Replicación del adn

Replicación del ADNReplicación del ADN

ContenidosContenidos

Replicación del ADN en células Replicación del ADN en células procarióticas y eucarióticas.procarióticas y eucarióticas.

Etapas. Etapas.

Enzimas que participan. Enzimas que participan.

InhibidoresInhibidores

El esquema de este El esquema de este ““dogmadogma”” ha sido encontrado repetidamente ha sido encontrado repetidamente y se considera una regla general (salvo en los retrovirus)y se considera una regla general (salvo en los retrovirus)

Proteína

Dogma central de La BIOLOGIA

¿Donde se encuentra el ADN?¿Donde se encuentra el ADN?

Células eucarióticasCélulas procarióticas

COMPOSICIÓN DE LOS COMPOSICIÓN DE LOS CROMOSOMASCROMOSOMAS

Los cromosomas Los cromosomas eucarióticos se eucarióticos se componen de ADN componen de ADN (Ácido desoxirribonucleico)(Ácido desoxirribonucleico) y proteínas y proteínas (histónicas (histónicas y no histónicas)y no histónicas)

7

Cromosoma metafásico formado por doscromátidas hermanas: DNA duplicado

El cromosomaen las células hijas tras la segregación

Topografía de los cromosomas metafásicosTopografía de los cromosomas metafásicos

Tamaño del cromosomaPosición del centrómero

Metacéntrico SubmetacéntricoAcrocéntricoTelocéntrico

Distribución de la heterocromatina

EucromatinaHeterocromatina

lk

Tema 2: Mitosis y meiosis 9

Cariotipo fetalCariotipo fetal

¿En que momento ocurre?¿En que momento ocurre?

En células procarióticas la duplicación del ADN toma aproximadamente 40 minutos, mientras que la división celular toma 20 minutos, por este motivo estas células comienzan rondas replicación del ADN anticipadas a la división.

Características Características de la de la

Replicación del ADNReplicación del ADN

Replicación del ADNReplicación del ADNEs el proceso mediante el cual la molécula de ADN hace Es el proceso mediante el cual la molécula de ADN hace copias de sí misma (y, por tanto del cromosoma).copias de sí misma (y, por tanto del cromosoma).

El resultado son dos cadenas ADN en las cuales se conserva El resultado son dos cadenas ADN en las cuales se conserva una molécula parental y hay otra nueva = una molécula parental y hay otra nueva = semiconservativo semiconservativo (Meselson-Stahl 1957)(Meselson-Stahl 1957)

En el núcleo hay muchos nucleótidos libres que son los En el núcleo hay muchos nucleótidos libres que son los bloques de construcción del nuevo ADN .bloques de construcción del nuevo ADN .

Replicación del ADNReplicación del ADNLa síntesis de la nueva molécula de ADN es siempre en La síntesis de la nueva molécula de ADN es siempre en sentido 5´ a 3´.sentido 5´ a 3´.Las Las DNA polimerasas DNA polimerasas son las enzimas que participan de la son las enzimas que participan de la polimerización, para ello necesitan de un extremo OH 3´ libre. polimerización, para ello necesitan de un extremo OH 3´ libre. Para que trabaje la ADN polimerasa es necesario la Para que trabaje la ADN polimerasa es necesario la presencia, en el inicio de cada nuevo fragmento, de presencia, en el inicio de cada nuevo fragmento, de pequeñas unidades de ARN conocidas como cebadores o pequeñas unidades de ARN conocidas como cebadores o primers.primers.

Replicación del ADNReplicación del ADNSe requieren de otras enzimas como las Se requieren de otras enzimas como las helicasas, primasas o helicasas, primasas o cebadoras, topoisomerasas (girasas), proteínas de unión al DNA cebadoras, topoisomerasas (girasas), proteínas de unión al DNA de simple cadena y ligasas.de simple cadena y ligasas.Como las cadenas del ADN son antiparalelas, y la replicación Como las cadenas del ADN son antiparalelas, y la replicación procede solo en la dirección 5' a 3' en ambas cadenas, procede solo en la dirección 5' a 3' en ambas cadenas, numerosos experimentos mostraron que, una cadena se formará numerosos experimentos mostraron que, una cadena se formará una copia continua, mientras que en la otra se formarán una una copia continua, mientras que en la otra se formarán una serie de fragmentos cortos conocidos como fragmentos de serie de fragmentos cortos conocidos como fragmentos de Okazaki . Okazaki . ..

