Archivo de la categoría: Conceptos Básicos

Ada Yonath y la Cristalografía de Rayos X / Ada Yonath and X-ray Crystallography

Es posible que a muchos de vosotros el nombre de Ada Yonath no os diga nada, pero este es el nombre de una de las científicas más reconocidas a nivel mundial. Recibió en 2008 Premio Mundial de Ciencias Albert Einstein y en 2009 fue galardonada con el Premio Nobel de Química junto con Venkatraman Ramakrishnan y Thomas A. Steitz por su trabajo sobre la estructura de los ribosomas.

Dr. Ada Yonath

Dr. Ada Yonath

Ada E. Yonath nació en Jerusalén el año 1939. Creció en una familia con pocos recursos, pero eso no le supuso ningún obstáculo para recibir una formación de calidad. Estudió Química, Bioquímica y Biofísica en la Universidad Hebrea de Jerusalén y en 1968 se Doctoró en Cristalografía de Rayos X por el Instituto Weizmann. Realizó estancias post-doctorales en Pennsylvania y el MIT (Massachusetts Institute of Technology), pero acabó volviendo a Israel, donde creó su propio laboratorio de cristalografía. Durante toda su carrera como investigadora mantuvo una estrecha colaboración con el Instituto Max Planck en Alemania.

Durante más de veinte años se dedicó en cuerpo y alma a revelar el misterio que suponían en esa época los ribosomas. Se sabía que los ribosomas son las moléculas encargadas de sintetizar o construir proteínas, en cambio no se conocía su estructura tridimensional, por lo que comprender el proceso en su totalidad era extremadamente complicado.

Los ribosomas son las estructuras celulares encargadas de unir aminoácidos para formar moléculas más complejas, las proteínas. Cada ribosoma está formado por dos subunidades (pequeña y grande) distintas compuestas a su vez por cadenas de ARN y proteínas. La subunidad grande es la encargada de catalizar la creación del enlace peptídico que mantiene unidos los aminoácidos, mientras que la subunidad pequeña controla el correcto emparejamiento de los codones que forman el código genético.

Veamos ahora en que consiste la cristalografía de rayos X.

La cristalografía de rayos X es junto con la resonancia magnética nuclear (RMN) el único método que permite determinar la estructura tridimensional de proteínas con una elevada resolución atómica. Las ventajas de la cristalografía son las siguientes: no existe límite en cuanto al tamaño de las proteínas, las estructuras son muy precisas (el error suele ser de 0.1 Ǻ) y permite determinar implícitamente las distancias entre átomos. No obstante, el mayor problema que presenta es la necesidad de crecer cristales, y alrededor del 50 % de las proteínas no forman cristales. ¿Por qué cristales? Los cristales son necesarios para generar una señal que se pueda detectar. Los rayos X son dispersados por los electrones, por lo que las interacciones son demasiado débiles para detectar cuando provienen de una única molécula, en cambio, los cristales contienen miles de millones de moléculas en exactamente la misma orientación. La dispersión de cada una de estas moléculas da un patrón de difracción que se puede medir.

La necesidad de crecer cristales es en muchos casos el factor limitante, por lo que se ensayan cientos de condiciones hasta que se encuentran las más apropiadas. Los dos métodos más comunes son la gota sentada y la gota colgada. El primer paso para obtener los cristales consiste en purificar las proteínas. Para intentar crecer cristales se requieren 1 – 10 mg de proteína pura, a los que se añadirán lentamente reactivos que permitan reducir la solubilidad de la proteína y generar una precipitación controlada de la misma. Si posteriormente se fuerza un incremento paulatino de concentración y se controlan las condiciones normalmente se generan cristales de tamaño adecuado para los experimentos de difracción (entre 0.1 y 0.5 mm).

Métodos de la gota sentada y la gota colgada / The sitting drop and the hanging drop methods

Métodos de la gota sentada y la gota colgada / The sitting drop and the hanging drop methods


 

Maybe many of you do not recognize the name of Ada Yonath, but this is the name of one of the most renowned scientists in the world. She received in 2008 the Albert Einstein World Science Award and in 2009 she was awarded with the Nobel Prize in Chemistry along with Venkatraman Ramakrishnan and Thomas A. Steitz for their work on the structure of ribosomes.

