T9 Replicación ADN - Apuntes 9 PDF

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Replicación del ADN...

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T9_REPLICACIÓN ADN DOGMA CENTRAL DE LA BIOLOGÍA + El ADN es la molcula que contiene la informacin gentica de un organismo + Se expresa a travs de una molcula de ARN (transcripcin) que se traduce en prote)nas (traduccin) + El ADN se autoperpet*a (replicacin) + Un gen es el segmento de ADN que contiene determinada informacin para la clula con car,cter bien estructural o catal)tico

METABOLISMO DEL ADN + La secuencia de nucletidos del ADN codifica la estructura primaria de todos los ARN y prote)nas celulares y, por mediacin de las enzimas, puede influir directamente en la s)ntesis del resto de constituyentes celulares + El metabolismo del ADN comprende el proceso mediante el cual se hacen copias fieles de las molculas de ADN (replicacin), junto a los procesos que afectan la estructura inherente a la informacin (reparacin y recombinacin) + Las enzimas que sintetizan el ADN han de copiar molculas que contienen millones de bases  Lo hacen con fidelidad y velocidad extraordinarias + La reparacin de ADN tiene por objetivo mantener la integridad de la informacin gentica + La clulas pueden reordenar su informacin gentica  Este hecho contribuye al mantenimiento de la integridad del genoma en la replicacin, la reparacin del ADN y la segregacin de los cromosomas

REPLICACIÓN DEL ADN + El ADN es el almacn de la informacin gentica y la molcula encargada de transmitir a la descendencia la informacin necesaria para construir todas las prote)nas presentes en los seres vivos + Para ello emplea la replicacin  Mecanismo a travs del cual realiza copias de s) mismo  Se basa en la complementariedad de las bases de las 2 cadenas

CARACTERÍSTICAS

REPLICACIÓN SEMICONSERVATIVA + Se dice que es semiconservativa ya que durante la replicacin del ADN se originan 2 molculas de ADN formadas por:  Una hebra del ADN original y  Una hebra complementaria nueva que se forma sirvindose de las hebras existentes como molde - Resultado: 2 molculas de ADN nuevas e idnticas al ADN original, formadas cada una de ellas por una cadena nueva y otra vieja del ADN molde + El modelo de doble hlice propuesto por Watson y Crick (1953) permiti:  Proporcionar una explicacin al mecanismo de replicacin del ADN  Explicar cmo las cadenas del ADN sirven de molde para la s)ntesis de nuevas cadenas + La especificidad del emparejamiento de bases (A-T y C-G) implica que cada molde slo puede determinar una secuencia de bases

ORIGEN DE LA REPLICACIÓN + La replicacin empieza en un origen y normalmente avanza de forma bidireccional + Toda molcula de ADN que vaya a ser replicada tiene un origen de replicacin, desde donde se inicia el proceso en ambas direcciones, finalizando el proceso al termina de copiarse toda la molcula de ADN:  Molculas circulares de ADN bacteriano: un *nico origen de replicacin  Cromosomas lineales de clulas eucariotas

- La replicacin se inicia simult,neamente en varios puntos, aumentando as) la velocidad del proceso

+ Cada burbuja tiene dos horquillas de replicacin que ir,n desenrollando la hlice de ADN en direcciones opuestas (apertura bidireccional) mientras las cadenas se van replicando  Comenzando el proceso en un punto, la molcula de ADN se desenrrolla hacia los dos extremos de la cadena  En cada lazo, los extremos u horquillas de replicacin avanzan el proceso de s)ntesis hasta completar la copia

FRAGMENTOS DE OKAZAKI + Las cadenas nuevas de ADN siempre se sintetizan en direccin 5’  3’: el 3’OH libre es el punto de elongacin:  El nuevo nucletido se une a la posicin 3’-OH de la desoxirribosa  El nuevo nucletido que entra en la cadena se une mediante un enlace ster fosfrico, quedando libre la posicin 3’- OH del nuevo nucletido.  Las enzimas que posibilitan la formacin del enlace fosfodister contin*an incorporando nuevos nucletidos en la direccin 5’ 3’ de la nueva cadena  El nuevo nucletido es complementario al de la cadena molde (cadena 3’  5’ del ADN parental). Se une mediante enlaces de H

