Ejercicios: La replicación del ADN

¿Qué significa que la replicación del ADN es semiconservadora? Explícalo con tus propias palabras, indicando cómo quedan formadas las dos moléculas de ADN hijas.

Nombra la enzima principal que sintetiza la nueva hebra de ADN durante la replicación y explica cuál es su función básica y en qué sentido (5'→3' o 3'→5') añade los nucleótidos.

¿En qué momento del ciclo celular se replica el ADN y por qué es imprescindible que la replicación ocurra antes de que comience la división celular?

Explica el papel del cebador (o primer) de ARN al comienzo de la replicación y razona por qué la ADN polimerasa no puede iniciar una hebra nueva desde cero.

En una horquilla de replicación, una de las hebras nuevas (A) se sintetiza de forma continua avanzando hacia la horquilla, mientras que la otra (B) se sintetiza en fragmentos alejándose de ella. Indica cuál de las hebras nuevas (A o B) es la conductora y cuál la rezagada, y explica por qué una se sintetiza de forma continua y la otra en fragmentos de Okazaki, haciendo referencia al sentido en que actúa la ADN polimerasa.

Ordena las siguientes etapas de la replicación y justifica el orden elegido: unión de los fragmentos por la ADN ligasa, apertura de la doble hélice por la helicasa, síntesis de nucleótidos por la ADN polimerasa, eliminación de los cebadores, formación de los fragmentos de Okazaki.

Antes del célebre experimento de Meselson y Stahl existían tres modelos teóricos para explicar la duplicación del ADN: semiconservativo, conservativo y dispersivo. Imagina que realizas este experimento cultivando bacterias E. coli durante muchas generaciones en un medio con nitrógeno pesado ($^{15}\text{N}$) hasta que todo su ADN esté marcado, y luego las transfieres a un medio con nitrógeno ligero ($^{14}\text{N}$).

1. a) Deduce qué tipos de moléculas de ADN (pesadas $^{15}\text{N}\text{-}^{15}\text{N}$, híbridas $^{15}\text{N}\text{-}^{14}\text{N}$ o ligeras $^{14}\text{N}\text{-}^{14}\text{N}$) y en qué porcentajes aparecerían en el gradiente de densidad tras una y tras dos generaciones si la replicación fuera:

1. Estrictamente conservativa.

2. Estrictamente dispersiva.

1. b) Razona de forma justificada cuál de estos dos modelos alternativos quedó descartado ya con el análisis del ADN de la primera generación y cuál exigió obligatoriamente esperar a la segunda generación para ser refutado.

En un laboratorio se obtiene una cepa mutante de Escherichia coli que presenta una alteración en la ADN polimerasa III: mantiene intacta su velocidad de polimerización en sentido $5'\to 3'$, pero ha perdido completamente su actividad exonucleasa $3'\to 5'$. a) Predice y justifica qué efecto tendrá esta mutación sobre la fidelidad de copia y sobre la tasa de mutaciones espontáneas por división celular. b) Si se cultiva esta cepa en presencia de 2-aminopurina (un análogo de base que puede aparear incorrectamente con la citosina), razona si la tasa de fijación de mutaciones será mayor, menor o igual que en la cepa silvestre. c) Justifica molecularmente por qué la actividad correctora de pruebas debe retirar el nucleótido erróneo en dirección $3'\to 5'$ antes de continuar con la adición del siguiente nucleótido.

Se comparan en el laboratorio dos cultivos celulares humanos: fibroblastos dérmicos normales y células cancerosas de una estirpe de carcinoma pulmonar. A lo largo de $60$ duplicaciones poblacionales se monitoriza la longitud media de los telómeros. Los fibroblastos entran en senescencia replicativa en la duplicación $40$ con un acortamiento telomérico progresivo, mientras que las células cancerosas proliferan de forma continua y mantienen intacta la longitud de sus telómeros. a) Justifica molecularmente por qué la maquinaria convencional de replicación no puede completar el extremo $5'$ de la hebra rezagada tras la eliminación del último cebador de ARN (el «problema del extremo»). b) Se diseña una terapia que introduce en las células tumorales un oligonucleótido sintético complementario al ARN molde de la ribonucleoproteína telomerasa humana (hTR). Predice y justifica qué efecto tendrá este tratamiento sobre la actividad de la telomerasa, la longitud de los telómeros y la viabilidad a largo plazo de las células tumorales.