---
title: "Replicación del ADN y mitosis"
book: "Biología universitaria — primer año"
subject: biology
language: es
chapter: 18
exercises: 12
source: https://one-course.com/books/biology/3/es/chapter/18-replicacion-del-adn-y-mitosis
---

# Capítulo 18 — Replicación del ADN y mitosis

Cada ocho horas aproximadamente, una [célula](https://one-course.com/books/biology/3/es/chapter/5-la-celula-unidad-de-vida#def-b1-cell-unit-of-life-cell) del revestimiento intestinal copia seis mil millones de [pares de bases](https://one-course.com/books/biology/3/es/chapter/11-nucleotidos-y-acidos-nucleicos#thm-b1-nucleic-acids-helix) con alrededor de un error por cada mil millones, y reparte después las dos copias entre dos hijas de modo que cada una reciba exactamente cuarenta y seis [cromosomas](https://one-course.com/books/biology/3/es/chapter/17-genomas-de-celulas-y-de-virus#def-b1-genomes-genome): ni cuarenta y cinco, ni cuarenta y siete. La copia la hace una máquina que lee una hebra y construye su complementaria a cincuenta letras por segundo desde decenas de miles de puntos de partida a la vez; el reparto lo hace un [huso](#def-b1-replication-mitosis-mitosis) de [microtúbulos](https://one-course.com/books/biology/3/es/chapter/6-organizacion-funcional-de-la-celula-eucariota#def-b1-eukaryotic-cell-cytoskeleton) que separa las dos copias de cada [cromosoma](https://one-course.com/books/biology/3/es/chapter/17-genomas-de-celulas-y-de-virus#def-b1-genomes-genome) con una precisión de un error por cada cien mil divisiones. Este capítulo describe la [horquilla de replicación](#def-b1-replication-mitosis-fork) y sus [enzimas](https://one-course.com/books/biology/3/es/chapter/13-enzimas-y-catalisis-bioquimica#def-b1-enzymes-enzyme), el problema de los extremos, el [ciclo celular](#def-b1-replication-mitosis-cycle) que marca los tiempos de la replicación y la división, y la [mitosis](#def-b1-replication-mitosis-mitosis), que es la división misma.

## 18.1 Replicación semiconservativa

**Proposición 18.1 (Cada hebra es un molde).**

El [ADN](https://one-course.com/books/biology/3/es/chapter/11-nucleotidos-y-acidos-nucleicos#def-b1-nucleic-acids-chain) se replica de forma *semiconservativa*: las dos hebras de la hélice se separan y cada una sirve de molde sobre el que se construye una hebra complementaria nueva, de modo que toda molécula hija es una hebra vieja apareada con una nueva.

**Evidencia.** Meselson y Stahl (1958; recordado del volumen de bachillerato) cultivaron *E. coli* con nitrógeno pesado, la transfirieron a nitrógeno ligero y separaron el [ADN](https://one-course.com/books/biology/3/es/chapter/11-nucleotidos-y-acidos-nucleicos#def-b1-nucleic-acids-chain) por densidad: tras una generación todo el [ADN](https://one-course.com/books/biology/3/es/chapter/11-nucleotidos-y-acidos-nucleicos#def-b1-nucleic-acids-chain) era de densidad intermedia y, tras dos, la mitad intermedia y la mitad ligera: exactamente lo que predice una hebra vieja y otra nueva por molécula, y ningún otro esquema. Cairns (1963) marcó con tritio [cromosomas](https://one-course.com/books/biology/3/es/chapter/17-genomas-de-celulas-y-de-virus#def-b1-genomes-genome) bacterianos en replicación y los fotografió por autorradiografía: círculos con una “burbuja” de replicación cuyas dos horquillas se alejaban en sentidos opuestos desde un único origen. Kornberg (1956) purificó una [enzima](https://one-course.com/books/biology/3/es/chapter/13-enzimas-y-catalisis-bioquimica#def-b1-enzymes-enzyme) que sintetizaba [ADN](https://one-course.com/books/biology/3/es/chapter/11-nucleotidos-y-acidos-nucleicos#def-b1-nucleic-acids-chain) en el tubo de ensayo a partir de los cuatro nucleósidos trifosfato y un molde, siguiendo la secuencia del molde. ∎

**Definición 18.2 (La horquilla de replicación y sus enzimas).**

La replicación empieza en un *origen* — uno en el [cromosoma](https://one-course.com/books/biology/3/es/chapter/17-genomas-de-celulas-y-de-virus#def-b1-genomes-genome) bacteriano, decenas de miles en un [genoma](https://one-course.com/books/biology/3/es/chapter/17-genomas-de-celulas-y-de-virus#def-b1-genomes-genome) eucariota —, donde la hélice se abre y dos *horquillas de replicación* se alejan en sentidos opuestos. En cada horquilla: una *helicasa* desenrolla la hélice (un [ATP](https://one-course.com/books/biology/3/es/chapter/8-el-agua-y-las-biomoleculas-pequenas#def-b1-water-small-molecules-atp) por [par de bases](https://one-course.com/books/biology/3/es/chapter/11-nucleotidos-y-acidos-nucleicos#thm-b1-nucleic-acids-helix)), unas *[proteínas](https://one-course.com/books/biology/3/es/chapter/12-aminoacidos-y-proteinas#def-b1-proteins-peptide) de unión a hebra sencilla* mantienen separadas las hebras y una *topoisomerasa* situada por delante de la horquilla libera la torsión que el desenrollamiento acumula. La *[ADN](https://one-course.com/books/biology/3/es/chapter/11-nucleotidos-y-acidos-nucleicos#def-b1-nucleic-acids-chain) polimerasa* añade [nucleótidos](https://one-course.com/books/biology/3/es/chapter/11-nucleotidos-y-acidos-nucleicos#def-b1-nucleic-acids-nucleotide) solo al hidroxilo $3'$ de una cadena ya existente, de modo que toda hebra nueva crece de $5' \to 3'$ y ninguna puede empezar de la nada: una *primasa* coloca primero un *cebador* corto de [ARN](https://one-course.com/books/biology/3/es/chapter/11-nucleotidos-y-acidos-nucleicos#def-b1-nucleic-acids-chain) que la polimerasa alarga. Sobre el molde que se lee de $3' \to 5'$, la hebra nueva crece de forma continua hacia la horquilla: es la *hebra conductora*. Sobre el otro molde, la hebra nueva debe crecer alejándose de la horquilla, en trozos de $1000\text{ to }2000\,$ [nucleótidos](https://one-course.com/books/biology/3/es/chapter/11-nucleotidos-y-acidos-nucleicos#def-b1-nucleic-acids-nucleotide) en las bacterias y de $100\text{ to }200\,$ en los eucariotas, los *fragmentos de Okazaki*, cada uno con su propio cebador: es la *hebra retardada*. Una segunda polimerasa sustituye los cebadores por [ADN](https://one-course.com/books/biology/3/es/chapter/11-nucleotidos-y-acidos-nucleicos#def-b1-nucleic-acids-chain) y una *ligasa* sella los fragmentos en una sola hebra.

![Una horquilla de replicación. La helicasa abre el dúplex parental; la hebra conductora se copia de forma continua hacia la horquilla y la retardada hacia atrás, en fragmentos de Okazaki, porque las polimerasas solo construyen en el sentido 5' 3'.](https://one-course.com/images/onecourse/chapters/biology-3/b1-replication-mitosis/fig-f712891ed5a0.svg)

*Una [horquilla de replicación](#def-b1-replication-mitosis-fork). La helicasa abre el dúplex parental; la hebra conductora se copia de forma continua hacia la horquilla y la retardada hacia atrás, en [fragmentos de Okazaki](#def-b1-replication-mitosis-fork), porque las polimerasas solo construyen en el sentido $5' \to 3'$.*

**Proposición 18.3 (Fidelidad).**

El apareamiento de bases por sí solo daría alrededor de un error por cada $10^5$; la polimerasa *corrige* — una actividad exonucleasa $3' \to 5'$ retira un [nucleótido](https://one-course.com/books/biology/3/es/chapter/11-nucleotidos-y-acidos-nucleicos#def-b1-nucleic-acids-nucleotide) mal apareado antes de añadir el siguiente — y lleva el error a uno por cada $10^7$; y después de que pase la horquilla, un sistema de *reparación de desapareamientos* encuentra los desapareamientos restantes, identifica la hebra nueva y la corrige: un error por cada $10^9$ o $10^{10}$ [pares de bases](https://one-course.com/books/biology/3/es/chapter/11-nucleotidos-y-acidos-nucleicos#thm-b1-nucleic-acids-helix) replicados. Una [célula](https://one-course.com/books/biology/3/es/chapter/5-la-celula-unidad-de-vida#def-b1-cell-unit-of-life-cell) humana que copia $6.4 \times 10^{9}$ pares comete un puñado de mutaciones cada vez que se divide; una bacteria, una cada mil divisiones.

