¡Descarga LA REPLICACIÓ y más Apuntes en PDF de Bioquímica solo en Docsity!
LA REPLICACIÓ
ESTRUCTURA DEL ADN
Característiques del material genètic: ● Permetre emmagatzemar una gran quantitat d’informació i ser estable. ● La replicació d’aquest material genètic, previ a la divisió cel·lular ha de ser un procés fidel, és a dir, que no s’introdueixin de manera aleatòria errors en aquesta informació i per tant que aquests no siguin transmesos a la següent generació. ● Poder convertir la informació que conté, expressar aquesta informació, en fenotips. L’estructura del DNA i el seu paper com a material genètic s’estableixen fruit del treball de moltes investigacions. En el segle XIX es descriu el nucli de les cèl·lules, on es identificat el contingut contingut d’aquest nucli amb la nucleïna, s’estableix la composició del DNA. Al segle XX es demostra que aquest DNA és capaç de formar i transformar el contingut genètic d’un organisme fins que al 1953 es resol l’estructura d’aquesta molècula tridimencional, el DNA.
Unitats estructurals dels àcids nucleics: El DNA està format per nucleòtids, on tenim: ● bases nitrogenadas, tipus Purines (Adenina i Guanina) i Pirimidines (Citosina, Timina i Uracil). El Uracil es troba al RNA i no al DNA.
● Un grup fosfat
● Sucres: pentoses. Ribosa en el cas del RNA i Desoxirribosa en el DNA. En la ribosa aquest sucre presenta un grup hidroxil en en el C2’ i en la desoxirribosa hi ha absència del grup hidroxil a la posició 2’ de l’anell.
Aquesta petita diferència fa que el DNA sigui molt més estable que el RNA. És gràcies a aquesta major estabilitat que el DNA ha estat seleccionat com a material genètic
Unitats estructurals dels àcids nucleics: nucleòtids Aquestes bases nitrogenades s’uneixen a la ribosa o desoxirribosa mitjançant un enllaç N-glicosídic i donen lloc als nucleòsids, i a aquest nucleòsids s’uneix un fosfat mitjançant un enllaç fosfoéster per donar lloc als diferents nucleòtid (nucleòsids monofosfats)
La doble hèlix del DNA: l’estructura secundaria més habitual del DNA La resolució de la estructura del DNA va tenir lloc a l’any 1953 per Watson i Crick per resoldre una estructura tant d’àcids nucleics con de proteïnes mitjançant la radiació de raigs X a la molècula.
La doble hèlix del DNA: complemientarietat de bases i cadenes antiparal·leles
La estructura primària és un polimer de nucleòtids, que s’uneixen mitjançant ellaços fosfodiester entre el C3’ d’un nucleòtid i el C5’ del següent nucleòtid. Dues cadenes de DNA s’associan i formen una doble èlix associar, que és la estructura secundaria d’aquesta molecula Aquesta doble èlix de DNA té dues característiques importants:
- Les bases que uneixen les dues cadenes són complementàries
- Les dues cadenes són antiparal·leles. A la posició 5’ hi ha un grup fosfat lliure mentre que l’extrem 3’ prima hi ha un grup hidroxil lliure. L’altra cadena està a la direcció oposada, el grup 5’ d’aquesta cadena de DNA s’enfronta amb la 3’ de l’altra cadena i viceversa. Per tant, tenim una cadena amb direcció 5’ → 3’ i la complementària te la direcció oposada. El fet que siguin complementàries ve donat perquè cadascuna de les bases nitrogenades que forme els nucleótids de l cadena només es poden aparellar amb les seves complementàries, sino es produeix aquesta complementarietat es produeixen distorcions en
