Biología 2º Bachillerato - Salesianos Atocha Luis Heras

Presentación del tema: "Biología 2º Bachillerato - Salesianos Atocha Luis Heras"— Transcripción de la presentación:

1 Biología 2º Bachillerato - Salesianos Atocha 2015-2016 Luis Heras
REPLICACIÓN DEL ADN Biología 2º Bachillerato - Salesianos Atocha Luis Heras

2 1. La transmisión del material genético
La replicación del ADN es un proceso que permite que las células hijas hereden una copia exacta del material genético. La complementariedad de las bases es la esencia del proceso: sirve de molde a la nueva hebra. Sigue un modelo semiconservativo: cada célula hija conserva una cadena original (molde) y la otra se sintetiza de nuevo. Modelo semiconservativo Modelo conservativo

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4 2. Replicación del ADN en bacterias (doble hélice de ADN circular cerrado)
2.1 Apertura y desenrollamiento de la doble hélice Comienza en un punto concreto, (oriC rico en secuencias GATC) que marca el origen de la replicación. Ahí se forma una burbuja de replicación definiendo dos horquillas de replicación, formadas por las dos hebras de ADN separadas que actuarán ambas como molde (por lo que se dice quela replicación es bidireccional).

5 Las enzimas helicasas abren la doble hélice separando los puentes de hidrógeno entre las bases.
Las topoisomerasas eliminan las tensiones que se generan en las hebras durante la apertura (crean roturas temporales en la hebra). Las proteínas SSBP (single-strand binding protein) se unen a las hebras para estabilizarlas y que no se vuelvan a enrollar. Estas enzimas, junto al resto de enzimas ADN polimerasas, formando un complejo molecular llamado replisoma.

6 2.2 Síntesis de las dos nuevas hebras
En E.coli existen 3 ADN polimerasas: la ADN polimerasa I y III (replicación y corrección de errores) y II (sólo repara el ADN dañado por algunos agentes físicos). La ADN polimerasa III lleva la mayor parte del proceso: Recorre la hebra molde y selecciona el desoxirribonucleótido trifosfato complementario a la hebra molde. (En esta forma trifosfato contiene la energía para incorporarse). Al incorporarlo, hidroliza el nucleótido, con pérdida de un resto pirofosfato (PP) que permite la formación de un enlace fosfodiéster que une el nucleótido al resto de la hebra réplica.

7 A) Inicio de la síntesis
La ADN polimerasa III lee la hebra molde en 3’ -> 5’, por lo que la hebra se crea en sentido 5’ -> 3’. A) Inicio de la síntesis La ADN polimerasa III no puede iniciar una cadena, solo puede elongarla. Necesita adicionar nucleótidos a una cadena que aporte un grupo OH 3’ libre a partir del cual continuar añadiendo nucleótidos. Una ARN polimerasa (primasa) añade de forma complementaria al inicio de la hebra molde un corto fragmento de ARN llamado cebador (primer). Aporta un grupo OH 3’ libre a partir del cual la ADN polimerasa III comienza a crear la nueva hebra de ADN.

8 La ADN polimerasa III sólo lee la hebra molde en sentido 3’ -> 5’, por lo que las nuevas cadenas se sintetizan en sentido 5’ -> 3’. La hebra que después de separada está orientada en 3’ -> 5’ (hebra conductora) no tiene problemas para copiarse de forma continuada por la enzima a medida que la doble hélice se abre, partiendo desde el cebador. Es continua. Sin embargo, la otra hebra que va en sentido 5’-> 3’ (hebra retardada), ¿cómo se copia? Como ahora veremos, la replicación es discontinua.

9 La enzima tuerce esta hebra retardada creando una lazada, para leer las dos en el mismo sentido. Se llama retardada porque esto crea que se sintetice un poco más tarde que la conductora.

10 La ADN polimerasa III sintetizando pequeños fragmentos de ADN complementarios a la hebra molde que crecen en 5’-> 3’, llamados fragmentos de Okazaki. Cada fragmento crece desde un cebador creado por la primasa.

