Replicación

Replicación
Realizado por Facundo Fernandez Mendez y Fernando Guilland
• LA REPLICACIÓN DEL DNA
• El primer proceso necesario para la transmisión de la información
genética es su duplicación, es decir, la realización de una copia que
pueda ser transportada por los gametos hasta la fecundación y
luego pueda ser utilizada por el nuevo individuo.
•
La REPLICACIÓN es el proceso por el cual el DNA se copia para
poder ser transmitido a nuevos individuos.
• Con el modelo de la doble hélice de Watson y Crick se desarrolló la
idea de que las hebras originales debían servir de patrón para hacer
la copia, aunque en principio había tres posibles modelos de
replicación:
– Modelo conservativo: Proponía que tras la replicación se mantenía la
molécula original de DNA intacta, obteniéndose una molécula idéntica
de DNA completamente nueva, es decir, con las dos hebras nuevas.
– Modelo semiconservativo: Se obtienen dos moléculas de DNA hijas,
formadas ambas por una hebra original y una hebra nueva.
– Modelo dispersivo: El resultado final son dos moléculas nuevas
formadas por hebras en las que se mezclan fragmentos originales con
fragmentos nuevos. Todo ello mezclado al azar, es decir, no se
conservan hebras originales ni se fabrican hebras nuevas, sino que
aparecen ambas mezcladas
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Posibles modelos de replicación
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Replicación del DNA
•Semiconservativa: una cadena sirve de molde para una
nueva cadena
•El experimento de M. Meselson y F. Stahl (1958)
demuestra que la replicación es semiconservativa
Mathew Meselson
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Frank Stahl
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• Elementos que intervienen
• Para que se lleve a cabo la replicación del DNA en las
células se requieren los siguientes elementos:
• DNA original que servirá de molde para ser copiado.
• Topoisomerasas, helicasas: enzimas responsables de
separar las hebras de la doble hélice.
• DNA-polimerasa III: responsable de la síntesis del DNA.
• RNA-polimerasa: fabrica los cebadores, pequeños
fragmentos de RNA que sirven para iniciar la síntesis de
DNA.
• DNA-ligasa: une fragmentos de DNA.
• Desoxirribonucleótidos trifosfato, que se utilizan como
fuente de nucleótidos y además aportan energía.
• Ribonucleótidos trifosfato para la fabricación de los
cebadores.
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Replicación del DNA
•Enzimas que sintetizan (replican) el DNA
•E. coli
•DNA polimerasa I (rellena huecos y repara)
•DNA polimerasa II y III (función principal en
la síntesis)
•Añade bases en ambas cadenas en la
dirección 5’ → 3’
•Requiere un 3’ OH final
•Eucariotas
•5 polimerasas
•α y β principal en replicación
•δ, ε y γ exonucleasas
•Corrección de pruebas: actividad 3’ → 5’
exonucleotídica. Sustituye bases mal emparejadas
(10-5) por correctas (10-7); mecanismos de reparación
adicionales la reducen hasta 10-10
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•
•
Mecanismo
Aunque existen pequeñas variaciones entre procariotas y eucariotas, el
mecanismo básico es bastante similar:
•
El DNA se desenrolla y se separan las dos hebras de la doble hélice,
deshaciéndose los puentes de hidrógeno entre bases complementarias, por
la acción de helicasas y topopisomerasas.
En el DNA eucariota se producen muchos desenrollamientos a lo largo de
la molécula, formándose zonas de DNA abierto. Estas zonas reciben el
nombre de HORQUILLAS O BURBUJAS DE REPLICACIÓN, que es donde
comenzará la síntesis.
La Primasa fabrica pequeños fragmentos de RNA complementarios del
DNA original. Son los llamados "primers" o cebadores de unos 10
nucleótidos, a los cuáles se añadirán desoxirribonucleótidos, ya que la
DNA-polimerasa sólo puede añadir nucléotidos a un extremo 3’ libre, no
puede empezar una síntesis por sí misma.
La DNA-polimerasa III añade los desoxirribonucleótidos al extremo 3'
(sentido 5'-3'), tomando como molde la cadena de DNA preexistente,
alargándose la hebra.
En las horquillas de replicación siempre hay una hebra que se sintetiza de
forma continua en el mismo sentido en que se abre la horquilla de
replicación, la llamada HEBRA CONDUCTORA, y la otra que se sintetiza
en varios fragmentos, los denominados FRAGMENTOS DE OKAZAKI y
que se conoce como HEBRA SEGUIDORA o RETARDADA, ya que se
sintetiza en sentido contrario al de apertura de la horquilla. (siguientes
diapositivas imágenes)
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Horquilla de replicación
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Horquilla de replicación
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Replicación del DNA
•Replicación: continua (cadena adelantada, cebador
sólo inicio) y discontinua (cadena retrasada)
•Discontinua
•Cebador (pequeño RNA 2-60 nucleótidos
añadido por enzima primasa o RNA pol que
provee 3’ OH.
