ADN

•Replicación del ADN

Una de las características más notables del ADN essu capacidad de replicarse. Vale decir que el ADNes capaz de formar copias de sí mismo. El procesode autoduplicación del ADN se lleva a cabo en elperíodo S del ciclo celular. Esta etapa es un pasoprevio obligado para realizar la división celular en laetapa M de mencionado ciclo. Los genes debenposeer tres funciones principales, como portadoresdel material hereditario:

Deben ser capaces, por medio de una replicaciónfiel, de transmitir la información genética degeneración en generación. Deben contener la información necesaria para sintetizar todas las proteínasfundamentales para permitir el normal desarrollo de la célula. Deben aceptar cambios ocasionales como forma de evolución, es decir, deber aceptar la capacidad de mutar.La replicación permite que el ADN sea capaz de cumplir con las funciones anteriormente mencionadas. La réplica del material hereditario es un producto directo de este proceso; la información para la síntesis de las proteínas está asegurada por medio de la replicación y los errores en la replicación posibilitan y generan cambios que pueden llevar a la evolución.

Figura N° 3: Replicación Semiconservativa del ADN. Obsérvese en la figura que las cadenas del ADN parental se conservan y pasan a formar parte de las cadenas hijas.En el esquema, las cadenas nuevas se visualizan en negrita.

La replicación del ADN es Semiconservativa, puesto que las dos cadenas del ADN sirven de patrón para la síntesis de las nuevas cadenas. Cada doble hélice hija, producto del proceso de autoduplicación, tendrá una cadena recién sintetizada (nueva) y otracadena que, con anterioridad, formaba parte de la molécula parental.La replicación se llevará a cabo en el núcleo de la célula eucariota, e intervendrán una dotación de enzimas que se encargarán de abrir la doble hélice, incorporar los nucleótidos y disminuir la tensión que se genere por delante de ella.

Una vez que se comprobó que el ADN era el material hereditario y se descifró su estructura, lo que quedaba era determinar como el ADN copiaba su información y como la misma se expresaba en el fenotipo. Matthew Meselson y Franklin W. Stahl diseñaron el experimento para determinar el método de la replicación del ADN. Tres modelos de replicación era plausibles.

1. En la replicación semiconservativa se originan dos moléculas de ADN, cada una de ellas compuesta de una hebra de el ADN original y de una hebra complementaria nueva. En otras palabras el ADN se forma de una hebra vieja y otra nueva. Es decir que las hebras existentes sirven de molde complementario a las nuevas.

2. Replicación conservativa durante la cual se produciría un ADN completamente nuevo durante la replicación.

3. La replicación dispersiva implicaría la ruptura de las hebras de origen durante la replicación que, de alguna manera se reordenarían en una molécula con una mezcla de fragmentos nuevos y viejos en cada hebra de ADN.

Enzimologia de la replicacion

Con el fin de esclarecer el proceso de replicación, describiremos primero todas las enzimas que intervienen y luego desarrollaremos el proceso en su conjunto. ADN polimerasa: Es la principal enzima de este proceso. Ella es capaz de sintetizar nuevas cadenas de ADN , a partir de una hebra patrón y las unidades estructurales correspondientes (desoxirribonucleótidos).Los desoxirribonucleótidos, para ser incorporados por esta, deben estar trifosfatados. Es decir que se necesitarán dATPs, dGTPs, dTTPs y dCTPs, para poder sintetizar las nuevas cadenas de ADN.Otra de las características principales de esta enzima, es que polimerizará los nucleótidos en la dirección 5´a 3´. Como consecuencia de esto, la dirección en la cual leera la cadena patrón de ADN será de 3´a 5´ .

Un rasgo a tener en cuenta es que la ADN polimerasa NO puede iniciar su síntesis sin la existrencia de un cebador de ARN.No solamente polimeriza los nucleótidos, sino que se ha comprobado que es capaz de corregir los posibles errores que se cometan durante la autoduplicación.

Helicasas: Son las enzimas encargadas de separar las dos hebras del ADN. Estas enzimas son responsables de la ruptura de las uniones puente de Hidrógeno que se establecen entre las bases de las dos cadenas del ADN. Para poder separar las doshebras del ADN se necesitará energía, que es obtenida de la hidrólisis del ATP. Por cada dos pares de bases que separan, se gastan dos moléculas de ATP.