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El ADN se desenrrolla y se rompen los puentes de H entre las 2 cadenas con la ayuda de la enzima Helicasa Las prote)nas enlazantes a cadena simple SSB evita que las cadenas se vuelvan a unir, cre,ndose una burbuja de replicacin Las burbujas de replicacin se forman en m*ltiples lugares a lo largo de la molcula de ADN, aumentando considerablemente la velocidad de la replicacin En la horquilla de replicacin, una vez las cadenas han sido desenrrolladas y separadas, la ADN polimerasa puede comenzar a construir una nueva cadena La hebra conductora es la nueva cadena que crece de modo continua hacia la horquilla de replicacin La ADN polimerasa construye una nueva cadena en direccin 5-3 Sin embargo la ADN polimerasa no puede iniciar una nueva cadena, solo puede prolongar una cadena preexistente La RNA primasa coloca los primeros nucletidos de la nueva cadena El segmento resultante de ARN cebador, proporciona un extremo 3 libre al que enlazarse La ADN polimerasa puede ahora ir colocando los nucletidos complementarios a medida que se desplaza a lo largo de la cadena molde Se observa que la ADN polimerasa lee la cadena molde en direccin 3-5, mientras que construye la nueva cadena en la direccin opuesta, 5-3 La hlice contin*a desenroll,ndose y abrindose, permitiendo a la hebra conductora crecer de modo continuo en la direccin de la horquilla de replicacin M,s tarde, otro tipo de ADN polimerasa reemplaza el cebador de ARN por ADN La nueva cadena de ADN se forma gracias a la ADN polimerasa III que trae el siguiente nucletido trifosfato. La energ)a es liberada cuando se rompe el enlace que mantiene unidos 2 de los 3 fosfatos a la molcula. Esta energ)a se utiliza para polimerizar (proceso por el que se forman las nuevas cadenas) la nueva cadena de ADN El fosfato se une al grupo -OH libre, se forman los puentes de hidrgeno que unen los nucletidos de una hebra con los de la otra La hebra rezagada (se sintetiza en direccin opuesta a la del avance de la horquilla) es la nueva cadena que crece de modo discontinuo alej,ndose de la horquilla de replicacin En la hebra rezagada en primer lugar, la ARN primasa añade un fragmento de ARN cebador, y entonces la ADN polimerasa comienza a sintetizar la nueva cadena de ADN Antes de que pueda continuar la s)ntesis de la hebra rezagada, la hlice debe de continuar desenroll,ndose. As) la hebra rezagada se sintetiza de manera discontinua. Una vez m,s la ARN primasa comienza la nueva cadena Los tramos discontinuos se denominan fragmentos de Okazaki Al igual que la hebra conductora, una ADN polimerasa diferente cambia el cebador ARN por ADN. Esta ADN polimerasa cambia el ARN por ADN Una ligasa sella la unin de los fragmentos de ADN La replicacin contin*a de este modo a lo largo de la hebra rezagada, sintetizando fragmentos a medida que la hlice se desenrrolla La nueva cadena es una copia exacta de la otra cadena parental En la hosrquilla de replicacin vemos cmo las hebras conductora y rezagada comienzan a replicarse trabajando en direcciones opuestas por accin de la ARN polimerasa y la ADN polimerasa III Mientras tanto otra hebra conductora se est, replicando sobre la cadena opuesta de la burbuja (ADN polimerasa III) Hay una segunda hebra rezagada en el extremo opuesto Una segunda ADN polimerasa añade desoxirribonucletidos cambiando el ARN por ADN

