Replicación y Dogma Central de la Biología Molecular

Dogma Central de la Genética Molecular

• El dogma central consiste en la generación de moléculas de ARN (o RNA) para permitir la síntesis de proteínas a nivel citoplasmático, un proceso de decodificación.
• Propuesto inicialmente por Francis Crick en 1958, establece que la "información" una vez pasada a la proteína, no puede revertir.
• La información puede transferirse de ácido nucleico a ácido nucleico o de ácido nucleico a proteína, pero no de proteína a proteína o de proteína a ácido nucleico.
• Información se refiere a la secuencia precisa de bases en el ácido nucleico o de residuos de aminoácidos en la proteína.
• El producto final es la creación de proteínas, llamada síntesis de proteínas.
• Se refiere a tres procesos llevados a cabo por los ácidos nucleicos (ADN y ARN): replicación, transcripción y traducción, mecanismos esenciales para la transmisión y expresión de la genética hereditaria.

Procesos del Dogma Central

• Transcripción del ADN: Proceso de expresión genética que transfiere la información del ADN a la secuencia de proteínas mediante ARN intermediarios.
• Replicación del ADN: Proceso de duplicación de una molécula de ADN. Es esencial, en la división celular, primero se duplica el genoma para que las células hijas tengan cromosomas.
• Traducción del ADN: Proceso biológico en el que una célula elabora una proteína a partir de la información genética contenida en el ARNm (ARN mensajero).

Características de la Replicación del ADN

• Mecanismo de duplicación del ADN que da lugar a dos moléculas idénticas.
• Proceso semiconservativo: Se conserva una de las hebras madre en la molécula hija.
• Se produce por la reacción de enzimas en la mitosis o meiosis.
• Es esencial para el crecimiento celular, la reparación y la reproducción de un organismo.
• Las enzimas identifican y se unen al ADN, detectando errores y reemplazando bases.
• Errores pueden detener el ciclo celular temporal o permanentemente, o inducir apoptosis (muerte celular programada).
• Las ADN polimerasas catalizan los enlaces fosfodiéster entre desoxirribonucleótidos, añadiendo el nucleótido complementario a la cadena molde.
• Las ADN polimerasas necesitan una cadena de ADN como molde, añadiendo nucleótidos correspondientes, dejando el grupo 3'-OH libre para añadir más desoxirribonucleótidos.

Enzimas Involucradas en la Replicación

• ADN polimerasa: Sintetiza ADN añadiendo nucleótidos complementarios a la hebra molde. Presente en procariotas y eucariotas. Cada uno contiene varias polimerasas.
• ADN polimerasas Procariotas:
  • ADN polimerasa I: Elimina el ARN cebador, repara errores y rellena huecos con desoxirribonucleótidos en la síntesis del ADN.
  • ADN polimerasa II: Repara pequeñas roturas en las cadenas del ADN (corrige errores).
  • ADN polimerasa III: Añade el desoxirribonucleótido complementario adecuado en dirección 5'→3'.
• ADN polimerasas Eucariotas:
  • ADN polimerasa alfa y delta: Controlan directamente la replicación.
  • ADN polimerasa beta: Corrige errores.
  • ADN polimerasa gamma: Controla la replicación del ADN mitocondrial y plastidial.
• ADN helicasa: Enzima que desenrolla la doble hélice del ADN para la replicación. Utiliza la energía de la hidrólisis del ATP para romper los enlaces de hidrógeno entre las bases y separar las hebras, formando horquillas de replicación en direcciones opuestas.
• ADN primasa: Enzima ARN polimerasa utilizada para sintetizar cebadores de ARN, que actúan como plantillas para iniciar la replicación del ADN.
• ADN ligasa: Enzima que une fragmentos de ADN formando enlaces fosfodiéster entre nucleótidos.
• Exonucleasa: Elimina bases de nucleótidos del final de una cadena de ADN.
• Topoisomerasa: Enzima que resuelve el estrés topológico causado al desenrollar el ADN. Corta una o ambas hebras del ADN para liberar la tensión y luego las vuelve a unir. En E. coli, se conoce como ADN girasa.
• Telomerasa: Enzima eucariota que añade secuencias específicas de ADN a los telómeros de los cromosomas después de la división, estabilizándolos.

