Retroalimentación

a. Identifique todas las moléculas y estructuras señaladas con los números del 1 al 6.

Basándonos en el esquema, podemos identificar las siguientes moléculas y estructuras:

1. 1. ADN Polimerasa: Enzima principal responsable de la síntesis de las nuevas cadenas de ADN. La imagen muestra varias moléculas de ADN polimerasa asociadas a cada hebra molde.
   2. Hebra Conductora (Leading Strand): La nueva hebra de ADN que se sintetiza de forma continua en la dirección de la horquilla de replicación.
   3. ARN cebador (RNA Primer): Corta secuencia de ARN necesaria para iniciar la síntesis de cada fragmento de Okazaki en la hebra retrasada y también para iniciar la síntesis de la hebra conductora. En el esquema, se representa con un segmento rojo.
   4. Fragmentos de Okazaki en la hebra retrasada: Segmentos cortos de ADN sintetizados de forma discontinua en la hebra retrasada.
   5. Topoisomerasa (girasa en procariotas): Enzima que alivia la tensión torsional generada por el desenrollamiento de la doble hélice del ADN. Se sitúa por delante de la horquilla de replicación.
   6. Proteínas de unión a cadena sencilla (SSB - Single-Stranded Binding Proteins): Proteínas que se unen a las hebras de ADN separadas, manteniéndolas extendidas y evitando que se vuelvan a enrollar o formen estructuras secundarias que dificulten la acción de la ADN polimerasa.

b. Indique por qué este proceso es continuo en una de las cadenas y discontinuo en la otra.

El proceso de replicación es continuo en una cadena (la hebra conductora) y discontinuo en la otra (la hebra retrasada) debido a dos factores principales:

• Direccionalidad de la ADN polimerasa: La ADN polimerasa III solo puede añadir nuevos nucleótidos al extremo 3' de una cadena de ADN preexistente, sintetizando la nueva hebra en la dirección 5' a 3'.
• Orientación antiparalela de las hebras de ADN: Las dos hebras de la doble hélice de ADN son antiparalelas, lo que significa que corren en direcciones opuestas (una en dirección 5' a 3' y la otra en dirección 3' a 5').

Como la horquilla de replicación avanza, la hebra molde que se extiende en la dirección 3' a 5' con respecto al movimiento de la horquilla permite una síntesis continua de la nueva hebra en dirección 5' a 3' (la hebra conductora). La ADN polimerasa simplemente sigue el movimiento de la horquilla, añadiendo nucleótidos de forma continua.

En cambio, la hebra molde que se extiende en la dirección 5' a 3' con respecto al movimiento de la horquilla necesita una síntesis discontinua. La ADN polimerasa debe sintetizar pequeños fragmentos de ADN (los fragmentos de Okazaki) en dirección opuesta al movimiento de la horquilla, comenzando cada fragmento con un nuevo cebador de ARN. Posteriormente, estos fragmentos se unen para formar una hebra continua (la hebra retrasada).

c. Describa la función de la enzima señalada con el número 1, 5 y 6. ¿Qué papel desempeña el fragmento señalado con el número 3?

Molécula 1: ADN Polimerasa III: Esta es la enzima central de la replicación del ADN. Su función principal es catalizar la adición de desoxirribonucleótidos al extremo 3' de la cadena de ADN en crecimiento, utilizando la hebra molde como guía para asegurar la complementariedad de las bases (A con T y G con C). La ADN polimerasa III es responsable de la mayor parte de la síntesis de las nuevas hebras de ADN, tanto en la hebra conductora como en los fragmentos de Okazaki de la hebra retrasada. Recorre la hebra molde en dirección 3' a 5' y sintetiza la nueva hebra en dirección 5' a 3'.

