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Introducción

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La reproducción es una propiedad fundamental de todos los sistemas vivos. Es un proceso que puede observarse en diferentes niveles: los organismos se duplican por medio de la reproducción sexual o asexual, las células por división celular y el material genético por replicación del DNA (ácido desoxiribonucleico). La maquinaria que realiza la replicación del DNA también tiene otra capacidad: la reparación del material genético dañado. Estos dos procesos (replicación y reparación del DNA), son los temas de este capítulo.

Se presume que la capacidad de autorreplicación fue una de las primeras propiedades importantes que aparecieron durante la evolución de las formas de vida primitiva más tempranas. Sin la capacidad de propagarse, cualquier molécula biológica primitiva estaba destinada a desaparecer. Los portadores tempranos de la información genética fueron quizá las moléculas de RNA (ácido ribonucleico), capaces de autorreplicarse. A medida que la evolución progresó y las moléculas de RNA se reemplazaron por moléculas de DNA como material genético, el proceso de la replicación adquirió complejidad y requirió un gran número de componentes auxiliares. En consecuencia, a pesar de que una molécula de DNA contiene la información para su propia duplicación, carece de la capacidad para realizar esta actividad por sí misma. Como Richard Lewontin expresó, “la imagen común del DNA como molécula autorreplicable se describe de mejor forma como una carta que se autoduplica. La carta necesita una fotocopiadora; el DNA necesita una célula”. A continuación se describe la forma en que las células llevan a cabo esta actividad.

Modelo tridimensional de una DNA helicasa codificada por el bacteriófago T7. La proteína consta de un anillo de seis subunidades. Cada subunidad contiene dos dominios. En este modelo, el agujero central rodea sólo una de las dos cadenas de DNA. Impulsada por la hidrólisis de ATP, la proteína se mueve en sentido 5′ → 3a lo largo de la cadena a la cual está unida, con lo que desplaza la cadena complementaria y desenrolla el dúplex. La actividad de DNA helicasa es necesaria para la duplicación del DNA. (Cortesía de Edward H. Egelman, University of Virginia.)

13.1 Replicación del DNA

La estructura que propusieron Watson y Crick en 1953 para el DNA incluía un mecanismo que sugería su “autoduplicación”. Las dos cadenas de la doble hélice se mantienen juntas por medio de puentes de hidrógeno entre las bases. De manera individual, tales puentes son débiles y pueden romperse con facilidad. Watson y Crick supusieron que la replicación ocurría por separación gradual de las cadenas de la doble hélice (fig. 13.1), algo muy semejante a la separación de las dos mitades de una cremallera. Como las dos cadenas son complementarias, cada cadena contiene la información requerida para la construcción de la otra cadena. Una vez que las cadenas se separan, cada una puede actuar ...

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