ADN

•Replicación del ADN

Una de las características más notables del ADN essu capacidad de replicarse. Vale decir que el ADNes capaz de formar copias de sí mismo. El procesode auto duplicación del ADN se lleva a cabo en elperíodo S del ciclo celular. Esta etapa es un pasoprevio obligado para realizar la división celular en laetapa M de mencionado ciclo. Los genes debenposeer tres funciones principales, como portadoresdel material hereditario:

UNIVERSIDAD NACIONAL JORGE BASADRE GROHMANN

Facultad de Ciencias

Escuela académico profesional de biología y microbiología

POR: Enrique José Chipana Telleria

Deben ser capaces, por medio de una replicación

fiel, de transmitir la información genética de

generación en generación.

Deben contener la información necesaria para sintetizar todas las

proteínas

fundamentales para permitir el normal desarrollo de la célula.

Deben aceptar cambios ocasionales como forma de evolución, es decir,

deber aceptar la capacidad de mutar.

La replicación permite que el ADN sea capaz de cumplir con las funciones

anteriormente mencionadas. La réplica del material hereditario es un

producto directo de este proceso; la información para la síntesis de las

proteínas está asegurada por medio de la replicación y los errores en la

replicación posibilitan y generan cambios que pueden llevar a la evolución.

Figura N° 3: Replicación

Semiconservativa del ADN.

Obsérvese en la figura que las

cadenas del ADN parental se

conservan y pasan a formar

parte de las cadenas hijas.

En el esquema, las cadenas

nuevas se visualizan en

negrita.

La replicación del ADN es

Semiconservativa, puesto que las dos

cadenas del ADN sirven de patrón para

la síntesis de las nuevas cadenas.

Cada doble hélice hija, producto del

proceso de autoduplicación, tendrá

una cadena recién sintetizada (nueva)

y otra

cadena que, con anterioridad, formaba

parte de la molécula parental.

La replicación se llevará a cabo en el

núcleo de la célula eucariota, e

intervendrán una dotación de enzimas

que se encargarán de abrir la doble

hélice, incorporar los nucleótidos y

disminuir la tensión que se genere por

delante de ella.

Una vez que se comprobó que el ADN era el material hereditario y se

descifró su estructura, lo que quedaba era determinar como el ADN

copiaba su información y como la misma se expresaba en el fenotipo.

Matthew Meselson y Franklin W. Stahl diseñaron el experimento para

determinar el método de la replicación del ADN. Tres modelos de

replicación era plausibles.

1. 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. En otras palabras el ADN se

forma de una hebra vieja y otra nueva. Es decir que las hebras

existentes sirven de molde complementario a las nuevas.

2. Replicación conservativa durante la cual se produciría un ADN

completamente nuevo durante la replicación.

3. La replicación dispersiva implicaría la ruptura de las hebras de

origen durante la replicación que, de alguna manera se reordenarían

en una molécula con una mezcla de fragmentos nuevos y viejos en cada

hebra de ADN.

Enzimologia de la replicacion

Con el fin de esclarecer el proceso de replicación, describiremos primero

todas las enzimas que intervienen y luego desarrollaremos el proceso en

su conjunto.

ADN polimerasa: Es la principal enzima de este proceso. Ella es capaz

de sintetizar nuevas cadenas de ADN , a partir de una hebra patrón y las

unidades estructurales correspondientes (desoxirribonucleótidos).

Los desoxirribonucleótidos, para ser incorporados por esta, deben estar

trifosfatados. Es decir que se necesitarán dATPs, dGTPs, dTTPs y dCTPs,

para poder sintetizar las nuevas cadenas de ADN.

Otra de las características principales de esta enzima, es que polimerizará

los nucleótidos en la dirección 5´a 3´. Como consecuencia de esto, la

dirección en la cual leera la cadena patrón de ADN será de 3´a 5´ .

Un rasgo a tener en cuenta es que la ADN polimerasa NO puede iniciar su

síntesis sin la existrencia de un cebador de ARN.

No solamente polimeriza los nucleótidos, sino que se ha comprobado que

es capaz de corregir los posibles errores que se cometan durante la

autoduplicación.

Helicasas: Son las enzimas encargadas de separar las dos hebras del

ADN. Estas enzimas son responsables de la ruptura de las uniones puente

de Hidrógeno que se establecen entre las bases de las dos cadenas del

ADN. Para poder separar las doshebras del ADN se necesitará energía, que

es obtenida de la hidrólisis del ATP. Por cada dos pares de bases que

separan, se gastan dos moléculas de ATP.