● La longitud de les molècules de DNA permet emmagatzemar gran quantitat d’informació. ● La complementarietat entre les dues cadenes de la doble hèlix, l’especificitat d’aparellament entre les bases nitrogenades de les dues cadenessuggereix un possible mecanisme per copiar la informació d’una determinada molècula de DNA Al 1958 F. Crick, que va participar en el model de la doble hèlix, proposa el Dogma Central de la Biologia Molecular, aquest dogma estableix com a de ser aquest flux d’informació per tal que aquesta informació que tenim continguda al DNA s’acabi expressant en proteïnes (en determinats caràcters). Aquest DNA que conforma el nostre material genètic, per tal que els organismes puguin replicar-se, ha de ser possible copiar-lo, s’ha de produïr la replicació del DNA i transferir aquesta informació a una altra molècula de DNA, seguidament s’ha de transcriure a RNA i finalmet s’ha de traduïr a proteïna (canviar la seqüència de ribonucleòtids del RNA a una seqüència de aminoàcids)
ESTRUCTURA DEL MATERIAL GENÈTIC: GENOMES I CROMOSOMES
A partir dels coneixements obtinguts a l’any 1958, posteriorment s’ha vist que un altre flux d’informació en els virus on la informació continguda al RNA d’alguns virus es pot retrotranscriure a DNA i en altres virus s’ha vist que aquesta informació contiguda en el RNA també es pot transferir a altres molècules de RNA, és a dir, el RNA també és pot replicar. Com són els genomes a grans trets dels diferents tipus de organismes? ● El genoma procariota: DNA cromosoma circular + plasmidis En els procariotes, el genoma dels bacteris consisteix en una molècula de DNA en un únic cromosoma é circular. Aquesta molècula de DNA per poder intruduïr-la en el bacteri es fa mitjançant plegaments de la molècula, això rep el nom de supercoiled, la molècula es va cargulant obre ella mateixa i això permet reduïr l’espai que ha de ocupar i encavir-lo en la cèl·lula. Aquest DNA està fixat en determinades proteïnes de la cèl·lula procariota. A part del cromosoma en els procariotes també trobem plasmidis, que són molècules de DNA circular però d’una mida més petita, aquesta no conté informació clau per al bacteri, en aquestes molècules molt més petites de DNA circular s’han trobar molts gens de resistència a antibiòtics.
● El genoma dels virus: lineal, circular o segmentat
Hi ha virus de DNA i de RNA, ambdós tenen molècules de doble cadena i de cadena senzilla. També hi ha virus que poden fer la retroretranscripció, i que contenen cadenes de RNA senzilla però que aquesta informació s’haurà de convertir en DNA abans que el virus pugui proliferar. No només trobem genomes circular com en el cas de procariotes, sinò que hi ha genomes de virus que són molècules lineal, és a dir que tenen un extrem 3’ → 5’ lliure, i després també trobem virus que el genoma està segmentat, és a dir, no està tot junt en una partícula viral, sinò que està repartit en diferents cápsides virals com per exemple el virus de la grip.
● El genoma de les cèl·lules eucariotes: En els eucariótes el cromosoma lineal es troba en el nucli cel·lular. Aquest cromosomes pot varia en funció de la espècie. També trobem material genètic en els mitocondris i els cloroplasts, però en aquest cas són molècules de DNA circulars, aquestes molècules codifiquen gens de rRNA, gens per tRNA que necessitarem per a la traducció i algun gen per a proteïnes que són específiques d’aquest orgànul, algunes proteïnes que poden participar per exemple en el cicle de creps o en el cas dels cloroplasts que puguin participar en reaccions de la fase lluminosa o del cicle de calvin, estaràn codificades en aquests DNA circulars els quals tenen un numero de còpia variable
respectives forques de replicació, és aquí on la replicació es realitzarà en tots dos sentits.
- La replicació és semidiscontinua, és a dir, en cada bombolla de replicació, una de les dues cadenes noves es sintetitza de manera continua i l’altra cadena es sintetitza de manera discontinua en base dels fragments d’Okazaki.
