Saltar al contenido principal
Library homepage
 
LibreTexts Español

7.9: Máquinas de replicación

  • Page ID
    53185
  • \( \newcommand{\vecs}[1]{\overset { \scriptstyle \rightharpoonup} {\mathbf{#1}} } \) \( \newcommand{\vecd}[1]{\overset{-\!-\!\rightharpoonup}{\vphantom{a}\smash {#1}}} \)\(\newcommand{\id}{\mathrm{id}}\) \( \newcommand{\Span}{\mathrm{span}}\) \( \newcommand{\kernel}{\mathrm{null}\,}\) \( \newcommand{\range}{\mathrm{range}\,}\) \( \newcommand{\RealPart}{\mathrm{Re}}\) \( \newcommand{\ImaginaryPart}{\mathrm{Im}}\) \( \newcommand{\Argument}{\mathrm{Arg}}\) \( \newcommand{\norm}[1]{\| #1 \|}\) \( \newcommand{\inner}[2]{\langle #1, #2 \rangle}\) \( \newcommand{\Span}{\mathrm{span}}\) \(\newcommand{\id}{\mathrm{id}}\) \( \newcommand{\Span}{\mathrm{span}}\) \( \newcommand{\kernel}{\mathrm{null}\,}\) \( \newcommand{\range}{\mathrm{range}\,}\) \( \newcommand{\RealPart}{\mathrm{Re}}\) \( \newcommand{\ImaginaryPart}{\mathrm{Im}}\) \( \newcommand{\Argument}{\mathrm{Arg}}\) \( \newcommand{\norm}[1]{\| #1 \|}\) \( \newcommand{\inner}[2]{\langle #1, #2 \rangle}\) \( \newcommand{\Span}{\mathrm{span}}\)\(\newcommand{\AA}{\unicode[.8,0]{x212B}}\)

    Hemos presentado la replicación del ADN (el mismo proceso aparentemente homólogo se usa en todos los organismos conocidos) en términos conceptualmente simples como podamos, pero es importante tener en cuenta que la maquinaria real involucrada es compleja. En parte esta complejidad surge porque el proceso está topológicamente limitado y necesita ser altamente preciso. En la bacteria Escherichia coli más de 100 genes están involucrados en los procesos de replicación y reparación del ADN. Para asegurar que la replicación esté controlada y completa, la replicación comienza en secuencias específicas a lo largo de la cadena de ADN, conocidas como orígenes de replicación u orígenes para abreviar. Las secuencias de ADN de origen son reconocidas por proteínas de unión a ADN específicas. La unión de estas proteínas inicia el ensamblaje de un complejo de reconocimiento de origen, un ORC. Varias proteínas luego se unen al ADN para desnaturalizar localmente (desenrollar y separar) y bloquear las cadenas individuales para que no vuelvan a aparearse. Esto conduce a la formación de una burbuja de replicación. Los complejos multiproteicos, conocidos como bifurcación de replicación, luego se ensamblan en las dos cadenas de ADN. Usando un único origen de replicación y dos horquillas de replicación moviéndose en direcciones opuestas, una E. coli de rápido crecimiento puede replicar sus ~4,700,000 pares de bases de ADN (que están presentes en forma de una sola molécula circular de ADN) en ~40 minutos. Cada horquilla de replicación se mueve a lo largo del ADN añadiendo ~1000 pares de bases de ADN por segundo al polímero de ADN recién formado. Si bien una discusión sobre los mecanismos exactos involucrados está más allá de nuestro alcance aquí, también es crítico que el ADN esté completo antes de que una célula intente dividirse.

