La replicación semiconservativa describe el mecanismo de replicación del ADN en todas las células conocidas. La replicación del ADN ocurre en múltiples orígenes de replicación a lo largo de la hebra de la plantilla de ADN. A medida que la helicasa desenrolla la doble hélice de ADN , la replicación se produce por separado en cada hebra molde en direcciones antiparalelas. Este proceso se conoce como replicación semiconservativa porque se producen dos copias de la molécula de ADN original. [1] Cada copia contiene una hebra original y una hebra recién sintetizada. La estructura del ADN (descifrada por James D. Watson y Francis Cricken 1953) sugirió que cada hebra de la doble hélice serviría como plantilla para la síntesis de una nueva hebra. No se sabía cómo las hebras recién sintetizadas se combinaban con las hebras molde para formar dos moléculas de ADN de doble hélice. [2] [3]
Descubrimiento
Se realizaron múltiples experimentos para determinar cómo se replica el ADN. El modelo semiconservador fue anticipado por Nikolai Koltsov y más tarde apoyado por el experimento de Meselson-Stahl ., [3] [4] que confirmó que el ADN se replicaba de manera semi-conservadora al realizar un experimento usando dos isótopos : nitrógeno-15 (15
norte
) y nitrógeno-14 (14
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). Cuándo14
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fue agregado al pesado 15
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-15
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ADN, un híbrido de 15
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-14
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fue visto en la primera generación. Después de la segunda generación, el híbrido permaneció, pero el ADN ligero (14
norte
-14
norte
) también fue visto. Esto indicó que el ADN se replicaba de forma semiconservadora. Este modo de replicación del ADN permitió que cada hebra hija permaneciera asociada con su hebra molde. [5]
Modelos de replicación
La replicación semiconservativa deriva su nombre del hecho de que este mecanismo de transcripción fue uno de los tres modelos propuestos originalmente [2] [3] para la replicación del ADN :
- La replicación semiconservativa produciría dos copias, cada una de las cuales contenía una de las hebras originales de ADN y una nueva hebra. [2] La replicación semiconservativa es beneficiosa para la reparación del ADN. Durante la replicación, la nueva hebra de ADN se ajusta a las modificaciones realizadas en la hebra molde. [6]
- La replicación conservadora dejaría las dos hebras de ADN molde originales juntas en una doble hélice y produciría una copia compuesta por dos nuevas hebras que contienen todos los nuevos pares de bases de ADN. [2]
- La replicación dispersiva produciría dos copias del ADN, y ambas contienen regiones distintas de ADN compuestas por las dos hebras originales o por las dos hebras nuevas. [2] Originalmente se pensó que las hebras de ADN se rompían en cada décimo par de bases para agregar la nueva plantilla de ADN. Eventualmente, todo el ADN nuevo formaría la doble hélice después de muchas generaciones de replicación. [7]
Separación y recombinación de ADN bicatenario
Para que se produzca la replicación semiconservativa, es necesario separar la doble hélice del ADN para que la nueva hebra molde pueda unirse a los pares de bases complementarios. La topoisomerasa es la enzima que ayuda a descomprimir y recombinar la doble hélice. Específicamente, la topoisomerasa evita que la doble hélice se sobreenrolle o se enrolle demasiado. Tres enzimas topoisomerasa están involucrados en este proceso: Tipo IA topoisomerasa , tipo IB topoisomerasa , y topoisomerasa de tipo II . [8] La topoisomerasa tipo I desenrolla el ADN de doble hebra, mientras que la topoisomerasa tipo II rompe los enlaces de hidrógeno que unen los pares de bases complementarios del ADN. [7]
Tasa y precisión
La tasa de replicación del ADN semiconservativo en una célula viva se midió primero como la tasa de elongación de la cadena de ADN del fago T4 en E. coli infectada con fagos . [9] Durante el período de aumento exponencial del ADN a 37 ° C, la tasa de elongación de la cadena fue de 749 nucleótidos por segundo. La tasa de mutación por par de bases por ronda de replicación durante la síntesis de ADN del fago T4 es2,4 × 10 −8 . [10] Por lo tanto, la replicación del ADN semiconservativo es rápida y precisa.
