Biología 1 · Genética Molecular

SECUENCIACIÓN
REPLICACIÓN
PCR

ADN recombinante · Control genético de la replicación · Pruebas de PCR · Secuenciación del ADN
2.3 Control genético de la replicación
2.4 Replicación in vitro del ADN (PCR)
2.5 Secuenciación del ADN
Procariotas vs. Eucariotas · Métodos Sanger y Automático
2.3

Control Genético de la Replicación: Generalidades

Esquema general común a procariotas y eucariotas

La replicación es semiconservativa, bidireccional y las horquillas de replicación tienen cadenas conductoras y retardadas en ambos tipos celulares.

Las diferencias fundamentales se relacionan con tres aspectos:

🧬 ADN polimerasas

Número de tipos de ADN polimerasas diferentes que intervienen en cada proceso.

Orígenes y términos

Número de orígenes y términos de replicación presentes en cada molécula de ADN.

Cromosomas

Naturaleza de los cromosomas: circulares en procariotas, lineales en eucariotas.

Orígenes de replicación

Segmentos del ADN con secuencias específicas donde se inicia la replicación.

Términos de replicación

Secuencias que indican dónde debe terminar la replicación.

Fuente: Video — Replicación en procariotas y eucariotas

2.3

Replicación en Procariotas

Un único origen de replicación

La mayoría de los genomas procariotas tiene un solo origen de replicación → un solo replicón.

Dos términos de replicación

Uno para cada cadena, situados en el polo opuesto al origen, un poco más allá de donde se cruzan las horquillas que avanzan en sentidos opuestos.

Tres tipos de ADN polimerasas

ADN Pol I ADN Pol II ADN Pol III

Cromosoma circular

El cromosoma procariota es una molécula de ADN circular. Al finalizar la replicación, los grupos 3'OH quedan frente al ARN del cebador.

Resolución del extremo circular

Cuando el ARN del cebador es eliminado, el hueco puede rellenarse por ADN que la ADN polimerasa forma a partir del extremo 3'OH disponible. No se pierde información genética.

Fuente: Video — Replicación en procariotas y eucariotas

2.3

Replicación en Eucariotas

Múltiples orígenes de replicación

Genomas mucho más grandes; velocidad de replicación 10× menor que en procariotas (por el empaquetamiento en cromatina). Poseen numerosos orígenes en cada cromosoma, separados entre 30,000 y 300,000 pb.

Datos del genoma humano

~30,000 orígenes de replicación. Cada cromosoma contiene numerosos replicones.

Cinco tipos de ADN polimerasas

alfa beta gamma delta épsilon

Términos sin posición fija

Salvo los extremos, los términos para cada replicón no tienen ubicación fija. La replicación termina donde las horquillas contiguas que avanzan en sentidos opuestos se encuentran.

Cromosomas lineales — problema del extremo

Al eliminar el cebador, no puede sustituirse por ADN porque no hay extremo 3'OH libre. El segmento monocatenario restante se degrada. Los cromosomas se acortarían progresivamente.

Fuente: Video — Replicación en procariotas y eucariotas

2.3

Solución al Problema del Extremo: Telómeros

El problema del acortamiento

Al eliminar el cebador en extremos de cromosomas lineales, el segmento monocatenario se degrada. Esto implicaría que los cromosomas se irían acortando progresivamente, perdiéndose genes de los extremos.

La solución: secuencias teloméricas

Los extremos de los cromosomas eucariotas contienen secuencias cortas no codificantes que se repiten cientos de veces, funcionando como buffer protector frente al acortamiento.

Nombre

Se denominan telómeros.

Secuencia en vertebrados

En todos los vertebrados, la secuencia repetida es: TTAGGG

Función

Protegen los genes codificantes: son las primeras secuencias que se pierden en cada ronda de replicación.

Fuente: Video — Replicación en procariotas y eucariotas

2.3

Comparativa: Procariotas vs. Eucariotas

CaracterísticaProcariotasEucariotas
Orígenes de replicación1 solo — 1 replicónMúltiples (30–300 kb); humano: ~30,000
Términos de replicación2 fijos (polo opuesto al origen)Sin posición fija; donde se encuentran horquillas opuestas
Tipos de ADN polimerasa3: Pol I, II, III5: alfa, beta, gamma, delta, épsilon
Velocidad de replicaciónMayor~10× más lenta (cromatina)
Naturaleza del cromosomaCircularLineal
Problema del extremoNo existe (circular)Sí — resuelto con telómeros (TTAGGG × n)
Empaquetamiento ADNSin cromatinaADN en cromatina

Fuente: Video — Replicación en procariotas y eucariotas

2.4

Replicación In Vitro del ADN — Pruebas de PCR

¿Qué es la PCR?

