La replicación del ADN es un proceso de autoduplicación, la principal propiedad de la molécula de ADN. La replicación pertenece a la categoría de reacciones de síntesis de matrices y se produce con la participación de enzimas. Bajo la acción de las enzimas, la molécula de ADN se desenrolla y alrededor de cada cadena se construye una nueva cadena que actúa como plantilla, según los principios de complementariedad y antiparalelismo. Así, en cada ADN hijo, una hebra es materna y la segunda es recién sintetizada. Este método de síntesis se llama semiconservativo.
El "material de construcción" y la fuente de energía para la replicación son los trifosfatos de desoxirribonucleósidos (ATP, TTP, GTP, CTP), que contienen tres residuos de ácido fosfórico. Cuando se incorporan desoxirribonucleósidos trifosfato a una cadena de polinucleótidos, se escinden dos residuos terminales de ácido fosfórico y la energía liberada se utiliza para formar un enlace fosfodiéster entre los nucleótidos.
Las siguientes enzimas participan en la replicación:
1. helicasas (ADN “desenrollado”);
2. proteínas desestabilizadoras;
3. ADN topoisomerasas (ADN cortado);
4. ADN polimerasas (seleccione los desoxirribonucleósidos trifosfato y únalos de forma complementaria a la cadena plantilla de ADN);
5. ARN primasas (forman cebadores de ARN, cebadores);
6. ADN ligasas (enlazan fragmentos de ADN).
Con la ayuda de las helicasas, el ADN se desenreda en determinadas zonas, las secciones monocatenarias de ADN se unen mediante proteínas desestabilizadoras y se forma una horquilla de replicación. Con una divergencia de 10 pares de nucleótidos (una vuelta de hélice), la molécula de ADN debe realizar una revolución completa alrededor de su eje. Para evitar esta rotación, la ADN topoisomerasa corta una hebra de ADN, permitiéndole girar alrededor de la segunda hebra.
La ADN polimerasa puede unir un nucleótido solo al carbono de 3" de la desoxirribosa del nucleótido anterior, por lo que esta enzima puede moverse a lo largo del ADN molde en una sola dirección: desde el extremo de 3" al extremo de 5" de este ADN molde. Dado que en el ADN madre las cadenas son antiparalelas, en sus diferentes cadenas el ensamblaje de las cadenas de polinucleótidos hijas se produce de manera diferente y en direcciones opuestas. En la cadena de 3" a 5", la síntesis de la cadena de polinucleótidos hija avanza sin interrupción; la cadena hija se llamará cadena principal. En la cadena de 5"-3" es discontinua, se llamarán fragmentos (fragmentos de Okazaki) que, una vez completada la replicación, se unen en una cadena mediante ligasas de ADN; rezagado.
Una característica especial de la ADN polimerasa es que sólo puede comenzar su trabajo con una "semilla" (cebador). El papel de los "cebadores" lo desempeñan secuencias cortas de ARN formadas por la enzima ARN primasa y emparejadas con ADN molde. Los cebadores de ARN se eliminan una vez completado el ensamblaje de las cadenas de polinucleótidos.
La replicación se produce de manera similar en procariotas y eucariotas. La tasa de síntesis de ADN en procariotas es un orden de magnitud mayor (1000 nucleótidos por segundo) que en eucariotas (100 nucleótidos por segundo). La replicación comienza simultáneamente en varias partes de la molécula de ADN. Un fragmento de ADN de un origen de replicación a otro forma una unidad de replicación: un replicón.
La replicación ocurre antes de la división celular. Gracias a esta capacidad del ADN, la información hereditaria se transfiere de la célula madre a las células hijas.
Reparación (“reparación”)
La reparación es el proceso de eliminar el daño a la secuencia de nucleótidos del ADN. Se lleva a cabo mediante sistemas enzimáticos especiales de la célula (enzimas reparadoras). En el proceso de restauración de la estructura del ADN, se pueden distinguir las siguientes etapas: 1) las nucleasas reparadoras del ADN reconocen y eliminan el área dañada, como resultado de lo cual se forma una brecha en la cadena del ADN; 2) La ADN polimerasa llena este vacío, copiando información de la segunda cadena (“buena”); 3) La ADN ligasa “entrecruza” los nucleótidos, completando la reparación.
Tres mecanismos de reparación han sido los más estudiados: 1) fotorreparación, 2) reparación por escisión o pre-replicativa, 3) reparación post-replicativa.
Los cambios en la estructura del ADN ocurren en la célula constantemente bajo la influencia de metabolitos reactivos, radiación ultravioleta, metales pesados y sus sales, etc. Por lo tanto, los defectos en los sistemas de reparación aumentan la tasa de procesos de mutación y causan enfermedades hereditarias (xeroderma pigmentoso, progeria, etc.).