Molécula 5: Topoisomerasa (Girasa): A medida que la helicasa (no numerada, pero implícita en la apertura de la doble hélice) desenrolla el ADN en la horquilla de replicación, se genera una tensión torsional por delante de la horquilla, similar a lo que ocurre cuando se desenreda una cuerda tensa. La topoisomerasa (específicamente la girasa en procariotas) alivia esta tensión al romper temporalmente las hebras de ADN, permitiendo que giren y luego volviendo a unirlas. Esto evita el superenrollamiento excesivo del ADN, que podría detener el progreso de la replicación.

Molécula 6: Proteínas de unión a cadena sencilla (SSB): Estas proteínas se unen a las hebras de ADN separadas por la helicasa. Su función es estabilizar las hebras monocatenarias, impidiendo que se vuelvan a asociar para formar la doble hélice. Además, evitan la formación de estructuras secundarias locales en las hebras sencillas, lo que podría interferir con la actividad de la ADN polimerasa.

Fragmento 3: ARN Cebador (RNA Primer): El ARN cebador desempeña un papel fundamental en el inicio de la síntesis de ADN. La ADN polimerasa no puede iniciar la síntesis de una nueva cadena de ADN de novo; solo puede añadir nucleótidos a un extremo 3' libre preexistente. El ARN cebador proporciona este extremo 3' libre. La primasa (una ARN polimerasa) sintetiza estos cortos fragmentos de ARN que son complementarios a la hebra molde. Una vez que el cebador está en su lugar, la ADN polimerasa III puede comenzar a añadir desoxirribonucleótidos para extender la nueva cadena de ADN. Es importante destacar que, posteriormente, los cebadores de ARN son eliminados y reemplazados por ADN por la ADN polimerasa I, y los fragmentos de ADN resultantes son unidos por la ADN ligasa.

d. ¿Qué significa que este proceso es semiconservativo?

Que la replicación del ADN sea semiconservativa significa que cada nueva molécula de ADN resultante del proceso de replicación está compuesta por una hebra de ADN original (la hebra parental) y una hebra de ADN recién sintetizada (la hebra hija). En otras palabras, la mitad de la molécula de ADN hija se conserva de la molécula de ADN parental.

Este modelo de replicación fue experimentalmente demostrado por el famoso experimento de Meselson-Stahl, que utilizó isótopos pesados de nitrógeno para rastrear las hebras de ADN a través de generaciones de replicación. Sus resultados confirmaron que cada nueva doble hélice de ADN contiene una hebra antigua y una hebra nueva.

Retroalimentación

¿Cómo se denomina el proceso representado? ¿A qué corresponde la línea discontinua de color amarillo en el centro del esquema?

El esquema representa la replicación o duplicación del ADN. La línea discontinua de color amarillo en el centro del esquema corresponde al origen o punto de inicio de la replicación.

b. ¿En qué fase o fases del ciclo celular se produce este proceso? Justifica tu respuesta.

Este proceso ocurre en la fase S (de síntesis) de la interfase celular, que es la única fase en la que se duplica el ADN, ya que durante esta fase, las células duplican su material genético para asegurar que cada célula hija reciba una copia completa del ADN.

c. ¿A qué corresponden los fragmentos de color verde en los extremos de las flechas y cuál es su función?

Los fragmentos de color verde corresponden a fragmentos de ARN que actúan como cebadores o iniciadores para la síntesis de ADN. Estos cebadores proporcionan un extremo 3' OH libre necesario para que la ADN polimerasa pueda comenzar a añadir nucleótidos.

d. Indica cómo se denomina cada una de las mitades separadas por la línea discontinua amarilla y explica por qué el proceso es diferente en la parte superior e inferior en cada una de esas mitades.

Cada mitad se denomina horquilla de replicación. En cada horquilla, las dos cadenas del ADN son antiparalelas. La síntesis del ADN ocurre siempre en dirección 5’→3’. En una cadena, conocida como la hebra conductora, la ADN polimerasa se mueve en sentido 3’→5’, añadiendo nucleótidos de forma continua en dirección 5’→3’. En la otra cadena, conocida como la hebra retardada, la ADN polimerasa sintetiza fragmentos cortos de ADN llamados fragmentos de Okazaki en dirección 5’→3’. Estos fragmentos se sintetizan a partir de cebadores de ARN que son posteriormente eliminados y los fragmentos de Okazaki se unen mediante una ADN ligasa, completando la nueva cadena de manera discontinua y más lenta.

