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Replicacin del DNA
1Replicacion del DNA
Es un proceso complejo, mediante el cual a partir de una
molecula de DNA progenitora o parental se sintetiza una nueva,
originandose dos moleculas de DNA hijas, de secuencia identica a la
del DNA original
Relacin :
Estado ReplicacinProgresin del ciclo
Inicia Replicacin DNA Clula inicia divisin celularCuando inicia
debeNo hay divisin celular hasta terminarque se complete la
replicacinEl final de la replicacinPosible seal DivisinLa
replicacion de los cromosomas eucarioticos ocurre una vez por ciclo
celularCaracteristicas principales del proceso:Caracter
semiconservadorRealizacion simultanea (en ambas hebras)De forma
secuencialCon caracter bidireccionalOrigen monofocal (procariotas)
o multifocal (eucariotas)La replicacion se produce de forma
coordinada con la la division celular, en fase S, previas a la
mitosis y Meiosis I.Es el mecanismo por el cual se copia la
informacin codificada en una molcula de ADN
Replicacin o Sntesis del ADNATATTAGCTACGATCG
AATGTCAC
TTACAGTG
ATATTAGCTACGATCG
ATATTAGCTACGATCG
Mol originalSeparacinMol. Nuevas (vieja-nueva)
Replicacin del DNA
Mecanismos de Replicacin:
Replicacin del DNA
Experimento de Meselson y Stahl
Replicacin del DNA
Experimento de Meselson y StahlCARACTERSTICAS REPLICACIN:Sntesis
simultnea en ambas hebrasSntesis no comienza al azar:Orgenes de
replicacinc/u apertura local de la doble hliceComienza sntesis
simultnea de 2 nuevas hebrasSimultneo contnuoSecuencial2 hebras
nuevas se van alargando progresivamenteAdicin secuencial de
NucletidosBidireccionalSeparacin 2 hebras progenitoras (comienza en
cada origen)Progresa en ambas direcciones
Adicin 53PPPPPPPPPPOHPPPPPPPPOHPPOHPPPP+
H2OPPOHPPPPPPPPPPOHPPPPPPPPPOHPPP53Desenrollar la doble hlice y
Liberar la tensin de torsin
Separar las dos hebras
Mantener la hebras desenrolladas
Sintetizar las nuevas cadenas
.Enzimas que actan Topoisomerasas
Helicasas
RPA-Replication Protein A
Primasas y Polimerasas
Tipo I nick o muesca en una cadena
Tipo II ruptura de doble banda
Topoisomerasas: enzimas que se unen al ADN y rompe enlaces
fosfodiester en una hebra o dos hebras del ADNLa misma enzima une
los extremos rotos de ADN (ligacin)
Macrofotografa electrnica del ADN viral de SV40De acuerdo al
anlisis de secuencias las DNA polimerasas se clasifican en 7
Familias (Hogg et al 2005) : A, B, C, D, X, Y, RT Tres subdominios:
Fingers: interacta con la hebra moldePalm: Sitio de catlisis y de
unin con metalesThumb: contacto con dsADN
Polimerasas: enzimas que pueden formar una cadena de ADN a
partir de una hebra molde
Tipos de DNA polimersasSe aade un nucletido a la vez en la parte
3-0H de la cadena
El sentido de la nueva cadena es 5-3Alta fidelidad: ~ 10-8/
10-10 . Tipo de polimerasa y secuencia
Todas las polimerasas tienen actividad de extensin o elongacin
del ADN
Tipos de CebadoresRNA retrovirusADN
parvovirusProtena-nucletidosAdenovirus
Todas las DNA Polimerasas requieren de un cebador para iniciar
la sntesis de ADN
Primasa: Sintetiza fragmentos cortos de 40-400 nt de RNA
La DNA polimerasa tambin tiene correccin de prueba
La DNA polimerasas se encuentran en todos los
organismosCharacteristicPolymerase IPolymerase IIPolymerase
IIIgenepolApolBpolCMW103,00090,000130,000Number/cell40010010 5-3
elogationyesyesyes3-5 exonucleaseyesyesyes*5-3
exonucleaseyesnonobiological functionDNA repair, RNA primer
excisionSOS DNA repair (?)replicative chain growth*3' exonuclease
function carried out by the DnaQ protein, a subunit of the core
enzymeE. Coli tiene tres DNA polimerasas
PolymeraseLocationSize of Catalytic SubunitEnzimatic Activity3-5
exonucleaseBiological FunctionAlpha (I)nucleus160-185 kDNOlagging
strand replicationbetanucleus40 kDNoDNA repairgammamitochondrion125
kDYesmitochondrial DNA replicationDelta (III)nucleus125
kDYesleading strand replicationepsilon (II)nucleus210-230 or
125-140 kDYesreplication (?)
