Replicación del ADN

Pregunta esencial

¿Cómo hace una célula una copia exacta de su ADN?

Antes de dividirse, una célula tiene que copiar todo su ADN para que cada célula nueva reciba un juego completo de instrucciones. El apareamiento de bases lo hace posible: cada cadena vieja le dice a la célula exactamente cómo debe ser su nueva cadena compañera.

Por qué las células copian el ADN

• Cada célula nueva necesita un juego completo de ADN. Una célula copia su ADN antes de dividirse, durante el ciclo celular.
• El proceso de copiado se llama replicación del ADN.
• La replicación produce dos moléculas de ADN idénticas a la original, salvo por errores poco frecuentes.
• Cada molécula nueva contiene una cadena vieja y una cadena nueva. Esto se llama replicación semiconservativa.

Después de la replicación, cada molécula hija conserva una cadena de la original y recibe una cadena recién sintetizada.

Cómo funciona la replicación

• Una enzima llamada helicasa desenrolla la doble hélice y separa las dos cadenas. El lugar donde se separan las cadenas es la horquilla de replicación.
• Cada cadena vieja es un molde. Una enzima llamada ADN polimerasa lee el molde y agrega nucleótidos de uno en uno, y aparea A con T y G con C.
• Así se construye una cadena nueva a lo largo de cada cadena vieja. El resultado son dos moléculas de ADN.
• Los cromosomas eucariotas se copian desde muchos puntos de inicio a la vez, lo que hace más rápido el copiado.
• El diagrama es una versión simplificada. La replicación real tiene más enzimas y pasos de los que se muestran.

La helicasa abre el ADN, y la ADN polimerasa construye una cadena nueva a lo largo de cada molde. Como muestra el diagrama, una cadena nueva se construye en una sola pieza larga. La otra se construye en piezas cortas que se unen entre sí.

Evidencia: el experimento de Meselson y Stahl

• Los científicos propusieron tres modelos: conservativo (una molécula toda vieja y una toda nueva), semiconservativo (cada molécula mitad vieja y mitad nueva) y dispersivo (lo viejo y lo nuevo mezclados a lo largo de cada cadena).
• En 1958, Matthew Meselson y Franklin Stahl cultivaron bacterias en nitrógeno pesado (N-15) para que su ADN fuera pesado. Luego pasaron las bacterias a nitrógeno ligero (N-14).
• El ADN pesado se asienta más abajo en un tubo de centrífuga que el ADN ligero. Después de un copiado, había una sola banda en el medio, un híbrido de pesado y ligero.
• Después de dos copiados, había dos bandas: una híbrida y una ligera.
• Estos resultados coinciden con el modelo semiconservativo y descartan los otros dos.

El patrón de bandas solo se puede explicar si cada molécula nueva de ADN conserva una cadena vieja.

Precisión y errores

• La ADN polimerasa revisa su trabajo. Si agrega una base que no se aparea correctamente, quita esa base y agrega la correcta.
• Otros sistemas de reparación de la célula corrigen más errores después del copiado.
• La replicación es muy precisa. Después de la reparación, los errores son poco frecuentes, del orden de uno por cada mil millones de bases copiadas.
• Los errores que no se corrigen se convierten en mutaciones. Las mutaciones son una fuente de variación genética. Las estudiarás en la lección 9.7.

La revisión y la reparación mantienen precisas las copias, pero algunos errores todavía se escapan.

↑ Volver arriba

---

Ejemplos resueltos

Primero intenta resolver cada problema por tu cuenta y luego abre la solución para revisar tu trabajo.

Ejemplo 1: Rondas de replicación

Un segmento de ADN mide 600 pares de bases. (a) ¿Cuántos nucleótidos nuevos se agregan cuando se copia una vez? (b) Una molécula de ADN se copia durante 3 rondas de replicación. ¿Cuántas moléculas hay al final y cuántas de ellas contienen una cadena de la molécula original?

