Tema 8. Replicación_2024-25 PDF

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Grado en Fisioterapia DG en Enfermería y Fisioterapia Biología Celular y Tisular 08 Curso 2024-2025 Replicación © Copyright Universidad Europea. Todos los derechos reservados  ÍNDICE Tema 8 1. INTRODUCCIÓN 2. CONOCIMIENTOS BÁSICOS 3. LA REPLICACIÓN CARACTERÍSTICAS PRINCIPALES ENZIMAS IMPLICADAS ETAPAS DE LA REPLICACIÓN 4. EUCARIOTAS vs PROCARIOTAS 5. OTROS TIPOS DE REPLICACIÓN © Copyright Universidad Europea. Todos los derechos reservados  1. INTRODUCCIÓN Tema 8 El ácido desoxirribonucleico, ADN, fue descubierto en 1869 por el biólogo suizo Johann Friedrich Miescher. En el transcurso de los años 20, el bioquímico P.A. Levene realizo un análisis a los componentes del ADN y encontró que contenía cuatro bases nitrogenadas: citosina y timina, adenina y guanina; azúcar desoxirribosa; y fosfato. También señalo que se encontraban unidas en un orden definido el cual es: fosfato-azúcar-base, formando lo que llamó nucleótido. Levene también expuso que los nucleótidos se encontraban unidos por los fosfatos formando el ADN. Tienen propiedades ácidas, muy similar a los de un ácido. Y el ¿Por qué se les llama término nucleico viene debido a que se aislaron por primera vez en el ácidos nucleicos? núcleo. © Copyright Universidad Europea. Todos los derechos reservados  1. INTRODUCCIÓN Tema 8 Posteriormente Rosalin Franklin, James Watson y Francis Crick, descubrieron la forma que del ADN en el interior de la célula: una hélice doble, que le permite replicarse y traspasar información de una generación a otra. Cada ADN está construido por dos cadenas, unidas formando una doble hélice, formadas por un gran número de nucleótidos. Cada nucleótido está formado por tres compuestos: una molécula de azúcar llamada desoxirribosa, un grupo fosfato y uno de los 4 compuestos nitrogenados a los que se la llama bases: adenina (A), guanina (G), timina (T) y citosina (C). © Copyright Universidad Europea. Todos los derechos reservados  1. INTRODUCCIÓN Tema 8 La función principal de los ácidos nucleicos es almacenar y transmitir la información genética (Dogma Central de la Biología) El ADN, a nivel molecular, tiene una doble función: 1. Sacar copias de sí mismo, duplicarse, autoperpetuarse, asegurando la transmisión de los genes (replicación). 2. Transmitir la información al RNA, que saca copias del ADN (transcripción), pudiendo así transcribir dicha información, en forma de proteínas (traducción), determinando las características de la célula, la herencia. © Copyright Universidad Europea. Todos los derechos reservados  1. INTRODUCCIÓN Tema 8 La expresión de la información genética es la síntesis de las moléculas que realizan funciones (principalmente proteínas) La expresión génica consta de dos procesos: 1. Transcripción: Síntesis de los RNA a partir de DNA molde 2. Traducción: Síntesis de proteínas a partir de un molde de mRNA Si el mensaje que está en el DNA es correcto, la célula sintetizará todas las enzimas que se requieran para controlar sus procesos metabólicos Si el mensaje presenta alteraciones en los genes, la célula fabricará enzimas cuya función no es adecuada, o no podrá producir dichas enzimas o El funcionamiento celular será deficiente (enfermedad) y, en el peor de los casos, producirá la muerte © Copyright Universidad Europea. Todos los derechos reservados  2. CONOCIMIENTOS BÁSICOS Tema 8 ¿Cómo se unen las dos cadenas del ADN? Adenina-Timina se unen por dos puentes de hidrógeno BASES COMPLEMENTARIAS: A=T C=G Citosina-Guanina se unen por tres puentes de hidrógeno Source: Chargaff, 1950 © Copyright Universidad Europea. Todos los derechos reservados  