replicación del DNA y fase S Flashcards
Procesos celulares, regulados a nivel genético-molecular, que llevan a una célula desde una mitosis a la siguiente, o la derivan hacia un estado
diferenciado de reposo proliferativo y funcionalidad definida
Desde el reposo proliferativo una célula puede
regresar al ciclo de división celular o ingresar a un estado de diferenciación irreversible que termina en la muerte celular
Ciclo celular corresponde a
la vida completa de una célula, por lo que hay momentos en que la célula va a entrar a ciclos para dividirse como la mitosis
Cada una de las fases de este ciclo proliferativo tiene un tiempo
relativo particular
hay células que son capaces de escapar del ciclo proliferativo, pero que pueden volver a reingresar a este ciclo, las cuales son células que escapan a una fase
G01, también existen células que escapan a G02
Las células que escapan de G02 ya tienen su DNA duplicado, por lo que ante cualquier estímulo
ingresa rápidamente a mitosis, como por ejemplo, los hepatocitos
La diferenciación terminal es el estado que sufren las neuronas, las cuales
no pueden volver al ciclo proliferativo (no se encuentran ya en G0)
También están las células G01 que pasan a un estado de senescencia porque
ha pasado por muchas divisiones celulares y sus telómeros ya se encuentran más reducidos, por lo que en este estado de senescencia se bloquea permanentemente la proliferación, por lo que de esta forma se evita que la célula pueda convertirse en un cáncer
En el adulto, la mayoría de las células no se encuentran proliferando, pero se encuentran en
etapas de reposo proliferativo
En el ciclo celular puede ocurrir la muerte celular en
cualquier etapa del ciclo proliferativo
En el ciclo proliferativo encontramos la fase M, y el resto es una
interfase
En interfase reconocemos a
G1, S y G2
En la fase M se reconoce la
mitosis y citocinesis
En la fase G1 y G2 la célula
crece en masa y duplica organelos, y para eso requiere de una mayor síntesis de proteínas
Si la célula requiere de una mayor síntesis de proteínas, entonces la célula requerirá de una gran síntesis de todos los RNA
mRNA, rRNA, tRNA
El crecimiento en masa de la célula no es necesariamente preciso, ya que por ejemplo, hay células de la médula ósea, y si un paciente se encuentra con anemia, las células que están más diferenciadas que los eritrocitos que son los eritroblastos comienzan a dividirse sin
crecer mucho, pero si presentan la división celular
Sistema de detección de errores
implica, entre otros, la reparación de daño al DNA y detención del ciclo proliferativo
En interfase los cromosomas se encuentran asociados a
territorios cromosómicos discretos
Los humanos somos diploides
2n=46
2n
2 copias de los cromosomas
La haploidía cuenta con
23 cromosomas
En G1 encontramos un cromosoma
de origen paterno y uno de origen materno
Al final de S y G2, también hay un cromosoma 1 de origen paterno, y uno materno, pero se encuentran duplicados, por lo que ahora tenemos el doble de
cantidad del DNA 2c–>4c
La enzima DNA polimerasa se encarga de generar los
enlaces fosfodiéster entre un nucleótido entrante y la cadena de DNA
Para que se genere este enlace, se necesita el extremo 3’ con OH libre, es decir
en la catálisis de este enlace fosfodiéster necesita de este extremo
La hebra crece de
5’-3’
La duración de la fase S es posible porque el cromosoma tiene
varios orígenes de replicación, y se encuentran en exceso
Los orígenes de replicación son segmentos de DNA que se saben son ricos en
G-C en humanos, mientras que son ricos en A-T en levaduras
No hay una secuencia específica de origen, sino que solo son regiones ricas en
G-C, y esta secuencia es reconocida por complejos proteicos que se llaman las proteínas de reconocimiento del sitio de origen
la helicasa, la cual es una enzima que
abre los puentes de hidrógeno
Observamos una quinasa dependiente de ciclina que está asociada a una ciclina de fase S, y esta quinasa fosforila a
los orígenes de replicación, las proteínas que están en estos orígenes para así dar inicio a la replicación del DNA
Se abre una burbuja de replicación en la que se está abriendo el
DNA, y acá participan las enzimas helicasas
cuántos orígenes por cromosoma hay?
varios
Los orígenes de replicación se activan de forma
asincrónica
El origen 1 y 2 comenzaron la replicación antes que el origen 3, por lo tanto, por casa cromosoma tenemos
múltiples orígenes de replicación que aumentan la eficiencia del proceso
Las regiones que se encuentran más condensadas en el DNA son las que
más se tardan en activar los orígenes de replicación
Dentro del núcleo hay sectores que presentan factorías de replicación, en las cuales están todas las enzimas que se necesitan para realizar la replicación, como las
helicasas, tropoisomerasas, gran cantidad de nucleótidos, etc.