Replicación del ADNReplicación del ADNLa cadena que se sintetiza de manera La cadena que se sintetiza de manera continuacontinua se se conoce como cadena conoce como cadena adelantadaadelantada y, la que se y, la que se sintetiza en fragmentos, cadena sintetiza en fragmentos, cadena atrasada o atrasada o retardadaretardada (discontinua) (discontinua)

PasosPasos de la de la

replicaciónreplicación

ReplicaciónReplicación

El primer paso El primer paso durante la replicación durante la replicación del DNA el del DNA el desenrollamiento del desenrollamiento del ADN de la doble ADN de la doble helice y la separación helice y la separación de las dos hebras de las dos hebras

Participan las Participan las enzimas enzimas topoisomerasas y topoisomerasas y helicasashelicasas

Replicación del DNAReplicación del DNA

Replicación de DNAReplicación de DNA

Las topoisomerasas Las topoisomerasas desenrollan el ADNdesenrollan el ADN

La helicasa separa la La helicasa separa la doble hélice del DNAdoble hélice del DNA

Las proteínas de unión Las proteínas de unión al ADN de una sola al ADN de una sola cadena, estabilizan la cadena, estabilizan la hebra parental hebra parental desenrollada del DNAdesenrollada del DNA

Replicación del ADNReplicación del ADN

Cada hebra parental Cada hebra parental ahora sirve como ahora sirve como templado (molde) que templado (molde) que determina el orden de determina el orden de nucleótidos a lo largo nucleótidos a lo largo de la nueva hebra de la nueva hebra complementaria.complementaria.

Replicación del ADNReplicación del ADNLas cadenas del ADN son antiparalelas, y la Las cadenas del ADN son antiparalelas, y la replicación procede solo en la dirección 5' a 3' en replicación procede solo en la dirección 5' a 3' en ambas cadenas, numerosos experimentos mostraron ambas cadenas, numerosos experimentos mostraron que, una cadena se formará una copia continua, que, una cadena se formará una copia continua, mientras que en la otra se formarán una serie de mientras que en la otra se formarán una serie de fragmentos cortos conocidos como fragmentos de fragmentos cortos conocidos como fragmentos de Okazaki . Okazaki . La cadena que se sintetiza de manera continua se La cadena que se sintetiza de manera continua se conoce como cadena conoce como cadena adelantadaadelantada y, la que se y, la que se sintetiza en fragmentos, cadena sintetiza en fragmentos, cadena atrasada o atrasada o retardadaretardada..

Replicación de DNAReplicación de DNA

La hebra continua o La hebra continua o ““leading strandleading strand”” es es sintetizada en dirección de 5sintetizada en dirección de 5’’a 3a 3’’ por la por la DNA polimerasaDNA polimerasa

Replicación de DNAReplicación de DNA

La hebra discontinua o La hebra discontinua o ““lagging strandlagging strand”” es es sintetizada de 5´a 3´, a sintetizada de 5´a 3´, a partir de una hebra partir de una hebra molde que va de 5´a 3´, molde que va de 5´a 3´, por lo tanto, la primasa por lo tanto, la primasa coloca pequeñas coloca pequeñas secuencias de RNA secuencias de RNA (cebadores) que son (cebadores) que son extendidos por la DNA extendidos por la DNA polimerasa formando polimerasa formando fragmentos de Okazakifragmentos de Okazaki

Replicación de DNAReplicación de DNA

Otra DNA Otra DNA polimerasa polimerasa reemplaza los reemplaza los cebos o cebos o ““primersprimers”” de RNA por DNAde RNA por DNA