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12 La enzima encargada de eliminar los ARN cebadores es la ADN polimerasa I con su actividad exonucleasa. También rellena el hueco dejado por el cebador con las bases complementarias de ADN. Al final, la enzima ADN ligasa se encarga de unir los fragmentos sueltos para rematar las nuevas hebras.

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14 2.3 Corrección de errores La actividad de las ADN polimerasas debe ser exacta y fiel al molde, pues de ellas depende que el material genético se transmita con fidelidad. Aún así, la ADN polimerasa I y III cometen un error de apareamiento por cada 106 nucleótidos. El replisoma se acompaña de enzimas que conocen que los errores son inevitables pero deben corregirse.

15 A) Actividad autocorrectora de la ADN polimerasa
Las ADN polimerasa I y III tienen también una actividad autocorrectora. Antes de incorporar un nuevo nucleótido, la polimerasa revisa el nucleótido incorporado anteriormente y si detecta un error en el apareamiento, lo elimina (actividad exonucleasa) y lo reemplaza por el nucleótido correcto. Reduce el error de 1 de cada 106 a 1 error de apareamiento por cada 108 nucleótidos añadidos.

16 B) Corrección postreplicativa
En el replisoma existe una maquinaria que aumenta todavía más la exactitud del proceso. 1º Las enzimas correctoras identifican el error de apareamiento en la hebra réplica (saben cuál es porque las secuencias GATC aún no están metiladas en la A, que sí lo están en la hebra molde). 2º Una endonucleasa corta un segmento que incluye al nucleótido mal apareado. 3º La ADN polimerasa I rellena el hueco tomando la hebra molde como referencia. El extremo 3’ del nuevo fragmento se une al 5’ de la réplica por la ADN ligasa. Superando en 100 veces al paso anterior, alcanza la increíble perfección de un error por cada 1010 pares de bases.

17 3. Replicación del ADN en eucariotas
Transcurre en la fase S del ciclo celular. Al igual que los procariotas es semiconservativa, bidireccional y semidiscontinua. Pero tiene algunas diferencias: 5 ADN polimerasas: a: sintetiza ARN cebador y hebra retardada d: sintetiza la hebra conductora B, e : unen los fragmentos de Okazaki g: replica el ADN mitocondrial El ADN está asociado a histonas, que también deben replicarse. Se reparten al azar entre las hebras molde y las nuevas. Tiene 3 · 109 pares de bases, frente a 106 en el procariota. Existen miles de burbujas de replicación (replicones) para que la replicación sea más rápida.

18 4. Los cromosomas eucariotas son lineales
4. Los cromosomas eucariotas son lineales. Tienen en sus extremos secuencias de ADN repetitivas (TTAGGGTTAGGG…) llamadas telómeros. Al eliminar el ARN cebador del extremo 5’ de cada hebra nueva, la ADN polimerasa no puede rellenar ese hueco porque no hay un OH 3’ libre sobre el cual continuar. Los telómeros se van acortando en cada replicación.

19 Su eventual desaparición provoca que secuencias de ADN importantes queden desprotegidas y desaparezcan en la replicación. Además, al quedar desprotegidas suelen interaccionar con secuencias de otros cromosomas, se pegan entre sí e interfieren en la separación de cromosomas de la mitosis. Cuando esto ocurre, la célula activa la apoptosis.

20 Los telómeros son un “reloj biológico” que al acortarse indican a la célula cuántas divisiones le quedan antes de cesar toda actividad, se relacionan con el envejecimiento. Las células madre y las tumorales neutralizan esta actividad gracias a que poseen una enzima telomerasa activa. Es una ribonucleoproteína que actúa como transcriptasa inversa.

21 La telomerasa tiene un molde de ARN a partir del cual crea ADN alargando el extremo 3’.
En la posterior replicación, el cebador se colocará en 5’ un poco más atrás que antes, con lo cual conserva más porción telomérica.

