REPLICACION, PEPARACION Y RECOMBINACION INFORMACION GENETICA REPLICACION, PEPARACION Y RECOMBINACION

INFORMACION GENETICA Requiere de dos aspectos , dos reinos moleculares: Conservación ; el DNA, posee características estructurales que potencian el almacenamiento y duplicación de la información. 2.- Transferencia; las proteínas tienen estructuras tridimensionales diversas y flexibles que potencian la transferencia de información.- Pueden doblar, girar, desenrollar y abrir las moléculas de DNA; durante procesos como la replicación y la trascripción.

INFORMACION GENETICA Todos los individuos ,siguientes características: Síntesis rápida y exacta del DNA Estabilidad genética proporcionada por mecanismos de reparación del DNA eficaces La supervivencia a largo plazo de las especies depende también de la variación genética para adaptarse al ambiente cambiante.- Estas variaciones surgen de las recombinaciones genéticas y también de las mutaciones

REPLICACION DEL DNA La principal función consiste en proveer a la progenie con la información genética del progenitor Debe ser completa, fiel que asegure la estabilidad Tiene lugar antes de cada división celular Al separarse las dos cadenas cada una se utiliza para la síntesis de una cadena complementaria Cada una de las dos nuevas moléculas de DNA contiene una cadena vieja y y una cadena vieja Replicación semiconservadora

SINTESIS DE DNA EN LOS PROCARIOTAS ( E.COLI) PASOS BASICOS: Desenrollamiento del DNA Síntesis del cebador Síntesis de DNA Unión de los fragmentos de DNA Control del superenrollamiento Tienen lugar durante la mayor parte de la división celular

DESENROLLAMIENTO DEL DNA Las helicasas son las enzimas que catalizan el desenrollamiento del DNA del duplex en la E. Coli, la helicasa principal es la proteína Dna B, un producto de el gen dna B ( requieren de ATP)

SINTESIS DEL CEBADOR La formación de segmentos cortos de RNA que se denominan cebadores(10 a 200 nucleótidos de largo).- Necesarios para la iniciación de la replicación del DNA Esta catalizada por la primasa, una RNA polimerasa Primosoma; es un complejo multienzimatico que contiene primasa y varias proteínas auxiliares

SINTESIS DE DNA Por la formación de enlaces fosfodiester entre los nucleótidos apareados por la base a una cadena molde esta catalizada por grandes complejos enzimáticos ; DNA polimerasas La DNA polimerasa III es la principal enzima que sintetiza DNA en los procariotas La maquina de replicación del DNA ( replisoma) esta formada por dos copias de la holoenzima pol III, el primosoma y las proteínas de denserollamiento del DNA Participa la DNA polimerasa I; eliminando el oportunamente el RNA cebador durante la replicación

COMPLEJO DE LA DNA POLIMERASA PROPIEDADES IMPORTANTES: Elongación de la cadena : velocidad en la que ocurre la polimerización, en mamíferos 100 nucleótidos por segundo,10 veces menor que el bacteriano. Procesividad : numero de nucleótidos agregados a la cadena naciente antes de que la polimerasa se separe del molde Corrección de la lectura: identifica los errores y los corrige

DNA POLIMERASA

UNION DE LOS FRAGMENTOS Al completarse la replicación una enzima denominada ligasa une los extremos del DNA recién sintetizado (DNA ligasa) Sella la muesca en la cadena sencilla que existe entre la cadena naciente y los fragmentos de Okasaki en la cadena retardada.

CONTROL DEL SUPERENROLLAMIENTO Las DNA topoisomerasas, evitan el enmarañamiento de las cadenas de DNA.- alivian la torsión (fuerza giratoria) del DNA que puede lentificar el proceso de replicación. La doble hélice se desenrolla rápidamente (50 revoluciones por segundo) Las topoisomerasas son enzimas que cambian el superenrollamiento del DNA( rompen y unen las cadenas( superenrollamiento controlado)

REPLICACION DEL DNA PROCARIOTA La replicación del cromosoma circular de E.Coli comienza en un lugar de iniciación que se denomina oriC y se produce en dos direcciones Al separarse uno de otro los dos lugares de la síntesis activa de DNA (horquillas de replicación) se forma un ojo de replicación Unidad de replicación o replicon; DNA, iniciación y secuencia reguladoras.

