replicación del and y sistemas de reparación

INTRODUCCIÓN •características más notables del ADN es su capacidad de replicarse

•capacidad de formar copias de sí mismo.

•replicación se lleva a cabo en la fase de síntesis (S) del ciclo celular: paso obligado para realizar la división celular.

• objetivo de la replicación: conservar la información genética

• representación estructural del ADN: doble hélice permite dar lugar a otras idénticas, sin perder su

conformación

Las dos hebras se separan

Mediante la acción de una

enzimaAñade

oxidorribonucleotido

Construye ADN a partir de las

dos hebras iniclaes

CARACTERÍSTICAS GENERALES

• La síntesis de las cadenas de ADN durante la replicación se lleva a cabo en dirección 5' —> 3' tanto en eucariotes como en procariotes

• el carbono de la posición 3' de la pentosa posee un radical hidroxilo (OH) libre

REPLICACIÓN DEL ADN

• 3 características que lo definen y permite entender el proceso:

Semiconservadora Bidireccional antiparalela

SEMICONSERVADORA • cada replicación una molécula de ADN recién

sintetizada conserva una de las cadenas originales y la otra es sintetizada de novo

TEOR ÍAS QUE TRATABAN DE EXPL ICAR L A REPL I CAC I ÓN.

A) CONSERVADORA. • Se sintetiza: Molécula nueva + copia de la original

2 hebras antiguas juntas2 hebras nuevas

B) SEMICONSERVADORA (MODELO CORRECTO)

• En cada una de las moléculas hijas se conserva una de las cadenas originales.

C) DISPERSORA O DISPERSANTE

• Las cadenas hijas constan: fragmentos de la cadena antigua fragmentos de la nueva.

ESTE EXPERIMENTO SE BASABA EN DOS PREMISAS FUNDAMENTALES:

• el nitrógeno

• existen dos isótopos de este átomo:

14N 15N

pueden distinguirse mediante técnicas de laboratorio.

uno de los principales elementos del ADN

ESTE EXPERIMENTO SE REALIZÓ……..

• Utilizando: bacterias

Después se les cambió el medio de cultivo por uno que contenía 14N.

cuyo medio de cultivo contenía 15N, por lo que todo su ADN también lo contenía

• Se permitió que las bacterias se replicaran sólo una vez y se extrajo el ADN que se analizó por centrifugación en gradiente de cloruro de cesio.

• En la segunda replicaron en medio con 14N se observaron dos bandas:

1. una correspondiente a 14N (del ADN replicado en esta segunda revisión celular)

2. ADN recién sintetizado.

Bidireccional• La replicación del ADN en

eucariotes es bidireccional:

Sitio de origen: se sintetizan las dos cadenas en ambos sentidos con dos puntos de crecimiento

Replicación del ADN: 3 características

Horquillas de replicación

CÉLULAS EUCARIOTAS• Debido al gran tamaño del ADN, existen:Múltiples orígenes de replicación (sitios de ori)

Multifocal

• Los sitios ORÍ: son secuencias específicas ricas A y T

replicón.

PRESENCIA DE BASES A:

• facilita la separación de las hebras. • la formación de la burbuja de replicación.

Cromosomas de bacterias y virus, existe:Un sitio ORÍ permite

replicación es monofocal

replicación de todo el ADN circular

Antiparalela o discontinua • La replicación siempre se produce en sentido 5' —

> 3', y el extremo 3'-OH libre :

Replicación del ADN: 3 características

es el punto a partir del cual se produce la elongación del ADN.

ESTO PLANTEA UN PROBLEMA:

• las cadenas tienen que crecer de forma simultánea a pesar de que son antiparalelas.

• Por ello, una de las cadenas debería sintetizarse en dirección 3' —> 5

• Esta incógnita la resolvieron los científicos japoneses Reiji Okazaki y Tsuneko Okazaki en la década de 1960.

•al descubrir que una de las nuevas cadenas del ADN se sintetizaba en forma de fragmentos cortos que, en su honor, se denominan fragmentos de Okazaki.

FRAGMENTO DE OKAZAKI

• Su longitud suele variar entre 1000 y 2000 nucleótidos en las bacterias y entre 100 y 400 nucleótidos en eucariotes.

• hebra adelantada (líder o conductora):

Cadena que se sintetiza en el sentido que avanza la horquilla de replicación.

sintetiza de forma continua por la ADN polimerasa.

• hebra rezagada o retrasada:

se sintetiza en sentido contrario al avance de la horquilla.

cuya síntesis se realiza de forma discontinua o en fragmentos

PROTEÍNAS QUE

PARTICIPAN EN LA

REPLICACIÓN

• HELICASA: • Encargada de separar las dos hebras mediante la rotura de los puentes de

hidrógeno • Ocasiona superenrollamientos positivos los lados de la burbuja de

replicación.