22 4. Mutaciones Variaciones del material genético. Afectan a los genes y por tanto a la secuencia de la proteína para la que codifican, o también secuencias reguladoras u otras regiones del ADN. Pueden aparecer de forma espontánea o ser inducidas por agentes mutágenos. Sólo se heredan cuando afectan a las células germinales (precursoras de gametos). Si afectan a las células somáticas, generalmente se extinguen con el organismo.

23 4.1 Mutaciones génicas o puntuales
Afectan a un par de bases o a unos pocos pares. A) Sustituciones de un nucleótido por otro Transición: sustitución de una base pirimidínica por otra (C <->T) o de una púrica por otra (A <-> G). Transversión: sustitución de una base púrica por una pirimidínica o viceversa. Es más infrecuente. En base a lo que dicte el código genético, el aminoácido codificado puede cambiar y la proteína se puede ver alterada .

24 Se transfieren a la descendencia.

25 B) Mutaciones que cambian el marco de lectura
Inserción: se introduce un nuevo nucleótido (o unos pocos) en la secuencia de ADN. Deleción: se elimina un nucleótido (o unos pocos) de la secuencia de ADN. Esto provoca que toda la secuencia cambie, según se leería desde el ARNm en la síntesis proteica, y todos los aminoácidos a partir de estos errores cambiarían, formando una proteína totalmente distinta. No ocurriría si el número de nucleótidos fuera múltiplo de 3.

26 A partir del ARN

27 4.2 Mutaciones cromosómicas
Alteración del número o disposición de secuencias génicas a lo largo del cromosoma. Inversión: un segmento cambia su sentido Inserción: un frgamento se introduce. Deleción: se elimina un fragmento Duplicación: se repite la misma secuencia Translocación: una secuencia se cambia de sitio, ya sea en el mismo cromosoma o en otro. Suelen ser dos que se cambian a la vez. Los transposones son genes móviles capaces de cambiar su posición en el genoma espontáneamente, saltando de unos cromosomas a otros, y a menudo en su reinserción pueden provocar variaciones genéticas.

28 4.3 Mutaciones genómicas Afectan al genoma, varían el nº de cromosomas. Poliploidía: aumento de juegos completos de cromosomas: triploide (3n), tetraploide (4n)… Si los juegos son iguales entre ellos, se llama autopoliploidía, de los contrario es una alopoliploidía (híbridos de especies). Haploídia: pérdida de un juego cromómico en el organismo diploide, que se queda en haploide (n). Se da en abejas macho, un organismo partenogenético. Aneuploidía: algún cromosoma de más o menos. Monosomía si solo hay un cromosoma homólogo en vez de dos, trisomía si hay 3… debido a un error de separación en la meiosis. En el humano pueden afectar a los autosomas o a los cromosomas sexuales.

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30 5. Efectos de las mutaciones
1) Mutaciones silenciosas: si el efecto de la mutación provoca que se siga codificando el mismo aminoácido (para lo cual es una ventaja que el código genético sea degenerado) o bien que afecte a un intrón. 2) Mutaciones con alteración de la secuencia proteica: Las más leves son las conservadoras, donde el nuevo aminoácido es similar al anterior y no causa apenas diferencias en la proteína. Cuando sí que altera la proteína podemos tener mutaciones que generan disfunciones compatibles con la vida (ej: anemia falciforme) o que sean más graves: mutaciones letales, carcinógenas o teratógenas.

31 Mutaciones con efecto beneficioso: Causarían un cambio en la conformación que mejore la función de la proteína o que forme estructuras más eficaces. Esta variabilidad de mutaciones, que serán heredables, viene dada por el azar y por la recombinación génica. En la teoría de la selección natural, Charles Darwin ( ) ya planteaba que las poblaciones evolucionaban debido a que a través de las generaciones se transmitían cualidades más eficaces para la supervivencia y que eran heredables. (Sin embargo, Darwin desconocía la genética)

32 Neodarwinismo Si esta mutación se convierte en una ventaja adaptativa para la población - potenciando su supervivencia y reproducción - se puede acabar imponiendo a la proteína original a lo largo de varias generaciones, y la población evoluciona. El medio ambiente es el que actúa seleccionando a los individuos mejor adaptados, y la población evoluciona por cambios en las frecuencias de los alelos, donde predominarán las variantes más eficaces.

