REPLICACIÓ DE L'ADN


Un dels requisits essencials del material genètic és que ha de reproduir-se exactament. Quan Crick i Watson publicaren el model estructural de l'ADN van dir: "L'aparellament específic que hem postulat suggereix directament un possible mecanisme de còpia per al material genètic". En efecte, cada una de les cadenes de la doble hèlix podria actuar com un "motlle" per a dirigir la síntesi d'una nova cadena complementària. Aquest procés de còpia és la replicació de l'ADN.
Meselson i Stahl demostraren al 1958 que la replicació de l'ADN és semiconservativa, és a dir, que les dues molècules d'ADN que passen a la generació següent tenen cadascuna una cadena vella i una de nova. Ara bé, com es copia l'ADN per a formar dues noves cadenes idèntiques a la cadena original?


DNAreplicationModes.png
Treball original per a la Wikipedia de Mike Jones en:User: Adenosine



L'ADN és replicat per enzims anomenats ADN polimerases. Aquests enzims catalitzen la síntesi d'una cadena complementària utilitzant una cadena senzilla d'ADN com a motlle i tenen les següents particularitats:
  • Poden reconèixer desoxiribonucleòtids trifosforilats (dNTP), que actuen com a donants de nucleòtids.
  • Catalitzen la formació d'un enllaç èster entre un grup 3'-OH lliure d'un nucleòtid i el fosfat del nucleòtid que s'hi incorpora. Això té importants conseqüències:
    • Les cadenes d'ADN en formació van creixent sempre en sentit 5' → 3' mentre que la cadena motlle es copia sempre en sentit 3' → 5'.
    • L'ADN polimerasa necessita un extrem 3'-OH lliure, és a dir, un petit fragment de cadena nova per a començar a copiar. Com que aquest enzim no pot sintetitzar-lo, ha d'intervenir un altre enzim diferent que sintetitzi aquest fragment inicial anomenat iniciador o encebador (en anglès primer).
  • Posseeixen activitat exonucleàsica (activitat que els permet hidrolitzar enllaços èster per a eliminar nucleòtids). Quan l'aparellament entre la base de la cadena motlle i la base del nou nucleòtid incorporat no és correcte, el nou extrem 3'-OH no queda correctament situat i l'ADN polimerasa elimina el nucleòtid mal aparellat. Aquesta propietat permet que corregeixin errades que es podrien produir en la còpia de la nova cadena. Algunes ADN polimerasa no tenen aquesta activitat.

691px-DNA_replication.svg.png



A la replicació de l'ADN intervenen altres proteïnes:
  • ARN polimerasa: enzim que sintetitza els iniciadors necessaris, petits fragments d'ARN que ofereixen un extrem 3'-OH lliure per tal que pugui actuar l'ADN polimerasa.
  • Topoisomerases i helicases, enzims que possibiliten que la doble hèlix s'obri i que eviten el superenrotllament que es podria produir en anar-se separant les dues cadenes.
  • Proteïnes SSB, estabilitzadores de les cadenes senzilles d'ADN.
  • ADN lligasa, enzim que uneix extrems 3'-OH i fosfat adjacents dins d'una mateixa cadena, tot consumint ATP.

Les dues cadenes d'ADN són antiparal·leles però totes les ADN polimerases conegudes afegeixen nucleòtids en sentit 5' → 3'. D'aquesta manera podria explicar-se la síntesi contínua d'una cadena però no de l'altra. Al 1968
Reiji Okazaki i Tsuneko Okazaki van demostrar que la cadena que hauria de sintetitzar-se en sentit 3' → 5' se sintetitza en realitat en forma de petits fragments en sentit 5' → 3' d'una manera discontínua. Aquests fragments s'anomenen, en el seu honor, fragments d'Okazaki i quan són complets, els seus extrems són units per l'ADN lligasa.

D'aquesta manera, l'esquema general de la replicació de l'ADN seria el següent:
  • La doble hèlix d'ADN s'obre i les regions de cadena senzilla són estabilitzades. En aquest procés intervenen les helicases, topoisomerases i les proteïnes SSB.
  • Una ARN polimerasa sintetitza en sentit 5' → 3' una petita molècula d'ARN, l'iniciador. A la cadena de síntesi contínua només és necessari un iniciador; a l'altra cadena se sintetitza un iniciador cada 1.000 - 2.000 nucleòtids.
  • L'ADN polimerasa va allargant la cadena incorporant-hi desoxiribonucleòtids a l'extrem 3'-OH lliure. Els nucleòtids s'hi incorporen seguint les regles d'aparellament A-T i G-C. Si un aparellament no és correcte, l'ADN polimerasa elimina el nucleòtid incorrecte. A la cadena de síntesi discontínua, quan l'ADN polimerasa arriba al fragment d'ARN iniciador anterior, l'elimina i omple el forat amb desoxiribonucleòtids.
  • Finalment l'ADN lligasa uneix els extrems dels fragments d'Okazaki.

Vols veure el procés en marxa? Vés a http://www.johnkyrk.com/DNAreplication.html

La replicació de l'ADN comença a regions especials de la molècula anomenades orígens de replicació. Degut a la seva forma en Y, la regió de l'ADN en la qual s'està produint la replicació rep el nom de forquilla de replicació.

De fet, a partir d'un origen de replicació la síntesi és bidireccional en tots els organismes, de manera que tenim dues forquilles de replicació que van avançant en sentits oposats. Als procariotes hi ha un sol origen de replicació, mentre que als organismes eucariotes hi ha molts, i les diverses forquilles de replicació van avançant fins que es troben amb una altra forquilla de replicació o amb l'extrem de la molècula.



  1. La naturalesa del material hereditari
  2. Constituents químics dels àcids nucleics
  3. Estructura de l'ADN
  4. Estructura dels ARNs
  5. Replicació de l'ADN
  6. El codi genètic