Duplicació, Transcripció i Traducció del DNA: Conceptes Essencials

Hipòtesis de la Duplicació del DNA

La duplicació del DNA es pot explicar mitjançant tres hipòtesis principals:

• Semiconservadora: Cada molècula filla està formada per una cadena de la molècula mare que actua com a motlle i una cadena acabada de formar.
• Conservadora: La nova molècula de DNA és completament nova i la molècula original roman intacta.
• Dispersiva: No es conserven les cadenes originals, sinó que es barregen fragments de les dues cadenes.

Què són els Segments d'Okazaki?

Els segments d'Okazaki són fragments d'RNA sintetitzats per la RNA-polimerasa (que no necessita encebador) i, posteriorment, per la DNA-polimerasa en direcció 5' → 3' sobre diferents regions del filament motlle de DNA. El seu significat biològic és solucionar el problema de la síntesi de DNA en direcció 5' → 3' quan el sentit de la cadena de DNA motlle és l'oposat, permetent la replicació contínua i discontínua.

Duplicació del DNA: Diferències entre Eucariotes i Procariotes

Les principals diferències en la duplicació del DNA entre cèl·lules eucariotes i procariotes són:

• El DNA dels eucariotes està associat a les histones, la qual cosa en complica la replicació.
• La longitud del DNA eucariòtic és molt més gran.
• El DNA eucariòtic no té un sol origen de replicació, sinó aproximadament un centenar.
• Aquestes diferències fan que el procés en eucariotes sigui més lent.

Anàlisi de Seqüències de DNA i Síntesi

Donada la seqüència de nucleòtids: 5’ - ATTTCGGAAACGGTAAGTTCCTGGC - 3’

1. Seqüència de 10 nucleòtids de l'encebador (primer) sintetitzat per la primasa:
   3’ UCAAGGACCG 5’
2. Seqüència de nucleòtids sintetitzada per la DNA-polimerasa III (filament de creixement continu o conductor):
   3’ TAAAGCCTTTGCCAT 5’ (Nota: S'ha corregit 'U' per 'T' en la seqüència de DNA. Aquesta és una seqüència parcial.)
3. Substitució de nucleòtids realitzada per la DNA-polimerasa (reemplaçament de l'encebador):
   3’ TCAAGGACCG 5’

Introns i Exons en la Transcripció Eucariota

En el procés de la transcripció en eucariotes, trobem:

• Introns: Són seqüències d'RNA sense sentit que s'eliminen durant la maduració.
• Exons: Són seqüències que no s'eliminen i que codifiquen per a proteïnes.

La separació d'introns i exons es produeix durant la fase de maduració de la transcripció.

Codons i Fases de la Traducció

Les fases de la traducció i els codons responsables, juntament amb el que succeeix amb els aminoàcids, són:

• Fase d'iniciació: El codó responsable és AUG. L'aminoàcid metionina comença la cadena proteica.
• Fase d'elongació: Els codons responsables són tots excepte el d'inici i els d'acabament. Es van incorporant els aminoàcids a la cadena polipeptídica.
• Fase d'acabament: Els codons responsables són UAA, UAG i UGA. No hi ha cap RNAt l'anticodó del qual en sigui complementari, i no s'hi afegeix cap aminoàcid, finalitzant la síntesi.

Control Genètic: Mecanisme de l'Operó

El sentit biològic d'aquest comportament és estalviar recursos, evitant la fabricació d'aminoàcids si ja n'hi ha al medi.

Aquest mecanisme s'explica en termes de control genètic mitjançant el model de l'operó. En l'exemple de la histidina, l'operó té un repressor que en estat normal és inactiu, per la qual cosa es fabriquen constantment els enzims necessaris per produir la histidina. No obstant això, si hi ha histidina en el medi, el repressor es torna actiu, es fixa sobre l'operador i reprimeix la síntesi d'histidina.

Aquest model rep el nom de repressió enzimàtica.

Experiment de Meselson i Stahl

Meselson i Stahl es van basar en el següent experiment per confirmar la hipòtesi semiconservadora:

Van fer viure bacteris prèviament en un medi normal i posteriorment en un medi amb nitrogen pesant (¹⁵N). Van observar que:

• Tot el DNA acabat de sintetitzar pels bacteris introduïts en el medi amb nitrogen pesant tenia una densitat intermèdia entre el DNA pesant i el DNA no pesant.
• A la següent generació de bacteris, apareixien dos tipus de DNA: un d'híbrid i un altre de lleuger.
• A la tercera generació, la proporció de DNA híbrid era més petita.

Aquests resultats van ser consistents amb la hipòtesi semiconservadora de la replicació del DNA.

Resolució de l'Enigma de la Síntesi Antiparal·lela del DNA

El problema que van trobar els investigadors era que l'enzim DNA-polimerasa només podia afegir nous nucleòtids a les cadenes de DNA en direcció 5' → 3', mentre que les cadenes de DNA són antiparal·leles.

Aquest enigma es va resoldre amb els segments d'Okazaki. Aquests són fragments d'RNA sintetitzats per la RNA-polimerasa (que no necessita encebador) i, posteriorment, per la DNA-polimerasa en direcció 5' → 3' sobre diferents regions del filament motlle de DNA. Després de perdre la porció d'RNA, aquests fragments es fusionen entre si, donant la sensació que el nou filament de DNA creix en direcció 3' → 5' de manera global, tot i que la síntesi individual de cada fragment és 5' → 3'.