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Dra. M. Carolina Ceriani
COMPOSICION QUIMICA
Los ácidos nucleicos están compuestos por una
reducida variedad de moléculas más pequeñas
llamadas nucleótidos.
Los nucleótidos están constituidos por:
1- un azúcar de 5 carbonos: la ribosa o desoxirribosa
2 - Una base nitrogenada, que puede ser una purina o
pirimidina.
3- Un compuesto de fósforo, el ácido fosfórico.
Repasemos lo que es el ADN y el ARN
El AZUCAR
Siempre es un azúcar de 5 carbonos. Dependiendo del
grupo que tenga en posición 2’ puede ser desoxirribosa o
ribosa. Por lo tanto hay dos tipos de ácidos nucleicos
según tengan una u otra azúcar:
Los ácidos ribonucleicos o ARN: que
tienen como azúcar a la ribosa.
Los ácidos desoxirribonucleicos o ADN:
tienen como azúcar a la desoxirribosa.
BASE NITROGENADA
Son compuestos organicos ciclicos que tienen 2 o mas N.
Se asocian al carbono en posición 1 del azúcar.
Presentan uno o dos anillos de C y N, y puede actuar como
una base aceptando iones de H.
Las bases con un solo anillo son las
pirimidinas y las que tienen dos anillos purinas.
Nucleosido y Nucleotido
La unión del azúcar con una
base constituye un nucleósido.
La unión entre el nucleósido y
el ácido fosfórico, da lugar al
nucleótido
Los 4 nucleotidos que componen elADN:
Deoxy –TTP
(deoxythymidine
Triphosphate)
Las cadenas de nucleótidos
que lo forman se enrollan
formando, una en torno a
otra, una estructura
especial que se conoce como
doble hélice ( α-hélice ). Son
cadenas complementarias
con dirección opuesta
antiparalela.
Como es la relacion entre las bases?
guanina
adenina
citocina
timina
ESQUEMA DE UNA DOBLE HEBRA DE DNA
Las uniones
entre las bases
se dan siempre:
A=T
CΞG
Son uniones
relativamente
débiles, de tipo
puente de H
La molecula de ADN esta formada por dos hebras de nucleotidos
antiparalelas que forman una doble helice, que se mantienen
unidas por puentes de hidrogeno.
En cambio, las uniones entre el
grupo fosfato de un
nucleótido, y el OH del
nucleótido siguiente, son de
tipo COVALENTE, uniones
fuertes, que se pueden romper
únicamente por métodos
bioquímicos.
Veamos rapidamente el ciclo celular
Fase G1: Fase de crecimiento
celular.
Fase G2: la celula ya duplicó su
material genetico, y se
prepara para la mitosis.
Fase M: fase de división
propiamente dicha.
Fase S: fase de síntesis
Duplicacion del ADN
Cuando hablamos de replicación del ADN, se
mencionan tres características:
Semiconservativa
 Bidireccional
 Discontinua o Asimetrica
La replicacion es Semiconservativa
Significa que como resultado de la
Duplicacion, se obtienen
dos moléculas de ADN-dos dobles
hélices- ambas compuestas
por una hebra parental, y una
recientemente sintetizada.
Bidireccional
Origenes de replicacion
Como la molecula de ADN es muy larga, existen multiples
Origenes de replicacion para hacer la duplicacion mas rapida
( si lo hiciera a partir de un extremo, tardaría 30 días!!!!)
Discontinua o Asimetrica
Por que? Si yo miro el resultado de la duplicación, me
encuentro con dos hebras perfectamente formadas,
y sin ningun “hueco”.
Pero, si analizo el proceso en forma más detallada, y
paso a paso, veré que la duplicación no es tan sencilla
como parece.
El problema surge a partir del modo de acción de la enzima
Encargada de agregar los nucleotidos a la cadena en crecimiento
La ADN polimerasa δ es la encargada de copiar la doble hebra
a partir del ORI, en una de las cadenas.
ESQUEMA DE LA DNA POLIMERASA
La ADN polimerasa δ solamente puede agregar
nucleótidos a un cadena polinucleotidica que ya
esta apareada con una cadena complementaria,
o, mejor aún: necesita un extremo 3´libre para
poder comenzar a polimerizar.
No puede INICIAR la sintesis de una cadena
“de novo”.
