora. Para comenzar la replicación, una enzima, la helicasa, desenrolla la hélice del ADN y rompe los enlaces de hidrógeno entre las dos hebras.Luego separa las hebras individuales formando una estructura en forma de Y, conocida como horquilla de replicación, donde se puede acceder a las hebras de la plantilla mediante enzimas adicionales. Otra enzima, la primasa, agrega fragmentos cortos de ARN llamados cebadores en cada hebra molde. Estos cebadores son esenciales para la síntesis de ADN, ya que la ADN polimerasa solo puede agregar nucleótidos a una hebra existente.La ADN polimerasa se agrega a las hebras hijas en crecimiento en ambas hebras de molde de ADN. La adición de nucleótidos está guiada por la secuencia de la cadena de ADN original de acuerdo con las reglas de apareamiento de ADN. La síntesis de una de las hebras hijas, la hebra principal, se produce en la dirección del movimiento de la horquilla de replicación.La otra hebra, la hebra rezagada, se sintetiza en la dirección opuesta. Esto conduce a que la hebra principal se sintetice como un polímero continuo, mientras que la hebra rezagada se sintetiza como fragmentos cortos. Esto ocurre porque el ADN se puede sintetizar solo en la dirección 5'a 3'Antes de su adición al polímero en crecimiento, los nucleótidos existen como desoxirribonucleósidos trifosfatos, con tres fosfatos unidos al quinto carbono del azúcar.carbon on the sugar. Este trifosfato de nucleótido libre reacciona con los grupos hidroxilo 3'Este es el hidróxido que se une al tercer carbón del azúcar al final de la hebra en crecimiento. La reacción provoca la liberación de pirofosfato y la formación de un enlace fosfodiéster entre los dos nucleótidos.Después de la síntesis de las nuevas hebras, la RNasa H o las variantes adicionales de ADN polimerasa, eliminan los cebadores y sintetizan el ADN en su lugar. Luego, los espacios entre los fragmentos se sellan mediante ADN ligasa para generar una hebra continua. La adición de nucleótidos continúa hasta que dos horquillas de replicación se encuentran, dando como resultado la replicación completa.

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	<li>Pray, L. (2008) Principales eventos moleculares de la replicación del ADN. Educación para la Naturaleza 1(1):99 </li>
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la replicación del adn