La DNA ligasa une La DNA ligasa une los fragmentos de los fragmentos de OkazakiOkazaki

Replicación de DNAReplicación de DNA

Los nucleótidos están Los nucleótidos están conectados para formar conectados para formar los enlaces entre los los enlaces entre los fosfatos y azúcares de la fosfatos y azúcares de la nueva hebranueva hebra

Cada molécula Cada molécula ““hijahija”” de de DNA consiste de una DNA consiste de una hebra parental y una hebra parental y una hebra nueva hebra nueva (semiconservativa)(semiconservativa)

La unión específica de A con T y de C con La unión específica de A con T y de C con G, asegura que las copias nuevas de ADN G, asegura que las copias nuevas de ADN sean copias exactas del original. sean copias exactas del original.

Se forman dos copias idénticas de la Se forman dos copias idénticas de la molécula original de ADN.molécula original de ADN.

Las dos nuevas moléculas de ADN se Las dos nuevas moléculas de ADN se enroscan y de nuevo toman la forma de enroscan y de nuevo toman la forma de una doble hélice.una doble hélice.

Replicación del ADNReplicación del ADN

Pasos de la replicación del ADNPasos de la replicación del ADN

Etapas de la ReplicaciónEtapas de la Replicación

Eventos previos a la iniciación.Eventos previos a la iniciación.

IniciaciónIniciación

ElongaciónElongación

TerminaciónTerminación

Etapas de la ReplicaciónEtapas de la Replicación

CELULA PROCARIÓTICACELULA PROCARIÓTICA

Replicación del ADN. Célula ProcariotaReplicación del ADN. Célula Procariota

Eventos previos a la Eventos previos a la iniciación:iniciación:

ADN de E.Coli, circular con ADN de E.Coli, circular con superenrrollamiento positivo.superenrrollamiento positivo.

Formación del topoisomero Formación del topoisomero negativo, con cadenas de negativo, con cadenas de ADN separadas.ADN separadas.

Participan la topoisomerasa Participan la topoisomerasa II (girasa), esta última es una II (girasa), esta última es una enzima formada por 4 enzima formada por 4 subunidades, 2subunidades, 2αα y 2 y 2ββ, utiliza , utiliza ATP.ATP.

Replicación del ADN.Replicación del ADN.Célula ProcariotaCélula Procariota

Eventos previos a la Eventos previos a la iniciación:iniciación:

Las helicasas separan Las helicasas separan las cadenas de ADN, las cadenas de ADN, consumen 2 ATP, por consumen 2 ATP, por cada par de bases cada par de bases separados. Tiene 6 separados. Tiene 6 sitios para unión del sitios para unión del ATP.ATP.Se han descrito 12 Se han descrito 12 helicasas en célula helicasas en célula procariótica.procariótica.

Estructura tridimensional de una helicasa (DnaB): un hexámero con seis sitios de enlace al ATP, necesita de la proteína DnaC para unirse al ADN. La hidrólisis secuencial de estos ATPs permite el desenrollamiento de la doble hélice.

Replicación del ADN.Replicación del ADN.Célula ProcariotaCélula Procariota

Estabilización del ADN de una sola banda por Estabilización del ADN de una sola banda por las proteínas estabilizadoras del ADN de una las proteínas estabilizadoras del ADN de una sola banda (ssb) y topoisomerasas.sola banda (ssb) y topoisomerasas.

Replicación del ADN.Replicación del ADN.Célula ProcariotaCélula Procariota

Iniciación:Iniciación:

Síntesis del primer o cebador de ARN por una Síntesis del primer o cebador de ARN por una ARN polimerasa. (Primasa o Dna G)ARN polimerasa. (Primasa o Dna G)

El híbrido ARN-ADN proporciona el 3´OH El híbrido ARN-ADN proporciona el 3´OH requerido para que actúe la ADN polimerasa III, requerido para que actúe la ADN polimerasa III, que une el primer oligonucleotido.que une el primer oligonucleotido.