Eucariotes tiene cinco DNA polimerasasTodas tienen actividad 5-3
de elongacin
Otras EnzimasHelicasasSeparan las hebras de ADNProteina SSB
DNA helicasa desenrolla la doble hlice: DNA Helicasa: Protenas
hexamricas en forma de anillo, que catalizan la separacin de las
dos cadenas de DNA. Se mueve a lo largo del DNA en una direccin
fija (POLARIDAD). Requiere la energa suministrada por la hidrlisis
del ATP.
Protenas SSBs
Protenas SSBs Estabilizan las cadenas separadas. Interacciones
electrostticas con la columna de fosfato. Interacciones de
apilamiento con las bases del DNA.- Presentan unin
cooperativa.LigasasUnen dos fragmentos de ADN
LigasasEnzimas de replicacion
Proteina SSB = single strand binding proteinDNA
girasaPrimasa
El replisoma: una maquinaria de replicacin extraordinaria 331963
Franois Jacobs, Sydney Brenner y Jacques Cuzin Modelo que explica
proceso de replicacin en bacterias:
Origen de replicacin ReplicnUno en procariotes
(monofocal):Comienza siempre en un punto determinado ORIGENProgresa
formando 2 horquillas de replicacin
Mltiples en Eucariotes (multifocal):C/crs existen mltiples
orgenes de replicacin (centenares miles)Progresan dando lugar a un
nmero doble de horquillas
Componentes que controlan la iniciacin de la replicacin
Replicador grupo de secuencias suficientes para dirigir la
iniciacin de la replicacin del DNA Origen de replicacin
Protena Iniciadora Reconoce especficamente una secuencia de DNA
(iniciador) activa la iniciacin de la replicacinModelo del replicn
del inicio de la replicacinLas secuencias replicadoras, presentan
dos caractersticas comunesSitios de unin Maquinaria de
replicacinRegiones ricas en AT Fcil desenrollamiento
Secuencias Replicador245 pb1313139999OriC (E.
coli)SV40EPEPPPPP65 pb
Mltiples origenes de replicacin en eucariotes+Protena
Iniciadora:Unin a sitio especifico don el
IniciadorDesenrrollamiento del sitio adyacente al sitio de
unin.Interaccin con otras protenas Reclutamiento
Eucariotes Iniciador Complejo proteico Complejo de
reconocimiento del origen (ORC)
Unin y desenrrollamiento: seleccin del origen y activacin por la
protena iniciadora
Funcin de la protena iniciadora durante la iniciacin de la
replicacin del DNAIniciador unido a Replicador Inicio de la
replicacion Interacciones proteina-proteina y proteina-DNA Esamble
de dos orquillas de replicacion (Burbuja de replicacion)Iniciacion
del proceso de replicacin
REQUERIMIENTOS DE LA REACCIN DE SNTESIS:Cebador: Fragmento de
ADNSustratos: dNTPSCofactores: Mg2+Molde o plantillaMecanismo de la
reaccinDireccin de la sntesisEnzimasFASES:
Iniciacin: topoisomerasa, helicasa, protenas unidas a hebra
sencilla, primasa y cebador
Elongacin: DNA polimerasa, horquilla de replicacin
Terminacin, maduracin y unin de los fragmentos de OkazakiA
partir de los puntos de iniciacin se originan las denominadas
burbujas de replicacin, las cuales presentan dos zonas con forma de
Y llamadas horquillas de replicacin que se van abriendo
gradualmente a medida que se sintetiza nuevas hebras
complementarias de ADNFASE DE INICIACIN5353Burbujas de
replicacinHorquillas de replicacinHORQUILLA DE REPLICACINCADENA
CONTINUA: Se sintetiza de forma continua.CADENA RESAGADA: Se
sintetiza por medio de fragmentos de OKAZAKI
CADENA RESAGADACADENA ADELANTADAFragmentos de
Okazaki3`5`Abrazaderas deslizantes
Aumentan la procesividad de la DNA polimerasa.
Compuesta por mltiples subunidades idnticas que se ensamblan en
forma de dona, y contiene molculas de agua entre el DNA y la
protena.
Primers de RNA: Para iniciar la replicacin se requieren primers
de RNA, que son sintetizados por una RNA polimerasa PRIMASA.
Cadena continua: Necesita un solo primer. Cadena rezagada:
Necesita varios primers.Remocin de los primers de RNA deben ser
removidos: Los primers RNA son removidos por la RNAasa H, que
remueve todo el primer excepto el ltimo ribonucletido unido
directamente al extremo terminal del DNA.
