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.

Una bacteria cuyo ADN está marcado con $^{15}\text{N}$ (nitrógeno pesado) se cultiva en un medio con $^{14}\text{N}$ (nitrógeno ligero). Indica qué tipos de moléculas de ADN (pesadas, ligeras o híbridas) y en qué proporción habrá tras una y tras dos generaciones, y relaciona el resultado con el experimento de Meselson y Stahl.

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.

Nombra la enzima que abre la doble hélice de ADN en la horquilla de replicación y explica qué problema mecánico aparece en la molécula por delante de la horquilla (superenrollamiento) y qué tipo de enzima lo resuelve.

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.

Observa el esquema de la horquilla de replicación. 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.

Nombra la enzima que sintetiza los cebadores de ARN durante la replicación y explica por qué cada fragmento de Okazaki necesita su propio cebador mientras que la hebra conductora solo necesita uno al comienzo.

Una vez eliminados los cebadores de ARN de la hebra rezagada, ¿con qué se rellenan los huecos y qué enzima sella después la cadena? Explica por qué la hebra rezagada tarda más en completarse que la conductora.

Durante la replicación, ¿qué nucleótido se insertará frente a una adenina de la hebra molde? ¿Y frente a una guanina? Explica qué propiedad de la estructura del ADN hace posible que la copia sea fiel.

Además de sintetizar ADN, la ADN polimerasa posee actividad correctora (exonucleasa 3'→5'). Explica en qué consiste esta actividad y por qué es fundamental para la fidelidad de la replicación y para mantener baja la tasa de mutaciones.

La tasa de error final de la replicación es de aproximadamente un error por cada $10^9$-$10^{10}$ pares de bases copiados. a) Estima cuántos errores quedarían, como máximo, al replicar un genoma de $6 \cdot 10^9$ pares de bases. b) Explica dos mecanismos que contribuyen a esa elevada fidelidad. c) Razona por qué, a pesar de todos los sistemas de corrección, algunos errores acaban fijándose en el genoma.

¿Cuántas horquillas de replicación se forman a partir de un único origen de replicación y en qué sentido avanzan? Explica qué ventaja supone que los cromosomas eucariotas tengan muchos orígenes de replicación.

Los extremos de los cromosomas lineales se acortan en cada replicación (el problema de los extremos). Explica por qué ocurre este acortamiento y cómo lo compensa la enzima telomerasa en determinadas células, como las germinales o las madre.

La ADN polimerasa eucariota añade unos $50$ nucleótidos por segundo y un cromosoma humano medio puede tener $150$ millones de pares de bases. a) Calcula cuánto tardaría en replicarse ese cromosoma si solo hubiera un origen de replicación en su centro. b) Explica cómo resuelve la célula eucariota este problema de velocidad. c) Razona qué ventajas y qué riesgos tiene la estrategia de utilizar muchos orígenes de replicación.