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III Unidad Replicación del ADN Profesor: MSc. Eliezer Ramos  La función del ¿Por qué es tan importante que los cromosomas pasen de la ADN célula madre a las células hijas? Los cromosomas están formados por genes,...

III Unidad Replicación del ADN Profesor: MSc. Eliezer Ramos  La función del ¿Por qué es tan importante que los cromosomas pasen de la ADN célula madre a las células hijas? Los cromosomas están formados por genes, los segmentos de ADN que son las unidades de la herencia. Los genes controlan características como: – Color del pelo – Tipo de sangre cromosomas – Color de la piel – Color de los ojos La estructura del ADN En 1953 James Watson, Francis Crick, Maurice Wilkins y Rosalind Franklin propusieron un modelo para la estructura del ADN. Se compone de unidades llamadas nucleótidos. Cada nucleótido contiene un grupo fosfato, un azúcar de 5 carbonos llamada desoxirribosa y una base nitrogenada.  La estructura del ADN Los nucleótidos están unidos por enlaces entre el grupo fosfato de un nucleótido y el azúcar del siguiente nucleótido. Se forma una larga cadena de nucleótidos enlazados del fosfato al azúcar. Las bases nitrogenadas se extienden hacia dentro desde la cadena azúcar-fosfato. En el ADN hay 4 bases: – adenina (A), citosina (C), guanina (G) y timina (T). La estructura del ADN La estructura del ADN Una molécula de ADN se compone de dos cadenas de nucleótidos unidas por puentes de hidrógeno entre las bases nitrogenadas. Las cadenas de nucleótidos forman una espiral alrededor de un centro común. La forma espiral de la molécula es una doble hélice.  La estructura del ADN Los puentes de hidrógeno son específicos entre las bases: – La adenina siempre forma 2 enlaces con timina. – La citosina siempre forma 3 enlaces con guanina. Por ello, la sucesión de bases de una cadena de nucleótidos determina la sucesión de bases en la otra cadena. Son complementarias. Este apareamiento de bases nitrogenadas es la base de la Replicación del ADN.  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.  Pasos de la replicación del ADN 1. La doble hélice se desdobla (las dos cadenas de nucleótidos quedan paralelas), se rompen los enlaces entre las bases y las dos cadenas de nucleótidos se separan. 2. Cada mitad de la molécula sirve como un molde para la formación de una nueva mitad del ADN. Las bases de los nucleótidos libres se unen con las bases complementarias. La unión específica de A con T y de C con G. Pasos de la replicación del ADN 3. Se forman enlaces entre los fosfatos y los azúcares de los nucleótidos contiguos. 4. Las dos nuevas moléculas de ADN se enroscan y de nuevo toman la forma de una doble hélice.  El modelo de doble hélice y la replicación del ADN  Antes de la fase S, el ADN eucariótico junto con las histonas forman la cromatina.  Mientras el ADN está condensado, no se replica.  Por lo tanto, el ADN se debe separar de las histonas para iniciar la descondensación de la cromatina.  Una vez libre de las histonas, comienza el proceso de replicación. Cada cromosoma está compuesto por una molécula de ADN asociada a una serie de proteínas, llamadas histonas, que permiten su plegamiento y empaquetamiento. Sin embargo, este plegamiento no puede ser irreversible , pues de ser así el ADN no podría replicarse, transcribirse o repararse, puesto que las enzimas encargadas de dichos procesos no podrían acceder a él.  histona cromosoma nucleosoma nucleótido  Enzimas y su función 1. La ADN primasa sintetiza pequeños fragmentos de ARN (cebadores o primer), que son necesarios para comenzar a añadir los nucleótidos de las cadenas nuevas. 2. Las topoisomerasas o girasas desenrollan el ADN aliviando la tensión. 3. La ADN helicasa rompe los puentes de hidrógeno, separando las cadenas. 4. Las proteínas de unión a cadena simple (RPA) mantienen separadas las cadenas simples de ADN que se generan producto de la acción de la helicasa. 5. ADN ligasa es la enzima encargada de unir los fragmentos de la cadena retrasada.  PRIMASA TOPOISOMERASA HELICASA PSA  replicación y SUS enzimas  Las enzimas, por su acción catalítica, aumentan la rapidez del proceso de replicación.  La ADN polimerasa alfa es una enzima encargada, principalmente, de colocar y unir los nucleótidos, la mayoría de ellas lo hace en dirección 5’ a 3’ y lo hacen según la complementariedad de las bases (A-T; G-C).  ADN polimerasa Beta, se encarga de reparar los errores en la replicación del ADN.  La ADN polimerasa delta, sustituye los fragmentos de ARN (cebadores) por ADN.  Los fragmentos de okazazi son trozos cortos de ADN que se utilizan en la hebra discontinua.  Características de las enzimas  Debido a la especificidad de sustrato de las enzimas, la fidelidad del proceso de replicación es muy alta, especialmente en eucariontes, disminuyendo la tasa de mutaciones. Se estima que se produce un error cada 109 pares de bases añadidas.  La fidelidad también se logra gracias a que la ADN polimerasa tiene actividad de exonucleasa; es decir, corrige sus propios errores eliminando los nucleótidos mal apareados.  La replicación es bidireccional, semiconservativa y semidiscontinua 1. Se separan las cadenas de nucleótidos, gracias a la ruptura de los puentes de hidrógeno que unen las bases nitrogenadas de ambas cadenas (gracias a la helicasa) 2. Al separarse las cadenas, se forma la horquilla de replicación, estructura en forma de “Y”, por la que se desplazan las enzimas que catalizan la replicación del ADN. 3. El lugar donde se inicia la replicación se llama origen de la replicación. Es una secuencia específica de nucleótidos a la que se unen las enzimas que iniciarán el proceso. En el ADN de eucariontes, existen muchos orígenes de replicación, mientras que en el de procariontes, hay solo uno. 4. Desde cada origen, la replicación avanza bidireccionalmente, observándose una burbuja de replicación, que está formada por dos horquillas que avanzan en direcciones opuestas. 5. En la burbuja de replicación, las enzimas específicas van uniendo los nucleótidos complementarios a las bases nitrogenadas libres de la cadena original (POL III).  La elongación (avance) de la nueva cadena complementaria siempre es en dirección 5’ ➝ 3’, ya que solo en el extremo 3’-OH se puede unir un nuevo nucleótido. 6. Como las cadenas son antiparalelas, una vez formada la horquilla solo una de ellas tiene su extremo 3’-OH libre.  Mientras que su cadena complementaria puede ser sintetizada sin interrupciones a medida que se abre la horquilla; a esta se le llama hebra continua, adelantada o conductora.  A la cadena complementaria, de aquella hebra original que tiene 5’-P libre, se le conoce como discontinua o retrasada porque se sintetiza produciendo fragmentos cortos (fragmentos de Okazaki), que luego serán unidos por enzimas. “Es por esto que la replicación es semidiscontinua”. 7. Cuando las enzimas encargadas de la replicación llegan cerca de los extremos de la cadena molde, se encuentran con una secuencia de término, que indica el final del proceso. 8. Ahora, cada una de las moléculas de ADN resultantes contiene una de las cadenas del ADN de origen y otra nueva, por eso se dice que la replicación es semiconservativa. 9. Cada molécula de ADN resultante se convertirá en una de las dos cromátidas que formarán un cromosoma durante la mitosis.  ADN Primasa ARN cebador o primer Girasa o Topoisomerasa Helicasa Proteínas PSA Polimerasa alfa