Protenas enganchadorasCataliza la abertura y ubicacin de la
abrazadera deslizante sobre el DNA. El proceso es acoplado a la
unin de ATP y a la hidrlisis.Procariotes Complejo Eucariotes Factor
de replicacin (RFC).FASE DE ELONGACINEs la fase en la que tiene
lugar la sntesis 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 s los nucletidos que corresponden a
los complementarios de la hebra molde a medida que la van
recorriendo.Actividad exonucleasa, por la cual se eliminan
nucletidos errneos o mal apareados y fragmentos de ARN colocados
provisionalmente.Sntesis del DNA en la horquilla de replicacinEn la
horquilla de replicacin se sintetizan a la vez las cadenas
adelantada y retrazada.Procariotes Complejo multimrico = Holoenzima
DNA Pol III
TerminacionFinal de elongacion
Replicacion de los telomerosAcortami-ento de 50 200 pb por cada
division celularEstn localizados en los extremos de los
cromosomasSin los telmeros, los cromosomas son inestables y pueden
combinarse con otros cromosomas para formar cr. dicntricos o
anillosProtegen al cromosoma de la degradacinPermiten la replicacin
completa de cada cromosomaPosicionan a los cromosomas dentro del
ncleoSus secuencias tienen estructura y funcin propiasTienen unas
6-10 kilobases, y consisten de unas 250 1500 repeticiones de una
secuencia rica en G, en los vertebrados es TTAGGGQu son los
telmeros?Replicacion en procariotesMecanismos de replicacin es mas
simple:Hay una sola unidad de replicacinGenoma bacteriano es un
replicn circular unico de 4200 kbLa velocidad de replicacin es
aproximadamente = 50,000 pb/mnTamao de los fragmentos de Okasaki =
1 a 2 kbConcierna un unico origen de replicacin, a partir de la
cual progresan dos orquillas de replicacin en direcciones
opuestas.... Replicacion en procariotesIntervienen las
topoisomerasas :Topoisomerasa I que produce una rotura transitoria
a nivel de una de las dos hebras de DNA, a una pequea distancia de
la horquilla, lo que permite el relajamiento de la
molecula.Toposisomerasa II provoca una rotura transitoria en los
dos cadenas de DNA de una de las dos molculas hijas, liberando asi
las moleculas, de una del otro.
There are two types of plasmid integration into a host bacteria:
Non-integrating plasmids replicate as with the top instance;
whereas episomes, the lower example, integrate into the host
chromosome.
Replicacion de genoma bacterianoReplicacion de genoma
mitocondrial
Modelo circulo rodanteReplicacion en EucariotesOrigen de
replicacin en:levadura : 500 repliconesPlantas superiores: 35,000
repliconesMamiferos: 100,000 repliconesLongitud de los replicones:
varia entre 40 a 300 kbVelocidad de replicacin en eucariotes es ms
lento que en procariotes:Sapo: 500 pb/mnDrosophila: 2600
pb/mnLevadura: 3600 pb/mn1 L de cultivo = 4.1010 clulas 400 000 km
de DNA sintetizado (distancia Tierra - Luna)Levaduras14 Mbp (1 cm)3
kb/min20 min330S durara 80 horas con 1 ori2.1013 km de DNA
sintetizado ( 2 aos luz ) durante el tiempo de vida ( 1016
divisiones celulares )Humanos3 Gbp (2 m)3 kb/min7 h>10 000 ?S
durara 1 ao con 1 oriGenomaVelocidad dela horquillaFase
SOrigenesComentarioE. coli4.6 Mbp30 kb/min40 min1S mayor al
doubling timeVelocidad de sntesis de DNA (mltiples
orgenes)Organismo... Replicacion en EucariotesLos fragmentos de
okasaki (FO) son ms chiquitos que en los procariotes, son
aproximadamente de 100 a 200 basesLa replicacin de secuencias de
DNA localizadas en los terminales de los cromosomas, trae
mecanismos particulares.Otros mecanismos de replicacina.DNA de
mitocondriasLa replicacin en mitocondrias es diferente a lo de DNA
circular bacteriana.Al inicio una sola hebra de las dos hebras
parentales, llamado la hebra H es utilizado como matriz para la
sintesis de nuevo hebra. La hebra que no sirve de matriz, llamada
la hebra L, forma una orquilla, conocido como orquilla de
desplazamiento, orquilla D. La hebra L es igualmente desplazada....
MitocondriasHay dos origenes de replicacin en el DNA mitocondrial
de los mamiferos; uno sobre la hebra H y la otra sobre la hebra L.
Sin embargo ciertos DNA mitocondrial pueden tener varios orquillas
de desplazamiento, lo que atestigua tantos nmeros de origen de
replicacion.DNA de cloroplastosEl DNA de cloroplastos de plantas
superiores, se describe el mismo mecanismo que para las
mitocondrias, con la presencia de dos orquillas de
desplazamiento.
