Replicaci%C3%B3n+del+ADN

8/6/2019 Replicaci%C3%B3n+del+ADN

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RREEPPLLIICCAACCIINN DDEELL AADDNN

El significado gentico de la replicacin es el de conservar la informacin gentica.La estructura del ADN en doble hlice permite comprender como dicha molcula

puede dar lugar a copias sin perder su conformacin. En principio, las dos hebrasdeberan separarse. Despus, mediante la accin de otra enzima, a partir dedesoxirribonucletidos sueltos y segn la complementariedad de bases, podra irseconstruyendo las hebras complementarias de las dos hebras modelo iniciales.

MODELOS DE REPLICACIN PROPUESTOS

Para explicar este proceso se propusieron tres hiptesis:

Hiptesis Conservativa. Propone que tras la duplicacin, quedan, por un lado, lasdos hebras antiguas juntas y, por otro, las dos hebras nuevas tambin espiralizadas.

La Hiptesis Semiconservativa sobre la duplicacin del ADN se debe a Watson yCrick. En ella se sostiene que, en las dos molculas de ADN de doble hlice hijas,una de las hebras sera la antigua y otra la moderna.

La Hiptesis Dispersiva supone que la primitiva molcula de ADN se fragmenta enmultitud de pequeos trozos, copindose stos y reunindose tanto los fragmentosoriginales como las copias de modo que las dos nuevas molculas estn formadaspor fragmentos antiguos y nuevos.

El experimento ms definitivo para dilucidar cul de estas tres hiptesis era lacorrecta fue el de Meselson y Stahl en 1957. La hiptesis confirmada fue lasemiconservativa.


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REPLICACIN IN VIVO DEL ADN

La enzima que lleva a cabo la replicacin del ADN es la ADN polimerasa, estaenzima tiene unos requerimientos especficos para trabajar, que le imponenrestricciones:

1. Slo aade nucletidos en la direccin 53.2. Necesita para poder empezar a copiar y unir nucletidos un molde de ADN.3. Necesita un pequeo trocito de ARN al cual unir los nucletidos, ya que ella no

puede empezar a unir los nucletidos sin tener una pequea cadena ya formada.4. Utiliza nucletidos trifosfato.

Dadas las necesidades de esta enzima y sabiendo que la molcula de ADN estformada por dos hebras antiparalelas, se plantea un problema en la cadena de ADNque va en la direccin 5 3, porque aqu la enzima estara trabajando en la

direccin contraria, y sin embargo, se observa que las dos hebras se van replicando.

La solucin al dilema la dio el desabrimiento, en 1968, por Okazaki de unosfragmentos constituidos por unos 50 nucletidos de ARN y entre 1.000 y 2.000nucletidos de ADN, denominados fragmentos de Okazaki. As se poda explicarcomo se copia esta cadena, siendo de forma discontinua en la direccin 53 y laotra cadena de forma continua. Tambin quedaba solucionado el problema de que laenzima necesitara una cadena de ARN a la cual unir los nucletidos.


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Veamos ahora como se lleva acabo el proceso:

Existe una secuencia de nucletidos en el ADN llamada origen de replicacinque acta como seal de iniciacin.

Las cadenas de ADN estn unidas por puentes de hidrgeno, que debemosromper para facilitar la separacin de las cadenas para ser copiadas, estaseparacin la lleva a cabo las enzimas helicasas.

Como el desenrollamiento de la doble hlice da lugar a superenrollamientos en elresto de la molcula, capaces de detener el proceso, se hace preciso la presenciade las enzimas topoisomerasas que eliminen las tensiones en la fibra.

A continuacin, para evitar que las dos hebras vuelvan a reunirse y formar lospuentes de hidrgeno se colocan unas protenas llamadas SSB (Single-StrandDNA Binding proteins), que estabilizan las cadenas sencillas.

El proceso es bidireccional, es decir, hay una helicasa trabajando en un sentido yotra trabajando en sentido opuesto. Se forman pues las llamadas burbujas u ojosde replicacin.


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Como ninguna ADN-polimerasa puede actuar sin cebador, interviene primero unaARN polimerasa (primasa) que si lo puede hacer, sintetiza un corto fragmento deARN de unos 10 nucletidos denominado primer que acta como cebador.

Despus interviene la ADN polimerasa III, que a partir de este cebador comienzaa sintetizar en direccin 53 una hebra de ADN partir de nucletidos trifosfato.La energa necesaria para el proceso es aportada por los propios nucletidos quepierden dos de sus fsforos. Esta nueva hebra se sintetiza en el sentido que seabre la horquilla de replicacin, es de crecimiento continuo y se denomina hebraconductora.