• PROTEÍNAS DE UNIÓN A CADENA SENCILLA (SSB, SINGLE-STRAND ADN BINDING PROTEINS EN PROCARIOTES Y RPA EN

EUCARIOTES): • Evitan la formación de los puentes de hidrógeno entre las dos

cadenas separadas por la helicasa y permiten que se copien

• TOPOISOMERASAS: • Enzimas isomerasas• Pueden cortar o formar enlaces fosfodiéster ya sea una de las

hebras (topoisomerasa I) o en las dos (topoisomerasa II) que forman el ADN

• Deshace el superenrollamiento.• De esta manera se permite el acceso a la cadena de ADN a

todas las enzimas involucradas en la replicación.

• PRIMASA:• Enzima que sintetiza pequeños fragmentos de ARN de entre 8 y 10

nucleótidos de longitud, conocidos como cebadores o primers.• La unión de los cebadores al ADN proporciona un extremo 3´ • Los cebadores, luego son degradados por las nucleasas Rnasa H1 y

sustituidos por ADN por acción de otra ADN polimerasa.

Rnasa H1: Enzima encargada de retirar los cebadores de ARN durante la síntesis de los fragmentos de Okazaki y en los procesos de reparación del ADN.

FEN1/RTH1: Se encarga de remover el ribonucleotido 5’ del fragmento de Okazaki. El Nick (falta de enlace fosfodiéster entre dos nucleótidos adyacentes) resultante es sellado por la ADN ligasa.

Ligasa:Enzima que cataliza la formación del enlace fosfodiéster entre nucleótidos contiguos.

• TELOMERASA: • Es una ribonucleoproteína con actividad de ADN polimerasa dirigida

por ARN (transcriptasa inversa)• Capaz de sintetizar una secuencia determinada de ADN permitiendo

el alargamiento de los telómeros (extremos de los cromosomas eucariotes).

• ANTÍGENO NUCLEAR DE CÉLULAS DE PROLIFERECIÓN (PCNA):

• Es un homotrímero que forma una estructura de toroide, la cual es abierta transitoriamente por acción del factor de replicación C (RFC, replication factor C), lo que permite surecircularización alrededor de la doble hélice del ADN a la altura del extremo del primer en la cadena líder.

• La estructura toroide del PCNA alrededor de la cadena de ADN permite su libre desplazamiento por la misma.

• PCNA interactúa con la ADN polimerasa, sirviendo como una pinza que sostiene a la polimerasa en el extremo del primer y le permite sintetizar la cadena de ADN.

ADN POLIMERASA:• Principales enzimas en este proceso. • Capaces de sintetizar nuevas cadenas de ADN a partir de una

hebra patrón o molde y las unidades estructurales correspondientes (desoxirribonucleótidos).

• Añade los nucleótidos en la dirección 5’ → 3’ siempre y cuando haya un extremo 3’ disponible.

• En eucariotes hay cinco involucradas en la replicación del ADN, cada una con una actividad específica: α, β, γ, δ y ε.

ADN Polimerasas involucradas en la

replicación

polimerasa α (ADNpol α), también llamada primasa, inicia la síntesis del ADN mediante la formación de

un cebador ARN

La polimerasa β (ADNpol β) no interviene en la

replicación y está involucrada en la

reparación de errores o daños en el ADN

las polimerasas α, β, δ y ε están involucradas en la

replicación del ADN nuclear

Las polimerasas δ y ε (ADNpol δ y ADNpol ε) son responsables de la

mayor parte de la elongación de ambas

hebras del ADN

La polimerasa γ (ADN pol γ) lleva a cabo la replicación

del ADN mitocondrial

ACTIVIDAD EXONUCLEASA-

3’

ACTIVIDAD EXONUCLEASA-

3’

Existen otras polimerasas, como las polimerasas ζ (theta), η (eta) y ι (iota), cuya función no es muy

conocida, pero se cree que están involucradas sobre todo en mecanismos de reparación y

recombinación.

Ninguna ADN polimerasa en eucariotes presenta actividad de exonucleasa-5’. En procariotes la ADN

pol I presenta este tipo de actividad.

A diferencia de lo observado en eucariotes, en la maquinaria para la replicación de los procariotes,

sólo tres enzimas participan en la síntesis del ADN. La polimerasa I es la única que tiene

actividad de exonucleasa

FASES DE LA REPLICACIÓN

Fase

s de

la

Repl

icació

n Inicio

Elongación

Terminación

INICIO• sitios ricos en A y T y son reconocidos por una serie de proteínas llamadas,

en conjunto, proteínas de reconocimiento del sitio de origen.• En eucariotes los orígenes de replicación se llaman secuencias de

replicación autónoma (SRA).

