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Concepto, tipos, modelos. Replicación del ADN
Tipo: Resúmenes
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Licenciatura en Químico Farmacéutico Biólogo Biología Molecular Prof. Olvia Maygualida Rodríguez González ALUMNA: Cielo Citlaly García Sánchez
La unidad básica de información en los seres vivos es el gen, definido en células eucariotas como un segmento de ADN que lleva la información necesaria para la síntesis de una proteína o de un ARN. La cantidad, tamaño y distribución de los genes varía según la especie analizada. En el hombre, el número de genes que codifican proteínas se calcula que es tan sólo el 3 % del ADN; siendo el resto, secuencias reguladoras y estructurales. La comprensión de los mecanismos de almacenamiento y de las formas de utilización de la información ha servido para poder aclarar muchas de las incógnitas planteadas sobre la estructura y la función celular. La célula realiza esta actividad a través de las rutas de la información genética; estas vías constituyen el principio fundamental de la genética molecular. Son tres procesos denominados: a) Replicación o copia del ADN paterno para formar moléculas de ADN hijas idénticas a su progenitor, e idénticas entre sí. b) Transcripción o copia de la información de una parte del ADN a moléculas de ARN. c) Traducción o copia de la información genética del ARN a la secuencia aminoacídica específica de una proteína. REPLICACIÓN DEL ADN La etapa S o de replicación celular, es una etapa obligada de la célula antes de dividirse; garantizando la disponibilidad de una copia de la información genética contenida en las células madres para cada célula hija. Durante este proceso cada una de las dos cadenas del ADN sirve de molde para la síntesis de las nuevas cadenas. Las propiedades de la replicación son básicamente iguales en todos los seres vivos, y siendo así que la mayoría de los estudios se han realizado en Escherichia coli , se describirá el proceso a nivel del organismo bacteriano; y a continuación, se indicarán algunas características propias de organismos eucariotas. Principales características de la replicación 1) La replicación es un proceso semiconservador. Cada cadena de la molécula de ADN parental actúa de molde para la síntesis de una nueva cadena produciéndose dos nuevas moléculas de ADN. 2) La replicación comienza en un punto del ADN.
Modificada
ADN polimerasas La reacción básica que tiene lugar en la replicación es una reacción de polimerización, de formación de un enlace fosfodiéster entre nucleótidos. En una cadena de ADN en crecimiento se incorpora un nucleótido cuya base es la complementaria a la de la cadena molde. Los nucleótidos que se incorporan han de hacerlo en su forma activada o uncleótido trifosfatados (dNTP). La reacción que tiene lugar es la siguiente: ADN (n nucleótidos) + dNTP → ADN (n+1 nucleótidos) + PPi Esta reacción es catalizada por varias enzimas, las ADNpolimerasas, cada una con un tipo de actividad muy específica pero con una serie de requisitos de funcionamiento comunes, que son:
La otra cadena nueva, que corre de 5' a 3' y se aleja de la horquilla, es más difícil. Esta cadena se produce en fragmentos porque, conforme avanza la horquilla, la ADN polimerasa (que se aleja de la horquilla) debe separarse y volver a unirse al ADN recién expuesto. Esta cadena más difícil, que se produce en fragmentos, se llama cadena rezagada. Los pequeños fragmentos se llaman fragmentos de Okazaki , en honor al científico japonés que los descubrió. La cadena líder puede extenderse a partir de un solo cebador, mientras que la cadena rezagada necesita un cebador nuevo para cada uno de los fragmentos cortos de Okazaki. ETAPAS DEL CICLO El proceso de replicación celular, para su estudio, puede ser dividido en cinco etapas fundamentales: Etapa de Preiniciación En esta etapa ocurre el ensamblaje del sistema sintetizador. Un complejo de seis proteínas. denominado: Complejo de Reconocimiento de Origen (CRO), reconoce los orígenes de replicación, posteriormente otras proteínas de tipo helicasa separan la doble hélice, utilizando ATP como fuente de energía. Una vez separadas las cadenas en los orígenes se une a estos un grupo de proteínas que tiene como función la de impedir que las hebras vuelvan a unirse y de esta manera se forman estructuras denominadas ojales de replicación; cuyos extremos reciben el nombre de horquillas de replicación. Etapa de Iniciación A cada horquilla de replicación se une una ADN polimerasa que, tomando como molde la cadena de ADN, sintetiza pequeños fragmentos de ARN; de aproximadamente 20 nucleótidos, denominados ARN iniciador, primer o cebador. Etapa de Elongación Otra ADN polimerasa alarga la cadena siempre en dirección 5'-3'. Teniendo en cuenta que las bandas de ADN molde son antiparalelas, la cadena que se forma utilizando como molde la banda que tiene dirección 3'-5', se sintetiza de forma continua y recibe el nombre de cadena conductora. Mientras que la cadena que se forma utilizando como molde la banda en sentido 5'-3', lo hace de forma discontinua o por fragmentos, denominados fragmentos de Okazaki; y recibe el nombre de cadena conducida o retardada. En esta etapa también intervienen otras enzimas como son las helicasas y las endonucleasas. Etapa de Terminación La terminación de este proceso puede describirse de una manera relativamente sencilla. Las dos horquillas que se acercaban, moviéndose en dirección opuesta, se unen y forman una sola quedando de esta manera las dos cadenas entrelazadas. Aquí también intervienen proteínas específicas denominadas topoisomerasas.
