Cómo las células copian la doble hélice con polimerasa, cebadores, horquillas, corrección y reparación
DNA replicación
La replicación DNA es el proceso celular que copia información genética antes de la división celular, utilizando cada hebra de la doble hélice como plantilla para construir una nueva hebra complementaria con alta precisión.
Qué hace la replicación DNA
Antes de que una célula se divida, debe copiar su DNA para que cada célula hija reciba un conjunto completo de instrucciones genéticas. La replicación DNA es el proceso que realiza esa copia. Es esencial para el crecimiento, la reparación de tejidos, la reproducción y la herencia. En los seres humanos, cada célula en división debe copiar miles de millones de pares de bases DNA, mientras que las bacterias y los virus copian genomas más pequeños utilizando maquinaria relacionada, pero a veces diferente.
Por qué es importante la doble hélice
DNA tiene dos hebras enrolladas en una doble hélice. Las bases se emparejan de forma predecible: la adenina se empareja con la timina y la citosina con la guanina. Debido a esta regla de emparejamiento de bases, cada hebra original puede servir como plantilla para reconstruir la hebra asociada faltante. La replicación se llama semiconservadora porque cada molécula DNA terminada contiene una hebra original y una hebra recién formada.
Donde comienza la replicación
La replicación comienza en secuencias DNA específicas llamadas orígenes de replicación. Las proteínas reconocen estos orígenes, abren la doble hélice y crean burbujas de replicación. En cada extremo de una burbuja hay una horquilla de replicación, la región en forma de Y donde DNA se desenrolla y copia. Las bacterias suelen tener un origen principal en un cromosoma circular, mientras que las células eucariotas, como las células vegetales y animales, utilizan muchos orígenes a través de cromosomas lineales largos.
La maquinaria de replicación
Varias enzimas trabajan juntas. Helicase desenrolla la doble hélice. Las proteínas de unión de una sola hebra evitan que las hebras separadas se vuelvan a unir. La topoisomerasa alivia la tensión de torsión delante de la bifurcación. Primase produce cebadores RNA cortos porque DNA polymerase no puede iniciar una nueva cadena por sí solo. DNA polymerase se extiende desde el cebador agregando nucleótidos. La ligasa DNA sella los espacios para que el sugar-phosphate backbone se vuelva continuo.
Hilos principales y retrasados
DNA polymerase puede agregar nucleótidos solo al extremo 3-prime de una hebra en crecimiento, por lo que el nuevo DNA se crea en la dirección 5-prime a 3-prime. Debido a que las dos hebras de la plantilla corren en direcciones opuestas, una nueva hebra se copia continuamente hacia la horquilla; este es el hilo conductor. El otro se copia de la bifurcación en resumen Okazaki fragments; esta es la línea rezagada. Posteriormente, los cebadores se eliminan, se reemplazan con DNA y los fragmentos se unen mediante ligasa.
Corrección y reparación
La replicación es precisa porque los DNA polymerases eligen bases de acuerdo con el emparejamiento de plantillas y muchas polimerasas corrigen mientras funcionan. Si se agrega una base incorrecta, la revisión puede eliminarla antes de que continúe la síntesis. Los sistemas de reparación adicionales pueden solucionar desajustes o daños después de la replicación. Estos sistemas no son perfectos, por lo que algunos cambios se convierten en mutaciones. Las mutaciones pueden ser neutras, dañinas u ocasionalmente útiles para la evolución, pero en las células del cuerpo también pueden contribuir al cáncer.
Telómeros y estrés de replicación.
Los cromosomas eucariotas son lineales, lo que crea un problema en los extremos porque la replicación ordinaria no puede copiar completamente el extremo de la cadena rezagada. Los telómeros son secuencias DNA repetidas que protegen los extremos de los cromosomas y la telomerasa puede extenderlos en algunas células. El estrés de replicación ocurre cuando la copia se ralentiza o se detiene debido a daños en DNA, secuencias difíciles, bajo suministro de nucleótidos o colisiones con otros procesos celulares. Las células deben gestionar este estrés para preservar la estabilidad del genoma.
Por qué es importante
DNA la replicación es importante porque la vida depende de copiar información genética con suficiente precisión para preservar la identidad, pero con la suficiente flexibilidad para la evolución en escalas de tiempo largas. Comprender la replicación ayuda a explicar la herencia, el desarrollo, el envejecimiento, el cáncer, los objetivos de los antibióticos, las infecciones virales, las enfermedades genéticas, la biotecnología y la secuenciación de DNA. Cuando la replicación funciona, las células transmiten instrucciones. Cuando falla, las consecuencias pueden variar desde variaciones inofensivas hasta enfermedades graves.