Proteínas estabilizadoras de la cadena: Una vez que las cadenas

del ADN son separadas, la estabilidad de las mismas disminuye

considerablemente. El ADN tiende a reasociarse y, son estas proteínas

quienes impiden que el ADN vuelva a su conformación inicial. Su

presencia es fundamental para mantener las cadenas estiradas.

Topoisomerasas: Al producirse la duplicación, el ADN adquiere cierto

grado de superenrollamiento. Imaginemos que la molécula de ADN es

como una bandita elástica, a la cual le conferimos vueltas alrededor de su

eje longitudinal. Si ahora tomamos uno de sus extremos y separamos

cada una de sus partes veremos que, por delante de donde se produce la

separación, la bandita adquirirá una mayor tensión, plegándose sobre sí

misma. Lo mismo ocurre con la molécula de ADN, si la Helicasa separa

las cadenas delante de donde se está produciendo la replicación

aumentará, en forma más que considerable, la tensión de la molécula.

Para evitar esto, las topoisomerasas cortan la doble hélice, rotan el ADN y

vuelven a unirlo, evitando así que aumente la tensión por delante de la

horquilla de replicación. En consecuencia, encontraremos a las

Topoisomerasas por delante del lugar donde se está produciendo la

duplicación.

ARN polimerasa o Primasa: Esta enzima es la que sintetiza el

cebador, un primordio de ARN necesario para que la ADN polimerasa

pueda iniciar la síntesis de las nuevas cadenas. El cebador es una

pequeña porción de ARN de 10 a 12

ribonucleótidos de largo que se mantendrá unido a la cadena de ADN

molde hasta que sea removido.

DNA POLIMERASAS EUCARIOTICAS

ORIGENES DE LA REPLICACION

La principal diferencia de la replicación de virus y

bacterias con la replicación de eucariontes radica en

que los eucariontes poseen muchos orígenes de

replicación, probablemente debido a la enorme

cantidad de ADN que poseen y a que su material

hereditario en la inmensa mayoría de los casos esta

repartido en varias moléculas de ADN distintas o varios

cromosomas. Por tanto, los eucariontes tienen en cada

cromosoma muchos orígenes de replicación, y como

consecuencia, muchos replicones (unidades de

replicación).

Replicacion de los Telomeros

La replicacion de los esxtremos del cromosoma eucariotico supone el tercer problema de la terminación.

No puede llevarse acabo mediante la elongacion de por la DNA polimerasa.

Este proceso es por ahora el mejor conocido de la terminacion posiblemente por su mayor trascendencia fisiologica y patologica.

Caracvteristica para cada especie , de 9 a 28 nt y complementaria a la secuencia telomérica respectiva.

Por ejm. El RNA componente de la telomerasa humana (hTR) tiene 450 nt entre los que hay una secuencia rica en C,(5´)CCCUAA(3´), complementaria y antiparalela a la hebra rica en G de la repeticion telomerica (5´)TTAGGG(3´) gracias a ella como se vera luego el hTR sirve de molde para la sintesis de nuevas secuencias telo`´ericas.

TelomerasaLa telomerasa es una enzima formada por un

complejo proteina-acido ribonucleico con

actividad polimerasa que es producida en células

germinales embrionarias que permite el

alargamiento de los telómeros. Encargada de

restituir la longitud del telomeros, haciendo

copias de la secuencia TTAGGG.

La telomerasa es reprimida en las células

somáticas maduras después del nacimiento, que

producen un acortamiento del telómero después

de cada división celular.

TelomerasaPuede desempeñar un papel en la formación,

mantenimiento y renovación de los telómeros y en los procesos tales como el envejecimiento y el cancer, y a la cuestión del uso de agentes antitelomerasa como fármacos antitumorales.

Actúa como transcriptasa inversa telomerasa; invierte el curso normal (ADN..>ARN) y va del ARN al ADN, trascribiendo el ARN a ADN. Recientes estudios con esta enzima han demostrado que celulas bañadas en una solución de esta sustancia tienen la capacidad de seguir reproduciendose indefinidamente. Es decir anula el proceso de envejecimiento y muerte celular.

