apuntes_replicacion_adn_2 - SED | Colegio San Esteban

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COLEGIO SAN ESTEBAN DIÁCONO
DPTO. DE CIENCIAS
BIOLOGÍA
PRIMER SEMESTRE
4º MEDIO
La gente es el vehículo de ADN para hacer más ADN.
Anon
I. FUNCIONES QUE DEBE CUMPLIR EL CROMOSOMA: SIGNIFICADO
LA REPLICACIÓN
GENÉTICO DE
Los cromosomas, al igual que todas las partes de una célula viva, están compuestos por átomos ordenados
en moléculas. Los primeros análisis químicos del material hereditario mostraron que el cromosoma
eucariótico está formado por ácido desoxirribonucleico (ADN) y proteína, en cantidades
aproximadamente iguales, y que cumple con los cuatro requisitos que le permiten desempeñar su función
de responsable de la transmisión hereditaria:
1. lleva la información genética de célula madre a célula hija, y de generación en generación;
además, esta información es transmitida en grandes cantidades.
2. contiene información para poder hacer una copia de sí mismo y la hace con gran precisión.
3. es químicamente estable y de este modo garantiza el “transporte” fidedigno de la información
genética.
4. es capaz de mutar, de alterar los genes y copiar tales “errores” tan fielmente como el original, con ello
garantiza la variación y la evolución genética de las especies.
Las principales funciones que debe cumplir un cromosoma son la de replicarse (producir copias de si
mismo), la de transmitirse de una célula a otra y de una generación a la siguiente y la de expresar la
información que contiene.
El significado genético de la replicación es el de conservar la información genética, de manera que
cuando una bacteria se divide, de lugar a una bacteria hija que contenga la misma información genética
.En organismos eucariontes el significado de la división celular es el mismo, una célula cuando se divide
origina dos células hijas idénticas con la misma información genética.
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En toda célula que va a dividirse la comatina debe duplicarse para repartirse por igual en cada una de las
células hija. Cada cromátida tiene solamente una doble hélice, y presenta una cadena vieja y otra recién
sintetizada. Una vez que la cromatina se ha duplicado se inicia el proceso de replicación.
II.
El ADN nuclear.
El
ADN de cada cromosoma está formado por una sola molécula de, aproximadamente, 3 y 4 centímetros de
largo, por lo que se calcula que el ADN de doble cadena de la totalidad de las células del cuerpo humano con sus 46 cromosomas cada una- alcanza los 25.000 millones de kilómetros. La hélice que forma es
habitualmente dextrosa (tipo B) y está fuertemente enrollada, pero puede estar débilmente enrollada (tipo
A), o enroscarse hacia la izquierda (tipo Z, siniestrosa) lo que afecta la expresión de los genes. El ADN
está asociado a proteínas y el conjunto es llamado cromatina; la mayor parte de esas proteínas son
histonas, de carga positiva por lo que atrae al ADN que es ácido, negativo. Las histonas son las
responsables primarias del plegamiento de las hebras de ADN que conforman los cromosomas.
La unidad de empaquetamiento fundamental de la cromatina es el nucleosoma (formado por algunos de
los tipos de histonas), alrededor del cual se enrolla el ADN -como un hilo en un carretel-; el siguiente paso
de la condensación tiene lugar cuando la fibra -el ADN enrollado sobre el nucleosoma- forma bucles, el
conjunto de los cuales, aún más condensados, dan forma al cromosoma, a modo de “X”, que se ve durante
la mitosis y la meiosis.
III.
MODELOS DE REPLICACIÓN PROPUESTOS: SEMICONSERVATIVO,
CONSERVATIVO Y DISPERSIVO
Modelo Semiconservativo: Cuando Watson y Crick (1953) propusieron el modelo de la Doble Hélice
indicaron que dicho modelo sugería una forma sencilla de replicación. El modelo de replicación
propuesto por Watson y Crick suponía que el ADN doble hélice separa sus dos hebras y cada una sirve de
molde para sintetizar una nueva hebra siguiendo las reglas de complementariedad de las bases
nitrogenadas. Dicho modelo recibió el nombre de Semiconservativo, ya que las dos dobles hélices recién
sintetizadas poseen una hebra vieja (una mitad vieja) y otra hebra nueva (mitad nueva).
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Frente al modelo Semiconservativo propuesto por Watson y Crick (1953) se postularon otros posibles
modelos de replicación del ADN, uno de ellos se denominó Modelo Conservativo y otro Modelo
Dispersivo.
Modelo Conservativo: cuando el ADN doble hélice se replica se producen dos dobles hélices, una de
ellas tienen las dos hebras viejas (esta intacta, se conserva) y la otra doble hélice posee ambas hebras de
nueva síntesis.
