BIOLOGA MOLECULAR Y GENTICA

BIOSNTESIS DEL ADN Y ARN

PARTE 2.

REPARACIN Y REGULACIN DEL ADN

Otras protenas desenrollan la hebra molde

de ADN y estabilizan regiones de unas sola

hebra.

Las helicasas son enzimas que catalizan el

desenrollamiento del ADN parental,

emparejadas con la hidrlisis de ATP, a la

cabeza de la horquilla de la replicacin.

Las protenas de unin

ADN monocatenario

estabilizan la hebra

molde de ADN

desenrollada,

mantenindola en un

estado de hebra nica

extendida para que sea

copiada por la

polimerasa.

A medida que las hebras parentales se

desenrollan, el ADN a la cabeza de la

horquilla de replicacin esta siendo

forzado a girar.

Esta rotacin causara que las molculas

de ADN circular se enrollaran sobre s

mismas, bloqueando la replicacin.

Esto se resuelve gracias a la intervencin de las TOPOISOMERASAS (enzimas que catalizan la rotura reversible y la unin de las hebras de ADN).

Aunque los cromosomas eucariotes estn compuestos por molculas de ADN lineares en lugar de circulares, su replicacin tambin requiere de topoisomerasas (los cromosomas rotaran continuamente durante la sntesis del ADN).

La exactitud de la replicacin del ADN es

crtica para la reproduccin celular y las

estimaciones de mutacin para una variedad

de genes indican que la frecuencia de errores

durante la replicacin corresponde tan solo a

una base incorrecta por cada 108 a 109

nucletidos incorporados.

Uno de los mecanismos por los que el ADN

polimerasa aumenta la fidelidad de la

replicacin es la seleccin de la base correcta

para la insercin en el nuevo ADN sintetizado.

La replicacin del ADN procariota y eucariota

comienza en una nica secuencias llamada ORIGEN

DE REPLICACIN, que sirve como un sitio especfico

de unin para protenas que inician la replicacin.

El paso clave es la unin de una protena iniciadora a

secuencias especficas del ADN dentro del origen.

La protena iniciadora comienza desenrollando el

origen del ADN y recluta a las otras protenas

implicadas en la sntesis del ADN.

La helicasa junto con protenas de unin al ADN

monocatenario continan desenrollando y presentando

el ADN molde y la primasa inicia la sntesis de las

hebras conductoras.

Se forman 2 horquillas de replicacin que se mueven

en sentidos opuestos a lo largo del cromosoma.

Aunque resulta suficiente un solo origen para

dirigir la replicacin de genomas bacterianos

y virales, se necesita mltiples orgenes para

replicar los genomas ms largos de las

clulas eucariotas en un perodo de tiempo

razonable.

Por ej. el genoma completo de E. coli se replica partiendo de un solo origen en unos 30 minutos. Si los genomas de mamferos se replicaran de un solo origen esto requerira alrededor de 3 semanas. El problema se exacerba por el hecho de que el ritmo de la replicacin del ADN en las clulas de mamferos es 10 veces menor que en E. coli. Posiblemente como resultado del empaquetamiento del ADN eucariota en cromatina. El genoma de clulas eucariotas se replica en pocas horas puesto que necesita de miles orgenes de replicacin.

El ADN como cualquier otra molcula es capaz de participar en diversas reacciones qumicas. Esto se debe a que el ADN sirve de copia permanente del genoma celular los cambios en su estructura tienen ms trascendencia que alteraciones en otros componentes celulares, como el ARN o las protenas. Las mutaciones pueden surgir de la incorporacin de bases incorrectas durante la replicacin del ADN.

Adems se producen cambios espontneos como resultado

de la exposicin a agentes qumicos o radiacin.

Este tipo de daos en el ADN pueden bloquear la replicacin o

la transcripcin dando lugar a una alta frecuencia de

mutaciones que son inaceptables para reproduccin celular.

Para mantener la integridad de los genomas las clulas han

desarrollado mecanismos de reparacin del ADN daado y son:

1.- Inversin directa de la reaccin qumica responsable del

dao al ADN.

2.- Eliminacin de las bases daadas seguida de su reposicin

con ADN recin sintetizado.

La mayora de los daos producidos en el

ADN son reparados mediante la

eliminacin de las bases daadas seguida

de la sntesis de la regin escindida.

La luz UV es una de las fuentes ms

importantes de dao del ADN.

El principal tipo de dao inducido por la luz

UV es la formacin de DMEROS DE

PIRIMIDINA, en los que las pirimidinas

adyacentes en la misma hebra del ADN estn

unidas por la formacin de una anillo de

ciclobutano que resulta de la saturacin de

los dobles enlaces entre el carbono 5 y el 6.

La formacin de dichos dmeros distorsiona la estructura de la cadena de ADN y bloque la transcripcin o replicacin al pasar por el dao, de manera que su reparacin est relacionada con la capacidad de las clulas para sobrevivir a la radiacin. Uno de los mecanismos de reparacin de los dmeros de pirimidina inducidos por UV es la inversin directa de la reaccin de dimerizacin. El proceso de denomina FOTORREACTIVACIN, puesto que la energa derivada de la luz visible se utiliza para romper el anillo ciclo butano. Las bases originales de pirimidina continan en el ADN ahora en su estado normal.

Aunque la reparacin directa es una manera eficiente de tratar con tipos particulares de daos al ADN, la reparacin por escisin abarca la reparacin de gran variedad de alteraciones qumicas en el ADN. Los diferentes tipos de reparacin por escisin son los mecanismos ms importantes de reparacin del ADN en las clulas procariotas y eucariotas.

En la reparacin por escisin, el ADN daado es reconocido y eliminado, como bases independientes o como nucletidos. El espacio vaco generado se rellena con la sntesis de una nueva hebra de ADN, utilizando la hebra complementaria no daada como molde. Los tres tipos de reparacin por escisin son:

reparacin por escisin de base

de nucletido y

por desapareamiento.

La recombinacin homloga da lugar a la

reorganizacin de genes entre pares de

cromosomas sin alterar la disposicin de

los genes en el genoma.

Otros procesos recombinatorios

conducen a la reorganizacin del ADN

genmico.

Algunas de estas organizaciones del ADN

son importantes para el control de la

expresin gnica en determinados tipos

clulas, otros desempean un papel evolutivo

al contribuir con la diversidad gnica.

El desarrollo del sistema inmune de

vertebrados, que reconoce las sustancias

extraas y proporciona proteccin frente a

agentes infecciosos, es un gran ejemplo de la

recombinacin especfica de lugar en las

eucariotas superiores.