Dentro del núcleo hay regiones discretas que tendrán un conjunto de proteínas que se relacionan con la replicación, y se denominan
factoría de replicación
Cada factoría de replicación
12-40 burbujas de replicación del mismo cromosoma
La burbuja de replicación crece de forma
bidireccionalmente, y genera una horquilla derecha y otra izquierda
Se observa la factoría compuesta por varias burbujas de replicación que pueden ser del
mismo cromosoma o de cromosomas distintos que se encuentran en un mismo sector
¿el DNA se mueve hacia la factoría o la factoría se mueve hacia el DNA?
el DNA se mueve hacia la factoría, no al revés
la teoría conservativa
en la cual se mantenía la hebra antigua completa y se generaba una hebra nueva completa
teoría dispersiva
en la cual se creía que había sectores que eran copiados y otros que no
DNA polimerasa alfa
comienza la síntesis de DNA de novo porque presentan un dominio con actividad primasa
DNA polimerasa delta
alarga los fragmentos de DNA de la hebra retardada (switch de polimerasa)
DNA polimerasa épsilon
alarga los fragmentos de DNA de la hebra líder (switch de polimerasa)
DNA polimerasa no pueden iniciar la síntesis de DNA de novo, es decir
las polimerasas reconocen el extremo 3’ libre, el cual no se encuentra en la burbuja, por lo que sin el OH libre ninguna polimerasa funciona, excepto la alfa DNA polimerasa
Con actividad RNA polimerasa la alfa DNA polimerasa puede comenzar la replicación, por lo tanto, la subunidad primasa de la DNA polimerasa es una
RNA polimerasa, y lo que hace es incorporar nucleótidos de novo
Esta primasa generará un extremo 3’ de novo, e incorporará alrededor de
12 nucleótidos de un primer o cebador de RNA
La alfa polimerasa luego de incorporar la secuencia de 12 nucleótidos tiene un cambio de actividad, y ahora comienza a
incorporar nucleótidos de DNA, incorpora aprox 20 nucleótidos
la alfa polimerasa se desprende del DNA debido a que la polimerasa le falta el factor pcna, que es una
abrazadera deslizante que permite hace que la enzima tenga procesividad
En este caso, la alfa DNA polimerasa no tiene procesividad, por lo que una vez se desprende
hay un intercambio de DNA polimerasa denominado el switch de las polimerasas
Ahora ingresa la DNA polimerasa delta (retardada) o épsilon (líder), las cuales, si cuentan con la abrazadera y, por ende
incorporan varios de cientos de nucleótidos
El primer nucleótido que se incorpora es de RNA e irá desde
5’-3’, luego en rojo se observa el de la DNA polimerasa alfa, y ahora actúa la polimerasa DNA épsilon/delta
Las hebras deben mantener su antiparalelismo, por lo que hacia superior vemos varias secuencias con extremos
5’, pero que se van desplazando de 3’ a 5’
se forman los fragmentos de Okasaki, por lo que la síntesis se está generando de a
fragmentos a medida que se abre la burbuja
En la unión de los fragmentos de Okasaki se van eliminando las
secuencias de RNA
El primer siempre es colocado por la
DNA polimerasa alfa
Los fragmentos de Okazaki nuevos van a reemplazar los nucleótidos de
RNA del fragmento de Okasaki anterior
En el modelo de flap o alerón, se viene sintetizando la
DNA polimerasa delta, y se encuentra con los nucleótidos de RNA del fragmento de Okasaki previo
La DNA polimerasa delta desplaza la hebra, y ella continúa sintetizando el
DNA generando de esta forma un alerón o flap
Este alerón es reconocido por la flapendonucleasa o FEN1 que corta ese alerón, y luego esto es
unido por una ligasa, y por lo tanto, se forma el último enlace fosfodiéster después de ese corte
Todos los fragmentos de RNA e incluso algunos de DNA fueron eliminados, pero la DNA polimerasa delta incorpora
fragmentos de DNA en esa región
El modelo de la RNasa H, la misma DNA polimerasa delta presenta en su estructura una
RNasa H, la cual elimina los nucleótidos de RNA
La replicación del DNA es un proceso
- bidireccional (2 horquillas)
- semiconservativo
- semidiscontinuo (fragmentos de Okasaki)
PCNA es la abrazadera deslizante que se une únicamente a la
DNA polimerasa delta y épsilon
PCNA es una proteína homotrímero, es decir
son 3 proteínas iguales que se asocian
Proteínas de replicación RPA
Lo que hacen estas proteínas es mantener las bases expuestas, cuando la DNA helicasa va abriendo la burbuja se van incorporando las
