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La maquinaria encargada de la replicación del ADN es muy compleja y está formada por un grupo de proteínas que actúan en conjunto con una secuencia de ADN específica ya establecida. A continuación se describen las enzimas que intervienen en el proceso de replicación y enseguida se desarrollará el proceso mencionando las enzimas involucradas.
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Helicasa: enzima encargada de separar las dos hebras del ADN mediante la rotura de los puentes de hidrógeno que se establecen entre las bases nitrogenadas de las dos cadenas del ADN. Ocasiona superenrollamientos positivos a los lados de la burbuja de replicación.
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Proteínas de unión a cadena sencilla (SSB, singlestrand ADN binding proteins en procariotes y RPA en eucariotes): evitan la formación de los puentes de hidrógeno entre las dos cadenas separadas por la helicasa y permiten que se copien.
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Topoisomerasas: son enzimas isomerasas que actúan sobre la topología del ADN, pueden cortar o formar enlaces fosfodiéster ya sea una de las hebras (topoisomerasa I) o en las dos (topoisomerasa II) que forman el ADN. Esta escisión selectiva permite al ADN liberar la tensión contorsional, con lo que se deshace el superenrollamiento, el cual en caso de persistir detendría la replicación. De esta manera se permite el acceso a la cadena de ADN a todas las enzimas involucradas en la replicación.
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Primasa: es una enzima que sintetiza pequeños fragmentos de ARN de entre 8 y 10 nucleótidos de longitud, conocidos como cebadores o primers, complementarios a un fragmento del ADN. La unión de los cebadores al ADN proporciona un extremo 3´ necesario para que la ADN polimerasa (enzima que sintetiza ADN y que no puede añadir nucleótidos si no existe un extremo 3´libre) lleve a cabo su acción. Los cebadores, al ser ARN, luego son degradados por las nucleasas Rnasa H1 y sustituidos por ADN por acción de otra ADN polimerasa.
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Rnasa H1: enzima encargada de retirar los cebadores de ARN durante la síntesis de los fragmentos de Okazaki y en los procesos de reparación del ADN.
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FEN1/RTH1: también llamada endonucleasa flap 1 (flap endonuclease 1), se encarga de remover el ribonucleotido 5’ del fragmento de Okazaki. El Nick (falta de enlace fosfodiéster entre dos nucleótidos adyacentes) resultante es sellado por la ADN ligasa.
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Ligasa: enzima que cataliza la formación del enlace fosfodiéster entre nucleótidos contiguos.
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Telomerasa: es una ribonucleoproteína con actividad de ADN polimerasa dirigida por ARN (transcriptasa inversa) capaz de sintetizar una secuencia determinada de ADN que permite el alargamiento de los telómeros (extremos de los cromosomas eucariotes).
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Antígeno nuclear de células en proliferación (PCNA): es un homotrímero que forma una estructura de toroide, la cual es abierta transitoriamente por acción del factor de replicación C (RFC, replication factor C), lo que permite su recircularización alrededor de la doble hélice del ADN a la altura del extremo del primer en la cadena líder. La estructura toroide del PCNA alrededor de la cadena de ADN permite su libre desplazamiento por la misma. PCNA interactúa con la ADN polimerasa, sirviendo como una pinza que sostiene a la polimerasa en el extremo del primer y le permite sintetizar la cadena de ADN.
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ADN polimerasa: son las principales enzimas en este proceso. Son capaces de sintetizar nuevas cadenas de ADN a partir de una hebra patrón o molde y las unidades estructurales correspondientes (desoxirribonucleótidos). Una característica importante de esta enzima es que añade los nucleótidos en la dirección 5’ → 3’ siempre y cuando haya un extremo 3’ disponible. Como consecuencia de esto, la dirección en la cual leerá la cadena molde de ADN será de 3’ → 5’.
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En eucariotes se han descrito por lo menos cinco ADN polimerasas involucradas en la replicación del ADN, cada una con una actividad específica: α, β, γ, δ y ε. La polimerasa α (ADNpol α), también llamada primasa, inicia la síntesis del ADN mediante la formación de un cebador ARN. Las polimerasas δ y ε (ADNpol δ y ADNpol ε) son responsables de la mayor parte de la elongación de ambas hebras del ADN. La polimerasa β (ADNpol β) no interviene en la replicación y está involucrada en la reparación de errores o daños en el ADN. Es importante mencionar que las polimerasas α, β, δ y ε están involucradas en la replicación del ADN nuclear. La polimerasa γ (ADN pol γ) lleva a cabo la replicación del ADN mitocondrial. Existen otras polimerasas, como las polimerasas ζ (theta), η (eta) y ι (iota), cuya función no es muy conocida, pero se cree que están involucradas sobre todo en mecanismos de reparación y recombinación.
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De las 5 polimerasas, sólo tres tienen la actividad de exonucleasa-3’ (pol δ, γ y ε), esto es, son capaces de corregir los errores cometidos al incorporar los nucleótidos a la hebra que se está sintetizando, eliminan el nucleótido equivocado y añaden el correcto. Ninguna ADN polimerasa en eucariotes presenta actividad de exonucleasa-5’. En procariotes la ADN pol I presenta este tipo de actividad.
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A diferencia de lo observado en eucariotes, en la maquinaria para la replicación de los procariotes, sólo tres enzimas participan en la síntesis del ADN. La polimerasa I es la única que tiene actividad de exonucleasa de 5’ a 3’.
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En el cuadro 4-2 se resumen las propiedades de la ADN polimerasa en eucariotes y en el 4-3, las de procariotes.
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