HORQUILLA DE REPLICACION Componentes : La DNA helicasa desenvuelve un segmento corto del DNA de doble cadena original Una primasa inicia la síntesis de una molécula de RNA, esencial para la cebadura de la síntesis de DNA La DNA polimerasa inicia la síntesis de la cadena hija naciente Proteínas de unión a cadena sencilla ( SSB) se une al DNA de cadena sencilla y previene la transformación prematura en DNA de cadena doble

HORQILLA DE REPLICACION La síntesis bidireccional del DNA, se produce una síntesis continua en la dirección 5´--3´ en una cadena y en la dirección 3´---5´ en la otra Cadena conductora: se sintetiza de forma continua en la direccion5´---3´(actividad enzimática) Cadena retardada: se sintetiza en dirección 5´---3´ de forma discontinua( fragmentos Okasaki),DNA ligasa.

MODELO DE REPLICACION EN E.COLI Velocidad de replicación hasta 1000 pares de bases por segundo y horquilla de replicación. 1 error por 10 a la 9 a 10 a la 10 pares de bases La pol III como la pol I corrigen el DNA sintetizado La mayoría de los nucleótidos mal apareados se eliminan por las exonucleasas La región ter (20pb )se une a una proteína de unión ter (TBP), la replicación cesa

DUPLICACION DEL DNA EN EUCARIOTAS PASOS BASICOS: Identificación de los orígenes de la duplicación Desenrollamiento( desnaturalización) del DNA de cadena doble para proporcionar un molde de DNA de cadena sencilla Formación de la horquilla de replicación Inicio y elongación de la síntesis de DNA Formación de burbujas de duplicación con ligadura de los segmentos de DNA recién sintetizados Reconstitución de la estructura de la cromatina

BURBUJAS DE DUPLICACION En los eucariotas: La duplicación es bidireccional; la duplicación sucede en ambos sentidos a lo largo de todos los cromosomas y ambas cadenas se replican al mismo tiempo La duplicación avanza desde múltiples orígenes en cada cromosoma( 100 en humanos)

DNA TOPOISOMERASAS Además de la separación de las cadenas de la hélice doble, debe desenrollarse la molécula ( 1 de cada 10 pares de nucleótidos), esto debe ocurrir en segmentos Esta función la proporcionan enzimas que introducen cortes que introducen cortes en una cadena de la doble hélice que se desenrolla Los cortes se cierran con rapidez sin gasto energético

CICLO CELULAR En las células humanas, la duplicación del genoma del DNA ocurre durante un periodo especifico de la vida de la célula Este periodo se le conoce como fase sintética o fase S Durante la fase S las células contienen la mayor cantidad de DNA polimerasa, las enzimas tienen mayor actividad El DNA nuclear se replica por completo una vez

CICLINAS TRANSICION DEL CICLO CELULAR

INTEGRIDAD ESTRUCTURAL DEL DNA MECANISMOS DE REPARACION

MECANISMOS DE REPARACION La fidelidad de la duplicación reside en el apareamiento especifico de las bases de nucleótidos Se vigila el apareamiento en dos ocasiones: 1.- En el momento del de la inserción de los trifosfatos de desoxirribonucleósido 2.- Corrección de lectura: impide que la frecuencia de incorporación errónea inducida por los tautomeros sea mayor a una vez cada 10 a la 8 a 10 a la 10 pares de bases de DNA sintetizado

TIPOS DE DAÑO AL DNA

MECANISMOS DE REPARACION

REPARACION AL APAREMIENTO INCORRECTO Corrige errores que surgen cuando se copia el DNA Podría insertarse una C frente a una A, o la polimerasa podría deslizarse o detenerse e insertar 2 a 5 base adicionales sin pareja Proteínas que revisan el DNA recién formado y utilizan la metilacion de A en una secuencia GATC como referencia La cadena molde se metila y la nueva no