El ADN es un almacén confiable de información genética. Pero no sólo hay que mantenerlo a salvo, sino también transmitirlo a la descendencia. De esto depende la supervivencia de la especie. Después de todo, los padres deben transmitir a sus hijos todo lo que han logrado en el curso de la evolución. Registra todo: desde el número de extremidades hasta el color de los ojos. Por supuesto, los microorganismos tienen mucha menos información de esta información, pero también es necesario transmitirla. Para ello, la célula se divide. Para que la información genética llegue a ambas células hijas, debe duplicarse, un proceso llamado "replicación del ADN". Ocurre antes de la división celular, sin importar cuál. Podría ser una bacteria que ha decidido multiplicarse. O podría ser piel nueva creciendo en el sitio del corte. El proceso de duplicación del ácido desoxirribonucleico debe estar claramente regulado y completado antes de que comience la división celular.
¿Dónde ocurre la duplicación?
La replicación del ADN ocurre directamente en el núcleo (en eucariotas) o en el citoplasma (en procariotas). El ácido nucleico se compone de nucleótidos: adenina, timina, citosina y guanina. Ambas cadenas de la molécula están construidas según el principio de complementariedad: la adenina en una cadena corresponde a la timina y la guanina a la citosina. La duplicación de la molécula debe realizarse de tal manera que se conserve el principio de complementariedad en las hélices hijas.
Inicio de la replicación - iniciación
El ácido desoxirribonucleico es una hélice de doble cadena. La replicación del ADN se produce añadiendo hebras hijas a lo largo de cada hebra madre. Para que esta síntesis sea posible, es necesario “desenredar” las espirales y separar las cadenas entre sí. Este papel lo desempeña la helicasa: desenrolla la hélice del ácido desoxirribonucleico y gira a alta velocidad. El comienzo de la duplicación del ADN no puede comenzar desde ningún lugar; un proceso tan complejo requiere una parte específica de la molécula: el sitio de inicio de la replicación. Una vez que se ha determinado el punto de partida para la duplicación y la helicasa ha comenzado su trabajo de desenredar la hélice, las cadenas de ADN se separan para formar una bifurcación de replicación. Sobre ellos se asientan ADN polimerasas. Son ellos quienes sintetizarán las cadenas hijas.
Alargamiento
En una molécula de ácido desoxirribonucleico se pueden formar de 5 a 50 horquillas de replicación. La síntesis de cadenas hijas ocurre simultáneamente en varias partes de la molécula. Pero no es fácil completar la construcción de nucleótidos complementarios. Las cadenas de ácidos nucleicos son antiparalelas entre sí. Las diferentes direcciones de las cadenas parentales afectan la duplicación; esto determina el complejo mecanismo de replicación del ADN. El niño completa continuamente una de las cadenas y se llama líder. Esto es correcto, porque a la polimerasa le resulta muy conveniente unir un nucleótido libre al extremo 3’-OH del anterior. Esta síntesis se produce de forma continua, a diferencia del proceso de la segunda cadena.
Cadena retrasada, fragmentos de O'Kazaki
Las dificultades surgen con la otra cadena, porque allí el extremo 5’ está libre, al que es imposible unir un nucleótido libre. Entonces la ADN polimerasa actúa desde el otro lado. Para completar la cadena hija, se crea un cebador que es complementario a la cadena madre. Se forma en la propia bifurcación de replicación. Aquí comienza la síntesis de una pequeña pieza, pero por el camino "correcto": la adición de nucleótidos se produce en el extremo 3'. Por tanto, la finalización de la cadena en la segunda hélice hija se produce de forma discontinua y tiene la dirección opuesta al movimiento de la horquilla de replicación. Estos fragmentos se denominaron fragmentos O'Kazaki y tienen aproximadamente 100 nucleótidos de longitud. Una vez que el fragmento se ha reconstruido hasta la pieza terminada anterior, los cebadores se cortan mediante una enzima especial y el sitio de corte se llena con los nucleótidos faltantes.
Terminación
La duplicación se completa cuando ambas cadenas han completado sus cadenas hijas y todos los fragmentos de O'Kazaki están cosidos. En los eucariotas, la replicación del ADN termina cuando las horquillas de replicación se encuentran. Pero en los procariotas, esta molécula es circular y el proceso de duplicación se produce sin romper primero la cadena. Resulta que todo el ácido desoxirribonucleico es un gran replicón. Y la duplicación termina cuando las horquillas de replicación se encuentran en el lado opuesto del anillo. Una vez completada la replicación, ambas hebras del ácido desoxirribonucleico original deben volver a unirse, después de lo cual ambas moléculas se retuercen para formar superenrollamientos. A continuación, se produce la metilación de ambas moléculas de ADN en la adenina en la región -GATC-. Esto no separa las cadenas ni interfiere en su complementariedad. Esto es necesario para el plegamiento de moléculas en cromosomas, así como para la regulación de la lectura de genes.
