Genética molecular. Autoduplicación del ADN

GENÉTICA MOLECULAR (AUTODUPLICACION DEL ADN (1)

http://www.johnkyrk.com/index.esp.html http://www.ucm.es/info/genetica/grupod/Replicacion/Replicacion.htm#Okazaki

La herencia. Genética molecular

• La replicación del ADN.

Observaciones

• Comentar que de todos los modelos propuestos para explicar la replicación del ADN (dispersivo, conservativo y semiconservativo), el experimento de Meselson y Stahl demostró que el ADN se replica según el modelo semiconservativo.

• Explicar de forma muy simplificada el mecanismo general de la replicación. Mencionar brevemente las encimas implicadas: ADN polimerasas (no es necesario que se aprendan los distintos tipos de ADN polimerasas), helicasas, topoisomerasas, ligasas. Referirse brevemente a los fragmentos de Okazaki.

Semiconservativo Conservativo Dispersivo

Modelo Conservativo

• Proponía que el ADN de doble hélice, servía de molde para una nueva y completa molécula de DNA.

Modelo Dispersivo• Los segmentos de cada una de las hebras se

conservan produciendo moléculas de doble hebra con fragmentos viejos (del molde) y fragmentos nuevos.

Modelo Semiconservativo

• Cada una de las hebras sirve de molde para la nueva molécula, resultando dos moléculas idénticas entre sí mismas e idénticas a la molécula parental.

Teoría semiconservativa

http://www.mhhe.com/sem/Spanish_Animations/sp_meselson_stahl.swf

Muchos orígenes de replicación en Drosophylla melanogaster

Esquema con múltiples orígenes de replicación

Hebramolde

Hebra hija

Extremo 3’

pirofosfato

Enlace de un nuevo desoxiribonucleósidotrifosfato

Extremo 5’

DNA Replication

Hebra moldeHebra molde

Hebra líderHebra líder

Hebra retardadaHebra retardada

EL ADN es la molécula que permite perpetuar la vida: REPLICACIÓN DEL ADN

EL ADN es la molécula que permite perpetuar la vida: REPLICACIÓN DEL ADN

Proteínas principales en la replicación del ADN

• Topoisomerasas

• Helicasas

• Girasas (tipo de topoisomerasas)

• SSB (single strand DNA-binding protein)

• Primasas

• ADN polimerasas

• Ligasas

Desenrollamiento y apertura de la doble hélice de ADN

Ori C

Proteínas específicas

La helicasa rompe los enlaces de hidrógeno

entre las bases y abre la doble hélice

Proteínas SSB

Helicasa

TopoisomerasaGirasa

Evitan las tensiones debidas a un superenrrollamiento

Impiden que el ADN se vuelva a enrollar

Las proteínas específicas se unen al punto de iniciación Burbuja

de replicación

Topoisomerasas

Superenrrolamiento en ADN doble hélice circular

http://www2.uah.es/biomolq/BM/Esquemas/Animaciones/supernrollamto%20y%20topoisomerasas%20lhngr.movhttp://www2.uah.es/biomolq/BM/Esquemas/Tema2.htm

3’

5’

5’

3’

3’

5’

5’3’

3’5’

3’

La ADN polimerasa necesita un fragmento de ARN (cebador o primer) con el extremo 3’ libre para iniciar la síntesis.

La ADN polimerasa cataliza la síntesis de una cadena en el sentido 5’→ 3’ uniendo cada nuevo nucleótido complementario

del extremo 3’.

Una de las hebras se sintetiza de modo contínuo. Es la conductora o lider.

La otra hebra se sintetiza de modo discontinuo formándose fragmentos que se unirán más tarde. Es la retardada.

• Descubrieron unos polinucleótidos de entre 1000 y 2000 nucleótidos en células procariotas, en eucariotas son entre 100 y 200 nucleótidos.

