Mecanismo de Replicación y función del ADN

1. Mecanismo de Replicación y función del ADN 4º año medio “A”

2. Dogma central de la Biología Molecular Traducción Transcripción ARNm Polipéptido Regulación Replicación Retrotranscripción ADN ARNm Polip ADN

3. Estructura de la doble hélice

4. Codigo Genético: Información almacenada en el ADN y reducida luego en una secuencia de proteínas. • Símbolos: bases nitrogenadas, aminoácidos • ACIDOS NUCLEICOS de tres formas tridimencionales • B-DNA (Modelode Watson y Crick) • A-DNA : achatado y más ancho; ocurre a baja húmedad • Z-DNA : hélice hacia la izquierda • RNA de doble cadena • FUNCIONES DE ACIDOS NUCLEICOS • Nucleoproteínas • Células procarióticas: nucleoide • Células eucarióticas: histonas • Mitocondrias, plastidios, Ribosomas • Virus • Funciones variadas de RNA • rRNA, tRNA, mRNA • Viroides: ssRNA con propiedades infecciosas.

5. Replicación del ADN Matthew Meselson y Franklin W. Stahl diseñaron el experimento para determinar el método de la replicación del ADN. 3 modelos de replicación era plausibles. Replicación dispersiva: ruptura de las hebras de origen durante la replicación que se reordenarían en una molécula con una mezcla de fragmentos nuevos y viejos en cada hebra de ADN. En la replicación semiconservativa se originan dos moléculas de ADN, cada una de ellas compuesta de una hebra de el ADN original y de una hebra complementaria nueva. 1. Replicación conservativa: se produciría un ADN completamente nuevo durante la replicación.

6. Replicación Replicación ARNm Polipéptido ADN ADN polimerasa

9. Proceso de Replicación Proceso que permite la formación de nuevas copias de la información genética a partir de una molécula patrón: el ADN, o la duplicación de todos los genes. • Requiere de la separación de las dos cadenas de la doble hélice, donde sirve de molde para la síntesis de la nueva molécula de DNA. • Sigue las reglas de apareamiento entre bases púricas y pirimídicas. • Es semiconservativa • La separación de las cadenas de la doble hélice se consigue por acción de la proteína adn b y la enzima helicasa • La síntesis que permite la replicación de la macromolécula la realiza la enzima ADN polimerasa, la que también ayuda a su reparación

10. La replicación requiere de las enzimas helicasas para romper los puentes hidrógeno, las topoisomerasas para aliviar la tensión y de las proteínas de unión a cadena simple para mantener separadas las cadenas abiertas Una vez que se abre la molécula, se forma una "burbuja de replicación" en ella se encuentran las "horquillas de replicación" . Por acción de la la ADN polimerasa los nuevos nucleótidos entran en la horquilla y se enlazan con el nucleótido correspondiente de la cadena de origen (A con T, C con G). Para que trabaje la ADN polimerasa es necesario la presencia, en el inicio de cada nuevo fragmento, de pequeñas unidades de ARN conocidas como cebadores, a posteriori, cuando la polimerasa toca el extremo 5' de un cebador, se activa otra enzima: la Poli I, que remueve los fragmentos de ARN, colocan nucleótidos de ADN en su lugar y, una ADN ligasa los une a la cadena en crecimiento

12. MECANISMO DE DUPLICACIÓN DEL ADN EN PROCARIONTES Es circular y ocurre en tres etapas: 1ª etapa: desenrrollamiento y apertura de la doble hélice en el punto origen. Intervienen un grupo de enzimas y proteínas, a cuyo conjunto se denomina replisoma Primero: intervienen las helicasas que facilitan en desenrrollamiento. Segundo: actúan las girasas - topoisomerasas que eliminan la tensión generada por la torsión en el desenrrollamiento. Tercero: Actúan las proteínas SSBP que se unen a las hebras molde para que no vuelva a enrollarse.