Modelo Dispersivo: Cuando el ADN doble hélice se replica se originan dos dobles hélices, cada una de
ellas con hebras que poseen tramos viejos y tramos de nueva síntesis en diferentes proporciones.
Los siguientes esquemas representan los tres Modelos de Replicación:
SEMICONSERVATIVO
CONSERVATIVO
DISPERSIVO
LA REPLICACIÓN DEL ADN BACTERIANO SE AJUSTA AL MODELO
SEMICONSERVATIVO: EXPERIMENTOS DE MESSELSON Y STAHL (1958)
En su trabajo original, Watson y Crick propusieron que de acuerdo al acomodo de las bases que
proponían, era posible también explicar el mecanismo de copiado del material genético. En un segundo
trabajo, propusieron que la hebra de ADN podía actuar como templado (molde) para la síntesis directa de
la hebra complementaria.
IV.
REPLICACIÓN DEL ADN
Una propiedad esencial del material genético es su capacidad para hacer copias exactas de sí mismo, para
lo cual cada una de las ramas de la cadena de ADN actúa como molde o guía, dirigiendo la síntesis de una
nueva cadena complementaria a lo largo de su longitud , utilizando las materias primas de la célula. A
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medida que cada una de las ramas de la cadena originaria se separan (rompiendo los puentes de hidrógeno
entre sus bases nitrogenadas), cada una atrae nucleótidos complementarios (libres y disponibles en la
célula), formando una nueva cadena. Este proceso ocurre una sola vez en cada generación celular, durante
el segundo momento de la interfase y diferentes enzimas participan catalizando cada paso particular del
proceso
La replicación se basa en la separación de dos cadenas complementarias y la reconstitución de dos nuevas
cadenas que entran en contacto cada una de las cuales es complementaria de una de las cadenas de la
molécula madre. Este tipo de replicación es la semiconservativa, porque cada molécula hija contiene la
mitad de la molécula procedente de la madre. Ella es conforme por que la secuencia de las bases que la
constituyen han sido conservadas.
La doble hélice se desenrrolla y abre gracias a las enzima ADN helicasa y a proteínas desestabilizadoras
de la hélice. La cadena de abre en el punto ori, en que hay un gran contenido de adenina y timina. Luego
la ADN polimerasa sintetiza las cadenas complementarias a cada una de las cadenas primitivas (de la
célula madre). Se forman dos copias, una continua y otra discontinua. Esto se produce porque una de las
hebras quedó con un final 5', debiendo partir con un 3' y esto produce un proceso discontinuo. La célula
es incapaz de duplicar la hebra de ésta manera por lo que se necesita un corto de ARN específico llamado
ARN cebador. Así la cadena discontinua puede replicarse, lo hace gracias a la ARN primasa que sintetiza
intervalos de ARN cebadores que se van integrando a la cadena. Las topoisomerasas son enzimas que
evitan el superenrrollamiento del ADN en el proceso de replicación.
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Replicación de la molécula de ADN, mostrando las enzimas que participan en el
proceso
La iniciación de la replicación del ADN comienza siempre con una secuencia específica de nucleótidos
conocida como el origen de replicación. Requiere proteínas iniciadoras especiales y además enzimas
conocidas como helicasas, que rompen los puentes de hidrógeno abriendo la hélice, formándose las
horquillas de replicación, una a cada lado de la burbuja a que da lugar la separación de las ramas del
ADN. Una vez abierta la cadena de ADN, proteínas adicionales (conocidas como proteínas de unión a
cadena simple o topoisomerasas) se unen a las cadenas individuales del ADN manteniéndolas separadas
y evitando que se retuerzan. En el siguiente paso, las enzimas llamadas ADN polimerasa catalizan la
síntesis real de las nuevas cadenas, añadiendo nucleótidos sobre el molde, las que se dan
bidireccionalmente desde cada una de las horquillas que se replican en sentido opuesto dentro de cada
burbuja, cuando éstas se encuentran y se fusionan todo el cromosoma ha quedado replicado
longitudinalmente.
En las células procariotas:
Hay un lugar de origen de replicación que se muestra en la horquilla de replicación (replication fork) y
que señala el avance de la copia. La horquilla (fork) indica que se está haciendo la separación y la
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replicación a la vez. El avance es bidireccional, lo que acorta el tiempo. En el sitio en que empieza la
replicación se organizan las proteínas en un complejo llamado replisma. La replicación del ADN en
procariotas sucede a una velocidad de 500 nucleótidos por segundo.
