Casi toda la vida en la Tierra se basa en la copia o replicación del ADN. Ahora, por primera vez, los científicos han podido observar la replicación de una sola molécula de ADN, con algunos hallazgos sorprendentes. Por un lado, hay mucha más aleatoriedaden el trabajo de lo que se pensaba.
"Es una forma diferente de pensar acerca de la replicación que plantea nuevas preguntas", dijo Stephen Kowalczykowski, profesor distinguido en microbiología y genética molecular en la Universidad de California, Davis. El trabajo se publica el 15 de junio en la revista Celda con los coautores James Graham, investigador postdoctoral en UC Davis y Kenneth Marians, Sloan Kettering Cancer Center.
Usando tecnología de imagen sofisticada y mucha paciencia, los investigadores pudieron ver el ADN desde E. coli las bacterias se replicaron y miden qué tan rápido funciona la maquinaria enzimática en las diferentes cadenas.
Conceptos básicos de replicación de ADN
La doble hélice de ADN está hecha de dos hebras que corren en direcciones opuestas. Cada hebra está hecha de una serie de bases, A, T, C y G, que se emparejan entre las hebras: A a T y C a G.
El primer paso en la replicación es una enzima llamada helicasa que desenrolla y "descomprime" la doble hélice en dos cadenas individuales. Una enzima llamada primasa une un "cebador" a cada cadena que permite que comience la replicación, luego otra enzima llamada ADN polimerasase adhiere a la cartilla y se mueve a lo largo del hilo agregando nuevas "letras" para formar una nueva doble hélice.
Para ver una ilustración en video, mira aquí : http://youtu.be/TNKWgcFPHqw
Debido a que las dos cadenas en la doble hélice se ejecutan en direcciones opuestas, las polimerasas funcionan de manera diferente en las dos cadenas. En una cadena, la "cadena principal", la polimerasa puede moverse continuamente, dejando un rastro de nuevas cadenas doblesADN detrás de él.
Pero por otro lado, "cadena rezagada", la polimerasa tiene que moverse al principio, unirse, producir un pequeño tramo de ADN bicatenario y luego caerse y comenzar de nuevo. La sabiduría convencional es que las polimerasas en las cadenas principales y rezagadas soncoordinado de alguna manera para que uno no se adelante del otro.
El experimento: círculos rodantes y tinte fluorescente
Para llevar a cabo su experimento, los investigadores utilizaron una pieza circular de ADN, unida a un portaobjetos de vidrio por una cola corta. A medida que la maquinaria de replicación gira alrededor del círculo, la cola se alarga. Podrían activar o desactivar la replicación agregandoo eliminando el combustible químico trifosfato de adenosina, ATP y usó un tinte fluorescente que se adhiere al ADN bicatenario para iluminar las hebras en crecimiento. Finalmente, toda la configuración está en una cámara de flujo, por lo que las hebras de ADN se estiran como pancartas enla brisa.
paradas, arranques y velocidades variables
Una vez que Graham, Kowalczykowski y Marians comenzaron a observar hebras de ADN individuales, notaron algo inesperado. La replicación se detiene de manera impredecible, y cuando comienza de nuevo puede cambiar la velocidad.
"La velocidad puede variar aproximadamente diez veces", dijo Kowalczykowski.
A veces, la síntesis de la cadena rezagada se detiene, pero la cadena principal continúa creciendo. Esto aparece como un área oscura en la cadena brillante, porque el tinte no se adhiere al ADN monocatenario.
"Hemos demostrado que no hay coordinación entre los hilos. Son completamente autónomos", dijo Kowalczykowski.
Lo que parece coordinación es en realidad el resultado de un proceso aleatorio de arranque, parada y velocidades variables. Con el tiempo, cualquier filamento se moverá a una velocidad promedio; observe varios filamentos al mismo tiempo, y tendránla misma velocidad promedio
Kowalczykowski lo comparó con el tráfico en una autopista.
"A veces, el tráfico en el carril de arriba se mueve más rápido y te pasa, y luego lo pasas. Pero si viajas lo suficiente, llegas al mismo lugar al mismo tiempo".
Los investigadores también encontraron una especie de "mango de hombre muerto" o freno automático de helicasa, que descomprime el ADN por delante del resto de las enzimas. Cuando la polimerasa se detiene, la helicasa puede seguir moviéndose, abriendo potencialmente una brecha de ADN desenrollado que podríaser vulnerable al daño. De hecho, el ADN de cadena sencilla expuesto activa una señal de alarma dentro de la célula que activa las enzimas de reparación.
Pero resulta que cuando se desacopla y comienza a escapar del resto del complejo de replicación, la helicasa se ralentiza aproximadamente cinco veces. Por lo tanto, puede avanzar hasta que el resto de las enzimas se recupere y luego se acelere nuevamente.
Este nuevo enfoque estocástico es una nueva forma de pensar sobre la replicación del ADN y otros procesos bioquímicos, dijo Kowalczykowski. "Es un cambio de paradigma real y socava mucho de lo que hay en los libros de texto", dijo.
Fuente de la historia :
Materiales proporcionado por Universidad de California - Davis . Original escrito por Andy Fell. Nota: El contenido puede ser editado por estilo y longitud.
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