**Ejemplo 18.4 (Velocidad y puntos de partida).**

Una horquilla bacteriana avanza a $1000\,$ [pares de bases](https://one-course.com/books/biology/3/es/chapter/11-nucleotidos-y-acidos-nucleicos#thm-b1-nucleic-acids-helix) por segundo: dos horquillas copian los $4.6\,\mathrm{Mb}$ de *E. coli* en $40\,\mathrm{min}$ y, en un medio rico donde la [célula](https://one-course.com/books/biology/3/es/chapter/5-la-celula-unidad-de-vida#def-b1-cell-unit-of-life-cell) se divide cada veinte, una ronda nueva empieza antes de que termine la anterior. Una horquilla eucariota, frenada por la cromatina, avanza a $50\,$ por segundo: copiar un [cromosoma](https://one-course.com/books/biology/3/es/chapter/17-genomas-de-celulas-y-de-virus#def-b1-genomes-genome) humano de $250\,\mathrm{Mb}$ desde un solo origen llevaría un mes, así que el [genoma](https://one-course.com/books/biology/3/es/chapter/17-genomas-de-celulas-y-de-virus#def-b1-genomes-genome) se copia desde unos $40\,000$ orígenes en ocho horas, en un orden fijo para cada tipo celular.

## 18.2 Los extremos

**Proposición 18.5 (El problema de la replicación de los extremos y la telomerasa).**

En un [cromosoma](https://one-course.com/books/biology/3/es/chapter/17-genomas-de-celulas-y-de-virus#def-b1-genomes-genome) lineal, la hebra retardada no puede completarse hasta el extremo mismo: al retirarse el último cebador no hay ningún hidroxilo $3'$ aguas arriba desde el que rellenar el hueco, y cada replicación acortaría el [cromosoma](https://one-course.com/books/biology/3/es/chapter/17-genomas-de-celulas-y-de-virus#def-b1-genomes-genome) en $50\text{ to }100\,$ [nucleótidos](https://one-course.com/books/biology/3/es/chapter/11-nucleotidos-y-acidos-nucleicos#def-b1-nucleic-acids-nucleotide). Los eucariotas terminan sus [cromosomas](https://one-course.com/books/biology/3/es/chapter/17-genomas-de-celulas-y-de-virus#def-b1-genomes-genome) con *[telómeros](https://one-course.com/books/biology/3/es/chapter/17-genomas-de-celulas-y-de-virus#def-b1-genomes-karyotype)*, miles de copias de una repetición corta (TTAGGG en los vertebrados) que no llevan [genes](https://one-course.com/books/biology/3/es/chapter/17-genomas-de-celulas-y-de-virus#def-b1-genomes-gene), y las [células](https://one-course.com/books/biology/3/es/chapter/5-la-celula-unidad-de-vida#def-b1-cell-unit-of-life-cell) germinales y las [células](https://one-course.com/books/biology/3/es/chapter/5-la-celula-unidad-de-vida#def-b1-cell-unit-of-life-cell) madre poseen *telomerasa*, una [enzima](https://one-course.com/books/biology/3/es/chapter/13-enzimas-y-catalisis-bioquimica#def-b1-enzymes-enzyme) con su propio molde de [ARN](https://one-course.com/books/biology/3/es/chapter/11-nucleotidos-y-acidos-nucleicos#def-b1-nucleic-acids-chain) que añade repeticiones al extremo $3'$ y repone lo que la replicación pierde. Casi todas las [células](https://one-course.com/books/biology/3/es/chapter/5-la-celula-unidad-de-vida#def-b1-cell-unit-of-life-cell) somáticas carecen de ella: sus [telómeros](https://one-course.com/books/biology/3/es/chapter/17-genomas-de-celulas-y-de-virus#def-b1-genomes-karyotype) se acortan en cada división y, tras unas cincuenta divisiones en cultivo, dejan de dividirse. Las bacterias, con [cromosomas](https://one-course.com/books/biology/3/es/chapter/17-genomas-de-celulas-y-de-virus#def-b1-genomes-genome) circulares, no tienen extremos.

![El problema de la replicación de los extremos (arriba) y su solución (abajo). La hebra retardada queda corta en el extremo del cromosoma; la telomerasa añade repeticiones al extremo 3' del molde para que la pérdida recaiga en secuencia que no lleva genes.](https://one-course.com/images/onecourse/chapters/biology-3/b1-replication-mitosis/fig-f1ead68dc8c3.svg)

*El problema de la replicación de los extremos (arriba) y su solución (abajo). La hebra retardada queda corta en el extremo del [cromosoma](https://one-course.com/books/biology/3/es/chapter/17-genomas-de-celulas-y-de-virus#def-b1-genomes-genome); la telomerasa añade repeticiones al extremo $3'$ del molde para que la pérdida recaiga en secuencia que no lleva [genes](https://one-course.com/books/biology/3/es/chapter/17-genomas-de-celulas-y-de-virus#def-b1-genomes-gene).*

## 18.3 El ciclo celular

**Definición 18.6 (El ciclo celular).**

El *ciclo celular* de una [célula eucariota](https://one-course.com/books/biology/3/es/chapter/5-la-celula-unidad-de-vida#def-b1-cell-unit-of-life-prokeuk) tiene cuatro fases. *G$_1$* (intervalo 1): la [célula](https://one-course.com/books/biology/3/es/chapter/5-la-celula-unidad-de-vida#def-b1-cell-unit-of-life-cell) crece y fabrica las [enzimas](https://one-course.com/books/biology/3/es/chapter/13-enzimas-y-catalisis-bioquimica#def-b1-enzymes-enzyme) de la replicación; *S* (síntesis): replica su [ADN](https://one-course.com/books/biology/3/es/chapter/11-nucleotidos-y-acidos-nucleicos#def-b1-nucleic-acids-chain), de modo que cada [cromosoma](https://one-course.com/books/biology/3/es/chapter/17-genomas-de-celulas-y-de-virus#def-b1-genomes-genome) pasa a ser dos *[cromátidas](#def-b1-replication-mitosis-mitosis) hermanas* idénticas unidas por el [centrómero](https://one-course.com/books/biology/3/es/chapter/17-genomas-de-celulas-y-de-virus#def-b1-genomes-karyotype); *G$_2$*: sigue creciendo y comprueba las copias; *M*: la *[mitosis](#def-b1-replication-mitosis-mitosis)*, la división del núcleo, seguida de la *citocinesis*, la división del [citoplasma](https://one-course.com/books/biology/3/es/chapter/5-la-celula-unidad-de-vida#def-b1-cell-unit-of-life-cell). G$_1$, S y G$_2$ juntas son la *interfase*, en la que los [cromosomas](https://one-course.com/books/biology/3/es/chapter/17-genomas-de-celulas-y-de-virus#def-b1-genomes-genome) están extendidos y activos; una [célula](https://one-course.com/books/biology/3/es/chapter/5-la-celula-unidad-de-vida#def-b1-cell-unit-of-life-cell) que deja de dividirse abandona el ciclo desde G$_1$ hacia un estado de reposo, G$_0$. Una [célula](https://one-course.com/books/biology/3/es/chapter/5-la-celula-unidad-de-vida#def-b1-cell-unit-of-life-cell) humana en división tarda alrededor de $24\,\mathrm{h}$: G$_1$ $10\,\mathrm{h}$, S $8\,\mathrm{h}$, G$_2$ $4\,\mathrm{h}$, M $1\,\mathrm{h}$; una levadura, $90\,\mathrm{min}$; y un embrión temprano de rana, treinta minutos sin intervalo alguno.

