Biologia de los microorganismos (179)

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122 L O S F U N D A M E N T O S D E L A M I C R O B I O L O G Í A
La siguiente enzima que entra en acción, la Pol I, tiene más 
de una actividad enzimática. Además de sintetizar DNA, la Pol 
I tiene una actividad exonucleasa 5′ S 3′ que elimina el ceba-
dor de RNA que le precede (Figura 4.16). Cuando el cebador se 
ha eliminado y sustituido con DNA, se libera la Pol I. El último 
enlace fosfodiéster lo crea una enzima llamada DNA-ligasa; esta 
enzima sella las muescas del DNA que tienen un 5′-PO
4
2− y un 
3′-OH adyacentes (algo que la Pol III es incapaz de hacer), y junto 
con la Pol I participa en la reparación del DNA. La DNA-ligasa 
también es importante porque sella DNA manipulado genética-
mente durante la clonación molecular ( Sección 11.4).
MINIRREVISIÓN
 ¿Por qué hay cadenas avanzadas y cadenas retrasadas?
 ¿Cómo se reconoce el origen de replicación?
 ¿Qué enzimas toman parte en la unión de los fragmentos de la 
cadena retrasada?
4.6 La replicación bidireccional 
y el replisoma
La naturaleza circular del cromosoma procariota supone una 
oportunidad para acelerar el proceso de replicación. En Esche-
richia coli, y probablemente en todos los procariotas con cro-
mosomas circulares, la replicación del DNA es bidireccional 
desde el origen de replicación, como se muestra en la Figura 4.17. 
Existen así dos horquillas de replicación en cada cromosoma, 
moviéndose cada una en un sentido y que se mantienen unidas 
por dos subunidades de la proteína Tau. En el DNA circular, la 
replicación bidireccional lleva a la formación de formas carac-
terísticas llamadas estructuras theta (Figura 4.17).
Durante la replicación bidireccional, la síntesis se realiza de 
manera avanzada y retrasada en cada cadena molde, lo que per-
mite al DNA replicarse lo más rápidamente posible (Figura 4.17). 
Aunque la Pol III puede añadir nucleótidos a una cadena de 
DNA en crecimiento a una velocidad de unos 1.000 nucleóti-
dos por segundo, la replicación del cromosoma de E. coli dura 
unos 40 min. Sin embargo, sorprendentemente, en condicio-
nes idóneas de crecimiento, E. coli puede crecer con un tiempo 
de duplicación de 20 min. La explicación de esta paradoja es 
que las células de E. coli creciendo a tiempos de duplicación 
menores de 40 min contienen múltiples horquillas de replica-
ción. Es decir, antes de que termine una ronda de replicación ya 
ha empezado una nueva. Estudiaremos con detalle este asunto 
en el Capítulo 5 ( Figura 5.4).
El replisoma
En la Figura 4.15 se muestran las diferencias en la replicación 
de las cadenas avanzada y retrasada, y las enzimas que partici-
pan en el proceso. De un dibujo tan esquemático podría parecer 
que cada horquilla de replicación contiene varias proteínas dife-
rentes trabajando de manera independiente. En realidad no es 
el caso; las proteínas de replicación se agregan para formar un 
gran complejo de replicación llamado replisoma (Figura 4.18). La 
cadena retrasada de DNA, en realidad se enrolla formando un 
bucle que permite al replisoma moverse suavemente a lo largo 
de ambas cadenas, y este literalmente tira del molde de DNA 
RNA debe ser sintetizado por la primasa muchas veces para pro-
porcionar grupos 3′-OH libres para la Pol III. Por el contrario, 
la cadena avanzada solo necesita cebador una vez, en el origen. 
Como resultado, la cadena retrasada se sintetiza a fragmentos 
cortos, llamados fragmentos de Okazaki por su descubridor, Reiji 
Okazaki. Estos fragmentos de la cadena retrasada se unen poste-
riormente para obtener una cadena de DNA continua.
Síntesis de las nuevas cadenas de DNA
Tras sintetizar el cebador de RNA, la primasa es sustituida por 
la Pol III. Esta enzima es en realidad un complejo de varias pro-
teínas (Tabla 4.3) entre las que se encuentra la propia polime-
rasa. Cada molécula de polimerasa está sujeta al DNA por una 
pinza deslizante que rodea cada una de las cadenas que actúan 
de molde y se desliza por ellas. En consecuencia, la horquilla 
de replicación contiene dos núcleos de polimerasa y dos pin-
zas deslizantes, un grupo para cada cadena. Sin embargo, solo 
existe un complejo cargador de pinza, que ensambla las dos 
pinzas deslizantes en el DNA. Tras el ensamblaje en la cadena 
retrasada, la actividad de elongación de la Pol III, catalizada por 
la DnaE, añade desoxirribonucleótidos de manera secuencial 
hasta alcanzar el DNA previamente sintetizado (Figura 4.16); en 
ese momento la Pol III se detiene.
Figura 4.16 Sellado de dos fragmentos de la cadena retrasada. (a) La
DNA-polimerasa III sintetiza DNA en sentido 5′ S 3′ hacia el cebador de 
RNA de un fragmento previamente sintetizado de la cadena retrasada. (b) Al 
alcanzar el fragmento, la DNA-polimerasa III sale y es sustituida por la DNA-
polimerasa I. (c) La DNA-polimerasa I sigue sintetizando DNA a medida que va 
eliminando el cebador de DNA del fragmento previo, y la DNA-ligasa sustituye 
a la DNA-polimerasa I cuando el cebador ha sido eliminado. (d) La DNA-
ligasa sella los dos fragmentos entre sí. (e) Producto final, DNA bicatenario, 
complementario y antiparalelo.
DNA-polimerasa III
DNA-polimerasa I
DNA ligasa
Cebador de
RNA escindido
Cebador de RNA
3′-OH 5′-P
3′-OH 5′-P
(a)
(b)
(c)
(d)
(e)
5′
3′
3′
5′
5′
3′
3′
5′
5′
3′
3′
5′
5′
3′
3′
5′
5′
3′
3′
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