Reiji Okazaki / Tsuneko Okazaki(1968)

Replicación de ADNReplicación de ADN

Horquilla de replicación ADN

http://www.mhhe.com/sem/Spanish_Animations/sp_dna_replication.swf

http://www.mhhe.com/sem/Spanish_Animations/sp_dna_replication_fork.swf

http://biomodel.uah.es/biomodel-misc/anim/replic/replic7.html

Replicación

• Las ADN polimerasas requieren como sustrato el extremo 3’ hidroxilo libre de una base apareada para catalizar la unión de otro nucleótido.

• Se requiere de primers o iniciadores que en la

mayoría de los casos son de ARN, y son sintetizados por primasas.

Esquema Círculo rodante

http://www.mhhe.com/sem/Spanish_Animations/sp_bidirectionl_replicatn.swf

Esquema Método Theta

Figure 6.16

ReplicaciónReplicación círculo rodante círculo rodante (plásmidos en Gram +, (plásmidos en Gram +, algunos virus)algunos virus)

orígen de replicación bidireccional orígen de replicación bidireccional (cromosoma y plásmidos en Gram -)(cromosoma y plásmidos en Gram -)

ADN reparadora

• En procariotas el enzima ADN polimerasa incorpora 1000 bases/minuto (se autoduplica entre 20 y 40 minutos).

• El enzima ADN polimerasa, en eucariotas, incorpora 50 bases/minuto, por eso necesita muchos puntos de iniciación.

5’

3’

5’

3’

L a replicación del ADN en eucariotas es muy parecida a la de los procariotas, salvo en algunas diferencias:

La replicación se inicia simultáneamente en varios puntos del cromosoma llamados replicones.

Existen cinco tipos de ADN polimerasas.

Las histonas se sintetizan durante la replicación. Junto al ADN formarán el nucleosoma. Las nuevas histonas se incorporan a la hebra retardada y las viejas en la conductora.

Cuando se elimina el último cebador, la ADN polimerasa no podrá rellenar el hueco, al no poder sintetizar en dirección 3’ - 5’.

5’

5’5’

3’5’3’5’

Cebador Último cebador

Tel

óm

ero

Eliminación de cebadores

Debido a esto el extremo del cromosoma (telómero) se va acortando cada vez que la célula se divide. Esto se asocia al envejecimiento y muerte celular.

La ADN polimerasa polimeriza desde el extremo 3’ libre

Hebra más corta

5’

TELÓMEROS

Los telómeros son los extremos de los cromosomas. Son regiones de ADN no codificante, altamente repetitivas, cuya función principal es la estabilidad estructural de los cromosomas en las células eucariotas, la división celular y el tiempo de vida de las estirpes celulares.

• Están localizados en los extremos de los cromosomas.• Sin los telómeros, los cromosomas son inestables y

pueden combinarse con otros cromosomas para formar cromosomas dicéntricos o anillos.

• Protegen al cromosoma de la degradación.• Permiten la replicación completa de cada cromosoma.• Posicionan a los cromosomas dentro del núcleo.• Sus secuencias tienen estructura y función propias.• Tienen unas 6-10 kilobases, y consisten de unas 250 –

1500 repeticiones de una secuencia rica en G, en los vertebrados es TTAGGG.

• http://www.ucm.es/info/genetica/grupod/Replicacion/Replicacion.htm#Telomeros

TELÓMEROS

Estructura básica del telómero

Telomerasa

• Ribonucleoproteína (enzima) específica de los telómeros.

• Tiene actividad transcriptasa inversa.• Añade unidades sencillas de la repetición a los

extremos de los telómeros previniendo el acortamiento de los cromosomas.

• Las mayoría de las células somáticas normales del ser humano son TELOMERASA-NEGATIVAS.

http://www.youtube.com/watch?v=AJNoTmWsE0s&feature=player_embedded

Acción de la telomerasa

APOPTOSIS

Existen dos tipos de muerte celular: la apoptosis, que sigue un programa, y la necrosis, que es accidental.