![El contenido de ADN de un núcleo a lo largo de un ciclo celular de 24\, h. Se duplica durante la fase S, de q (2n cromosomas de una cromátida) a 2q (2n cromosomas de dos cromátidas), y vuelve a q en cada hija al final de la mitosis; el número de cromosomas no cambia nunca.](https://one-course.com/images/onecourse/chapters/biology-3/b1-replication-mitosis/fig-861933c27b0a.svg)

*El contenido de [ADN](https://one-course.com/books/biology/3/es/chapter/11-nucleotidos-y-acidos-nucleicos#def-b1-nucleic-acids-chain) de un núcleo a lo largo de un [ciclo celular](#def-b1-replication-mitosis-cycle) de $24\,\mathrm{h}$. Se duplica durante la fase S, de $q$ (2n [cromosomas](https://one-course.com/books/biology/3/es/chapter/17-genomas-de-celulas-y-de-virus#def-b1-genomes-genome) de una [cromátida](#def-b1-replication-mitosis-mitosis)) a $2q$ (2n [cromosomas](https://one-course.com/books/biology/3/es/chapter/17-genomas-de-celulas-y-de-virus#def-b1-genomes-genome) de dos [cromátidas](#def-b1-replication-mitosis-mitosis)), y vuelve a $q$ en cada hija al final de la [mitosis](#def-b1-replication-mitosis-mitosis); el número de [cromosomas](https://one-course.com/books/biology/3/es/chapter/17-genomas-de-celulas-y-de-virus#def-b1-genomes-genome) no cambia nunca.*

**Proposición 18.7 (Puntos de control).**

El ciclo lo impulsa hacia delante una familia de [proteínas](https://one-course.com/books/biology/3/es/chapter/12-aminoacidos-y-proteinas#def-b1-proteins-peptide) quinasas, activadas por turnos por unas [proteínas](https://one-course.com/books/biology/3/es/chapter/12-aminoacidos-y-proteinas#def-b1-proteins-peptide) llamadas *ciclinas* cuyos niveles suben y bajan a lo largo del ciclo, y se detiene en *[puntos de control](#prop-b1-replication-mitosis-checkpoints)* hasta que se cumplen ciertas condiciones: al final de G$_1$, la [célula](https://one-course.com/books/biology/3/es/chapter/5-la-celula-unidad-de-vida#def-b1-cell-unit-of-life-cell) se compromete a replicar solo si es lo bastante grande, está alimentada, ha recibido la señal de dividirse y su [ADN](https://one-course.com/books/biology/3/es/chapter/11-nucleotidos-y-acidos-nucleicos#def-b1-nucleic-acids-chain) está intacto; al final de G$_2$, entra en [mitosis](#def-b1-replication-mitosis-mitosis) solo cuando la replicación se ha completado; y en la [mitosis](#def-b1-replication-mitosis-mitosis), las [cromátidas](#def-b1-replication-mitosis-mitosis) se separan solo cuando cada [cromosoma](https://one-course.com/books/biology/3/es/chapter/17-genomas-de-celulas-y-de-virus#def-b1-genomes-genome) está unido al [huso](#def-b1-replication-mitosis-mitosis) por los dos lados. Un daño detiene el ciclo y, si no puede repararse, desencadena la muerte de la [célula](https://one-course.com/books/biology/3/es/chapter/5-la-celula-unidad-de-vida#def-b1-cell-unit-of-life-cell). La maquinaria molecular de este control corresponde al volumen del tercer año; su fallo es el cáncer.

## 18.4 La mitosis

**Definición 18.8 (Mitosis).**

La *mitosis* reparte los [cromosomas](https://one-course.com/books/biology/3/es/chapter/17-genomas-de-celulas-y-de-virus#def-b1-genomes-genome) replicados de modo que cada núcleo hijo reciba una cromátida de cada [cromosoma](https://one-course.com/books/biology/3/es/chapter/17-genomas-de-celulas-y-de-virus#def-b1-genomes-genome): el mismo número y los mismos [genes](https://one-course.com/books/biology/3/es/chapter/17-genomas-de-celulas-y-de-virus#def-b1-genomes-gene) que el progenitor. Sus etapas:

- *profase* : los [cromosomas](https://one-course.com/books/biology/3/es/chapter/17-genomas-de-celulas-y-de-virus#def-b1-genomes-genome) se condensan en varillas visibles, cada una de dos cromátidas hermanas unidas a lo largo de toda su longitud por [proteínas](https://one-course.com/books/biology/3/es/chapter/12-aminoacidos-y-proteinas#def-b1-proteins-peptide) cohesinas; los dos *[centrosomas](https://one-course.com/books/biology/3/es/chapter/6-organizacion-funcional-de-la-celula-eucariota#def-b1-eukaryotic-cell-cytoskeleton)* se separan y entre ellos crece el *huso mitótico* de [microtúbulos](https://one-course.com/books/biology/3/es/chapter/6-organizacion-funcional-de-la-celula-eucariota#def-b1-eukaryotic-cell-cytoskeleton) ;
- *prometafase* : la [envoltura nuclear](https://one-course.com/books/biology/3/es/chapter/6-organizacion-funcional-de-la-celula-eucariota#def-b1-eukaryotic-cell-nucleus) se desmonta; los [microtúbulos](https://one-course.com/books/biology/3/es/chapter/6-organizacion-funcional-de-la-celula-eucariota#def-b1-eukaryotic-cell-cytoskeleton) del huso se unen desde polos opuestos al *cinetocoro* de cada cromátida, una estructura proteica situada en el [centrómero](https://one-course.com/books/biology/3/es/chapter/17-genomas-de-celulas-y-de-virus#def-b1-genomes-karyotype) ;
- *metafase* : los [cromosomas](https://one-course.com/books/biology/3/es/chapter/17-genomas-de-celulas-y-de-virus#def-b1-genomes-genome) quedan alineados en el ecuador del huso, cada uno bajo tensión desde ambos polos;
- *anafase* : la cohesina se corta, las cromátidas hermanas se separan y son arrastradas hacia polos opuestos a medida que los [microtúbulos](https://one-course.com/books/biology/3/es/chapter/6-organizacion-funcional-de-la-celula-eucariota#def-b1-eukaryotic-cell-cytoskeleton) se acortan (anafase A) y los polos se alejan (anafase B);
- *telofase* : los [cromosomas](https://one-course.com/books/biology/3/es/chapter/17-genomas-de-celulas-y-de-virus#def-b1-genomes-genome) se descondensan y una [envoltura nuclear](https://one-course.com/books/biology/3/es/chapter/6-organizacion-funcional-de-la-celula-eucariota#def-b1-eukaryotic-cell-nucleus) se rehace en torno a cada juego.

La *citocinesis* divide después el [citoplasma](https://one-course.com/books/biology/3/es/chapter/5-la-celula-unidad-de-vida#def-b1-cell-unit-of-life-cell): en las [células](https://one-course.com/books/biology/3/es/chapter/5-la-celula-unidad-de-vida#def-b1-cell-unit-of-life-cell) animales un *anillo contráctil* de actina y miosina estrangula la [célula](https://one-course.com/books/biology/3/es/chapter/5-la-celula-unidad-de-vida#def-b1-cell-unit-of-life-cell) en dos; en las vegetales, vesículas procedentes del [Golgi](https://one-course.com/books/biology/3/es/chapter/6-organizacion-funcional-de-la-celula-eucariota#def-b1-eukaryotic-cell-endomembrane) se fusionan en el ecuador formando una *placa celular* que crece hacia fuera hasta ser una pared nueva.

![Células del ápice de una raíz de cebolla en interfase, profase, metafase, anafase, telofase y tras la citocinesis, con la pared nueva por el medio. Los cromosomas solo son visibles mientras están condensados, de la profase a la telofase.](https://one-course.com/images/onecourse/chapters/biology-3/b1-replication-mitosis/img-3fba7d211d74.jpg)

*[Células](https://one-course.com/books/biology/3/es/chapter/5-la-celula-unidad-de-vida#def-b1-cell-unit-of-life-cell) del ápice de una [raíz](https://one-course.com/books/biology/3/es/chapter/3-organizacion-funcional-de-una-planta-con-flores#def-b1-flowering-plant-organization-organs) de cebolla en [interfase](#def-b1-replication-mitosis-cycle), profase, metafase, anafase, telofase y tras la citocinesis, con la pared nueva por el medio. Los [cromosomas](https://one-course.com/books/biology/3/es/chapter/17-genomas-de-celulas-y-de-virus#def-b1-genomes-genome) solo son visibles mientras están condensados, de la profase a la telofase.*

![Cuatro etapas de la mitosis en una célula animal. Profase: los cromosomas se condensan mientras el huso se forma a partir de los dos centrosomas. Metafase: cada cromosoma se sitúa en el ecuador, unido desde ambos polos. Anafase: las cromátidas hermanas son separadas. Telofase: dos núcleos se rehacen y el surco divide la célula.](https://one-course.com/images/onecourse/chapters/biology-3/b1-replication-mitosis/fig-df63e978e189.svg)