Ada E. Yonath was born in Jerusalem in 1939. She grew up in a family with too low resources, but that did not represent any obstacle for receiving a good quality education. She studied Chemistry, Biochemistry and Biophysics at the Hebrew University of Jerusalem and in 1968 she received her doctorate in X-ray crystallography by the Weizmann Institute. She completed her post-doctoral stays in Pennsylvania and the MIT (Massachusetts Institute of Technology), but ended up returning to Israel, where she created her own laboratory of crystallography. During her career as an investigator she always maintained a close collaboration with the Max Planck Institute in Germany.

For more than twenty years she devoted herself to reveal the mystery of the ribosomes. At that time, it was known that ribosomes were the molecules involved in the proteins synthesis, however their three-dimensional structure was an enigma, and it was totally necessary to understand the entire process.

Ribosomes are the cell structures responsible of joining amino acids to form more complex molecules, proteins. Each ribosome is composed of two subunits (small and large), which at the same time are made of different RNA strands and several proteins. The large subunit is responsible for catalyzing the peptide bond that holds the amino acids together, while the small subunit controls the correct pairing of the codons that form the genetic code.

Let’s talk now about the X-ray crystallography.

The X-ray crystallography is together with the nuclear magnetic resonance (NMR) the only method for determining the three-dimensional structure of proteins with high atomic resolution. Crystallography advantages are: there is no limit on the size of the protein, structure prediction is very accurate (error is normally around 0.1 Å) and allows determining distances between atoms. However, the biggest problem that arises is the need to grow crystals, due to that about 50% of the proteins do not form crystals. Why crystals? The crystals are necessary to generate a signal that can be detected. X-rays are scattered by the electrons, so that the interactions are too weak to detect when they come from a single molecule, however, the crystals contain billions of molecules in exactly the same orientation. The dispersion of each of these molecules gives a diffraction pattern that can be measured.

The need to grow crystals is often the limiting factor, so that hundreds of conditions are tested until they are the most appropriate. The two most common used methods are the sitting drop and the hanging drop. The first step to obtaining crystals is to purify proteins. To try to grow crystals 1 to 10 mg of pure protein are required. After that some reagents that reduce the solubility of the protein and generate a controlled precipitation are slowly added. If subsequently a gradual increase in strength and concentration conditions is controlled adequately sized crystals usually are generated for diffraction experiments (between 0.1 and 0.5 mm).

We recommend you to read her autobiography here / Os recomendamos leer su autobiografía aquí

Here you can find all her scientific papers / Aquí podéis leer todas sus publicaciones científicas

 

Anuncios

La Tinción de Gram / Gram stain

La tinción de Gram es uno de los métodos más empleados en los laboratorios de microbiología para visualizar bacterias al microscopio óptico. Esta técnica fue desarrollada por el doctor Christian Gram en 1884, y permite clasificar las bacterias en dos grupos dependiendo de la estructura de la pared bacteriana: Gram positivas y Gram negativas.

En esta tinción la clave está en que el microorganismo sea capaz de retener o no el tinte o colorante. Las bacterias Gram positivas aparecen teñidas de morado, mientras que las Gram negativas son rosas. La diferencia entre unas y otras radica en la composición de la pared celular y su permeabilidad. Las Gram positivas poseen una capa gruesa de peptidoglicano y carecen de membrana externa, mientras que las Gram negativas tienen una capa más delgada de peptidoglicano y poseen membrana externa. En las Gram negativas el contenido lipídico es 10 veces mayor por lo que el colorante queda retenido en el interior de la célula.

GV1

Diferencias en la estructura de la pared celular entre microorganismos Gram positivos y Gram negativos

Diferencias en la estructura de la pared celular entre microorganismos Gram positivos y Gram negativos

En general, visualizar una muestra en el microscopio óptico no permite identificar la especie bacteriana presente, aunque sí su morfología, por lo que resulta de gran utilidad para elegir qué técnicas se utilizarán en el estudio. Mediante este tipo de examen es posible saber si en la muestra hay o no microorganismos y su abundancia.


 

The Gram staining is one of the most used methods in microbiology laboratories to visualize bacteria under the microscope. This technique was developed by Dr. Christian Gram in 1884, and allows the classification of bacteria in two groups depending on the structure of the bacterial wall: Gram positive and Gram negative.