La muerte celular programada -neologismo creado a partir del griego antiguo “apóptōsis”, “caída” en el sentido de algo que se desprende de algo, como por ejemplo la caída de la hojas de los árboles:

πό (apó), “desde” o “a ἀpartir de” πτωσις, (ptōsis) “caída”

http://www.plataformasinc.es/index.php/esl/Noticias/Muerte-entre-las-celulas

fig.cox.miami.edu/.../255/255hist/255history.htm

Cell undergoing apoptosis

www.portfolio.mvm.ed.ac.uk/.../apoptosis.html

Una célula-T (anaranjada) matando a una célula cancerígena (malva)Dr Andrejs Liepins/Science Photo Library

www.sciencemuseum.org.uk/.../lifecycle/172.asp

cancerquest.org/index.cfm?page=383 http://www.cancerquest.org/index.cfm?page=3102 en castellano

Proceso de apoptosis (video)

Célula tumoral en cultivo (MET) mostrando los signos típicos de apoptosis:•Condensación masiva de cromatina.•Citoplasma condensado con orgánulos intactos.•Burbujas o vesículas periféricas.•Ausencia de inflamación.

www.med.upenn.edu/bmcrc/morph/gallery.shtml?F...

http://retina.umh.es/docencia/confsvivos/temas/apoptosis/apoptosis.html

Necrosis / Apoptosis

• Aparentemente, la necrosis comienza con una incapacidad de la célula para mantener la homeostasis, lo que conlleva la entrada de agua e iones extracelulares.

• El término apoptosis se usa como sinónimo de

muerte celular programada o suicidio celular. La célula es parte activa en su propia muerte y es crucial para la homeostasis de todos los organismos pluricelulares.

GENOMAEl genoma es todo el material genético contenido en las células de un organismo.

Por lo general, al hablar de genoma en los seres eucarióticos nos referimos sólo al ADN contenido en el núcleo, organizado en cromosomas.

En el caso de los seres humanos, el genoma nuclear tiene 3.000 millones de pares de bases, lo que incluye dos copias complementarias del genoma haploide de 1.500 millones de pb.

El genoma humano fue declarado Patrimonio de la Humanidad

por la UNESCO (United Nations Educational, Scientific and Cultural Organization)

1997

• Fue anunciado consecutivamente en China, Japón, Francia, Alemania, el Reino Unido y Estados Unidos.

• Para conseguir este hito, que corona un siglo de investigación biológica, el proyecto público internacional y el privado de la empresa estadounidense PE Celera Genomics abandonaron la pugna que mantenían y decidieron anunciarlo conjuntamente en la Casa Blanca, en una ceremonia presidida por el presidente Bill Clinton

• El Proyecto Genoma Humano comenzó en 1990 en los Estados Unidos con un presupuesto de 375.000 millones de pesetas y un plazo de 15 años, con el objetivo de analizar molecularmente la herencia genética humana.

• Se trata de realizar mapas de cada uno de los cromosomas humanos. Implica dividir los cromosomas en pequeños fragmentos que puedan ser caracterizados y posteriormente ordenados en el cromosoma

http://www.arrakis.es/~ibrabida/igpgh.html

Mapas genéticos

GEN

• Desde el punto de vista mendeliano (unidad de la herencia)

• Desde el punto de vista molecular (unidad de transcripción)

Desde el punto de vista molecular

(unidad de transcripción)• Un gen es una secuencia lineal de nucleótidos en la molécula

de ADN, que contiene la información necesaria para la síntesis de una macromolécula con función celular específica.

• La mayoría de los genes codifican proteínas • Otros genes no son traducidos a proteína sino que cumplen

su función en forma de ARN.

• Algunos genes han sufrido procesos de mutación u otros fenómenos de reorganización y han dejado de ser funcionales, pero persisten en los genomas de los seres vivos. Al dejar de tener función, se denominan pseudogenes.