*Cuatro etapas de la [mitosis](#def-b1-replication-mitosis-mitosis) en una [célula](https://one-course.com/books/biology/3/es/chapter/5-la-celula-unidad-de-vida#def-b1-cell-unit-of-life-cell) animal. Profase: los [cromosomas](https://one-course.com/books/biology/3/es/chapter/17-genomas-de-celulas-y-de-virus#def-b1-genomes-genome) se condensan mientras el [huso](#def-b1-replication-mitosis-mitosis) se forma a partir de los dos [centrosomas](https://one-course.com/books/biology/3/es/chapter/6-organizacion-funcional-de-la-celula-eucariota#def-b1-eukaryotic-cell-cytoskeleton). Metafase: cada [cromosoma](https://one-course.com/books/biology/3/es/chapter/17-genomas-de-celulas-y-de-virus#def-b1-genomes-genome) se sitúa en el ecuador, unido desde ambos polos. Anafase: las [cromátidas](#def-b1-replication-mitosis-mitosis) hermanas son separadas. Telofase: dos núcleos se rehacen y el surco divide la [célula](https://one-course.com/books/biology/3/es/chapter/5-la-celula-unidad-de-vida#def-b1-cell-unit-of-life-cell).*

![Una célula en cultivo en metafase, con sus microtúbulos marcados en verde y sus cromosomas en azul: el huso abarca la célula de polo a polo y los cromosomas forman una placa en su ecuador.](https://one-course.com/images/onecourse/chapters/biology-3/b1-replication-mitosis/img-921338e6f76f.jpg)

*Una [célula](https://one-course.com/books/biology/3/es/chapter/5-la-celula-unidad-de-vida#def-b1-cell-unit-of-life-cell) en cultivo en metafase, con sus [microtúbulos](https://one-course.com/books/biology/3/es/chapter/6-organizacion-funcional-de-la-celula-eucariota#def-b1-eukaryotic-cell-cytoskeleton) marcados en verde y sus [cromosomas](https://one-course.com/books/biology/3/es/chapter/17-genomas-de-celulas-y-de-virus#def-b1-genomes-genome) en azul: el [huso](#def-b1-replication-mitosis-mitosis) abarca la [célula](https://one-course.com/books/biology/3/es/chapter/5-la-celula-unidad-de-vida#def-b1-cell-unit-of-life-cell) de polo a polo y los [cromosomas](https://one-course.com/books/biology/3/es/chapter/17-genomas-de-celulas-y-de-virus#def-b1-genomes-genome) forman una placa en su ecuador.*

**Proposición 18.9 (Qué conserva la mitosis).**

La [mitosis](#def-b1-replication-mitosis-mitosis) es una división que conserva el número de [cromosomas](https://one-course.com/books/biology/3/es/chapter/17-genomas-de-celulas-y-de-virus#def-b1-genomes-genome): una [célula](https://one-course.com/books/biology/3/es/chapter/5-la-celula-unidad-de-vida#def-b1-cell-unit-of-life-cell) con 2n [cromosomas](https://one-course.com/books/biology/3/es/chapter/17-genomas-de-celulas-y-de-virus#def-b1-genomes-genome) (46 en el ser humano) da dos [células](https://one-course.com/books/biology/3/es/chapter/5-la-celula-unidad-de-vida#def-b1-cell-unit-of-life-cell) con 2n. El contenido de [ADN](https://one-course.com/books/biology/3/es/chapter/11-nucleotidos-y-acidos-nucleicos#def-b1-nucleic-acids-chain) pasa de $2q$ (tras la replicación) a $q$ en cada hija; el número de [cromosomas](https://one-course.com/books/biology/3/es/chapter/17-genomas-de-celulas-y-de-virus#def-b1-genomes-genome) no cambia nunca, porque un [cromosoma](https://one-course.com/books/biology/3/es/chapter/17-genomas-de-celulas-y-de-virus#def-b1-genomes-genome) se cuenta por su [centrómero](https://one-course.com/books/biology/3/es/chapter/17-genomas-de-celulas-y-de-virus#def-b1-genomes-karyotype) y cada [cromátida](#def-b1-replication-mitosis-mitosis), una vez separada, es un [cromosoma](https://one-course.com/books/biology/3/es/chapter/17-genomas-de-celulas-y-de-virus#def-b1-genomes-genome). Todas las [células](https://one-course.com/books/biology/3/es/chapter/5-la-celula-unidad-de-vida#def-b1-cell-unit-of-life-cell) de un cuerpo son así genéticamente idénticas al óvulo del que descienden, salvo por las mutaciones que ha introducido la copia. La división que reduce a la mitad el número de [cromosomas](https://one-course.com/books/biology/3/es/chapter/17-genomas-de-celulas-y-de-virus#def-b1-genomes-genome), la meiosis, corresponde al volumen del segundo año.

**Método 18.10 (Lectura de un experimento sobre el ciclo celular).**

1. Mídase el [ADN](https://one-course.com/books/biology/3/es/chapter/11-nucleotidos-y-acidos-nucleicos#def-b1-nucleic-acids-chain) por [célula](https://one-course.com/books/biology/3/es/chapter/5-la-celula-unidad-de-vida#def-b1-cell-unit-of-life-cell) (un colorante cuya fluorescencia sea proporcional al [ADN](https://one-course.com/books/biology/3/es/chapter/11-nucleotidos-y-acidos-nucleicos#def-b1-nucleic-acids-chain) , [célula](https://one-course.com/books/biology/3/es/chapter/5-la-celula-unidad-de-vida#def-b1-cell-unit-of-life-cell) a [célula](https://one-course.com/books/biology/3/es/chapter/5-la-celula-unidad-de-vida#def-b1-cell-unit-of-life-cell) ): las [células](https://one-course.com/books/biology/3/es/chapter/5-la-celula-unidad-de-vida#def-b1-cell-unit-of-life-cell) con $q$ están en G $_1$ , las que tienen $2q$ en G $_2$ o en M, y las intermedias en S. Las fracciones dan las duraciones: la parte del ciclo que ocupa una fase es su parte de las [células](https://one-course.com/books/biology/3/es/chapter/5-la-celula-unidad-de-vida#def-b1-cell-unit-of-life-cell) .
2. Dese un pulso de [nucleótido](https://one-course.com/books/biology/3/es/chapter/11-nucleotidos-y-acidos-nucleicos#def-b1-nucleic-acids-nucleotide) marcado (bromodesoxiuridina): solo lo captan las [células](https://one-course.com/books/biology/3/es/chapter/5-la-celula-unidad-de-vida#def-b1-cell-unit-of-life-cell) en fase S; la fracción marcada es la fracción en S, y seguir la marca hasta la [mitosis](#def-b1-replication-mitosis-mitosis) da la duración de G $_2$ .
3. Cuéntense las figuras de [mitosis](#def-b1-replication-mitosis-mitosis) en una sección teñida: el *índice mitótico* , la fracción de [células](https://one-course.com/books/biology/3/es/chapter/5-la-celula-unidad-de-vida#def-b1-cell-unit-of-life-cell) en M, es la fracción del ciclo que ocupa la M: un $4\,\%$ para un ciclo de $24\,\mathrm{h}$ con una [mitosis](#def-b1-replication-mitosis-mitosis) de una hora.
4. Bloquéese un paso (un fármaco que despolimerice los [microtúbulos](https://one-course.com/books/biology/3/es/chapter/6-organizacion-funcional-de-la-celula-eucariota#def-b1-eukaryotic-cell-cytoskeleton) detiene las [células](https://one-course.com/books/biology/3/es/chapter/5-la-celula-unidad-de-vida#def-b1-cell-unit-of-life-cell) en metafase; otro que bloquee la síntesis de [ADN](https://one-course.com/books/biology/3/es/chapter/11-nucleotidos-y-acidos-nucleicos#def-b1-nucleic-acids-chain) las detiene en S) y cuéntese lo que se acumula.

