Download Replicación y Reparación del ADN

Replicación, mantenimiento y
reorganización del ADN
Ciclo celular y replicación del ADN
• EL ADN es la molécula que permite perpetuar la vida.
LA REPLICACIÓN DEL ADN:
Es esencial que la replicación permita la transmisión fiel de la información
genética de padres a hijos.
Ocurre durante la fase S del ciclo celular.
ADN
•
•
La molécula de ADN es una doble hélice antiparalela (Watson y Crick 1953)
La función codificante del ADN está determinada por la secuencia de sus
nucleótidos (bases)
• Para la replicación del ADN, se necesita una maquinaria enzimática:
• ADN polimerasas: desempeñan funciones de replicación y reparación.
• En procariotas:
Polimerasas I: Reparación y asistencia en replicación
Polimerasas II: Reparación
Polimerasa III: Replicación (+++)
En eucariotas:
ADN polimarasa alfa: Síntesis de ADN nuclear, actividad correctora, primasa
ADN polimerasa delta: Síntesis de ADN nuclear, actividad correctora
ADN polimerasa gamma: Síntesis de ADN mitocondrial
ADN polimerasa epsilon: Síntesis de ADN nuclear, actividad correctora
ADN polimerasa beta: Participa en la reparación del ADN
Todas las ADN polimerasas
añaden un desoxirribonucleósido
5´-trifosfato al grupo 3´hidroxilo de
una cadena de ADN creciente
(hebra cebadora)
Las ADN polimerasas :
Catalizan la elongación de las cadenas de ADN
usando como sustratos nucleótidos trifosfato, se
forma un enlace fosfodiéster y a medida que se
incorporan a la cadena recién formada, liberan 2
grupos fosfatos terminales.
Replicación del ADN
Síntesis de las hebras conductora y tardía de ADN
La hebra conductora se sintetiza de forma contínua en la dirección del movimiento de
la horquilla de replicación. La hebra tardía se sintetiza en pequeños fragmentos en
sentido opuesto al resto de la replicación.
Los fragmentos de Okazaki se unen por acción de la ADN ligasa.
ADN: otras enzimas que participan en su replicación son:
Topoisomerasas: rompen en forma reversible las cadenas de ADN.
Topoisomerasa I: rompe sólo una cadena de ADN.
Topoisomerasa II:. rompe en forma simultánea ambas cadenas.
Helicasas: desenrollan las 2 cadenas de ADN y se ubican en la cabeza de la horquilla de
replicación
Primasas: sintetizan los iniciadores de ARN (cebadores o primers) que se necesitan para iniciar la
replicación
Ligasas: catalizanla formación de enlaces covalentes entre los fragmentos de Okazaki en la
síntesis de la cadena de ADN retrasada, y entre los segmentos viejos y nuevos formados
durante la reparación del ADN
Proteinas de unión al ADN monocatenario: estabilizan la cadena molde de ADN desenrrollada
manteniéndola en un estado de cadena única para ser copiada por la polimerasas.
Origen de los fragmentos de Okazaki con cebadores de ARN
Los fragmentos cortos de ARN sirven como iniciadores sobre los que puede actuar la
ADN polimerasa
Eliminación de los cebadores de ARN y unión de los fragmentos de Okazaki
ADN polimerasa rellena los
espacios entre los
fragmentos de Okasaki
ADN ligasa
ADN polimerasas en bacterias y en mamíferos
Síntesis de hebra conductora
Síntesis hebra retrasada
Proteínas accesorias a la polimerasa
RPC: proteína de enganche de carga
PCNA: Antígeno nuclear de células
proliferativas. Proteína de enganche
deslizante.
Acción de la helicasa y de
las proteínas de unión al
ADN de cadena simple
Acción de las topoisomerasas durante la replicación del ADN
Cuando las dos hebras de ADN están
desenrolladas, el ADN de la cabeza de la horquilla
de replicación rota en direcció opuesta, las
moléculas circulares se enrollan sobre sí mismas.