Quien le va a dar ese extremo 3´libre? Otra
enzima que recibe el nombre de PRIMASA o
ADN primasa. Sintetiza una pequena porcion de
ARN que recibe el nombre de cebador o primer,
de unos 10 nucleotidos de longitud.
5´
¿ Como hace la ADN polimerasa para
sintetizar las cadenas en
ambos sentidos?
3´
La DNA polimerasa solamente es
capaz de agregar nucleótidos
a partir de un extremo 3´libre, y
haciendo crecer la cadena
en sentido 5´-3´.
NUNCA lo hace en sentido opuesto.
5´
3´ 5´
3´
¿Cómo se logra que ambas se cadenas se copien?
En esa hebra “problema”, otra ADN polimerasa (la ADN
polimerasa α), se adelanta un poco, y sintetiza un fragmento
pequeño.
A medida que la burbuja crece, este ciclo se repite nuevamente.
Estos fragmentos reciben el nombre de
FRAGMENTOS DE OKAZAKI, en honor a su descubridor.
Finalmente, esos cebadores de ARN son removidos o sacados
Por una nucleasa reparadora, y el espacio que queda es
Rellenado por una tercera ADN polimerasa especial, la ADN
Polimerasa β
Sintesis de la cadena adelantada
Sintesis de la cadena atrasada
Crece la horquilla
de replicacion
Cadena de ADN
recien sintetizada
Polimerasas de mamiferos
ENZIMA
FUNCIÓN
ADN Pol α
Síntesis Hélice retardada. Síntesis del cebador: 10 bases de
ADN y 25 de ARN.
ADN Pol δ
Síntesis de la Hélice conductora.
ADN Pol β
Unión de los fragmentos de Okazaki ( de aproximadamente
250 pb).
ADN Pol γ
Síntesis ADN mitocondrial.
Proteinas que ayudan a desestabilizar la doble helice
5´
3´
5´
3´
5´
3´
Topoisomerasas I y II
o Girasa y Topo II
Cual es la función de las
topoisomerasas?
Actualmente, los conocimientos acerca de la duplicación del
ADN se han incrementado notablemente. Todo el proceso se
divide, para su estudio, en dos fases: fase de iniciación y fase
de elongación
Para explicar el proceso , vamos a utilizar el
siguiente esquema para representar al ADN.
5´
3´
3´
5´
Las dos hebras del ADN son complementarias y
antiparalelas
FASE DE INICIACIÓN
A partir de los puntos de iniciación se originan las denominadas
burbujas de replicación, las cuales presentan dos zonas con forma
de Y llamadas horquillas de replicación que se van abriendo
gradualmente a medida que se sintetiza nuevas hebras
complementarias de ADN
Burbujas de
replicación
3´
5´
3´
5´
Horquillas de
replicación
FASE DE INICIACIÓN
Para que el proceso se lleve a cabo con la máxima celeridad, la
duplicación comienza simultáneamente en muchos puntos de la doble
cadena, puntos de iniciación (oriC) en los que abundan las secuencias
GATC.
...ACGTGATCGGGCTA....ACCGATCACATCGG.....AGGCGATCTTACG...
...TGCACTAGCCCGAT....TGGCTAGTGTAGCC .... TCCGCTAGAATGC...
Los puntos de iniciación son reconocidos por proteínas específicas,
entre las que caben citar a las helicasas, que rompen los puentes
de hidrógeno entre las bases nitrogenadas, las girasas, las
topoisomerasas, y las proteínas SSB (single Strand Binding-DNA)
o proteínas estabilizadoras de las dos hebras de ADN cuando
están separadas.
©
FASE DE ELONGACIÓN
Es la fase en la que tiene lugar la síntesis de nuevas hebras de
ADN complementarias a cada una de las dos hebras de ADN
originales. En esta fase intervienen varios tipos de ADN
polimerasas que se nombran como α, β y δ. La actividad de estos
enzimas es por una parte polimerasa, es decir que seleccionan y
unen entre sí los nucleótidos que corresponden a los
complementarios de la hebra molde a medida que la van
recorriendo, y actividad exonucleasa, por la cual se eliminan
nucleótidos erróneos o mal apareados y fragmentos de ARN
colocados provisionalmente, como se verá posteriormente.