13. 2ªetapa: síntesis de dos nuevas hebras de ADN. * Actúan las ADN polimerasas para sintetizar las nuevas hebras en sentido 5´-3´, ya que la lectura se hace en el sentido 3´-5´. *La cadena 3´-5´ es leída por la ADN polimerasa III sin ningún tipo de problemas ( cadena conductora). En la cadena 5´-3´ no puede ser leída directamente, esto se soluciona leyendo pequeños fragmentos ( fragmentos de Okazaki ) que crecen en el sentido 5´-3´ y que más tarde se unen . Esta es la hebra retardada, llamada de esta forma porque su síntesis es más lenta.La ADN polimerasa III es incapaz de iniciar la síntesis por sí sola, para esto necesita un cebador (ARN) que es sintetizado por una ARN polimerasa ( primasa). Este cebador es eliminado posteriormente.

14. 3ª etapa: corrección de errores. • La enzima principal que actúa como “comadrona” es la ADN polimerasa III, que corrige todos los errores cometidos en la replicación o duplicación. • Intervienen otras enzimas como: • * Endonucleasas que cortan el segmento erróneo. • * ADN polimerasas I que rellenan correctamente el hueco. • ADN ligasas que unen los extremos corregidos. • ADN polimerasa II, corrige daños causados por agentes físicos

16. DUPLICACIÓN DEL ADN EN EUCARIONTES • Es similar a la de los procarion- tes, es decir, semiconservativa y bidireccional. Existe una hebra conductora o templada y una hebra retardada con fragmentos de Okazaki. Se inicia en la burbujas de replicación (puede haber unas 100 a la vez) • Intervienen enzimas similares a los que actúan en las células procariontes y otros enzimas que han de duplicar las histonas que forman parte de los nucleosomas. Los nucleosomas viejos permanecen en la hebra conductora.

17. Replicación de la molécula de ADN, y las enzimas que participan en el proceso

18. O = polimerasas i y ii + endonucleasa || = ADN ! ¡ = ARN O = helicasa || = ADN () = ADN, enrollado O = polimerasa iii || = ADN ! ¡ = ARN

19. Actualmente, los conocimientos acerca de la duplicación del ADN se han incrementado notablemente. Todo el proceso se divide, para su estudio, en dos fases: fase de iniciación y fase de elongación Para explicar el proceso empleando criterios pedagógicos, vamos a utilizar el siguiente esquema para representar al ADN. 5´ 3´ 3´ 5´ Las dos hebras del ADN son complementarias y antiparalelas

20. FASE DE INICIACIÓN Para que el proceso se lleve a cabo con la máxima celeridad, la duplicación comienza simultáneamente en muchos puntos de la doble cadena, puntos de iniciación (oriC) en los que abundan las secuencias GATC. .ACGTGATCGGGCTA...ACCGATCACATCGG...AGGCGATCTTACG.. .TGCACTAGCCCGAT...TGGCTAGTGTAGCC...TCCGCTAGAATGC.. Los puntos de iniciación son reconocidos por proteínas específicas, entre las que caben citar a las helicasas, que rompen los puentes de hidrógeno entre las bases nitrogenadas, las girasas, las topoisomerasas, y las proteínas SSB (single Strand Binding-DNA) o proteínas estabilizadoras de las dos hebras de ADN cuando están separadas.

21. FASE DE INICIACIÓN Burbujas de replicación 3´ 5´ 3´ 5´ Horquillas de replicación A partir de los puntos de iniciación se originan las denominadas burbujas de replicación, las cuales presentan dos zonas con forma de Y llamadas horquillas de replicación que se van abriendo gradualmente a medida que se sintetiza nuevas hebras complementarias de ADN

22. FASE DE ELONGACIÓN Es la fase en la que tiene lugar la síntesis de nuevas hebras de ADN complementarias a cada una de las dos hebras de ADN originales. En esta fase intervienen varios tipos de ADN polimerasas que se nombran como I, II y III. La actividad de estos enzimas es por una parte polimerasa, es decir que seleccionan y unen entre sí los nucleótidos que corresponden a los complementarios de la hebra molde a medida que la van recorriendo, y actividad exonucleasa, por la cual se eliminan nucleótidos erróneos o mal apareados y fragmentos de ARN colocados provisionalmente.