Retroalimentación

a) Explicar por orden de actuación el papel de las siguientes enzimas durante el proceso de replicación del ADN: (1,0)

1.- Helicasa: Rompe los puentes de hidrógeno entre las dos cadenas de ADN, separándolas y generando la horquilla de replicación.

2.- Primasa: Sintetiza pequeños fragmentos de ARN (cebadores o primers) complementarios al ADN molde, necesarios para que la ADN-polimerasa pueda empezar a trabajar (porque la ADN-polimerasa no puede iniciar la síntesis de novo).

3.- ADN polimerasa III: Alarga los cebadores de ARN añadiendo nucleótidos complementarios en dirección 5’→3’, formando las nuevas hebras de ADN.

4.- ADN ligasa: Une los fragmentos de ADN (fragmentos de Okazaki) generados en la hebra rezagada, cerrando los huecos entre ellos mediante la formación de enlaces fosfodiéster.

b) Una determinada hebra de ADN posee la siguiente composición de bases nitrogenadas: A=18; G=25; C=34 y T=23. ¿Cuál es la composición en bases de la hebra complementaria? (0,5)

Recordemos el emparejamiento de bases:

• A ↔ T

• G ↔ C

Por tanto:

• Si la hebra original tiene A=18, la complementaria tendrá T=18

• Si la hebra original tiene T=23, la complementaria tendrá A=23

• Si la hebra original tiene G=25, la complementaria tendrá C=25

• Si la hebra original tiene C=34, la complementaria tendrá G=34

Retroalimentación

a) En relación con la replicación del ADN, aparecen fragmentos de Okazaki, ¿qué son y por qué aparecen? Razone su respuesta (0,8 puntos)

Los fragmentos de Okazaki son tramos cortos de ADN recién sintetizado que se producen de forma discontinua durante la replicación de la cadena retardada del ADN.
Este fenómeno se debe a que la ADN polimerasa solo puede sintetizar ADN en dirección 5' → 3', lo que implica que, mientras una hebra (la cadena adelantada) puede copiarse de forma continua en la misma dirección que avanza la horquilla de replicación, la otra hebra (la retardada), al estar orientada en sentido opuesto (3' → 5'), debe sintetizarse en dirección contraria al avance de la horquilla, mediante múltiples fragmentos cortos a medida que se expone nuevo ADN molde.
Cada fragmento comienza con un cebador (primer) de ARN y posteriormente se alarga con nucleótidos de ADN. Estos fragmentos se van formando conforme se va desenrollando la doble hélice, permitiendo completar la replicación de la cadena antiparalela.

b) ¿A qué cadena del ADN van asociados? Justifíquelo (0,2 puntos)

Los fragmentos de Okazaki se asocian a la cadena retardada de ADN, también llamada hebra discontinua.
Esto se debe a que esta cadena tiene orientación 5' → 3' en dirección opuesta al avance de la horquilla de replicación. Dado que la ADN polimerasa solo puede añadir nucleótidos en sentido 5' → 3', la síntesis debe realizarse en dirección opuesta al desenrollamiento del ADN, dando lugar a una síntesis discontinua por tramos a medida que se expone más ADN molde.

c) ¿Qué enzima une estos fragmentos? Razone su respuesta (0,2 puntos)

La enzima responsable de unir los fragmentos de Okazaki es la ADN ligasa.
Su función es formar enlaces fosfodiéster entre el grupo fosfato del extremo 5' de un nucleótido y el grupo hidroxilo (–OH) del extremo 3' del siguiente fragmento, completando así la unión entre los fragmentos discontínuos de ADN sintetizados.
Esto es esencial para convertir la serie de fragmentos cortos en una cadena de ADN continua, asegurando la integridad estructural de la nueva hebra replicada.

d) Explique dos diferencias entre la transcripción en procariotas y en eucariotas, una en cuanto al proceso y otra en cuanto a la localización. (0,8 puntos)

1. Localización del proceso:

• En procariotas, la transcripción ocurre directamente en el citoplasma, ya que carecen de núcleo.

