14.3: Fundamentos de la replicación del ADN

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Habilidades para Desarrollar

Explicar cómo la estructura del ADN revela el proceso de replicación
Describir los experimentos de Meselson y Stahl

La elucidación de la estructura de la doble hélice proporcionó una pista sobre cómo el ADN se divide y hace copias de sí mismo. Este modelo sugiere que las dos hebras de la doble hélice se separan durante la replicación, y cada hebra sirve como plantilla a partir de la cual se copia la nueva hebra complementaria. Lo que no estaba claro fue cómo se llevó a cabo la replicación. Se sugirieron tres modelos (Figura\(\PageIndex{1}\)): conservador, semiconservador y dispersivo.

La ilustración muestra los modelos conservadores, semiconservadores y dispersivos de la síntesis de ADN. En el modelo conservador, cuando el ADN se replica y ambas cadenas recién sintetizadas se emparejan entre sí. En el modelo semiconservador, cada hebra recién sintetizada se empareja con una cadena parental. En el modelo dispersivo, el ADN recién sintetizado se entremezcla con el ADN parental dentro de ambas cadenas de ADN. — Figura\(\PageIndex{1}\): Los tres modelos sugeridos de replicación de ADN. El gris indica las cadenas de ADN originales y el azul indica ADN recién sintetizado

En la replicación conservadora, el ADN parental permanece unido, y las hebras hijas recién formadas están juntas. El método semi-conservador sugiere que cada una de las dos cadenas de ADN parentales actúan como molde para sintetizar nuevo ADN; después de la replicación, cada ADN bicatenario incluye una hebra parental o “vieja” y una hebra “nueva”. En el modelo dispersivo, ambas copias de ADN tienen segmentos bicatenarios de ADN parental y ADN recién sintetizado intercalados.

Meselson y Stahl estaban interesados en entender cómo se replica el ADN. Cultivaron E. coli durante varias generaciones en un medio que contenía un isótopo “pesado” de nitrógeno (¹⁵ N) que se incorpora a bases nitrogenadas, y eventualmente al ADN (Figura\(\PageIndex{2}\)).

La ilustración muestra un experimento en el que E. coli se cultivó inicialmente en medios que contenían ^ {15} N nucleótidos. Cuando se extrajo el ADN y se ejecutó en una ultracentrífuga, una banda de ADN apareció baja en el tubo. El cultivo se colocó a continuación en medio ^ {14} N. Después de una generación, todo el ADN apareció en el medio del tubo, lo que indica que el ADN era una mezcla de mitad ^ {14} N y mitad ^ {15} N ADN. Después de dos generaciones, la mitad del ADN apareció en medio del tubo, y la otra mitad apareció más arriba, lo que indica que la mitad del ADN contenía 50% ^ {15} N, y la mitad contenía ^ {14} N solamente. En las generaciones posteriores, cada vez más del ADN apareció en la banda superior, ^ {14} N. — Figura\(\PageIndex{2}\): Meselson y Stahl experimentaron con E. coli cultivados primero en nitrógeno pesado (¹⁵ N) y luego en ¹⁴ N. El ADN cultivado en ¹⁵ N (banda roja) es más pesado que el ADN cultivado en ¹⁴ N (banda naranja), y los sedimentos a un nivel inferior en solución de cloruro de cesio en una ultracentrífuga. Cuando el ADN cultivado en ¹⁵ N se cambia a medios que contienen ¹⁴ N, después de una ronda de división celular el ADN se sedimenta a medio camino entre los niveles de ¹⁵ N y ¹⁴ N, lo que indica que ahora contiene cincuenta por ciento ¹⁴ N. En divisiones celulares posteriores, un cantidad creciente de ADN contiene ¹⁴ N solamente. Estos datos soportan el modelo de replicación semi-conservadora. (crédito: modificación de obra de Mariana Ruiz Villareal)

El cultivo de E. coli se desplazó a medio que contenía ¹⁴ N y se dejó crecer por una generación. Se cosecharon las células y se aisló el ADN. El ADN se centrifugó a altas velocidades en una ultracentrífuga. Algunas células se dejaron crecer durante un ciclo de vida más en ¹⁴ N y se volvieron a centrifugar. Durante la centrifugación en gradiente de densidad, el ADN se carga en un gradiente (típicamente una sal como cloruro de cesio o sacarosa) y se centrifuga a altas velocidades de 50,000 a 60,000 rpm. En estas circunstancias, el ADN formará una banda de acuerdo a su densidad en el gradiente. El ADN cultivado en ¹⁵ N se agrupará en una posición de densidad mayor que la cultivada en ¹⁴ N. Meselson y Stahl señalaron que después de una generación de crecimiento en ¹⁴ N después de haber sido desplazados de ¹⁵ N, la banda única observada fue intermedia en posición entre ADN de células cultivadas exclusivamente en ¹⁵ N y ¹⁴ N. Esto sugirió un modo de replicación semiconservador o dispersivo. El ADN recolectado de células cultivadas durante dos generaciones en ¹⁴ N formó dos bandas: una banda de ADN estaba en la posición intermedia entre ¹⁵ N y ¹⁴ N, y la otra correspondió a la banda de ADN de ¹⁴ N. Estos resultados solo podrían explicarse si el ADN se replica de manera semiconservadora. Por lo tanto, se descartaron los otros dos modos.

Durante la replicación del ADN, cada una de las dos hebras que componen la doble hélice sirve como plantilla a partir de la cual se copian nuevas hebras. La nueva hebra será complementaria a la hebra parental o “vieja”. Cuando se forman dos copias hijas de ADN, tienen la misma secuencia y se dividen por igual en las dos células hijas.

Enlace al aprendizaje

Haga clic en este tutorial sobre la replicación del ADN.

Resumen

El modelo de replicación del ADN sugiere que las dos cadenas de la doble hélice se separan durante la replicación, y cada hebra sirve como molde a partir del cual se copia la nueva cadena complementaria. En la replicación conservadora, el ADN parental se conserva y el ADN hijo se sintetiza recientemente. El método semi-conservador sugiere que cada una de las dos cadenas de ADN parentales actúa como molde para sintetizar nuevo ADN; después de la replicación, cada ADN bicatenario incluye una hebra parental o “vieja” y una hebra “nueva”. El modo dispersivo sugirió que las dos copias del ADN tendrían segmentos de ADN parental y ADN recién sintetizado.

Colaboradores y Atribuciones

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