La replicación del ADN es el proceso semiconservativo por el cual cada hebra sirve de molde para sintetizar una nueva. Ocurre en la fase S del ciclo celular y es esencial para la división celular.
Watson & Crick (1953): "No ha escapado a nuestra atención que el apareamiento específico que postulamos sugiere inmediatamente un posible mecanismo de copia."
Hebra continua (leading)
- Sintetizada en dirección 5' → 3'
- Misma dirección que avanza la horquilla
- Solo necesita un primer inicial
- Síntesis continua y eficiente
- DNA Pol III trabaja sin interrupción
Hebra discontinua (lagging)
- También 5' → 3' pero opuesta a la horquilla
- Fragmentos de Okazaki (100-200 nt en eucariotas)
- Múltiples primers (cada ~200 nt)
- DNA Pol I reemplaza RNA por DNA
- Ligasa une los fragmentos al final
Observa la maquinaria de replicación en acción y comprende la asimetría de la horquilla.
Semiconservación de Meselson-Stahl
Después de una ronda de replicación, cada molécula hija contiene una hebra original y una nueva.
- Observa la doble hélice parental (ambas hebras "viejas")
- Inicia la replicación y sigue una horquilla
- Identifica qué hebra es molde y cuál es nueva
- Al completar, verifica que cada hija tiene una hebra de cada tipo
- Imagina una segunda ronda: ¿cuántas moléculas tendrían ambas hebras nuevas?
Resultado esperado: Tras n rondas, 2 de 2ⁿ moléculas conservan una hebra original (semiconservación).
El problema de la hebra rezagada
La síntesis de la hebra lagging requiere fragmentos porque DNA Pol solo sintetiza 5'→3'.
- Observa la helicasa abriendo la horquilla
- Sigue la síntesis continua en la hebra leading
- Nota cómo la hebra lagging "espera" para tener suficiente molde expuesto
- Observa la primasa sintetizando un nuevo primer
- Ve cómo se forma un fragmento de Okazaki y luego se une al anterior
Resultado esperado: La asimetría direccional de DNA Pol obliga a la síntesis discontinua.
Fidelidad y corrección de errores
La DNA Pol tiene actividad exonucleasa 3'→5' que corrige errores de apareamiento.
- Observa la incorporación normal de nucleótidos (A-T, G-C)
- Simula un error de apareamiento (ej: G-T)
- Observa cómo la polimerasa detecta la distorsión
- Ve la actividad exonucleasa removiendo el nucleótido incorrecto
- Observa la reinserción del nucleótido correcto
Resultado esperado: La tasa de error final es ~10⁻¹⁰ gracias a múltiples mecanismos de corrección.
Dónde más aparece este concepto
PCR
La reacción en cadena de la polimerasa replica ADN in vitro con Taq polimerasa termoestable.
Ver Cinética →Limitaciones de la simulación
- Escala temporal: La replicación real toma horas; aquí se acelera drásticamente.
- Complejidad del replisoma: El complejo real tiene ~30 proteínas trabajando coordinadamente.
- Orígenes múltiples: Los eucariotas tienen miles de orígenes de replicación simultáneos.
- Cromatina: No muestra el desempaquetamiento de histonas ni la remodelación de cromatina.
Preguntas de reflexión
- ¿Por qué la evolución no "inventó" una DNA polimerasa que sintetice en ambas direcciones?
- ¿Qué pasaría si la ligasa no funcionara correctamente?
- ¿Por qué los virus de RNA mutan más rápido que los organismos con DNA?
- ¿Cómo explica la replicación semiconservativa la estabilidad genética entre generaciones?