**Ejemplo 18.11 (Recambio).**

El [epitelio](https://one-course.com/books/biology/3/es/chapter/4-planes-de-organizacion-animal-y-tejidos#def-b1-body-plans-tissues-epithelium) del intestino delgado se renueva cada cuatro días, la piel cada mes y los glóbulos rojos cada cuatro meses a partir de la médula ósea, que produce dos millones por segundo; una [célula](https://one-course.com/books/biology/3/es/chapter/5-la-celula-unidad-de-vida#def-b1-cell-unit-of-life-cell) hepática se divide una vez al año aproximadamente, y una [neurona](https://one-course.com/books/biology/3/es/chapter/4-planes-de-organizacion-animal-y-tejidos#def-b1-body-plans-tissues-nervous) nunca. Las [células](https://one-course.com/books/biology/3/es/chapter/5-la-celula-unidad-de-vida#def-b1-cell-unit-of-life-cell) de un tumor han perdido los [puntos de control](#prop-b1-replication-mitosis-checkpoints): se dividen cuando no deberían, toleran [cromosomas](https://one-course.com/books/biology/3/es/chapter/17-genomas-de-celulas-y-de-virus#def-b1-genomes-genome) mal repartidos y acumulan las mutaciones que les permiten dividirse aún más deprisa. La quimioterapia aprovecha la diferencia: los fármacos que envenenan el [huso](#def-b1-replication-mitosis-mitosis) o la polimerasa matan a las [células](https://one-course.com/books/biology/3/es/chapter/5-la-celula-unidad-de-vida#def-b1-cell-unit-of-life-cell) que más se dividen.

## 18.5 Ejercicios

**Ejercicio 18.1 ★.**

Explíquese por qué en una horquilla una hebra se copia de forma continua y la otra en fragmentos.

**Solución de Ejercicio 18.1.**

Las polimerasas solo añaden [nucleótidos](https://one-course.com/books/biology/3/es/chapter/11-nucleotidos-y-acidos-nucleicos#def-b1-nucleic-acids-nucleotide) a un extremo $3'$, de modo que las hebras nuevas crecen de $5' \to 3'$; los dos moldes son antiparalelos, así que en una horquilla una hebra nueva puede crecer hacia la horquilla de forma continua mientras que la otra debe crecer alejándose de ella, y vuelve a empezar en fragmentos a medida que se expone más molde.

**Ejercicio 18.2 ★.**

Enumérense las [enzimas](https://one-course.com/books/biology/3/es/chapter/13-enzimas-y-catalisis-bioquimica#def-b1-enzymes-enzyme) y las [proteínas](https://one-course.com/books/biology/3/es/chapter/12-aminoacidos-y-proteinas#def-b1-proteins-peptide) de una [horquilla de replicación](#def-b1-replication-mitosis-fork) y la tarea de cada una.

**Solución de Ejercicio 18.2.**

Helicasa (desenrolla), [proteínas](https://one-course.com/books/biology/3/es/chapter/12-aminoacidos-y-proteinas#def-b1-proteins-peptide) de unión a hebra sencilla (mantienen separadas las hebras), topoisomerasa (libera la torsión por delante), primasa (cebadores de [ARN](https://one-course.com/books/biology/3/es/chapter/11-nucleotidos-y-acidos-nucleicos#def-b1-nucleic-acids-chain)), [ADN polimerasa](#def-b1-replication-mitosis-fork) (alarga los cebadores y corrige), una segunda polimerasa (sustituye los cebadores) y ligasa (sella los fragmentos).

**Ejercicio 18.3 ★.**

A partir de la figura del contenido de [ADN](https://one-course.com/books/biology/3/es/chapter/11-nucleotidos-y-acidos-nucleicos#def-b1-nucleic-acids-chain), léanse el contenido de [ADN](https://one-course.com/books/biology/3/es/chapter/11-nucleotidos-y-acidos-nucleicos#def-b1-nucleic-acids-chain) en G$_1$, en G$_2$ y tras la [mitosis](#def-b1-replication-mitosis-mitosis), y el número de [cromosomas](https://one-course.com/books/biology/3/es/chapter/17-genomas-de-celulas-y-de-virus#def-b1-genomes-genome) en cada caso.

**Solución de Ejercicio 18.3.**

G$_1$: $q$, 2n [cromosomas](https://one-course.com/books/biology/3/es/chapter/17-genomas-de-celulas-y-de-virus#def-b1-genomes-genome) de una [cromátida](#def-b1-replication-mitosis-mitosis). G$_2$: $2q$, 2n [cromosomas](https://one-course.com/books/biology/3/es/chapter/17-genomas-de-celulas-y-de-virus#def-b1-genomes-genome) de dos [cromátidas](#def-b1-replication-mitosis-mitosis). Tras la [mitosis](#def-b1-replication-mitosis-mitosis): $q$ por hija, 2n [cromosomas](https://one-course.com/books/biology/3/es/chapter/17-genomas-de-celulas-y-de-virus#def-b1-genomes-genome) cada una.

**Ejercicio 18.4 ★.**

Ordénense las etapas de la [mitosis](#def-b1-replication-mitosis-mitosis) y dese el suceso que define cada una.

**Solución de Ejercicio 18.4.**

Profase (condensación, se forma el [huso](#def-b1-replication-mitosis-mitosis)), prometafase (se rompe la envoltura, se unen los cinetocoros), metafase (alineamiento en el ecuador), anafase (las [cromátidas](#def-b1-replication-mitosis-mitosis) se separan), telofase (se rehacen las envolturas) y después citocinesis.

**Ejercicio 18.5 ★★.**

Calcúlense el número de [fragmentos de Okazaki](#def-b1-replication-mitosis-fork) que se forman al copiar el [genoma](https://one-course.com/books/biology/3/es/chapter/17-genomas-de-celulas-y-de-virus#def-b1-genomes-genome) humano ($6.4 \times 10^{9}$ pares, fragmentos de $150\,$) y el número de cebadores, de retiradas de cebador y de ligaciones que ello implica.

**Solución de Ejercicio 18.5.**

La mitad del [genoma](https://one-course.com/books/biology/3/es/chapter/17-genomas-de-celulas-y-de-virus#def-b1-genomes-genome) es síntesis de hebra retardada: $6.4 \times 10^{9}/150 =
4.3 \times 10^{7}$ fragmentos; y otros tantos cebadores, retiradas y ligaciones.

**Ejercicio 18.6 ★★.**

Calcúlese la tasa de error por [genoma](https://one-course.com/books/biology/3/es/chapter/17-genomas-de-celulas-y-de-virus#def-b1-genomes-genome) humano y por replicación para una polimerasa sola ($10^{-5}$), con [corrección de pruebas](#prop-b1-replication-mitosis-fidelity) ($10^{-7}$) y con reparación de desapareamientos ($10^{-9}$). ¿Cuántas mutaciones da cada caso por división?

**Solución de Ejercicio 18.6.**

$6.4 \times 10^{9}\times 10^{-5} = 64\,000$; $\times 10^{-7}$: 640; $\times 10^{-9}$: unas 6 mutaciones por división.

**Ejercicio 18.7 ★★.**

Una [célula](https://one-course.com/books/biology/3/es/chapter/5-la-celula-unidad-de-vida#def-b1-cell-unit-of-life-cell) somática pierde $80\,$ [nucleótidos](https://one-course.com/books/biology/3/es/chapter/11-nucleotidos-y-acidos-nucleicos#def-b1-nucleic-acids-nucleotide) de [telómero](https://one-course.com/books/biology/3/es/chapter/17-genomas-de-celulas-y-de-virus#def-b1-genomes-karyotype) por división y parte de $10\,\mathrm{kb}$; deja de dividirse a $5\,\mathrm{kb}$. ¿Cuántas divisiones puede hacer? ¿Por qué necesita telomerasa una [célula](https://one-course.com/books/biology/3/es/chapter/5-la-celula-unidad-de-vida#def-b1-cell-unit-of-life-cell) cancerosa?

**Solución de Ejercicio 18.7.**

$5000/80 = 62$ divisiones. Un tumor debe dividirse sin límite; sin telomerasa sus [telómeros](https://one-course.com/books/biology/3/es/chapter/17-genomas-de-celulas-y-de-virus#def-b1-genomes-karyotype) se agotarían y sus [células](https://one-course.com/books/biology/3/es/chapter/5-la-celula-unidad-de-vida#def-b1-cell-unit-of-life-cell) se detendrían o morirían, de modo que casi todos los cánceres reactivan la [enzima](https://one-course.com/books/biology/3/es/chapter/13-enzimas-y-catalisis-bioquimica#def-b1-enzymes-enzyme).

