Biologia de los microorganismos (175)

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mayoría de los casos, este cebador es un pequeño trozo de RNA 
en lugar de DNA (Figura 4.13).
Cuando la doble hélice se abre, al principio de la replicación, 
una enzima que polimeriza RNA sintetiza el cebador de RNA. 
Esta enzima, llamada primasa, sintetiza un fragmento corto (11 
o 12 nucleótidos) de RNA complementario por apareamiento
de bases a la cadena de DNA molde. En el extremo en creci-
miento de este cebador de RNA hay un grupo 3′-OH al cual
la DNA-polimerasa añade el primer desoxirribonucleótido. A
partir de ahí, la extensión de la molécula se realiza con DNA
en lugar de con RNA. La molécula recién sintetizada tiene una
estructura como la que se muestra en la Figura 4.13. El cebador
se elimina al final y se sustituye por DNA como se explica en la
sección siguiente.
MINIRREVISIÓN
 ¿A qué extremo, 5′ o 3′, de una cadena recién sintetizada de 
DNA añade una base la DNA-polimerasa?
 ¿Por qué es necesario un cebador para la replicación del 
DNA? ¿De qué está compuesto el cebador?
4.5 La horquilla de replicación
Gran parte de nuestro conocimiento de los detalles de la repli-
cación del DNA se ha obtenido a partir del estudio de la bacte-
ria Escherichia coli; no obstante, es bastante similar para todas 
las bacterias. En cambio, aunque la mayoría de las especies de 
Archaea tienen cromosomas circulares, muchos aspectos de la 
replicación del DNA se parecen más a los de las células euca-
riotas que a los bacterianos, un reflejo de la filiación filogené-
tica entre Archaea y Eukarya (Figura 1.6b).
Inicio de la síntesis de DNA
Antes de que la DNA-polimerasa pueda sintetizar nuevo DNA, 
la doble hélice tiene que desenrollarse para exponer las cade-
nas molde. La zona de DNA desenrollado en la que se pro-
duce la replicación se llama horquilla de replicación. La 
enzima DNA-helicasa desenrolla la doble hélice usando ener-
gía del ATP, y expone una corta región de simple cadena sencilla 
(Figura 4.14). La helicasa se mueve a lo largo del DNA y separa las 
cadenas justo a medida que avanza la horquilla de replicación. 
La región de cadena sencilla es cubierta inmediatamente con 
copias de la proteína de unión a cadena sencilla para estabilizar 
el DNA e impedir que se vuelva a formar la doble hélice. El de- 
senrollamiento de la doble hélice por parte de la helicasa genera 
un superenrollamiento positivo por delante de la horquilla de 
replicación. Para contrarrestarlo, la DNA-girasa se desplaza por 
el DNA por delante de la horquilla e introduce superenrolla-
miento negativo para eliminar el positivo.
crecimiento (Figura 4.12). Esta adición de un nuevo nucleótido 
requiere la presencia de un grupo hidroxilo libre, que está dis-
ponible solamente en el extremo 3′ de la molécula. Esto lleva al 
importante principio según el cual la replicación del DNA siem-
pre procede del extremo 5′ al 3′. El 5′-fosfato del nucleótido que 
se va a incorporar se une al grupo 3′-hidroxilo del nucleótido 
añadido previamente.
Las enzimas que catalizan la adición de desoxinucleótidos se 
llaman DNA-polimerasas y tienen un papel importante en la 
replicación, cada una con una función específica. En Escheri-
chia coli existen cinco DNA-polimerasas diferentes, las DNA-
polimerasas I, II, III, IV y V. La DNA-polimerasa III (Pol III) 
es la enzima principal para replicar el DNA cromosómico. La 
DNA-polimerasa I (Pol I) también participa en la replicación 
cromosómica, aunque en menor medida (véase más abajo). 
Las otras DNA-polimerasas ayudan a reparar el DNA dañado 
(  Sección 10.4).
Todas las DNA-polimerasas conocidas sintetizan DNA en 
sentido 5′ S 3′. Sin embargo, ninguna de ellas puede iniciar 
una cadena nueva; pueden solo añadir un nucleótido a un grupo 
3′-OH preexistente. Por tanto, para empezar una cadena nueva 
es necesario un cebador, una molécula de ácido nucleico al 
que la DNA-polimerasa pueda unir el primer nucleótido. En la 
Figura 4.12 Extensión de una cadena de DNA por adición de un
trifosfato de desoxirribonucleótido en el extremo 3′. El crecimiento tiene 
lugar del extremo 5′-fosfato al 3′-hidroxilo. La DNA-polimerasa cataliza la 
reacción. Los cuatro precursores son trifosfato de desoxitimidina (dTTP), 
trifosfato de desoxiadenosina (dATP), trifosfato de desoxiguanosina (dGTP) 
y trifosfato de desoxicitidina (dCTP). En la inserción del nucleótido los dos 
fosfatos terminales del trifosfato se escinden en forma de pirofosfato (PP
i
). Por 
tanto, por cada nucleótido que se añade se consumen dos enlaces fosfato de 
alta energía.
P
O
O–O
H2C
HOH
HH
HH
O5′
3′
P
O
O–O
H2C
HO
Base
Base
HH
HH
O5′
3′
P
O
OH
OO
H2C
HOH
Base
HH HH
O
5′
3′
P O P OH
OO
OH OH
Trifosfato de 
desoxirribonucleótido
Punto de 
crecimiento
Actividad 
DNA-polimerasa. 
PPi escindido
Figura 4.13 Cebador de RNA. Estructura del híbrido RNA-DNA formado
durante la iniciación de la síntesis de DNA. El cebador de RNA se muestra en 
naranja.
5′
3′
3′–OH
5′
Cebador de RNA DNA
G
C
G
C
G
C
G
C
G
C
G
C
G
C
C
G
C
G
C
G
C
G
C
G
C
G
C
G
C C CC
A
T
A
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A A AG G G C A GGAA
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