•Fragmento de Okazaki por DNA pol III
(1500 bp en procariotas y 150 en eucariotas)
•Pol I elimina cebador 3’ -> 5’ y llena huecos
(gap)
•Ligación (DNA ligasa, enlace fosfodiéster)
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Replicación del DNA
El replisoma: complejo enzimático de la
replicación que coordina la síntesis de las
dos cadenas, maquinaria molecular
•Dímero de la DNA pol III (núcleos
catalíticos)
•Primosoma: formado por dos enzimas
•Primasa
•Helicasa (desenrolla el DNA)
•Proteína de unión a cadena sencilla, ssb
(Unión Y, estabiliza el DNA de cadena
sencilla)
•Topoisomerasas tipo I (rotura una cadena)
y II (rotura de dos cadenas) junto a DNA
ligasa -> Relajación del superenrollamiento
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2. REPLICACIÓN ADN
FASES REPLICACIÓN PROCARIOTAS
1) INICIACIÓN
2) ELONGACIÓN
3) TERMINACIÓN
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REPLICACIÓN DEL ADN EN PROCARIOTAS
En las bacterias existe un solo origen de replicación,
denominado Ori C y, a partir de este único punto de origen, la
replicación progresa en dos direcciones, de manera que existen
dos puntos de crecimiento (PC) u horquillas de replicación.
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REPLICACIÓN ADN EN PROCARIOTAS
1) INICIACIÓN
- Reconocimiento del “sitio de inicio” de la replicación.
- Separación de las cadenas parentales de ADN
- Estabilización parcial de esas cadenas como cadenas
sencillas de ADN (Proteínas SSB).
- Se forma el “Complejo de iniciación”: Comienza la
síntesis del ARN cebador tanto en la cadena retardada
como en la cadena conductora
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REPLICACIÓN SEMICONSERVATIVA DEL ADN
La replicación del ADN en procariotas es bidireccional, ya
que a partir del punto de origen progresa en dos
direcciones opuestas, existiendo dos puntos de
crecimiento (PC) u horquillas de replicación.
Cuando se mira solamente una de las horquillas de
replicación, una de las hélices se sintetiza de forma
continua, la hélice conductora (también llamada hélice
líder), mientras que la otra hélice se sintetiza de manera
discontinua, hélice retardada (también llamada hélice
retrasada), a base de fragmentos cortos o fragmentos de
OKAZAKI.
Como una hélice se sintetiza de forma continua y la otra lo
hace de forma discontinua, se dice que la replicación es
semidiscontinua
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REPLICACIÓN ADN
2) ELONGACIÓN
- La ADN Polimerasa III actúa en ambas cadenas.
- Se forman la cadena contínua y fragmentos de
Okazaki discontínuos.
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2. REPLICACIÓN ADN
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REPLICACIÓN DEL ADN
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REPLICACIÓN ADN
3) TERMINACIÓN
- La ADN Polimerasa I degrada los cebadores y los
reemplaza por ADN complementario.
- La ADN ligasa une todos los fragmentos de ADN
de Okazaki.
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REPLICACIÓN DEL ADN
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Replicación del ADN en Eucariotas
• Muy similar a lo que ocurre en procariotas.
• Las histonas antiguas se fusionan con la
hebra conductora
• Gran número de replicones u horquillas.
(ORC)
• Más lento (10 veces) por la existencia de
histonas.
• Fragmentos de Okazaki más pequeños.
• Ocurre durante la interfase en el periodo o
fase S del ciclo celular.
• Ocurre siempre en el interior del núcleo.
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¿Qué son los telómeros?
• Están localizados en los extremos de los
cromosomas
• Sin los telómeros, los cromosomas son inestables y
pueden combinarse con otros cromosomas para
formar cr. dicéntricos o anillos
• Protegen al cromosoma de la degradación
• Permiten la replicación completa de cada
cromosoma
• Posicionan a los cromosomas dentro del núcleo
• Sus secuencias tienen estructura y función propias
• Tienen unas 6-10 kilobases, y consisten de unas
250 – 1500 repeticiones de una secuencia rica en
G, en los vertebrados es TTAGGG
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Acortamiento de los telómeros
• En las células somáticas, con cada división se acortan
los telómeros
• El mecanismo de replicación de la hebra retardada del
ADN incluye el uso de iniciadores de ARN en el
sentido 5´ - 3´, los cuales deben ser eliminados
después
• Cuando el último iniciador es eliminado de la hebra
retardada, no puede ser reparado porque no existe
más molécula, lo que produce un acortamiento de 50200 bases de la hebra en cada replicación
• Va quedando un segmento de hebra que “cuelga” en
la punta 3´de la molécula
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FINALIZANDO LA REPLICACIÓN
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Telomerasa
• Ribonucleoproteína específica de los telómeros
• Tiene actividad transcriptasa reversa
• Añade unidades sencillas de la repetición a los extremos de los
telómeros previniendo el acortamiento de los cromosomas
• Contiene un molde de ARN que sirve para sintetizar el ADN (TR),
y la subunidad catalítica que actúa como transcriptasa reversa
(TERT)
• Las mayoría de las células somáticas normales del ser humano
son TELOMERASA-NEGATIVAS
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Telomerasa
•
Se ha detectado actividad telomerasa en:
1.
Células hematopoyéticas: estimulación de los linfocitos T con algún
mitógeno eleva los niveles de telomerasa 500-1000 veces.
Queratinocitos basales
Células epiteliales del endometrio, mamas, esófago, próstata y páncreas.
2.
3.
•
La actividad telomerasa es mayor en mujeres con ciclo menstrual activo y
es casi nula en la menopausia
•
El epitelio lobular de las mamas tiene más actividad telomerasa durante el
embarazo
•
La actividad telomerasa baja cuando las células se especializan y dejan de
dividirse.
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FINALIZANDO LA REPLICACIÓN
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FINALIZANDO LA REPLICACIÓN
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FINALIZANDO LA REPLICACIÓN
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