DUPLICACIÓN DE ADN

Dra. Carmen Mendoza Galeano

Watson, a la derecha, y Crick pasean por la Universidad de Cambridge en esta imagen tomada en el año 1950

COMPOSICIÓN DEL ADN

La molécula de ADN está compuesta de subunidades, llamadas nucleótidos, unidos en cadenas largas.

Cada nucleótido consta de un grupo fosfato, un azúcar de cinco carbonos, la desoxirribosa y, una base nitrogenada.

El ADN de los cromosomas se compone de dos cadenas enrolladas una a la otra en una doble hélice.

Los azúcares y fosfatos que unen un nucleótido al siguiente forman el esqueleto en cada lado de la doble hélice.

En tanto que las bases de cada cadena se aparean en el centro de la hélice.

Bases Nitrogenadas

REPLICACIÓN DEL ADN

La Molécula de la Vida

Ascaris megalocephala 2 Cebolla 16 Drosophila 8 cromosomas Hombre 46 Perro 78

La replicación del ADN

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

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

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 conservativa: se produciría un ADN completamente nuevo durante la replicación.

En la replicación semiconservativa se originan dos moléculas de ADN, cada una de ellas compuesta de una hebra de el ADN original y de una hebra complementaria nueva.

Replicación dispersiva: ruptura de las hebras de origen durante la replicación que se reordenarían en una molécula con una mezcla de fragmentos nuevos y viejos en cada hebra de ADN.

PROCESO DE REPLICACIÓN

Proteinas principales replicación Proteinas de unión a la hebra sencilla del ADN: estabilizan la

horquilla de replicación. Topoisomerasas: rompen una hebra y la tensión del

enrrollamiento de la hélice, se relaja Helicasas: rompe los puentes de hidrogenos entre las bases

nitrogenadas, completan el desenrrollamiento ADN polimerasas: sintetiza las cadenas complementarias de

cada una de las cadenas primitivas. ARN cebador (primer): ARN especifico de corta longitud (10

bases). Primasas: sintetizan los iniciadores de ARN que se necesitan

para iniciar la replicación Helicas + primasa = primosoma

Ligasas: sellan las lagunas dejadas por las ribonucleasas cuando remueven los primers, catalizan la unión fosfodiester entre nucleótidos adyacentes.

PROCESO DE REPLICACIÓN

Fase de iniciación y fase de elongación

5´

5´3´

3´

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.

Los puntos de iniciación son reconocidos por proteínas específicas, como las helicasas, que rompen los puentes de hidrógeno entre las bases nitrogenadas, las topoisomerasas que rompe la hebra de ADN.

.ACGTGATCGGGCTA...ACCGATCACATCGG...AGGCGATCTTACG..

.TGCACTAGCCCGAT...TGGCTAGTGTAGCC...TCCGCTAGAATGC..

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 INICIACIÓN

Burbujas de replicación

Horquillas de replicación

5´

3´5´

3´

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.

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´

3´

5´

La hebra que vemos arriba crece de forma continua, mientras que la otra lo va a hacer de forma discontinua

CEBADOR

ADN COMPLEMENTARIO

PRIMASA

ADN polimerasa 3´

5´3´

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.

3´

5´

3´

5´

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.

ARN

Fragmento de OKAZAKI

5´3´

PRIMASA ADN polimerasa

Para que los nucleótidos de la hebra de crecimiento discontinuo tengan continuidad hace falta la acción de un enzima llamado LIGASA.

Ligasa

5´3´

5´

3´

5´

3´

5´3´

5´

3´

5´3´

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.

5´3´

5´

3´

5´3´

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.

5´3´

5´

3´

5´3´

El avance en la hebra superior es continuo. En la inferior se forma otro nuevo cebador y un fragmento de ADN (OKAZAKI)

5´3´

5´

3´

5´3´

Ha desaparecido un cebador. Ahora queda que la ligasa una los desoxirribonucleótidos de la hebra de crecimiento discontinuo.

Ligasa

5´3´

5´

3´

5´3´

Ya hay continuidad en la hebra inferior.

Supongamos que sólo queda un fragmento de ADN por copiar.