In this staining the key is if the microorganism is able to retain or not the dye. Gram positive bacteria are stained purple, while Gram negative pink. The difference between them lies in their cell wall composition and permeability. Gram positive microorganisms have a thick peptidoglycan layer but do not have outer membrane, while Gram negative ones have thinner peptidoglycan layer and outer membrane. The lipid content is 10 times higher in Gram negatives, so that, the dye is retained inside the cell.

In general, visualizing a sample under the optical microscope does not allow to identify the bacterial species present, but it is very useful to observe their morphology in order to choose after that the most appropriated techniques for the study. Through this type of test it is possible to know whether or not the sample contains microorganisms and their abundance.

 

Fuentes/Sources:

[1]Bacteriología General: Principios Y Prácticas de Laboratorio. Evelyn Rodríguez Cavallini.

[2]Microbiología clínica práctica. Pedro García Martos, Fernando Paredes Salido, María Teresa Fernández del Barrio.

PCR – Reacción en cadena de la polimerasa / Polymerase Chain Reaction

Seguramente alguna vez has leído algún artículo relacionado con investigación en el que te encontraste la palabra PCR. Aquí te explicamos qué es y para que se utiliza.

La PCR o reacción en cadena de la polimerasa es una técnica de biología molecular que consiste en amplificar millones de veces una región de ADN. Para ello, es necesario una enzima: la ADN polimerasa. La técnica consiste en someter a ciclos de varias temperaturas el ADN del modo siguiente:

  • Desnaturalizar el ADN, es decir, hacer que las dos hebras complementarias se separen. Esto ocurre a 94ºC.
  • Hibridación de primers o cebadores de secuencia conocida a las hebras desnaturalizadas. Aquí la temperatura depende del número de bases que tienen los primers entre 37-72ºC.
  • Extensión a 72ºC. Se trata de la síntesis de una nueva hebra complementaria a la molde a partir del cebador hibridado en la fase anterior.
Esquema de las tres fases de un ciclo de PCR. Esto se repite n ciclos dependiendo de la muestra.

Esquema de las tres fases de un ciclo de PCR. Esto se repite n ciclos dependiendo de la muestra.

Todo esto puede sonar un poco abstracto así que vamos a ver cuáles son sus aplicaciones. La PCR resulta de gran utilidad para la detección de virus (VIH, ébola) en sangre, o de microorganismos, por ejemplo, en algún alimento. En crímenes se utiliza para comprobar si el sospechoso es realmente culpable, y también se emplea para en los test de paternidad. Además la PCR es necesaria para el estudio de mutaciones responsables de enfermedades genéticas.

El producto de la PCR se observa en un gel de agarosa. Las bandas que aparecen son los distintos fragmentos de ADN amplificados. El autor del crimen será aquel que posea las mismas bandas que el ADN hallado en la escena del crimen.

El producto de la PCR se observa en un gel de agarosa. Las bandas que aparecen son los distintos fragmentos de ADN amplificados. El autor del crimen será aquel que posea las mismas bandas que el ADN hallado en la escena del crimen.


 

We are pretty sure that you have ever read an article related to research in which you have found the PCR word. Here we explain what it is and what it is used for.

PCR or polymerase chain reaction is a molecular biology technique consisting in the amplification of a DNA region million times. To do this, you need an enzyme: DNA polymerase. The technique involves subjecting the target DNA to various cycles of different temperatures, as follows:

Denature the DNA, that is, make the two complementary strands be separated. This occurs at 94ºC.

Hybridization of primers of known sequence to denatured strands. This temperature depends on the number of bases of the primers, between 37-72ºC.

Extension at 72ºC. This is the synthesis of a new strand complementary to the template hybridized by the primer from in the previous phase.

All this may sound too abstract so let’s see its applications. The PCR is useful for detecting viruses (HIV, Ebola) in blood. In crimes, it is used to check if the suspect is actually guilty, and it is also used for paternity tests. Moreover, PCR is necessary to study mutations responsible for genetic diseases.

