Horquilla de replicación: Okazaki y orientación

Escribir «la replicación ocurre de 5′ a 3′» no basta para interpretar una horquilla. Hay dos hebras molde antiparalelas y el dibujo puede mostrar una horquilla que avanza a derecha o a izquierda. La orientación de la síntesis debe ser compatible con ambos datos.

Esta práctica se centra en resolver esquemas, contar fragmentos bajo supuestos explícitos y distinguir funciones enzimáticas. Los ejercicios son originales y didácticos. No reproducen una imagen oficial ni pretenden que cada organismo tenga los mismos tamaños de fragmentos o velocidades.

Separa la hebra molde de la que se construye

La ADN polimerasa alarga una cadena nueva añadiendo nucleótidos a un extremo 3′-OH. Por tanto, la cadena nueva se sintetiza 5′ → 3′, mientras el molde se recorre en sentido 3′ → 5′.

La hebra conductora se sintetiza de forma continua en el sentido de avance de la horquilla. La retardada se produce mediante fragmentos de Okazaki: cada fragmento también crece 5′ → 3′, pero alejándose localmente de la horquilla. La discontinuidad resuelve la antiparalelidad; no cambia el sentido químico de la polimerización.

Cada inicio necesita un cebador que proporcione el extremo extensible. La primasa lo sintetiza. Más tarde se retiran los cebadores, se reemplazan por ADN y la ligasa sella las discontinuidades mediante enlaces fosfodiéster. La helicasa separa las hebras; no une fragmentos ni fabrica una cadena complementaria.

Ejercicio 1: una horquilla que avanza a la derecha

En un esquema horizontal, la hebra parental superior tiene 3′ a la izquierda y 5′ a la derecha. La inferior tiene 5′ a la izquierda y 3′ a la derecha. Una horquilla situada a la derecha avanza hacia la derecha. Identifica el molde de la síntesis conductora.

Paso 1. Dibuja la dirección de avance. La flecha de la horquilla apunta hacia +x, de izquierda a derecha. No elijas una hebra porque esté arriba: su posición en el papel no es el criterio.

Paso 2. Lee el molde superior en esa dirección. De izquierda a derecha se recorre 3′ → 5′. Una polimerasa puede utilizarlo mientras construye la nueva cadena 5′ → 3′ hacia la derecha. Por tanto, la hebra superior es el molde de la conductora.

En la nueva cadena conductora, el extremo 5′ queda hacia la izquierda y el extremo 3′ extensible hacia la horquilla. Si dibujas el 5′ junto al punto que crece, has invertido el proceso.

Paso 3. Analiza el molde inferior. De izquierda a derecha se recorre 5′ → 3′. La síntesis complementaria debe hacerse hacia la izquierda para recorrer ese molde 3′ → 5′. Será la hebra retardada en esta horquilla.

Cada fragmento nuevo tiene su 5′ próximo al lugar donde se inició, cerca de la horquilla en ese momento, y su 3′ creciendo hacia la izquierda. A medida que la horquilla descubre nuevo molde, se inician otros fragmentos. Ninguno se sintetiza químicamente 3′ → 5′.

Ejercicio 2: invierte el avance, conserva el ADN

Mantén la orientación de las dos hebras parentales, pero estudia ahora una horquilla que avanza a la izquierda desde un origen situado a su derecha.

Paso 1. Recorre el molde en el nuevo sentido. En la hebra inferior, de derecha a izquierda lees 3′ → 5′. Así, la inferior será el molde de la conductora de esta horquilla.

Paso 2. Asigna la retardada. En la superior, de derecha a izquierda lees 5′ → 3′. Los fragmentos deben crecer hacia la derecha para recorrer el molde en el sentido permitido.

La misma hebra parental puede ser molde de síntesis conductora en una horquilla y de retardada en la otra. En una burbuja de replicación bidireccional hay dos horquillas con avances opuestos; una etiqueta global «esta cadena siempre es la conductora» pierde esa información.

Paso 3. Comprueba el enunciado verbal. «La hebra retardada crece hacia atrás» es ambiguo. Una respuesta mejor dice: sus fragmentos individuales crecen 5′ → 3′ alejándose de la horquilla, mientras la producción sucesiva de fragmentos acompaña el avance global de la horquilla. La flecha del esquema permite expresar ambas escalas sin contradicción.

