La replicación del ADN
Mapa conceptual
La replicación del ADN es fundamental para la duplicación del material genético y la integridad genética. Este proceso incluye etapas de iniciación, elongación y terminación, con enzimas como helicasas y polimerasas. Se contrasta la replicación en procariotas y eucariotas, destacando la complejidad de los genomas eucariotas y la simplicidad de los procariotas. Además, se aborda la transcripción del ADN a ARNm y la traducción en proteínas, resaltando la regulación de la expresión génica en ambos tipos de organismos.
Resumen
Esquema
La Replicación del ADN: Un Proceso Vital para la Vida Celular
La replicación del ADN es un proceso biológico crucial que ocurre en todas las células vivas, permitiendo la duplicación exacta del material genético antes de la división celular. Este proceso se lleva a cabo en la fase S de la interfase del ciclo celular y es esencial para mantener la integridad genética a través de las generaciones. La replicación del ADN es semiconservativa, ya que cada nueva molécula de ADN se compone de una cadena antigua y una nueva. Además, es semidiscontinua debido a que una de las cadenas se sintetiza de manera continua, mientras que la otra lo hace en fragmentos cortos llamados fragmentos de Okazaki. La replicación es bidireccional, comenzando en puntos específicos llamados orígenes de replicación y avanzando en dos direcciones opuestas. La enzima ADN polimerasa juega un papel crucial en la adición de nucleótidos a la cadena en crecimiento y en la corrección de errores a través de su actividad de revisión de pruebas o "proofreading".Fases y Enzimas Clave en la Replicación del ADN
La replicación del ADN se desarrolla en tres etapas fundamentales: iniciación, elongación y terminación, con la participación de múltiples enzimas especializadas. Durante la iniciación, las helicasas desenrollan la doble hélice y las topoisomerasas alivian la tensión superhelical, mientras que las proteínas de unión a hebras simples (SSB) estabilizan las hebras separadas. En la elongación, la ADN polimerasa requiere de un cebador de ARN, proporcionado por la ARN polimerasa llamada primasa, para iniciar la síntesis de ADN. La hebra líder se sintetiza de forma continua, mientras que la hebra rezagada se forma en fragmentos de Okazaki, que luego son unidos por la ADN ligasa. La corrección de errores es un proceso intrínseco a la replicación, donde las exonucleasas y endonucleasas identifican y eliminan los errores de apareamiento, y la ADN polimerasa y ligasa rellenan y sellan las brechas respectivamente, asegurando la fidelidad de la replicación.Contrastes en la Replicación del ADN entre Procariotas y Eucariotas
La replicación del ADN varía entre procariotas y eucariotas debido a diferencias en la complejidad y organización de sus genomas. Los procariotas, con un único cromosoma circular, tienen un solo origen de replicación y utilizan menos tipos de ADN polimerasas en comparación con los eucariotas, que tienen múltiples cromosomas lineales y varios orígenes de replicación. En eucariotas, la replicación implica también la duplicación de las proteínas histonas que empaquetan el ADN y termina en los telómeros, regiones especializadas que protegen los extremos de los cromosomas y están implicadas en el envejecimiento celular. En contraste, la replicación procariota concluye cuando las dos horquillas de replicación se encuentran en un sitio de terminación predefinido.La Transcripción: De la Información Genética al Mensajero ARNm
La transcripción es el proceso por el cual la información genética contenida en el ADN se transcribe en ARNm, que sirve como plantilla para la síntesis de proteínas. En procariotas, la transcripción y la traducción pueden ocurrir simultáneamente en el citoplasma, mientras que en eucariotas, la transcripción se realiza en el núcleo y el ARNm maduro debe ser exportado al citoplasma para la traducción. La ARN polimerasa es la enzima responsable de la transcripción, reconociendo secuencias promotoras y terminadoras específicas y ensamblando la cadena de ARN. La transcripción eucariota también incluye el procesamiento del ARN primario, donde los intrones se eliminan y los exones se empalman para formar el ARN mensajero maduro.Divergencias en la Transcripción entre Procariotas y Eucariotas
Las diferencias en la transcripción entre procariotas y eucariotas son notables. Los procariotas utilizan una única ARN polimerasa para sintetizar todos los tipos de ARN y sus genes son generalmente poli-cistrónicos, codificando múltiples proteínas en un solo mensaje de ARN. En contraste, los eucariotas poseen tres tipos principales de ARN polimerasas y sus genes son típicamente mono-cistrónicos, con regiones codificantes (exones) interrumpidas por secuencias no codificantes (intrones). Además, en eucariotas, la transcripción ocurre no solo en el núcleo, sino también en orgánulos como mitocondrias y cloroplastos, y el ARNm requiere de un procesamiento adicional antes de ser traducido en proteínas.La Traducción y la Regulación de la Expresión Génica
La traducción es el proceso mediante el cual el ARNm se utiliza para dirigir la síntesis de proteínas en los ribosomas. Este proceso implica la activación de aminoácidos, la iniciación de la polimerización en el ribosoma, la elongación de la cadena polipeptídica mediante la adición secuencial de aminoácidos y la terminación al encontrarse con un codón de parada. La regulación de la expresión génica es un mecanismo vital que determina cuándo y cómo se expresan los genes. En procariotas, la regulación se ejemplifica a través del modelo de operón, mientras que en eucariotas, la regulación es más compleja e involucra la remodelación de la cromatina y el procesamiento del ARN, entre otros mecanismos, para asegurar una expresión génica precisa y adaptativa a las condiciones celulares y ambientales.