Velocidad y precisión de replicación
La segunda etapa de duplicación (elongación) del ADN ocurre a una velocidad de aproximadamente 700 nucleótidos por segundo. Si recordamos que hay 10 pares de monómeros por vuelta de ácido nucleico, resulta que durante el "desenrollamiento" la molécula gira a una frecuencia de 70 revoluciones por segundo. A modo de comparación: la velocidad de rotación del refrigerador en la unidad del sistema informático es de aproximadamente 500 revoluciones por segundo. Pero a pesar de su alta velocidad, la ADN polimerasa casi nunca comete errores. Después de todo, ella simplemente selecciona nucleótidos complementarios. Pero incluso si comete un error, la ADN polimerasa lo reconoce, da un paso atrás, arranca el monómero incorrecto y lo reemplaza por el correcto. El mecanismo de replicación del ADN es muy complejo, pero pudimos comprender los puntos principales. Es importante comprender su importancia tanto para los microorganismos como para las criaturas multicelulares.
Una molécula de ADN es una estructura que se encuentra en un cromosoma. Un cromosoma contiene una de esas moléculas, que consta de dos hebras. La reduplicación del ADN es la transferencia de información después de la autorreproducción de hebras de una molécula a otra. Es inherente tanto al ADN como al ARN. Este artículo analiza el proceso de reduplicación del ADN.
Información general y tipos de síntesis de ADN.
Se sabe que los hilos de la molécula están retorcidos. Sin embargo, cuando comienza el proceso de reduplicación del ADN, se espiran, luego se separan y se sintetiza una nueva copia en cada uno. Al finalizar, aparecen dos moléculas absolutamente idénticas, cada una de las cuales contiene hilos madre e hija. Esta síntesis se llama semiconservadora. Las moléculas de ADN se alejan, permaneciendo en un único centrómero, y finalmente se separan sólo cuando el proceso de división comienza en este centrómero.
Otro tipo de síntesis se llama reparativa. Éste, a diferencia del anterior, no está asociado a ninguna etapa celular, sino que comienza cuando se produce un daño en el ADN. Si son demasiado extensos, la célula acabará muriendo. Sin embargo, si el daño es local, se puede restaurar. Dependiendo del problema, se pueden restaurar una o dos cadenas de ADN. Esta, como también se la llama, síntesis no programada no lleva mucho tiempo y no requiere grandes costos de energía.
Pero cuando se produce la reduplicación del ADN se consume mucha energía y material, y su duración dura horas.
La reduplicación se divide en tres períodos:
- iniciación;
- alargamiento;
- terminación.
Echemos un vistazo más de cerca a esta secuencia de reduplicación del ADN.
Iniciación
El ADN humano contiene varias decenas de millones de pares de nucleótidos (los animales sólo tienen ciento nueve). La reduplicación del ADN comienza en muchos lugares de la cadena por las siguientes razones. Casi al mismo tiempo, la transcripción ocurre en el ARN, pero se detiene en algunos lugares específicos durante la síntesis de ADN. Por lo tanto, antes de tal proceso, se acumula una cantidad suficiente de sustancia en el citoplasma de la célula para apoyar la expresión genética y no alterar la actividad vital de la célula. Por esta razón, el proceso debe realizarse lo más rápido posible. Durante este período se realiza la retransmisión, pero no se realiza la transcripción. Los estudios han demostrado que la reduplicación del ADN se produce en varios miles de puntos a la vez: áreas pequeñas con una secuencia de nucleótidos específica. A ellos se unen proteínas de iniciación especiales, a las que a su vez se unen otras enzimas de replicación del ADN.
El fragmento de ADN donde se produce la síntesis se llama replicón. Comienza desde el origen y termina cuando la enzima completa la replicación. Replicon es autónomo y además proporciona todo el proceso con su propio soporte.
Es posible que el proceso no comience desde todos los puntos a la vez, en algún lugar comienza antes, en algún lugar después; puede fluir en una o dos direcciones opuestas. Los eventos ocurren en el siguiente orden cuando se forman:
- horquilla de replicación;
- Cebador de ARN.
bifurcación de replicación
Esta parte es el proceso mediante el cual se sintetizan hebras desoxirribonucleicas en hebras de ADN desprendidas. Las horquillas forman el llamado ojo de reduplicación. El proceso está precedido por una serie de acciones:
- liberación de la unión a histonas en el nucleosoma: las enzimas de replicación del ADN, como la metilación, la acetilación y la fosforilación, producen reacciones químicas como resultado de las cuales las proteínas pierden su carga positiva, lo que promueve su liberación;
- la despiralización es el desenrollado, que es necesario para una mayor liberación de los hilos;
- romper los enlaces de hidrógeno entre las cadenas de ADN;
- su divergencia en diferentes direcciones de la molécula;
- fijación que se produce con la ayuda de proteínas SSB.
cebador de ARN
La síntesis se lleva a cabo mediante una enzima llamada ADN polimerasa. Sin embargo, no puede iniciarlo por sí solo, por lo que lo hacen otras enzimas: las ARN polimerasas, que también se denominan cebadores de ARN. Se sintetizan en paralelo a las hebras desoxirribonucleicas. Así, la iniciación finaliza con la síntesis de dos cebadores de ARN sobre dos hebras de ADN que se rompen y se mueven en diferentes direcciones.