Ejercicio 3: cuenta cebadores con un modelo finito

Un tramo de 9000 nucleótidos de una hebra retardada se copia en fragmentos que, para este modelo, cubren exactamente 1500 posiciones cada uno, incluyendo las posiciones ocupadas inicialmente por su cebador. No hay fragmentos parciales, pausas ni reinicios adicionales.

Paso 1. Calcula el número de fragmentos. 9000/1500 = 6 fragmentos. Como cada uno empieza con un cebador, se requieren seis cebadores para esa hebra retardada del tramo definido.

Paso 2. Añade la otra cadena bajo una condición nueva. Si la hebra conductora correspondiente comienza también en el inicio de este tramo y necesita un solo cebador, el conjunto requiere 7 cebadores. No sumarías uno si su síntesis ya viniera iniciada desde fuera del tramo y el problema preguntara solo por los nuevos cebadores producidos dentro de él.

Paso 3. Introduce la longitud del cebador. Supón ahora cebadores de 10 nucleótidos en este modelo. En la retardada ocupan inicialmente 6 × 10 = 60 posiciones; el resto de los segmentos recién extendidos suma 9000 − 60 = 8940 nucleótidos de ADN antes de reemplazarlos.

Tras retirar y reemplazar esos cebadores, la hebra madura contiene 9000 nucleótidos de ADN. No queda necesariamente un agujero de 60 posiciones: la maduración incluye rellenar con ADN. Esta cuenta no describe el problema de los extremos de cromosomas lineales, que exigiría otro planteamiento.

Paso 4. Cuenta uniones entre fragmentos. Seis fragmentos ordenados en una cadena lineal presentan 5 uniones internas entre fragmentos. No afirmamos que toda la molécula requiera exactamente cinco actuaciones de ligasa: pueden existir discontinuidades en los límites del tramo u otros procesos. Contamos solo las uniones internas definidas.

Qué permite inferir un fallo enzimático

Si un esquema muestra fragmentos ya extendidos, con los cebadores correctamente sustituidos, pero con discontinuidades sin sellar, el fallo es compatible con una alteración de la ligasa. No lo atribuyas automáticamente a la helicasa: la separación inicial y el sellado final son tareas distintas.

Si no se forman cebadores y el sistema parte sin extremos extensibles adecuados, la polimerasa no puede iniciar por sí sola las nuevas cadenas en ese modelo. La observación no demuestra que la secuencia del ADN haya cambiado: puede ser un bloqueo funcional de una etapa.

Los nombres concretos de polimerasas difieren entre procariotas y eucariotas. En un ejercicio general conviene describir la función y utilizar nombres específicos solo cuando el organismo o el enunciado los sitúen. Lo que permanece en estos esquemas es el alargamiento 5′ → 3′ y la necesidad de un extremo inicial.

Referencia conceptual: fuente académica 1. Los casos y cálculos anteriores son originales.

Puedes situar esta práctica en el tema relacionado. Utiliza la libreta de errores para registrar la hipótesis, unidad o paso que necesites corregir; es un recurso de organización del repaso.

Preguntas frecuentes

¿Los fragmentos de Okazaki se sintetizan de 3′ a 5′?

No. Cada fragmento se sintetiza de 5′ a 3′. La discontinuidad permite copiar el molde antiparalelo mientras la horquilla sigue avanzando.

¿La hebra superior de un dibujo es siempre la conductora?

No. Depende de la orientación de los extremos del molde y del sentido de avance de la horquilla, no de que aparezca arriba o abajo.

¿La ligasa reemplaza los cebadores por ADN?

No es su función de sellado. La retirada y sustitución de cebadores corresponde a otras actividades enzimáticas; la ligasa sella las discontinuidades restantes.

Dibuja la flecha antes de nombrar la hebra

Invierte el sentido de avance de la horquilla y vuelve a etiquetar las cadenas nuevas. Después cuenta únicamente los cebadores que se inician dentro del tramo, dejando explícitos sus límites. Consulta el curso de Biología para tu comunidad, disponible para comprar; su ficha muestra contenidos, precio y condiciones actuales.