- Replicació de l'ADN i forquilla de replicació
- Replicació unidireccional i bidireccional
- enzims involucrats
- Inici de la replicació i formació de la forquilla
- Elongació i moviment de la forquilla
- terminació
- La replicació de l'ADN és semiconservativa
- El problema de la polaritat
- Com funciona la polimerasa?
- Producció de fragments d'Okazaki
- referències
La forquilla de replicació és el punt en què ocorre la replicació de l'ADN, també rep el nom de punt de creixement. Té forma d'I, ia mesura que transcorre la replicació, la forquilla es va desplaçant per la molècula d'ADN.
La replicació de l'ADN és el procés cel·lular que involucra la duplicació de l'material genètica en la cèl·lula. L'estructura de l'ADN és una doble hèlix, i per poder replicar el seu contingut s'ha d'obrir. Cadascuna de les fibres formarà part de la nova cadena d'ADN, ja que la replicació és un procés semiconservatiu.
Font: Masur based on Gluon (versió en espanyol d'Alejandro Porto)
La forquilla de replicació es forma justament entre la unió entre les cadenes de plantilla o motlle acabat separades i l'ADN dúplex que encara no s'ha duplicat. A l'iniciar la replicació de l'ADN, un de les fibres pot ser duplicada fàcilment, mentre que l'altra cadena enfronta un problema de polaritat.
L'enzim encarregada de polimeritzar la cadena - l'ADN polimerasa - només sintetitza el bri d'ADN en direcció 5'-3'. Així, un bri és contínua i l'altra pateix una replicació discontínua, generant fragments d'Okazaki.
Replicació de l'ADN i forquilla de replicació
L'ADN és la molècula que guarda la informació genètica necessària de tots els organismes vius - amb excepció d'alguns virus.
Aquest enorme polímer compost per quatre nucleòtids diferents (A, T, G i C) resideix en el nucli dels eucariotes, en cadascuna de les cèl·lules que componen els teixits d'aquests éssers (excepte en els glòbuls vermells madurs de mamífers, que no tenen de nucli).
Cada vegada que una cèl·lula es divideix, l'ADN s'ha de replicar per poder originar una cèl·lula filla amb material genètic.
Replicació unidireccional i bidireccional
La replicació pot ser unidireccional o bidireccional, depenent de la formació de la forquilla de replicació en el punt d'origen.
Lògicament, en el cas de la replicació en una direcció es forma només una forquilla, mentre que en la replicació bidireccional es formen dues forquetes.
enzims involucrats
Per a aquest procés, cal una maquinària enzimàtica complexa, que treballi ràpidament i que pugui replicar l'ADN de manera precisa. Els enzims més importants són l'ADN polimerasa, la ADN primasa, ADN helicasa, ADN ligasa i la topoisomerasa.
Inici de la replicació i formació de la forquilla
La replicació de l'ADN no s'inicia en qualsevol lloc aleatori de la molècula. Existeixen regions específiques en l'ADN que marquen l'inici de la replicació.
En la majoria dels bacteris, el cromosoma bacterià té un sol punt d'inici ric en AT. Aquesta composició és lògica, ja que facilita l'obertura de la regió (els parells AT estan units per dos ponts d'hidrogen, mentre que el parell GC per tres).
A mesura que l'ADN comença a obrir-se, es forma una estructura en forma d'I: la forquilla de replicació.
Elongació i moviment de la forquilla
La ADN polimerasa no pot començar la síntesi de les cadenes filles des de zero. Necessita d'una molècula que posseeixi un extrem 3'para que la polimerasa tingui on començar a polimeritzar.
Aquest extrem lliure 3'l'ofereix una petita molècula de nucleòtids anomenada primer o encebador. El primer actua com una mena de ganxo per a la polimerasa.
Amb el transcurs de la replicació, la forquilla de replicació té la capacitat de mobilitzar-se al llarg de l'ADN. El pas de la forquilla de replicació deixa dues molècules d'ADN simple banda que dirigeixen la formació de les dels molècules filles doble banda.