La PCR (Reacción en Cadena de la Polimerasa) es una forma confiable y precisa de diagnosticar ciertas enfermedades infecciosas, algunos tipos de cáncer y ciertos cambios genéticos. Busca pequeñas cantidades de material genético de un patógeno o células anormales en muestras de sangre, saliva, mucosidad o tejido.

Material genético buscado

ADN

Contiene la información genética necesaria para el desarrollo de los seres vivos. Se copia de una generación a la siguiente. La mayoría de los virus y patógenos contienen ADN.

ARN

Contiene información copiada del ADN. Muchos tipos ayudan a producir proteínas. Algunos virus utilizan ARN para transportar su información genética.

Ventaja principal: amplificación

Detección en fases tempranas

A diferencia de otras pruebas, la PCR detecta señales en las fases más tempranas de la infección, incluso cuando hay cantidades mínimas de patógeno, antes de que el cuerpo genere anticuerpos.

El proceso de amplificación

Una pequeña cantidad de material genético se copia múltiples veces, haciendo que los patógenos sean mucho más fáciles de detectar.

Fuente: MedlinePlus / NIH — Pruebas de PCR

2.4

Usos y Tipos de Pruebas de PCR

Enfermedades infecciosas

Diagnosticar enfermedades como COVID-19, VIH, hepatitis, entre otras, incluso en fases muy tempranas.

Cambios genéticos

Identificar cambios genéticos que pueden causar o predisponer a enfermedades hereditarias.

Cáncer

Encontrar cantidades pequeñas de células cancerosas que podrían pasar desapercibidas en otras pruebas.

Ventaja sobre pruebas de anticuerpos

Los anticuerpos son proteínas del sistema inmunitario producidas para atacar sustancias extrañas. Otras pruebas pueden no detectar los primeros signos de enfermedad porque el organismo aún no ha tenido tiempo de desarrollar esta respuesta. La PCR no depende de ella.

Nombres y tipos alternativos

RT-PCR

PCR de transcripción inversa

qPCR

PCR cuantitativa

Tiempo real

Monitorea la amplificación en tiempo real

RCP

Siglas en español de la reacción

Fuente: MedlinePlus / NIH — Pruebas de PCR

2.5

Secuenciación del ADN — Métodos Generales

¿Qué es la secuenciación del ADN?

Proceso para determinar la secuencia exacta de nucleótidos. Se emplean dos métodos: el enzimático de terminación de cadena (Sanger) y el de secuenciación automática. Ambos comparten los mismos tres pasos generales.

Síntesis de nuevos fragmentos de ADN

Síntesis de fragmentos complementarios usando nucleótidos marcados (radioactivos o fluorescentes).

Separación por electroforesis

Separación de los fragmentos según su tamaño mediante electroforesis en gel.

Identificación de nucleótidos y lectura de la secuencia

Identificar cada nucleótido por su marcador para determinar la secuencia completa del ADN.

Método de Terminación de Cadena (MTC)

Método de Sanger o Desoxi. Marcadores radioactivos o fluorescentes. Lectura en autoradiografía o forma automatizada.

Secuenciación Automática

Colores fluorescentes. Computadora lee mediante rayo láser. Mayor eficiencia, menor tiempo, almacenamiento digital.

Fuente: Portal Académico CCH-UNAM — Secuenciación

2.5

Método de Sanger — Requerimientos

Base del método

Desnaturalización del ADN dúplex y elongación de las cadenas por ADN polimerasa. Requiere una molécula de ADN de no más de 500 pb, más ADN polimerasa, cebadores apropiados y cuatro dNTP.

dNTPs — sustratos naturales

A
dATP
Adenina
G
dGTP
Guanina
C
dCTP
Citosina
T
dTTP
Timina

Solo uno se marca radioactivamente. Contienen el azúcar 2-desoxirribosa.

ddNTPs — terminadores de cadena

A
ddATP
amarillo
G
ddGTP
azul
C
ddCTP
verde
T
ddTTP
rojo

Carecen de OH en la desoxirribosa — síntesis se detiene siempre en el mismo nucleótido.

Fuente: Portal Académico CCH-UNAM — Secuenciación

2.5

Sanger — Síntesis de Fragmentos y Electroforesis

Síntesis de fragmentos

Un tubo por nucleótido

Cada dNTP se agrega a un tubo diferente con todos los requerimientos. En cada tubo se produce una mezcla de cadenas de diferente longitud que terminan todas en el mismo nucleótido marcado. Todos contienen el cebador en el extremo 5'.