Para entender el proceso, vamos a centrar la atención en una sóla
horquilla de replicación, y para un mejor entendimiento se verá
independientemente lo que sucede en cada hebra, sabiendo que el
proceso transcurre casi simultáneamente en las dos hebras.
FASE DE ELONGACIÓN
Se inicia con la enzima PRIMASA, que coloca en cada horquilla unas hebras
cortas de ARN complementarias llamadas CEBADORES en el sentido 5´ a 3´.
Posteriormente, la ADN polimerasa comienza la síntesis añadiendo
nucleótidos en el extremo 3´
3´
5´
PRIMASA
5´
3´
ADN polimerasa
3´
CEBADOR
ADN COMPLEMENTARIO
La hebra que vemos arriba crece de forma continua, mientras
que la otra lo va a hacer de forma discontinua
3´
5´
FASE DE ELONGACIÓN
Vamos seguidamente a ver como a medida que la horquilla de replicación se va
abriendo y se produce el avance en la síntesis de las nuevas hebras
complementarias.
Para
que siga creciendo la otraSeguidamente las ADN polimerasas
hebra se ha de formar un nuevo
continuan en esta hebra colocando
cebador alejado del primero. desoxirribonucleótidos, llegando hasta
sustituir al primer cebador. A esta hebra
En la hebra que vemos arriba lase le llama retardada o de crecimiento
ADN polimerasa sigue avanzando
discontinuo.
ininterrumpidamente, por ello se
llama de crecimiento continuo
3´
5´
5´
3´
ARN
Fragmento de OKAZAKI
Hemos visto que las ADN polimerasas colocan desoxirribonucleótidos
complementarios de la hebras moldes (3´a 5´) y que también sustituye los
ribonucleótidos de las cadenas cortas de ARN (5´a 3´), pero no une los
nucleotidos vecinos de la misma hebra.
3´
5´
FASE DE ELONGACIÓN
Para que los nucleótidos de la hebra de crecimiento discontinuo tengan
continuidad hace falta la acción de un enzima llamado LIGASA.
3´
Ligasa
5´
5´
3´
3´
5´
FASE DE ELONGACIÓN
El proceso visto se repite en las dos horquillas de replicación de cada
burbuja hasta que se llegan a encontrar las nuevas hebras que se han
formado en horquillas vecinas y con sentido opuesto.
3´
5´
5´
3´
3´
5´
FASE DE ELONGACIÓN
El avance en la hebra superior es continuo. En la inferior se forma
otro nuevo cebador y un fragmento de ADN (OKAZAKI)
3´
5´
5´
3´
3´
5´
FASE DE ELONGACIÓN
Ha desaparecido un cebador. Ahora queda que la ligasa una
los desoxirribonucleótidos de la hebra de crecimiento
discontinuo.
3´
5´
5´
3´
3´
5´
Ligasa
FASE DE ELONGACIÓN
Ya hay continuidad en la hebra inferior.
3´
5´
5´
3´
3´
5´
Supongamos que sólo queda un fragmento de ADN por copiar.
FASE DE ELONGACIÓN
Aquí vemos que se ha colocado el último cebador en la
cadena inferior y que la ADN polimerasa aún no ha
terminado su trabajo sustituyendo al penúltimo cebador,
3´
5´
5´
3´
5´
3´
3´
5´
©
FASE DE ELONGACIÓN
Ya ha sido sustituido el penúltimo cebador, pero falta unir los
desoxirribonucleótidos mediante la ligasa.
3´
5´
5´
3´
5´
3´
3´
5´
FASE DE ELONGACIÓN
Finalmente, vemos total continuidad en las dos hebras, pero
observamos que en las copias hijas hay fragmentos de ARN.
3´
5´
5´
3´
5´
3´
3´
5´
FASE DE ELONGACIÓN
En ésta imagen vemos, nuevamente, al resultado de la duplicación todavía
con las cadenas cortas de ARN o cebadores que le hicieron falta a la
ADN polimerasa para llevar a cabo el proceso.
3´
5´
3´
5´
3´
5´
5´
3´
Para concluir la duplicación, esos dos cebadores colocados en los extremos
han de ser eliminados mediante la actividad exonucleasa de el enzima ADN
polimerasa I.
FASE DE ELONGACIÓN
Apreciamos como el resultado final son dos moléculas de ADN a las
que le falta en una de sus hebras un pequeño fragmento final.
