REPLICACIÓN DEL ADN

VICTOR MANUEL VITORIA RUIZ
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REPLICACIÓN DEL ADN

Sway: https://goo.gl/LndNGuEn 1994 Avery y sus colaboradores determinaron que la información hereditaria se encontraba en el ADN. Sin embargo el ADN se encuentra en el núcleo de las células eucariotas y la síntesis de proteínas se lleva a cabo en los ribosomas del citoplasma y en los adosados al RE, por lo que de alguna manera se necesita que la información fluya del núcleo al citoplasma a través de una molécula intermediaria. Esta molécula es un ARN llamado mensajero que mediante el proceso de TRANSCRIPCIÓN lleva la información del núcleo la citoplasma. Por otro lado la información genética pasa de una generación celular a otra, y también de un individuo a su descendencia, gracias a la REPLICACIÓN previa del ADN. A este proceso se le denomina FLUJO DE LA INFORMACIÓN GENÉTICA. Todo este trasvase de información se produce gracias a la complementariedad de las bases nitrogendas que puede generar copias de ADN y trasvase de información al ARN. Hoy se sabe que este flujo de información puede producirse de manera retrógrada. Algunos virus que almacenan su información en forma de ARN poseen un enzima, la transcriptasa inversa o retrotranscriptasa que es capaz de pasar la información de un ARN a un ADN También existen virus que replican su ARN en la célula que infentan gracias a ARN replicasas A continuación se explican en detalle los procesos de replicación del ADN , la transcripción y la biosíntesis de proteínas o traducción así como las características del Código Genético. ¿Cómo es la replicación del ADN? Conservativa o conservadora: si se genera una ADN de doble hebra (strand) nuevo y se conserva íntegramente el parental (template strand) . Dispersante o dispersiva: cada ADN resultante de la duplicación contiene fragmentos del paretal y del de nueva síntesis Semiconservadora o semiconservativa: cada molécula hija de ADN contiene una hebra parental y otra de nueva síntesis.

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EXPERIMENTO DE MESELSON Y STAHL

Sway: https://goo.gl/LndNGuEn 1957 Meselson y Stahl realizaron un elegante experimento con el que confirmaron que el modelo válido es el SEMICONSERVATIVO. (vídeo explicativo) La replicación del ADN es diferente en eucariotas que en procariotas. Sin embargo hay características igualmente válidas para ambos que conviene tener claro. La replicación no comienza al azar sino en puntos concretos (en procariotas en un sólo punto). A cada una de estas unidades de replicación se les denomina replicones. En eucariotas cada uno de ellos comienza la replicación de manera simultánea. Como consecuencia las dos nuevas hebras se van alargando progresivamente por adición secuencial de desoxirribonucleótidos. En cada punto de inicio de la replicación se rompren los puentes de hidrógeno de la doble hélice y se genera una burbuja (bubble) de replicación con dos horquillas (fork). Las ADN polimerasas que intervienen en la replicación tienen dos limitaciones”: No pueden uir dos nucléotidos entre libres entre sí, sólo añadirlos a una cadena (por eso necesitan una cadena previa llamada cebadaor que es un ARN) La dirección en la que pueden unir desoxirribonucleótidos es 5’--> 3’ La maquinaria enzimática, procesos de iniciación y estabilización del ADN que se duplica aparte, requiere: Un cebador al que las ADN polimerasas puedan añadir los nucleótidos. Este cebador es un ARN fabricado por la ADN polimerasa a o primasa Sustratos: los cuatro dNTPs (desoxirribonucleótidos activados) Cofactores: las ADN polimerasas necesitan que los dNTPs lleven asociado el catión metálico Mg2+ (in vitro también puede ser el Mn2+) Molde o plantilla. El orden correcto de incorporación de los nucleótidos viene determinado por su complementariedad de bases con la secuencia de cada hebra de DNA, que actúa como molde o plantilla. DNA polimerasas. Son la familia de enzimas que van a unir nucleótidos en dirección 5’-->3’. En procariotas hay tres la ADNpol I, II y III, siendo las III la que realiza la priincipal tarea de replicación. En eucariotas hay cinco ADNpol principales la a, b, g, d, e, aunque hay más. La ADNpol d (la e también) es la que lleva el peso de la elongación de la cadena de ADN de nueva formación. Las ADNpolimerasas también pueden tener actividad EXOnucleasa, es decir, la de romper cadenas de nucleótidos desde los extremos.

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ETAPAS DE LA REPLICACIÓN DEL ADN