    La síntesis de ADN (replicación) es un proceso altamente preciso; la polimerasa produce aproximadamente un error por cada 10,000 bases que agrega. Pero ese nivel de error sería casi seguro que sería altamente deletéreo, y de hecho la mayoría de estos errores se reconocen rápidamente como errores. Para entender cómo, recuerde que los pares de bases AT y GC correctos tienen las mismas dimensiones moleculares, eso significa que los pares de bases AG, CT, AC y GT incorrectos son demasiado largos o demasiado cortos. Al responder a la longitud del par de bases, las máquinas moleculares pueden reconocer un error en el emparejamiento de bases como un defecto estructural en la molécula de ADN. Cuando se forma y reconoce un par de bases desapareadas, la ADN polimerasa detiene la síntesis directa, invierte su dirección y elimina la región del ADN que contiene el par de bases desapareadas usando una actividad de “ADN exonucleasa”. Luego resintetiza la región, (ojalá) correctamente. Este proceso se conoce como corrección de pruebas; la actividad correctora del complejo de ADN polimerasa reduce la tasa de error total de síntesis de ADN a ~1 error por 1,000,000,000 (10 9) pares de bases sintetizados.

    En este punto consideremos la nomenclatura, que puede parecer arcana e imposible de entender, pero de hecho obedece reglas razonablemente sencillas. Una exonucleasa es una enzima que puede unirse al extremo libre de un polímero de ácido nucleico y eliminar nucleótidos a través de una reacción de hidrólisis del enlace fosfodiéster. Una exonucleasa 5' corta un nucleótido localizado en el extremo 5' de la molécula, una exonucleasa 3', corta un nucleótido localizado en el extremo 3' de la molécula. Una molécula de ácido nucleico circular intacta es inmune a los efectos de una exonucleasa. Para romper el enlace entre dos nucleótidos en el interior de una molécula de ácido nucleico (o en una molécula circular, que no tiene extremos), se necesita una actividad endonucleasa.

    A medida que piensas en los procesos involucrados, llegas a darte cuenta de que una vez que comienza la síntesis de ADN, es importante que continúe sin interrupción. Pero las interacciones entre las cadenas de ácido nucleico se basan en interacciones débiles de enlace H, y se puede esperar que las enzimas involucradas en el proceso de replicación del ADN se disocien del ADN debido a los efectos del movimiento térmico, imagina que todo el sistema se mueve y vibra, mantenidos unidos por relativamente débiles interacciones. Podemos caracterizar qué tan bien una molécula de ADN polimerasa permanece asociada productivamente con una molécula de ADN en términos del número de nucleótidos que agrega a una nueva molécula antes de que se caiga; esto se conoce como su “procesividad”. Entonces, si piensas en el complejo de replicación del ADN como una máquina molecular, puedes diseñar formas de asegurar que el complejo de replicación tenga una alta procesividad, básicamente manteniéndolo unido al ADN. Un conjunto de tales máquinas es la pinza deslizante de polimerasa y el cargador de abrazaderas (ver: http://youtu.be/QMhi9dxWaM8). El complejo de ADN polimerasa se mantiene sobre el ADN mediante una proteína en forma de rosquilla, conocida como pinza deslizante, que rodea la doble hélice del ADN y está fuertemente unida a la ADN polimerasa. Entonces la pregunta es, ¿cómo llega una proteína a rodear una molécula de ADN? La respuesta es que la proteína clamp se agrega al ADN por otra máquina molecular de proteínas conocida como la pinza cargadora 209. Una vez cerrada alrededor del ADN, la pinza puede moverse libremente a lo largo de la longitud de la molécula de ADN, pero no puede abandonar el ADN. El movimiento deslizante de la pinza a lo largo del ADN es difusivo, es decir, impulsado por el movimiento térmico. Su movimiento se le da una dirección debido a que la pinza está unida al complejo de ADN polimerasa que está agregando monómeros al polímero de ácido nucleico en crecimiento. Esto mueve el complejo de replicación (inhibido de la difusión del ADN por la pinza) a lo largo del ADN en la dirección de la síntesis. La procesividad se incrementa ya que, para dejar el ADN, la polimerasa tiene que desacoplarse de la pinza o la pinza para ser removida por la pinza cargadora que actúa a la inversa, es decir, actuando como descargador.

    Colaboradores y Atribuciones


    This page titled 7.9: Máquinas de replicación is shared under a not declared license and was authored, remixed, and/or curated by Michael W. Klymkowsky and Melanie M. Cooper.