La forquilla pot avançar gràcies a l'acció dels enzims helicasas que van desenrotllant la molècula d'ADN. Aquest enzim trenca els ponts d'hidrogen entre els parells de bases i permet el desplaçament de la forquilla.
terminació
La replicació es dóna per acabada quan les dues forquetes es troben a 180 ° C de l'origen.
En aquest cas, parlem de com flueix el procés de replicació en els bacteris i cal destacar tot el procés de torsió de la molècula circular que implica la replicació. Les topoisomerases tenen un paper rellevant en el desenrotllament de la molècula.
La replicació de l'ADN és semiconservativa
T'has preguntat com ocorre la replicació en l'ADN? És a dir, de la doble hèlix ha de sorgir una altra doble hèlix, però com passa? Durant diversos anys, aquesta va ser una interrogant oberta entre els biòlegs. Podien existir diverses permutacions: dos brins velles juntes i dues noves juntes, o un bri nova i una vella per formar la doble hèlix.
En 1957, aquesta pregunta va ser resolta pels investigadors Matthew Meselson i Franklin Stahl. El model de replicació proposat pels autors va ser el semiconservatiu.
Meselson i Stahl van plantejar que el resultat de la replicació són dues molècules de doble hèlix d'ADN. Cadascuna de les molècules resultants està composta per un fil vella (provinent de la molècula mare o inicial) i un bri nova recentment sintetitzada.
El problema de la polaritat
Com funciona la polimerasa?
L'hèlix d'ADN està formada per dues cadenes que corren de manera antiparalela: un va en sentit 5'-3'i una altra 3'-5'.
L'enzim més destacada de l'procés de replicació és l'ADN polimerasa, que s'encarrega de catalitzar la unió dels nous nucleòtids que seran afegits a la cadena. La ADN polimerasa només pot estendre la cadena en direcció 5'-3'. Aquest fet dificulta la duplicació simultània de les cadenes a la forquilla de replicació.
Per què? L'addició dels nucleòtids ocorre en l'extrem lliure 3'donde es troba un grup hidroxil (-OH). Així, només una de les cadenes pot ser amplificada fàcilment per l'addició terminal de l'nucleòtid a l'extrem 3'. A aquesta se li denomina bri conductor o contínua.
Producció de fragments d'Okazaki
L'altre fil no pot elongada, perquè l'extrem lliure és el 5'i no el 3'i cap polimerasa catalitza l'addició de nucleòtids a l'extrem 5. El problema es resol amb la síntesi de múltiples fragments curts (de 130 a 200 nucleòtids), cada un en la direcció normal de la replicació de 5'a 3'.
Aquesta síntesi discontínua de fragments, finalitza amb la unió de cada un de les parts, reacció catalitzada per la ADN ligasa. En honor a l'descobridor d'aquest mecanisme, Reiji Okazaki, els petits segments sintetitzats s'anomenen fragments d'Okazaki.
referències
- Alberts, B., Bray, D., Hopkin, K., Johnson, AD, Lewis, J., Raff, M.,… & Walter, P. (2015). Essential cell biology. Garland Science.
- Cann, IK, & Ishino, I. (1999). Archaeal DNA replication: Identifying the pieces to solve a trencaclosques. Genetics, 152 (4), 1249-1267.
- Cooper, GM, & Hausman, RE (2004). The cell: Molecular approach. Medicinska naklada.
- Garcia-Diaz, M., & Bebenek, K. (2007). Multiple functions of DNA polymerases. Critical reviews in plant sciences, 26 (2), 105-122.
- Lewin, B. (2008). gens IX. Mc Graw-Hill Interamericana.
- Shcherbakova, PV, Bebenek, K., & Kunkel, TA (2003). Functions of Eukaryotic DNA polymerases. Science 's SAGE KE, 2003 (8), 3.
- Steitz, TA (1999). DNA polymerases: structural diversity and common mechanisms. Journal of Biological Chemistry, 274 (25), 17.395-17.398.
- Watson, JD (2006). Biologia molecular de gen. Ed. Mèdica Panamericana.
- Wu, S., Beard, WA, Pedersen, LG, & Wilson, SH (2013). Structural comparison of DNA polymerase architecture suggests a nucleotide passarel·la to the polymerase activi site. Chemical reviews, 114 (5), 2759-74.