Traducción del ARN: la síntesis de proteínas / RNA translation: protein synthesis

En nuestro último post hablábamos de cómo el ADN se transcribe a ARN, es decir, de cómo se transmite la información genética contenida en la secuencia de ADN a una molécula más funcional que resulta ser intermediaria para la síntesis de proteínas.

Dogma Central de la biología Molecular

Dogma Central de la biología Molecular

El ARN mensajero sintetizado a partir del ADN será la molécula molde para la síntesis de proteínas. Este ARN mensajero se lee en forma de tripletes denominados codones, de este modo cada combinación de 3 nucleótidos codificará para un aminoácido específico. Para que se inicie la síntesis de una proteína es necesario que se encuentren en el citosol o en el retículo endoplasmático de las células las siguientes moléculas: las dos subunidades que conforman los ribosomas, el ARN mensajero, los ARN de transferencia que transportan los distintos aminoácidos y factores de iniciación.

El primer paso es la asociación de estas moléculas. El ribosoma se caracteriza por tener tres sitios (A, P y E) en su estructura. El sitio A es el punto de entrada del ARN de transferencia cargado con un aminoácido (aminoacil-ARNt). En el sitio P se encuentra la enzima peptidil-ARNt, encargada de catalizar la unión de los distintos aminoácidos para que se produzca la polimerización de la cadena. Finalmente el sitio E es el sitio de salida de la molécula de ARNt ya descargada (ha dejado en el sitio P el aminoácido que transportaba).

Subunidad mayor y menor de los ribosomas. / Large and small subunits that constitutes the ribosomes.

Subunidad mayor y menor de los ribosomas. / Large and small subunits that constitutes the ribosomes. Source: Ada E. Yonath

Así la elongación de la cadena para la formación de la proteína completa consistirá en la adición de sucesivos aminoácidos al extremo carboxilo de la cadena. La síntesis finalizará cuando uno de los tres codones de terminación entra en el sitio A, en este punto no habrá ningún ARNt cargado con un aminoácido, si no que el triplete será reconocido por unas proteínas específicas denominadas factores de liberación que desencadenarán el desensamblaje del ribosoma con el ARNm y el péptido formado. Este péptido o proteína primaria que se ha formado sufrirá a continuación múltiples modificaciones post-traduccionales. Estas modificaciones resultan de gran importancia ya que determinarán la estructura final de la proteína y por tanto su función en la célula.


 

Our last entry treated how DNA is transcribed into RNA that is how genetic information contained in DNA sequence is transmitted to another much useful molecule that acts as an intermediary of protein synthesis.

Central dogma of molecular biology

Central dogma of molecular biology

Messenger RNA is the guide of protein synthesis. It is read in triplets named codons so each combination of 3 nucleotides will code an specific amino acid.  To the initiation of protein synthesis is needed that the following molecules are in the cytosol or in the endoplasmic reticulum: the 2 sub units of ribosome, the messenger RNA, the transfer RNAs that carry the different amino acids and the initiation factors.

First step is the association of these molecules. The ribosome has three sites (A, P and E) in its structure. A site is the entrance for transfer RNA charged with one amino acid (aminoacyl-tRNA). In P site there is peptidyl-tRNA enzyme which catalyzes the union of the amino acids so polymerization of the protein can occur. Finally E site is where tRNA exits the ribosome.

So the elongation of the chain to form the complete protein consist of the addition of successive amino acids to the carboxyl end of the chain. The synthesis will end when one of the three termination codons goes in A site. There will be no tRNA charged with amino acid and the triplet will be recognized by specific proteins named liberation factors which will lead the separation of ribosome. The peptide will be formed. Then his peptide  will suffer some posttranslational modifications. These kind of modifications are very important because they determine the final structure of the protein and its cell function.

 

Fuentes/Sources:

RIBOSOMAL CRYSTALLOGRAPHY

Transcripción del ADN. La molécula de ARN / DNA transcription. RNA molecule

Después de unos días de descanso vamos a continuar hablando de otra molécula básica para la vida, se trata del ARN (Ácido Ribonucléico). Al igual que el ADN, el ARN está formado por unidades repetidas denominadas nucleótidos (adenina, guanina, uracilo (timina en el ADN) y citosina). Los nucleótidos se unen uno tras otro mediante enlaces fosfodiéster.

