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Una característica general de las células vivas es que se dividen. Antes de que una célula pueda convertirse en dos, la célula debe hacer una copia de su ADN, o ácido desoxirribonucleico, que contiene su información genética. Las células eucariotas almacenan ADN en los cromosomas encerrados dentro de las membranas de un núcleo celular. Sin orígenes de replicación múltiple, la replicación llevaría mucho más tiempo y ralentizaría el crecimiento celular.
ADN 101
El ADN es una molécula de cadena larga con una columna vertebral de grupos alternados de azúcar y fosfato. Una de las cuatro bases de nucleótidos (moléculas en forma de anillo que contienen nitrógeno) cuelga de cada grupo de azúcar. Dos cadenas de ADN forman una estructura de doble hélice en la que la base en cada ubicación de azúcar se une a su base complementaria en la cadena hermana. Solo se permiten ciertos emparejamientos, por lo que si identifica una base en un filamento, conocerá la base en la misma posición en el otro filamento.
Cromosomas
En los eucariotas, los cromosomas son estructuras cilíndricas de cromatina, que es una mezcla de proteínas de ADN e histonas. Las células humanas tienen 23 pares de cromosomas, un miembro par de cada padre. Un cromosoma humano contiene alrededor de 150 millones de pares de bases. La cromatina se pliega firmemente para comprimir el ADN para que encaje en una célula. Si dispusiera de extremo a extremo todo el ADN en una célula humana, mediría unos 6 pies. Para que se produzca la replicación, la hélice de ADN debe desenrollarse justo antes de la copia.
Replicación
Las células eucariotas alternan entre crecimiento y división, y el ADN se replica durante la fase de crecimiento. El ADN entra en un estado relajado que permite el acceso de la ADN polimerasa, la enzima que copia cada cadena. Otra enzima, la helicasa, primero separa los dos soportes en una región llamada origen de replicación. Cada cadena sirve como plantilla para una nueva cadena con una secuencia complementaria de bases de nucleótidos. Una burbuja de replicación que rodea la molécula de polimerasa se mueve a lo largo de cada cadena de ADN durante la operación de copia. Los hilos viejos y nuevos se unen en la parte trasera de la burbuja.
Requisitos de tiempo
La ADN polimerasa puede transcribir cromosomas eucariotas a una velocidad de aproximadamente 50 pares de bases por segundo. Si el cromosoma tuviera un solo origen de replicación, tomaría aproximadamente un mes copiar una hélice de ADN. Al usar orígenes múltiples, la célula puede replicar una hélice en aproximadamente una hora, una aceleración de 720 veces. Durante el proceso, múltiples burbujas de replicación en cada cromosoma producen pequeñas porciones de ADN que luego se unen para formar el producto terminado. La ventaja de los orígenes múltiples es que permite una división celular y un crecimiento de organismos relativamente rápidos. Por ejemplo, una madre humana debería tener un feto durante 540 años antes de dar a luz si tuviera que depender de un único origen de replicación en cada cromosoma.