DNA Replication

La replicación del ADN implica la separación de las dos hebras de la doble hélice, con cada hebra sirviendo como una plantilla desde la cual se copia la nueva hebra complementaria.  Después de la replicación, cada ADN de doble cadena incluye una hebra parental o “vieja” y una hebra “nueva”. Esto se conoce como replicación semiconservativa. Las moléculas de ADN resultantes tienen la misma secuencia y se dividen por igual en las dos células hijas.
 Replicación en procariotas
 La replicación del ADN utiliza un gran número de proteínas y enzimas. La enzima helicasa separa las dos cadenas de ADN. A medida que la helicasa se mueve a lo largo del ADN, separa las dos hebras para formar una estructura en forma de Y conocida como la horquilla de replicación. Después de esto, la enzima primasa añade tramos cortos de ARN conocidos como cebadores para iniciar la síntesis de ADN por ADN polimerasa, la enzima responsable de la síntesis de ADN. En las bacterias, se conocen tres tipos principales de ADN polimerasas: ADN pol I, ADN pol II y ADN pol III. La ADN pol III es la enzima necesaria para la síntesis de ADN; la ADN pol I y la ADN pol II son principalmente necesarias para su reparación. La DNA pol III añade desoxirribonucleótidos, cada uno complementario a un nucleótido en la cadena de plantilla, uno por uno al grupo 3′-OH de la cadena de ADN en crecimiento. La ADN polimerasa III sólo puede extenderse en la dirección de 5′ a 3′. La adición de estos nucleótidos requiere energía. Esta energía está presente en los enlaces de tres grupos fosfato unidos a cada nucleótido, de manera similar a como se almacena la energía en los enlaces fosfato de adenosina trifosfato (ATP). Cuando se rompe el enlace entre los fosfatos y se libera difosfato, la energía liberada permite la formación de un enlace covalente de fosfodiéster por síntesis de deshidratación.
 La doble hélice del ADN es antiparalela; es decir, una cadena está orientada en la dirección de 5′ a 3′ y la otra está orientada en la dirección de 3′ a 5′. Durante la replicación, una cadena, que es complementaria a la cadena de ADN parental de 3′ a 5′, se sintetiza continuamente hacia la horquilla de replicación porque la polimerasa puede añadir nucleótidos en esta dirección. Esta hebra sintetizada de forma continua se conoce como la hebra conductora. La otra cadena, complementaria al ADN parental de 5′ a 3′, se aleja de la horquilla de replicación, por lo que la polimerasa debe volver hacia la horquilla de replicación para empezar a agregar bases a un nuevo cebador, otra vez en la dirección opuesta a la horquilla de replicación. Lo hace hasta que choca la cadena previamente sintetizada, y luego se mueve de nuevo. Estos pasos producen pequeños fragmentos de secuencia de ADN conocidos como fragmentos de Okazaki, cada uno separado por el cebador de ARN. La hebra con los fragmentos de Okazaki se conoce como la hebra rezagada, y se dice que su síntesis es discontinua.
 Después de la síntesis por la ADN polimerasa III, los cebadores son removidos por la actividad de exonucleasa de la ADN polimerasa I, y las brechas son llenadas. Las hendiduras que permanecen entre el ADN recién sintetizado (que reemplazó el cebador de ARN) y el ADN sintetizado previamente son selladas por la enzima ADN ligasa que cataliza la formación de un enlace covalente de fosfodiéster entre el extremo 3′-OH de un fragmento de ADN y el extremo fosfato 5′ del otro fragmento, estabilizando la columna vertebral de azúcar-fosfato de la molécula de ADN.
 Replicación en eucariotas
 Los genomas eucarióticos son mucho más complejos y grandes que los genomas procarióticos y están compuestos típicamente de múltiples cromosomas lineales. El genoma humano, por ejemplo, tiene 3 mil millones de pares de bases por conjunto haploide de cromosomas, y 6 mil millones de pares de bases se insertan durante la replicación. Hay múltiples orígenes de replicación en cada cromosoma eucariótico; el genoma humano tiene de 30.000 a 50.000 orígenes de replicación. La tasa de replicación es de aproximadamente 100 nucleótidos por segundo, 10 veces más lenta que la replicación procariótica.
 Los pasos esenciales de la replicación en eucariotas son los mismos que en procariotas. Antes de que pueda comenzar la replicación, el ADN debe estar disponible como plantilla. El ADN eucariótico está altamente superenrollado y empaquetado, lo cual es facilitado por muchas proteínas, incluyendo las histonas. Tras el inicio de la replicación, en un proceso similar al que se encuentra en los procariotas, la elongación es facilitada por las polimerasas de ADN eucariotas. La hebra conductora o principal es sintetizada de forma continua por la enzima pol δ de la polimerasa eucariótica, mientras que la hebra rezagada es sintetizada por la pol ε. La enzima ribonucleasa H (RNasa H), en lugar de una ADN polimerasa como en las bacterias, elimina los cebadores de ARN, que luego se reemplazan con nucleótidos de ADN. Las brechas que quedan son sellados por ligasa de ADN.
 Al igual que en los procariotas, la polimerasa de ADN eucariota puede añadir nucleótidos sólo en la dirección de 5′ a 3′. En la hebra conductora, la síntesis continúa hasta que alcanza el extremo del cromosoma u otra horquilla de replicación que progresa en sentido contrario. En la hebra rezagada, el ADN se sintetiza en tramos cortos, cada uno de los cuales es iniciado por un cebador independiente. Cuando la horquilla de replicación alcanza el extremo del cromosoma lineal, no hay lugar para hacer un cebador para que el fragmento de ADN se copie al final del cromosoma. Estos extremos permanecen así no emparejados, y, con el tiempo, pueden llegar a ser progresivamente más cortos a medida que las células continúan dividiéndose.
 Este texto es adaptado de <a href="https://openstax.org/books/microbiology/pages/11-2-dna-replication"> Openstax, Microbiología, Capítulo 11.2: Replicación del ADN</a>.