**Ejercicio 18.8 ★★.**

Un [tejido](https://one-course.com/books/biology/3/es/chapter/4-planes-de-organizacion-animal-y-tejidos#def-b1-body-plans-tissues-tissue) tiene el $5\,\%$ de sus [células](https://one-course.com/books/biology/3/es/chapter/5-la-celula-unidad-de-vida#def-b1-cell-unit-of-life-cell) en [mitosis](#def-b1-replication-mitosis-mitosis) y el $30\,\%$ en fase S; la [mitosis](#def-b1-replication-mitosis-mitosis) dura una hora. Calcúlense la duración del ciclo y la de la fase S.

**Solución de Ejercicio 18.8.**

Ciclo $= 1\,\mathrm{h}/0.05 = 20\,\mathrm{h}$; S $= 0.30\times 20 =
6\,\mathrm{h}$.

**Ejercicio 18.9 ★★.**

Una [célula](https://one-course.com/books/biology/3/es/chapter/5-la-celula-unidad-de-vida#def-b1-cell-unit-of-life-cell) tiene 2n $= 8$. Dense el número de [cromosomas](https://one-course.com/books/biology/3/es/chapter/17-genomas-de-celulas-y-de-virus#def-b1-genomes-genome), el de [cromátidas](#def-b1-replication-mitosis-mitosis) y el contenido de [ADN](https://one-course.com/books/biology/3/es/chapter/11-nucleotidos-y-acidos-nucleicos#def-b1-nucleic-acids-chain) (en $q$) en G$_1$, en G$_2$, en metafase y en cada hija tras la telofase.

**Solución de Ejercicio 18.9.**

G$_1$: 8 [cromosomas](https://one-course.com/books/biology/3/es/chapter/17-genomas-de-celulas-y-de-virus#def-b1-genomes-genome), 8 [cromátidas](#def-b1-replication-mitosis-mitosis), $q$. G$_2$: 8, 16, $2q$. Metafase: 8, 16, $2q$. Hija: 8, 8, $q$.

**Ejercicio 18.10 ★★★.**

*E. coli* necesita $40\,\mathrm{min}$ para replicar su [cromosoma](https://one-course.com/books/biology/3/es/chapter/17-genomas-de-celulas-y-de-virus#def-b1-genomes-genome), pero se divide cada $20\,\mathrm{min}$ en un medio rico. Explíquese cómo, y calcúlense cuántos orígenes y cuántas horquillas contiene una [célula](https://one-course.com/books/biology/3/es/chapter/5-la-celula-unidad-de-vida#def-b1-cell-unit-of-life-cell) en el momento de dividirse.

**Solución de Ejercicio 18.10.**

Empiezan rondas nuevas en el origen cada $20\,\mathrm{min}$, antes de que termine la anterior: la replicación se solapa, y una [célula](https://one-course.com/books/biology/3/es/chapter/5-la-celula-unidad-de-vida#def-b1-cell-unit-of-life-cell) recién nacida ya tiene [ADN](https://one-course.com/books/biology/3/es/chapter/11-nucleotidos-y-acidos-nucleicos#def-b1-nucleic-acids-chain) parcialmente replicado. Al dividirse, el [cromosoma](https://one-course.com/books/biology/3/es/chapter/17-genomas-de-celulas-y-de-virus#def-b1-genomes-genome) que termina su ronda se inició $40\,\mathrm{min}$ antes, una segunda ronda iniciada $20\,\mathrm{min}$ antes tiene las horquillas a mitad de camino y una tercera acaba de empezar: 4 orígenes y 6 horquillas en la [célula](https://one-course.com/books/biology/3/es/chapter/5-la-celula-unidad-de-vida#def-b1-cell-unit-of-life-cell) que se divide.

**Ejercicio 18.11 ★★★.**

La colchicina despolimeriza los [microtúbulos](https://one-course.com/books/biology/3/es/chapter/6-organizacion-funcional-de-la-celula-eucariota#def-b1-eukaryotic-cell-cytoskeleton). Predígase qué le ocurre a una [célula](https://one-course.com/books/biology/3/es/chapter/5-la-celula-unidad-de-vida#def-b1-cell-unit-of-life-cell) en división tratada con ella, qué le ocurre a su número de [cromosomas](https://one-course.com/books/biology/3/es/chapter/17-genomas-de-celulas-y-de-virus#def-b1-genomes-genome) si después vuelve a entrar en [interfase](#def-b1-replication-mitosis-cycle), y por qué se usa el fármaco para hacer [cariotipos](https://one-course.com/books/biology/3/es/chapter/17-genomas-de-celulas-y-de-virus#def-b1-genomes-karyotype).

**Solución de Ejercicio 18.11.**

No se forma [huso](#def-b1-replication-mitosis-mitosis): los [cromosomas](https://one-course.com/books/biology/3/es/chapter/17-genomas-de-celulas-y-de-virus#def-b1-genomes-genome) se condensan pero no pueden alinearse ni separarse, y la [célula](https://one-course.com/books/biology/3/es/chapter/5-la-celula-unidad-de-vida#def-b1-cell-unit-of-life-cell) se detiene en el [punto de control](#prop-b1-replication-mitosis-checkpoints) del [huso](#def-b1-replication-mitosis-mitosis) en un estado semejante a la metafase. Si se escabulle de vuelta a la [interfase](#def-b1-replication-mitosis-cycle) sin dividirse, queda con 4n [cromosomas](https://one-course.com/books/biology/3/es/chapter/17-genomas-de-celulas-y-de-virus#def-b1-genomes-genome) (tetraploide). Las [células](https://one-course.com/books/biology/3/es/chapter/5-la-celula-unidad-de-vida#def-b1-cell-unit-of-life-cell) detenidas con [cromosomas](https://one-course.com/books/biology/3/es/chapter/17-genomas-de-celulas-y-de-virus#def-b1-genomes-genome) condensados y separados son exactamente lo que necesita un [cariotipo](https://one-course.com/books/biology/3/es/chapter/17-genomas-de-celulas-y-de-virus#def-b1-genomes-karyotype): el fármaco se aplica para acumularlas.

**Ejercicio 18.12 ★★★.**

“La [mitosis](#def-b1-replication-mitosis-mitosis) es una copia del [genoma](https://one-course.com/books/biology/3/es/chapter/17-genomas-de-celulas-y-de-virus#def-b1-genomes-genome) seguida de un recuento.” Discútase en un párrafo: qué garantiza la replicación, qué garantiza el [huso](#def-b1-replication-mitosis-mitosis), los [puntos de control](#prop-b1-replication-mitosis-checkpoints) entre ambos, y qué falla en una [célula](https://one-course.com/books/biology/3/es/chapter/5-la-celula-unidad-de-vida#def-b1-cell-unit-of-life-cell) que reparte mal un [cromosoma](https://one-course.com/books/biology/3/es/chapter/17-genomas-de-celulas-y-de-virus#def-b1-genomes-genome).

**Solución de Ejercicio 18.12.**

La replicación garantiza que cada [cromosoma](https://one-course.com/books/biology/3/es/chapter/17-genomas-de-celulas-y-de-virus#def-b1-genomes-genome) pase a ser dos [cromátidas](#def-b1-replication-mitosis-mitosis) idénticas, con un error por cada mil millones; el [huso](#def-b1-replication-mitosis-mitosis) garantiza que cada hija reciba una de cada par, uniendo cada [cromosoma](https://one-course.com/books/biology/3/es/chapter/17-genomas-de-celulas-y-de-virus#def-b1-genomes-genome) desde los dos polos y reteniendo la anafase hasta que todos están bajo tensión. El [punto de control](#prop-b1-replication-mitosis-checkpoints) de G$_2$ asegura que la copia haya terminado antes de que empiece el recuento; el [punto de control](#prop-b1-replication-mitosis-checkpoints) del [huso](#def-b1-replication-mitosis-mitosis) asegura que el recuento esté preparado antes de la separación. Una [célula](https://one-course.com/books/biology/3/es/chapter/5-la-celula-unidad-de-vida#def-b1-cell-unit-of-life-cell) que reparte mal termina con un [cromosoma](https://one-course.com/books/biology/3/es/chapter/17-genomas-de-celulas-y-de-virus#def-b1-genomes-genome) de más o de menos (aneuploidía): una copia correcta hasta la letra, entregada en la dirección equivocada, lo que mata a casi todas esas [células](https://one-course.com/books/biology/3/es/chapter/5-la-celula-unidad-de-vida#def-b1-cell-unit-of-life-cell) y caracteriza a casi todos los cánceres.