La síntesis del ARN se produce a partir de una molécula de ADN molde. Este proceso se denomina transcripción y la enzima encargada de copiar la información contenida en el ADN es la ARN polimerasa. La transcripción comienza con el reconocimiento por parte de la enzima de un promotor, una secuencia característica de nucleótidos en el ADN situada antes del segmento que va a transcribirse; la doble hélice del ADN es abierta por la actividad helicasa de la propia enzima. A continuación, la ARN polimerasa progresa a lo largo de la hebra de ADN en sentido 3′ → 5′, sintetizando una molécula complementaria de ARN. La secuencia de nucleótidos del ADN determina también dónde acaba la síntesis del ARN, gracias a que posee secuencias características que la ARN polimerasa reconoce como señales de terminación.

Inicio de la síntesis de RNA.

Inicio de la síntesis de RNA.

A diferencia del ADN, el ARN se suele encontrar en forma de hebra monocatenaria. Esto es importante porque le permite a la molécula formar estructuras secundarias y terciarias por fenómenos de apareamiento intramolecular de bases, haciendo del ARN una molécula mucho más versátil que el ADN ya que las diferentes estructuras tienen normalmente asociadas distintas funciones en las células.

En las células hay distintos tipos de ARN, con distintas funciones, los más importantes son el ARN mensajero, el ARN ribosómico y el ARN transferente. Concretamente es el ARN mensajero el  intermediario entre el ADN y la síntesis de proteínas. Veremos la traducción y la síntesis de proteínas en el próximo post.


 

Let’s continue talking about another basic molecule for life: the RNA (ribonucleic acid). As DNA, RNA consists of nucleotides (adenine, cytosine, guanine and uracil). Nucleotides are joined together by phosphodiester  bonds.

RNA synthesis takes DNA as its mold. This process is named transcription and the enzyme that copies the information contained in DNA is ARN polymerase. The transcription starts joining the enzyme with a DNA characteristic sequence before the transcribing fragment. After that, RNA polymerase moves forward DNA in   3′ → 5′ way synthesizing one RNA complementary molecule. The DNA determines where the transcription stops due to some specific sequences that RNA polymerase recognizes as termination signal.

Unlike DNA, ARN is in single-stranded form. This is important because it allows RNA molecule to form secondary and tertiary structures by intramolecular pairing phenomenon. This is why RNA is more versatile than DNA: its different structures are associated with different cell functions.

We can find different types of RNA with different fucntions but the most important are: messenger RNA, ribosomal RNA and transfer RNA.  Specifically messenger RNA is the intermediary between DNA and protein synthesis. We will talk about translation and protein synthesis in our next post.

Severo Ochoa Nobel Prize

 

Telómeros y telomerasa / Telomere and telomerase

En vista del comentario de nuestro amigo Antonio a nuestro post sobre el ADN, hemos pensado en escribir una entrada especial en relación con el tema de la telomerasa.

Para hablar de ello tenemos que remontarnos a la base de toda biología celular: las diferencia entre organismos eucariotas y procariotas. Por norma general, los organismos procariotas tienen moléculas de DNA circulares, mientras que los eucariotas tienen moléculas de DNA lineales.

Las hebras de DNA eucariota, son lineales y por tanto tienen extremos. En el fenómeno conocido como ‘división celular’ una célula se divide en dos nuevas células. A nivel del material genético, en la  ‘replicación’, las cadenas de DNA se duplican tomando como molde la hebra antigua y cada una de las dos nuevas hebras formarán parte de las nuevas células.

Una de las nuevas hebras es formada de manera continua a partir de la hebra molde, mientras otra es formada de manera discontinua (“a trozos”).

En los extremos de esa hebra discontinua, quedan fragmentos de simple cadena. El DNA de simple cadena es muy sensible a la degradación. Por lo tanto a cada ciclo celular, la longitud de la cadena de DNA va reduciéndose. Pero, ¿puede la célula permitirse perder esos fragmentos de información?

Aquí entra en juego una estructura presente en los extremos del DNA: los telómeros. Los telómeros son fragmentos de DNA repetitivo. En humanos la secuencia de estos fragmentos es:  5′ TTAGGG 3′. Estos fragmentos aparecen repetidos unas 2000 veces en los extremos del DNA.  Esto permite que en cada ciclo de división celular, se pierdan fragmentos teloméricos en lugar de información vital para la célula. Es por tanto, el telómero la estructura ‘protectora’ que permite a la célula sobrevivir varios ciclos celulares a pesar de perder longitud de secuencia.