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,

5´3´

5´

3´

5´3´

5´3´

5´3´

5´

3´

5´3´

Ya ha sido sustituido el penúltimo cebador, pero falta unir los desoxirribonucleótidos mediante la ligasa.

5´3´

5´3´

5´

3´

5´3´

Finalmente, vemos total continuidad en las dos hebras, pero observamos que en las copias hijas hay fragmentos de ARN.

5´3´

5´3´

5´

3´

5´3´

5´3´

Apreciamos como el resultado final son dos moléculas de ADN a las que le falta en una de sus hebras un pequeño fragmento final.

TRANSCRIPCIÓN DE ADN

DOGMA CENTRAL DE LA BIOLOGÍA MOLECULAR

El ADN forma una copia de parte de su mensaje sintetizando una molécula de ARN mensajero (transcripción), la cual constituye la información utilizada por los ribosomas para la síntesis de una proteína (traducción).

DOGMA CENTRAL DE LA BIOLOGÍA MOLECULAR

Flujo de la información genética:

Ácido Ribonucleico (ARN)Ácido Ribonucleico (ARN)

El ARN es un ácido nucleico que se compone El ARN es un ácido nucleico que se compone de de una sola cadena de nucleótidosuna sola cadena de nucleótidos. .

Los nucleótidos de ARN están formados por Los nucleótidos de ARN están formados por ribosaribosa en lugar de la desoxirribosa del ADN, y en lugar de la desoxirribosa del ADN, y tienen la base nitrogenada tienen la base nitrogenada uracilo (U)uracilo (U) en lugar en lugar de timina.de timina.

ARN

El mensaje genético se realiza en dos etapas sucesivas, en las que el ARN es un intermediario imprescindible.

TIPOS: ARN mensajeroARN ribosómicoARN transferente

ARN mensajero

Copia de una parte del ADN Información utilizada por los ribosomas

para unir los aa en el orden adecuado y formar una proteína concreta.

Vida muy corta. 3-5% del ARN celular.

ARN ribosómico

Forma parte de los ribosomas (junto con un conjunto de proteínas básicas).

También se denomina ARN estructural. Participa en el proceso de unión de los aa

para sintetizar las proteínas. 80-85% del ARN celular total

ARN transferente

Transporta los aa hasta los ribosomas. Cada molécula de ARNt transporta un

aa específico. 10% ARN celular. Forma: 4 brazos, 3 con bucles en los

extremos, en el otro extremo 3’ extremo 5’

TRANSCRIPCIÓN

Transcripción = síntesis de ARN. Ocurre en el interior del núcleo. Necesita:

Una cadena de ADN que actúe como molde. Enzimas: ARN-polimerasa. Ribonucleótidos trifosfato de A, G, C y U.

Proceso: Iniciación Elongación Terminación

TRANSCRIPCIÓN

INICIACIÓN

Comienza cuando la ARN-polimerasa reconoce en el ADN que se va transcribir una señal que indica el inicio del proceso = centros promotores.

Centros promotores = secuencias cortas de bases nitrogenadas.

TRANSCRIPCIÓN

TERMINACIÓN

La ARN-pol reconoce en el ADN unas señales de terminación que indican el final de las transcripción.Implica el cierre de la burbuja formada en el ADN y la separación de la ARN-pol del ARN transcrito.

TRANSCRIPCIÓN

TERMINACIÓN

La ARN-pol transcribe regiones de ADN largas, que exceden la longitud de la secuencia que codifica la proteína.

Una enzima corta el fragmento de ARN que lleva la información para sintetizar la proteína.

TRANSCRIPCIÓN

TERMINACIÓN Extremo 5’ se añade una caperuza permitirá

identificar este extremo en el proceso de traducción posterior.

(G-metilada)-sub-unidad del ribosoma reconozca ARNm-Protege la degradación del ARN en formación

Extremo 3’ se añade una secuencia de ribonucleótidos de adenina cola poli-A.

-Exportción ARNm al citoplasma -Contribuye a la estabilidad del ARNm en el citoplasma-Sirve de señal al ribosoma para la traducción

ADN

ARN Síntesis de ARN (transcripción)

intrón intrón

Escisión de intrones (splicing)

Síntesis de proteínas

(traducción)