Los pasos esenciales de la replicación son los mismos que en procariotas. El inicio de la replicación es más complejo en los eucariotas. En el origen de la replicación, se forma un complejo de prerreplicación con otras proteínas iniciadoras. A continuación, se reclutan otras proteínas para iniciar el proceso de replicación. El proceso general es el mismo, aunque las enzimas con nombres diferentes cumplen la misma función. Por ejemplo, la pol III del ADN se utiliza para la mayor parte de la replicación en procariotas, mientras que en eucariotas la hebra principal es sintetizada continuamente por la enzima pol δ, la hebra retrasada es sintetizada por la pol ε. Nos estamos centrando en las enzimas utilizadas en la replicación procariótica, así que no se preocupe por estas diferencias de nombre.
Aquí están las diferencias importantes entre la replicación procariótica y eucariótica:
Tabla 1: Diferencias entre la replicación procariota y eucariota
| Origen de replicación | Singular | Múltiple |
| Tasa de replicación | 1000 nucleótidos/s | 50 a 100 nucleótidos/s |
| Tipos de ADN tipos de polimerasa | 5 | 14 |
| Empaquetamiento del ADN | superenrollado | en torno a las histonas |
| Telomerasa | No presente | Presente |
Orígenes y tasa de replicación
Los genomas eucariotas son mucho más complejos y de mayor tamaño que los procariotas. El genoma humano tiene tres mil millones de pares de bases por conjunto haploide de cromosomas, y 6 mil millones de pares de bases se replican durante la fase S del ciclo celular. Esto significa que debe haber múltiples orígenes de replicación en el cromosoma eucariota para que todo el ADN se replique a tiempo; los humanos pueden tener hasta 100.000 orígenes de replicación. La velocidad de replicación es de aproximadamente 100 nucleótidos por segundo, mucho más lenta que la replicación procariota.
Tipos de ADN polimerasa
El número de ADN polimerasas en eucariotas es mucho mayor que en procariotas: Se conocen 14, de las cuales se sabe que cinco tienen funciones importantes durante la replicación y han sido bien estudiadas. Se conocen como pol α, pol β, pol γ, pol δ y pol ε. No te preguntaré nunca los nombres de estas polimerasas – aprende los nombres de las polimerasas procariotas.
Envolvimiento del ADN
El ADN eucariota se enrolla alrededor de unas proteínas conocidas como histonas para formar unas estructuras llamadas nucleosomas. El ADN debe ser accesible para que se produzca la replicación del ADN. La cromatina (el complejo entre el ADN y las proteínas) puede sufrir algunas modificaciones químicas, de modo que el ADN pueda deslizarse fuera de las histonas o sea accesible a las enzimas de la maquinaria de replicación del ADN. Los procariotas no empaquetan su ADN envolviéndolo alrededor de las histonas.
Replicación de los telómeros
A diferencia de los cromosomas procariotas, los cromosomas eucariotas son lineales. Como has aprendido, la enzima ADN pol puede añadir nucleótidos sólo en la dirección 5′ a 3′. En la hebra principal, la síntesis continúa hasta que se alcanza el final del cromosoma. En la hebra retrasada, el ADN se sintetiza en tramos cortos, cada uno de los cuales se inicia con un cebador distinto. Cuando la horquilla de replicación llega al final del cromosoma lineal, no hay lugar para hacer un cebador para el fragmento de ADN que se copiará al final del cromosoma. Por lo tanto, estos extremos permanecen sin emparejar, y con el tiempo estos extremos pueden acortarse progresivamente a medida que las células continúan dividiéndose.
Los extremos de los cromosomas lineales se conocen como telómeros, que tienen secuencias repetitivas que no codifican para un gen en particular. Estos telómeros protegen los genes que se encuentran en el cromosoma para que no se borren a medida que las células continúan dividiéndose. En los seres humanos, una secuencia de seis pares de bases, TTAGGG, se repite entre 100 y 1000 veces. El descubrimiento de la enzima telomerasa (Figura 1) ayudó a comprender cómo se mantienen los extremos de los cromosomas. La enzima telomerasa contiene una parte catalítica y una plantilla de ARN incorporada. Se une al extremo del cromosoma y se añaden bases complementarias a la plantilla de ARN en el extremo 3′ de la cadena de ADN. Una vez que el extremo 3′ de la plantilla de la hebra rezagada está suficientemente alargado, la ADN polimerasa puede añadir los nucleótidos complementarios a los extremos de los cromosomas. Así, los extremos de los cromosomas se replican.
La telomerasa suele estar activa en las células germinales y en las células madre adultas. No es activa en las células somáticas adultas. Por su descubrimiento de la telomerasa y su acción, Elizabeth Blackburn (Figura 2) recibió el Premio Nobel de Medicina y Fisiología en 2009.
Telomerasa y envejecimiento
Las células que se someten a la división celular siguen teniendo sus telómeros acortados porque la mayoría de las células somáticas no producen telomerasa. Esto significa esencialmente que el acortamiento de los telómeros está asociado al envejecimiento. Con la llegada de la medicina moderna, la atención sanitaria preventiva y los estilos de vida más saludables, la duración de la vida humana ha aumentado, y existe una demanda creciente para que las personas parezcan más jóvenes y tengan una mejor calidad de vida a medida que envejecen.
En 2010, los científicos descubrieron que la telomerasa puede revertir algunas condiciones relacionadas con la edad en ratones. Esto puede tener potencial en la medicina regenerativa (Jaskelioff, 2011). En estos estudios se utilizaron ratones deficientes en telomerasa; estos ratones presentan atrofia tisular, agotamiento de las células madre, fallos en el sistema de órganos y deterioro de las respuestas a las lesiones tisulares. La reactivación de la telomerasa en estos ratones provocó la extensión de los telómeros, redujo el daño del ADN, revirtió la neurodegeneración y mejoró la función de los testículos, el bazo y los intestinos. Por lo tanto, la reactivación de los telómeros puede tener potencial para tratar enfermedades relacionadas con la edad en los seres humanos.
El cáncer se caracteriza por la división celular incontrolada de células anormales. Las células acumulan mutaciones, proliferan de forma incontrolada y pueden migrar a diferentes partes del cuerpo mediante un proceso denominado metástasis. Los científicos han observado que las células cancerosas tienen los telómeros considerablemente acortados y que la telomerasa está activa en estas células. Curiosamente, sólo después de que los telómeros se acortaran en las células cancerosas, la telomerasa se activó. Si la acción de la telomerasa en estas células puede ser inhibida por fármacos durante la terapia del cáncer, entonces las células cancerosas podrían potencialmente dejar de dividirse más.
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OpenStax, Conceptos de Biología. OpenStax CNX. 18 de mayo de 2016 http://cnx.org/contents/[email protected]:2ousESf0@5/DNA-Replication
Jaskelioff et al., 2011 La reactivación de la telomerasa revierte la degeneración de los tejidos en ratones envejecidos deficientes en telomerasa. Nature 469: 102-7.