Telomere structure

Telomere structure

Telómeros ‘in vivo’

En 1961, Hayflick y Moorhead, determinaron que las células somáticas – células procedentes de una célula madre y que van a formar los tejidos del organismo – no crecen indefinidamente a pesar de ser cultivadas en condiciones óptimas.  Sin embargo células germinales – precursoras de los gametos – y células cancerosas sí que parecen ser ‘inmortales’.

¿A qué se deben estas diferencias? La respuesta está en un enzima: la telomerasa. La telomerasa es un enzima con actividad polimerasa  – capaz de sintetizar ácidos nucleicos –. Entra en funcionamiento en esos fragmentos de cadena sencilla de los que hablábamos antes. La telomerasa es capaz de sintetizar los fragmentos que le faltaban a la hebra discontinua, completando el DNA de doble cadena y manteniendo por tanto la longitud de la cadena en cada ciclo.

Así pues, la actividad telomerasa está implicada en los fenómenos de senescencia celular, cáncer y envejecimiento. Los telómeros van acortándose progresivamente con la edad. Hayflicks ya observó como las células somáticas de un recién nacido pueden dividirse unas 100 veces antes de morir, mientras las de una persona adulta pueden entre 20 y 24 veces.

***Algunos datos importantes acerca del fenómeno de la replicación que hemos omitido, los encontrareis mejor explicados en nuestra entrada: La replicación del ADN.


In response to our friend Antonio’s comment in our DNA entry, we want to write this special entry related to ‘telomerase’.

To talk about this topic we have to go back to the basis of all cellular biology: the differences between eukaryotic and prokaryotic organisms. Generally, prokaryotic organisms have circular DNA molecules and eukaryotic organisms have linear DNA molecules.

Eukaryotic DNA strands are linear, therefore they have ends. In cellular division one cell divides in two new cells. DNA strands double taking old strand as guide and each new DNA strand will be in each new cell.

One of these new strands are made in a continuous way while the other is discontinuously made.

In the ends of these new discontinuous DNA strand remain single strand DNA, which is very sensitive to degradation. Therefore in each cellular cycle, the length of the DNA strand is decreasing. However, could the cell survive loosing these information fragments?

There takes part a structure present in DNA ends: the telomere. The telomeres are repetitive DNA fragments. In humans the sequence of these fragments is: 5′ TTAGGG 3′. These fragments are about 2000 times repeated in DNA ends. This allows that in each cellular division cycle we lose telomeric DNA instead of vital information for the cell.  The telomere is then the protective structure that allows the survival of the cell after several cellular cycles.

In 1961, Hayflick and Moorhead determinated that somatic cells – cells from stem cells – do not grow indefinitely  even being cultivated in optimal conditions. However, germinal cells – precursors of gametes – and cancerous cells seem to be immortal.

Which is the cause of these differences? The answer is the telomerase enzyme. Telomerase is an enzyme with polymerase activity – capable of synthesizing nucleotides in DNA strand. It becomes active in those single strand fragments we talked about before. The telomerase is capable of synthesizing missing fragments of the discontinuous strand, finishing double stranded DNA and keeping the length in each cycle.

So, telomerase activity is involved in cellular senescence, cancer and aging. Telomeres become shorter progressively with the age. Hayflicks observed that newborn somatic cells can divide about 100 times before dying. Adult somatic cells just can divide between 20 and 24 times.

***Some important data about DNA replication have been omitted. You will find them explained in our entry: DNA replication.

La replicación del ADN / DNA replication

Generalmente, la mayoría de células que pierde un organismo son sustituidas por otras, es decir, hay un proceso denominado división celular que permite obtener dos células hijas idénticas a su progenitora. Para que esto suceda es necesario que la célula madre duplique su material genético para repartirlo entre las células hijas.

El mecanismo general de la replicación (así es como se denomina el proceso de duplicación del ADN) fue descrito por Watson y Crick cuando se estableció la estructura de doble hélice y la complementariedad de bases. En procariotas la replicación tiene dos fases, iniciación y elongación.

