Réplica de ADN

Réplica del ADN – Un breve resumen
La réplica del ADN es la base de la herencia biológica. Es un proceso fundamental que ocurre en todos los organismos vivos para copiar su ADN. Este proceso es "semi-conservador" debido a que cada cadena de la molécula ADN de doble cadena actúa como patrón para la reproducción de la cadena complementaria. De allí que el proceso de réplica del ADN resulta en dos moléculas idénticas de ADN a partir de una sola molécula de doble cadena. Mecanismos verificadores y de detección de errores celulares aseguran la fidelidad casi perfecta de las copias de ADN. La réplica del ADN comienza en lugares específicos en el genoma llamados "orígenes". El ADN se desenrolla en el origen para formar una horquilla de replicación.

La réplica del ADN puede continuar en una sola dirección, desde el tope de la cadena de ADN hacia la base. Debido a que las cadenas que forman la doble hélice del ADN se alinean de una manera anti-paralela con el tope de una cadena yuxtapuesta con la base de la otra cadena, sólo una cadena en cada horquilla de replicación tiene la orientación apropiada (base a tope) para dirigir el armado de una nueva cadena en la dirección tope a base. Para esta cadena líder o conductora, la réplica de ADN procede continuamente en la dirección de la creciente horquilla de replicación.

La réplica de ADN no puede continuar a lo largo de la cadena rezagada, es decir, la cadena con la orientación tope-base, hasta que la burbuja de replicación se expanda lo suficiente para exponer un trozo grande de ADN. La réplica de ADN entonces se desplaza del avance de la horquilla de replicación. Puede continuar sólo una distancia corta a lo largo de la cadena de orientación "tope a base" antes de que el proceso de réplica deba detenerse y esperar a que se desenrolle más de la cadena madre de ADN.

Réplica del ADN – El Replisoma
El replisoma es un mecanismo molecular complejo que lleva a cabo la réplica del ADN. Comprende varios sub-componentes, cada uno realiza una función específica durante el proceso de réplica. La helicasa es una enzima que rompe los puentes de hidrógeno entre las dos cadenas de ADN, separando así las cadenas más allá de la síntesis del ADN. A medida que la helicasa desenrolla la doble hélice induce la formación de superenrollamientos en otras áreas del ADN.

La girasa relaja y deshace los superenrollamientos que han sido causado por la helicasa cortando las cadenas de ADN, permitiéndoles girar y deshacer el superenrollamiento, y luego volver a juntar las cadenas. La girasa está ubicada más comúnmente por encima de la horquilla de replicación -- donde se forman los superenrollamientos.

La primasa agrega cebadores ARN complementarios a una cadena de ADN para comenzar los fragmentos Okazaki. Además, debido a que la ADN polimerasa sólo puede continuar (pero no empezar) una cadena, la primasa también comienza la cadena.

La ADN polimerasa III consta de dos centros catalíticos -- uno para la réplica de la cadena líder o conductora y otro para la cadena rezagada. Sin embargo, la ADN polimerasa III no puede permanecer en la cadena de ADN lo suficiente para replicar eficientemente una cadena hija. Por consiguiente, la ADN polimerasa III permanece en las cadenas a través de una abrazadera del dímero beta que contiene tres sub-unidades que se juntan para rodear la cadena -- asegurando que la ADN polimerasa III permanecerá en la cadena por unos cuantos miles de nucleótidos, a diferencia de unos pocos cientos.

La ADN polimerasa I remueve los cebadores ARN puestos por la primasa y completa los fragmentos Okazaki. Debido a que queda un pequeño vacío después de que la acción de la ADN polimerasa I ha continuado la cadena del fragmento Okazaki, se necesita que la ligasa llene el vacío. Los dos extremos de los fragmentos Okazaki son conectados posteriormente por enlaces covalentes.

Proteínas ligantes monocatenarias se unen a las bases expuestas en un esfuerzo para contrarestar su inestabilidad e impedir que el ADN monocatenario se adhiera a sí mismo por uniones de hidrógeno para formar peligrosas estructuras de horquilla.

El ADN polimerasa contiene un mecanismo "corregidor," comúnmente llamado "actividad exonucleasa." Este remueve los nucleótidos que han sido agregados erróneamente.

Réplica del ADN – Marca de Diseño
La réplica del ADN permanece como un desafío fundamental para aquellos que procuran aferrarse a la cosmovisión darwiniana. Como el proceso por el que la información biológica es copiada y pasada a generaciones posteriores, el mecanismo es fundamental para el proceso de auto-réplica de células. Pero la auto-réplica de células es necesaria para la operación de cualquier proceso selectivo, tal como la selección natural. Por esto, intentar explicar la enorme sofisticación de este mecanismo con referencia a la selección natural requiere que uno presuponga la existencia de la cosa misma que ellos desean explicar. Debido a su naturaleza extremadamente sofisticada, la mayoría de los bioquímicos consideraron anteriormente que el sistema surgió una vez, antes del origen del último antepasado común universal. Además, muchos bioquímicos han considerado por mucho tiempo la íntima similitud funcional de la réplica del ADN, observada en toda vida, como evidencia a favor del único origen de la réplica del ADN. Pero, en 1999, investigadores de los Institutos Nacionales de la Salud demostraron que las enzimas centrales involucradas en la maquinaria de réplica del ADN de bacterias y archaea/eucariotas (los dos troncos principales del árbol evolutivo de la vida) no compartieron, de hecho, un origen evolutivo común. Por esto, parece como si dos sistemas idénticos de réplica de ADN hubieran surgido independientemente en bacterias y archaea -- después de que estos dos linajes evolutivos supuestamente se separaron del último antepasado común universal.

Es extraordinario pensar que esta maravilla de la ingeniería evolucionó una sola vez, menos aún dos veces. No existe ninguna razón obvia para que tenga lugar la réplica de ADN por un mecanismo bidireccional, semi-conservador, dependiente de cebadores ARN, que depende de cadenas conductoras y rezagadas para producir moléculas hijas de ADN. Incluso si la réplica de ADN pudiera haber evolucionado independientemente en dos ocasiones diferentes, es razonable esperar que mecanismos fundamentalmente diferentes surgieran para las bacterias y las archae/eucariotas dadas sus idiosincrasias. Pero no lo hicieron.