• En eucariotas, la transcripción se realiza en el núcleo celular, donde el ADN está confinado, y el ARNm resultante debe ser posteriormente transportado al citoplasma para la traducción.

2. Diferencias en el proceso de transcripción:

• En procariotas, la transcripción y la traducción pueden ocurrir simultáneamente en el citoplasma, ya que no existe separación física entre ambos procesos. El ARNm generado puede comenzar a ser traducido mientras todavía está siendo transcrito.

• En eucariotas, la transcripción y la traducción están separadas en el espacio y el tiempo. El ARNm recién transcrito (llamado pre-ARNm) debe sufrir una serie de modificaciones post-transcripcionales para convertirse en ARNm maduro: eliminación de intrones, unión de exones, adición de un cap 5’ y una cola poli-A en el extremo 3’. Solo entonces puede salir del núcleo hacia el citoplasma para ser traducido.

Retroalimentación

a) Fases de la replicación del ADN, proteínas implicadas y funciones

La replicación del ADN es un proceso semiconservativo que permite duplicar el material genético de una célula. Se divide en tres fases: iniciación, elongación y terminación, en las que intervienen múltiples proteínas en una coordinación precisa.

1. Iniciación

En esta fase se preparan las cadenas de ADN para ser copiadas. Las proteínas implicadas son:

• Helicasa: rompe los puentes de hidrógeno entre las bases nitrogenadas de las dos cadenas de ADN, separándolas y formando la horquilla de replicación.

• Proteínas SSB (Single Strand Binding proteins): se unen a las cadenas separadas para estabilizarlas y evitar que se vuelvan a aparear.

• Topoisomerasa (en procariotas se llama girasa): corta y vuelve a unir momentáneamente el ADN por delante de la horquilla, liberando las tensiones provocadas por el desenrollamiento del ADN.

• Primasa (una ARN-polimerasa): sintetiza cebadores (primers) de ARN complementarios a la cadena molde, necesarios para que comience la síntesis de ADN.

2. Elongación

Es la fase en la que se produce la síntesis de nuevas cadenas de ADN:

• ADN polimerasa III (en procariotas): añade nucleótidos de ADN complementarios a la cadena molde en dirección 5' → 3', comenzando desde el cebador.

  • En la cadena líder (conductora) la síntesis es continua.

  • En la cadena retardada (rezagada) la síntesis es discontinua, generando fragmentos de Okazaki.

• ADN polimerasa I: elimina los cebadores de ARN y los reemplaza por ADN.

• ADN ligasa: une los fragmentos de Okazaki, formando una cadena continua en la hebra retardada.

3. Terminación

La replicación finaliza cuando las dos horquillas se encuentran o cuando alcanzan una secuencia de terminación específica (en procariotas). Se separan las dos moléculas hijas de ADN, cada una con una cadena original y otra nueva (replicación semiconservativa).

b) Dibujo de la horquilla de replicación

El dibujo completo de una horquilla de replicación debería contener:

• ADN bicatenario desenrollado, con sus dos cadenas molde separadas.

• Indicación clara de la polaridad de cada hebra:

  • Una va de 5' a 3' y la complementaria de 3' a 5'.

• Cadena líder (conductora):

  • Se sintetiza de forma continua en dirección 5' → 3' hacia la horquilla.

• Cadena retardada (rezagada):

  • Se sintetiza en dirección opuesta a la apertura, en fragmentos de Okazaki.

 Proteínas que deben estar representadas y nombradas: