Trabajo práctico nº 5 Flashcards
replicación del ADN, reparación del ADN, recombinación genética
Replicación de ADN
-Los mecanismos genéticos básicos son distintos mecanismos a través de los cuales ocurre el flujo de información de los seres vivos.
-Al cabo de la división celular las células hijas heredan la misma información genética contenida en la célula progenitora, la cual se halla en el ADN, codificando toda la info de lo que la célula es en relación con su medio ambiente.
-Las moléculas de ADN deben generar otra molécula de ADN.
-La duplicación del ADN mediante la cual se propaga en las células de generación en generación se denomina replicación.
-La duplicación del ADN debe tener una elevada fidelidad de copia.
¿Qué significa que la replicación de ADN es semiconservadora?
A partir de una molécula doble de ADN se originan 2 cadenas dobles de ADN, cada una compuesta por una cadena heredada del ADN progenitor y una cadena recién sintetizada.
-Se produce por la separación de las 2 hebras de una molécula de ADN.
-Ambas cadenas sirven como molde.
-La nueva molécula de ADN conserva una cadena progenitora y posee una cadena hija nueva que ha sido sintetizada.
Orígenes de replicación
-La duplicación del ADN se inicia en lugares específicos denominados orígenes de replicación.
-A lo largo de cada cromosoma aparecen en el ADN múltiples orígenes de replicación, por cada unidad de replicación.
-Se gestan al separarse localmente las 2 cadenas del ADN.
-El origen de replicación es único en el ADN circular bacteriano.
-Es una región rica en pares de A=T: mayor facilidad de romperse.
-Es el punto a partir del cual se origina la Burbuja de replicación.
¿Por qué se dice que la replicación de ADN es bidireccional?
-Cuando en un origen de replicación se abre la doble hélice del ADN se forma la burbuja de replicación, cuyo tamaño aumenta a medida que avanza la separación de las cadenas en los 2 extremos de la burbuja, lo que forma en cada extremo una horquilla de replicación.
-Las 2 horquillas que nacen en cada origen avanzan en direcciones opuestas.
-Se sintetizan en direcciones opuestas.
¿Cuál es la dirección de síntesis de las 2 cadenas de ADN?
-Cadena continua: la polimerización ocurre en la misma dirección de apertura de la horquilla. La cadena hija crece en dirección 5’-3’, su molde es la cadena progenitora 3’-5’, se construye mediante el agregado continuo de nucleótidos en su extremo 3’.
-Cadena discontinua: Usa como molde la cadena progenitora 5’-3’. Para poder crecer en dirección 5’-3’ debe hacerlo en dirección contraria al avance de la horquilla mediante fragmentos de Okazaki.
-La duplicación de ADN es un proceso SEMICONTINUO.
Fragmentos de Okazaki
-En la cadena discontinua.
-Se construyen pequeños tramos de ADN, llamados fragmentos de Okazaki, que se ligan entre sí conforme se van formando.
-La ADN polimerasa avanza en dirección 5 prima- 3 prima alejándose del ángulo de la horquilla.
-Una vez que termina de sintetizar el segmento debe volver hacia atrás, donde se comienza a abrir la horquilla y a partir de allí volver a sintetizar en dirección 5 prima- 3 prima.
-El fragmento de ADN progenitor más cercano a la horquilla queda sin copiar.
-Mientras la otra cadena progenitora ya fue copiada por la cadena continua.
-Mecanismo de síntesis de Punto y hacia atrás.
¿Qué necesita la ADN polimerasa para el inicio de la síntesis de ADN?
Para el inicio de la síntesis, la ADN polimerasa necesita:
-Cadena molde de ADN 3’-5’
-Extremo 3’ OH libre de un nucleótido apareado: para colocar el 1er desoxirribonucleótido.
-Cebador: ARN de 10 nucleótidos que provee el extremo 3’.
Formado el cebador inicia la síntesis por la ADN polimerasa.