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Finalmente una ligasa sella la unin de los fragmentos de ADN Este proceso contin*a en ambas direcciones hasta que la molcula completa de ADN ha sido replicada Hay m*ltiples burbujas de replicacin a lo largo de la molcula de ADN Las burbujas contin*an creciendo hasta que llegan a unirse Ahora tenemos 2 molculas completas de ADN

REPLICACIÓN EN CÉLULAS PROCARIOTAS (Escherichia coli) ENZIMAS QUE PARTICIPAN ADN POLIMERASA

OTRAS ENZIMAS HELICASAS + Enzimas que separan las dos cadenas de la molcula de ADN parental__requieren ATP TOPOISOMERASAS + Enzimas que desenrollan el ADN y lo relajan PRIMASAS + Es un tipo de ARN polimerasa + Enzimas que sintetizan el cebador (suele ser el fragmento corto de ARN) LIGASAS + Enzimas que se encargan de unir trozos formados de cadenas, realizando un enlace fosfodister entre los nucletidos pertenecientes a dos segmentos de una cadena

ETAPAS INICIACIÓN ORIGEN DE REPLICACIÓN + El ADN bacteriano tiene un *nico origen de replicacin + Esta secuencia, denominada Ori C, consta de un m)nimo de 245 pares de bases, donde se unir, una prote)na iniciadora__AdnA en Scherichia coli APERTURA DE LA HÉLICE + La ADN helicasa se encarga de romper los enlaces de hidrgeno entre cadenas complementarias si previamente se ha unido la prote)na iniciadora, siguiendo el sentido 5’-3’ de la apertura de la horquilla + Las prote)nas SSB (Single Strands Binding proteins, prote)nas de unin a ADN de cadena sencilla) se unen r,pidamente impidiendo el reanillamiento del ADN + ADN girasa (topoisomerasa) rompe la cadena de ADN, libera la tensin y sella de nuevo la cadena

ELONGACIÓN + La primasa sintetiza el cebador o primer:  Fragmento de ARN (10 a 12 ribonucletidos)  Aporta el 3’-OH de un nucletido sobre el que se unen los dem,s - Cadena conductora__slo requiere la accin de la primasa una vez - Cadena retrasasa__la primasa añade un primer cada fragmento de Okazaki + La ADN polimerasa comienza la replicacin del fragmento de ADN

ADN POLIMERASA I + Tiene asociada principalmente tres actividades enzim,ticas:  Actividadpolimerasa 5’3’ Permite la s)ntesis de la nueva hebra  Actividadexonucleasa 3’5’ Realiza la funcin de correccin durante la lectura  Actividad exonucleasa 5’3’ Esta actividad permite a la enzima retirar el primer de ARN que la primasa ha añadido y rellenar el hueco con desoxirribonucletidos recin sintetizados, ya que tambin tiene actividad polimerasa 5’  3’ y correctora de pruebas (exonucleasa 3’5’). + Cuando la polimerasa I termina, deja un extremo 3’-OH que no puede unir al extremo 5’-P del primer residuo añadido por la ADN polimerasa III

ADN LIGASA + La enzima ADN ligasa une los nucletidos mediante un enlace fosfodister + Se encarga de ligar el *ltimo nucletido añadido por la ADN polimerasa I tras eliminar el primer con el primero añadido por la ADN polimerasa III

TERMINACIÓN + La replicacin finaliza cuando se encuentran las dos horquillas de replicacin con la regin de terminacin Ter (secuencias de 20 pb), donde se une la prote)na Tus + El complejo Ter- Tus puede detener la horquilla de replicacin desde una sola direccin + Los pocos centenares de bases finales entre estos grandes complejos proteicos se replican a continuacin mediante un mecanismo a*n desconocido

+ El resultado final son 2 cromosomas circulares ligado en el espacio (encadenados) + La separacin de los c)rulos encadenados la lleva a cabo la Topoisomerasa IV