Alguns virus segueixen un model de replicació anomenat cercle rodant, on es produeix un tall a la doble cadena de DNA i es sintetitza una de les cadenes complementàries memtre que desplaça a l’altra, quan la replicació s’ha completat de la cadena es produeix un tall de la cadena que no s’ha replicat, aquesta circularitza i es pot utiltzar com a motllo per
sintetitzar la complementaria, un cop obtinguda la molècula això es pot tornar a repetir.
- L síntesi de noves cadenes de DNA es duu a terme de 5’ → 3’, és a dir, els nucleòtids que s’incorporin a la cadena que estem sintetizant sempre s’afegiran per l’extrem 3’ lliure on hi ha el grup hidroxil
Els enzims encarregats de la síntesi del DNA són les DNA polimerases. Aquests enzims só DNA polimerases perquè sintetitzen els polimers de DNA i són DNA dependents, ja que, el motllo que s’utilitza per sintetitzar les noves cadenes és una molècula de DNA. En el cas dels eucariotes tenim 5 DNA polimerases definides: La IV i la V intervenen en procesos de reparació de DNA, La III, és important ja que sintetitza propiament el DNA i allarga la cadena de DNA a partir del grup hidroxil lliure La I,és important perquè permet eliminar uns encebadors o primers que necessitem per a que la DNA polimerasa III pungui fer la seva feina. A part de la activitat polimerasa algunes polimearses poden tenir altres activitat: Algunes presenten acivitat 3’ → 5’ exonucleasa, és a dir, que a partir d’aquest extrem 3’ poden eliminar nucleòtids. I si la sintesi és de 5’ → 3’ séliminen nucleòtids a partir de l’extrem 5’. Això garanteix la fidibelitat de la sintesi de DNA
Algunes d’aquestes DNA polimerases dels euariotes són equivalents a les dels eucariotes i faran la mateixa feina com són la subunitat δ (delta) o la subunitat α(alfa) d’aquestes polimerases.
Altres proteïnes i enzims que intervenen en la sinstesi del DNA: ● Proteïnes iniciadores, coneixen l’origen de replicació, aquestes s’uneixen a l’origen i separen les cadenes del DNA per tal de iniciar la replicació. ● DNA helicases, tenen la funció de separar las dues cadenes de la doble hèlix i formar les forques de replicació, això permet que la polimerasa utilitzi aquestes cadenes com a motllo per sintetitzar DNA ● Proteïnes d’unió a cadena senzilla, aqueste proteïnes mentenen les cadenes separades i això permet que puguin ser utilitazades com a motllo, perquè un cop la helicasa ha separat las dues cadenes, i no hi ha cap factor que lo impedeixi, aquestes dues cadenes tendeixen a reasociar i a formar la doble hèlix. ● DNA girases, van per dabant de les forques de replicació i desfan les tensions que es formen al separar les dues cadenes, d’aquesta manera la DNA polimerasa pot continuar amb la seva feina. ● DNA primasa, aquets enzim fa la sintesi de cadenes curtes de RNA (sintetitza els praimers o encebadors) que proporcionen un grup hidroxil 3’ lliure perquè pugui actuar la DNA polimerasa ● DNA lligases uniexen els fragments d’Okazaki, i formen els enllaços fosfodiester que falten i tanquen la discontinuitat de la cadena.
Hi ha dos nuclis de síntesi, on participa la subunitat alfa, són les que tenen aquesta activitat DNA polimerasa 5’ → 3’. Això és essencial per poder replicar totes dues cadenes. Aquest enzim és caracteritza per una elevada processivita, vol dir que l’enzim es manté unit durant un bon temps al DNA i que és capaç de sintetitzar 50Kb (afegir 50 kilo nucleòtids) abans que es desenganxi de la cadena motllo. També treballa a una elevada velocitat, al voltant de 1000 nucleòtids per segon.
