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DNA REPLICACIÓN
Características generales
- La cadena que se sintetiza en el sentido que avanza la horquilla de replicación se denomina hebra adelantada, líder o conductora (leading strand) y se sintetiza de manera continua
- la que se sintetiza en sentido contrario al avance de la horquilla se denomina hebra rezagada o retrasada (lagging strand), se sintetiza de manera discontinua
- La síntesis de las cadenas DNA se llevan cabo en dirección 5´ - 3´, tanto en eucariotas como procariotas
- La cadena de DNA solo puede crecer en dirección 3´ debido a que solamente el carbono de la posición 3´ de la pentosa posee un radical hidroxilo (OH) libre, con el que se puede crear un nuevo enlace fosfodiester con otro desoxirribonucleotido (dNTP) y constituir asi la hebra creciente de DNA.
- La replicación del DNA cuenta con 3 características principales
Semiconservadora
Consiste en que cada una de las moléculas hijas conservan una cadena original, esta hipotesis fue comprobada en 1957 por Meselson y Stahl
Existían otras teorías como la conservadora la cual consistía en crear una molécula totalmente nueva y la dispersante en la que se creía que había una unión de fragmentos viejos con fragmentos nuevos
Bidireccional
Esto debido a que a partir del sitio de origen de la replicación (ORI ), las cadenas se sintetizan en ambos sentidos, es decir cuenta con dos puntos de crecimiento que forman lo que llamamos horquilla de replicación.
El DNA tiene dos secuencias ORI, en los humanos se llama ORI-H para la cadena pesada y ORI-L para la cadena ligera , los cuales inician la replicación de su cadena de manera independiente y diferentes tiempos.
Debido al gran tamaño del DNA existen múltiples puntos ORI, por lo que también se considera multifocal.
Los sitios ORI no se encuentran al azar, son secuencias específicas ricas en A-T que controlan la replicación de una unidad del DNA llamado replicón.
la presencia de A-T, facilita la separación de las hebras y la formación de las burbujas de replicación , dado a que las A-T están unidas pos 2 puentes de hidrogeno, mientras que G-C con 3.
Las burbujas de replicación se producen en ciertas zonas del DNA y no son aleatorias, se sabe que existen secuencias cercanas a 300pb que indican el lugar preciso en el que ha iniciado la replicación.
En cambio en los cromosomas de bacterias y virus existe un único sitio de replicación, por lo que se afirma que la replicación es monofocal y el sitio ORI de ellas permite la replicación de todo el DNA.
Discontinua
Antes se tenia la creencia de que las cadenas crecían en la misma dirección es decir que ambas eran continuas esta incógnita fue resuelta por los científicos japoneses Reiji Okazaki y Tsuneko Okazaki en 1960.
Ellos descubrieron que una de las nuevas cadenas de DNA se sintetizaba en sentido contrario en pequeños fragmentos, a los que nombraron fragmentos de Okazaki
Su longitud suele variar entre 1000 y 2000 nucleótidos en las bacterias y entre 100 y 400 nucleótidos en eucariotes.
Proteínas que participan en la replicación
La maquinaria encargada de la replicación del ADN es muy compleja y está formada por un grupo de proteínas que actúan en conjunto con una secuencia de ADN específica ya establecida.
Helicasa: Enzima encargada de separar las dos hebras del ADN mediante la rotura de los puentes de hidrógeno que se establecen entre las bases nitrogenadas de las dos cadenas del ADN
Ocasiona superenrollamientos positivos a los lados de la burbuja de replicación.
Proteínas de unión a cadena sencilla (SSB, singlestrand ADN binding proteins en procariotes y RPA proteína de replicación A en eucariotes)
Evitan la formación de los puentes de hidrógeno entre las dos cadenas separadas por la helicasa y permiten que se copien.
hebra patrón o molde y las unidades estructurales correspondientes (desoxirribonucleótidos).
cuando haya un extremo 3’ disponible.