Alargamiento
Este período comienza con la adición de un nucleótido al extremo 3" de la semilla de ARN, lo cual se lleva a cabo por la ya mencionada ADN polimerasa. Al primero se une el segundo, tercer nucleótido, y así sucesivamente. Las bases del Las nuevas hebras están conectadas a la hebra madre. Se cree que la síntesis de la hebra se produce en la dirección 5" - 3".
Cuando ocurre hacia la bifurcación de replicación, la síntesis avanza continuamente y se alarga al mismo tiempo. Por lo tanto, dicho hilo se llama líder o líder. En él ya no se forman cebadores de ARN.
Sin embargo, en la cadena madre opuesta, los nucleótidos de ADN continúan uniéndose al cebador de ARN y la cadena desoxirribonucleica se sintetiza en la dirección opuesta a la horquilla de reduplicación. En este caso, se llama retraso o retraso.
En la cadena retrasada, la síntesis ocurre en fragmentos, donde al final de una sección, la síntesis comienza en otra sección cercana usando el mismo cebador de ARN. Así, en la hebra rezagada hay dos fragmentos que están conectados por ADN y ARN. Se llaman fragmentos de Okazaki.
Luego todo se repite. Luego se desenrolla otra vuelta de la hélice, los enlaces de hidrógeno se rompen, los hilos se separan, la hebra principal se alarga, el siguiente fragmento del cebador de ARN se sintetiza en el rezagado, después de lo cual se sintetiza el fragmento de Okazaki. Después de esto, los cebadores de ARN de la cadena retrasada se destruyen y los fragmentos de ADN se combinan en uno solo. Esto sucede simultáneamente en este circuito:
- formación de nuevos cebadores de ARN;
- síntesis de fragmentos de Okazaki;
- destrucción de cebadores de ARN;
- reconexión en una sola cadena.
Terminación
El proceso continúa hasta que dos horquillas de replicación se encuentran o una de ellas llega al final de la molécula. Después de que las bifurcaciones se unen, una enzima une las cadenas hijas de ADN. Si la bifurcación se mueve hasta el final de la molécula, la reduplicación del ADN se completa con la ayuda de enzimas especiales.
Corrección
En este proceso, el control (o corrección) de la reduplicación juega un papel importante. Los cuatro tipos de nucleótidos llegan al sitio de síntesis y, mediante el emparejamiento de prueba, la ADN polimerasa selecciona los que son necesarios.
El nucleótido deseado debe poder formar tantos enlaces de hidrógeno como un nucleótido similar en la cadena molde de ADN. Además, debe existir una cierta distancia constante entre las cadenas principales de azúcar-fosfato, correspondiente a los tres anillos de las dos bases. Si el nucleótido no cumple estos requisitos, la conexión no se producirá.
El control se realiza antes de su inclusión en la cadena y antes de la inclusión del nucleótido posterior. Después de esto, se forma un enlace en la cadena principal de fosfato de azúcar.
Variabilidad mutacional
El mecanismo de replicación del ADN, a pesar del alto porcentaje de precisión, siempre presenta alteraciones en las hebras, generalmente llamadas “mutaciones genéticas”. Hay un error por cada mil pares de nucleótidos, lo que se denomina reduplicación convariante.
Sucede por varias razones. Por ejemplo, con una concentración alta o demasiado baja de nucleótidos, desaminación de citosina, presencia de mutágenos en el área de síntesis, etc. En algunos casos, los errores pueden corregirse mediante procesos de reparación; en otros, la corrección resulta imposible.
Si el daño está en una ubicación inactiva, el error no tendrá consecuencias graves cuando se produzca el proceso de reduplicación del ADN. La secuencia de nucleótidos de un gen particular puede aparecer con un error de emparejamiento. Entonces la situación es diferente y el resultado negativo puede ser tanto la muerte de esta célula como la muerte de todo el organismo. También hay que tener en cuenta que se basan en la variabilidad mutacional, lo que hace que el acervo genético sea más plástico.
Metilación
En el momento de la síntesis o inmediatamente después de ella, se produce la metilación de las cadenas. En los seres humanos, se cree que este proceso es necesario para formar cromosomas y regular la transcripción genética. En las bacterias, este proceso sirve para proteger el ADN de ser cortado por enzimas.
1. ¿Cuándo ocurre la replicación?- En la fase sintética de la interfase, mucho antes de la división celular. El período entre la replicación y la profase de la mitosis se denomina fase postsintética de la interfase, durante la cual la célula continúa creciendo y comprueba si la duplicación se ha producido correctamente.
2. Si había 46 cromosomas antes de duplicarse, ¿cuántos habrá después de duplicarse?- El número de cromosomas no cambia cuando se duplica el ADN. Antes de la duplicación, una persona tiene 46 cromosomas simples (que constan de una doble hebra de ADN) y, después de la duplicación, 46 cromosomas dobles (que constan de dos dobles hebras idénticas de ADN conectadas entre sí en el centrómero).