Significado de la replicación del ADN

• Es muy importante para la transmisión de material genético y ocurre en la fase S de la interfase antes de la división celular.
• La replicación del ADN es un proceso que permite a los organismos vivos crecer y generar copias idénticas de su material genético rápidamente.
• Las bases nitrogenadas se unen de la siguiente manera: Timina (T) – Adenina (A).
• El proceso de la replicación del ADN es parecido en los procariotas y eucariotas.
• Las características esenciales de replicación, transcripción y traducción es la transmisión de información genética.

Características de la Replicación del ADN

• Replicación Semiconservativa: Las dos hebras de la molécula de ADN se separan, generando dos moléculas hijas idénticas, con una cadena antigua y otra nueva.
• Replicación Bidireccional: La síntesis de nuevas cadenas se realiza en sentidos opuestos desde el origen de replicación (ORI), formando una burbuja de replicación.
• Replicación Semidiscontinua:
  • Las cadenas de ADN son antiparalelas con actividad de la ADN polimerasa en sentido 5'→3'.
  • En cada horquilla de replicación se forman dos cadenas:
    • Cadena adelantada (líder o conductora): Se sintetiza continuamente, copiando la cadena 3'→5', a partir de un cebador de ARN con adición de nucleótidos en dirección 5'→3'.
    • Cadena retardada: Copia la cadena 5'→3' sintetizada en sentido contrario, mediante fragmentos de Okazaki, a partir de un cebador de ARN.

Mecanismo e Interferencia de la Replicación

• Ciertas drogas interfieren en la replicación deteniéndola, matando la célula.
• Agentes quimioterapéuticos causan muerte celular de diversas maneras. Algunos son compuestos naturales de plantas, otros son químicos artificiales.

Reparación del ADN

• Proceso celular constante y esencial que protege el genoma de daños y mutaciones.
• En células humanas, reacciones metabólicas y factores ambientales (como rayos UV) causan daños, alcanzando las 500.000 lesiones al día.
• Estas lesiones causan daños estructurales al ADN, alterando la lectura de la información genética.
• El proceso de reparación del ADN corrige daños rápidamente.
• A medida que la célula envejece, la tasa de reparación disminuye, llevando a:
  • Senescencia: Estado irreversible de inactividad.
  • Apoptosis: Suicidio celular o muerte celular programada.
  • Carcinogénesis: Formación de cáncer.
• La apoptosis evita que la célula se vuelva carcinogénica, protegiendo el organismo.
• La senescencia y las modificaciones en la biosíntesis reducen la eficiencia celular, conduciendo a enfermedades.
• La capacidad de reparar el ADN es vital para mantener la integridad del genoma y el funcionamiento del organismo.
• Genes que parecían relacionados con la longevida, han sido relacionados con la la reparación y protección del ADN.

Desnaturalización y Renaturalización del ADN

• La desnaturalización del ADN implica la separación de las dos hebras debido a la ruptura de las fuerzas de unión. Se produce por altas temperaturas, que rompen los puentes de hidrógeno.
• Las hebras se renaturalizan al bajar la temperatura y se vuelven a unir. Así, las cadenas se puede amplificar y cada cadena actúa como molde.

Dogma Central de la Biología Molecular - Implicaciones

• En el Dogma Central de la Biología Molecular interviene principalmente la duplicación del ADN, la transcripción del ADN en ARN y la traducción a proteínas.
• Postula que solo el ADN puede duplicarse y transmitir la información genética a la descendencia.
• La información fluye unidireccionalmente del ADN a las proteínas, con excepciones como la transcripción inversa de ARN a ADN.