Telomerasa

Esto podria traducirse a tratamientos con telomerasa

que evitarian por completo la muerte tanto celular,

como del individuo, es decir, seria el farmaco que

otorgaria la inmortalidad, salvo por un contratiempo: Al

ser administrada telomerasa en seres pluricelulares

complejos como los humanos o animales, la celula

empieza a dividirse indefinidamente, es decir, crea un

tumor maligno que se divide a gran velocidad, y,

teniendo en cuenta que evita el envejecimiento pero no

los demas males, provocaria la muerte por cancer.

MUTACIONES

Las mutaciones fueron descritas por

primera vez en 1901 por uno de los

redescubridores Mendel, el botánico

holandés Hugo De Vries.

Son alteraciones del genotipo o

constitucion genetica del individuo

Tipos de mutaciones

Cambio de Base: Se producen al cambiar en una posición un par

de bases por otro (son las bases nitrogenadas las que distinguen los

nucleótidos de una cadena).

•Transiciones: cuando un par de bases es sustituido por su

alternativa del mismo tipo.

• Purina por purina y pirimidina por pirimidina

•Transversiones: cuando un par de bases es sustituida por otra

del otro tipo.

•Purina por pirimidina y pirimidina por purina

Puntuales y Pseudopuntuales

G) o una pirimidina por pirimidina (C <--> T); (2)

transversiones, cuando se sustituye una pirimidina

por una purina o viceversa (T o C <--> G o A).

Desfases (Cambio en el numero)

Delecion:En la secuencia de nucleótidos se pierde uno y la cadena se acorta en una unidad.

Insercion:Dentro de la secuencia del ADN se introducen nucleótidos

adicionales, interpuestos entre los que ya había, alargándose

correspondientemente la cadena.

Mutaciones Cromosomicas

Deleciones

Duplicaciones

Inversiones

Translocaciones

Tipos de mutación según el cambio de bases

MUTAGENOS

un mutágeno es un agente físico o químico que

altera o cambia la información genética (usualmente

ADN) de un organismo y ello incrementa la

frecuencia de mutaciones por encima del nivel

natural.

Tipos de mutágenosLos mutágenos se clasifican de acuerdo al tipo de

medio del que provienen.Los más frecuentes son :

Mutágenos biológicos

Son aquellos que se encuentran en el

ambiente y mutan a lo largo de millones de

años.Suelen ser organismos de tamaño muy

minúsculo,como bacterias,virus,hongos,etc.

Mutágenos químicos

Son compuestos o elementos químicos los cuales

pueden alterar rápidamente la estructura genética de

los organismos vivientes,como los fármacos,las

drogas,etc.

Mutágenos físicos

Son los más dañinos,ya que originan mutaciones

peligrosas en los seres vivos,como enfermedades

hereditarias y enfermedades congénitas.Figuran

entre ellos la radiación ultravioleta y la radiación

nuclear.

Naturaleza de los mutágenos

Los mutágenos son usualmente compuestos químicos o

radiación ionizante y pueden ser divididos dentro de diferente

categorías de acuerdo a su efecto en la replicación del ADN.

Algunos mutágenos actuan como base análoga y se insertan en

la cadena de ADN durante la replicación en lugar de los

sustratos.

Algunos reaccionan con el ADN causando cambios estructurales

que llevan a un copiado erróneo de la secuencia en la cadena

cuando el ADN es replicado.

Otros lo hacen indirectamente al causar que las celulas

sinteticen químicos que tiene un efecto mutagénico directo.

La prueba de Ames es un recurso para determinar cuan

mutagénico puede ser un agente.

Reparación del DNA

La reparaciondel DNA es un proceso constante en la Celula, escencialpara su supervivencia ya que protege al genoma de daños y mutaciones dañinas.

La única característica que diferencia el genoma de D.

radiodurans es su estructura circular. Se ha propuesto

que tiene relación con el mecanismo de reparación del

DNA. (S. Levin-Zaidman)

La reparación del ADN es un proceso constante en la célula, esencial para su supervivencia ya que protege al genoma de daños y mutaciones dañinas. En las células humanas tanto las reacciones metabólicas normales como factores ambientales (como rayos UV) pueden causar daños, alcanzando las 500.000 lesiones de moléculas por célula al día.

Estas lesiones causan daños estructurales a la molécula de ADN, y pueden alterar de forma drástica la forma de las células de leer la información codificada en sus genes. En consecuencia, el proceso de reparación del ADN debe estar constantemente operativo, para corregir rápidamente cualquier daño en la estructura de ADN.

