Replicación semiconservativa

Replicación semiconservadora 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 molde de ADN (hebra antisentido). A medida que la helicasa desenrolla la doble hélice del ADN, la replicación se produce por separado en cada cadena molde (cadena con sentido) en direcciones antiparalelas. Este proceso se conoce como replicación semiconservadora porque se producen dos copias de la molécula de ADN original, cada copia conserva (replica) la información de la mitad de la molécula de ADN original. Cada copia contiene una hebra original y una hebra recién sintetizada. (Ambas copias deberían ser idénticas, pero esto no está del todo seguro). La estructura del ADN (descifrada por James D. Watson y Francis Crick en 1953) sugería que cada hebra de la doble hélice serviría como molde para la síntesis de un nuevo hilo No se sabía cómo las cadenas recién sintetizadas se combinaban con las cadenas molde para formar dos moléculas de ADN de doble hélice.

Descubrimiento

Experimento Meselson-Stahl usando isótopos para descubrir réplica semiconservadora.

Se realizaron varios experimentos para determinar cómo se replica el ADN. El modelo semiconservador fue anticipado por Nikolai Koltsov y luego respaldado por el experimento de Meselson-Stahl, que confirmó que el ADN se replicaba de forma semiconservadora al realizar un experimento con dos isótopos: nitrógeno-15 (¹⁵
N
) y nitrógeno-14 (¹⁴
N
). Cuando ¹⁴
N
se agregó al pesado ¹⁵
N
-¹⁵
N
ADN, un híbrido de ¹⁵
N
-¹⁴
N
se vio en la primera generación. Después de la segunda generación, el híbrido permaneció, pero con ADN ligero (¹⁴
N
-¹⁴
N
) también fue visto. Esto indicó que el ADN se replicó de forma semiconservadora. Este modo de replicación del ADN permitió que cada hebra hija permaneciera asociada con su hebra molde.

Modelos de replicación

Tres métodos postulados de síntesis de ADN

La replicación semiconservadora deriva su nombre del hecho de que este mecanismo de transcripción era uno de los tres modelos propuestos originalmente para la replicación del ADN:

• Semiconservative replication produciría dos copias que cada una contenía una de las hebras originales de ADN y una nueva hebra. La replicación semiconservadora es beneficiosa para la reparación del ADN. Durante la replicación, el nuevo hilo de ADN se ajusta a las modificaciones realizadas en el hilo de plantilla.
• La replicación conservadora dejaría las dos cadenas originales de ADN en un doble helix y produciría una copia compuesta de dos nuevas hebras que contienen todos los nuevos pares base de ADN.
• La replicación dispersiva produciría dos copias del ADN, ambas que contienen distintas regiones del ADN compuestas de ambos hilos originales o ambas nuevas. Las hebras de ADN se pensaban que estaban rotas en cada décimo par base para añadir la nueva plantilla de ADN. Eventualmente, todo nuevo ADN constituiría el doble helix después de muchas generaciones de replicación.

Separación y recombinación de ADN de doble cadena

Para que se produzca la replicación semiconservadora, la doble hélice del ADN debe separarse para que la nueva cadena molde pueda unirse a los pares de bases complementarias. La topoisomerasa es la enzima que ayuda a descomprimir y recombinar la doble hélice. Específicamente, la topoisomerasa evita que la doble hélice se superenrolle o se enrolle con demasiada fuerza. Tres enzimas topoisomerasas están involucradas en este proceso: topoisomerasa tipo IA, topoisomerasa tipo IB y topoisomerasa tipo II. La topoisomerasa tipo I desenrolla el ADN de doble cadena, mientras que la topoisomerasa tipo II rompe los enlaces de hidrógeno que unen los pares de bases complementarias del ADN.

Velocidad y precisión

La tasa de replicación de ADN semiconservadora en una célula viva se midió primero como la tasa de elongación de la cadena de ADN del fago T4 en E infectada con fago. coli. 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 es 2,4×10⁻⁸. Por lo tanto, la replicación de ADN semiconservadora es rápida y precisa.

Aplicaciones

La replicación semiconservadora ofrece 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 procarióticas. El proceso de creación de una hebra recién sintetizada a partir de la hebra molde permite metilar la hebra antigua en un momento distinto al de la hebra nueva. Esto permite que las enzimas reparadoras corrijan la nueva hebra y corrijan cualquier mutación o error.

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.