ADN en el núcleo: organización y replicación

ADN

El ácido desoxirribonucleico, comúnmente llamado ADN, es el código esencial para construir la vida. El ADN consta de 2 hebras helicoidales de bases complementarias que contienen toda la información para que las células lleven a cabo sus funciones necesarias. La cantidad de ADN en una sola célula humana puede abarcar ~ 2 metros de longitud, y todo este ADN helicoidal, su genoma, encaja dentro del núcleo unido a la membrana de una sola célula. ¿Cómo es eso posible?

Hay algunos pasos para organizar esta enorme cadena de información en una estructura que encajará bien dentro de un orgánulo microscópico.

Organización del ADN

El ADN suele estar esparcido por todo el núcleo. Esto permite que su código esté disponible para la maquinaria de transcripción que conducirá a la producción de proteínas. Sin embargo, cuando cada célula comienza a crecer y dividirse, el ADN debe organizarse y empaquetarse dentro del núcleo para una división ordenada durante la mitosis.

La hélice de ADN se enrolla firmemente alrededor de un grupo de proteínas histonas y el complejo de ADN e histonas se llama nucleosoma . Puede pensar en ello como cuentas en una cuerda, con la cuerda (ADN) también envolviéndose alrededor de las cuentas (histonas). El nucleosoma proporciona la organización para compactar el ADN para que encaje en el núcleo y no se enrede consigo mismo. A medida que el complejo ADN-histona comienza a formar múltiples nucleosomas, el ADN compacto resultante se llama cromatina .

¿Por qué agregar proteínas al ADN lo haría más capaz de compactarse? ¿Alguna vez ha tirado los auriculares en tu mochila y luego los sacaste para usarlos, pero tuviste que desenredarlos durante 5 minutos antes de poder separar todo correctamente? Imagínese si tuviera que envolver sus auriculares alrededor de algo cuando los ponga en su mochila. Luego, cuando los sacara, estarían listos para usar porque estaban organizados. El mismo principio se aplica al ADN.

A medida que la cromatina se condensa aún más, eventualmente se convierte en un cromosoma. Los cromosomas son los complejos de ADN más densamente empaquetados y tienen la importante función de garantizar que el ADN se replique con precisión. Heredamos un conjunto de 23 cromosomas de cada padre, lo que hace un total de 46 cromosomas. El núcleo de una célula contiene todos los cromosomas. A medida que la célula continúa creciendo en el ciclo celular mitótico, eventualmente los cromosomas se dividirán por igual en cada célula hija. Una vez completada la mitosis, los cromosomas se desempaquetarán y el proceso comenzará de nuevo cuando la célula entre en mitosis nuevamente.

Proceso de replicación del ADN

La replicación del ADN es el proceso de hacer dos copias idénticas del ADN en una célula. Por lo general, las células nunca dejan de crecer y dividirse y es necesario administrar la misma cantidad de cromosomas a ambas células.

Si el ADN no se replicara antes de la división, cada célula no tendría suficiente información genética para mantener viva la célula. Este proceso de replicación del ADN ocurre en 3 etapas: inicio, alargamiento y terminación.

Iniciación

Cuando comienza la replicación del ADN, el ADN se separa y se forman posiciones llamadas orígenes de replicación que señalan a la maquinaria de replicación que debe reclutarse en este lugar. Luego, el ADN se separa de su estructura de doble hélice en hebras simples mediante una enzima llamada helicasa. La helicasa actúa como una cremallera para separar el ADN en 2 hebras separadas, exponiendo los pares de bases de ADN. Como las hebras de ADN son complementarias entre sí, la misma información se trasladará a cada una de las nuevas hebras de ADN.

Una vez que el ADN está separado y expuesto, la ADN Primasa entra para hacer un cebador de ARN complementario a unos pocos pares de bases. Este cebador es necesario para iniciar la síntesis de ADN y es una especie de sitio de aterrizaje para la siguiente enzima en el proceso: la ADN polimerasa III. La ADN polimerasa III es en última instancia responsable de la replicación y creación de las nuevas hebras de ADN.

Siempre se replica a partir del extremo 3 ‘y se mueve hacia el extremo 5’ del ADN molde. Sin embargo, no puede hacer esto comenzando con una sola hebra de ADN expuesta. DNA Primase resuelve este problema entrando e iniciando el proceso de síntesis de DNA.

La ADN polimerasa III es una molécula clave para la replicación del ADN. La ADN polimerasa III sintetiza el ADN agregando nucleótidos complementarios a la cadena de ADN existente. Este proceso debe ocurrir exactamente, ya que el código del ADN debe replicarse con precisión. Cuando ocurren errores de replicación en este proceso, se producen mutaciones en el ADN, lo que puede causar enfermedades o enfermedades graves.

Alargamiento

Una vez que la ADN polimerasa III está en la posición correcta para comenzar a replicarse, comienza el proceso de elongación. La ADN polimerasa III agrega nuevos nucleótidos en la hebra molde (principal) desde el 3 ‘al 5’. Para que esto suceda continuamente en la hebra sin plantilla (también llamada hebra retrasada), la ADN polimerasa III necesitaría leer la hebra sin plantilla de 5 ‘a 3’, ¡lo cual no es posible! En la hebra sin molde, la ADN polimerasa III replica el ADN en fragmentos a medida que se desenrolla el ADN para que pueda funcionar correctamente añadiendo nucleótidos de 3 ‘a 5’. Estos fragmentos se denominan fragmentos de Okazaki .

Terminación

Una vez que se ha replicado todo el conjunto de ADN, es importante que las nuevas hebras estén unidas y estabilizadas. El cebador de ARN debe ser reemplazado por ADN y los fragmentos de Okazaki deben unirse. La ADN polimerasa I elimina el ARN y una enzima llamada ADN Ligasa une los fragmentos de Okazaki.

La célula ahora ha completado la replicación del ADN y puede avanzar en el ciclo celular.

Resumen de la lección

El ADN debe organizarse en el núcleo para que se condense para pasar por las etapas de la mitosis. La hélice de ADN se envuelve primero alrededor de las proteínas histonas para formar nucleosomas . Estos nucleosomas se condensan juntos para producir cromatina que se condensa aún más en un cromosoma completo .

La replicación del ADN ocurre en tres etapas: iniciación, alargamiento y terminación. Durante el inicio, una enzima llamada helicasa separa la hélice de ADN de doble hebra y la ADN Primasa agrega un cebador de ARN para agregar un sitio de aterrizaje para la ADN polimerasa III. La ADN polimerasa III es la principal enzima que replica el ADN y agrega nucleótidos a la hebra molde y no molde. Durante el alargamiento, la hebra sin molde (retrasada) también es replicada por la ADN polimerasa III, pero en fragmentos llamados fragmentos de Okazaki . En la terminación, la ADN polimerasa I elimina el sitio de aterrizaje del cebador de ARN y la ADN ligasa une los fragmentos para completar la replicación del ADN.