A medida que la célula envejece, la tasa de reparaciones de ADN decrece hasta que no puede mantener el ritmo de los daños al ADN. La célula pasa a uno de estos destinos:

Un estado irreversible de inactividad, llamado senescencia.

Suicidio celular, llamado apoptosis o muerte celular programada.

Carcinogénesis, o formación de cáncer.

El fracaso al corregir lesiones moleculares en las células que forman gametos (gametogénicas) conduce a descendencias con mutaciones y puede afectar a la tasa evolutiva.

Orígenes de los daños El daño del ADN puede subdividirse en dos tipos principales: Daño endógeno como el ataque de radicales reactivos del

oxígeno generados como subproductos del metabolismo normal (mutación espontánea).

Daño exógeno causado por agentes externos como: ◦ Radiación ultravioleta [[UV de 200-300nm] del sol. ◦ Radiaciones de otras frecuencias, incluyendo rayos X y rayos

gamma. ◦ Hidrólisis o rupturas térmicas. ◦ Algunas toxinas de plantas. ◦ Productos químicos mutagénicos sintetizados por el hombre,

como hidrocarburos del humo de los cigarrillos. ◦ Tratamientos de quimioterapia y radioterapia.

Antes de la división celular la replicación de ADN dañado puede hacer que se incorporen bases erróneas en las cadenas complementarias de las dañadas. Cuando las bases dañadas pasan a las células hijas se hacen células mutadas (células que incorporan mutaciones), y no hay vuelta atrás (excepto que ocurriese una mutación reversa y conversión del gen).

Tipos de daño El daño endógeno afecta a la estructura primaria

más que a la secundaria de la doble hélice. Puede subdividirse en cuatro clases:

oxidación de bases [por ejemplo 8-oxo-7,8-dihidroguanina (8-oxoG)] y producción de interrupciones en la cadena de ADN por formas oxidantes del oxígeno,

Alquilación de bases (normalmente metilación), como la formación de 7-metilguanina,

hidrólisis de bases, como la depurinación y depirimidinación,

y errores en el apareamiento de bases, debido a replicaciones del ADN donde se incorpora una base errónea en la cadena de nueva formación.

Mecanismos de reparación de ADN

El daño del ADN altera la configuración espacial de la hélice, y estas alteraciones pueden ser detectadas por la célula. Una vez localizado el daño, las moléculas específicas de reparación de ADN se unen a la zona o cerca de ella, induciendo a otras moléculas a unírseles y formar un complejo que permite la reparación del daño. El tipo de moléculas movilizadas para entrar a formar parte de este mecanismo de reparación depende de:

el tipo de ADN dañado.

si la célula ha entrado en un estado de senescencia.

la fase del ciclo celular en que se encuentra la célula.

Metilacion del DNA La metilación del ADN es un proceso epigenético que

participa en la regulación de la expresión génica de dos maneras, directamente al impedir la unión de factores de transcripción, e indirectamente propiciando la estructura "cerrada" de la cromatina. El ADN presenta regiones de 1000-1500 pb ricas en dinucleótidos CpG ("islas CpG"), que son reconocidas por las enzimas ADN-metiltransferasas, las cuales, durante la replicación del ADN metilan el carbono 5 de las citosinas de la cadena recién sintetizada, manteniéndose así la memoria del estado metilado en la molécula hija de ADN. En general se considera que la metilación es un proceso unidireccional, de esta manera, cuando una secuencia CpG adquiere metilación de novo, esta modificación se hace estable y es heredada como un patrón de metilación clonal. Por otra parte, la pérdida de metilación genómica (hipometilación), como evento primario, se asocia frecuentemente con el proceso neoplásico y es proporcional a la severidad de la enfermedad.

Los genomas de las células preneoplásicas, cancerosas y envejecidas comparten tres cambios importantes en los niveles de metilación, como eventos tempranos en el desarrollo de algunos tumores. Primero, la hipometilación de la heterocromatina que conduce a una inestabilidad genómica e incrementa los eventos de recombinación mitótica; segundo, hipermetilación de genes individuales y, finalmente hipermetilación de la islas CpG de genes constitutivos y genes tumor supresor. Los dos niveles de metilación pueden presentarse en forma individual o simultánea, en general, la hipermetilación está involucrada con el silenciamiento de genes y la hipometilación con la sobre-expresión de ciertas proteínas involucradas en los procesos de invasión y metástasis.

METILACION DEL DNA

METILACION DEL DNA