Mecanismo de síntesis del ADN

Por el Dr. Maho Yokoyama, Ph.D.Revisado por Hannah Simmons, M.Sc.

Copiando la receta de la vida

El ADN, o ácido desoxirribonucleico, es la molécula biológica que contiene la información necesaria para crear un organismo vivo. Cuando la célula se divide para convertirse en dos, el ADN tiene que copiarse para que ambas células contengan la información genética necesaria. La síntesis o fabricación de nuevas cadenas de ADN en las células vivas se denomina «replicación del ADN».

Replicación del ADN. Crédito de la imagen: Designua /

Haciendo una nueva hebra de ADN

El ADN se encuentra como una doble hélice, donde dos hebras de ADN se unen en dos hélices. El proceso de replicación del ADN comienza cuando las dos hebras de ADN se separan. Una enzima llamada helicasa desenrolla y separa los enlaces entre las dos hebras de ADN, y estas dos hebras separadas actúan como plantillas a partir de las cuales se fabrica nuevo ADN.

Las ADN polimerasas son un grupo de enzimas que fabrican nuevo ADN. Pero, para que esta enzima funcione, necesita un cebador, una secuencia corta de nucleótidos que se une a una de las hebras de ADN individuales. Durante la replicación del ADN, el cebador suele ser una secuencia corta de ácido ribonucleico (ARN), que posteriormente se degrada y se sustituye por ADN.

El cebador proporciona un grupo hidroxilo 3′ al que la ADN polimerasa añade los precursores del ADN, los nucleótidos. Cuando se añaden nucleótidos al extremo 3′ del cebador o de la nueva cadena de ADN, se forma un enlace entre el grupo hidroxilo 3′ del cebador/nuevo ADN y el grupo fosfato 5′ del nucleótido.

Hay cuatro tipos de nucleótidos de ADN, cada uno de los cuales tiene diferentes bases nitrogenadas; adenina (A), citosina (C), guanina (G) y timina (T). Éstas se encuentran siempre en pares, A-T y C-G. Esto se denomina «emparejamiento de bases Watson-Crick» y, por tanto, si la plantilla tiene un nucleótido «A», se añadirá un nucleótido «T» a la cadena de ADN en crecimiento. Si es un nucleótido «G», entonces se añadirá un nucleótido «C» a la cadena en crecimiento.

Direccionalidad del ADN, y cómo afecta a la síntesis del ADN

El ADN tiene direccionalidad, con una cadena que va de 5′ a 3′ y la otra que va de 3′ a 5′. En la hebra 5′-3′, el extremo 3′ queda expuesto durante la síntesis de nuevo ADN. Esto significa que la ADN polimerasa es capaz de fabricar nuevo ADN en la dirección del ADN molde.

Sin embargo, cuando se trata del soporte 3′-5′, esto dejaría expuesto el extremo 5′; ¿cómo se enfrenta la ADN polimerasa a esto? En la hebra 3′-5′, la ADN polimerasa hace nuevos fragmentos cortos 5′-3′, llamados fragmentos de Okazaki. A continuación, una enzima diferente, la ADN ligasa, conecta los fragmentos Okazaki para formar la nueva cadena de ADN 3′-5′.

Lectura de prueba

A veces, se cometen errores al añadir nucleótidos a la cadena de ADN molde. Algunas ADN polimerasas tienen lo que se llama «actividad exonucleasa 3′-5′». La actividad exonucleasa 3′-5′, trabajando en contra de la actividad polimerasa o de síntesis, corta los nucleótidos que no coinciden con el molde. Esto proporciona una lectura de prueba para que la nueva cadena de ADN sea lo más precisa posible.

¿Cómo se aprovecha esto en la biología molecular?

Las propiedades de la síntesis del ADN se han utilizado en varias técnicas de biología molecular; la reacción en cadena de la polimerasa (PCR) y la secuenciación del ADN.

La reacción en cadena de la polimerasa

La PCR es una técnica desarrollada en la década de 1980 para amplificar una parte específica del ADN. Se diseñan cebadores de ADN para cubrir la región de interés. Se utiliza el calor para separar las dos cadenas de ADN y, a continuación, se reduce la temperatura para permitir que los cebadores se unan al ADN. A continuación, una ADN polimerasa estable al calor crea nuevas cadenas de ADN que coinciden con la región de interés añadiendo nucleótidos al extremo 3′ de los cebadores.

Secuenciación del ADN

La secuenciación del ADN consiste en averiguar el orden de las bases (A, C, G, T) que se encuentran en el ADN. La secuenciación de Sanger es una de las primeras técnicas de secuenciación del ADN, en la que se detiene la síntesis del mismo. Esto es posible gracias a la eliminación del grupo hidroxilo del extremo 3′ de los nucleótidos, por lo que cuando estos «nucleótidos dideoxi» se incorporan a la cadena de ADN la ADN polimerasa no puede añadir el siguiente nucleótido. Estos dideoxinucleótidos se mezclan con los nucleótidos, por lo que se crean fragmentos de distinta longitud. Al tener dideoxi-A, dideoxi-C, dideoxi-G y dideoxi-T en reacciones separadas, se puede determinar el último nucleótido del fragmento. Una vez separados por tamaño, la secuencia de ADN puede determinarse mirando cuál es el último nucleótido de los fragmentos según el tamaño.

Aunque los métodos modernos de secuenciación de ADN están automatizados y son menos laboriosos que la secuenciación de Sanger, hay algunos que se basan en la secuenciación de Sanger; por ejemplo, se pueden añadir diferentes tintes fluorescentes a cada dideoxi-nucleótido y las diferencias se detectan mediante diferentes colores de fluorescencia.

Lectura adicional

• Todo el contenido del ADN
• ¿Qué es el ADN?
• Propiedades del ADN
• Modificaciones químicas del ADN
• Funciones biológicas del ADN

Escrito por

La Dra. Maho Yokoyama

La Dra. Maho Yokoyama es investigadora y escritora científica. Se doctoró en la Universidad de Bath, Reino Unido, tras realizar una tesis en el campo de la microbiología, en la que aplicó la genómica funcional al Staphylococcus aureus . Durante sus estudios de doctorado, Maho colaboró con otros académicos en varios trabajos e incluso publicó algunos de sus propios trabajos en revistas científicas revisadas por expertos. También presentó su trabajo en conferencias académicas de todo el mundo.

Citaciones