3. ¿Por qué es necesaria la replicación?- Para que durante la mitosis, cada célula hija pueda recibir su propia copia de ADN. Durante la mitosis, cada uno de los 46 cromosomas dobles se divide en dos cromosomas simples; se obtienen dos juegos de 46 cromosomas individuales; estos dos conjuntos divergen en dos células hijas.
Tres principios de la estructura del ADN.
Semiconservador- cada ADN hijo contiene una cadena del ADN materno y otra recién sintetizada.
Complementariedad-AT/CG. Frente a la adenina de una cadena de ADN siempre hay timina de otra cadena de ADN y frente a la citosina siempre hay guanina.
Antiparalelismo- Las cadenas de ADN se encuentran en extremos opuestos entre sí. Estos fines no se estudian en la escuela, así que un poco más de detalle (y luego, a la naturaleza).
El monómero del ADN es un nucleótido, la parte central del nucleótido es la desoxirribosa. Tiene 5 átomos de carbono (en la imagen más cercana, la desoxirribosa inferior izquierda tiene átomos numerados). Veamos: una base nitrogenada está unida al primer átomo de carbono, el ácido fosfórico de un nucleótido dado está unido al quinto, el tercer átomo está listo para unir el ácido fosfórico del siguiente nucleótido. Por tanto, cualquier cadena de ADN tiene dos extremos:
- extremo de 5", en él se encuentra ácido fosfórico;
- El extremo de 3" contiene ribosa.
La regla antiparalela es que en un extremo de una doble hebra de ADN (por ejemplo, en el extremo superior de la imagen más cercana), una hebra tiene un extremo de 5" y la otra tiene un extremo de 3". Es importante para el proceso de replicación que la ADN polimerasa solo pueda extenderse en el extremo de 3". Una cadena de ADN solo puede crecer en su extremo de 3".
En esta imagen, el proceso de duplicación del ADN ocurre de abajo hacia arriba. Se puede observar que la cadena izquierda crece en la misma dirección y la derecha crece en la dirección opuesta.
En la siguiente imagen nueva cadena superior("hilo principal") se alarga en la misma dirección en la que se produce la duplicación. Cadena nueva inferior("hebra retrasada") no puede extenderse en la misma dirección, porque allí tiene un extremo de 5", que, como recordamos, no crece. Por lo tanto, la hebra inferior crece con la ayuda de Okazaki corto (100-200 nucleótidos) fragmentos, cada uno de los cuales crece en la dirección de 3". Cada fragmento de Okazaki crece desde el extremo de 3" del cebador ("cebadores de ARN", los cebadores están en rojo en la figura).
Enzimas de replicación
Dirección general de replicación.- la dirección en la que se produce la duplicación del ADN.
ADN de los padres- ADN antiguo (materno).
Nube verde junto a "ADN parental"- una enzima helicasa que rompe los enlaces de hidrógeno entre las bases nitrogenadas de la antigua cadena de ADN (madre).
Óvalos grises en hebras de ADN que acaban de separarse entre sí- proteínas desestabilizadoras que impiden que las cadenas de ADN se conecten.
ADN pol III- ADN polimerasa, que agrega nuevos nucleótidos al extremo de 3" de la cadena de ADN superior (principal, sintetizada continuamente) (Filamento principal).
primasa- enzima primasa, que produce cebador (pieza de Lego roja). Ahora contamos los cebadores de izquierda a derecha:
- la primera cartilla todavía está sin terminar, primaza la está haciendo ahora mismo;
- a partir del segundo cebador, la ADN polimerasa construye ADN, en la dirección opuesta a la dirección de duplicación del ADN, pero en la dirección del extremo de 3";
- A partir del tercer cebador ya se ha construido la cadena de ADN. (Hebra rezagada), se acercó a la cuarta cartilla;
- El cuarto cebador es el más corto porque la ADN polimerasa (polígrafo de ADN I) lo elimina (también conocido como ARN, no tiene nada que ver con el ADN, solo necesitábamos el extremo derecho) y lo reemplaza con ADN;
- La quinta cartilla ya no está en la imagen, ha sido completamente recortada, dejando un hueco en su lugar. ADN ligasa (ADN ligasa) une esta rotura para que la cadena de ADN inferior (rezagada) quede intacta.
La enzima topoisomerasa no está indicada en la súper imagen, pero aparecerá más adelante en las pruebas, así que digamos algunas palabras al respecto. Aquí hay una cuerda que consta de tres grandes hilos. Si tres camaradas agarran estos tres hilos y comienzan a tirar de ellos en tres direcciones diferentes, muy pronto la cuerda dejará de desenredarse y se enrollará formando bucles apretados. Lo mismo podría pasar con el ADN, que es una cuerda de dos hebras, si no fuera por la topoisomerasa. 
