Replicación del ADN
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Replicación del ADN Lina Merlano Romero José David Navarro María José Ortega Jesús Turizo Hernández Universidad de Sucre. Facultad de Ciencias de la Salud. Programa de Medicina. Bioestructura III. Bioquímica II. Periodo 02-2013.
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Descripción sencilla de la duplicación del ADN, los mecanismos principales de reparación y las principales mutaciones.
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Replicación del ADN
Lina Merlano Romero
José David Navarro
María José Ortega
Jesús Turizo Hernández
Universidad de Sucre. Facultad de Ciencias de la Salud. Programa de Medicina. Bioestructura III. Bioquímica II. Periodo 02-2013.
Conceptos básicos
Ácido desoxirribonucleico (ADN)
El ADN es una macromolécula de aspecto filamentoso, formada
por carbono, hidrógeno, oxígeno, nitrógeno y fósforo.
El ADN es la base de la herencia, está organizado en genes, que
son las unidades fundamentales de la información genética.
El ADN dirige la síntesis de ácido ribonucleico (ARN), que a su
vez dirige la síntesis de proteínas por los ribosomas.
ADN ARN ADN
Transcripción Traducción
ADN
rARN mARN tARN
Ribosomas
Proteínas
Transcripción TranscripciónTranscripción
Traducción
Función del ADN
G
T
C
A
Estructura del ADN
Bases nitrogenadas
Azúcar
Fosfato
Esqueleto de azúcar y fosfato
Puentes de hidrógeno
Nucleótido
Nucleósido
Organización del ADN
Núcleo
Histona
Cromosoma
ADN
Pares de basesCodón
Organización del ADN
ADN Histonas Nucleosomas Cromatina Cromosoma
El ciclo celular es una secuencia ordenada de sucesos con fines
de reproducción, crecimiento y desarrollo, y renovación de tejidos.
La duración del ciclo celular depende del tipo de célula y de
factores externos como la disponibilidad de nutrimentos.
Las células se dividen a una velocidad suficiente para reemplazar
únicamente las células que son eliminadas del cuerpo.
Ciclo celular
Ciclo celular
Ciclo celular
Interfase
Fase M
Profase
Metafase
Anafase
Telofase
Fase G0
Fase G1
Fase S
Fase G2
Replicación del ADN
La replicación del ADN es la proceso de síntesis de nuevas
hebras de ADN usando como molde una cadena ya existente.
La replicación del ADN se han estudiado principalmente en
procariotas con genoma simple como la E. Coli.
Definición
+ + +
ADN parental
Conservativa Semiconservativa Dispersiva
Tipos de replicación
La replicación es un proceso semiconservador
Principios de replicación
La replicación comienza en un punto del ADN
Principios de replicación
Lazo
Horquilla de replicación
Horquilla de replicación
La síntesis de ADN se desarrolla en dirección 5' → 3'
Principios de replicación
La síntesis de ADN es semidiscontinua
Principios de replicación
Cadena retrasada
Cebador de ARN Fragmento de Okazaki
Cadena adelantada
Nueva hebra de ADN
ADN polimerasa
Helicasa
Origen
Las principales moléculas enzimáticas implicadas en la replicación
del ADN son:
Helicasa.
Proteína de unión a cadena sencilla.
ADN polimerasa.
Girasa.
Primasa.
Ligasa.
Maquinaria enzimática
Enzimas encargadas de romper los puentes de hidrógeno que
mantienen unida la doble hélice.
Se une a la banda discontinua de cada horquilla de replicación.
Topoisomerasa
Cadena adelantada
Cadena retrasada
ADN polimerasa
Fragmentos de Okazaki
Cebador
ADN polimerasa
Helicasa
Maquinaria enzimática
Helicasa
También llamada proteína de unión a cadena sencilla.
Estabiliza el DNA desenrollado uniéndose a éste, e impide que se
reasocie la doble hélice.
Topoisomerasa
Cadena adelantada
Cadena retrasada
ADN polimerasa
Fragmentos de Okazaki
Cebador
ADN polimerasa
Helicasa
Maquinaria enzimática
Proteína SSB
Es una topoisomerasa II de ADN
Reduce la tensión molecular causada por el superenrollamiento.
Produce cortes de doble cadena y después los une.
Topoisomerasa
Cadena adelantada
Cadena retrasada
ADN polimerasa
Fragmentos de Okazaki
Cebador
ADN polimerasa
Helicasa
Maquinaria enzimática
ADN girasa
Sintetiza las nuevas hebras de ADN de las dos bandas.