FASES DE LA REPLICACIÓN DEL ADN Sway: https://goo.gl/LndNGu INICIACIÓN En procariotas, como ya se ha dicho, la replicación comienza en un sólo lugar que están constituido en una región. En eucariotas, dada la gran longitud de sus cromosomas, la duplicación comienza en varios puntos y habrá, por lo tanto, varios replicones. La iniciación comienza con el reconocimiento del (los) punto(s) de origen. Muchos de ellos contienen una secuencia especial de nucleótidos que se ha denominado OriC. Este complejo contiene: Helicasas: son proteínas generalmente hexaméricas que se unen al ADN en el origen de la replicación y su función es romper los puentes de hidrógeno de la molécula de ADN que se va a replicar. Consume ATP en el proceso Proteínas de unión a hebra sencilla o SSB. Impiden que los puentes de hidrógeno se vuelvan a formar. Topoisomerasas: al separarse las hebras del ADN se genera tensión en los extremos de la burbuja que aún no se han abierto (imagina lo que pasa cuando quieres desenrrollar las “cuerditas” que forman una cuerda) debido al súperenrrollamiento que se produce. Las toposiomerasas alivian esta tensión. También actúan durante el sobrecruzamiento del paquiteno de la meiosis. Primasa (o ADNpol a): fabrica el ARN cebador. Ya está formado el complejo de inicio y la burbuja con sus dos horquillas abierta. Ahora entrarán en acción las ADNpolimerasas encargadas de copiar de manera complementaria cada una de las hebras parentales. ELONGACIÓN A cada complejo de inicio se le va a unir la ADNpolimerasa encargada de la elongación formándose así el replisoma. Esta ADNpolimerasa unirá los desoxirribonucléotidos a los ARNcebadores de manera complementaria a la hebra parental que sirve de molde. Sin embargo hay un problema: las cadenas de ADN son antiparalelas y las ADNpolimerasas sólo pueden unir nucleótidos en sentido 5’-->3’ y ese es sólo el sentido de avance de una de las cadenas de cada horquilla. Esta hebra se puede sintetizar de manera continua y se denomina hebra conductora, líder o guía (leading strand). Sin embargo, la otra hebra parental se encuentra en sentido 5’-->3’ por lo que la síntesis de su complementaria sería en sentido 3’-->5’, capacidad que no tiene la ADNpolimerasa como ya se ha dicho. La solución al problema de la síntesis de esta cadena se reveló al comprobar que se producía en forma de pequeños fragmentos llamados fragmentos de Okazaki (en honor a su descubridor Tuneko Okazaki). Se propuso entonces un modelo en el que la síntesis complementaria de la hebra molde que iba en sentido 5’-->3’ de cada horquilla se produciría en sentido opuesto al de avance de la horquilla y en forma discontinua. A esta hebra de nueva síntesis que se replica “a trocitos” se le denominó hebra retardada o retrasada (lagging strand). Lógicamente, la síntesis de cada fragmento de Okazaki requiere su propio ARN cebador. Para que esto sea posible es necesario que la hebra molde en sentido 5’-->3’ forme un bucle para disponerse en sentido 3’-->5’ en el sentido de avance de la horquilla ya que es una misma ADNpolimerasa la que forma tanto la hebra conductora como la retardada. La elongación se producirá por la unión de los dNTPs complementarios correspondientes mediante enlace fosfodiéster. Durante el proceso de elongación también se produce una actividad exonucleasa de la ADNpol que elimina nucleótidos mal apareados así cómo los fragmentos de ARNcebador y rellenando los huecos con ADN. A continuación la ADNligasa une todos los fragmentos obtenidos. TERMINACIÓN Termina evidentemente cuando la ADNpolimerasa termina la repicación en todas las horquillas (o en todo el ADN circular en el caso de sea una célula procariota) En el caso de los eucariotas, se llega al final de la replicación al final de la molécula del ADN lineal de cada cromosoma o telómero. Cuando se elimina el último ARNcebador, la hebra retardada quedará incompleta ya que la ADN polimerasa no podrá rellenar el hueco al ser incapaz de sintetizar en direción 3’ --> 5’. Para poder completar la cadena, la polimerasa necesitará un extremo hidroxilo 3’ libre donde inicia un nuevo fragmento. Este hecho hace que el telómero se vaya acortando un poco cada vez que la célula se divide, fenómeno que se asocia a los procesos de enevejecimiento y muerte celular. Las ADNs polimerasas son muy eficientes en su proceso de replicación ya que pueden ir corrigiendo erores de eemparejamiento consiguiendo que sólo haya un error cada 100.000 bases. Además existen mecanismos de corrección de estos errores una vez terminada la replicación. ANIMACIÓN REPLICACIÓN Vídeo ADN - empaquetamiento y replicación (y tranascripción y replicación) Lección sobre la replicación

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OTROS TEMAS RELACIONADOS CON LA REPLICACIÓN

MUERTE CELULAR La necrosis o muerte accidental se produce cuando la célula sufre un daño grave, como por ejemplo la falta de oxígeno. Los caracteres morfológicos que acompañan a este tipo de muerte implican un hinchamiento de la célula y una rápida alteración de la estructura normal de la membrana plasmática y de los orgánulos citoplasmáticos, incluido el núcleo. La apoptosis o muerte celular programada. Es un muerte natural gracias a la cual las células se autodestruyen en ejecución de un programa genético en el que están implicadas proteínas de efectos antagónicos. Un ejemplo de apoptosis es la mediada por: Bcl-2: protege a las células de la apoptosis Bax: que induce a la apoptosis. Según como se asocien estas proteínas producirán unos efectos u otros. Por ejemplo, los homodímeros Bax/Bax son capaces de desencadenar apoptosis, mientras que el heterodímero Bax/Bcl-2 determinará la supervivencia. LA TELOMERASA En las células madre de los gametos, las células cnacerosas o las de los tejidos embrionarios, que se dividen continuamente, existe un enzima, la telomerasa, que impide el acortamiento de los telómeros. Está formada por una porción proteica y por un ARN que actúa como molde. A partir de ese molde, el enzima fabrica una cadena de ADN complementaria al molde que lleva para completar la hebra retardada por lo que la telomerasa es una retrotranscriptasa.

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