ENLONGACIÓN• Proceso por el cual la ADN polimerasa añade nucleótidos uno por uno

complementarios a la cadena molde• PCNA• Topoisomerasas (I y II)• Cadena continua• Cadena discontinua

TERMINACIÓN

• Proceso de maduración • un sistema de nucleasas (FEN1/RTH1 + RNasa Hl)• Replicación de los telomeros

REPLICACIÓN

MITOCONDRIAL

CARACTERÍSTICAS DEL MTDNA• DNA circular• Existen dos hebras, que se pueden

diferenciar según su densidad:– Hebra ligera (L)– Hebra pesada (H)

• Las dos cadenas se pueden separar en gradientes de densidad de alto pH

MODELO DE DESPLAZAMIENTO O LAZO D• Se inicia la replicación de la nueva hebra L.• Existen dos orígenes de replicación diferentes, uno para cada uno.• La síntesis es unidireccional y avanza desplazando a la otra hebra.• Comienza la síntesis de la nueva hebra H.• La nueva hebra termina de replicarse antes.

MECANISMOS DE

REPARACIÓN DEL ADN

LAS MODIFICACIONES EN EL ADN PUEDEN SURGIR POR

• Moléculas o mecanismos endógenos del metabolismo celular• Errores en el proceso de la replicación del ADN• Ciertas infecciones virales• Por factores ambientales

Es necesaria para proporcionar adaptabilidad a las especies al cambiante medio ambiente.

TIPOS DE DAÑO EN EL ADN

• Pueden ocurrir espontáneamente (la desaminación, la depurinización y el daño oxidativo de las bases nitrogenada)

• Pueden estar causadas por la exposición a agentes mutagénicos.

En todos los seres vivos el metabolismo normal aerobio produce especies reactivas de oxígeno, moléculas que causan daños oxidativos en el ADN:• Radicales superóxido (O2)• Peróxido de hidrógeno (H2O2)• Radicales hidroxilo.

• Agentes alquilantes. Añaden grupos alquilo (etilo o metilo) a las bases nitrogenadas y alteran su patrón de apareamiento loqueando la replicación.

• Agentes intercalantes. Son compuestos que se intercalan entre los nucleótidos del ADN y producen adiciones de un solo par de nucleótidos.

• Análogos de bases. Son compuestos químicos con estructura similar a la de las bases nitrogenadas normales y se pueden incorporar al ADN en lugar de éstas.

• Energía ionizante. La exposición del ADN a la luz ultravioleta (UV) produce dímeros de pirimidinas, sobre todo de timinas, cuando hay dos timinas consecutivas en la misma cadena de ADN

SISTEMAS DE REPARACIÓN

DEL ADNC A P Í T U LO 9

SISTEMAS DE REPARACIÓN DEL ADN

Tipos de reparación

Reparación directa

Reparación por escisión

Reparación de emparejamientos erróneos

Reparación de roturas de

doble cadena

REPARACIÓN DIRECTA

C A P Í T U LO 9

REPARACIÓN DIRECTA

Reparación DirectaInmediata Poco común

REPARACIÓN DIRECTA

Fotorreactivación

Alquiltransferasas

Reparación Directa

REPARACIÓN DIRECTA

REPARACIÓN POR

ESCISIÓNC A P Í T U LO 9

REPARACIÓN POR ESCISIÓN

Reparación por

escisión:De bases De

nucleótidos

REPARACIÓN POR ESCISIÓN

De bases:ADN glucosilasas

AP endonucleasa 1

ADN polimerasa β

REPARACIÓN POR ESCISIÓN

De bases:ADN glucosilasas

AP endonucleasa 1

ADN polimerasa β

REPARACIÓN POR ESCISIÓN

De bases:ADN glucosilasas

AP endonucleasa 1

ADN polimerasa β

REPARACIÓN POR ESCISIÓN

De bases:ADN glucosilasas

AP endonucleasa 1

ADN polimerasa β

REPARACIÓN POR ESCISIÓN

De bases:ADN glucosilasas

AP endonucleasa 1

ADN polimerasa β

REPARACIÓN POR ESCISIÓN

De bases:ADN glucosilasas

AP endonucleasa 1

ADN polimerasa β

REPARACIÓN POR ESCISIÓN

De bases:ADN glucosilasas

AP endonucleasa 1

ADN polimerasa β

REPARACIÓN POR ESCISIÓN

De nucleótidos:Endonucleasa Ligasa

ADN polimerasa I

REPARACIÓN POR ESCISIÓN

De nucleótidos:Endonucleasa Ligasa

ADN polimerasa I

REPARACIÓN POR ESCISIÓN

De nucleótidos:Endonucleasa Ligasa

ADN polimerasa I

REPARACIÓN POR ESCISIÓN

De nucleótidos:Endonucleasa Ligasa

ADN polimerasa I

REPARACIÓN POR ESCISIÓN

De nucleótidos:Endonucleasa Ligasa

ADN polimerasa I

REPARACIÓN POR ESCISIÓN

De nucleótidos:Endonucleasa Ligasa

ADN polimerasa I

De nucleótidos:Endonucleasa Ligasa

ADN polimerasa I

REPARACIÓN POR ESCISIÓN

Escherichia coli

4 proteínas:

UvrA, UvrB, UvrC y UvrD.

