La replicación del ADN

La genética es la ciencia que estudia los genes, unidades de herencia que codifican proteínas y ARN. Este campo abarca la replicación del ADN, un proceso vital para la división celular, y la transcripción, donde el ADN se convierte en ARN. Se detallan los roles de la ADN polimerasa y otros componentes en la replicación bacteriana y la fidelidad de este proceso, crucial para prevenir mutaciones y enfermedades genéticas.

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Definición y Función de los Genes

Los genes son unidades fundamentales de herencia compuestas por secuencias de ADN, y en ciertos virus, de ARN, que codifican las instrucciones para la síntesis de moléculas biológicas como proteínas y ARN no codificante. El genoma humano, organizado en 23 pares de cromosomas, contiene aproximadamente 20,000 a 25,000 genes dentro de sus 3.2 billones de pares de bases. Aunque el genoma es extenso, solo cerca del 1-2% constituye regiones codificantes de proteínas (exones), mientras que el resto incluye secuencias reguladoras, intrones y ADN no codificante con diversas funciones en la regulación genética y la estructura cromosómica.

Estructura detallada de una doble hélice de ADN con pares de bases complementarias en colores contrastantes y cadenas laterales grises en fondo neutro.

Replicación y Transcripción del ADN

El ADN se replica para duplicar su información genética, un proceso esencial para la división celular, y se transcribe para producir ARN, que puede ser traducido en proteínas o desempeñar funciones reguladoras y estructurales. Los retrovirus, como el VIH, utilizan una transcriptasa inversa para convertir su ARN en ADN, que luego se integra en el genoma del huésped. A diferencia de los virus, las bacterias intracelulares pueden invadir y multiplicarse dentro de las células huésped sin necesidad de integrar su material genético. La replicación del ADN ocurre durante la fase S del ciclo celular, preparando a la célula para la mitosis.

Mecanismos de Replicación del ADN

La replicación del ADN es un proceso semiconservativo, donde cada hebra parental sirve de plantilla para la síntesis de una nueva hebra complementaria. Se forman horquillas de replicación que avanzan en direcciones opuestas a medida que se separan las hebras de ADN. La síntesis de la nueva hebra se realiza en dirección 5’ a 3’, utilizando la hebra molde en dirección 3’ a 5’. La enzima ADN polimerasa juega un papel central en este proceso, añadiendo nucleótidos complementarios y asegurando la fidelidad de la replicación mediante su actividad de corrección de pruebas.

Descubrimiento y Componentes de la Síntesis de ADN

Arthur Kornberg descubrió en 1955 la enzima ADN polimerasa I en E. coli y delineó los componentes esenciales para la síntesis de ADN: nucleótidos trifosfatos (dNTPs), un cebador de ARN o ADN, la ADN polimerasa y iones de magnesio como cofactores. La ADN polimerasa I no solo cataliza la formación de enlaces fosfodiéster sino que también posee actividad exonucleasa 3’ a 5’ para la corrección de errores, contribuyendo a la alta fidelidad de la replicación del ADN.

Fidelidad y Corrección en la Replicación del ADN

La precisión en la replicación del ADN es crítica para la integridad genética y se logra mediante la selección específica de nucleótidos por la ADN polimerasa, la revisión y corrección de errores por su actividad exonucleasa y los mecanismos de reparación de desajustes post-replicación. Estos sistemas de corrección reducen la tasa de mutación a niveles muy bajos, lo que es esencial para prevenir mutaciones que podrían llevar a enfermedades genéticas y cáncer.

Proceso de Replicación en Bacterias

En bacterias, la replicación del ADN es un proceso coordinado que involucra múltiples proteínas, incluyendo la ADN polimerasa III, que forma parte del replisoma. La replicación comienza en un único origen de replicación y procede bidireccionalmente. Las helicasas desenrollan la doble hélice y las topoisomerasas alivian la tensión superhelical. La ADN polimerasa III, con su complejo de subunidades, es la principal responsable de la síntesis de ADN, asegurando una replicación rápida y precisa.

Etapas de la Replicación del ADN

La replicación del ADN se desarrolla en tres etapas: iniciación, elongación y terminación. La iniciación comienza con la unión de proteínas iniciadoras al origen de replicación, seguida de la formación de una burbuja de replicación. Durante la elongación, se sintetizan los fragmentos de Okazaki en la hebra rezagada y se estabilizan las hebras de ADN mediante proteínas de unión a hebras simples. La terminación ocurre cuando las horquillas de replicación convergen y se resuelven, completando la duplicación del genoma.

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