Replicación del ADN

• Es un proceso en el que cada hebra parental sirve de molde para la síntesis de una nueva hebra hija complementaria.
• Características genéticas en la herencia del material genético.
• Tiene lugar en la fase S de la interfase y dura aproximadamente 7 horas

Componentes - Fase de Replicación

• **Proteínas iniciadoras: ** Se unen a secuencias específicas que forman orígenes de replicación, separando las hebras y forman burbujas de replicación (ricas en A y T)
• Helicasa: Enzima multimérica que se une al origen para romper puentes de hidrogeno y formar las horquillas de replicación.
• Proteínas de Union de Hélice Sensilla - (SSB) Estabilizan el ADN e impiden el reanillamiento.
• Topoisomerasa Disminuyen la tensión torsional que se acumula y evitan superenrollamientos. La ADN girasa (o topoisomerasa II) corta ambas cadenas del ADN. Y la topoisomerasa I, corta solo una de las cadenas del ADN.
• ARN primasa: Sintetiza fragmentos cortos de ARN (cebadores) para que actúe la enzima ADN polimerasa III.
• ADN polimerasa III Necesitan un cebador para sintetizar una hebra complementaria leyendo en dirección 3'-5' y sintetizando en dirección 5'-3'.
• ADN polimerasa I Elimina los ARN cebadores de ambas hebras y rellena huecos.
• ADN ligasa Une los fragmentos de Okazaki, formando una hebra de ADN intacta.

Transcripción del ADN

• Es el proceso por el que la info, cifrada en cuatro bases (A,T,C,G) del ADN, se plasma a una información escrita en el mismo loguaje (A,U,C,G) en forma de la cadena de ARN.
• Copía información del gen en una copia de ARN, transcrito que contiene la información para generar un polipéptido (proteína). Los transcritos necesitán algunas modificaciones antes de ser traducidos a proteínas.

Tipos de ARN en la Célula

• Ribosómico (ARNr) Es el 70% del ARN.
• Mensajero (ARNm) Es el 3% del ARN celular y precursorres.
• De transferencia (ARNt) El 15% del ARN celular.

Diferencias ARN y ADN

• azúcar: desoxirribosa v. ribosa.
• bases: timina v. uracilo.

Mecanismo de transcripción

• unidad de transcripción: hebra codificadora v. hebra complementaria.
• selectiva y reiterativa.

Transcripción de genes de procariotas

• La ARN polimerasa de desplaza del extremo 3' al 5' y el ARN crece en dirección 5' a 3'.
• Las etapas son iniciación, elongación y terminación.

Terminación en eucariotas

• Luego de detectar una secuencia espécifica, implica la separación del cofactor P.
• Existen dos tipos:
  • horquilla de terminación ARN forma estructura que impide el avance de la palimerasa.
  • dependiente del factor P: factor P rompe la estructura burbuja.

Transcripción en procariontes

• Los ARNt y ARNr tienen procesos de corte y empalme. La secuencia AAUAAA en el extremo 3' señaula para que ocurra una reacción de corte de 20 pb, la endoneucleasa, la enzima polimerasa añade 150 ó 200 de adenosina al extremo.
• Las ARN polimerasas transcriben ADN en ARN.

Eucariotas

• La forma procariota de la ARN polimerasa tiene 4 sub unidades cada vez que se transcribe. En los eucariotas tienen 8 subunidades, la ARN polimerasa I, II y II y las plantas tienen IV y V.

• ARN polimerasa I: sintetiza la mayoría de transcripciones, se ensamblan los ribosomas y afectan las funciones.

• ARN polimerasa II: codifican proteínas, se transcriben pre-ARNm y modula la actividad de los ARNm.

• ARN polimerasa III: transcribe ARN pequeños como ARN de transferencia ARNt y ARNr 5S. Estas transcripciones de ARN más pequeñas desempeñan un papel en la función celular normal en todo el núcleo y el citoplasma.

• En planta IV y V la ARN polimerasa son enzimas de transcripción que evolucionaron como formas especializadas de ARN polimerasa II. Prodecen transcripciones pequeñas.

Transcripción en Eucariotas y Procariotas

• En las células eucariotas la transcripción está mediada por la polimerasa de ARN.
• Transcripción eucariotas se realiza por ARN polimerasa, iniciación, elongación y finalización.

Postinscripcionales

• proceso de maduración en procariotas y eucariotas
• se acorta en las regions del ADN NO codifican basura el exon.
• el ARN mensajera se tranduce directamente al aminoácido. Procariota ARN polimerasa es solo un tipo de polimerasa contra tre eucariotas.

ARN

• En ARNr y ARNt sufre en la reacción del arte.
• El ARN de eucarioticas es el inhibidor de la transcripción.
• La Transcripción se inactiva indirectamente en los antibiótico y no es antibiótico.