-Provisión de desoxirribonucleótidos que se encuentran en el núcleo como desoxirribonucleósidos trifosfato (dATP, dTTP, dCTP, dGTP). Ellos proveen la energía necesaria para la replicación liberando 2 fosfatos cuando se ligan entre sí.
-En cada origen se forman 2 cebadores divergentes, uno en cada cadena.
¿Qué función cumple la ADN primasa?
-La formación del cebador es catalizada por una ARN polimerasa específica, la ADN primasa.
-Sintetiza un corto fragmento de ADN: genera un extremo 3’ OH libre.
-No tiene capacidad correctora
-Sintetiza en dirección 5’-3’.
ADN polimerasa
-Es la enzima que cataliza la síntesis de la cadena continua, en dirección 3’-5’.
-Sintetiza a partir del cebador hasta llegar al fragmento procedente.
-Agrega un desoxirribonucleótido en el extremo 3’ del cebador y luego los sucesivos nucleótidos en el extremo 3’ de la cadena en crecimiento.
-El cebador debe ser removido y el espacio es reemplazado por la ADN polimerasa: hasta que queda una muesca donde falta la unión entre el fragmento recién formado y el precedente.
-El espacio que queda es debido a que hay 2 extremos (3’ OH- 5’) que no están energizados para unirse covalentemente (unión fosfodiéster) por lo que no se pueden unir por una ADN polimerasa: aparece la ADN ligasa.
-Esta enzima se localiza cerca del ángulo de la horquilla de replicación.
¿Cuándo interviene la ADN ligasa?
Cuando la horquilla arriba al extremo del replicón, la cadena continua toma contacto con la cadena discontinua y la enzima ADN ligasa une el extremo 3’ de la primera con el extremo 5’ de la segunda.
-Luego de que la ADN polimerasa haya colocado los nucleótidos, es removido el cebador por una nucleasa reparadora y es reemplazado por la ADN polimerasa, queda un espacio entre los 2 extremos (3’ OH- 5’).
-La ADN ligasa utiliza el ATP como sustrato y energiza el extremo 5’: genera una unión fosfato de alta energía: forma la unión covalente 5’-3’ y sella la muesca.
Nucleasa reparadora
Donde se inició la síntesis, el cebador es removido por una nucleasa reparadora, y reemplazado por una pieza equivalente de ADN generada por una ADN polimerasa .
Esta pieza de ADN se conecta con el resto de la cadena por una ADN ligasa.
¿Las ADN polimerasas que necesitan mientras sintetizan una cadena?
Las ADN polimerasas tienden a desprenderse de la cadena molde, por lo que son sostenidas por una abrazadera deslizante.
La abrazadera se une a la polimerasa y rodea al ADN, impide el desprendimiento de la enzima pero no su deslizamiento.
-Se separan y la abrazadera se desarma apenas el fragmento de Okazaki termina de sintetizarse.
¿Cuáles son los requisitos para que la cadena discontinua sea sintetizada?
La cadena discontinua requiere que la ADN primasa fabrique múltiples cebadores, uno para cada fragmento de Okazaki.
La ADN polimerasa se encarga de sintetizar los fragmentos de Okazaki, y se localiza cerca del ángulo de la horquilla de replicación.
¿La ADN polimerasa como trabaja en la cadena discontinua?
Coloca el 1er desoxirribonucleótido junto al extremo 3’ del cebador del fragmento de Okazaki, lo liga a él y agrega los sucesivos desoxirribonucleótidos.
Segundo ADN molde
A medida que avanza la horquilla de replicación, se acorta el ADN molde y se alarga la doble hélice que resulta de la síntesis de los fragmentos de Okazaki.
Se crea un segundo ADN molde, el del fragmento de Okazaki que se sintetizará en el próximo ciclo.
La doble hélice y el segundo ADN molde, forman un bucle que crece entre la ADN polimerasa y el ángulo de la horquilla de replicación.
La ADN polimerasa no puede deslizarse sobre el molde de ADN, por lo que el molde se desliza en relación a la enzima.
¿Cuál es la función de las proteínas SSB?
