El proceso de duplicación ocurre para mantener la continuidad genética de las especies y está basado en la repetición de la misma información genética, para posteriormente ser dividida y entregada a dos células hijas. Es un proceso que debe ser altamente fiel, para evitar las mutaciones genéticas y la producción de enfermedades derivadas de genes anormales. Es un proceso semi conservativo, ya que cada una de las copias del ADN conserva una hebra del ADN madre, y una hebra que sintetiza nueva.
El proceso central está basado en una enzima llamada ADN polimerasa junto a un grupo de enzimas que van a ayudar a todo el proceso. Diferenciamos el proceso tanto en eucariota como en procariota; la ADN polimerasa es una enzima que actúa agregando nucleótidos 5’-3’, siempre nuevos nucleótidos en forma de trifosfato, la ADN polimerasa, a diferencia de la ARN polimerasa, no puede iniciar por sí sola y necesita un cebador (iniciador) llamado ARN cebador, una vez que se coloca los primeros nucleótidos de ARN, la ADN polimerasa puede ampliar la nueva hebra de ADN que se va a formar.
La ADN polimerasa se subdivide en Polimerasa I, II y III en procariotas, y en Polimerasa alfa, delta, beta, épsilon y gamma para las eucariotas; cada una con sus funciones específicas. En procariotas la Polimerasa I tiene la actividad de la reparación del ADN y de exonucleasa, la Polimerasa II no se ha descubierto la función particular, la Polimerasa III actúa como enzima principal de la duplicación. En eucariotas la alfa y la delta son las enzimas principales de la duplicación, mientras que la beta actúa en la reparación de los daños del ADN, épsilon aparentemente tiene la misma función de la delta y la gamma es la polimerasa que se consigue en las mitocondrias.
Iniciando el proceso de duplicación, la primera enzima que actúa es la helicasa, la cual separa las hebras de ADN en una horquilla de replicación, esto dispone las bases nitrogenadas para que se comience a sintetizar de cada hebra una nueva hebra por complementariedad de bases. La segunda enzima que actúa es la primasa que coloca los primeros nucleótidos de ARN, llamado como dijimos ARN cebador; posteriormente vendría la ADN polimerasa principal, en procariotas este trabajo lo hace la polimerasa III y en eucariotas la polimerasa alfa inicialmente y luego la delta, alfa pondría los primeros nucleótidos y delta la mayor parte del ADN.
Una vez que esto ocurre debemos considerar que las hebras están en sentido anti paralelo, por lo tanto existe una hebra que sintetiza conforme va avanzando la horquilla de replicación, esa hebra se llamada hebra conductora; y la otra hebra se sintetizaría en sentido contrario la cual se llamaría hebra tardía.
En la hebra tardía ocurre una particularidad, en procariotas se forma un complejo primasa-helicasa, en el cual la primasa vendría a sintetizar los primeros nucleótidos de ARN y la polimerasa los de ADN; en eucariotas la primasa actúa asociada a la polimerasa alfa.
En la hebra tardía la síntesis de ADN ocurre en fragmentos que son llamados fragmentos de okasaki la horquilla de replicación avanza en un sentido, el complejo enzimático avanza en el mismo sentido, y cuando hay espacio suficiente, retrocede sintetizando un pequeño fragmento de ADN, una vez que la horquilla de replicación ha avanzado un buen espacio el complejo de replicación vuelve a avanzar y vuelve a retroceder sintetizando otro fragmento del ADN. Esto quiere decir que en la hebra tardía la polimerización del ADN arrancaría muchas veces, lo cual implica que cada vez que arranca debe colocarse un ADN cebador, este ADN cebador, tanto de la hebra tardía como de la hebra conductora, debe ser posteriormente extraído por una enzima llamada exonucleasa, en procariotas se han descrito algunas tales como la ARNasa H, la polimerasa I, y en eucariotas se le llama exonucleasa y la hay de varios tipos.
Una vez que es extraído el ARN cebador este fragmento queda vacío y es rellenado por la polimerasa principal, sin embargo la síntesis de este fragmento de ADN deja un enlace fosfodiéster sin formar, para lo cual debe venir una nueva enzima llamada ligasa para enlazar los últimos dos nucleótidos del fragmento de okasaki.
Otras enzimas que actúan en el proceso de duplicación son los dos tipos de topoisomerasa, la topoisomerasa I y la topoisomerasa II, que actúan en la punta de la horquilla de replicación evitando el super enrollamiento de las hebras. Otras enzimas son las de enganche, y existen de dos tipos: las proteínas de enganche de carga y las proteínas de enganche deslizante. Ambas ubican a la polimerasa y al complejo enzimático alrededor de la hebra de ADN en proceso de duplicación evitando que la polimerasa de despegue de la hebra. De esa forma una vez finalizada la síntesis de las dos hebras del ADN en duplicación vamos a obtener dos hebras producto de la copia de una hebra madre.
Dr. Guillermo Bervíns
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