Síntesis del primer de ARN por una primasa

ADN polimerasa. ProcariotasADN polimerasa. Procariotas

ADN Pol I ADN Pol II ADN Pol III

Estructura Monómero109 000 Kd

Monómero90 000 Kd

Multímero900 000 Kd

Función Polimerasa 5´-3´= elongaciónExonucleasa 3´-5´, 5´- 3´= corrección y reparación

Polimerasa 5´-3´= elongaciónExonucleasa 3´-5´ = corrección

Polimerasa 5´-3´= elongaciónExonucleasa 3´-5´ = corrección

Ausencia Afecta la reparación del ADN

Ninguna alteración conocida

Incompatible con la vida

Arthur Kornberg encontró tres ADN polimerasas diferentes, la ADN Arthur Kornberg encontró tres ADN polimerasas diferentes, la ADN Pol I, ADN Pol II y ADN Pol III. Premio Nobel en 1959.Pol I, ADN Pol II y ADN Pol III. Premio Nobel en 1959.

ADN polimerasa IIIADN polimerasa III

Las ADN Polimerasas de Las ADN Polimerasas de E. coli E. coli solamente saben sintetizar solamente saben sintetizar

(polimerizar) ADN en la dirección 5'P - 3'OH. La subunidad (polimerizar) ADN en la dirección 5'P - 3'OH. La subunidad ββ

actúa como una pinza que une la ADN pol a la hebra moldeactúa como una pinza que une la ADN pol a la hebra molde

La ADN polimerasa

Replicación del ADN. Célula ProcariotaReplicación del ADN. Célula Procariota

Elongación:Elongación:Síntesis continua 5´a 3´ Síntesis continua 5´a 3´ (ADN pol III).(ADN pol III).Síntesis discontinua del Síntesis discontinua del fragmento que se fragmento que se sintetiza a partir de la sintetiza a partir de la hebra molde que va de hebra molde que va de 5´ a 3´ (fragmentos de 5´ a 3´ (fragmentos de Okasaki), cada cierto Okasaki), cada cierto tramo de la molécula de tramo de la molécula de ADN hay un ARN ADN hay un ARN iniciador, pol III, pol I, y iniciador, pol III, pol I, y ADN ligasaADN ligasa

Hebra retardada

Replicación del ADN.Replicación del ADN.Célula ProcariotaCélula Procariota

Terminación:Terminación:

Fusión de las dos horquillas.Fusión de las dos horquillas.

Formación del ADN circular.Formación del ADN circular.

Modificaciones post- terminación: Metilación.Modificaciones post- terminación: Metilación.

Semejanzas entre células Semejanzas entre células eucariotas y procarióticaseucariotas y procarióticas

Semiconservativa.

Bidireccional.

Semidiscontinua (hebra líder y hebra retardada).

Participan enzimas helicasas, topoisomerasas, polimerasas, ligasas, etc.

Diferencias entre células Diferencias entre células eucariotas y procarióticaseucariotas y procarióticas

DiferenciasDiferencias

Mayor tamaño del ADN.Mayor tamaño del ADN.

Menor velocidad de síntesis.Menor velocidad de síntesis.

Múltiples puntos de iniciación en un Múltiples puntos de iniciación en un mismo cromosoma mismo cromosoma (hasta 60 000 en (hasta 60 000 en células de mamífero)células de mamífero)

Diferencias entre células Diferencias entre células eucariotas y procarióticaseucariotas y procarióticas

Diferencias:La estructura nucleosómica debe disociarse La estructura nucleosómica debe disociarse para dar inicio a la replicaciónpara dar inicio a la replicaciónDeben replicarse las Histonas Deben replicarse las Histonas (nucleosomas nuevos) se incorporan a la (nucleosomas nuevos) se incorporan a la hebra retardada.hebra retardada.Problemas con los telómeros por ser lineal Problemas con los telómeros por ser lineal (no extremos 3´ libres). (no extremos 3´ libres). Coincide con el ciclo celular.Coincide con el ciclo celular.