Proteínas estabilizadoras de la cadena: Una vez que las cadenas del ADN son separadas, la estabilidad de las mismas disminuye considerablemente. El ADN tiende a reasociarse y, son estas proteínas quienes impiden que el ADN vuelva a su conformación inicial. Su presencia es fundamental para mantener las cadenas estiradas.

Topoisomerasas: Al producirse la duplicación, el ADN adquiere cierto grado de superenrollamiento. Imaginemos que la molécula de ADN es como una bandita elástica, a la cual le conferimos vueltas alrededor de su eje longitudinal. Si ahora tomamos uno de sus extremos y separamos cada una de sus partes veremos que, por delante de donde se produce la separación, la bandita adquirirá una mayor tensión, plegándose sobre sí misma. Lo mismo ocurre con la molécula de ADN, si la Helicasa separa las cadenas delante de donde se está produciendo la replicación aumentará, en forma más que considerable, la tensión de la molécula. Para evitar esto, las topoisomerasas cortan la doble hélice, rotan el ADN y vuelven a unirlo, evitando así que aumente la tensión por delante de la horquilla de replicación. En consecuencia, encontraremos a las Topoisomerasas por delante del lugar donde se está produciendo la duplicación.

ARN polimerasa o Primasa: Esta enzima es la que sintetiza el cebador, un primordio de ARN necesario para que la ADN polimerasa pueda iniciar la síntesis de las nuevas cadenas. El cebador es una pequeña porción de ARN de 10 a 12ribonucleótidos de largo que se mantendrá unido a la cadena de ADN molde hasta que sea removido.

DNA POLIMERASAS EUCARIOTICAS

ORIGENES DE LA REPLICACION

La principal diferencia de la replicación de virus y bacterias con la replicación de eucariontes radica en que los eucariontes poseen muchos orígenes de replicación, probablemente debido a la enorme cantidad de ADN que poseen y a que su material hereditario en la inmensa mayoría de los casos esta repartido en varias moléculas de ADN distintas o varios cromosomas. Por tanto, los eucariontes tienen en cada cromosoma muchos orígenes de replicación, y como consecuencia, muchos replicones (unidades de replicación).

DIRECCIÓN DE SÍNTESIS 5' - 3', BIDIRECCIONAL

• Las ADN polimerasas de E.coli (las enzimas encargadas de sintetizar ADN) solamente saben sintetizar ADN en la dirección 5' - 3'. Es decir, solamente son capaces de añadir nucleótidos al extremo 3' OH de otro nucleótido trifosfato. Las ADN polimerasas necesitan un extremo 3' OH al que añadir nucleótidos trifosfato para comenzar la síntesis de ADN.

• La replicación del ADN en E. coli es bidireccional, ya que a partir de un punto de origen progresa en dos direcciones opuestas, existiendo dos puntos de crecimiento (PC) u horquillas de replicación. 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), mientras que la otra hélice se sintetiza de manera discontinua, hélice retardada (también llamada hélice retrasada), a base de fragmentos cortos. Si se observan simultáneamente las dos horquillas de replicación, a un lado del origen la hélice de nueva síntesis se polimeriza de forma continua, mientras que al otro lado del origen se polimeriza de forma discontinua.

Para demostrar que la replicación es bidireccional se pueden realizar experimentos que se denominan de pulso y caza, en los que la célula es expuesta durante un breve periodo de tiempo en un medio con timidina tritiada  TH3 (pulso) y después se pasa a un medio con timidina no radiactiva (fría) en exceso (caza). Posteriormente se extiende el ADN se un portaobjetos y después se realiza una autorradiografía.

                                                                                                                      

Replicación

bidireccional:

Experi

mento

de

pulso y caza

                                                                                                                      

Replicación

bidireccional:

Experi

mento

de

pulso y caza

REPLICACION DE LOS TELOMEROS

Telomerasa

La telomerasa es una enzima formada por un complejo proteina-acido ribonucleico con actividad polimerasa que es producida en células germinales embrionarias que permite el alargamiento de los telómeros. Encargada de restituir la longitud del telomeros, haciendo copias de la secuencia TTAGGG.

La telomerasa es reprimida en las células somáticas maduras después del nacimiento, que producen un acortamiento del telómero después de cada división celular.

Telomerasa

Puede desempeñar un papel en la formación, mantenimiento y renovación de los telómeros y en los procesos tales como el envejecimiento y el cancer, y a la cuestión del uso de agentes antitelomerasa como fármacos antitumorales.