Sobre la otra hebra (hebra discontinua o retardada) la ARN polimerasasintetiza unos 40 nucletidos de ARN en un punto que dista unos 1.000nucletidos de la seal de iniciacin. A partir de ellos la ADN polimerasa IIIsintetiza unos 1.000 nucletidos de ADN, formndose un fragmento de Okazaki.Este proceso se va repitiendo a medida que se van separando las dos hebraspatrn.

A continuacin interviene la ADN polimerasa I, que, primero, gracias a su funcinexonucleasa, retira los segmentos de ARN, y que luego, gracias a su funcinpolimerasa, rellena los huecos con nuceltidos de ADN.

Finalmente la ADN ligasa unir los dos extremos, tanto en la cadena continuacomo los sucesivos fragmentos de Okazaki que se van formando en la cadenadiscontinua.

Cuando se observa como se produce la replicacin se ve que la cadena continua vams rpida que la discontinua, esto es debido a que cada vez que se forma unfragmento de Okazaki hay que realizar todo este proceso como si se comenzara lasntesis de nuevo, formando el primer y el resto de pasos, sin embargo, en lacontinua solo se realizar una vez.


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REPLICACIN DEL ADN EN EUCARIOTAS

Es similar a la de los procariontes, es decir, semiconservativa y bidireccional.Existe una hebra conductora que sintetiza de manera continua y la retardada deforma discontinua con fragmentos de Okazaki.

Sin embargo, la replicacin en eucariotas presenta ciertas peculiaridades:

El ADN de los eucariontes est fuertementeasociado a los octmeros de histonas, enforma de nucleosomas, por lo que adems dereplicarse el ADN, deben duplicarse tambinlas histonas. Al parecer, tanto los nuevosnucleosomas como los antiguos se reparten demanera aleatoria entre las dos nuevas hebrashijas: en la retardada y en la conductora.

La longitud del ADN de un cromosomaeucaritico es mucho mayor que el ADNbacteriano, de ah que no haya un nico origende replicacin. Para que el proceso sea msrpido, existen numerosas burbujas dereplicacin a lo largo de cada cromosoma.

CORRECCIN DE ERRORES

La actividad de la ADN polimerasa debe ser exacta, rpida y fiel, ya que la vida entera

y su continuidad de generacin en generacin dependen de la exactitud y precisincon que se transmite la informacin, es decir de la fidelidad de la duplicacin delADN.

La seleccin de nucletidos por la ADN polimerasa y su actividad autocorrecctora,constituyen mecanismos de prevencin de errores, pero an as se comete un errorde apareamiento por cada 10 millones de bases.

Esta precisin podra resultar suficiente para una bacteria, cuyo genoma contiene 3millones de pares de bases, pero resulta insuficiente para el genoma humano quecontiene 3.109 pares de bases.


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Un error por cada 10 millones de bases supondra 300 equivocaciones en cadaduplicacin del ADN humano, y teniendo en cuenta que durante el desarrolloembrionario a partir del zigoto el genoma humano se duplica casi mil millones deveces, se producira una acumulacin del trescientos mil billones de errores, lo queevidentemente, es incompatible con la vida, ya que la formacin inicial se perdera

pronto como consecuencia de las divisiones celulares.

Por ello, para aumentar todava ms la precisin de la duplicacin, existe unamaquinaria enzimtica que corrige los posibles errores cometidos por el ADNpolimerasa en ADN recin sintetizados (correccin postreplicativa), con lo que laexactitud de la rplica alcanza la increble perfeccin de un error por cada diez milmillones de bases (1010). Esta correccin se realiza por medio de un conjunto deenzimas agrupados en un complejo multienzimtico que detecta el nucletido malemparejado, lo elimina y regenera la secuencia correcta, del siguiente modo:

Para detectar el nucletido mal emparejado,el aparato de correccin debe reconocer lacadena recin sintetizada, donde seencuentra el error y diferenciarla de lacadena molde. Ambas cadenas soncomplementarias, pero mientras que lacadena molde tienen metiladas lasadeninas de las secuencias GATC, existeun lapso de tiempo durante el cual lasadeninas de estas secuencias en la cadenarplica aparecen sin metilar, y es en esteintervalo cuando acta el complejomultienzimtico y detecta los posibleserrores.

La eliminacin se realiza mediante unaendonucleasa que corta el segmento en ellugar donde se encuentra el error.

Por ltimo, la secuencia correcta seregenera cuando la ADN polimerasa I

rellena el hueco utilizando como molde lacadena original, y por ltimo una ligasa unirlos fragmentos.


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TELMEROS: ENVEJECIMIENTO Y MUERTE CELULAR

Los cromosomas eucariotas son lineales y presentan en sus extremos unas regiones,denominadas telmeros constituidas por secuencias repetitivas del tipoTTAGGGTTAGGG.Cuando se replica el ADN lineal, los extremos 5 de los

telmeros, no pueden ser replicados.

