Replicación de ADN para niños
La replicación del ADN es un proceso asombroso que permite a nuestro ADN hacer copias exactas de sí mismo. Imagina que el ADN es un libro de instrucciones muy importante para la vida. Para que una célula se divida y cree dos células nuevas, cada nueva célula necesita una copia completa y perfecta de ese libro. La replicación es el mecanismo que asegura que esto suceda.
De una sola molécula de ADN, se obtienen dos copias idénticas. Este proceso es "semiconservador", lo que significa que cada nueva molécula de ADN tiene una de las cadenas originales y una cadena recién hecha. Es como si el libro original se abriera por la mitad, y cada mitad sirviera de molde para crear una nueva mitad complementaria. Gracias a esto, la información genética se pasa de una célula madre a sus células hijas, ¡lo cual es la base de la herencia!
Para que la replicación comience, la molécula de ADN se abre como una cremallera en puntos específicos llamados "orígenes de replicación". Varias proteínas especiales reconocen estos puntos y ayudan a separar las dos cadenas de ADN, formando una estructura en forma de "horquilla de replicación". Muchas enzimas y proteínas trabajan juntas en este proceso, formando un equipo llamado "replisoma".
Contenido
¿Cómo es el ADN?
El ADN es una molécula muy especial con características únicas:
- Es una cadena molecular: Está formada por muchas moléculas más pequeñas llamadas nucleótidos, que se unen entre sí para formar una cadena larga.
- Es largo y delgado: Aunque es diminuto dentro de nuestras células, si lo estiráramos, ¡sería increíblemente largo!
- Tiene cuatro "letras": Los eslabones de esta cadena son cuatro tipos de nucleótidos, que se abrevian como A (adenina), G (guanina), C (citosina) y T (timina). Estas letras se emparejan de forma específica: A siempre con T, y C siempre con G.
Replicación semiconservadora: ¿Qué significa?
Cuando decimos que la replicación del ADN es semiconservadora, significa que cada una de las nuevas moléculas de ADN que se forman conserva una de las cadenas originales de la molécula madre. Las otras cadenas son completamente nuevas.
Antes de que esto se demostrara, se pensaron en tres formas en que el ADN podría copiarse:
- Semiconservadora (el modelo correcto): Cada nueva molécula tiene una cadena vieja y una nueva.
- Conservadora: Se crearía una molécula de ADN completamente nueva, dejando la original intacta.
- Dispersora: Las cadenas nuevas tendrían fragmentos mezclados de ADN viejo y nuevo.
El experimento de Meselson y Stahl en 1958 demostró que la replicación es semiconservadora. Ellos hicieron crecer bacterias en un medio con un tipo de nitrógeno más pesado de lo normal. Así, el ADN de las bacterias se hizo más pesado. Luego, las pasaron a un medio con nitrógeno normal. Al analizar el ADN después de varias divisiones, vieron que las nuevas moléculas de ADN tenían un peso intermedio (una cadena pesada y una ligera), lo que confirmó el modelo semiconservador.
¿Cómo avanza la replicación?
La replicación del ADN empieza en puntos fijos y avanza en dos direcciones, formando una estructura que parece una horquilla.
Orígenes de replicación: ¿Dónde empieza?
Los orígenes de replicación son los puntos de partida. En las bacterias, que tienen un ADN circular, suele haber un solo origen. Pero en los organismos eucariotas (como nosotros), que tienen mucho más ADN, la replicación comienza en muchos puntos a la vez para que el proceso sea más rápido.
Un científico llamado Cairns demostró en 1963 que la replicación en bacterias comienza en un punto específico. Usó bacterias con ADN marcado para poder verlo al microscopio.
Avance secuencial
La replicación avanza de forma ordenada desde los orígenes. Esto significa que las partes del ADN más cercanas al origen se copian primero, y luego las que están más lejos.
La forma de horquilla
Cuando el ADN se duplica, las dos cadenas de la doble hélice deben separarse para que cada una sirva de molde. Esto crea una estructura en forma de "horquilla de replicación" o "burbuja de replicación". Esta burbuja se mueve a lo largo del ADN, dejando atrás las dos nuevas cadenas de ADN que se están formando.