La topoisomerosis corta una de las dos hebras de ADN, después de lo cual (segunda imagen, flecha roja) el ADN gira alrededor de una de sus hebras, de modo que no se forman bucles apretados (se reduce el estrés topológico).
Subreplicación de terminales
De la súper imagen con enzimas de replicación, está claro que en el lugar que queda después de la eliminación del cebador, la ADN polimerasa completa el siguiente fragmento de Okazaki. (¿Está realmente claro? En todo caso, los fragmentos de Okazaki en la súper pintura se indican con números en círculos). Cuando la replicación en la súper pintura alcanza su extremo lógico (izquierdo), entonces el último fragmento de Okazaki (el más a la izquierda) No tendrá un “siguiente”, por lo que no habrá nadie que complete el ADN en el espacio vacío que queda después de retirar el cebador.
Aquí te dejo otro dibujo. La cadena de ADN negra es vieja, materna. La duplicación del ADN, a diferencia del superpatrón, se produce de izquierda a derecha. Dado que el nuevo ADN (verde) de la derecha tiene un extremo de 5", está retrasado y se extiende mediante fragmentos individuales (Okazaki). Cada fragmento de Okazaki crece desde el extremo de 3" de su cebador (rectángulo azul). Los cebadores, como recordamos, son eliminados por la ADN polimerasa, que en este punto completa el siguiente fragmento de Okazaki (este proceso se indica con una elipsis roja). Al final del cromosoma no hay nadie que llene esta sección, como no hay el siguiente fragmento de Okazaki, ya hay un espacio vacío allí. (Brecha). Así, después de cada replicación, ambos extremos de 5" de los cromosomas hijos se acortan. (subreplicación terminal).
Las células madre (en la piel, la médula ósea roja, los testículos) deben dividirse mucho más de 60 veces. Por tanto, en ellos funciona la enzima telomerasa, que alarga los telómeros tras cada replicación. La telomerasa extiende el extremo de 3" que sobresale del ADN para que crezca hasta el tamaño del fragmento de Okazaki. Después de esto, la primasa sintetiza un cebador en él y la ADN polimerasa extiende el extremo de 5" del ADN poco replicado.
Pruebas
1. La replicación es un proceso en el que:
A) se produce la síntesis de ARN de transferencia;
B) se produce la síntesis (copia) del ADN;
C) los ribosomas reconocen anticodones;
D) se forman enlaces peptídicos.
2. Relacionar las funciones de las enzimas implicadas en la replicación de procariotas con sus nombres.
3. Durante la replicación en células eucariotas, eliminación de cebadores.
A) se lleva a cabo por una enzima con sólo actividad ADNasa
B) forma fragmentos de Okazaki
B) ocurre sólo en hebras rezagadas
D) ocurre sólo en el núcleo
4. Si extraes el ADN del bacteriófago fX174, encontrarás que contiene 25% A, 33% T, 24% G y 18% C. ¿Cómo podrías explicar estos resultados?
A) Los resultados del experimento son incorrectos; hubo un error en alguna parte.
B) Se podría suponer que el porcentaje de A es aproximadamente igual al de T, lo que también es cierto para C y G. Por lo tanto, no se viola la regla de Chargaff, el ADN es bicatenario y se replica de forma semiconservadora.
B) Dado que los porcentajes de A y T y, en consecuencia, de C y G son diferentes, el ADN es monocatenario; se replica mediante una enzima especial que sigue un mecanismo de replicación especial con una sola hebra como plantilla.
D) Dado que ni A es igual a T ni G es igual a C, entonces el ADN debe ser monocatenario, se replica sintetizando la hebra complementaria y utilizando esta forma bicatenaria como plantilla;
5. El diagrama se refiere a la replicación del ADN bicatenario. Para cada uno de los cuadrados I, II, III, seleccione una enzima que funcione en esta área.
A) Telomerasa
B) ADN topoisomerasa
B) ADN polimerasa
D) ADN helicasa
D) ADN ligasa
6. Se transfirió un cultivo bacteriano de un medio con un isótopo ligero de nitrógeno (N-14) a un medio que contenía un isótopo pesado (N-15) durante un tiempo correspondiente a una división, y luego se volvió a colocar en un medio con un isótopo ligero de nitrógeno. isótopo. El análisis de la composición del ADN bacteriano después de un período correspondiente a dos replicaciones mostró:
| Opciones respuesta |
ADN | ||
| luz | promedio | pesado | |
| A | 3/4 | 1/4 | - |
| B | 1/4 | 3/4 | - |
| EN | - | 1/2 | 1/2 |
| GRAMO | 1/2 | 1/2 | - |
7. Una enfermedad genética rara se caracteriza por inmunodeficiencia, retraso mental y físico y microcefalia. Supongamos que en un extracto de ADN de un paciente con este síndrome se encuentran cantidades casi iguales de tramos de ADN largos y muy cortos. ¿Qué enzima es más probable que falte o esté defectuosa en este paciente?