Los 2 ADN moldes están asociados a múltiples unidades de la proteína SSB (proteínas de unión de cadena simple), cuya función es mantener rectos a los ADN simples para evitar que se apareen las bases complementarias (autocomplementariedad de bases) de sus propias cadenas, lo que impediría la labor de la ADN polimerasa.
¿Cuándo son separados los cebadores?
La ADN polimerasa interrumpe su actividad después de agregar el último nucleótido del fragmento de Okazaki.
Los cebadores de la cadena discontinua son removidos por una nucleasa reparadora y reemplazados con piezas de ADN construidas por la ADN polimerasa.
La ADN ligasa suelda el extremo 3’ de las piezas de ADN con el extremo 5’ de los fragmentos de Okazaki.
¿Qué ocurre al separar el último cebador?
-La ADN polimerasa no puede construir el tramo de ADN que debe reemplazar el último cebador. -Por lo que en cada una de las sucesivas divisiones celulares con la eliminación del último cebador se pierde un tramo de ADN telomérico, lo que provoca su progresivo acortamiento.
-Telómero: constituido por repeticiones de nucleótidos, se van perdiendo en cada ciclo de división. Reloj biológico para la célula.
¿Cómo se recuperan los telómeros?
La recuperación del ADN telomérico comienza cuando la secuencia AUCCCAAUC del ARN de la telomerasa se une al extremo 3’ de la cadena 5’-3’.
A partir de ese momento la cadena 5’-3’ reúne los requisitos que le permiten crecer:
-su propio extremo 3’ OH libre
-Secuencia de nucleótidos como molde del ARN de la telomerasa.
¿La Telomerasa a qué grupo pertenece?
Es una ADN polimerasa que copia una secuencia de ARN complementario de la secuencia telomérica, replica los extremos de los cromosomas, se comporta como una transcriptasa inversa.
-Genera un extremo 3’ OH del ADN.
-Puede extender la monohebra de ARN en 5’-3’, compensando la secuencia telomérica.
-La ADN polimerasa puede reconstruir el segmento que faltaba.
¿La cadena 3’-5’ cómo recupera su longitud?
La cadena 3’-5’ es restaurada por la ADN polimerasa, que utiliza como molde el ADN 5’-3’ recién sintetizado y agrega los nucleótidos complementarios a partir del extremo 3’ del ARN de un cebador fabricado por la ADN primasa.
El cebador es removido y la enzima ADN ligasa une el antiguo extremo 5’ de la cadena con el extremo 3’ del segmento recién formado.
¿Qué función cumple la Helicasa?
Las ADN polimerasas copian los nucleótidos del ADN después que las 2 cadenas de la doble hélice se separan.
La separación es producida por la enzima Helicasa, que se sitúa en el ángulo de la horquilla de replicación y corta los puentes de hidrógeno entre las bases complementarias de las 2 cadenas. Este proceso requiere energía dada por la hidrólisis de ATP.
¿A través de qué enzimas se evita el superenrollamiento?
Conforme las cadenas de ADN se separan a nivel de la horquilla, se va acumulando delante de ésta una torsión cada vez mayor, que impide la separación de las cadenas por la helicasa.
Para que la acción de la enzima no sea frenada es necesario evitar el superenrollamiento.
El desenrollamiento es producido por 2 enzimas:
-Topoisomerasa I
-Girasa (Topoisomerasa II)
Ambas se comportan como nucleasas (cortan al ADN a nivel de las uniones fosfodiéster) y ADN ligasas (reconectan las piezas cortadas después de haber rotado el ADN).
Topoisomerasa I
-Se encuentra por delante de la horquilla en la zona donde se genera tensión.
-Produce el desplazamiento de 2 nucleótidos a la unión de un nucleótido con la enzima.
-Acumula la energía de la unión de los nucleótidos en ella y su unión con el nucleótido.
1) Corta una de las cadenas de la doble hélice
2) La cadena cortada gira en torno de su propio eje por delante de la horquilla.