(UV resistant).

REPARACIÓN POR ESCISIÓN

REPARACIÓN POR ESCISIÓN

Escherichia coli

REPARACIÓN POR ESCISIÓN

De nucleótidos:

UvrA + UvrB

REPARACIÓN POR ESCISIÓN

De nucleótidos:

UvrC

REPARACIÓN POR ESCISIÓN

De nucleótidos:

UvrC + UvrB

REPARACIÓN POR ESCISIÓN

De nucleótidos:

UvrD

De nucleótidos:

ADN polimerasa I y la Ligasa.

REPARACIÓN POR ESCISIÓN

SISTEMA 8-OXO GUANINA

C A P Í T U LO 9

SISTEMA 8-OXO GUANINA

¿Qué lo provoca?Radiación UV, Agentes

químicos

Radiación ionizante

SISTEMA 8-OXO GUANINA

Guanina8-oxo guanina (GO) G-A

8-hidroxiguanina

SISTEMA DE REPARACIÓN DE LOS

APAREAMIENTOS ERRÓNEOS

C A P Í T U LO 9

SISTEMA DE REPARACIÓN DE LOS APAREAMIENTOS ERRÓNEOS

Reparación: Correcciones Errores.

Bases mal apareadas Polimerasa

Bucles

Escherichia coli

Tres proteínas:

MutS, MutL y MutH.

SISTEMA DE REPARACIÓN DE LOS APAREAMIENTOS ERRÓNEOS

SISTEMA DE REPARACIÓN DE LOS APAREAMIENTOS ERRÓNEOS

ProteínasMutS MutH

MutL

SISTEMA DE REPARACIÓN DE LOS APAREAMIENTOS ERRÓNEOS

ProteínasMutS MutH

MutL

SISTEMA DE REPARACIÓN DE LOS APAREAMIENTOS ERRÓNEOS

ProteínasMutS MutH

MutL

SISTEMA DE REPARACIÓN DE LOS APAREAMIENTOS ERRÓNEOS

ProteínasDam Metilasa

Polimerasa III

SISTEMA DE REPARACIÓN DE LOS APAREAMIENTOS ERRÓNEOS

ProteínasMutS MutH

MutL

MSH

MSH

SISTEMA SOS

Sistema SOSBloqueo RecA

40 genes

SISTEMA SOSC A P Í T U LO 9

SISTEMA SOS

Sistema SOSBloqueo RecA

40 genes

SISTEMA SOS

Sistema SOSBloqueo RecA

40 genes

SISTEMA SOS

Sistema SOSLexA. RecA

Señal de activación: ADN

de Cadena sencilla (ADNss)

SISTEMA SOS

Sistema SOSLexA. RecA

Señal de activación: ADN

de Cadena sencilla (ADNss)

Transcripción:Caja SOS

Aumentan los niveles de las

proteínas lexA, recA, UvrA, UvrB y

UvrD.

REPARACIÓN DE ROTURAS DE

DOBLE CADENAC A P Í T U LO 9

REPARACIÓN DE ROTURAS DE DOBLE CADENA

Reparación de roturas de doble cadena:

Reparación por

recombinación homóloga

Unión de extremos no homólogos

REPARACIÓN POR RECOMBINACIÓN HOMÓLOGAR E PA R A C I Ó N D E R O T U R A S D E D O B L E C A D E N A

REPARACIÓN POR RECOMBINACIÓN HOMÓLOGA

Reparación de roturas de doble cadena:

Reparación por

recombinación homóloga

Unión de extremos no homólogos

REPARACIÓN POR RECOMBINACIÓN HOMÓLOGA

Reparación de roturas de doble cadena:

Reparación por

recombinación homóloga

Unión de extremos no homólogos

REPARACIÓN POR RECOMBINACIÓN HOMÓLOGA

UNIÓN DE EXTREMOS NO HOMÓLOGOSR E PA R A C I Ó N D E R O T U R A S D E D O B L E C A D E N A

UNIÓN DE EXTREMOS NO HOMÓLOGOS

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UNIÓN DE EXTREMOS NO HOMÓLOGOS

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UNIÓN DE EXTREMOS NO HOMÓLOGOS

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UNIÓN DE EXTREMOS NO HOMÓLOGOS

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UNIÓN DE EXTREMOS NO HOMÓLOGOS

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