A) ADN ligasa
B) topoisomerasa
B) ADN polimerasa
D) Helicasa
8. La molécula de ADN es una doble hélice que contiene cuatro tipos diferentes de bases nitrogenadas. ¿Cuál de las siguientes afirmaciones sobre la replicación y la estructura química del ADN es correcta?
A) Las secuencias de bases de las dos cadenas son las mismas.
B) En una doble cadena de ADN, el contenido de purinas es igual al contenido de pirimidinas.
C) Ambas cadenas se sintetizan en la dirección 5’→3’ de forma continua.
D) La adición de la primera base del ácido nucleico recién sintetizado es catalizada por la ADN polimerasa.
E) La actividad de corrección de errores de la ADN polimerasa se produce en la dirección 5'→3'.
9. La mayoría de las ADN polimerasas también tienen la actividad:
A) ligasa;
B) endonucleasa;
B) 5"-exonucleasa;
D) 3"-exonucleasa.
10. La ADN helicasa es una enzima clave para la replicación del ADN que desenrolla el ADN bicatenario en ADN monocatenario. A continuación se describe un experimento para determinar las propiedades de esta enzima.
¿Cuál de las siguientes afirmaciones sobre este experimento es correcta?
A) La banda que aparece en la parte superior del gel es sólo ssDNA y tiene un tamaño de 6,3 kb.
B) La banda que aparece en el fondo del gel es ADN marcado de 300 pb.
B) Si el ADN hibridado se trata únicamente con ADN helicasa y la reacción se lleva a cabo hasta su finalización, la disposición de las bandas se parece a la que se muestra en el carril 3 en b.
D) Si el ADN hibridado se trata solo con ebullición sin tratamiento con helicasa, la disposición de las bandas aparece como se muestra en el carril 2 en b.
E) Si el ADN hibridado se trata únicamente con helicasa hervida, la disposición de las bandas se parece a la que se muestra en el carril 1 en b.
Olimpiada distrital 2001
- Olimpiada de toda Rusia 2001
- Olimpiada Internacional 2001
- Olimpiada Internacional 1991
- Olimpiada Internacional 2008
- Olimpiada Distrital 2008
- Olimpiada Internacional 2010
Se pueden encontrar los textos completos de estas Olimpiadas.
La replicación es un mecanismo de autocopia y la principal propiedad del material hereditario, que son las moléculas de ADN.
Una característica especial del ADN es que sus moléculas suelen estar formadas por dos hebras complementarias entre sí, formando una doble hélice. Durante el proceso de replicación, las cadenas de la molécula de ADN original divergen y en cada una se construye una nueva cadena complementaria. Como resultado, a partir de una doble hélice se forman dos idénticas a la original. Es decir, a partir de una molécula de ADN se forman dos, idénticas a la plantilla y entre sí.
Por tanto, se produce la replicación del ADN. de forma semiconservadora, cuando cada molécula hija contiene una cadena madre y una recién sintetizada.
En eucariotas, la replicación ocurre en la fase S de la interfase del ciclo celular.
El mecanismo y las principales enzimas que se describen a continuación son característicos de la gran mayoría de organismos. Sin embargo, existen excepciones, principalmente entre bacterias y virus.
La divergencia de las hebras de la molécula de ADN original está garantizada por la enzima. helicasa, o helicasa, que en ciertos lugares de los cromosomas rompe los enlaces de hidrógeno entre las bases nitrogenadas del ADN. Las helicasas se mueven a lo largo del ADN utilizando la energía del ATP.
Para evitar que las cadenas se vuelvan a conectar, se mantienen a distancia entre sí. proteínas desestabilizadoras. Las proteínas se alinean en el lado de las pentosas fosfato de la cadena. Como resultado, se forman zonas de replicación, llamadas horquillas de replicación.
Las horquillas de replicación no se forman en ningún lugar del ADN, sino sólo en orígenes de replicación, que consta de una secuencia específica de nucleótidos (unas 300 piezas). Dichos lugares son reconocidos por proteínas especiales, después de lo cual los llamados ojo de replicación, en el que dos cadenas de ADN divergen.
Desde el punto de origen, la replicación puede proceder en una o dos direcciones a lo largo del cromosoma. En el último caso, las cadenas de ADN divergen hacia adelante y hacia atrás y se forman dos horquillas de replicación a partir de un ojo de replicación.
Replicón- la unidad de replicación del ADN, desde su punto inicial hasta su punto final.
Dado que las cadenas de ADN están retorcidas en espiral entre sí, su separación por helicasa provoca la aparición de vueltas adicionales antes de la bifurcación de replicación. Para aliviar la tensión, la molécula de ADN tendría que girar alrededor de su eje una vez por cada 10 pares de nucleótidos divergentes, que es exactamente la cantidad que se forma en una vuelta de la hélice. En este caso, el ADN rotaría rápidamente, gastando energía. Pero esto no sucede porque la naturaleza ha encontrado una manera más eficaz de hacer frente a la tensión de la hélice que surge durante la replicación.