REPARACION POR ESCISION DE BASES La despurinacion del DNA, sucede en forma espontánea por la labilidad térmica del enlace N- glucocidico de la purina Ocurre a un ritmo de 5000 A 1000 células por día a una t° de 37°c Las bases citosina, adenina y guanina forman uracilo, hipoxantina y xantina respectivamente N-glucosilasas; las reconocen y eliminan del DNA

REPARACION POR ESCISION DE NUCLEOTIDOS Se emplea para sustituir regiones de DNA dañado con una longitud hasta de 30pb Implica la hidrólisis de dos enlaces fosfodiester de la cadena que contiene el defecto, por una excinucleasa Se elimina esta cadena y se sustituye de nuevo mediante el apareamiento exacto de bases por una polimerasa y ligasa

REPARACION DE RUTAS DE CADENA DOBLE Es parte del proceso fisiológico del reordenamiento del gen para inmunoglobulina Al inicio, dos proteínas participan en la unión no homologas de una rotura en la cadena doble: Ku ; tiene actividad latente de helicasa dependiente de ATP Proteincinasa dependiente de DNA (DNA-PK),cuenta con dos sitios de unión,

INTEGRIDAD DEL DNA Y LOS CROMOSOMAS Se vigila en forma continua en todo el ciclo celular Los cuatro pasos específicos de esta vigilancia se denominan puntos de control El supresor tumoral p53 lleva una función primordial en los puntos G1 y G2 P53 : activa la trascripción de un conjunto de genes que retrasan el transito del ciclo celular y la apoptosis p21; inhibidor de CDK ciclina (CKI),inhibe las CDK

RECOMBINACION DEL DNA

RECOMBINACION DEL DNA Es el reordenamiento de las secuencias de DNA por el intercambio de segmentos de diferentes moléculas Importante origen de las variaciones que hace posible la evolución Es responsable de la diversidad de los seres vivos y oportunidad de adaptarse a ambientes cambiantes Este proceso produce: Combinaciones nuevas de genes Fragmentos de genes

RECOMBINACION DEL DNA Existen dos formas: Recombinación general: tiene lugar entre moléculas homologas de DNA, se observa durante la meiosis (división de células eucariotas en las que se producen gametos haploides) Recombinación especifica de lugar: el intercambio de secuencias de moléculas diferentes solo se requiere regiones cortas homologas de DNA, dependen de las interacciones de las proteína -DNA

RECOMBINACION GENERAL PASOS: Apareamiento de dos moléculas homologas Rotura de dos de las cadenas de DNA, una de cada molécula Entrecruzamiento de los dos segmentos (intermediario de Holliday) La DNA ligasa sierra los extremos La migración de rama; transferencia de un segmento de DNA a otro Una segunda serie de cortes de cadenas de DNA DNA polimerasa rellena los huecos y DNA ligasa las sella

RECOMBINACION EN LAS BACTERIAS Transformación: los fragmentos desnudos del DNA entran en una célula bacteriana a través, de una pequeña aper5tura en la pared celular y se introduce en el genoma bacteriano Transducción; un bacteriófago de forma inadvertida transporta DNA bactriano a una célula receptora.- La célula utiliza el DNA transducido Conjugación ; la célula donadora tiene un plasmido, le permite sintetizar un apéndice filamentoso que actúa en el intercambio de DNA, el cual se3 integra en el cromosoma del receptor

RECOMBINACION ESPECIFICA DE LUGAR Transposición: determinados segmentos de l genoma pueden moverse de un segmento a otro (transposones: elementos transponibles, segmentos de DNA que contienen los genes para la transposiion ;genes saltarines) Movimiento de un trozo del DNA de un lugar del genoma a otro Papel importante en la diseminación de resistencia a los antibióticos

MECANISMOS DE TRANSPOSICION Transposición replicativa durante la transposición una copia replicada se inserta en una localización nueva( lugar diana), dejando el transposon original en su lugar original

MECANISMOS DE TRANSPOSICION Transposición arreplicativa: los elementos transponibles se eliminan de su lugar original ( lugar donador) y se inserta en un lugar diana, posteriormente debe repararse el lugar donador.- Si no se puede reparar las consecuencias son letales