Aplicaciones
La replicación semiconservativa proporciona muchas ventajas para el ADN. Es rápido, preciso y permite una fácil reparación del ADN. También es responsable de la diversidad fenotípica en algunas especies procariotas. [11] El proceso de creación de una hebra recién sintetizada a partir de la hebra plantilla permite que la hebra antigua sea metilada en un momento separado de la hebra nueva. Esto permite que las enzimas de reparación corrijan la nueva hebra y corrijan cualquier mutación o error. [6]
El ADN podría tener la capacidad de activar o desactivar ciertas áreas en la hebra recién sintetizada que permite cambiar el fenotipo de la célula. Esto podría ser ventajoso para la célula porque el ADN podría activar un fenotipo más favorable para ayudar en la supervivencia. Debido a la selección natural , el fenotipo más favorable persistiría en toda la especie. Esto da lugar a la idea de herencia, o por qué ciertos fenotipos se heredan sobre otros. [6]
Ver también
- Estructura molecular de los ácidos nucleicos: una estructura para el ácido nucleico desoxirribosa
- Replicación de ADN
Referencias
- ^ Ekundayo B, Bleichert F (septiembre de 2019). "Orígenes de la replicación del ADN" . PLOS Genetics . 15 (9): e1008320. doi : 10.1371 / journal.pgen.1008320 . PMC 6742236 . PMID 31513569 .
- ^ a b c d e Griffiths AJ, Miller JH, Suzuki DT, Lewontin RC, Gelbart WM (1999). "Capítulo 8: La estructura y replicación del ADN" . Introducción al análisis genético . San Francisco: WH Freeman. ISBN 978-0-7167-3520-5.
- ^ a b c Meselson M, Stahl FW (julio de 1958). "La replicación del ADN en Escherichia Coli" . Actas de la Academia Nacional de Ciencias de los Estados Unidos de América . 44 (7): 671–82. Código Bibliográfico : 1958PNAS ... 44..671M . doi : 10.1073 / pnas.44.7.671 . PMC 528642 . PMID 16590258 .
- ^ Meselson M, Stahl FW (2007). "Demostración del modo semiconservativo de la duplicación del ADN". En Cairns J, Stent GS, Watson JD (eds.). El fago y los orígenes de la biología molecular . Cold Spring Harbor: Prensa de laboratorio de Cold Spring Harbor. ISBN 978-0-87969-800-3.
- ^ Hanawalt PC (diciembre de 2004). "La densidad importa: la replicación semiconservativa del ADN" . Actas de la Academia Nacional de Ciencias de los Estados Unidos de América . 101 (52): 17889–94. doi : 10.1073 / pnas.0407539101 . PMC 539797 . PMID 15608066 .
- ^ a b c Norris V (junio de 2019). "¿La naturaleza semiconservadora de la replicación del ADN facilita la diversidad fenotípica coherente?" . Revista de bacteriología . 201 (12). doi : 10.1128 / jb.00119-19 . PMC 6531617 . PMID 30936370 .
- ^ a b Watson JD, Gann A, Baker TA, Levine M, Bell SP, Losick R (2014). Biología molecular del gen (Séptima ed.). Bostón. ISBN 978-0-321-76243-6. OCLC 824087979 .
- ^ Brown TA (2002). "Replicación del genoma" . Genomas (2ª ed.). Wiley-Liss.
- ^ McCarthy D, Minner C, Bernstein H, Bernstein C (octubre de 1976). "Tasas de alargamiento del ADN y distribuciones de puntos de crecimiento del fago T4 de tipo salvaje y un mutante ámbar retardado en el ADN". Revista de Biología Molecular . 106 (4): 963–81. doi : 10.1016 / 0022-2836 (76) 90346-6 . PMID 789903 .
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