Cómo la helicasa desenrolla la doble hélice del ADN en preparación para la replicación
El modelo semiconservador
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El trabajo de Meselson y Stahl en la década de 1950 nos ayudó a comprender que la replicación del ADN se produce mediante un modelo semiconservador, pero no explica todos los intrincados movimientos moleculares que son necesarios para lograr una hazaña tan complicada. Recuerde que al principio muchos científicos no estaban de acuerdo con el modelo semiconservador. De hecho, no estaban del todo de acuerdo con el modelo de ADN de Watson y Crick porque era muy elaborado. Argumentaron que incluso si una molécula como esta existiera en nuestros cuerpos, no habría forma de que hiciera copias de sí misma. Una vez que descubrieron la verdad sobre el modelo semiconservador, tuvieron preguntas aún más difíciles que responder. La pregunta más importante que tenían era: ¿cómo podría una molécula retorcida y enrevesada como el ADN abrirse a la replicación semiconservadora?
Recuerde que el modelo semiconservador establece que una hebra parental de ADN se conserva en cada una de las nuevas moléculas de ADN hijas. La hebra parental , que es la hebra de ADN original, actúa como plantilla para la hebra hija , o una hebra de nucleótidos recién sintetizados. Para que eso suceda, el ADN debe dividirse por la mitad para que todas las bases nitrogenadas queden expuestas. Una vez que las bases se dejan al aire libre, se pueden agregar nuevos nucleótidos. Recuerde que hay una regla sobre qué nucleótidos se emparejan con qué; lo llamamos la regla del emparejamiento de bases complementarias. Entonces, las bases adenina y timina siempre se emparejarán juntas, y la citosina y la guanina siempre se emparejarán juntas. Eso significa que a medida que se agregan los nuevos nucleótidos para formar la cadena hija, solo se pueden agregar en los lugares donde coinciden con una base complementaria. Así que aún queda la pregunta: ¿cómo llegamos al centro de la doble hélice de ADN, desenrollamos todas las hebras retorcidas y exponemos esos nucleótidos en primer lugar?
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Cómo desenrollar la doble hélice del ADN
Bueno, parece que tenemos que romper lazos. Recuerde que las bases nitrogenadas en el ADN están unidas en el centro por enlaces de hidrógeno. Los enlaces de hidrógeno son generalmente más débiles que todos los demás enlaces de la molécula, por lo que este es un lugar perfecto para comenzar a separar las cadenas de ácido nucleico. Pero tenga en cuenta que el ADN es una molécula muy importante; contiene toda nuestra información genética y no puede abrirse en un abrir y cerrar de ojos. Necesita un ayudante especializado para ayudar a orquestar ese movimiento. Ese ayudante es una enzima que llamamos ADN helicasa .
ADN helicasa y su función en la replicación
La ADN helicasa es una enzima que desenrolla la doble hélice del ADN rompiendo los enlaces de hidrógeno entre las bases complementarias. Es fácil recordar el nombre porque tiene parte de la palabra hélice . Puede imaginarlo como una especie de cuña que separa las dos hebras, al igual que el control deslizante de una cremallera separa las dos largas filas de dientes. La ADN helicasa es responsable de desarmar nuestra doble hélice de ADN.
Al igual que una cremallera forma una Y con las dos hebras de dientes, la acción de la helicasa de ADN da como resultado una horquilla en forma de Y en la molécula, que llamamos horquilla de replicación . La enzima se adhiere al ADN en el origen de la replicación , que es el lugar donde comienza el proceso de replicación del ADN. A medida que la helicasa se mueve a lo largo de la hebra, la horquilla de replicación se mueve a su paso. Puedes imaginar que para cuando llega al final de la hebra, todo el ADN original se había dividido en dos.
Burbujas de replicación
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Ahora solo hay un problema más con este modelo de cómo el ADN se divide para su replicación. Una hebra de ADN real no tiene solo unos cientos de nucleótidos de longitud; en el genoma humano, hay más de 3 mil millones de nucleótidos para replicar en cada célula. Para satisfacer las necesidades de nuestro cuerpo, tenemos que agregar alrededor de 50 nucleótidos por segundo. Nunca podríamos lograr tanta replicación lo suficientemente rápido simplemente comenzando en un extremo de la hebra de ADN y ‘abriendo’ directamente hacia el otro. Entonces, en realidad, la replicación del ADN comienza en muchos lugares diferentes a lo largo de la hebra parental. Hay muchas enzimas helicasa que se adhieren a diferentes orígenes de replicación. Esto crea una línea completa de horquillas de replicación, que terminan formando ‘burbujas’ donde las hebras principales se separan en lugares aislados.
Resumen de la lección
Repasemos lo que hemos aprendido hasta ahora. La ADN helicasa es la enzima que desenrolla la doble hélice del ADN rompiendo los enlaces de hidrógeno en el centro de la hebra. Comienza en un sitio llamado origen de replicación y crea una bifurcación de replicación al separar los dos lados del ADN parental. Esta “descompresión” de las moléculas expondrá las bases nitrogenadas de la cadena de ácido nucleico para que se puedan agregar nuevos nucleótidos para crear la cadena hija. Para cuando la helicasa haya terminado su trabajo, ambas hebras del ADN original estarán totalmente separadas y cada una se vinculará a una nueva hebra de ADN hijo.
Los resultados del aprendizaje
Después de ver esta lección, debería poder:
- Resumir el modelo semiconservador de replicación del ADN
- Explica cómo la ADN helicasa desenrolla el ADN.
- Definir el origen de la replicación y la bifurcación de replicación