En las células eucariotas:
El proceso es esencialmente el mismo pero el ADN es mucho más grande y lineal. Hay varios orígenes de
replicación y es bidireccional. El avance es más lento que en procariotas ya que hay más proteínas
asociadas al ADN que hay que soltar. La replicación del ADN, que ocurre una sola vez en cada
generación celular necesita de muchos "ladrillos", enzimas y una gran cantidad de energía en forma de
ATP (recuerde que luego de la fase S del ciclo celular , las células pasan a una fase G a fin de, entre otras
cosas, recuperar energía para la siguiente fase de la división celular). La replicación del ADN en el ser
humano se realiza a una velocidad de 50 nucleótidos por segundo. Los nucleótidos tienen que ser armados
y estar disponibles en el núcleo conjuntamente con la energía para unirlos.
Una vez que se abre la molécula, se forma una área conocida como "burbuja de replicación" en ella se
encuentran las "horquillas de replicación" . Por acción de la la ADN polimerasa los nuevos nucleótidos
entran en la horquilla y se enlazan con el nucleótido correspondiente de la cadena de origen (A con T, C
con G). Los procariotas abren una sola burbuja de replicación, mientras que los eucariotas múltiples. El
ADN se replica en toda su longitud por confluencia de las "burbujas".
Dado que las cadenas del ADN son antiparalelas, y que la replicación procede solo en la dirección 5' a 3'
en ambas cadenas, numerosos experimentos han mostrado que, una cadena formará una copia continua,
mientras que en la otra se formarán una serie de fragmentos cortos conocidos como fragmentos de
Okazaki . La cadena que se sintetiza de manera continua se conoce como cadena guía, delantera ó
adelantada y, la que se sintetiza en fragmentos, cadena atrasada ó rezagada.
Los fragmentos cortos, recién sintetizados de hebras de ADN se denominan fragmentos Okazaki. Todas
las ADN polimerasas conocidas, pueden sólo sintetizar ADN en la dirección 5' a 3' . Sin embargo, cuando
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las hebras se separan, la horquilla de replicación se desplaza a lo largo de una hebra molde en la posición
3' a 5' y 5' a 3' en el otro lado del molde.
Se denominan fragmentos Okazaki porque fue éste investigador quien primeramente los observó y
estudió usando timidina radioactiva . En los eucariotas, los fragmentos Okazaki están formados por unos
cuantos cientos de nucleótidos, mientras que en los procariotas estos fragmentos pueden alcanzar algunos
miles.
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
PARA QUE RECUERDES:
EUCARIONTES: MUCHOS ORÍGENES DE REPLICACIÓN. MÚLTIPLES
REPLICONES.
La principal diferencia de la replicación de virus y bacterias con la replicación de eucariontes radica en
que los eucariontes poseen muchos orígenes de replicación, probablemente debido a la enorme cantidad
de ADN que poseen y a que su material hereditario en la inmensa mayoría de los casos esta repartido en
varias moléculas de ADN distintas o varios cromosomas. Por tanto, los eucariontes tienen en cada
cromosoma muchos orígenes de replicación, y como consecuencia, muchos replicones (unidades de
replicación).
En resumen: La replicación ourre en tres etapas:
1ª etapa: desenrrollamiento y apertura de la doble hélice.en el punto ori-c.
* Primero: intervienen las helicasas que facilitan en desenrrollamiento
* Segundo: actúan las girasas (topoisomerasas) que eliminan la tensión generada por la torsión
en el desenrrollamiento.
* Tercero: Actúan las proteínas SSB que se unen a las hebras molde para que no vuelva a
enrollarse.
2ª etapa. síntesis de dos nuevas hebras de ADN.
* Actuan las ADN polimerasas para sintetizar las nuevas hebras en sentido 5´-3´, ya que la
lectura se hace en el sentido 3´-5´.
La ADN polimerasa III es incapaz de iniciar la síntesis por sí sola, para esto necesita un cebador
(ARN) que es sintetizado por una ARN polimerasa (=primasa). Este cebador es eliminado
posteriormente.
Intervienen las ADN polimerasas I y III, que se encargan de la replicación y la II, IV y V se
encargan corrección de errores. La que lleva la mayor parte del trabajo es la ADN polimerasa III
(elonga)
La ADN polimerasa I remueve el partidor o primer de RNA y lo rellena con DNA
3ª etapa: corrección de errrores.
La enzima principal es la ADN polimerasa II, que corrige todos los errores cometidos en la
replicación o duplicación. Intervienen otros enzimas como:
* Endonucleasas que cortan el segmento erróneo.
* ADN polimerasas I que rellenan correctamente el espacio.
* ADN ligasas que unen los extremos corregidos
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