5´
3´
5´
3´
3´
5´
3´
5´
CONCLUSIÓN
La replicación es un proceso clave en el ciclo celular y necesario para que
se lleve a cabo la división celular.
Las ADN polimerasas necesitan siempre un fragmento corto de ARN,
cebador, con un extremo hidroxilo 3´ libre para añadir nucleótidos. Las
ADN polimerasas siempre recorren la hebra molde en el sentido 3´- 5´.
Las hebras que se sintetizan en cada división celular siempre son
ligeramente más cortas que las parentales, debido al hueco dejado por
los ARN cebadores.
Como es fácil de adivinar, con las sucesivas divisiones celulares se irán
acortando progresivamente las copias de las nuevas hebras que se
sinteticen. Estos déficits son los causantes de los acortamientos de los
TELÓMEROS. La pérdida de los telómeros trae consecuencias fatales
para las células.
Telomeros
Los telómeros son estructuras
nucleoproteicas especializadas
que constituyen las
extremidades de los
cromosomas.
Son regiones de ADN no codificante, altamente
repetitivas, cuya funcion principal es brindar
estabilidad estructural a los cromosomas de las
células eucariotas durante:
la división celular.
en el tiempo de vida de las estirpes celulares.
Telomerasas
• la enzima que sintetiza el ADN telomérico
y, por tanto, controla la síntesis de los
telómeros, jugaría un papel importante en el
proceso de inmortalización de las células.
Es una transcriptasa inversa que sintetiza
ADN a partir de un molde de ARN. Se trata
de una ribonucleoproteína que contiene en
su molécula la secuencia AAUCCC capaz
de crear e insertar los fragmentos TTAGGG
que se pierden en cada división.
Telomerasas
• Cuando la DNA polimerasa llega al
extremo de la cadena de DNA, se
encuentra con otro problema más, ya
que no tiene molde para copiar.
¿ Como lo solucionan las células?
Daños en el ADN
La reparación del ADN es un proceso constante en la célula,
esencial para La SUPERVIVENCIA.
Se producen unas 500.000 lesiones/molecula/dia.
Cuando la célula no puede mantener la tasa de reparación
SENESCENCIA
APOPTOSIS
CARCINOGENESIS
La tasa es de 500.000 lesiones/molecula: aun así algunos
factores pueden hacer que esta tasa sea mayor.
ORIGEN DE LOS DAÑOS
ENDOGENO

ATAQUE POR RADICALES REACTIVOS DEL OXIGENO.
EXOGENO
•
•
•
•
•
RADIACION UV
RADIACION X Y RADIACION GAMMA
HIDRÓLISIS O RUPTURAS TERMICAS
PRODUCTOS QUIMICOS MUTAGENICOS
SINTETIZADOS POR EL HOMBRE
TRATAMIENTO DE QUIMIOTERAPIA Y
RADIOTERAPIA
Tipos de daño
OXIDACION DE BASES
ALQUILACION DE BASES (normalmente
metilacion)
HIDRÓLISIS DE BASES
depirimidizacion.)
(depurinacion y
ERRORES EN EL APAREAMIENTO DE BASES.
MUTACIONES
Los errores en la molécula de DNA completa son muy pocos,
de hecho encontramos 1 cada 109 bases.
Sin embargo, durante el proceso de duplicación la tasa de error
es bastante mas alta, 1 / 100.000 (1x105) bases puede estar mal.
Como se logra esto?
Hay diversos mecanismos, veremos los mas importantes.
Mecanismo de reparacion general:
Lectura de prueba La lleva a cabo la misma ADN polδ, con su act. Exonucleasa 3´-5´)
Sistema por nucleasa reparadora, ADN polimerasa β y ADN ligasa
Sistema de escicion- reparación
Se desenrolla la doble helice, y las dos hebras
simple cadena se exponen como molde
(helicasas, SSBP y topoisomerasas I y II)
Sintesis de la cadena
adelantada:
• Iniciacion: Primasa
• Elongacion: DNA
polimerasa
• Reemplazo del
iniciador o primer de
RNA por DNA: DNA
polimerasa
Sintesis de la cadena
atrasada
• Iniciacion del fragmento
de Okazaki: primasa
• Elongacion del
fragmento:
DNA polimerasa
• Reemplazo del iniciador
o primer de RNA por
DNA: DNA polimerasa.
• Union de los
fragmentos: ligasa