13.5: Replicación en procariotas

Descripción general

La replicación del ADN tiene tres pasos principales: iniciación, elongación y terminación. La replicación en procariotas comienza cuando las proteínas iniciadoras se unen al único origen de replicación (ori) en el cromosoma circular de la célula. Luego, la replicación continúa alrededor de todo el círculo del cromosoma en cada dirección desde dos horquillas de replicación, lo que da como resultado dos moléculas de ADN.

Muchas proteínas trabajan juntas para replicar el cromosoma

La replicación está coordinada y llevada a cabo por una gran cantidad de proteínas especializadas. La topoisomerasa rompe un lado de la estructura bicatenaria de azúcar-fosfato del ADN, lo que permite que la hélice del ADN se desenrolle más rápidamente, aunque la helicasa rompe los enlaces entre los pares de bases en la bifurcación, separando el ADN en dos hebras plantilla. Las proteínas que se unen a moléculas de ADN monocatenarias estabilizan las hebras a medida que la horquilla de replicación viaja a lo largo del cromosoma. El ADN sólo puede sintetizarse en la dirección 5' a 3', por lo que una hebra de la plantilla –la hebra principal– se alarga continuamente, aunque la otra hebra –la hebra rezagada– se sintetiza en piezas más cortas de 1000 a 2000 pares de bases llamadas Fragmentos de Okazaki.

Múltiples polimerasas participan en el alargamiento

Gran parte de la investigación para comprender la replicación del ADN procariótico se ha realizado en la bacteria Escherichia coli, un organismo modelo de uso común. E. coli tiene 5 ADN polimerasas: Pol I, II, III, IV y V. Pol III es responsable de la mayor parte de la replicación del ADN. Puede polimerizar alrededor de 1.000 pares de bases por segundo. Este ritmo sorprendente permite que la maquinaria presente en las dos bifurcaciones de replicación duplique el cromosoma de E. coli -4,6 millones de pares de bases- en aproximadamente 40 minutos. La ADN polimerasa I también está bien caracterizada; su función principal es eliminar los cebadores de ARN del inicio de los fragmentos de Okazaki en la cadena retrasada.

Cuando la división supera la duplicación

En condiciones de crecimiento favorables, E. coli se dividirá cada 20 minutos, aproximadamente la mitad del tiempo que lleva replicar el genoma. ¿Cómo es posible esto cuando ambas células hijas deben tener su propio ADN? Los científicos descubrieron que las bacterias pueden comenzar otra ronda de replicación del ADN desde el origen de replicación antes de que se complete la primera ronda; esto significa que las células hijas reciben un cromosoma que ya está en proceso de copiarse y están preparadas para volver a dividirse muy rápidamente.

- [Narrador] En procariotas, comienza la replicación del ADN

cuando las proteínas iniciadoras se unen

al origen de la replicación,

una pequeña región de ADN que contiene

una secuencia específica de bases, creando un complejo.

Este complejo ayuda a separar inicialmente el ADN.

Entonces la enzima ADN helicasa se une a ella

Y sigue desenrollando el ADN

rompiendo los enlaces de hidrógeno

entre las hebras complementarias.

Las áreas recién abiertas se estabilizan

por proteínas de unión a ADN monocatenarias.

Cada una puede servir ahora como plantilla

para la síntesis de una nueva hebra de ADN.

El desenrollado y la síntesis procede

en ambas direcciones desde el origen,

creando dos bifurcaciones de replicación.

Delante de las horquillas,

Las enzimas topoisomerasas se unen al ADN.

y reducen la tensión torsional a medida

que la molécula se desenrolla.

Una vez que las hebras están separadas,

otra enzima, primasa, sintetiza un cebador de ARN,

Un corto tramo de ARN complementario a la secuencia de ADN.

La cartilla proporciona un lugar

para la enzima ADN polimerasa para añadir nucleótidos

complementario a la secuencia de ADN,

creando una nueva hebra de ADN en un proceso

llamado alargamiento.

La ADN polimerasa sintetiza el ADN en los cinco primeros

a tres direcciones principales de la molécula,

así que la síntesis de esta hebra,

El hilo conductor, procede continuamente.

La otra hebra, la hebra retrasada,

Tiene la orientación opuesta.

En consecuencia el ADN se sintetiza en piezas cortas

llamados fragmentos de Okazaki,

alargado de los cebadores de ARN adicionales

hacia atrás desde la dirección general del movimiento

de la horquilla de replicación.

Luego se escinden los cebadores de ARN.

por enzimas como los ARN, reemplazados por ADN,

y los fragmentos de ADN están unidos

por la enzima ADN ligasa, creando una cadena continua.

La replicación del ADN se desarrolla

alrededor de toda la molécula,

dando como resultado dos moléculas de ADN circular.

Esto se considera un proceso semiconservativo,

porque cada molécula contiene una hebra vieja

y una nueva hebra.