7.2: Replicación Semiconservadora de ADN

La replicación del ADN es similar a la transcripción en su idea más general: una enzima polimerasa lee una hebra de ADN un nucleótido a la vez, toma un nucleótido aleatorio del nucleoplasma, y si es complementaria al nucleótido en el ADN, la polimerasa lo agrega a la nueva cadena que está creando. Por supuesto, también hay diferencias significativas entre la replicación y la transcripción, entre las cuales no menos importante es que ambas cadenas de ADN se están leyendo simultáneamente para crear dos nuevas cadenas complementarias que eventualmente darán como resultado una copia completa y casi perfecta de todo un genoma del organismo .

Figura\(\PageIndex{7}\). Replicación del ADN. Previo al descubrimiento de las enzimas involucradas en la replicación, se propusieron tres mecanismos generales. En la replicación conservadora, las cadenas de ADN originales permanecen asociadas entre sí, mientras que el ADN recién hecho forma su propia doble hélice. La replicación semiconservadora postula la creación de hélices dobles híbridas viejas y nuevas. La replicación dispersiva propuso moléculas compuestas por fragmentos aleatorios de ADN doble antiguo y doble nuevo.

Uno de los conceptos más importantes de la replicación del ADN es que se trata de un proceso semiconservador (Figura\(\PageIndex{7}\)). Esto significa que cada doble hélice en la nueva generación de un organismo consiste en una hebra completa “vieja” y una hebra “nueva” completa envueltas una alrededor de la otra. Esto contrasta con los otros dos posibles modelos de replicación del ADN, el modelo conservador y el modelo dispersivo. Un mecanismo conservador de replicación propone que el ADN antiguo se utilice solo como molde y no se incorpore a la nueva doble hélice. Así, la nueva celda tiene una doble hélice completamente nueva y una doble hélice completamente antigua. El modelo dispersivo de replicación postula un producto final en el que cada doble hélice de ADN es una mezcla de fragmentos de ADN antiguo y nuevo. A la luz del conocimiento actual, es difícil imaginar un mecanismo dispersivo, pero en su momento, no había modelos mecanicistas en absoluto. Los experimentos Meselson-Stahl (1958) demostraron claramente que el mecanismo debe ser semiconservador, y esto se confirmó una vez que se descubrieron las enzimas clave y se dilucidaron sus mecanismos.

En los experimentos Meselson-Stahl, E. coli se incubaron primero con ¹⁵ N, un isótopo pesado de nitrógeno. Aunque es solo una diferencia en masa de un neutrón por átomo, existe una diferencia de masa suficientemente grande entre el ADN que contiene nitrógeno pesado (en las bases purina y pirimidina) y el ADN que contiene nitrógeno ligero/normal para que puedan separarse entre sí por ultracentrifugación a través de una CsCl gradiente de concentración (Figura\(\PageIndex{7}\)).

A lo largo de 14 generaciones, esto condujo a una población de E. coli que tenía nitrógeno pesado incorporado en todo el ADN (mostrado en azul). Luego, las bacterias se cultivan para una o dos divisiones en nitrógeno “ligero”, ¹⁴ N. Cuando se examinó el ADN de las poblaciones bacterianas por centrifugación, se encontró que en lugar de ADN ligero y ADN pesado, como se esperaría si las replicaciones de ADN fueran conservadoras, hubo una sola banda en y posición intermedia en el gradiente. Esto apoya un modelo semi-conservador en el que cada hebra de ADN original no sólo actúa como un molde para hacer nuevo ADN, sino que se incorpora a la nueva doble hélice.