Etapa de Posterminación Durante esta etapa ocurre la metilación de algunas bases en las nuevas hebras de ADN, lo que constituye señales para la corrección de errores que se pueden producir durante la replicación y para la reparación de los daños en el material genético. CLASIFICACIÓN Existe una amplia diversidad de elementos genéticos móviles y pueden ser clasificados sobre la base de su contenido, su estrategia y mecanismo de transposición. Según contenido Trasposición Clase I donde se mueven directamente de una posición a otra en el genoma usando una transposasa para cortar y pegarse. o Transposón simple , secuencia de inserción o elemento de inserción (IS): contienen una secuencia central con información para la transposasa, una enzima necesaria para la transposición, y en los extremos una secuencia repetida en orden inverso. Esta secuencia repetida en orden inverso no es necesariamente idéntica, aunque muy parecida. Cuando un transposón simple se integra en un determinado punto del ADN aparece una repetición directa de la secuencia diana (5- 12 pb). o Transposón compuesto (Tn): contienen un elemento de inserción (IS) en cada extremo en orden directo o inverso y una región central con la transposasa que además suele contener información de otro tipo. Por ejemplo, los factores de transferencia de resistencia (RTF), poseen información en la zona central para resistencia a antibióticos como el cloranfenicol, la kanamicina, la tetraciclina, dándole una ventaja selectiva a las bacterias que lo posean. Según estrategia de transposición o Clase I o DNA retrotransposones : se mueven en el genoma siendo transcritos a ARN y después en ADN por retrotranscriptasa. A su vez, se clasifican en los de origen retroviral (retrotransposones con LTR) y de origen no retroviral (retrotransposones sin LTR). o Clase II o transposones : se mueven directamente de una posición a otra en el genoma usando una transposasa para cortar y pegarse en otro locus del mismo. o Clase III o MITE , por sus siglas en inglés " Miniature Inverted-repeats Transposable Elements. REPLICACIÓN EN CÉLULAS EUCARIOTAS Las moléculas de ADN en células eucariotas son mucho mayores y más complejas ya que el proceso de la replicación es bastante más complicado. Los orígenes de la replicación son secuencias mayores, en levaduras de unos 400 pares de bases, que se presentan en varios puntos de los cromosomas. La velocidad de desplazamiento de la horquilla de replicación es de unos 50 nucleótidos por segundo, una velocidad relativamente baja si se compara con la de los procariotas (10 veces mayor). Para incrementar la velocidad global del proceso, en eucariotas existen varios puntos de origen sobre la misma molécula de ADN, estando separados entre 30.000 y 300.000 pares de bases. La presencia de múltiples horquillas de
Kidwell, M.G. (2005). «Transposable elements.». En (ed. T.R. Gregory), ed. The Evolution of the Genome. San Diego: Elsevier. pp. 165 - 22. ISBN 0 - 12 - 301463 - 8. Thomas M Devlin. «Regulación de la expresión génica». Bioquímica: libro de texto con aplicaciones clínicas (4ª edición). Reverté. p. 345. ISBN 84 - 291 - 7208 - 4. Consultado el 27 de enero de 2011. Watson, J. D.; Baker, T. A.; Bell, S. P.; Gann, A.; Levine, M. et Losick, R (2006). «8. La duplicación del DNA». Biología Molecular del Gen (5ª Ed.). Madrid: Médica Panamericana. 84 - 7903 - 505 - 6. De Robertis EDP, De Robertis EMF. Biología Celular y Molecular. Editorial: Revolucionaria, La Habana, 1984.