Enzima topoisomerasa rompe una de las cadenas de ADN. La sección desconectada se gira 360° alrededor de la segunda cadena intacta y se vuelve a conectar a su cadena. Esto alivia la tensión, es decir, elimina los superenrollamientos.
Cada hebra de ADN individual de la molécula antigua se utiliza como plantilla para la síntesis de una nueva cadena que es complementaria a sí misma. La enzima proporciona la adición de nucleótidos a la cadena hija en crecimiento. ADN polimerasa. Hay varios tipos de polimerasas.
En la bifurcación de replicación, los nucleótidos libres ubicados en el nucleoplasma se unen a los enlaces de hidrógeno liberados de las cadenas según el principio de complementariedad. Los nucleótidos añadidos son desoxirribonucleósidos trifosfato (dNTP), específicamente dATP, dGTP, dCTP, dTTP.
Después de que se forman los enlaces de hidrógeno, la enzima ADN polimerasa une el nucleótido mediante un enlace fosfoéster al último nucleótido de la cadena hija que se está sintetizando. Esto separa el pirofosfato, que contiene dos residuos de ácido fosfórico, que luego se divide en fosfatos individuales. La reacción de eliminación de pirofosfato como resultado de la hidrólisis es energéticamente favorable, ya que el enlace entre el primero, que forma parte de la cadena, y el segundo residuo de fosfato es rico en energía. Esta energía es utilizada por la polimerasa.
La polimerasa no sólo alarga la cadena en crecimiento, sino que también es capaz de desprender nucleótidos erróneos, es decir, tiene capacidad correctiva. Si el último nucleótido que se debe agregar a la nueva cadena no es complementario a la plantilla, entonces la polimerasa lo eliminará.
La ADN polimerasa solo puede agregar un nucleótido al grupo -OH ubicado en el tercer átomo de carbono de la desoxirribosa. Así, la cadena se sintetiza sólo desde su extremo 3´. Es decir, la síntesis de una nueva cadena de ADN se produce en la dirección del extremo 5´ al 3´. Dado que las cadenas en una molécula de ADN bicatenario son antiparalelas, el proceso de síntesis a lo largo de la cadena madre, o plantilla, avanza en la dirección opuesta, desde el extremo 3' al 5'.
Dado que las cadenas de ADN son antiparalelas y la síntesis de una nueva cadena sólo es posible en la dirección 5´→3´, en la bifurcación de replicación las cadenas hijas se sintetizarán en diferentes direcciones.
En la plantilla 3´→5´, el ensamblaje de una nueva secuencia de polinucleótidos se produce de forma casi continua, ya que esta cadena se sintetiza en la dirección 5´→3´. La matriz antiparalela se caracteriza por una dirección 5´→3´, por lo que aquí no es posible la síntesis de una cadena hija a lo largo de la dirección de movimiento de la horquilla. Aquí sería 3´→5´, pero el polímero de ADN no puede unirse al extremo 5´.
Por lo tanto, la síntesis en una matriz 5´→3´ se realiza en pequeñas secciones - fragmentos de Okazaki (llamado así por el científico que los descubrió). Cada fragmento se sintetiza en el sentido inverso a la formación de la horquilla, lo que garantiza el cumplimiento de la regla de ensamblaje de 5' a 3'.
Otra “desventaja” de la polimerasa es que ella misma no puede iniciar la síntesis de una sección de la cadena hija. La razón de esto es que requiere el extremo -OH del nucleótido ya conectado a la cadena. Por lo tanto es necesario semilla, o cebador. Es una molécula corta de ARN sintetizada por la enzima. ARN primasa y ADN emparejado con la cadena plantilla. La síntesis de cada región de Okazaki comienza con su propio cebador de ARN. La cadena que se sintetiza de forma continua suele tener un cebador.
Después de retirar los cebadores y rellenar los huecos con ADN polimerasa, una enzima une secciones individuales de la cadena de ADN hija. ADN ligasa.
El ensamblaje continuo es más rápido que el ensamblaje fragmentado. Por lo tanto, una de las cadenas hijas del ADN se llama principal, o líder, el segundo - rezagado, o estar atrasado.
En los procariotas, la replicación es más rápida: aproximadamente 1000 nucleótidos por segundo. Mientras que los eucariotas sólo tienen unos 100 nucleótidos. El número de nucleótidos en cada fragmento de Okazaki en eucariotas es de aproximadamente hasta 200, en procariotas, hasta 2000.
En los procariotas, las moléculas circulares de ADN forman un replicón. En los eucariotas, cada cromosoma puede contener muchos replicones. Por tanto, la síntesis comienza en varios puntos, simultáneamente o no.
Las enzimas y otras proteínas de replicación trabajan juntas para formar un complejo y moverse a lo largo del ADN. En total, en el proceso intervienen unas 20 proteínas diferentes; aquí sólo se enumeran las principales.