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Proceso de replicación del ADN
Fase S de la interfase del ciclo celular
Durante la fase S del ciclo celular, ocurre la replicación del ADN en todas las células vivas
Semiconservatividad de la replicación del ADN
Composición de las nuevas moléculas de ADN
Cada nueva molécula de ADN se compone de una cadena antigua y una nueva durante la replicación
Semidiscontinuidad de la replicación del ADN
Durante la replicación del ADN, una de las cadenas se sintetiza de manera continua, mientras que la otra lo hace en fragmentos cortos llamados fragmentos de Okazaki
Bidireccionalidad de la replicación del ADN
La replicación del ADN avanza en dos direcciones opuestas a partir de puntos específicos llamados orígenes de replicación
Enzimas y etapas de la replicación del ADN
Papel de la enzima ADN polimerasa
La enzima ADN polimerasa es esencial en la adición de nucleótidos a la cadena en crecimiento y en la corrección de errores durante la replicación del ADN
Tres etapas fundamentales de la replicación del ADN
Iniciación de la replicación del ADN
Durante la iniciación, las helicasas desenrollan la doble hélice, las topoisomerasas alivian la tensión y las proteínas de unión a hebras simples estabilizan las hebras separadas
Elongación de la replicación del ADN
La ADN polimerasa requiere de un cebador de ARN proporcionado por la primasa para iniciar la síntesis de ADN, y la hebra rezagada se forma en fragmentos de Okazaki que son unidos por la ADN ligasa
Terminación de la replicación del ADN
La corrección de errores es un proceso intrínseco a la replicación, donde las exonucleasas y endonucleasas identifican y eliminan los errores de apareamiento, y la ADN polimerasa y ligasa rellenan y sellan las brechas respectivamente
Diferencias entre la replicación del ADN en procariotas y eucariotas
Complejidad y organización de los genomas
Las diferencias en la complejidad y organización de los genomas entre procariotas y eucariotas resultan en variaciones en la replicación del ADN
Número de orígenes de replicación y tipos de ADN polimerasas
Los procariotas tienen un único origen de replicación y utilizan menos tipos de ADN polimerasas en comparación con los eucariotas, que tienen múltiples orígenes de replicación y utilizan más tipos de ADN polimerasas
Duplicación de proteínas histonas y terminación en telómeros
En eucariotas, la replicación también implica la duplicación de proteínas histonas y termina en los telómeros, mientras que en procariotas concluye cuando las dos horquillas de replicación se encuentran en un sitio de terminación predefinido
Transcripción y traducción del ADN
Proceso de transcripción del ADN
La transcripción es el proceso por el cual la información genética del ADN se transcribe en ARNm mediante la acción de la ARN polimerasa
Diferencias en la transcripción entre procariotas y eucariotas
Tipos de ARN polimerasas y estructura de los genes
Los procariotas utilizan una única ARN polimerasa y sus genes son poli-cistrónicos, mientras que los eucariotas tienen tres tipos de ARN polimerasas y sus genes son mono-cistrónicos con intrones y exones
Ubicación y procesamiento del ARN
En procariotas, la transcripción y la traducción pueden ocurrir simultáneamente en el citoplasma, mientras que en eucariotas, la transcripción se realiza en el núcleo y el ARNm maduro debe ser exportado al citoplasma para la traducción
Proceso de traducción del ARN
Activación de aminoácidos y síntesis de proteínas
Durante la traducción, el ARNm se utiliza para dirigir la síntesis de proteínas en los ribosomas, involucrando la activación de aminoácidos, la iniciación, la elongación y la terminación de la polimerización
Regulación de la expresión génica
La regulación de la expresión génica es un mecanismo vital que determina cuándo y cómo se expresan los genes, y difiere en complejidad entre procariotas y eucariotas
La replicación del ADN
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00
La duplicación del material genético en las células ocurre durante la fase ______ de la interfase.
S
01
Cada nueva molécula de ADN está formada por una cadena ______ y otra ______.
antigua
nueva
02
La enzima ______ es fundamental para añadir nucleótidos y corregir errores en la replicación del ADN.
ADN polimerasa