Topoisomerasa
Cadena adelantada
Cadena retrasada
ADN polimerasa
Fragmentos de Okazaki
Cebador
ADN polimerasa
Helicasa
Maquinaria enzimática
ADN polimerasa
DNA Polimerasa III: Síntesis de la nueva cadena de ADN
emparejando los desoxirribonucleótidos con los
desoxirribonucleótidos complementarios correspondientes del
ADN molde.
DNA Polimerasa II: Con actividad exonucleasa 3’-5’ esta
involucrada en procesos de reparación de DNA.
DNA Polimerasa I: Una actividad 3’-5’ exonucleasa, remoción de
nucleótidos erróneos y esta involucrada en la síntesis de los
primers.
Maquinaria enzimática
ADN polimerasa
Maquinaria enzimática
ADN polimerasa
Maquinaria enzimática
ADN polimerasa
Encargada de la síntesis de los primers para la síntesis del DNA.
Esta inicia los fragmentos de Okazaki.
Maquinaria enzimática
Primasa
Une los fragmentos de Okazaki o aquellas zonas del ADN donde se
hayan producidos Nicks.
Maquinaria enzimática
Ligasa
El ADN se encuentra enrollado, es necesario que la doble cadena
de nucleótidos se separe para que opere la ADN polimerasa.
Fases de la replicación
Topoisomerasa
Cadena adelantada
Cadena retrasada
ADN polimerasa
Fragmentos de Okazaki
Cebador
ADN polimerasa
Helicasa
En las procariotas existe un solo origen de replicación, denominado
OriC y, a partir de este único punto de origen, la replicación
progresa en dos direcciones, de manera que existen dos puntos de
crecimiento u horquillas de replicación.
Fases de la replicación
Horquilla de replicación
Horquilla de replicación
Origen de replicación (OriC)
1. Reconocimiento del sitio de inicio de la replicación.
2. Separación de las cadenas parentales de ADN.
3. Estabilización parcial de esas cadenas como cadenas sencillas
de ADN (Proteínas SSB).
4. Formación del complejo de iniciación.
5. Síntesis del ARN cebador tanto en la cadena retardada como
en la cadena conductora.
Fases de la replicación
Iniciación
Cuando se mira solamente una de las horquillas de replicación,
una de las hélices se sintetiza de forma continua, la hélice
conductora (también llamada hélice líder).
La otra hélice se sintetiza de manera discontinua, hélice
retardada (también llamada hélice retrasada), a base de
fragmentos cortos o fragmentos de Okazaki.
Fases de la replicación
Iniciación
Fases de la replicación
Iniciación
En la hebra inferior de la cadena molde de ADN, la síntesis se da continuamente en el sentido 5’ → 3’.
Cadenas molde de ADN
Desenrollado y replicación
Nuevas cadenas de ADN sintetizado
En la hebra superior de la cadena molde de ADN, la síntesis empieza en una horquilla y continua en dirección opuesta al desenrollado.
Fragmentos de Okazaki
Cadena retrasadaSíntesis discontinua de ADN
Cadena adelantadaSíntesis continuade ADN
La síntesis de ADN empieza de nuevo en la cadena superior, en una horquilla de replicación, y continúa desde allí hasta terminar la cadena molde.
La síntesis de ADN en esta cadena es discontinua; se sintetizan fragmentos cortos de ADN llamados fragmentos de Okazaki, producto de este proceso.
La primasa sintetiza los cebadores necesarios para la síntesis
discontinua de la cadena retrasada de ADN.
Extensión de los nuevos fragmentos de ADN por la ADN
polimerasa.
La ADN polimerasa elimina los cebadores y rellena los espacios
que quedan al eliminar los cebadores.
La ligasa une los fragmentos de ADN catalizando la formación de
un enlace fosfodiester entre el extremo 5´PO4- de un nucleótido y
el grupo 3’OH- del nucleótido adyacente.
Fases de la replicación
Fragmentos de Okazaki
La ADN Polimerasa III actúa en ambas cadenas de ADN.
Se forman la cadena continua y fragmentos de Okazaki.
Fases de la replicación
Elongación
Hélice conductoraHélice conductora
Hélice retardada
Fragmento de OkazakiCebadores
La ADN Polimerasa I degrada los cebadores y los reemplaza por
ADN complementario.
