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19.1 CARACTERÍSTICAS GENERALES DE LOS PROCESOS DE SÍNTESIS DE LOS ÁCIDOS NUCLEICOS Los ácidos nucleicos, al igual que los otros tipos de biomo- léculas, están sujetos a procesos de síntesis y degradación. Los procesos mayoritarios de síntesis de los ácidos nucleicos son la replicación y la transcripción, aunque otros procesos como la recombinación o reparación del ADN, requieren la unión o síntesis de pequeños fragmentos de ADN. En todos ellos se necesita la presencia previa del ácido nucleico que actúa como molde. La replicación y la transcripción son pro- cesos bioquímicos parecidos, ya que la característica de ambos es la síntesis de ácidos nucleicos, si bien su significa- ción biológica es diferente. La replicación es un proceso previo a la división celular, por el que las moléculas del ADN de una célula se duplican para formar nuevas moléculas, iguales a las preexistentes, las cuales se van a repartir de manera equitativa entre cada una de las dos células hijas formadas en el proceso de división celu- lar. Este proceso ocurre solamente una vez para una célula en cuestión y afecta a todo el ADN de la misma. La transcripción es un proceso de síntesis de moléculas de ARN, que consiste en la copia de la secuencia de una de las dos cadenas de una porción concreta del ADN. El proceso de transcripción es, pues, un proceso de copia parcial y reiterativa del ADN, a dife- rencia de la replicación, en el que se copian íntegramente y de una sola vez las dos cadenas del mismo. La replicación tiene como misión la transmisión de la información genética de célula a célula, de generación en generación, mientras que la transcripción es la primera etapa en el camino de la expresión de la información genética del ADN, lo que va a conferir a cada célula su propia identidad, que se manifiesta en la síntesis de un conjunto de proteínas típicas responsables del fenotipo celular. La reparación del ADN consiste en la sustitución de zonas dañadas en una cadena del dúplex, obteniéndose la información para regene- rar la secuencia dañada de la hebra complementaria, mientras que la recombinación consiste en el intercambio de secuen- cias o fragmentos del ADN entre dos moléculas del mismo. Desde un punto de vista químico, tanto la replicación, como la transcripción son procesos de síntesis de cadenas polinu- cleotídicas a partir de desoxinucleósidos trifosfato (dNTP), en el caso de la replicación, o de nucleósidos trifosfato (NTP) en el de la transcripción. La reacción básica, que es exergónica, consiste en la formación de enlaces fosfodiéster entre el grupo fosfato α unido al carbono 5’ de un nucleósi- do trifosfato y el hidroxilo de la posición 3’ de la pentosa del otro nucleótido, con la liberación de pirofosfato, que es hidrolizado hasta fosfato (Fig. 19-1a). Aunque para la creación de este tipo de enlaces existen dos posibilidades de crecimiento teórico de la cadena poli- nucleotídica, las enzimas que llevan a cabo la síntesis de los ácidos nucleicos (ADN polimerasas y ARN polimerasas) sólo son capaces de hacerlo en la dirección 5’→3’ (Fig. 19- 1b). Además, estas enzimas necesitan siempre la presencia de ADN preexistente, que va a actuar como molde para la selección del orden en que los nucleótidos se van a incorpo- rar para sintetizar la cadena. Las hebras del ADN que se uti- lizan como molde deben estar desapareadas, en forma par- cialmente monocatenaria, para que sus bases puedan formar enlaces por puentes de hidrógeno específicos con las bases de los nucleótidos que van a ser polimerizados. Este aparea- miento es temporal y afecta solamente a una de las dos cade- nas, en el caso de la transcripción, y es permanente y afecta a ambas cadenas del ADN, en la replicación (Fig. 19-2). Una diferencia importante en el mecanismo de síntesis de los dos tipos de ácidos nucleicos es que en el proceso de transcripción, la síntesis del ARN puede comenzar median- te la unión de dos NTP, dando lugar a un dinucleótido que sirve de germen para el crecimiento ulterior de la cadena, mientras que las enzimas que sintetizan ADN sólo pueden unir dNTP al hidroxilo del extremo 3’de una pequeña cadena preexistente de ácido nucleico, denominada cebador. Debido a que el aparea- miento entre cadenas sólo puede ser antiparalelo, la cadena molde es leída o recorrida por las enzimas en el sentido 3’→5’. Las polimerasas de ácidos nucleicos son enzimas proce- sivas, ya que suelen catalizar muchos ciclos de elongación de la cadena sin separarse del molde. La replicación es un pro- ceso muy complejo que se desarrolla con gran fidelidad, ya que en él se lleva a cabo la copia de secuencias de millones de pares de bases con una tasa de errores muy baja. BIOSÍNTESIS DEL ADN: REPLICACIÓN, RECOMBINACIÓN Y REPARACIÓN 19 19 Capitulo 19 8/4/05 11:26 Página 329 BIOQUÍMICA Y BIOLOGÍA MOLECULAR (...) CONTENIDO PARTE II: BIOLOGÍA Y PATOLOGÍA MOLECULAR SECCIÓN IV LA INFORMACIÓN GENÉTICA 19 BIOSÍNTESIS DEL ADN: REPLICACIÓN, RECOMBINACIÓN Y REPARACIÓN 19.1 CARACTERÍSTICAS GENERALES DE LOS PROCESOS (...)
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