## 18.6 Problema: copiar un genoma humano

**Problema 18.1.**

Problema de fin de semana — una fase S de ocho horas: horquillas cronometradas, orígenes contados, fragmentos y cebadores sumados, errores calculados y una bacteria comparada, hasta llegar al número mínimo de orígenes

Una [célula](https://one-course.com/books/biology/3/es/chapter/5-la-celula-unidad-de-vida#def-b1-cell-unit-of-life-cell) humana replica $6.4 \times 10^{9}$ [pares de bases](https://one-course.com/books/biology/3/es/chapter/11-nucleotidos-y-acidos-nucleicos#thm-b1-nucleic-acids-helix) en una fase S de $8\,\mathrm{h}$. Una horquilla eucariota avanza a $50\,\mathrm{bp}/\mathrm{s}$; una bacteriana, a $1000\,\mathrm{bp}/\mathrm{s}$. Los [fragmentos de Okazaki](#def-b1-replication-mitosis-fork) son de $150\,$ [nucleótidos](https://one-course.com/books/biology/3/es/chapter/11-nucleotidos-y-acidos-nucleicos#def-b1-nucleic-acids-nucleotide) en los eucariotas y de $1500\,$ en las bacterias. Cada [nucleótido](https://one-course.com/books/biology/3/es/chapter/11-nucleotidos-y-acidos-nucleicos#def-b1-nucleic-acids-nucleotide) añadido cuesta dos equivalentes de [ATP](https://one-course.com/books/biology/3/es/chapter/8-el-agua-y-las-biomoleculas-pequenas#def-b1-water-small-molecules-atp) (el precursor trifosfato). Tasas de error por base: $10^{-5}$ para la polimerasa sola, $10^{-7}$ con [corrección de pruebas](#prop-b1-replication-mitosis-fidelity) y $10^{-9}$ con reparación de desapareamientos.

**Parte I — Horquillas y orígenes.**

1. ¿Cuántos [pares de bases](https://one-course.com/books/biology/3/es/chapter/11-nucleotidos-y-acidos-nucleicos#thm-b1-nucleic-acids-helix) copia una horquilla en $8\,\mathrm{h}$ ?
2. Un origen lanza dos horquillas. ¿Cuántos [pares de bases](https://one-course.com/books/biology/3/es/chapter/11-nucleotidos-y-acidos-nucleicos#thm-b1-nucleic-acids-helix) copia un origen en $8\,\mathrm{h}$ ?
3. Calcúlese el número mínimo de orígenes necesarios para copiar el [genoma](https://one-course.com/books/biology/3/es/chapter/17-genomas-de-celulas-y-de-virus#def-b1-genomes-genome) en $8\,\mathrm{h}$ si todos se activan al principio.
4. Calcúlese la separación media de esos orígenes a lo largo del [ADN](https://one-course.com/books/biology/3/es/chapter/11-nucleotidos-y-acidos-nucleicos#def-b1-nucleic-acids-chain) , en kilobases y en micrómetros.
5. En realidad los orígenes se activan a lo largo de toda la fase S y se usan unos $40\,000$ . Calcúlense la separación media y la distancia media que recorre realmente una horquilla.
6. ¿Cuánto tardaría en copiarse el [cromosoma](https://one-course.com/books/biology/3/es/chapter/17-genomas-de-celulas-y-de-virus#def-b1-genomes-genome) mayor ( $250\,\mathrm{Mb}$ ) desde un único origen situado en su centro?
7. Explíquese por qué lo que la evolución ajustó para acortar la fase S fue el número de orígenes y no la velocidad de las horquillas.

**Parte II — Fragmentos y cebadores.**

8. Calcúlese el número de [fragmentos de Okazaki](#def-b1-replication-mitosis-fork) formados en una fase S.
9. Calcúlese el número de cebadores de [ARN](https://one-course.com/books/biology/3/es/chapter/11-nucleotidos-y-acidos-nucleicos#def-b1-nucleic-acids-chain) colocados, incluido uno por hebra conductora y por origen.
10. Calcúlese el número de ligaciones necesarias.
11. Calcúlense los [nucleótidos](https://one-course.com/books/biology/3/es/chapter/11-nucleotidos-y-acidos-nucleicos#def-b1-nucleic-acids-nucleotide) polimerizados en total (las dos hebras de todo el [genoma](https://one-course.com/books/biology/3/es/chapter/17-genomas-de-celulas-y-de-virus#def-b1-genomes-genome) ).
12. Calcúlense los equivalentes de [ATP](https://one-course.com/books/biology/3/es/chapter/8-el-agua-y-las-biomoleculas-pequenas#def-b1-water-small-molecules-atp) gastados en la polimerización y el ritmo medio en [ATP](https://one-course.com/books/biology/3/es/chapter/8-el-agua-y-las-biomoleculas-pequenas#def-b1-water-small-molecules-atp) por segundo a lo largo de la fase S.
13. Compárese con el recambio de [ATP](https://one-course.com/books/biology/3/es/chapter/8-el-agua-y-las-biomoleculas-pequenas#def-b1-water-small-molecules-atp) de una [célula](https://one-course.com/books/biology/3/es/chapter/5-la-celula-unidad-de-vida#def-b1-cell-unit-of-life-cell) en reposo, de unos $10^9$ por segundo: ¿qué fracción de la energía de la [célula](https://one-course.com/books/biology/3/es/chapter/5-la-celula-unidad-de-vida#def-b1-cell-unit-of-life-cell) va a la polimerización?

**Parte III — Errores.**

14. Calcúlese el número de errores por fase S para cada una de las tres tasas de error.
15. La secuencia codificante de un [gen](https://one-course.com/books/biology/3/es/chapter/17-genomas-de-celulas-y-de-virus#def-b1-genomes-gene) mide $1.5\,\mathrm{kb}$ . Con toda la maquinaria, ¿cuál es la probabilidad de que un [gen](https://one-course.com/books/biology/3/es/chapter/17-genomas-de-celulas-y-de-virus#def-b1-genomes-gene) dado adquiera una mutación en una división?
16. Las [células](https://one-course.com/books/biology/3/es/chapter/5-la-celula-unidad-de-vida#def-b1-cell-unit-of-life-cell) de una persona sufren unos $10^{16}$ divisiones a lo largo de la vida. ¿Cuántas mutaciones en total, a $10^{-9}$ ? ¿Por qué las tolera el cuerpo?
17. Una mutación inutiliza la reparación de desapareamientos. ¿En qué factor sube la tasa de mutación, y qué le hace eso al riesgo de cáncer a lo largo de la vida?

**Parte IV — La bacteria.** *E. coli*: $4.6\,\mathrm{Mb}$, un origen, dos horquillas.

18. Calcúlese el tiempo de replicar el [cromosoma](https://one-course.com/books/biology/3/es/chapter/17-genomas-de-celulas-y-de-virus#def-b1-genomes-genome) .
19. En un medio rico la [célula](https://one-course.com/books/biology/3/es/chapter/5-la-celula-unidad-de-vida#def-b1-cell-unit-of-life-cell) se divide cada $20\,\mathrm{min}$ . ¿Cuántas rondas de replicación transcurren a la vez, y cuántos orígenes lleva una [célula](https://one-course.com/books/biology/3/es/chapter/5-la-celula-unidad-de-vida#def-b1-cell-unit-of-life-cell) recién nacida?
20. Calcúlese el número de [fragmentos de Okazaki](#def-b1-replication-mitosis-fork) por ronda y por segundo.
21. Calcúlense los errores por ronda a $10^{-9}$ y la fracción de [células](https://one-course.com/books/biology/3/es/chapter/5-la-celula-unidad-de-vida#def-b1-cell-unit-of-life-cell) hijas que llevan una mutación nueva.
22. Un cultivo de $10^9$ [células](https://one-course.com/books/biology/3/es/chapter/5-la-celula-unidad-de-vida#def-b1-cell-unit-of-life-cell) por mililitro se divide una vez. ¿Cuántas mutaciones nuevas aparecen en un mililitro, y cuántas alcanzan un [gen](https://one-course.com/books/biology/3/es/chapter/17-genomas-de-celulas-y-de-virus#def-b1-genomes-gene) dado de $1\,\mathrm{kb}$ ?
23. Explíquese por qué puede encontrarse resistencia a un antibiótico en casi cualquier cultivo grande de una cepa sensible.
24. Compárense los dos [organismos](https://one-course.com/books/biology/3/es/chapter/1-el-organismo-un-sistema-en-interaccion-con-su-medio#def-b1-organism-environment-organism) : [pares de bases](https://one-course.com/books/biology/3/es/chapter/11-nucleotidos-y-acidos-nucleicos#thm-b1-nucleic-acids-helix) , orígenes, velocidad de horquilla, duración de la fase S y el diseño que permite copiar el [genoma](https://one-course.com/books/biology/3/es/chapter/17-genomas-de-celulas-y-de-virus#def-b1-genomes-genome) mayor en un tiempo comparable.
25. Enúnciese el resultado: el número mínimo de orígenes para una fase S humana de $8\,\mathrm{h}$ , y el número y la separación reales.

