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La enzima que copia el genoma: 1.000 nucleótidos por segundo con un error cada 10⁹ bases
Navega por los 5 pasos del proceso de replicación
El ADN existe como una doble hélice: dos cadenas complementarias unidas por puentes de hidrógeno entre los pares de bases (A-T y G-C). Antes de la replicación, las dos hebras están firmemente unidas.
La ADN polimerasa combina velocidad extrema con una precisión extraordinaria
~1.000 nt/s
Nucleótidos por segundo (bacterias). El genoma humano (~3.000 millones de pares de bases) tarda ~8 horas en replicarse con múltiples horquillas activas simultáneamente.
1 error / 10⁵
Sin sistemas de corrección, la ADN polimerasa comete ~1 error por cada 100.000 bases incorporadas.
1 error / 10⁷
La actividad exonucleasa 3'→5' detecta y elimina nucleótidos mal insertados. Reduce el error 100 veces.
1 error / 10⁹
Sistemas adicionales de reparación del ADN llevan la tasa de error final a ~1 por cada 1.000 millones de bases. En una célula humana: ~1-2 errores por replicación completa.
Una enzima de géiseres de Yellowstone que revolucionó la biología molecular
El calor separa las dos hebras del ADN objetivo. Los puentes de hidrógeno se rompen y las hebras quedan disponibles como moldes.
Los cebadores (primers) — fragmentos cortos de ADN — se unen a sus secuencias complementarias en las hebras molde, marcando el punto de inicio.
La Taq polimerasa sintetiza la nueva hebra desde cada cebador, copiando fielmente la secuencia molde en dirección 5'→3'.
copias a partir de una sola molécula tras 30 ciclos
Los humanos no tienen una sola ADN polimerasa, sino varias especializadas
| Polimerasa | Localización | Función principal | Detalle |
|---|---|---|---|
| Pol α | Núcleo | Inicia la replicación (junto con primasa) | Sintetiza el cebador de ARN inicial |
| Pol δ | Núcleo | Replicación de la hebra retrasada | Alta fidelidad, actividad proofreading |
| Pol ε | Núcleo | Replicación de la hebra líder | Alta procesividad y fidelidad |
| Pol γ | Mitocondria | Replica el ADN mitocondrial | Herencia de endosimbiosis bacteriana |
| Pol β | Núcleo | Reparación del ADN (BER) | Reparación por escisión de bases |
Replicación, fidelidad y aplicaciones del PCR
La ADN polimerasa solo puede añadir nucleótidos al extremo 3'-OH libre de una cadena en crecimiento. Esto se debe a la química del enlace fosfodiéster: el grupo fosfato del nuevo nucleótido se une al extremo 3'-OH, liberando pirofosfato. No es posible añadir al extremo 5', lo que explica por qué la hebra retrasada necesita fragmentos de Okazaki.
A diferencia de la ARN polimerasa, la ADN polimerasa no puede iniciar una cadena nueva: necesita un extremo 3'-OH preexistente para añadir nucleótidos. Por eso, una enzima especializada llamada primasa sintetiza primero un cebador corto de ARN (~10 nucleótidos) que proporciona ese punto de inicio. Este cebador se elimina después y se reemplaza con ADN.
La ARN polimerasa transcribe ADN en ARN mensajero, no necesita cebador y puede iniciar cadenas de cero, pero comete más errores (sin proofreading). La ADN polimerasa replica el ADN con altísima fidelidad gracias a su actividad correctora. Ambas leen la hebra molde en dirección 3'→5' y sintetizan en dirección 5'→3'.
El VIH usa una enzima llamada retrotranscriptasa para convertir su genoma de ARN en ADN complementario (ADNc), que luego se integra en el genoma humano. Esta enzima es el objetivo principal de los antivirales como la zidovudina (AZT). La retrotranscriptasa también se usa en laboratorio para el RT-PCR (como en los tests COVID).
Cuando los sistemas de reparación del ADN fallan (por mutaciones en genes como BRCA1/2, MLH1, MSH2), la tasa de mutación se dispara. Las células acumulan mutaciones en genes supresores de tumores y proto-oncogenes, lo que puede desencadenar cáncer. Por eso muchos fármacos antitumorales inhiben selectivamente la ADN polimerasa de células que se dividen rápidamente.