Las mutaciones pueden ser el resultado de:Una incorporacin
incorrecta de bases durante la replicacinProducto de cambios
qumicos espontneosExposicin de agentes qumicos y/o radiaciones
REPARACIN DEL
ADNDaoDNAReplicacinCncerEnvejecimientocelularMutacinReplicacin
errneaDao persistente DNAInestabilidad
genmicaReparacinDNADNAReparado Defecto
DNA no reparadoDao DNADao
DNAEstabilidadGenticaInestabilidadGenticaCAEnfermedadeshereditariasDivergenciaGentica
Se estima que la frecuencia de errores durante la replicacin
corresponde a una base cada 109 a 1010 nucletidos incorporados.
Este frecuencia es mucho ms baja que la predecida en base a la
complementaridad de las bases.
Esto se debe a las propiedades de la DNA polimerasa.La fidelidad
en la replicacin es crucial para la reproduccin celular.
Tipos (nomenclatura) de mutaciones
Mutaciones puntuales: afectan a una sola baseSustituciones:
transiciones Purina por purina o pirimidina por pirimidina
transversiones Purina por pirimidina o viceversaInserciones o
delecciones de una letra
Inserciones o deleciones de mayor tamao
En secuencias codificantes
silenciosa No produce cambio de aminocidomissenseProduce un
cambio sinnimoProduce un cambio significativoNonsenseProduce un
codon de stopFrameshiftCambia la fase de lectura (Insercin o
deleccin no mltiplo de 3)Ocurren mutaciones en condiciones
naturales por:Errores de las polimerasas (proofreading,
slippage)Reacciones espontneas del DNA (tautomera, despurinizacin
(10000/ciclo), desaminacin de C o 5-meC)Exposicin a mutgenos
naturales, estrs oxidativoExposicin a radiacinInserciones de
trasposones/virusTraslocacones/recombinacinEtc.La mayora se
reparan, por suerte.
Tipos de DaoDeaminacin de Bases
Remocin del grupo amino (citosina-uracilo) (adenina-
hipoxantina) (guanina-xantina) Problema de mal apareamiento,
transmisin de una mutacin Agentes que causan deaminacin Calor (37C)
Hidroxilamina (in vitro, citosina) Bisulfito (citosina simple
cadena) cido Nitroso (aditivos alimenticios; adenina y guanina)
Can basepair with ThymineCan base pair with CytosineMost
frequent deamination75
Agentes Mutagenicos fisicos y quimicos y suS Mecanismos de
accin
MUTGENOS QUMICOS
La mayora causan modificaciones de bases
Sustancias reactivassteres de alquilo, agentes alquilantes)
EtilmetanosulfonatoAgentes desaminantes, cido nitroso
Reaccionan con las bases y producen derivados con apareamiento
anormalRadicales libres, hidroxilamina
Anlogos de bases5-Bromouracilo2-Aminopurina
Se incorporan al DNA y producen apareamiento anormal
Agentes intercalantesSe insertan entre las bases, producen
inserciones o delecciones
Anlogos de bases5-Bromouracilo, se incorpora como TProduce
transiciones T > C
Anlogos de bases
2-Aminopurina, se incorpora como AProduce transiciones A >
G
Sistemas de Reparacin del DNAReparacin Pre-replicativa:Reparacin
por Foto reactivacinReparacin por Essicion
Reparacin Post replicativa:Reparacin por actividad de la
desoxinucleotidiltransferasa terminalReparacin Por Precombinacin
gnicaRespuesta SOS.83
Reparacin de dmeros de pirimidinas mediante fotoreactivacin
85
Mecanismos de reparacin de DNA: BER (Base excision Repair)
87
REPARACION POR RECOMBINACIONAGENTEACCIONEFECTO
Analogos de bases
5 bromouracilose incorpora como T:
a veces aparea con GA-T( G-C
G-C( A-T
2 aminopurinase incorpora como A:
a veces aparea con CA-T( G-C
G-C( A-T
Reaccion con DNA
acido nitrosodeamina A, CA-T( G-C
G-C( A-T
hidroxilaminareacciona con CG-C( A-T
Agentes alquilantes
etilmetanosulfonato
inserta metilo en G, induce error de apareamientoG-C( A-T
mostazas nitrogenadas, NTGentrecruzamiento de hebras, regiones
de escicionmutaciones puntuales y deleciones
acridinas, bromuro de etidiocolorantes intercalantescambio del
marco de lectura
Radiaciones
u.vformacion de dimeros de pirimidinasreparacion c/s error o
delecion
radiaciones ionizantesformacion de radicales libres con ruptura
de DNAreparacion c/s error o delecion