**Solución de Problema 18.1.**

**1.** $50\times 28\,800 = 1.44 \times 10^{6}\,\mathrm{bp}$. **2.** $2.88 \times 10^{6}\,\mathrm{bp}$. **3.** $6.4 \times 10^{9}/2.88 \times 10^{6} = 2220$ orígenes. **4.** $2.9\,\mathrm{Mb}$, es decir, $2.9\times 10^6\times 0.34\,\mathrm{nm} =
0.98\,\mathrm{mm}$ de [ADN](https://one-course.com/books/biology/3/es/chapter/11-nucleotidos-y-acidos-nucleicos#def-b1-nucleic-acids-chain) entre orígenes. **5.** Separación de $6.4 \times 10^{9}/40\,000 = 160\,\mathrm{kb}$; cada horquilla recorre unas $80\,\mathrm{kb}$, media hora de trabajo. **6.** $125\,\mathrm{Mb}$ por horquilla a $50\,\mathrm{bp}/\mathrm{s}$: $2.5 \times 10^{6}$ s, 29 días. **7.** La velocidad de la horquilla la limitan la química y la cromatina (veinte veces más lenta que en las bacterias); los orígenes pueden multiplicarse sin límite, así que la fase S se acorta añadiendo puntos de partida, no acelerando las horquillas. **8.** La síntesis retardada cubre la mitad del [genoma](https://one-course.com/books/biology/3/es/chapter/17-genomas-de-celulas-y-de-virus#def-b1-genomes-genome), $3.2 \times 10^{9}$ [nucleótidos](https://one-course.com/books/biology/3/es/chapter/11-nucleotidos-y-acidos-nucleicos#def-b1-nucleic-acids-nucleotide): $2.1 \times 10^{7}$ fragmentos (las dos horquillas de cada origen tienen cada una su hebra retardada, y las mitades suman el equivalente de un [genoma](https://one-course.com/books/biology/3/es/chapter/17-genomas-de-celulas-y-de-virus#def-b1-genomes-genome)). **9.** $2.1 \times 10^{7} + 2\times40\,000 = 2.1 \times 10^{7}$ cebadores. **10.** Unas $2.1 \times 10^{7}$ ligaciones (una por fragmento) más una por cada encuentro de horquillas. **11.** $2\times6.4 \times 10^{9} = 1.28 \times 10^{10}$ [nucleótidos](https://one-course.com/books/biology/3/es/chapter/11-nucleotidos-y-acidos-nucleicos#def-b1-nucleic-acids-nucleotide). **12.** $2.56 \times 10^{10}$ [ATP](https://one-course.com/books/biology/3/es/chapter/8-el-agua-y-las-biomoleculas-pequenas#def-b1-water-small-molecules-atp); a lo largo de $28\,800\,\mathrm{s}$, $8.9 \times 10^{5}$ por segundo. **13.** Alrededor del $0.1\,\%$ del recambio de [ATP](https://one-course.com/books/biology/3/es/chapter/8-el-agua-y-las-biomoleculas-pequenas#def-b1-water-small-molecules-atp) de la [célula](https://one-course.com/books/biology/3/es/chapter/5-la-celula-unidad-de-vida#def-b1-cell-unit-of-life-cell): la polimerización es barata; lo caro es fabricar los [nucleótidos](https://one-course.com/books/biology/3/es/chapter/11-nucleotidos-y-acidos-nucleicos#def-b1-nucleic-acids-nucleotide) y las [histonas](https://one-course.com/books/biology/3/es/chapter/17-genomas-de-celulas-y-de-virus#def-b1-genomes-nucleosome). **14.** $64\,000$, 640 y 6,4 errores. **15.** $1500\times 10^{-9} = 1.5 \times 10^{-6}$: un [gen](https://one-course.com/books/biology/3/es/chapter/17-genomas-de-celulas-y-de-virus#def-b1-genomes-gene) de cada setecientos mil por división. **16.** $10^{16}\times 6.4 = 6.4 \times 10^{16}$ mutaciones: todos los cambios individuales posibles del [genoma](https://one-course.com/books/biology/3/es/chapter/17-genomas-de-celulas-y-de-virus#def-b1-genomes-genome) muchas veces, repartidos entre $10^{13}$ [células](https://one-course.com/books/biology/3/es/chapter/5-la-celula-unidad-de-vida#def-b1-cell-unit-of-life-cell); casi todos caen en [ADN](https://one-course.com/books/biology/3/es/chapter/11-nucleotidos-y-acidos-nucleicos#def-b1-nucleic-acids-chain) no codificante o en [células](https://one-course.com/books/biology/3/es/chapter/5-la-celula-unidad-de-vida#def-b1-cell-unit-of-life-cell) que se desprenden, y una [célula](https://one-course.com/books/biology/3/es/chapter/5-la-celula-unidad-de-vida#def-b1-cell-unit-of-life-cell) mutada es una entre miles de millones; solo unas pocas combinaciones dentro de una misma [célula](https://one-course.com/books/biology/3/es/chapter/5-la-celula-unidad-de-vida#def-b1-cell-unit-of-life-cell) importan. **17.** Cien veces ($10^{-7}$): la sucesión de mutaciones que produce un cáncer, que a $10^{-9}$ tarda décadas en acumularse, se acumula mucho antes; los defectos hereditarios de la reparación de desapareamientos causan cáncer de colon en la edad adulta temprana. **18.** $2.3 \times 10^{6}$ pares por horquilla a $1000\,\mathrm{bp}/\mathrm{s}$: $2300\,\mathrm{s}$, $38\,\mathrm{min}$. **19.** Unas dos rondas solapadas; una [célula](https://one-course.com/books/biology/3/es/chapter/5-la-celula-unidad-de-vida#def-b1-cell-unit-of-life-cell) recién nacida lleva dos orígenes (cada uno ya replicado una vez) y horquillas a mitad de camino: su [cromosoma](https://one-course.com/books/biology/3/es/chapter/17-genomas-de-celulas-y-de-virus#def-b1-genomes-genome) está parcialmente replicado al nacer. **20.** $4.6 \times 10^{6}/1500 = 3070$ fragmentos por ronda, unos 1,3 por segundo. **21.** $4.6 \times 10^{6}\times 10^{-9} = 4.6 \times 10^{-3}$ errores por ronda: alrededor de una hija de cada 200 lleva una mutación nueva. **22.** $10^9\times4.6 \times 10^{-3} = 4.6 \times 10^{6}$ mutaciones nuevas por mililitro; un [gen](https://one-course.com/books/biology/3/es/chapter/17-genomas-de-celulas-y-de-virus#def-b1-genomes-gene) dado de $1\,\mathrm{kb}$ recibe $4.6 \times 10^{6}\times
1000/4.6 \times 10^{6} = 1000$ impactos. **23.** Con mil mutaciones independientes en cualquier [gen](https://one-course.com/books/biology/3/es/chapter/17-genomas-de-celulas-y-de-virus#def-b1-genomes-gene) dado por mililitro y por división, todos los cambios individuales posibles — incluidos los que confieren resistencia — ya están presentes en un cultivo grande antes de aplicar el antibiótico; el fármaco selecciona, no crea. **24.** Ser humano: $6.4 \times 10^{9}$ pares, $40\,000$ orígenes, $50\,\mathrm{bp}/\mathrm{s}$, $8\,\mathrm{h}$. Bacteria: $4.6 \times 10^{6}$ pares, un origen, $1000\,\mathrm{bp}/\mathrm{s}$, $40\,\mathrm{min}$. Un [genoma](https://one-course.com/books/biology/3/es/chapter/17-genomas-de-celulas-y-de-virus#def-b1-genomes-genome) mil veces mayor, copiado por horquillas veinte veces más lentas, en solo doce veces el tiempo: la diferencia son las decenas de miles de orígenes trabajando en paralelo. **25.** Unos $2200$ orígenes como mínimo, si todos se activaran a la vez; en realidad unos $40\,000$, uno cada $160\,\mathrm{kb}$, que se activan en sucesión de modo que cada horquilla recorre unas $80\,\mathrm{kb}$.