La replicación del ADN

La replicación del ADN es la copia que la célula hace de todo su ADN antes de dividirse, para que cada hija reciba un juego completo. En una célula humana son unos dos metros de doble hélice, tres mil millones de pares de letras, copiados en unas ocho horas con menos de un error por cada mil millones. Ninguna copia humana de nada se acerca a esa fidelidad, y sin ella no habría herencia: la información pasaría de padres a hijos deshaciéndose por el camino.

La clave está en la propia forma de la molécula. El ADN es una doble hélice de dos cadenas complementarias: donde una tiene una A la otra tiene una T, y donde una tiene una G la otra tiene una C. Cada cadena contiene, por tanto, toda la información para reconstruir a la otra. Watson y Crick lo vieron en 1953 nada más descubrir la estructura y lo dijeron en una frase famosa por lo modesta: no se les había escapado que el emparejamiento sugería un mecanismo de copia. Basta separar las dos cadenas y construir sobre cada una la pareja que le falta.

Que ocurriera así lo demostraron en 1958 Meselson y Stahl con lo que se ha llamado el experimento más bonito de la biología. Criaron bacterias con nitrógeno pesado hasta que todo su ADN fue pesado, las pasaron a nitrógeno normal y midieron el peso del ADN en cada generación. Tras una división, todo el ADN pesaba exactamente la mitad: cada molécula nueva tenía una cadena vieja y una nueva. La copia era semiconservativa, como habían predicho Watson y Crick, y no de otras dos maneras que se habían propuesto.

La maquinaria es un conjunto de enzimas que trabajan a la vez. Una helicasa abre la hélice como una cremallera, separando las dos cadenas, y otras proteínas sujetan las cadenas abiertas para que no se vuelvan a cerrar. La ADN polimerasa, que Arthur Kornberg aisló en 1956, va leyendo cada cadena vieja y colocando enfrente la letra complementaria, unas mil por segundo en una bacteria y unas cincuenta en una célula humana. Como la polimerasa solo sabe avanzar en un sentido y las dos cadenas van en sentidos opuestos, una se copia de un tirón y la otra a trozos, hacia atrás, en fragmentos que Reiji Okazaki descubrió en 1968 y que otra enzima pega después.

Un cromosoma humano es demasiado largo para copiarlo de punta a punta a esa velocidad, así que la copia empieza a la vez en miles de puntos y avanza en las dos direcciones desde cada uno hasta que las burbujas se encuentran. En los extremos hay un problema: la maquinaria no puede copiar las últimas letras de la cadena que se copia a trozos, y el cromosoma se acorta un poco en cada división. Los extremos, los telómeros, son secuencias repetidas que no contienen genes y sirven de margen; cuando se gastan, la célula deja de dividirse, y eso es parte del envejecimiento. Las células madre y las del cáncer tienen una enzima que los alarga.

La fidelidad viene de dos correcciones. La polimerasa comprueba cada letra que pone y, si no encaja, la quita y vuelve a intentarlo, lo que reduce los errores a uno por cada diez millones. Después otras enzimas repasan la copia y arreglan los que se escaparon, hasta llegar a uno por cada mil millones. Los que aun así quedan son las mutaciones, la materia prima de la evolución y también de muchos cánceres. Copiar la molécula fuera de la célula, en un tubo, es la PCR.

El ADN – El ciclo celular – Las mutaciones – El descubrimiento de la doble hélice – La PCR y la secuenciación del ADN