2. CONOCIMIENTOS BÁSICOS Tema 8 Ley de Chargaff BASES COMPLEMENTARIAS: Alberts Essential Cell A=T Biology.4thed. GΞC A+G = C+T Pregunta: Si analizamos la concentración molar en A, T, C y G de un ADN de una especie determinada, ¿qué resultado cabría esperar de los cocientes A/T, C/G, (A+G)/(T+C), (A+T)/(C+G)? Composición de bases Proporción de bases Proporción de bases combinadas Organismo A T G C A/T G/C (A+G)/(C+T) (A+T)/(C+G) Humano 30.9 29.4 19.9 19.8 1.05 1.00 1.04 1.52 Source: Chargaff, 1950 © Copyright Universidad Europea. Todos los derechos reservados  2. CONOCIMIENTOS BÁSICOS Tema 8 © Copyright Universidad Europea. Todos los derechos reservados  3. LA REPLICACIÓN Tema 8 CARACTERÍSTICAS PRINCIPALES 1. La replicación es un proceso SEMICONSERVATIVO Cada cadena de la molécula de ADN parental actúa de molde para la síntesis de una nueva cadena produciéndose dos nuevas moléculas de ADN, cada molécula nueva posee una cadena vieja y una nueva. © Copyright Universidad Europea. Todos los derechos reservados  3. LA REPLICACIÓN Tema 8 CARACTERÍSTICAS PRINCIPALES 2. La replicación comienza en un punto del ADN: Las dos cadenas de ADN se replican al mismo tiempo y comienzan en un punto denominado origen. En dicho punto el ADN parental se desenrolla y forma una estructura de lazo cuyos extremos se denominan horquillas de replicación. En el caso del cromosoma circular bacteriano, el punto inicial de la replicación es un gen denominado oriC. Cuando se completa la replicación de todo el cromosoma, las horquillas convergen en una región terminadora  ter En eucariotas: en cada cromosoma hay varias burbujas de replicación que actúan simultáneamente © Copyright Universidad Europea. Todos los derechos reservados  3. LA REPLICACIÓN Tema 8 CARACTERÍSTICAS PRINCIPALES 3. La replicación es bidireccional Comenzada en un punto de la molécula de ADN el proceso se desarrolla hacia los dos extremos de la cadena; en cada lazo, los extremos u horquillas de replicación avanzan en el proceso de síntesis hasta completar la copia. © Copyright Universidad Europea. 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Este problema se resuelve ya que la síntesis de ADN es semidiscontinua En una cadena, 3´-5´, la replicación es continua cadena líder (conductora), la síntesis se desarrolla en la misma dirección de la enzima o de la horquilla de replicación. En la segunda, 5´-3´, la síntesis es discontinua. Esta solución fue descrita por Reiji Okazaki. La segunda cadena es discontinua (cadena rezagada o retrasada) ya que su síntesis se realizaba en contra de la dirección de la horquilla mediante fragmentos, fragmentos de Okazaki, secuencias formadas por unos centenares o miles de nucleótidos, dependiendo de la célula, sintetizados en dirección 5’→ 3’. © Copyright Universidad Europea. Todos los derechos reservados  3. LA REPLICACIÓN Tema 8 ENZIMAS QUE PARTICIPAN 1. ADN polimerasas: Enzima encargada de llevar a cabo la replicación. Existen varias ADN polimerasas, cada una con un tipo de actividad muy específica pero con una serie de requisitos de funcionamiento comunes, que son: Necesitan una cadena de ADN molde: El proceso de replicación es dirigido por la cadena de ADN molde, y sigue el principio de complementariedad de bases fijando el nucleótido que debe incorporarse a la cadena en formación. Necesitan un cebador: Requieren una cadena previa inicial (cebador) ya que son incapaces comenzar la síntesis. El cebador es una pequeña cadena preexistente de ARN en sentido 5´-3´. Su dirección de síntesis es fija de 5’→ 3´: esto significa que adicionan nucleótidos a la cadena siempre por el extremo 3’. © Copyright Universidad Europea. Todos los derechos