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4º año medio “A”
Dogma central de la
Biología Molecular
ADN
Polip
Traducción
Transcripción
ARNm
ADN
ARNm
Polipéptido
Regulación
Replicación
Retrotranscripción
Estructura de la doble hélice
Codigo Genético: Información almacenada en el ADN y reducida
luego en una secuencia de proteínas.
Símbolos: bases nitrogenadas, aminoácidos
ACIDOS NUCLEICOS de tres formas tridimencionales
•B-DNA (Modelode Watson y Crick)
•A-DNA : achatado y más ancho; ocurre a baja húmedad
•Z-DNA : hélice hacia la izquierda
RNA de doble cadena
FUNCIONES DE ACIDOS NUCLEICOS
Nucleoproteínas
Células procarióticas: nucleoide
Células eucarióticas: histonas
Mitocondrias, plastidios, Ribosomas
Virus
Funciones variadas de RNA
rRNA, tRNA, mRNA
Viroides: ssRNA con propiedades infecciosas.
Replicación del ADN
Matthew Meselson y Franklin W. Stahl diseñaron el experimento para
determinar el método de la replicación del ADN. 3 modelos de replicación
era plausibles.
Replicación dispersiva:
En
la
replicación
1. Replicación
ruptura de las hebras de
semiconservativa
se
conservativa: se
origen durante la
originan
dos
moléculas
produciría un ADN
replicación que se
de
ADN,
cada
una
de
completamente
reordenarían en una
ellas
compuesta
de
una
nuevo durante la
molécula con una mezcla
hebra
de
el
ADN
original
replicación.
de fragmentos nuevos y
y de una hebra
viejos en cada hebra de
complementaria nueva.
ADN.
Replicación
ARNm
ADN
Replicación
ADN polimerasa
Polipéptido
Proteínas Requeridas para la REPLICACIÓN del ADN
Proteína
ADN
polimerasa
III
Topoisomerasa II (ADN
Función
que corrige todos los errores cometidos en la
replicación o duplicación.
Separa la alfa hélice de ADN y relaja la energía de
separación
girasa)
De unión de Mantiene separada la doble cadena de ADN
ADN
uniéndose a las cadenas sencillas
Helicasa
Primasa
Separa la doble cadena de ADN con gasto de ATP.
Su acción en la replicación produce retorcimientos
que deben ser eliminados por ez. Topoisomerasas
Es tipo ARN polimerasa que sintetiza cortos
fragmentos de ARN para la síntesis de ADN
Proteínas Requeridas para la REPLICACIÓN del ADN
Proteína
Función
SSB
se une al ADN de hélice sencilla y lo estabiliza
retrasando la regeneración de la doble hélice.
Endonucleasas que cortan el segmento erróneo
ADN ligasa forma enlaces covalentes entre nucleótidos del
ADN ligando o uniendo extremos corregidos
ADN
polimerasa II
ADN poli I
Girasas
corrige daños causados por agentes físicos
rellenan correctamente el espacio
elimina los súper enrollamientos positivos que se
generan por delante de la horquilla de
replicación.
Proceso de Replicación
Proceso que permite la formación de nuevas copias de la
información genética a partir de una molécula patrón: el ADN,
o la duplicación de todos los genes.
•Requiere de la separación de las dos cadenas de la doble
hélice, donde sirve de molde para la síntesis de la nueva
molécula de DNA.
•Sigue las reglas de apareamiento entre bases púricas y
pirimídicas.
•Es semiconservativa
•La separación de las cadenas de la doble hélice se consigue por
acción de la proteína adn b y la enzima helicasa
•La síntesis que permite la replicación de la macromolécula la
realiza la enzima ADN polimerasa, la que también ayuda a su
reparación
La replicación requiere de las enzimas helicasas para romper los
puentes hidrógeno, las topoisomerasas para aliviar la tensión y de las
proteínas de unión a cadena simple para mantener separadas las
cadenas abiertas
Una vez que se abre la molécula, se forma una "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).
Para que trabaje la ADN polimerasa es necesario la presencia, en el inicio
de cada nuevo fragmento, de pequeñas unidades de ARN conocidas como
cebadores, a posteriori, cuando la polimerasa toca el extremo 5' de un
cebador, se activa otra enzima: la Poli I, que remueve los fragmentos de
ARN, colocan nucleótidos de ADN en su lugar y, una ADN ligasa los une a
la cadena en crecimiento
MECANISMO DE DUPLICACIÓN DEL ADN EN PROCARIONTES
Es circular y ocurre en tres etapas:
1ª etapa: desenrrollamiento y apertura de la doble hélice en el punto origen.
Intervienen un grupo de enzimas y proteínas, a cuyo conjunto se denomina
replisoma
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 SSBP que se unen a las hebras molde para que no
vuelva a enrollarse.
2ªetapa: síntesis de dos nuevas hebras de ADN.
* Actúan las ADN polimerasas para sintetizar las nuevas hebras
en sentido 5´-3´, ya que la lectura se hace en el sentido 3´-5´.