Activitat DNA exonucleasa 3’ → 5’: activitat correctora de prova (proofreading) L’activitat d’aquest enzim permet corregir determinats errors que es puguin produir durant la síntesi del DNA. Ho fa mitjançant la hidrolització del enllaç fosfodièster que es forma entre les bases nitrogenades.
Com es sintetitza la cadena discontinua? La subunitat una “pinça lliscant” (sliding clamp) que reconeix l’encebador de RNA La DNA helicasa va separant la doble cadena de DNA, permetent que la forca de replicació avanci. La DNA polimerasa sintetitza nucleòtids a partir de l’extrem 3’ lliure. Hi ha una cadena que es sintetitza de manera continua mitjançant de l’activitat de DNA polimerasa per l’extrem 3’. L’altra cadena, que es sintetitza de manera discontinua també s’ha de sintetitzar en sentit 3’ → 5’, és per això que la seva síntesi es fa en parts. En aquesta cadena es sintetitzen fragments de DNA i també fragments de RNA (primers o encebadors. A mesura que es separen les cadenes apareixen proteïnes de cadena senzilla (SSB) que s’uneixen al DNA. La cadena motllo ha de fer un gir, per tal que la cadena discontinua es pugui sintetitzar des de 5’ cap a 3’ i la subunitat alfa pugui afegir nucleòtids en l’extrem 3’ lliure. S’uneix la DNA primasa que sintetitza els fragments de RNA (molècula de primer o encebador). Quan la subunitat alfa que esta sintetitzant la cadena discontinua troba l’anterior que havia sintetitzat, la pinça lliscant (subunitat β) reconeix l’encebador salta i s’uneix a la subunitat alfa i la primasa que estaba sintetitzant RNA es desengantxa. A partir d’aquí es comença a sintetitzar un altre fragment de la cadena discontinua.
Eliminació dels encebadors de RNA: activitat exonucleasa 5’→3’ de la DNA pol I Unió dels fragments per l’activitat de la DNA lligasa En aquest procés intervé la DNApol I, elimina els nucleòtids de RNA hi ho fa mitjançant la activitat exonucleasa 5’ → 3’, al mateix temps el substitueix per nuclèotids de DNA, ho fa durant una estona i al final deixa una discontinuitat on intervé la DNA lligasa que forma un enllaç fosfodièster per acabar d’unir els dos fragments.
FINALITZACIÓ DE LA REPLICACIÓ EN PROCARIOTES
Hi ha una seqüència de determinació, que s’anomenen seqüències Ter, que són reconegudes per unes proteïnes anomenades Tus, quan s’uneixen aquestes proteïnes a aquestes seqüències de finalització fan que la forca de replicació disminueixin la seva velocitat i permet que es compleixin la síntesi i replicació de tota la molècula de DNA. Les dues forques avancen fins trobar-se, i al final de la replicació tenim des cadenes de DNA de doble cadena juntes, aquestes son separades gràcies a un enzim anomenat DNA topoisomerasa, que tallen la doble hèlix del DNA permetent que es separen les dobles cadenes i aquestes puguin ser cedides a les filles de la desendència.
En el cas dels procariotes tenim cromosomes lineals i multiples origens de replicació, que s’aniran trobant fins completar la replicació de totes les molècules de DN, però les cadenes que utilitzem com a motllo per a la síntesi de la cadena discontinua al final queta un tros que no es pot replicar, aquests fragment correspon al telòmer. Això implica que cada divisió cel·lular en eucariotes els cromosomes es van escorçant, causa de l’envelliment cel·lular. per evitar que això tingui efectes greus hi ha un conjunt de proteïnes que s’uneixen al final de la cadena senzilla dels cromosomes, això permet la entrada del enzim telomerasa (proteïna que te unida una cadena de RNA que ) s’uneix a aquest extrem i serveix per allargar la cadena motllo. A partir d’això si que es poden afegir un encebador de RNA perquè la DNA pol pugui completar la replicació d’aquest extrem