23. CONCLUSIÓN La replicación es un proceso clave en el ciclo celular y necesario para que se lleve a cabo la división celular. Las ADN polimerasas necesitan siempre un fragmento corto de ARN, cebador, con un extremo hidroxilo 3´ libre para añadir nucleótidos. Las ADN polimerasas siempre recorren la hebra molde en el sentido 3´- 5´. Las hebras que se sintetizan en cada división celular siempre son ligeramente más cortas que las parentales, debido al hueco dejado por los ARN cebadores. Como es fácil de adivinar, con las sucesivas divisiones celulares se irán acortando progresivamente las copias de las nuevas hebras que se sinteticen. Estos déficits son los causantes de los acortamientos de los TELÓMEROS. La pérdida de los telómeros trae consecuencias fatales para las células.

24. para los mateos... un adicional

25. Replicación Para entender el proceso, vamos a centrar la atención en una sola horquilla de replicación, y para un mejor entendimiento se verá independientemente lo que sucede en cada hebra, sabiendo que el proceso transcurre casi simultáneamente en las dos hebras.

26. FASE DE ELONGACIÓN Se inicia con la enzima PRIMASA, que coloca en cada horquilla unas hebras cortas de ARN complementarias llamadas CEBADORES en el sentido 5´ a 3´. Posteriormente, la ADN polimerasa comienza la síntesis añadiendo nucleótidos en el extremo 3´ 3´ 5´ PRIMASA 5´ 3´ 3´ ADN polimerasa 3´ CEBADOR 5´ ADN COMPLEMENTARIO La hebra que vemos arriba crece de forma continua, mientras que la otra lo va a hacer de forma discontinua

27. FASE DE ELONGACIÓN Vamos seguidamente a ver como a medida que la horquilla de replicación se va abriendo y se produce el avance en la síntesis de las nuevas hebras complementarias. Para que siga creciendo la otra hebra se ha de formar un nuevo cebador alejado del primero. Seguidamente las ADN polimerasas continuan en esta hebra colocando desoxirribonucleótidos, llegando hasta sustituir al primer cebador. A esta hebra se le llama retardada o de crecimiento discontinuo. 3´ En la hebra que vemos arriba la ADN polimerasa sigue avanzando ininterrum-pidamente, por ello se llama de crecimiento continuo 5´ 5´ 3´ ARN 3´ Fragmento de OKAZAKI 5´ Hemos visto que las ADN polimerasas colocan desoxirribonucleótidos complementarios de la hebras moldes (3´a 5´) y que también sustituye los ribonucleótidos de las cadenas cortas de ARN (5´a 3´), pero no une los nucleotidos vecinos de la misma hebra. ADN polimerasa PRIMASA

28. FASE DE ELONGACIÓN Para que los nucleótidos de la hebra de crecimiento discontinuo tengan continuidad hace falta la acción de un enzima llamadoLIGASA. 3´ 5´ Ligasa 5´ 3´ 3´ 5´

29. FASE DE ELONGACIÓN El proceso visto se repite en las dos horquillas de replicación de cada burbuja hasta que se llegan a encontrar las nuevas hebras que se han formado en horquillas vecinas y con sentido opuesto. 3´ 5´ 5´ 3´ 3´ 5´

30. FASE DE ELONGACIÓN El avance en la hebra superior es continuo. En la inferior se forma otro nuevo cebador y un fragmento de ADN (OKAZAKI) 3´ 5´ 5´ 3´ 3´ 5´

31. FASE DE ELONGACIÓN Ha desaparecido un cebador. Ahora queda que la ligasa una los desoxirribonucleótidos de la hebra de crecimiento discontinuo. 3´ 5´ 5´ 3´ 3´ 5´ Ligasa

32. FASE DE ELONGACIÓN Ya hay continuidad en la hebra inferior. 3´ 5´ 5´ 3´ 3´ 5´ Supongamos que sólo queda un fragmento de ADN por copiar.