reservados  3. LA REPLICACIÓN Tema 8 ENZIMAS QUE PARTICIPAN 1. ADN polimerasas: Enzima encargada de llevar a cabo la replicación. Existen varias ADN polimerasas, cada una con un tipo de actividad muy específica pero con una serie de requisitos de funcionamiento comunes, que son: Existen tres polimerasas ADN polimerasa I (la primera que se describió), ADN polimerasa II y ADN polimerasa III, entre ellas destacan: La ADN polimerasa I es importante por su tarea de corrección, capaz de realizarla en cualquier dirección, debido a que posee la actividad exonucleasa 5'→3’. La ADN polimerasa III es la enzima principal de la replicación ya que es la encargada de añadir nucleótidos a la nueva cadena. En eucariotas existen 5 tipos de ADN polimerasa: α,β,δ,γ y ε. © Copyright Universidad Europea. Todos los derechos reservados  3. LA REPLIACIÓN Tema 8 ENZIMAS QUE PARTICIPAN 2. Para la replicación se necesitan, aparte de las ADN polimerasas descritas, alrededor de 20 proteínas diferente denominadas sistema ADN replicasa o replisoma ya que aunque no formen una unidad física, constituyen una unidad funcional. Helicasas: enzimas que separan las dos cadenas de la molécula de ADN parental. Desplazándose a lo largo de la molécula de ADN eliminan los enlaces entre las cadenas consumiendo en el proceso ATP. Topoisomerasas: enzimas que desenrollan el ADN y lo relajan. Existen cuatro topoisomerasas (I a IV) que actúan eliminando superenrollamientos negativos; o bien induciéndolos, dependiendo del grado de plegamiento que tenga el ADN en su estado natural. Proteínas de unión a cadena sencilla (SSB): proteínas que estabilizan las cadenas separadas uniéndose a ellas. © Copyright Universidad Europea. Todos los derechos reservados  3. LA REPLICACIÓN Tema 8 ENZIMAS QUE PARTICIPAN 2. Para la replicación se necesitan, aparte de las ADN polimerasas descritas, alrededor de 20 proteínas diferente denominadas sistema ADN replicasa o replisoma ya que aunque no formen una unidad física, constituyen una unidad funcional. Primasas: enzimas que sintetizan el cebador, éste suele ser un corto fragmento de ARN, necesario para que pueda comenzar la ADN polimerasa III, y que posteriormente será eliminado y sustituido por un fragmento de ADN por la ADN polimerasa I. ADN ligasas: enzimas que se encargan de unir trozos formados de cadenas, realizando un enlace fosfodiéster entre los nucleótidos pertenecientes a dos segmentos de una cadena. © Copyright Universidad Europea. Todos los derechos reservados  3. LA REPLICACIÓN Tema 8 ETAPAS DE LA REPLICACIÓN Se pueden distinguir tres fases según las enzimas que participan en las mismas: 1. Fase Inicio 2. Fase de Elongación 3. Fase de Terminación © Copyright Universidad Europea. Todos los derechos reservados  3. LA REPLICACIÓN Tema 8 ETAPA DE INICIO: 1. La replicación se inicia en lugares específicos – En procariotas el origen es único, y se llama locus oriC – A partir del punto de origen, se produce el desenrollamiento por la proteína dnaA y apertura de la doble hélice 2. La helicasa separa las dos hebras de DNA y se forma un ojo y dos horquillas de replicación https://thumbs.gfycat.com/DirectSpectacularBongo- mobile.mp4 © Copyright Universidad Europea. Todos los derechos reservados  3. LA REPLICACIÓN Tema 8 ETAPA DE INICIO: 1. La replicación se inicia en lugares específicos – En procariotas el origen es único, y se llama locus oriC – A partir del punto de origen, se produce el desenrollamiento por la proteína dnaA y apertura de la doble hélice 2. La helicasa separa las dos hebras de DNA y se forma un ojo y dos horquillas de replicación 3. Las cadenas simples se estabilizan por las SSB (proteínas de unión a cadena simple) El