¿Por qué se detiene la síntesis?

Los ddNTP carecen de dos grupos hidroxilos (3,2-desoxirribosa). El nucleótido siguiente no puede realizar el enlace, por lo que la síntesis se detiene cada vez que el ddNTP específico se une al extremo creciente.

Electroforesis en gel de acrilamida

Separación por tamaño y carga

Gel vertical de acrilamida 0.5 mm × 50 cm. Los 4 tubos se vacían en 4 carriles diferentes. Las bandas indican la posición y tipo del nucleótido correspondiente.

Lectura de la autoradiografía

Las bandas indican posición y tipo de nucleótido. Lectura en dirección 5'→3': de menor a mayor tamaño (de abajo hacia arriba del gel). También puede hacerse de forma automatizada.

Fuente: Portal Académico CCH-UNAM — Secuenciación

2.5

Secuenciación Automática — Diferencias y Ventajas

Misma base que Sanger, tres diferencias clave

Marcador fluorescente (no radioactivo)

Se utilizan colores fluorescentes unidos a los nucleótidos. Más seguro y permite lectura automatizada por láser.

Un solo carril (no cuatro)

La detección de todos los nucleótidos se realiza simultáneamente en un solo carril, en lugar de cuatro carriles separados.

Computadora para análisis de la secuencia

Se emplea una computadora programada para analizar la secuencia mediante rayo láser. Los resultados se almacenan de forma digital.

Menor tiempo

La secuenciación se realiza en menor tiempo que el método manual.

Mayor eficiencia

Análisis simultáneo con mayor precisión y reproducibilidad.

Datos digitales

Resultados almacenables digitalmente para análisis bioinformático.

Fuente: Portal Académico CCH-UNAM — Secuenciación

2.5

Comparativa: Sanger vs. Secuenciación Automática

AspectoSanger / MTC (manual)Secuenciación Automática
MarcadorRadioactivo (o fluorescente)Fluorescente
Número de carriles4 carriles (uno por nucleótido)1 solo carril (todos simultáneos)
DetecciónAutoradiografía / película fotográficaRayo láser + software
LecturaManual (de abajo hacia arriba, 5'→3')Automatizada por computadora
AlmacenamientoFísica (placa de autoradiografía)Digital
Costo de implementaciónMenorMayor (pero decrece con el avance tecnológico)
Eficiencia / velocidadMenorMayor

Fuente: Portal Académico CCH-UNAM — Secuenciación

Resumen

Conclusiones y Puntos Clave

1

La replicación del ADN es semiconservativa y bidireccional en ambos tipos de células, pero procariotas y eucariotas difieren en número de orígenes, tipos de ADN polimerasa y naturaleza del cromosoma.

2

Los eucariotas poseen múltiples orígenes de replicación (~30,000 en humanos) y 5 tipos de ADN polimerasas (alfa, beta, gamma, delta, épsilon); los procariotas tienen 1 origen y 3 polimerasas (I, II, III).

3

El problema del extremo en cromosomas lineales eucariotas se resuelve con los telómeros — secuencias repetidas no codificantes (TTAGGG en vertebrados).

4

La PCR amplifica secuencias específicas de ADN o ARN, permitiendo diagnóstico temprano de enfermedades infecciosas, cambios genéticos y cáncer, incluso antes del desarrollo de anticuerpos.

5

La secuenciación del ADN (Sanger y automática) determina la secuencia de nucleótidos mediante síntesis con ddNTPs terminadores, electroforesis y lectura por autoradiografía o láser fluorescente.

Fuentes: Portal Académico CCH-UNAM · Video replicación procariotas/eucariotas · MedlinePlus/NIH

Bibliografía

Referencias — Formato IEEE

[1]

Escuela Nacional Colegio de Ciencias y Humanidades, UNAM, "Secuenciación," Portal Académico del CCH, 2017. [En línea]. Disponible en: https://e1.portalacademico.cch.unam.mx/alumno/biologia1/unidad3/ingenieriagenetica/ADNrecombinante/secuenciacion. [Accedido: 2026].

[2]

"Diferencias entre la replicación del ADN en procariotas y eucariotas," YouTube. [En línea]. Disponible en: https://www.youtube.com/watch?v=clNoifLdo7I. [Accedido: 2026].

[3]

MedlinePlus, "Pruebas de PCR," Biblioteca Nacional de Medicina de EE. UU., 2024. [En línea]. Disponible en: https://medlineplus.gov/spanish/pruebas-de-laboratorio/pruebas-de-pcr/. [Accedido: 2026].

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