Diferencias entre células eucariotas Diferencias entre células eucariotas y procarióticasy procarióticas

En células eucarióticas ocurre en el núcleo y En células eucarióticas ocurre en el núcleo y en procarióticas en el citoplasma.en procarióticas en el citoplasma.

Hay 5 tipos de ADN polimerasas, la ADN pol Hay 5 tipos de ADN polimerasas, la ADN pol αα actúa como cebador. actúa como cebador.

Menor velocidad de replicación en células Menor velocidad de replicación en células eucarióticas (10eucarióticas (1022 nucleótidos/seg vs 10 nucleótidos/seg vs 1033 nuc/seg)nuc/seg)

Menor tamaño de los fragmentos de Okasaki Menor tamaño de los fragmentos de Okasaki en células eucarióticas (200 pb vs 2000 pb)en células eucarióticas (200 pb vs 2000 pb)

Etapas de la ReplicaciónEtapas de la Replicación

Eventos previos a la iniciación.Eventos previos a la iniciación.

IniciaciónIniciación

ElongaciónElongación

TerminaciónTerminación

Eventos previos a la iniciaciónEventos previos a la iniciaciónAl origen de la replicación Al origen de la replicación se une un complejo se une un complejo llamado ORC (complejo llamado ORC (complejo de reconocimiento de de reconocimiento de origen).origen).Al ORC se unen unos Al ORC se unen unos factores permisivos factores permisivos (Mcm2-Mcm-7), para (Mcm2-Mcm-7), para iniciar la replicación.iniciar la replicación.Activación de la quinasas Activación de la quinasas dependientes de ciclinas dependientes de ciclinas (Cdk), antes del inicio de (Cdk), antes del inicio de la fase S = iniciar la la fase S = iniciar la replicación.replicación.

Eventos previos a la iniciaciónEventos previos a la iniciación

Los factores permisivos Los factores permisivos Mcm actúan como Mcm actúan como helicasas para separar la helicasas para separar la doble hélice de ADN.doble hélice de ADN.Las topoisomerasas I y II Las topoisomerasas I y II desenrollan la molécula desenrollan la molécula de ADNde ADNLas RPA (proteína de Las RPA (proteína de replicación A) son las replicación A) son las proteínas de unión al ADN proteínas de unión al ADN de una sola cadena que de una sola cadena que mantiene la hebra molde mantiene la hebra molde estiradaestirada

IniciaciónIniciación

Participan las ADN polimerasas

α hebra retrasada

δ hebra lider replicación

β

ε reparan

γ ADN mitocondrial

Iniciación. ElongaciónIniciación. Elongación

Las primasas sintetizan los primers de Las primasas sintetizan los primers de ARN que brindan el 3´OH para iniciar la ARN que brindan el 3´OH para iniciar la síntesis de las hebras líder y retardada.síntesis de las hebras líder y retardada.Continua la síntesis del cebador por la Continua la síntesis del cebador por la polimerasa polimerasa αα..La polimerasa La polimerasa δδ sintetiza la hebra líder y sintetiza la hebra líder y los fragmentos de Okasaki de la hebra los fragmentos de Okasaki de la hebra retardada, se une al ADN por una pinza retardada, se une al ADN por una pinza denominada PCNA (Antígeno de denominada PCNA (Antígeno de proliferación nuclear celular)proliferación nuclear celular)

Horquilla de replicación en los mamíferos: Dos polimerasas diferentes en la hebra retardada, primero empieza la primasa sintetizando el primer de ARN, sigue pol α sintetiza un corto fragmento de ADN, luego sigue trabajando la pol δ en la elongación del fragmento

TelTelóómerosmerosSon secuencias especiales Son secuencias especiales de nucleótidos al final del de nucleótidos al final del DNA de cromosomas DNA de cromosomas eucarióticoeucariótico

