La replicación del ADN se lleva a cabo mediante un ensamblaje multiproteico altamente coordinado conocido como maquinaria de replicación del ADN o replisoma, que aumenta la eficiencia de la replicación del ADN.

Los componentes principales de la maquinaria son helicasa, proteínas de unión al ADN de una sola cadena, primasa de ADN, abrazaderas deslizantes, un cargador de abrazaderas y múltiples polimerasas de ADN, que están asociadas entre sí cerca de la horquilla de replicación.

Las ADN polimerasas replicativas tienen una procesividad de alrededor de 10 nucleótidos, que es el número de nucleótidos que puede agregar a la hebra hija antes de disociarse de la hebra molde.

Esto es demasiado ineficiente para copiar genomas completos en un período de tiempo razonable y este problema se resuelve con la ayuda de proteínas de sujeción deslizante.

Cuando el ATP se asocia con la proteína del cargador de pinzas, se unirán y abrirán la pinza deslizante para que su estructura en forma de anillo pueda rodear el complejo de ADN cebador-plantilla. Una vez unido, el cargador de pinzas hidroliza el ATP a ADP, lo que hace que el cargador de pinzas se disocie y la pinza se cierre alrededor del ADN.

Luego, la ADN polimerasa se une a las proteínas de sujeción y juntas se deslizan a lo largo del ADN molde, atando la ADN polimerasa a la hebra y aumentando su procesividad hasta 1000 nucleótidos.

Este aumento de la procesividad permite a la ADN polimerasa llevar a cabo una replicación continua del ADN en la hebra principal.

Sin embargo, en la plantilla de hebra rezagada, otra ADN polimerasa realiza una replicación discontinua del ADN de una manera que permite que las moléculas de ADN polimerasa sinteticen las hebras principal y rezagada simultáneamente. Este proceso a veces se describe como el "modelo de trombón".

La hebra rezagada y su hebra molde forman un bucle cuando la ADN polimerasa inicia la síntesis de fragmentos de Okazaki a partir de un cebador de ARN.

El bucle de ADN crece desde ambas direcciones a medida que la helicasa desenrolla el ADN y se sintetiza la hebra rezagada.

Cuando la ADN polimerasa se encuentra con el siguiente cebador de ARN, se separa de la hebra molde y, mientras tanto, la primase añade otro cebador a la hebra rezagada y se libera el bucle de ADN en crecimiento.

Las proteínas clamp y clamp loader permiten que la ADN polimerasa se reasocie rápidamente con la plantilla de ADN cebada.

La formación y el colapso de la subsecuencia del bucle de ADN se repiten con la síntesis de cada nuevo fragmento de Okazaki.

La replicación del ADN se lleva a cabo por un gran complejo de proteínas que actúan de forma coordinada para lograr una replicación del ADN de alta fidelidad. En conjunto, este complejo se conoce como la maquinaria de replicación del ADN o el replisoma.

La síntesis de los hilos principales y rezagados es un proceso altamente coordinado. Para explicar esto, el "modelo del trombón" fue propuesto por Bruce Alberts en 1980. La formación de bucles de ADN comienza cuando se sintetiza un cebador en la hebra rezagada principal. El bucle crece con la síntesis de un fragmento de Okazaki y finalmente se disuelve cuando finaliza la síntesis del fragmento. A continuación, la ADN polimerasa se une a otro cebador y se repite todo el ciclo, desde la formación del bucle hasta el colapso. El replisoma permite que todas las actividades se coordinen como un complejo de maquinaria de replicación.

Componentes replisome

Las helicasas se desenrollan y separan el ADN bicatenario. Estas enzimas están presentes como un solo anillo hexámero en los procariotas y como un anillo doble hexámero en los eucariotas. Las helicasas eucariotas dependen de proteínas adicionales, Cdc45 y GINS, para funcionar. Las proteínas de unión al ADN monocatenario (SSB) evitan que las hebras de ADN se recozcan. En los procariotas, las SSB constan de una sola subunidad, mientras que en los eucariotas, son una proteína heterotrimérica conocida como proteína de replicación A (RPA).

La primasa añade un cebador de ARN al lugar donde se originará la síntesis de ADN. En los procariotas, la primasa está presente como una enzima de una sola subunidad llamada DnaG, que sintetiza un cebador de ARN de alrededor de 12 nucleótidos. En los eucariotas, una enzima de múltiples subunidades, la ADN polimerasa-α primasa, sintetiza un cebador híbrido ARN-ADN de alrededor de 25 nucleótidos. Además de la polimerasa-α, la polimerasa replicativa extenderá el ADN recién sintetizado. Mientras que un solo tipo de polimerasa replicativa, la ADN polimerasa III, está presente en los procariotas, dos tipos diferentes de polimerasas replicativas, Pol ε y Pol δ, están presentes en los eucariotas, para la síntesis de hebras principales y rezagadas, respectivamente.

Las proteínas Clamp deslizantes mantienen las polimerasas unidas a la plantilla de ADN. β-clamp, una proteína homodimérica, actúa como pinza en los procariotas. En los eucariotas, la misma tarea se realiza mediante la proliferación del antígeno nuclear celular (PCNA), una proteína homotrimérica. El poro central de la abrazadera deslizante está cargado positivamente, lo que le permite tener interacciones electrostáticas con la columna vertebral de fosfato cargada negativamente del ADN. La abrazadera se une al ADN mediante un cargador de abrazaderas. Estas proteínas pentámeras pertenecen a la clase AAA+ de ATPasas. El cargador de pinzas eucariotas se conoce como factor de replicación C, mientras que el cargador de pinzas procariotas por E. coli se conoce como el complejo γ; Sin embargo, se cree que las proteínas clamp y los cargadores clamp son homólogos evolutivos a diferencia de muchos otros componentes del replisoma.

PLAYLIST