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13.5: Replicación en procariotas
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Replication in Prokaryotes
 
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TRANSCRIPCIÓN

13.5: Replication in Prokaryotes

13.5: Replicación en procariotas

Overview

DNA replication has three main steps: initiation, elongation, and termination. Replication in prokaryotes begins when initiator proteins bind to the single origin of replication (ori) on the cell’s circular chromosome. Replication then proceeds around the entire circle of the chromosome in each direction from two replication forks, resulting in two DNA molecules.

Many Proteins Work Together to Replicate the Chromosome

Replication is coordinated and carried out by a host of specialized proteins. Topoisomerase breaks one side of the double-stranded DNA phosphate-sugar backbone, allowing the DNA helix to unwind more rapidly, while helicase breaks the bonds between base pairs at the fork, separating the DNA into two template strands. Proteins that bind single-stranded DNA molecules stabilize the strands as the replication fork travels along the chromosome. DNA can only be synthesized in the 5’ to 3’ direction, so one strand of the template—the leading strand—is elongated continuously, while the other strand—the lagging strand—is synthesized in shorter pieces of 1000-2000 base pairs called Okazaki fragments.

Multiple Polymerases Take Part in Elongation

Much of the research to understand prokaryotic DNA replication has been performed in the bacterium Escherichia coli, a commonly-used model organism. E. coli has 5 DNA polymerases: Pol I, II, III, IV, and V. Pol III is responsible for the majority of DNA replication. It can polymerize about 1,000 base pairs per second. This astonishing pace allows the machinery present at the two replication forks to duplicate the E. coli chromosome—4.6 million base pairs—in roughly 40 minutes. DNA polymerase I is also well-characterized; its primary role is to remove the RNA primers from the start of Okazaki fragments on the lagging strand.

When Division Outpaces Duplication

Under favorable growth conditions, E. coli will divide every 20 minutes, about half the amount of time that it takes to replicate the genome. How is this possible when both daughter cells must have their own DNA? Scientists found that the bacteria can begin another round of DNA replication from the origin of replication before the first round is complete; this means that daughter cells receive a chromosome that is already in the process of being copied and are prepared to divide again very quickly.

Visión general

La replicación del ADN tiene tres pasos principales: iniciación, alargamiento y terminación. La replicación en los prokaryotes comienza cuando las proteínas del iniciador se unen al origen único de la replicación (ori) en el cromosoma circular de la célula. La replicación continúa alrededor de todo el círculo del cromosoma en cada dirección a partir de dos horquillas de replicación, lo que resulta en dos moléculas de ADN.

Muchas proteínas trabajan juntas para replicar el cromosoma

La replicación es coordinada y llevada a cabo por una serie de proteínas especializadas. La topoisomerasa rompe un lado de la columna vertebral de fosfato-azúcar de adn de doble cadena, lo que permite que la hélice del ADN se desenrolle más rápidamente, mientras que la helicasa rompe los enlaces entre los pares de base en la horquilla, separando el ADN en dos hebras de plantilla. Las proteínas que unen moléculas de ADN de una sola cadena estabilizan las hebras a medida que la horquilla de replicación viaja a lo largo del cromosoma. El ADN sólo se puede sintetizar en la dirección de 5' a 3', por lo que una hebra de la plantilla, la cadena principal, se alarga continuamente, mientras que la otra hebra, la cadena rezagada, se sintetiza en piezas más cortas de 1000-2000 pares base llamados fragmentos de Okazaki.

Múltiples polimerasas participan en elongation

Gran parte de la investigación para entender la replicación del ADN procariotico se ha realizado en la bacteria Escherichia coli,un organismo modelo de uso común. E. coli tiene 5 polimerasas de ADN: Pol I, II, III, IV, y V. Pol III es responsable de la mayoría de la replicación de ADN. Puede polimerizar unos 1.000 pares de bases por segundo. Este asombroso ritmo permite que la maquinaria presente en las dos horquillas de replicación duplique el cromosoma E. coli (4,6 millones de pares de bases) en aproximadamente 40 minutos. ADN polimerasa I también está bien caracterizado; su función principal es eliminar las imprimaciones de ARN desde el inicio de los fragmentos de Okazaki en la cadena de retraso.

Cuando la división supera la duplicación

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

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