3) Se alivia la tensión
4) Los extremos cortados se vuelven a unir, sella la unión.
No gasta energía. En eucariotas.
Girasa (Topoisomerasa II)
1) Corta las 2 cadenas de ADN
-Produce la ruptura de una monohebra y luego de la otra monohebra.
-A partir de la muesca que genera se produce la liberación de un anillo.
2) Giran en torno de su propio eje.
3) Reestablecen sus uniones.
Gasta energía de la hidrólisis de ATP.
Mutación del ADN
Cuando las alteraciones del genoma involucran a uno o a pocos nucleótidos se denomina mutación genética.
Las alteraciones que afectan al cariotipo se denominan aberraciones cromosómicas, pueden ser:
-Estructurales: se hallan afectadas partes extensas de un cromosoma que puede perderse, invertirse, duplicarse o translocarse.
-Numéricas: el cariotipo exhibe un número de cromosomas menor o mayor que el normal.
Las mutaciones genéticas más comunes son:
-Sustitución de un nucleótido por otro
-Pérdida de uno o varios nucleótidos
-Inserción (intercalación) de uno o varios nucleótidos en una molécula de ADN.
Consecuencias de las mutaciones genéticas
La mutación genera un cambio en la información contenida en el gen y lleva a la producción de una proteína distinta o a la ausencia de su producción.
Pueden producirse en células somáticas o germinativas. En las somáticas son capaces de afectar el fenotipo pero no pasan a la descendencia. En las germinativas pueden transmitirse a la descendencia.
Pueden afectar a genes necesarios para la supervivencia de las células o a genes involucrados en el control de la multiplicación celular, que puede llevar a la proliferación de las células con aparición de cuadros cancerígenos.
¿Qué tipo de mutaciones genéticas espontáneas hay?
Las mutaciones génicas se pueden producir de manera espontánea durante la replicación de ADN.
Mientras se sintetizan las cadenas hijas pueden insertarse nucleótidos incorrectos o nucleótidos de más o de menos.
También hay mutaciones espontáneas ajenas a la replicación:
-Consecuencia de la Desaminación de las bases: cuando la citocina se desamina se convierte en uracilo que se aparea con adenina en vez de guanina. Si la célula no corrige el error, en la próxima replicación la cadena hija insertará una A en vez de una G y la mutación se instalará en el genoma.
-Apurinización: cuando una base, una purina, se desprende de la desoxirribosa del nucleótido. En esos puntos, llamados sitios AP (apurínico) los genomas carecen de información.
¿Qué agentes ambientales producen mutaciones en la célula?
3 grupos de agentes ambientales al actuar sobre la célula inducen la aparición de mutaciones:
1)Los químicos
2)Las radiaciones ionizantes (rayos γ y rayos x, luz ultravioleta): los rayos rompen la doble hélice, la luz ultravioleta forma dímeros entre pirimidinas contiguas en una de las 2 cadenas de ADN, ej.: dímeros de timina.
3)Virus capaces de introducir segmentos de ADN foráneo a los genes.
¿En qué dirección corrige los errores la ADN polimerasa?
-Si la ADN polimerasa inserta en forma accidental un nucleótido incorrecto, no agrega nuevos nucleótidos, el crecimiento de la cadena se detiene transitoriamente.
-La ADN polimerasa ante la presencia de un nucleótido insertado incorrectamente, retrocede y lo elimina.
-Utiliza la actividad exonucleasa 3’-5’ de una de sus subunidades.
-Una vez eliminado el nucleótido, la síntesis de ADN continua normalmente.
Nucleasa reparadora
-Existe un segundo sistema de reparación a cargo de una nucleasa reparadora.
-La nucleasa reparadora remueve los nucleótidos erróneos así como remueve a los cebadores en la síntesis continua y discontinua del ADN.
-Corta la unión fosfodiéster que conecta al nucleótido incorrecto con el nucleótido contiguo.
-La ADN polimerasa sintetiza la pieza faltante
-La ADN ligasa une esa pieza al ADN cortado.