La Replicación del ADN

La replicación del ADN implica la separación de las dos hebras de la doble hélice, con cada hebra sirviendo como plantilla a partir de la cual se ...

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KEY TERMS AND CONCEPTS

TÉRMINOS Y CONCEPTOS CLAVE

dna copying: leading and lagging strands

DNA replication copies genetic material before a cell divides. Each original DNA strand serves as a template for a new complementary strand. The result is semiconservative replication, which means each new DNA molecule contains one old strand and one new strand. The two daughter cells then receive DNA with the same sequence.

Replication starts when helicase separates the two strands of the double helix. This creates a Y-shaped replication fork. Primase then adds short RNA primers that give DNA polymerase a place to begin DNA synthesis. In bacteria, the main DNA polymerases are DNA pol I, DNA pol II, and DNA pol III. DNA pol III carries out DNA synthesis, while DNA pol I and DNA pol II mainly help with repair.

DNA pol III adds deoxyribonucleotides one at a time to the 3'-OH end of the growing strand. It can extend DNA only in the 5' to 3' direction. The energy for this process comes from the three phosphate groups on each nucleotide. When a phosphate bond is broken and diphosphate is released, that energy helps form the phosphodiester bond in the DNA backbone.

Because the DNA double helix is antiparallel, the two template strands face opposite directions. The strand copied toward the replication fork is made continuously and is called the leading strand. The other strand is copied away from the fork. It must start over with new primers as the fork opens, so it is made in short stretches called Okazaki fragments. This strand is the lagging strand, and its synthesis is discontinuous.

After DNA pol III finishes, DNA pol I removes the RNA primers in bacteria, and the gaps are filled in. DNA ligase then seals the remaining nicks by forming covalent phosphodiester bonds between adjacent DNA fragments. This step strengthens the sugar-phosphate backbone of the new DNA molecule.

Eukaryotic DNA replication follows the same basic steps, but the genome is larger and more complex. Eukaryotic chromosomes are linear and have many origins of replication. In humans, the genome has 3 billion base pairs per haploid set, and about 6 billion base pairs are copied during replication. Human chromosomes also have about 30,000 to 50,000 origins of replication, and replication occurs at about 100 nucleotides per second, which is much slower than in prokaryotes.

Before replication begins, eukaryotic DNA must be made available as a template. It is tightly packed and supercoiled, and histones help organize this packaging. After initiation, eukaryotic DNA polymerases carry out elongation. Polymerase delta (pol δ) synthesizes the leading strand, and polymerase epsilon (pol ε) synthesizes the lagging strand. RNase H removes the RNA primers, DNA nucleotides replace them, and DNA ligase seals the final gaps. Because eukaryotic DNA polymerase also works only in the 5' to 3' direction, the lagging strand is still made in short pieces. Near the ends of linear chromosomes, there is no place to add a final primer, so these ends remain unpaired and can become shorter over time as cells keep dividing.

DNA Copying: Leading and Lagging Strands

functional groups

Functional Groups in Organic Chemistry

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Lipids, Fats, and Cell Membranes

Lipids are nonpolar molecules that do not mix well with water. They are hydrophobic, which means “water fearing,” because they contain mostly nonpolar carbon-carbon and carbon-hydrogen bonds. In cells, lipids store long-term energy as fats, help insulate plants and animals, and form protective water-repellent layers on feathers and fur. They are also part of cell membranes and serve as building blocks for many hormones. Common lipids include fats, oils, waxes, phospholipids, and steroids. A...

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Cell Chemistry: Water and Macromolecules

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Polymer Chains and How They Form

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key terms and concepts

Explore how DNA replication uses leading and lagging strands, RNA primers, DNA polymerase, ligase, and semiconservative copying in bacteria and eukaryotes.

DNA Copying: Leading and Lagging Strands | JoVE K12

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JoVE Core Química da vida a los conceptos de química general mediante lecciones de vídeo basadas en animaciones, concisas y fáciles de entender. Además, en los vídeos de científicos en acción, se muestran experimentos de investigación clásicos y originales realizados en laboratorios de todo el mundo.

DNA Copying: Leading and Lagging Strands

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