Una de las adaptaciones más ingeniosas del ADN es que cada filamento de una pieza típica de ADN contiene suficiente información para hacer la otra. Esto permite no solo una corrección robusta de errores, sino que también permite a las células sintetizar dos copias nuevas simplemente dividiendo la copia que ya tiene y usando cada cadena como plantilla para sintetizar su pareja. Este proceso, llamado replicación de ADN, es catalizado por la ADN polimerasa. Para resumir muy brevemente, la ADN polimerasa une un nucleótido que contiene una base complementaria al extremo de una única hebra alargada de ADN. Solo funciona en una dirección (solo puede agregar un nuevo nucleótido al extremo 3 ‘del ADN), y requiere un extremo de un ácido nucleico para funcionar: no puede comenzar a sintetizar ADN, solo puede extenderse preexistente. moléculas.
Para generar algo que la ADN polimerasa pueda extender, las células usan una familia de enzimas llamadas primasas que son capaces de usar la cadena molde para hacer una pequeña cartilla de ARN. La ADN polimerasa se extiende fuera de estos cebadores, que se eliminan. La gran mayoría de las lagunas causadas por la eliminación de los cebadores de replicación generalmente son rellenados por otra molécula de ADN polimerasa a medida que pasa la secuencia de localización faltante. Sin embargo, el cebador que se encuentra al final de la cadena molde nunca puede ser reemplazado, porque otra molécula de ADN polimerasa no pasará esa ubicación. Entonces, si se los deja solos, los extremos de los cromosomas se acortarían sucesivamente en cada evento de replicación, lo que tiene el potencial de la pérdida irreversible de información genética cada vez que una célula se divide. Esto se llama problema de replicación final.
Para evitar este problema, las especies con cromosomas lineales (casi todo, excepto las bacterias) han desarrollado secuencias repetitivas llamadas telómeros. Estos consisten en cientos si no miles de copias de una repetición de seis nucleótidos (CCAGGG en humanos) que no contiene ninguna información esencial, por lo que, cuando se pierden al final del problema de replicación, la célula sigue siendo perfectamente viable.
Los telómeros se extienden mediante una enzima llamada telomerasa, que consiste en proteínas múltiples asociadas con un andamio de ARN. Parte del andamio en realidad sirve como plantilla para la actividad de elongación de la telomerasa, que es de donde proviene la secuencia altamente repetitiva.
La adición de secuencias repetitivas en tándem a los extremos de todos los cromosomas es una solución a un problema (el problema de replicación final), pero en realidad causa otro. Las células tienen un conjunto robusto de respuestas a los extremos de ADN bicatenario libres, porque pueden indicar que una molécula de ADN se ha cortado o roto de alguna otra forma. Una de las estrategias que utilizan las células para reparar las roturas bicatenarias se llama recombinación homóloga; esencialmente, la cromátida hermana ininterrumpida se utiliza como plantilla para unir la rotura. Este proceso depende completamente de la similitud de secuencia que rodea al punto de ruptura, que es esencialmente lo que son los telómeros. Los extremos desnudos de los cromosomas parecen rupturas bicatenarias, ¡y la adición de telómeros les da la misma secuencia! Si no se controla, la presencia de telómeros provocará que los cromosomas se fusionen a través de sus telómeros, lo cual es un desastre completo y hará que las células sean completamente inviables.
Hay una característica más esencial de los telómeros que los protege de ser percibidos como daños para ser reparados: una estructura única de triple cadena. Una porción de cada telómero se mantiene como una región monocatenaria de ADN. La única cadena regresa a la porción bicatenaria de su telómero y la invade, formando una región de triple cadena que oculta el extremo del ADN.