Estos no contienen genes, Estos no contienen genes, pero si secuencias cortas pero si secuencias cortas repetidas de nucleótidos repetidas de nucleótidos (TTAGGG en humanos)(TTAGGG en humanos)

Protegen el genoma de Protegen el genoma de errores durante las rondas errores durante las rondas de replicaciónde replicación

Previenen el envejecimiento Previenen el envejecimiento y muerte celulary muerte celular Telómeros y telomerasas

Telomeros y TelomerasasTelomeros y TelomerasasLos telomeros se van acortando Los telomeros se van acortando según van ocurriendo las según van ocurriendo las replicaciones DNAreplicaciones DNA

Las telomeras son enzimas que Las telomeras son enzimas que alargan los telalargan los telóómerosmeros

Tienen una secuencia corta de RNA Tienen una secuencia corta de RNA unido a su proteínaunido a su proteína

La secuencia de RNA sirve como La secuencia de RNA sirve como molde (molde (““templatetemplate””) para extender el ) para extender el teltelóómero hasta el terminal 3mero hasta el terminal 3’’

No están activas en las células No están activas en las células somáticas, pero si en células somáticas, pero si en células embrionarias.embrionarias.

Están activas en las células Están activas en las células cancerosascancerosas

Los punto anaranjados marcan los telómeros en cromosomas de ratón

•En eucariontes los fragmentos de Okasaki tienen 200 nucleótidos,los primers unos 10.•Los iniciadores de ARN se eliminan mediante una ARNasa específica que reconoce dobles hélices híbridas ARN-ADN.•La laguna es llenada por una polimerasa y la unión finalmente es realizada por una ligasa

Replicación de ADN en células eucarióticas

Enzimas y proteínas que participan en el Enzimas y proteínas que participan en el proceso de replicación del ADNproceso de replicación del ADN

ProcariotaProcariota EucariotaEucariota FunciónFunción

Polimerasa IIIPolimerasa III Polimerasa Polimerasa δδ y y αα

Añadir nuevos Añadir nuevos nucleótidosnucleótidos

Pinza Pinza ββ PCNAPCNA Pinza la Pinza la polimerasa polimerasa sobre el ADNsobre el ADN

Ligasa de ADNLigasa de ADN Ligasa de ADNLigasa de ADN Une los Une los fragmentos de fragmentos de OkasakiOkasaki

Enzimas y proteínas que participan en el proceso Enzimas y proteínas que participan en el proceso de replicación del ADNde replicación del ADN

ProcariotaProcariota EucariotaEucariota FunciónFunción

DnaADnaA ORCORC Origen del la Origen del la replicaciónreplicación

GirasaGirasa Topoisomerasa Topoisomerasa I/III/II

Desenrolla el ADNDesenrolla el ADN

DnaBDnaB McmMcm HelicasaHelicasa

SSBSSB RPARPA Estabiliza la Estabiliza la cadena de ADN cadena de ADN simplesimple

PrimasaPrimasa PrimasaPrimasa Síntesis del primer Síntesis del primer de ARNde ARN

Inhibidores de la replicaciónInhibidores de la replicación

Sustancia Efecto

Novobiocina Actúa sobre la ADN girasa

Actinomicina D Impide el desenrollamiento y separación del ADN

GRACIASGRACIAS

Bibliografia.Bibliografia.

Bioquímica. Libro de Texto con Bioquímica. Libro de Texto con aplicaciones clínicas. Thomas M. Devlin. aplicaciones clínicas. Thomas M. Devlin. 3era edición, Vol. II. 3era edición, Vol. II. Biología Molecular de LA CÉLULA. Bruce Biología Molecular de LA CÉLULA. Bruce Alberts, 3era ed.Alberts, 3era ed.Bioquímica de Laguna. Cap. 28. La Bioquímica de Laguna. Cap. 28. La replicación de los genomas.replicación de los genomas.Karp. Capitulo 13. Replicación y Karp. Capitulo 13. Replicación y reparación del ADN.reparación del ADN.