proceso genera tensión (enrollamiento)  girasa o topoisomerasa II Introduce superenrollamiento negativo (con consumo de ATP) © Copyright Universidad Europea. Todos los derechos reservados  3. LA REPLICACIÓN Tema 8 ETAPA DE ELONGACIÓN 1. La primasa sintetiza cebadores (primers) de RNA sobre las hebras simples de la horquilla 2. La DNA polimerasa III sintetiza de nuevo ADN a partir de un cebador y va formando las nuevas cadenas. El ojo o burbuja de replicación avanza en los dos sentidos Siempre en dirección 5’3’: – La hebra conductora se sintetiza de manera continua – La hebra retardada forma un bucle donde la síntesis de DNA ocurre de manera discontinua en fragmentos de Okazaki En una fase posterior se eliminan los segmentos de ARN cebador, por acción de la actividad exonucleasa 5'→3' de la ADN polimerasa I, quien también se encarga de rellenar los trozos ocupados por el cebador. Por último, la ADN ligasa une los segmentos catalizando la formación de un enlace fosfodiéster. © Copyright Universidad Europea. Todos los derechos reservados  3. LA REPLICACIÓN Tema 8 ETAPA DE TERMINACIÓN La terminación de la replicación en procariotas, está mediada por la unión de una proteína específica, Tus, a los sitios de terminación de la replicación de DNA (ter), deteniendo el movimiento de las horquillas de replicación (en procariotas) En eucariotas actúa la telomerasa © Copyright Universidad Europea. Todos los derechos reservados https://www.youtube.com/watch?v=-EGKrYdQEHQ  4. EUCARIOTAS vs PROCARIOTAS Tema 8 Existen 5 tipos de ADN polimerasa en eucariotas: Pol α, Pol β, Pol γ, Pol δ y Pol ε El ADN en eucariotas es más grande que en procariotas, por lo tanto, tiene múltiples sitios de iniciación que se denominan replicones. Cada replicón sintetiza fragmentos de 100-150 pb La velocidad de síntesis en eucariotas es 50 veces menor que en procariotas Simultáneamente a la replicación, se van sintetizando las histonas y formando los nuevos nucleosomas © Copyright Universidad Europea. Todos los derechos reservados  4. EUCARIOTAS vs PROCARIOTAS Tema 8 PROCARIOTAS EUCARIOTAS ADN asociado a histonas. La hebra antigua se ADN no asociado a Histonas queda con las histonas antiguas y la hebra discontinua con las nuevas Tamaño del ADN 1 mm Tamaño del ADN 50 mm Varios orígenes de replicación y varias burbujas Un origen de la replicación y una burbuja que se activan de forma coordinada (replicones) Fragmentos de Okazaki grandes: 1000 Fragmentos de Okazaki pequeños: 100-200 nucleótidos nucleótidos ADN circular//complejo Tus-ter Acción de telomerasas Proceso Rápido Proceso Lento © Copyright Universidad Europea. Todos los derechos reservados  5. OTROS TIPOS DE REPLICACIÓN Tema 8 MITOCONDRIAS El ADN mitocondrial tiene 2 orígenes: OH y OL La replicación es unidireccional y asimétrica Tienen una polimerasa específica La replicación es continua de modo unidireccional hasta llegar a OL, donde comienza la síntesis de la segunda cadena A diferencia de eucariotas y procariotas, la replicación mitocondrial puede producirse fuera de la fase S No necesita fragmentos de Okazaki © Copyright Universidad Europea. Todos los derechos reservados  IDEAS CLAVE La información codificada en el DNA consiste en una secuencia específica de bases nitrogenadas. La replicación se basa en el apareamiento específico entre las bases de cadenas de DNA complementarias. La descodificación de la información genética para su utilización implica la síntesis de RNA. Con la intervención de varios tipos de RNA se sintetizan las proteínas, que son responsables de la mayoría de las funciones celulares. © Copyright Universidad Europea. 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