Mostrar la solución

1. (a) Cada una de las 2 cadenas viejas recibe una cadena nueva de 600 nucleótidos: 2 x 600 = 1200 nucleótidos nuevos.
2. (b) Cada ronda duplica el número de moléculas: 2^3 = 8 moléculas.
3. Las 2 cadenas originales nunca se rompen, así que cada una termina en una molécula distinta. 2 moléculas contienen una cadena original y 6 moléculas están hechas solo de cadenas nuevas.
4. Respuesta: (a) 1200 nucleótidos. (b) 8 moléculas, y 2 de ellas contienen una cadena original.

Ejemplo 2: Lectura de los datos de Meselson y Stahl

El modelo conservativo predice que después de un copiado hay dos bandas, una pesada y una ligera. El modelo semiconservativo predice una sola banda híbrida. Usa la tabla para escribir una respuesta con Afirmación, Evidencia y Razonamiento sobre qué modelo respaldan los datos.

Generación	Bandas que se ven en el tubo de centrífuga
0 (inicio, cultivado en N-15)	una banda, abajo (pesada)
1 (después de un copiado, se agregó N-14)	una banda, en el medio (híbrida)
2 (después de dos copiados)	dos bandas: en el medio (híbrida) y arriba (ligera)

Mostrar la solución

1. Afirmación: Los datos respaldan el modelo semiconservativo.
2. Evidencia: Después de un copiado hubo una sola banda, en el medio, y no hubo banda pesada ni ligera. Después de dos copiados hubo dos bandas, una híbrida y una ligera.
3. Razonamiento: El modelo conservativo predice una banda pesada y una banda ligera después de un copiado, pero no se vio ninguna. Una sola banda híbrida significa que cada molécula tiene una cadena pesada y una cadena ligera. Cuando estos híbridos se copian otra vez, la mitad de las moléculas son híbridas y la otra mitad son todas ligeras, lo que da las dos bandas que se vieron en la generación 2.
4. Respuesta: Los datos respaldan el modelo semiconservativo.

Ejemplo 3: Construye las cadenas nuevas

Una molécula de ADN tiene las dos cadenas que se muestran, dibujadas lado a lado. La molécula se replica. Escribe la cadena nueva que se construye a lo largo de cada cadena vieja, e indica cuántas cadenas viejas y cuántas cadenas nuevas contiene cada molécula hija.

Mostrar la solución

1. La cadena vieja 1 (ACGTTGCA) es un molde. Aparea cada base: la cadena nueva es TGCAACGT.
2. La cadena vieja 2 (TGCAACGT) es un molde. La cadena nueva es ACGTTGCA.
3. Molécula hija 1 = cadena vieja 1 + cadena nueva A. Molécula hija 2 = cadena vieja 2 + cadena nueva B.
4. Cada hija tiene 1 cadena vieja y 1 cadena nueva.
5. Respuesta: Cadena nueva A: TGCAACGT. Cadena nueva B: ACGTTGCA. Cada molécula hija tiene 1 cadena vieja y 1 cadena nueva.

↑ Volver arriba

---

Práctica

Usa la hoja de práctica para contar nucleótidos y moléculas a lo largo de rondas de replicación, construir cadenas nuevas a partir de moldes y usar los datos de Meselson y Stahl como evidencia.

• Hoja de práctica: Replicación del ADN (PDF) (en inglés)
• Clave de respuestas: Replicación del ADN (PDF) (en inglés)

↑ Volver arriba

---

Diapositivas de la lección

• Diapositivas 9.3: Replicación del ADN (PDF) (en inglés)

↑ Volver arriba

---

Ideas clave

• La replicación del ADN copia el ADN antes de la división celular.
• La helicasa desenrolla el ADN y la ADN polimerasa agrega nucleótidos complementarios a cada cadena molde.
• La replicación es semiconservativa: cada molécula nueva tiene una cadena vieja y una cadena nueva.
• El experimento de Meselson y Stahl respaldó el modelo semiconservativo.
• La revisión y la reparación hacen muy precisa la copia, y los pocos errores sin corregir son mutaciones.

De vuelta a la pregunta esencial: El apareamiento de bases permite que cada cadena vieja sirva de molde para una cadena nueva. La helicasa abre el ADN, la ADN polimerasa construye las cadenas nuevas y la revisión mantiene precisa la copia, así que cada célula recibe un juego completo y casi exacto de ADN.

↑ Volver arriba

---

↑ Volver arriba