Un acontecimiento clave en el ciclo celular, e imprescindible para que se realice la división celular, es la replicación (o duplicación) del ADN, que ocurre en la fase S de la interfase.
- Mecanismo general de replicación del ADN: intuido por Watson y Crick
El mecanismo general de la replicación fui intuido por Watson y Crick cuando establecieron la estructura de doble hélice y la complementariedad de las bases. Propusieron lo siguiente: la doble hélice del ADN se abre y las dos cadenas de nucleótidos se separan; a partir de cada una de las dos cadenas se forma una nueva, que es complementaria de la que ha servido como patrón. Sin embargo, la aceptación de este modelo requirió una demostración, pues el proceso podría ocurrir de otras maneras. Se plantearon tres modelos posibles.
+ Modelo conservativo
Una doble hélice conserva las dos cadenas originales, y la otra está formada por las dos de nueva síntesis.
+ Modelo dispersivo
Cada una de las cadenas hijas contiene fragmentos de la cadena original y fragmentos de nueva síntesis.
+ Modelo semiconservativo
Fue propuesto por Watson y Crick. Cada doble hélice conserva una hélice de las dos originales y sintetiza una nueva.
- La replicación semiconservativa del ADN
Meselson y Stahl, en 1957, demostraron experimentalmente que el modelo correcto era el semiconservativo. En primer lugar, comprobaron en un experimento control que el ADN de bacterias cultivadas durante varias generaciones en un medio 15N era más pesado que el ADN de bacterias cultivadas en un medio normas con 14N. Además, ambos ADN se podían separar por ultracentrifugación. A partir del control, desarrollaron su experimento.
- Las fases de la replicación del ADN en procariontes
Hoy día, basándose sobre todo en experimentos realizados con la bacteria E. coli, se ha desentrañado, en gran parte, la secuencia de reacciones que conducen a la replicación del ADN. Este proceso se divide en dos etapas: la iniciación y la elongación. Además, durante la elongación se lleva a cabo la corrección de errores que se hayan podido producir.
+ Fase de iniciación
Consiste, básicamente, en el desenrollamiento y apertura de la doble hélice. En el cromosoma bacteriano, la replicación tiene un origen único: se inicia en una región del ADN llamada oriC o punto de iniciación. Es una zona donde abundan las secuencias de bases GATC. Durante la fase de iniciación, se producen varios acontecimientos:
. El punto de iniciación es reconocido por unas proteínas específicas que se unen a él. Las enzimas helicasas rompen los enlaces de hidrógeno entre las bases nitrogenadas, y la doble hélice se abre como una cremallera.
. Cuando la doble hélice se abre, se produce desenrollamiento en esa zona; esto crea tensiones en las zonas próximas, que podrían provocar un mayor enrollamiento. La acción de otras enzimas -la girasas y las topoisomerasas- evita esas tensiones, rompiendo y soldando de nuevo la hélice de ADN en estos puntos.
. Las proteínas SSB se unen a las hebras molde, impiden que se vuelvan a enrollar y dejan libre la parte de la hebra que lleva las bases, de modo que estas sean accesibles para otras moléculas.
En el lugar de origen de la replicación, alrededor de oriC, se ha formado una burbuja de replicación en la que hay dos zonas con forma de Y denominadas horquillas de replicación, donde se van a sintetizar las nuevas hebras de ADN. La burbuja de replicación se va extendiendo a lo largo del cromosoma en los dos sentidos; de ahí que se diga que la replicación es bidireccional.
+ Fase de elongación
Es la fase en la que se sintetiza una nueva hebra de ADN sobre cada hebra de la doble hélice original. Además de las enzimas que actúan en la fase de iniciación, en la elongación intervienen las ADN polimerasas, de varios tipos, I, II y III. Su función es doble:
. Actividad polimerasa
Unen entre sí los nucleótidos que formarán el ADN. Para ello, recorren la hebra molde, seleccionan el desoxirribonucleótido cuya base es complementaria con la de la hebra molde, y lo unen. Las nuevas cadenas de ADN se sintetizan por unión de desoxirribonucleótidos trifosfatos.
La energía necesaria para la formación del nuevo enlace se obtiene de la liberada en la hidrólisis del enlace entre dos grupos fosfatos del desoxirribonucleico entrante.
. Actividad exonucleasa
Eliminan nucleótidos cuyas bases nitrogenadas están mal apareadas, así como fragmentos del ARN cebador.