Actúa como transcriptasa inversa telomerasa; invierte el curso normal (ADN..>ARN) y va del ARN al ADN, trascribiendo el ARN a ADN. Recientes estudios con esta enzima han demostrado que celulas bañadas en una solución de esta sustancia tienen la capacidad de seguir reproduciendose indefinidamente. Es decir anula el proceso de envejecimiento y muerte celular.

Telomerasa

Esto podria traducirse a tratamientos con telomerasa que evitarian por completo la muerte tanto celular, como del individuo, es decir, seria el farmaco que otorgaria la inmortalidad, salvo por un contratiempo: Al ser administrada telomerasa en seres pluricelulares complejos como los humanos o animales, la celula empieza a dividirse indefinidamente, es decir, crea un tumor maligno que se divide a gran velocidad, y, teniendo en cuenta que evita el envejecimiento pero no los demas males, provocaria la muerte por cancer.

MUTACIONES

Las mutaciones fueron descritas por primera vez en 1901 por uno de los redescubridores Mendel, el botánico holandés Hugo De Vries.

Son alteraciones del genotipo o constitucion genetica del individuo

Tipos de mutaciones

Cambio de Base: Se producen al cambiar en una posición un par de bases por otro (son las bases nitrogenadas las que distinguen los nucleótidos de una cadena).

•Transiciones: cuando un par de bases es sustituido por su alternativa del mismo tipo.

• Purina por purina y pirimidina por pirimidina

•Transversiones: cuando un par de bases es sustituida por otra del otro tipo.

•Purina por pirimidina y pirimidina por purina

Puntuales y Pseudopuntuales

G) o una pirimidina por pirimidina (C <--> T); (2) G) o una pirimidina por pirimidina (C <--> T); (2) transversiones, cuando se sustituye una pirimidina transversiones, cuando se sustituye una pirimidina por una purina o viceversa (T o C <--> G o A). por una purina o viceversa (T o C <--> G o A).

Desfases (Cambio en el numero)• Delecion:En la secuencia de nucleótidos se

pierde uno y la cadena se acorta en una unidad.

Insercion:Dentro de la secuencia del ADN se introducen nucleótidos adicionales, interpuestos entre los que ya había, alargándose correspondientemente la cadena.

Mutaciones Cromosomicas• Deleciones

• Duplicaciones

• Inversiones

• Translocaciones

MUTAGENOS

un mutágeno es un agente físico o químico que altera o cambia la información genética (usualmente ADN) de un organismo y ello incrementa la frecuencia de mutaciones por encima del nivel natural.

Tipos de mutágenos Los mutágenos se clasifican de acuerdo al tipo de medio del que provienen.Los más frecuentes son :

Mutágenos biológicos

Son aquellos que se encuentran en el ambiente y mutan a lo largo de millones de años.Suelen ser organismos de tamaño muy minúsculo,como bacterias,virus,hongos,etc.

Mutágenos químicosSon compuestos o elementos químicos los cuales pueden alterar rápidamente la estructura genética de los organismos vivientes,como los fármacos,las drogas,etc.

Mutágenos físicosSon los más dañinos,ya que originan mutaciones peligrosas en los seres vivos,como enfermedades hereditarias y enfermedades congénitas.Figuran entre ellos la radiación ultravioleta y la radiación nuclear.

Naturaleza de los mutágenos

Los mutágenos son usualmente compuestos químicos o radiación ionizante y pueden ser divididos dentro de diferente categorías de acuerdo a su efecto en la replicación del ADN.Algunos mutágenos actuan como base análoga y se insertan en la cadena de ADN durante la replicación en lugar de los sustratos. Algunos reaccionan con el ADN causando cambios estructurales que llevan a un copiado erróneo de la secuencia en la cadena cuando el ADN es replicado. Otros lo hacen indirectamente al causar que las celulas sinteticen químicos que tiene un efecto mutagénico directo. La prueba de Ames es un recurso para determinar cuan mutagénico puede ser un agente.

Reparacion del DNA

La reparacion del DNA es un proceso constante en la Celula, escencial para su supervivencia ya que protege al genoma de daños y mutaciones dañinas. La única característica que

diferencia el genoma de D. radiodurans es su estructura circular. Se ha propuesto que tiene relación con el mecanismo de reparación del DNA. (S. Levin-Zaidman)

METILACION DEL DNA

METILACION DEL DNA