33. FASE DE ELONGACIÓN Aquí vemos que se ha colocado el último cebador en la cadena inferior y que la ADN polimerasa aún no ha terminado su trabajo sustituyendo al penúltimo cebador, 3´ 5´ 5´ 3´ 5´ 3´ 3´ 5´

34. FASE DE ELONGACIÓN Ya ha sido sustituido el penúltimo cebador, pero falta unir los desoxirribonucleótidos mediante la ligasa. 3´ 5´ 5´ 3´ 5´ 3´ 3´ 5´

35. FASE DE ELONGACIÓN Finalmente, vemos total continuidad en las dos hebras, pero observamos que en las copias hijas hay fragmentos de ARN. 3´ 5´ 5´ 3´ 5´ 3´ 3´ 5´

36. FASE DE ELONGACIÓN En ésta imagen vemos, nuevamente, al resultado de la duplicación todavía con las cadenas cortas de ARN o cebadores que le hicieron falta a la ADN polimerasa para llevar a cabo el proceso. 3´ 5´ 3´ 5´ 3´ 5´ 5´ 3´ Para concluir la duplicación, esos dos cebadores colocados en los extremos han de ser eliminados mediante la actividad exonucleasa de la enzima ADN polimerasa I.

37. FASE DE ELONGACIÓN Apreciamos como el resultado final son dos moléculas de ADN a las que le falta en una de sus hebras un pequeño fragmento final. 5´ 3´ 3´ 5´ 5´ 3´ 3´ 5´

38. ¡¡Repasamos!!

39. Proteinas principales replicación • Topoisomerasas: rompen una hebra y la tensión del enrrollamiento de la hélice, se relaja • Helicasas: completan el desenrrollamiento • ADN polimerasas: complejos agregados de diferentes proteínas. • Primasas: sintetizan los iniciadores de ARN que se necesitan para iniciar la replicación • Ligasas: sellan las lagunas dejadas por las ribonucleasas cuando remueven los primers, catalizan la unión fosfodiester entre nucleótidos adyacentes. • Proteinas de unión a la hebra sencilla del ADN: estabilizan la horquilla de replicación.

40. Replicación de la molécula de ADN, mostrando las enzimas que participan en el proceso

41. DUPLICACIÓN DE ADN EN BACTERIAS

42. Dogma central de la Biología Molecular Traducción Transcripción ARNm Polipéptido Regulación Replicación Retrotranscripción ADN ARNm Polip ADN

43. REPLICACIÓN, TRANSCRIPCIÓN Y TRADUCCIÓN TRANSCRIPCIÓN ADN mRNA RNA polimerasa Nucleótidos De RNA 43 20/08/2014

44. TRANSCRIPCIÓN DEL ADN 44 20/08/2014

45. MADURACIÓN DEL ARN: PROCESAMIENTO Y EMPALME 45 20/08/2014

46. TRADUCCIÓN: PROTEÍNAS COMO EXPRESIÓN DEL ADN 46 20/08/2014

47. TRADUCCIÓN: PROTEÍNAS COMO EXPRESIÓN DEL ADN codón anticodón 47 20/08/2014

48. EL CÓDIGO GENÉTICO, LECTURA Y TRADUCCIÓN DE LOS GENES La combinación de tripletas o codones constituye el código genético 2ª letra 3ª letra 1ª letra Ej.¿qué aminoácido está codificado por el codón GAC? 48 20/08/2014

49. FUNCIONES DEL ARN 49 20/08/2014

50. ARNmensajero (ARNm) • Su función es copiar la información del ADN y llevarla hasta los ribosomas • En eucariotas sintetiza proteína. • Tiene una vida muy corta (min) es destruido por las ribonucleasa 50 20/08/2014