Replicación bidireccional
En la mayoría de los casos, la replicación avanza en dos direcciones desde cada origen. Es decir, a partir de un punto, se sintetizan las dos cadenas en ambos sentidos. Esto ayuda a que la copia del ADN sea más eficiente.
Replicación semidiscontinua
El ADN siempre se copia en una dirección específica (de 5' a 3'). Esto crea un pequeño desafío porque las dos cadenas de ADN son "antiparalelas" (van en direcciones opuestas).
Los científicos japoneses Reiji Okazaki y Tsuneko Okazaki descubrieron en la década de 1960 que una de las nuevas cadenas de ADN se sintetiza en trozos cortos, llamados "fragmentos de Okazaki".
- La cadena que se copia en la misma dirección que avanza la horquilla de replicación se llama hebra adelantada y se sintetiza de forma continua.
- La cadena que se copia en la dirección opuesta se llama hebra rezagada y se sintetiza en esos pequeños trozos (fragmentos de Okazaki) que luego se unen.
ADN Polimerasas: Los constructores del ADN
La ADN polimerasa es la enzima principal que construye las nuevas cadenas de ADN. Su trabajo es añadir los nucleótidos correctos (A con T, C con G) a la cadena que se está formando, usando la cadena original como molde.
Además de construir, las ADN polimerasas también tienen una función muy importante: corregir errores. Si añaden un nucleótido equivocado, pueden quitarlo y poner el correcto. Esto es vital para evitar mutaciones en nuestro ADN.
El proceso general de replicación
Varias enzimas y proteínas trabajan juntas en la replicación:
- La topoisomerasa relaja la tensión del ADN mientras se abre.
- La helicasa rompe los enlaces que mantienen unidas las dos cadenas de ADN, abriéndolas.
- Las proteínas SSB mantienen las cadenas separadas para que no se vuelvan a unir.
- El cebador (un pequeño fragmento de ARN) se une al ADN para indicar a la ADN polimerasa dónde empezar.
- La ADN polimerasa I reemplaza los cebadores de ARN por ADN.
- La ADN polimerasa II ayuda a corregir errores.
- La ADN polimerasa III es la que sintetiza la mayor parte de la nueva cadena de ADN.
- La ARN primasa crea los cebadores de ARN.
- La ADN ligasa une los fragmentos de Okazaki.
El proceso se divide en tres fases principales: iniciación, elongación y terminación.
Iniciación: El comienzo
En esta fase, la helicasa empieza a desenrollar la doble hélice del ADN, rompiendo los enlaces entre las bases. Las proteínas SSB se unen a las cadenas separadas para mantenerlas abiertas. A medida que la helicasa avanza, se generan tensiones en el ADN, y las topoisomerasas se encargan de aliviarlas para que la replicación pueda continuar.
Elongación: Construyendo las nuevas cadenas
Aquí, la ADN polimerasa III comienza a añadir nucleótidos para construir las nuevas cadenas. Como la replicación es bidireccional, dos horquillas de replicación avanzan en sentidos opuestos. Cuando dos horquillas se encuentran, se fusionan, y así se copia todo el ADN.
Como la ADN polimerasa III necesita un punto de partida, la ARN primasa crea un pequeño cebador de ARN. A partir de este cebador, la ADN polimerasa III empieza a añadir nucleótidos. En la hebra adelantada, la síntesis es continua. Pero en la hebra rezagada, como va en sentido contrario, se forman los fragmentos de Okazaki.
En la hebra rezagada, una vez que la ADN polimerasa III termina un fragmento de Okazaki y llega al inicio del siguiente, el cebador de ARN de ese fragmento es eliminado. La ADN polimerasa I se encarga de quitar el ARN y rellenar el hueco con ADN. Finalmente, la ADN ligasa une los fragmentos de ADN, cerrando cualquier espacio y completando la nueva cadena.
Terminación: El final del proceso
La replicación termina cuando la ADN polimerasa III llega a una secuencia especial de terminación en el ADN. En ese momento, todo el equipo de replicación se desmonta, y el proceso de copia del ADN ha finalizado.
Véase también
En inglés: DNA replication Facts for Kids
- Genética molecular
- Ciclo celular
- Mitosis
- Punto de control
- Dogma central de la biología molecular