REPLICACIÓN EN CÉLULAS EUCARIOTAS DIFERENCIAS CON PROCARIOTAS + Las molculas de ADN de las clulas eucariotas, adem,s de ser lineales, son mayores que las de las procariotas y est,n organizadas en estructuras nucleoproteicas complejas (cromatina) + Coordinacin de la replicacin  Todo el genoma se debe de replicar de forma precisa una sola vez cada ciclo celular  Ning*n gen queda sin replicar y ninguno lo hace m,s de una vez + M*ltiples or)genes de replicacin  No se activan al mismo tiempo  Se necesita del complejo multiproteico ORC__se une a las secuencias de origen de la replicacin y comienza a abrir la hlice + Velocidad menor  50 nucletidos por segundo + Fragmentos de Okazaki m,s cortos  En torna a 100 nucletidos + ADN polimerasas + Existencia de Telomerasas  Replicacin de los extremos de los cromosomas + Unin a histonas para formar nucleosomas + El proceso tiene lugar en 2 pasOs:  Primer paso - Los or)genes reciben una aprobacin para iniciar la replicacin, cuando un factor permisivo de la replicacin se une al origen  Segundo paso - Las prote)nas de iniciacin provocan la separacin de las cadenas de ADN dando comienzo de la replicacin - Solo act*an en los or)genes aprobados - A medida que las horquillas de replicacin se alejan de los or)genes, el factor permisivo se desprende dejando el origen en estado “no aprobado”. Por lo que no podr, reiniciarse la replicacin hasta que se renueve el permiso

RESOLUCIÓN REPLICACIÓN EN EXTREMOS + La hebra rezagada habr, generado un primer complementario al extremo 3’-OH, que la ADN polimerasa se encargar, de retirar + La ADN polimerasa slo añade nucletidos en direccin 5’3’ y necesita un extremo 3’-OH libre que no existe tras la eliminacin del cebador por lo que no puede completar la s)ntesis del *ltimo fragmento de Okazaki + Queda un extremo protuberante que debe ser rellenado por la enzima telomerasa. + La telomerasa es una ribozima con una porcin de prote)na y una porcin de RNA

TELÓMEROS + Los telmeros son los extremos que aseguran la replicacin eficiente  La enzima telomerasa que sintetiza de forma complementaria, sirve de molde para sintetizar un tozo de telmero  Si no existieran los telmeros habr)a una parte en la primera replicacin no se har)a, y as) sucesivamente, lo que provocar)a un acortamiento de la hebra replicada + Los telmeros presentan secuencias repetitivas ricas en G, que establecer,n triples enlaces con C, dando estabilidad al final de la molcula ºcomplementarios al extremo protuberante  Esta porcin de ARN sirve de molde para que la actividad de la telomerasa sintetice ADN complementario al ARN de la propia enzima

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De esta forma se extiende el extremo del cromosoma impidiendo que se acorte cada vez que se replica

TELÓMEROS Y ENVEJECIMIETO + Las clulas germinales tienen una abundante cantidad de telomerasa, pero las clulas som,ticas producen muy poca cantidad o ninguna + Los cromosomas de las clulas som,ticas en proliferacin se vuelven progresivamente m,s cortos con cada divisin celular, hasta que la clula detiene todas las divisiones y entre en senescencia INVESTIGACIÓN + Relacin entre el acortamiento del telmero y el envejecimiento  S)ndrome de Werner - Los afectados expresan de forma temprana muchos sucesos relacionados con el envejecimiento, como la aparicin de arrugas en la piel, cataratas y enfermedades cardiovasculares. - Los afectados por este s)ndrome presentan una mutacin en gen WRN, que hace que tengan los telmeros m,s cortos

TELÓMEROS Y CÁNCER + La mayor)a de las clulas cancer)genas tienen actividad telomerasa + La capacidad para mantener los telmeros funcionales puede ser una de las razones por las que las clulas cancerosas pueden crecer de forma indefinida...