Las topoisoerasa catalizan la rotura y la unión
reversible de las hebras de ADN
Doble lectura de la ADN polimerasa
(delta y epsilon en eucariontes, III en
procariontes)
A
C
D
B
Orígen de replicación en E coli
Orígenes de replicación en cromosomas eucarióticos
Múltiples orígenes, cada uno produce una horquilla de replicación
El complejo de reconocimiento del origen (ORC) reconoce a una secuencia
conservada y recluta a proteínas adicionales incluída la MCM helicasa.
Acción de las telomerasas
El ADN telomérico es una secuencia repetidda
simple con un extremo 3´ suelto en la hebra
conductora recién sintetizada.
La telomerasa tiene su propia molécula de ARN
complementaria del ADN telomérico con el que
se une.
Herencia epigenética de H3 centromérica
Reparación del ADN
Daño espontáneo del ADN
Daños al ADN
inducidos por:
1. Reparación por inversión directa del ADN dañado
2. Reparación por escisión
2. a. Reparación por escisión de bases
2. b. Reparación por escisión de nucleótidos de los dímeros de timina
Ej. patológico: Xeroderma pigmentosa con producción de tumores cutáneos
2.b. Enzimas que participan en el sistema de reparación mediante escisión de
nucleótidos en células de mamíferos.
XPC: reconoce lesiones en el ADN (ej. Dimeros de Timina)
XPB y XPD: helicasas
Se desenrolla el ADN por las helicasas
XPG y XPF/ERCC1: endonucleasas, se
incorporan al compelo para eliminar el
oligoucleótido dañado
ADN polimerasa rellena el hueco y la
ligasa lo sella.
2.b. Reparación por escisión de nucleótidos acoplada a la transcripción en
células de mamíferos
3. Reparación por falta de complementariedad de bases (en procariontes)
3. Reparación por falta de complementariedad de bases (en eucariontes)
La mutación con pérdida de función de uno de los componentes de este sistema es
responsable de la producción del 50% de los casos de cáncer colorectal hereditario no
poliposo.
4. Síntesis de ADN translesión
5. Reparación de roturas de doble hebra
Alteraciones en este sistema de reparación pueden originar cáncer de mama hereditario
(Ej. BRCA2).
Si hay una lesión en el DNA
Reparación del DNA Errores en la reparación Daño severo en
el DNA
Proliferación Normal
Arresto del ciclo celular
Proliferación anormal
-Mutaciones
- Aberraciones Cromosómicas
-Apoptósis
-Necrosis
Reorganización del ADN
1. Recombinación homóloga.
Ej. Meiosis en la gametogénesis
Modelo de Holliday para la recombinación genética homóloga
Identificación de la unión de Holliday mediante microscopía electrónica
Isomerización y resolución de las uniones de Holliday
Iniciación de la recombinación por roturas de doble hélice
Función de la proteína RecA en la recombinación genética homóloga
Filamentos formados por la unión de las proteínas RecA (procariontes)
(A) y Rad 51 (humanos) (B) al ADN (microscopía eléctrónica)
Migración de ramas y resolución de las uniones o intermediarios de
Holliday
1. Recombinación específica de sitio.
a. Transposición vía intermediarios de ADN (transposones).
1. Recombinación específica de sitio.
b. Transposición vía intermediarios de ARN (retrovirus).
Autoevaluación:
1) Explique qué ventaja evolutiva representa la actividad 3´-5´
exonucleasa de algunas ADN polimerasas.
2) Mencione el conjunto de patologías más frecuentes que se
producen como consecuencia del déficit de función del sistema
de reparación de escisión de nucleótidos.
3) Explique por qué la alteración en el funcionamiento de los
sistemas de reparación del ADN favorecen la aparición de
neoplasias.
4) Explique qué ventaja evolutiva presentan los mecanismos de
recombinación genética.
Autoevaluación:
5) Mencione en qué momento de la vida del hombre y de la mujer
Se produce recombinación genética homóloga (integración con
Histología y Embriología).
6) Explique qué diferencia presenta el nivel de expresión de la
telomerasa entre una célula madre y células que adquirieron un
destino celular determinado (integración con
Histología y Embriología).