La iniciación consiste en la apertura de la doble hélice en una región denominada oriC en la cual abundan secuencias -GATC-. Unos enzimas denominados helicasas rompen los enlaces de hidrógeno entre las bases nitrogenadas complementarias y la doble hélice se abre de forma similar a una cremallera. Las proteínas SSB (Single Strand Binding-DNA) se unen a las cadenas moldes para impedir que se vuelvan a unir. Por tanto, lo que se habrá formado hasta ahora serán dos zonas con forma de Y conocidas como horquillas de replicación, que se irán extendiendo a lo largo del cromosoma bidireccionalmente.

En la fase de elongación se sintetiza la nueva cadena de ADN sobre cada cadena de la doble hélice original. En este proceso intervienen las enzimas polimerasas, son enzimas que se caracterizan por tener actividad polimerasa, es decir, unen los nucleótidos que formarán la cadena nueva, y también actividad exonucleasa, eliminan aquellas bases que están mal emparejadas o fragmentos de ARN cebador. Durante la replicación una de las cadenas se replicará de forma continua, es la cadena conductora o líder, que necesitará un único cebador. La síntesis se produce en sentido 5′-3′.

La otra cadena, denominada cadena retrasada, se sintetiza de forma discontinua en pequeños fragmentos. Cada uno de los fragmentos requiere cebadores de ARN sintetizados por la enzima primasa. Finalmente la ADN polimerasa I eliminará los cebadores y en su lugar colocará nucleótidos de ADN. La ADN ligasa unirá todos los fragmentos obtenidos.

GIF de la replicación / Replication GIF

GIF de la replicación / Replication GIF (Click to enlarge)

En eucariotas el proceso es muy parecido al que acabamos de describir, no obstante hay algunas diferencias:

– Las moléculas de ADN son, generalmente, mucho más largas en eucariotas, por lo que no habrá un único origen de replicación.

– Hay cinco tipos de ADN polimerasas, en procariotas tres.

– En los cromosomas eucariotas el ADN se encuentra asociado a histonas. Las histonas son proteínas que no aparecen en organismos procariotas. En conjunto con el ADN que se asocia a ellas enrollándose a su alrededor se denominan nucleosomas.

El proceso de replicación se completa como en procariotas hasta llegar al extremo del cromosoma, el telómero. En el siguiente post trataremos  de explicar porque los telómeros se van acortando en cada división celular. Esto está asociado al envejecimiento y la muerte celular.


Generally, most of cells lost by the organism are substituted by others. So there is a process called cellular division  that obtains two identical cells to their parent.  For this it is necessary that the paternal cell doubles its genetic material to distribute it among the daughter cells.

The mechanism of DNA replication (the name of the DNA duplication) was described by Watson and Crick when they set the DNA double-helix structure and its bases  complementarity. Procaryotic replication has two phases: initiation and elongation.

The initiation is the opening of the double-helix in a region called oriC, where -GATC- sequences are very common. The helicase splits the strands breaking their hydrogen bonds.  The single strand binding-DNA (SSB) proteins bind to the single-strand DNA preventing they to rejoin. So there will be two zones where the DNA is replicating in the two possible ways.

During the elongation phase it is synthesized the new DNA strand taking the old one as guide. The polymerase  enzymes take nucleotides and joins them together to form the new strand. This polymerase also have exonuclease activity, so it eliminates mismatched nucleotides or RNA primers. During the replication one of the  strands is continuously replicated, this is the leading strand.  This strand just need one RNA primer. The synthesis is produced in 5′-3′ direction.

The other strand is called ‘lagging strand’. It is synthesized in a discontinuous way.  Each fragment of this lagging strand requires a RNA primer. Finally, DNA polymerase I will eliminate RNA primers and replace them with DNA. DNA ligase will join together all fragments.

Eucaryotic process is very similar to procariyotic one, but with some differences:

– DNA is generally bigger, so it must be more than one replication origin.

– There are five DNA polymerases types. In procaryotes just three.

– There are histone proteins. They form nucleosome joint to the DNA.

The replication process is completed like in procaryotic cells until arrive to the telomere. We will talk about telomere and its function in following entries.