Cuando se elimina elARN cebadordel extremo 5 de cada una de las hebras recinsintetizadas, el hueco que queda no lo pueden rellenar los enzimas ADNpolimerasas, porque no encuentran extremos hidroxilo libres sobre los que aadirnuevos nucletidos.

La imposibilidad de replicar los extremos de cada cromosoma da lugar a que eltelmero se vaya acortando en cada ciclo de replicacin, hasta llegar a unacantidad crtica. Esta prdida deja al descubierto los extremos de los cromosomas

que se unen unos a otros producindose la imposibilidad de replicacin. Esteacortamiento de los telmeros est relacionado con el envejecimiento celular y lamuerte programada o apoptosis de las clulas.

El acortamiento de los telmeros, puedeser remediado mediante una enzima, latelomerasa, que repara el dao y hacea las clulas inmortales, es el caso delas clulas embrionarias y tumorales.

La telomerasa es unaribonucleoproteina que acta comotrasncriptasa inversa (sintetiza ADN apartir de un molde de ARN), ya quetienen una hebra de ARN con lasecuencia apropiada para actuar comomolde para la sntesis de la secuenciatelomrica de ADN que se aade en losextremos 3 de cada cromosoma paraevitar su acortamiento en cada proceso

de duplicacin.

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AGENTES MUTAGNICOS

El ADN es un compuesto que se encuentra sometido continuamente a las agresionesde sustancias qumicas, tanto de nuestro propio metabolismo como del exterior.Tambin es alterado por agentes fsicos.

EFECTO DE LA TEMPERATURA. Las clulas humanas por el mero hecho deencontrarse a 37, pierden diariamente y de forma espontnea unas 5.000 basespricas (A y G) en un proceso que implica la rotura del enlace N-glucosdicodenominado despurinizacin.

EFECTO DE LOS RAYOS ULTRAVIOLETA DE LA RADIACIN SOLAR. Estaradiacin induce la formacin de enlaces covalentesentre dos bases pirimidnicas sucesivas en la mismacadena, lo que da lugar a dmeros de timina y decitosina; como consecuencia se rompen los puentesde hidrgeno que mantenan con sus basescomplementarias y la doble hlice se desorganizaalrededor de los dmeros. Estos dmeros puedenrepararse fotoqumicamnete, pues las clulas poseenunas enzimas que pueden activarse por la accin dela luz ultravioleta.

METABOLITOS REACTIVOS. Algunos residuos del metabolismo, sobre todo losradicales libres derivados del oxgeno, son compuestos altamente reactivos ycapaces de inducir lesiones en el ADN.

RADIACIONES IONIZANTES. Se conocen con este nombre a determinadasradiaciones electromagnticas de longitud de onda muy corta y por ello altamenteenergticas, como los rayos (gamma) y los rayos X y los flujos de neutrones

y protones originados en los reactores nucleares, que al colisionar con lostomos y las molculas que encuentran en su camino, los transforman en iones yradicales muy reactivos, capaces de atacar a numerosas molculas de lasclulas, entre ellas el ADN, produciendo la rotura de sus cadenas.

Las consecuencias derivadas de su accin dependen de la intensidad de la radiaciny del tiempo de exposicin, ya que sus efectos son acumulativos. Si la radiacin esmuy intensa, llegan a romperse los cromosomas y se produce la muerte celular.

Son ms sensibles las clulas que s encuentran en divisin que las que no se dividen;por ello cuando se aplica radioterapia en el tratamiento contra el cncer, la radiacin

destruye preferentemente a las clulas cancerosas, que estn continuamentedividindose, y deja intactas las restantes clulas del organismo. Si la radiacin afecta


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a una mujer embarazada, se producen mutaciones de ADN en el feto que puedenocasionar la paricin de malformaciones en el recin nacido, de ah que nunca seutilicen rayos X como mtodo de exploracin en las mujeres gestantes.

RADIACIN CORPUSCULAR: PARTCULAS y . Son las partculas que se

emiten en los procesos de desintegracin de istopos radiactivos, y sus efectossobre el ADN son similares a los producidos por las radiaciones rayos o los rayosX, que ocasionan la rotura de las cadenas de ADN. El caso ms grave fue elsucedi en el accidente nuclear de Chernbil.

SUSTANCIAS QUIMICAS. Constituyen una autntica legin de sustancias,habitualmente utilizadas y que nos rodean.

El benzopireno y otros hidrocarburos policclicos, que son molculas planasque al intercambiarse entre los pares de bases establecen puentes, medianteenlaces covalentes, entre las dos hebras de ADN. El cido nitroso, que provoca

la desaminacin de la citosina y la adenina. Los agentes alquilantes como el gasmostaza, que introducen grupos metilo, etilo en las bases del ADN y alteran lareplicacin.

Como la mayora de estos agentes mutagnicos favorecen el desarrollo detumores carcingnicos.

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