*La cadena 3´-5´ es leída por la ADN polimerasa III sin ningún
tipo de problemas ( cadena conductora). En la cadena 5´-3´ no
puede ser leída directamente, esto se soluciona leyendo pequeños
fragmentos ( fragmentos de Okazaki ) que crecen en el sentido 5´3´ y que más tarde se unen . Esta es la hebra retardada, llamada
de esta forma porque su síntesis es más lenta.
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.
3ª etapa: corrección de errores.
La enzima principal que actúa como
“comadrona” es la ADN polimerasa III, que corrige
todos los errores cometidos en la replicación o
duplicación.
Intervienen otras enzimas como:
* Endonucleasas que cortan el segmento erróneo.
* ADN polimerasas I que rellenan correctamente el
hueco.
•ADN ligasas que unen los extremos corregidos.
•ADN polimerasa II, corrige daños causados por
agentes físicos
• Es similar a la de los procariontes, es decir, semiconservativa y
bidireccional. Existe una hebra
conductora o templada y una
hebra retardada con
fragmentos de Okazaki. Se
inicia en la burbujas de
replicación (puede haber unas
100 a la vez)
• Intervienen enzimas similares a
los que actúan en las células
procariontes y otros enzimas
que han de duplicar las histonas
que forman parte de los
nucleosomas. Los nucleosomas
viejos permanecen en la hebra
conductora.
DUPLICACIÓN DEL
ADN EN
EUCARIONTES
Replicación de la molécula de ADN,
y las enzimas que participan en el
proceso
O = helicasa
|| = ADN
() = ADN, enrollado
Formación de una
horquilla de replicación
La duplicación comienza
simultáneamente en muchos
puntos de la doble cadena,
puntos de iniciación (oriC) en
los que abundan las secuencias
GATC La helicasa rompe los
puentes de hidrógeno para
separar las hebras de ADN
O = polimerasa iii
|| = ADN
! ¡ = ARN
Síntesis por la DNA-polimerasa
de la hebra conductora
(izquierda) y de la hebra
seguidora en fragmentos de
Okazaki (derecha)
Las enzimas, agrega la hebra
continua de ADN hijo, y la otra
hebra discontinua
O = polimerasas i y ii +
endonucleasa
|| = ADN
! ¡ = ARN
Unión de todos los fragmentos
por la DNA-ligasa
Las enzimas, verifican que los
nucleótidos de la hebra hija
estén bien puestos
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 empleando criterios
pedagógicos, 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
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 INICIACIÓN
Burbujas de
replicación
3´
5´
3´
5´
Horquillas de
replicación
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
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
I, II y III. 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.
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.
Replicación
Para entender el proceso, vamos a centrar la
atención en una sola 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
CEBADOR
ADN COMPLEMENTARIO
3´
3´
5´
La hebra que vemos arriba crece de forma continua,
mientras que la otra lo va a hacer de forma discontinua
FASE DE ELONGACIÓN
Vamos seguidamente a ver como a medida que la
horquilla de replicación se va abriendo y se produce el
Para
que sigaen
creciendo
la otra deSeguidamente
las ADN polimerasas
avance
la síntesis
las nuevas hebras
hebra
se ha de formar un nuevo
continuan en esta hebra colocando
complementarias.
cebador alejado del primero.
desoxirribonucleótidos, llegando
En la hebra que vemos arriba
hasta sustituir al primer cebador. A
la ADN polimerasa sigue
esta hebra se le llama retardada o
avanzando ininterrumde crecimiento discontinuo.
3´
5´
pidamente, por ello se llama de
crecimiento continuo
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.
PRIMASA
ADN polimerasa
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.
Ligasa
3´
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 la 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´
Proteinas principales replicación
• Topoisomerasas: rompen una hebra y la tensión
del enrrollamiento de la hélice, se relaja
• Helicasas: completan el desenrrollamiento
• ADN polimerasas: complejos agregados de
diferentes proteínas.
• Primasas: sintetizan los iniciadores de ARN que se
necesitan para iniciar la replicación
• Ligasas: sellan las lagunas dejadas por las
ribonucleasas cuando remueven los primers,
catalizan la unión fosfodiester entre nucleótidos
adyacentes.
• Proteinas de unión a la hebra sencilla del ADN:
estabilizan la horquilla de replicación.
Replicación
de la
molécula de
ADN,
mostrando
las enzimas
que
participan
en el
proceso
DUPLICACIÓN DE ADN EN BACTERIAS
Dogma central de la
Biología Molecular
ADN
Polip
Traducción
Transcripción
ARNm
ADN
ARNm
Polipéptido
Regulación
Replicación
Retrotranscripción
TRANSCRIPCIÓN
ADN
mRNA
RNA
polimerasa
Nucleótidos
De RNA
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codón
anticodón
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La combinación de tripletas o codones constituye el código genético
2ª letra
1ª letra
3ª letra
Ej.¿qué aminoácido está codificado por el codón GAC?
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•Su función es
copiar
la
información del
ADN y llevarla
hasta
los
ribosomas
•En
eucariotas
sintetiza proteína.
•Tiene una vida
muy corta (min)
es destruido por
las ribonucleasa
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•Transporta
los
aminoácidos hasta
los ribosomas
•En el brazo A
presenta
el
anticodon
tripleta de bases
que
lleva
el
aminoácido
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09/08/2017
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