proteínas RPA para que no se generen estructuras secundarias dentro del DNA que ahora es monohebra
las RPA mantienen expuestas las bases para
la DNA polimerasa
Las RPA se unen solo a las hebras de
DNA simples
Se encuentran las helicasas de los
orígenes de replicación
La primera proteína de replicación que comienza a funcionar es la helicasa, la cual utiliza una gran cantidad de
ATP con la que se comienza a romper los puentes de hidrógeno de las hebras molde
En los telómeros, los cromosomas se asocian a proteínas que mantienen
rígidos los telómeros
Si existe una enzima que va abriendo los puentes de hidrógeno en una estructura como el DNA que genera la estructura clásica de enrollamiento, lo que pasará es que la helicasa va aumentando la
tensión del DNA, y cuando la tensión es lo suficientemente grande, se genera un sobreenrrollamiento del DNA
el aumento de tensión y sobreenrollamiento funcionan enzimas como la
topoisomerasa
La topoisomerasa I
elimina la tensión del DNA
La topoisomerasa II
evita los sobrenrrollamientos
La toposiomerasa I corta una de las hebras
la pasa por sobre la otra y vuelve a unir al DNA, por lo que va delante de la helicasa para disminuir la tensión
La toposiomerasa II corta las 2 hebras de DNA, la pasa por
el sector que está sobrenrrollado y vuelve a asociar las 2 hebras de DNA
la hebra molde de la retardada, y lo que hace es hacer un loop con el fin de que
ambas polimerasas queden hacia la misma dirección
En el final de la hebra retardada se incorpora un primer
Este primer es removido y lo que genera es un fragmento más corto, esto es lo que se denomina como acortamiento de los telómeros
- en cada replicación se pierden
100 pares de bases
- en aprox 125 replicaciones se pierde todo el
telómero
los telómeros necesitan ser sellados y estar asociados a una serie de proteínas que impiden que el telómero se asocie al telómero de otro cromosoma, lo cual se denomina
traslocaciones robesonianas
complejo shelterina
reconoce repeticiones que se encuentran en los telómeros
Se genera un apareamiento entre las hebras y de estar forma las proteínas
sellan este telómero
Para que se selle se genera un loop entre la hebra
más corta y la hebra más larga
Los telómeros no se pueden asociar a proteínas relacionadas con la reparación Ku 70/80, que es un sistema de reparación de extremos no homólogos
Este sistema detecta alteración en el DNA como si hubiera un corte en la hebra de DNA
La proteína de reparación detecta que hubo un doble corte en la hebra de DNA
por lo que hay que repararlo
Las proteínas de reparación, si encuentran otros cromosomas que tengan el mismo problema, los va a juntar y generará una
recombinación robesoniana
si se encuentra el complejo shelterina y se encuentra todo el sellamiento del telómero, entonces no es posible que las proteínas de reparación puedan acceder al telómero
por lo que no se generan recombinaciones
El daño en el telómero es lo que va generando la
senescencia de la célula
Las células van replicándose hasta llegar a cierto punto en el que ya tienen tan cortos los telómeros que frenan la proliferación y pasan a ser células en
senescencia
Se genera una hebra más corta en la discontinua, pero al otro lado donde se encuentra la hebra líder que llega hasta el final, entonces ese telómero no se cortó, pero debe haber un corte en el extremo
5’ para que pueda asociarse el complejo shelterina y así pueda sellarse el telómero
Para esto se encuentra la exonucleasa apolo que va a eliminar los nucleótidos de DNA de la región
5’, lo mismo pasa con la otra hebra líder
Hay tipos celulares que cuentan con la participación de la telomerasa:
- células de la línea germinal
- células embrionarias
- células madre poco diferenciadas
- células cancerígenas
la telomerasa es una ribonucleoproteína que tiene una región de proteína y otra de
RNA, y tiene la capacidad de generar la transcripción reversa
El RNA hibrida con la secuencia que corresponde a los 6 nucleótidos de
la región telomérica
Lo que hace la telomerasa es alargar la hebra molde en
3’, y de molde se utiliza la misma secuencia de RNA que posee la telomerasa
se alarga la hebra molde y luego se incorpora otro partidor que genera un
nuevo fragmento final