ADN polimerasa α
Primasa
Inicia la síntesis del DNA mediante la formación de un cebador de RNA. ADN polimerasa δ, ε Responsables de la mayor parte de la enlongacion de ambas hebras de DNA ADN polimerasa β Involucrada en la repacion de errores o daños en el DNA. ADN polimerasa ϒ Lleva a cabo la replicación del DNA mitocondrial. ADN polimerasa α, δ, ε, β
Estan involucradas en la repacion del ADN nuclear ADN polimerasa δ, ϒ, ε
Tiene actividad exonucleasa 3´, son capaces de corregir errores al incorporar los nucleótidos o las hebras que es sintetizada o eliminada del nucleótido equivocado y añade el correcto ADN polimerasa ζ (theta), η (eta) y ι (iota)
Su función no es muy conocida pero se cree que esta involucradas en los mecanismos de reparación y recombinación
Inicio
La replicación inicia en las burbujas de replicación estos sitios son ricos en A-T y son reconocidos por proteínas llamadas “proteínas de reconocimiento del sitio de origen”, Cada burbuja posee 2 horquillas de replicación que avanzan en sentidos opuestos.
- Las cadenas de DNA se separan, dado a que la helicasa , se une a la cadena de DNA y rompe los puentes de hidrogeno
- Al ser abierta, la doble hélice, hace que las cadenas simples adquieran inestabilidad, la cual es compezada con la unión de proteínas estabilizadoras RPA en eucariotas y SSB en procariotas
- La primasa sintetiza un cebador el cual proporciona un extremo 3´libre, para que pueda actuar la DNA polimerasa
- La DNA polimerasa inicia a incorporar los nucleótidos en forma complementaria a las bases de la cadena molde.
Los cebadores actúa una vez en la cadena líder y varias veces en la cadena retardada, lo que inicia cada fragmento de Okazaki
Elongación
Proceso por el cual la DNA polimerasa añade uno por uno los nucleótidos complementarios a la cadena molde, ayudada por la PCNA
- La horquilla avanza aumentado la tensión por delante de la cadena, para evitar que esta tensión impida el paso las topoisomerasas I y II cortan los enlaces fosfodiester de la doble hélice y vuelven a unirlos.
- La horquilla sigue avanzando en la cadena líder, en esta la síntesis se realiza de manera continua hasta llegar al extremo de la cadena, por lo contrario la cadena retrasada, la síntesis se realiza de manera discontinua, por lo que necesita la presencia de varios cebadores para la síntesis de los fragmentos de Okazaki
- Los fragmentos de Okazaki se ligan formando una sola hebra, para ello los cebadores formados por RNA es eliminado por las enzimas endonucleasa flap 1 y rellenado por la DNA polimerasa ε o δ , lo que permite que los fragmentos que los fragmentos de Okazaki se unan por la ligasa para formar la cadena discontinua.
Terminación
El final de la replicación se produce cuando la ADN polimerasa δ llega al extremo del fragmento de ADN.
Se produce entonces el desacoplamiento de todo el replisoma y la finalización de la replicación.
La maduración: ES uno de los pasos cruciales en el proceso de terminación dado a que se debe completar la síntesis de la cadena retardada y unir los fragmentos de Okazaki.
Para que esta maduración suceda, existe un sistema de nucleasas (FEN1/RTH1 + RNasa H1) encargado de eliminar el cebador de ARN.
- En consecuencia la ADNpol δ, o ADNpol ε , elonga el extremo 3’ del fragmento adyacente y rellena el lugar que antes ocupaba el cebador hasta alcanzar el extremo 5’ del fragmento contiguo.
- la ligasa sella la mella resultante uniendo el 3’-P del primer fragmento con el 5’-P del segundo.
Replicación de los telómeros.
- Se elimina el ultimo cebador a la vez que se a conseguido mantener y aumentar la longitud del telomero.