33 6. Agentes mutágenos Agentes físicos, químicos o biológicos que causan mutaciones. 6.1 Agentes endógenos Errores en la replicación. Su frecuencia es muy baja. Al envejecer aumenta por deterioro del sistema de reparación. Transposones Radicales libres: residuos del metabolismo derivados del O2, (como el superóxido O2− , que presenta un electrón desapareado). Oxidan los lípidos, inactivan las enzimas y provocan mutaciones en el ADN.

34 6.2 Agentes exógenos Físicos:
Si en la PAU preguntan por mutágenos, se están refiriendo siempre a mutágenos externos. 6.2 Agentes exógenos Físicos: Radiación UV del Sol: en concreto la UVB, es absorbida por el ADN y provocan la formación de dímeros de timina: dos T quedan unidas entre ellas por enlace covalente y no se unen a las A complementarias. Interfiere en la replicación y transcripción. Radiaciones ionizantes (rayos g, X): al colisionar contra las moléculas del organismo crean radicales muy reactivos que rompen o mutan el ADN. Sustancias radiactivas: se incorporan a los tejidos del organismo a través de las cadenas tróficas y causan mutaciones con posible aparición de tumores.

35 Biológicos: pueden desarrollar cáncer.
Químicos Análogos de bases: (5-bromouracilo). Produce errores de apareamiento al unirse con G. Agentes alquilantes: (gas mostaza). Altera la replicación. Agentes desaminantes: (HNO2) convierten la C en U. Formadores de aductos: (benzopireno del tabaco). Se unen covalentemente al ADN e impiden el apareamiento de bases. Otros carcinógenos: asbesto, arsénico, dioxinas… Biológicos: pueden desarrollar cáncer. Transposones Oncovirus: papilomavirus, virus de la hepatitis B y C Bacterias: Helicobacter pylori

36 7. Reparación del ADN Reparación directa: separación de los dímeros de timina. Reparación por escisión: corte y eliminación del nucleótido en la corrección postreplicativa. Reparación SOS (en bacterias): cuando hay demasiadas mutaciones la replicación se detendría intentando corregirlas y la célula moriría. Para evitarlo, se rebaja el nivel de exigencia de corrección de errores.

37 8. Mutaciones y cáncer El cáncer el resultado de la acumulación de mutaciones génicas y de cambios epigenéticos*. Crean una célula que cesa sus funciones y prolifera desordenadamente, formando un tumor que puede invadir otros tejidos y propagarse por todo el organismo (metástasis). * Modificaciones de histonas, metilación de ADN… que conllevan la sobreexpresión o silenciamiento de un gen.

38 A) Mutación del protooncogén en oncogén: los protooncogenes son genes normales que regulan procesos de división y diferenciación celular. Las mutaciones transforman el protooncogén en un oncogén, que promueve la proliferación descontrolada y la inmortalidad. B) Mutación de genes supresores de tumores: por ej, p53 es un gen oncosupresor que es capaz de provocar la apoptosis de una célula con un ADN muy dañado. Los tumores tienen nula expresión de p53. C) Mutación de genes de reparación del ADN: estos genes ya no estarían activos en la célula tumoral.

39 JUNIO 2010 Con relación a las mutaciones y el cáncer: a) ¿Qué son las mutaciones? ¿En qué se diferencian las mutaciones que afectan a las células somáticas de las qué afectan a las células germinales? (0,5 puntos) b) ¿Qué es el cáncer? Indique los tres tipos de genes relacionados con el cáncer (1 punto). c) ¿Qué es un agente mutagénico? Cite un ejemplo de agente físico y otro de agente químico (0,5 puntos).

40 Lo más importante de este tema
Entender bien el proceso de replicación en la hebra conductora y en la retardada. Clasificación y tipos de mutaciones (génicas, cromosómicas y genómicas) Los tipos de mutágenos (sólo exógenas) y un ejemplo de cada uno