La ADN ligasa une todos los fragmentos de ADN de Okazaki.
Fases de la replicación
Terminación
Cadenas molde de ADN
Horquilla de replicación
ADN polimerasa
ADN ligasaFragmentos de Okazaki
Cadena retrasada
Cadena adelantada
Similar a lo que ocurre en procariotas.
Las histonas antiguas se fusionan con la hebra conductora.
Mayor número de replicones u horquillas.
Más lento (10 veces) por la existencia de histonas.
Fragmentos de Okazaki más pequeños.
Ocurre durante la interfase en el periodo o fase S del ciclo celular.
Ocurre siempre en el interior del núcleo.
Replicación del ADN en eucariotas
Daños, mutaciones y reparación
Perdida de bases
Cambio de bases
Modificación química de bases
Rotura de enlaces fosfodiester
Entrecruzamientos
Daños
Tipos de daños
Espontáneas
Inducidas
Agentes físicos:
Radiación UV.
Radiación ionizante.
Agentes químicos:
Acido nitroso.
Agentes alquilantes.
Carcinógenos.
Agentes bifuncionales.
Daños
Causas de daños
Cambio de bases
A, G y C:
Grupos amino exocíclicos.
Pérdida espontánea dependiente de:
Temperatura.
pH.
Daños
Pirimidinas
Purinas
Reparación
Escisión de bases
Daños
Pérdida de bases
Espontáneas.
Depurinación.
Célula humana:
2000 a 10.000 purinas/célula/dia.
Hay dos tipos de sustitución:
Transición (entre bases iguales).
Transversión (entre bases diferentes).
Daños
Sustitución de bases
Es aquella reparación en la que no se hace necesaria la remoción
de bases o nucleótidos sino que simplemente se revierte el daño.
Enzima fotoliasa.
Metiltransferasa.
Reparación
Reparación directa
Metiltransferasa
Reparación
Reparación directa
O 6 – metilguanina metiltransferasa
Daños
Radiaciones UV
Fotoliasa
Reparación
Reparación directa
Reparación
Genes Uvr A, B Y C
Helicasa II
UVR ABC
Xeroderma pigmentoso (XP)
Fallos por la escisión de nucleótidos
Dermatosis que se transmite en forma autosómica recesiva.
Se mutan cualquiera de los 7 genes implicados en la reparación.
(XPA, XPB, XPC, XPD, XPE, XPF, XPG)
Se manifiesta como una reacción de fotosensibilidad.
Probabilidad de desarrollar cáncer cutáneo.
No reparación (mutación)
Ampollas
Conjuntivitis
Machas cutáneas
Queratosis
Blefaritis
Xeroderma pigmentoso (XP)
Fallos por la escisión de nucleótidos
No reparación (mutación)
No reparación (mutación)
Bulto en la mama
Inflamación de ganglios
linfáticosEnrojecimiento de la piel
Cáncer de mama
Fallos en la reparación de la rotura de la doble cadena de DNA
Resumen
Preguntas
El ADN se replica por cuál de los siguientes modelos propuestos:
A. Conservativo.
B. Semiconservativo.
C. Dispersivo.
D. Ninguna es correcta.
¿Cuál de los siguientes elementos no está implicado en la formación de las horquillas
de replicación?
A. Proteínas SSB.
B. Helicasa.
C. OriC.
D. Ligasa.
¿En qué dirección se replica el ADN?
A. 5’ → 3’
B. 3’ → 5’
C. 5’
D. 3’
¿Cuál de las siguientes secuencias de una molécula de ADN sería complementaria para
la secuencia GCTTATAT?
A. TAGGCGCG.
B. ATCCGCGC.
C. CGAATATA.
D. TGCCTCTC.
Si la secuencia de la cadena molde de ADN es 5'-AATGCTAC-3‘, la cadena nueva tendrá
la siguiente secuencia:
A. 3'-AATGCTAC-5'
B. 5'-AATGCTAC-3'
C. 3'-TTACGATG-5'
D. 5'-TTACGATG-3'
En eucariotas, el ADN está enrollado alrededor de cuál de las siguientes
estructuras:
A. Proteínas SSB.
B. Solenoide.
C. Polimerasa.
D. Histonas.
Nuestra misión en la tierra es descubrir nuestro propio camino. Nunca seremos felices si vivimos un tipo de vida ideado por otra persona.
James Van Praagh