-Necesitan una señal de reconocimiento para distinguir la cadena.
-En las procariotas el reconocimiento se basa en la existencia de una diferencia transitoria en la metilación de ciertas adeninas entre las 2 cadenas después de la replicación.
Reparación del ADN
Alteraciones espontáneas que requieren reparación del ADN:
-Ataques hidrolíticos
-Oxidaciones
-Metilaciones
-Desaminación: hidrólisis del grupo amino
-Despurinación: hidrólisis de G
-Dímeros de pirimidina: unión covalente entre pirimidinas adyacentes por exposición a luz ultravioleta.
2 Mecanismos:
-Reparación por escisión de bases: para desaminaciones y depurinaciones.
-Reparación por escisión de nucleótidos: dímeros de pirimidinas.
Reparación por escisión de bases
-Cuando aparecen Uracilos en lugar de Citocinas como consecuencia de desaminaciones espontáneas: genera una alteración en la estructura del nucleótido y su interacción con la cadena complementaria.
-La reparación utiliza una ADN glicosidasa específica: produce la ruptura del enlace N-glicosídico desprendiendo la base alterada.
-Genera un sitio AP: apurínico, falta la base.
-Queda unido el fosfato y la desoxirribosa.
-La desoxirribosa sin base es removida por la AP endonucleasa y una fosfodiesterasa que cortan el extremo 5 prima y el extremo 3 prima del sitio AP y remueven el azúcar.
-Una ADN polimerasa (Pol II) coloca el nucleótido en el lugar vacío.
-La ADN ligasa sella la muesca.
La desaminación accidental de C metilada produce una timina y por lo tanto un error de apareamiento (G-T) reparado por ADN una glicosidasa especial.
-En depurinaciones para reparar los sitios AP utiliza los últimos 3 pasos de la desaminación.
Reparación por escisión de nucleótidos
-Dímeros de timina: producidos por luz ultravioleta.
-Son removidos por 2 endonucleasas que hidrolizan 2 uniones fosfodiéster una a cada lado de la lesión en dirección 3 prima- 5 prima.
-La helicasa corta los puentes de hidrógeno entre las bases del segmento que hay que remover y las bases de la cadena normal.
-Una ADN polimerasa (Pol II) reemplaza la pieza ausente por un tramo de ADN nuevo.
-La ADN ligasa lo une al ADN anterior.
Tautomerización
-Reordenamiento de modo que una base en forma transitoria puede ser similar a otra.
-Ejemplo: citocina tautomerizada puede ser similar a Timina. La ADN polimerasa une la C a A, es rápidamente reversible. De forma casi inmediata a la unión covalente de la C a la cadena, la C vuelve a su conformación original y se rompe el apareamiento con la A.
-Un segmento 3’ OH no apareado es un bloqueo para la ADN polimerasa: no puede avanzar. La ADN polimerasa actúa como exonucleasa produciendo la ruptura de la base mal apareada.
Modelo de corrección de errores de apareamiento en bacterias
-Algunas de las bases presentan un grupo metilo unido covalentemente.
-En la cadena que se sintetiza aún no metilada, en un apareamiento incorrecto de bases, el sistema decide reparar o remover la cadena que se sintetiza recientemente: la no metilada.
Modelo de corrección de errores de apareamiento en eucariotas
-La cadena que se está sintetizado tiene muescas: la ADN polimerasa reemplaza el segmento de ADN que fue eliminado.
Exonucleasa
-Enzima que remueve nucleótidos desde un extremo en dirección 3’-5’ (a la inversa).
-En procariotas: capacidad exonucleasa:
ADN Pol I: capacidad en 5’-3’ y en 3’-5’. Puede remover el cebador.
ADN Pol II: capacidad en 3’-5’.
ADN Pol III: capacidad en 3’-5’. Debido a su alta velocidad y procesividad es la encargada de la duplicación de ADN en procariotas.
ADN Pol I y II: reemplazo de pequeñas regiones del ADN.
