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Replicación del ADN y expresión génica

DNA Replication & Gene Expression

Tras separarse sus dos hebras, el ADN se copia usando cada hebra como molde de una nueva, de modo que cada copia contiene una hebra original y una nueva: es la replicación semiconservativa. La ADN polimerasa solo puede alargar una hebra nueva en sentido 5' → 3', así que una hebra (la adelantada) se fabrica de forma continua detrás de la horquilla, mientras que la otra (la retrasada) se fabrica en cortos fragmentos de Okazaki que luego se unen. Meselson y Stahl demostraron la replicación semiconservativa centrifugando ADN marcado con nitrógeno pesado (¹⁵N) y ligero (¹⁴N), y la información genética copiada se expresa como proteínas mediante la transcripción y la traducción. En el diagrama puedes ver cómo la horquilla sube a medida que avanza la replicación mientras se alargan la hebra adelantada y los fragmentos de Okazaki, y cómo se desplazan las bandas de los tubos de centrífuga de una generación a otra.

Por qué importa copiar con exactitud

💡 Copiar un libro de 3000 millones de letras sin una sola errata
①El ADN humano tiene unos 3000 millones de pares de bases, y todos deben copiarse cada vez que una célula se divide
②La ADN polimerasa incluso corrige las bases mal colocadas, así que los errores son rarísimos, uno por cada mil millones de bases
③Al separarse las dos hebras, cada una sirve de molde, y la hebra nueva se forma por emparejamiento complementario de bases, A con T y G con C
④Por eso cada una de las dos moléculas copiadas está formada por una hebra original y una nueva (replicación semiconservativa)

La horquilla de replicación: hebras adelantada y retrasada

5
Enzimas de la replicación
helicasa (separa las hebras) → primasa (cebador de ARN) → ADN polimerasa (fabrica la hebra nueva) → ADN ligasa (une los fragmentos)
la ADN polimerasa no puede empezar sola una hebra nueva; añade nucleótidos al extremo de un cebador
🔍 Hebra adelantada y hebra retrasada
①La ADN polimerasa alarga una hebra nueva solo en sentido 5' → 3'
②En la hebra adelantada, la nueva crece en el mismo sentido en que avanza la horquilla, así que se fabrica de forma continua, justo detrás de ella
③En la hebra retrasada crece alejándose de la horquilla, así que se fabrica por separado un fragmento de Okazaki corto cada vez que queda expuesto más molde
④Cada fragmento empieza en un cebador de ARN; después el cebador se sustituye por ADN y la ADN ligasa une los fragmentos en una sola hebra

El experimento de Meselson y Stahl: la prueba de la replicación semiconservativa

F₁
💡 Cómo leer los resultados
①Tras muchas generaciones de E. coli en medio con ¹⁵N, las dos hebras del ADN llevan ¹⁵N, así que la centrifugación da una sola banda pesada (P)
②Al pasarla a medio con ¹⁴N y dejar que se replique una vez, todo el ADN tiene una hebra de ¹⁵N y otra de ¹⁴N, y aparece una sola banda intermedia (F₁)
③Tras otra replicación aparecen una banda intermedia (¹⁵N-¹⁴N) y una ligera (¹⁴N-¹⁴N) en proporción 1 : 1 (F₂)
④Con replicación conservativa, F₁ tendría bandas pesada y ligera, y con replicación dispersiva, F₂ seguiría teniendo una sola banda, así que solo la replicación semiconservativa explica estos resultados

Expresión génica: el dogma central

El dogma central
ADN → (transcripción) → ARNm → (traducción) → proteína
la información genética fluye del ADN al ARN y de ahí a las proteínas
📐 Transcripción y traducción
①Transcripción: la ARN polimerasa lee la hebra molde del ADN y fabrica ARNm; en las células eucariotas ocurre en el núcleo
②Traducción: un ribosoma lee el ARNm y une aminoácidos para formar una proteína; ocurre en el citoplasma
③Cada grupo de tres bases seguidas del ARNm (un codón) especifica un aminoácido
④El codón de inicio es AUG (metionina), y los codones de parada UAA, UAG y UGA no especifican ningún aminoácido

Ejemplos y examen

Ejemplo 1
En un ADN bicatenario, la adenina (A) es el 30 % de todas las bases. ¿Qué porcentaje es guanina (G)?
1
En el ADN bicatenario la A se empareja con la T y la G con la C, así que A = T y G = C.
2
Si la A es el 30 %, la T también lo es, y juntas suman el 60 %; G y C se reparten a partes iguales el 40 % restante, así que G = 20 %.
▸ 20 %
El emparejamiento complementario hace que A = T y G = C (regla de Chargaff). Junto con que las cuatro bases suman el 100 %, el porcentaje de una sola base permite calcular todas las demás.
Ejemplo 2
Se pasa a medio con ¹⁴N una E. coli cultivada solo con ¹⁵N y se deja que su ADN se replique una sola vez (F₁). ¿Qué bandas aparecen al centrifugar este ADN?
1
En la replicación semiconservativa, cada molécula copiada tiene una hebra de ¹⁵N y una hebra nueva de ¹⁴N.
2
Por eso todo el ADN es ¹⁵N-¹⁴N (densidad intermedia) y aparece una sola banda intermedia.
▸ una sola banda intermedia (¹⁵N-¹⁴N)
Una sola banda intermedia en F₁ es la prueba clave que descarta la replicación conservativa. Si en el diagrama pasas a F₂, se divide en una banda intermedia y una ligera.
tipo simulacro
¿Qué afirmación sobre la replicación del ADN y la expresión génica es correcta?
①El ADN se replica de forma conservativa.
②La hebra retrasada se fabrica de forma discontinua, formando fragmentos de Okazaki.
③La transcripción ocurre en los ribosomas.
④Los codones de parada de la traducción especifican metionina.
⑤El experimento de Meselson y Stahl demostró la replicación conservativa.
▸ ② La hebra retrasada se fabrica de forma discontinua, formando fragmentos de Okazaki.
1
La hebra retrasada crece alejándose de la horquilla, así que se fabrica en fragmentos de Okazaki cortos que luego une la ADN ligasa.
2
La replicación es semiconservativa (①, ⑤), la transcripción la hace la ARN polimerasa y la traducción ocurre en los ribosomas (③), y los codones de parada no especifican aminoácidos (④).

Resumen

Replicación del ADN
replicación semiconservativa: cada copia = una hebra original + una nueva
helicasa → primasa → ADN polimerasa (5' → 3') → ADN ligasa
🎯 Puntos clave
①El ADN se replica de forma semiconservativa, como demostró el experimento de Meselson y Stahl
②La ADN polimerasa solo sintetiza hebras nuevas en sentido 5' → 3' y necesita un cebador para empezar
③La hebra adelantada se fabrica de forma continua, y la retrasada de forma discontinua, en fragmentos de Okazaki
④En la transcripción la hebra molde se lee 3' → 5' y el ARNm se fabrica 5' → 3'
⑤En la traducción los codones se emparejan con los anticodones mientras se unen los aminoácidos, empezando en AUG y terminando en UAA, UAG o UGA
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