06 Jun
Replicación del ADN: Proceso Detallado
La replicación del ADN es el proceso mediante el cual una molécula de ADN se duplica para producir dos moléculas de ADN idénticas. Este proceso es fundamental para la herencia biológica, asegurando que cada célula hija reciba una copia completa y precisa del material genético.
Inicio de la Replicación
El proceso comienza en regiones específicas del ADN llamadas orígenes de replicación. En procariotas, suele haber un solo origen, mientras que en eucariotas hay múltiples orígenes para facilitar una replicación rápida. Las proteínas iniciadoras se unen al origen y reclutan otras enzimas necesarias para comenzar el proceso. Se forma una estructura conocida como burbuja de replicación, que incluye dos horquillas de replicación (una en cada dirección).
Desenrollamiento del ADN
La enzima helicasa rompe los puentes de hidrógeno entre las bases nitrogenadas, separando las dos cadenas de ADN. Esto expone las cadenas molde que servirán de guía para sintetizar las nuevas cadenas. A medida que la helicasa avanza, crea una tensión en la doble hélice.
Alivio de la Tensión del ADN
La topoisomerasa (en procariotas, ADN girasa) se encarga de cortar temporalmente una de las hebras del ADN para liberar el superenrollamiento generado por el avance de la helicasa. Esto previene que el ADN se rompa o dañe durante el proceso.
Estabilización de las Cadenas Separadas
Las proteínas SSB (Single-Strand Binding proteins) se unen a las cadenas de ADN separadas para evitar que se vuelvan a unir espontáneamente. Estas proteínas también protegen el ADN monocatenario de la degradación y lo mantienen estirado.
Síntesis del Cebador (Primer)
La enzima primasa sintetiza un cebador de ARN corto y complementario a la cadena molde. Este cebador es necesario porque la ADN polimerasa no puede comenzar la síntesis de ADN desde cero; solo puede añadir nucleótidos a una cadena preexistente.
Elongación: Síntesis de las Nuevas Cadenas
La enzima ADN polimerasa III (en procariotas) o ADN polimerasa δ y ε (en eucariotas) extiende el cebador añadiendo nucleótidos complementarios a la cadena molde. La síntesis ocurre en dirección 5′ → 3′.
Cadena Líder
Se sintetiza de forma continua, en la misma dirección que la horquilla de replicación.
Cadena Rezagada
Se sintetiza de forma discontinua, en dirección opuesta al avance de la helicasa. Se crean fragmentos de Okazaki, cada uno comenzando con un nuevo cebador.
Eliminación de Cebadores y Reemplazo por ADN
En procariotas, la ADN polimerasa I elimina los cebadores de ARN y los reemplaza por ADN. En eucariotas, una endonucleasa elimina el ARN y una ADN polimerasa rellena el hueco con nucleótidos de ADN.
Unión de Fragmentos (Ligación)
La enzima ADN ligasa une los fragmentos de Okazaki entre sí al formar enlaces fosfodiéster entre los nucleótidos adyacentes. Esto crea una cadena continua de ADN en la hebra rezagada.
Corrección de Errores (Revisión)
Durante la síntesis, la ADN polimerasa realiza una revisión en busca de errores mediante su actividad exonucleasa 3’ → 5’, eliminando nucleótidos mal incorporados. Esto asegura una alta fidelidad en la replicación del ADN.
Terminación de la Replicación
En procariotas, la replicación termina cuando las horquillas llegan a secuencias específicas llamadas sitios de terminación. En eucariotas, la terminación es más compleja y ocurre cuando las horquillas se encuentran entre sí o alcanzan los telómeros (extremos de los cromosomas). La enzima telomerasa ayuda a replicar los extremos de los cromosomas, previniendo la pérdida de información genética.
Síntesis de Proteínas: Del Gen a la Función
La síntesis de proteínas es el proceso fundamental por el cual las células construyen proteínas a partir de la información codificada en el ADN. Este proceso se divide en dos etapas principales: transcripción y traducción.
Proceso Previo: Replicación del ADN
Aunque no es parte directa de la síntesis de proteínas, la replicación del ADN es un proceso crucial que ocurre antes de la división celular. En esta fase, el ADN se duplica en el núcleo: la helicasa separa las dos hebras del ADN, y la ADN polimerasa copia cada hebra formando dos moléculas de ADN idénticas. Así, cada célula hija recibirá toda la información genética.
Transcripción (en el Núcleo)
La transcripción es el proceso mediante el cual se copia la información de un gen del ADN en una molécula de ARN mensajero (ARNm).
Inicio de la Transcripción
La enzima ARN polimerasa se une a una región promotora del gen. Se abre la doble hélice y queda expuesta la hebra molde del ADN.
Elongación de la Transcripción
La ARN polimerasa lee la hebra molde en dirección 3′ → 5′ y sintetiza una hebra de ARNm complementaria en dirección 5′ → 3′. En el ARN, el nucleótido uracilo (U) se empareja con la adenina (A) del ADN en lugar de timina (T).
Terminación de la Transcripción
La ARN polimerasa encuentra una secuencia de terminación y se detiene. Se libera la molécula de ARNm recién formada.
Procesamiento del ARNm
Antes de salir del núcleo, el ARNm pasa por varias modificaciones:
- Se le añade una capa 5’ (cap) y una cola poli-A en el extremo 3’.
- Se eliminan los intrones (segmentos no codificantes) mediante el splicing.
- Los exones (segmentos codificantes) se unen para formar el ARNm maduro.
Traducción (en el Citoplasma)
La traducción es el proceso en el que el ARNm es «leído» por un ribosoma y traducido a una cadena de aminoácidos que formará una proteína.
Inicio de la Traducción
El ARNm se une al ribosoma (subunidades menor y mayor). El ribosoma lee el codón de inicio (AUG). Un ARN de transferencia (ARNt) con el aminoácido metionina se une al codón usando su anticodón complementario.
Elongación de la Traducción
El ribosoma avanza codón por codón a lo largo del ARNm. Por cada codón, llega un ARNt con su aminoácido correspondiente. Los aminoácidos se enlazan con enlaces peptídicos formando una cadena polipeptídica. El ARNt que ha entregado su aminoácido se libera y el ribosoma avanza.
Terminación de la Traducción
Cuando el ribosoma encuentra un codón de parada (UAA, UAG o UGA), no hay ARNt correspondiente. Se liberan la cadena polipeptídica y el ARNm, y el ribosoma se separa.
Plegamiento y Función de la Proteína
La cadena de aminoácidos se pliega tridimensionalmente en una estructura específica (con ayuda de proteínas chaperonas si es necesario). Ahora es una proteína funcional.
En resumen: ADN (gen) → ARNm (copia) → proteína (función).
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