T. 20 LA MOLÉCULA DE LA HERENCIA: ADN . REPLICACIÓN DEL ADN

ADN: MOLÉCULA PORTADORA DE LA INFORMACIÓN GENÉTICA EXPERIMENTO DE GRIFFITH 1928 Streptococcus pneumoniae (Cepas no virulentas R y cepas virulentas S) *1944 Avery, McLeod y McCarthy repitieron los experimentos de Griffith y demostraron que el “factor transformante“ era el ADN.

ADN: MOLÉCULA PORTADORA DE LA INFORMACIÓN GENÉTICA Experimento de Hershey y Chase 1952 Bacteriófagos T2 marcados con 32P o con 35S Vídeo (en inglés) en el que Hershey explica su experimento

Organización de la información genética La información necesaria para la construcción y el funcionamiento de un organismo reside en el ADN, organizada en fragmentos denominados genes(dispuestos linealmente). Cada gen está constituido por una serie de nucleótidos que se diferencian en sus bases nitrogenadas: Adenina, Citosina, Guanina y Timina. La disposición ordenada de estas cuatro bases constituyen la información para la síntesis de una proteína; (cantidad de información, en pares de bases -pb).

Organización de la información genética Este modelo de organización presenta una serie de complejidades: La cantidad de ADN es diferente para cada especie En las células eucariotas existe un exceso de ADN que no codifica proteínas (ADN basura)En la especie humana sólo el 5 % del ADN sirve para formar proteínas, son genes codificantes. En las células procariotas se usa casi todo el ADN. Casi la mitad el ADN de las células eucariotas consiste en secuencias de nucleótidos altamente repetidas. En eucariotas, las secuencias de genes que codifican proteínas, llamadas exones, normalmente están interrumpidas por secuencias no codificadoras llamadas intrones. Figura 9: Hibridación entre una molécula de ADN y otra de ARNm para demostrarla presencia de intrones

La transmisión de la información: el dogma central de la biología ¿Cómo se transmite la información de una a la siguiente generación celular? ¿Cómo el ADN puede dirigir la construcción y el funcionamiento de un ser vivo? Figura 10: El dogma central de la biología actualizado con las últimas aportaciones

La transmisión de la información: el dogma central de la biología El ADN es capaz de autoduplicarse antes de una división celular mediante un proceso de replicación. Además, transmite su información a una molécula de ARNm por el proceso de transcripción y, el ARNm lo transmite a una secuencia de aminoácidos de una proteína en el proceso denominado traducción. Este "dogma" se ha completado con dos nuevos procesos como son la transcripción inversa y la autorreplicación del ARN, ambos encontrados en ciertos grupos de virus que tienen como material genético ARN y no ADN.

LA REPLICACIÓN DEL DNA La REPLICACIÓN es el proceso por el cual el DNA se copia para poder ser transmitido a nuevos individuos. A partir del modelo de la doble hélice: idea de que las hebras originales debían servir de patrón para hacer la copia. Tres posibles modelos de replicación: Modelo conservativo: tras la replicación se mantenía la molécula original de DNA intacta, obteniéndose una molécula idéntica de DNA con las dos hebras nuevas. Modelo semiconservativo: Se obtienen dos moléculas de DNA hijas, formadas ambas por una hebra original y una hebra nueva. Modelo dispersivo: dos moléculas nuevas formadas por hebras en las que se mezclan al azar fragmentos originales con fragmentos nuevos.                                        

LA REPLICACIÓN DEL DNA Meselson y Stahl demostraron en 1958 que el modelo válido era el semiconservativo. Para ello utilizaron nucleótidos marcados con nitrógeno pesado. E. coli se hace crecer en 15N (isótopo pesado). Se cambia a 14N (isótopo ligero) y después de una, dos y tres generaciones: - Se toman muestras de DNA. - Se mezclan con cloruro de cesio y se separan por centrifugación las cadenas pesadas y ligeras de DNA. CONCLUSIÓN Después de una generación, todo el ADNbc tiene densidad intermedia, formado por 1 hebra pesada (procedente del progenitor) y 1 hebra ligera (de nueva síntesis). Este resultado es el predicho por la replicación semiconservadora. .

COMPONENTES QUE INTERVIENEN EN LA REPLICACIÓN ADN molde dNTPs y NTPs Iones Mg++ Enzimas: Helicasas, separan las dos cadenas del ADN. Topoisomerasas eliminan las tensiones que se producen por superenrollamiento. Proteínas estabilizadoras (SSB) mantienen las hebras separadas en el fragmento de ADN que está siendo copiado. Primasa (ARNpol) sintetizan cebadores (primers) a partir de cuyo extremo 3´OH irá añadiendo nucleótidos la ADN polimerasa. ADN polimerasas. añadiendo desoxirribonucleótidos en el extremo 3´OH de una cadena polinucleótida ya formada. leen sobre el ADN molde en dirección 3´5´ y añaden nucleótidos alargando en dirección 5´3´. también tienen una función correctora de errore. ADN pol III: copia de la cadena hija. ADN pol I: tiene una función de reparación de errores (exonucleasa) y copia de fragmentos pequeños. ADN polimerasa II: repara errores del ADN causados por determinados agentes físicos. ADN ligasa, une fragmentos de ADN entre sí.

PROCESO DE REPLICACIÓN Objetivo: obtener copias idénticas de ADN ETAPAS DEL PROCESO INICIO FORMACIÓN DE NUEVAS HEBRAS CORRECCIÓN DE ERRORES Vídeo de replicación Replicación: las dos cadenas que forman el ADN se separan y cada una de ellas servirá de molde para que se cree una cadena nueva mediante la regla de la complementariedad de bases. El mecanismo de la replicación: Kornberg (discípulo de Severo Ochoa) y su equipo: descubrimiento y aislamiento de la ADN-polimerasa. Aisló y determinó todos los componentes que intervienen en el proceso. Sus descubrimientos fueron ratificados por J. Cairns en 1963 por medio de las radiografías que obtuvo del ADN durante el proceso de replicación.

PROCESO DE REPLICACIÓN 1. INICIO Secuencia de nucleótidos inicio. Separación de hebras (helicasa)/ Mantenimiento de las hebras separadas (SSB). Eliminación de tensiones (topoisomerasas) 2. FORMACIÓN DE LAS NUEVAS HEBRAS: Síntesis de hebras complementarias a partir de las hebras molde (originales). ADN polimerasa III: Lee en sentido 3’  5’ (molde 3’  5’) Polimeriza (forma la nueva cadena) en sentido 5’  3’. Une los nucleótidos complementarios a los de la cadena molde. Utiliza dNTP. Proporcionan energía para la unión. Necesita un cebador o primer (fragmento de ARN formado por la primasa, ARN pol).

PROCESO DE REPLICACIÓN 2. FORMACIÓN DE LAS NUEVAS HEBRAS (cont.) Proceso: - Apertura de la doble hélice que da lugar a: una “burbuja de replicación” donde actúa la ADNpol III dos horquillas de replicación (cada extremo de la burbuja): proceso bidireccional. Síntesis continua de la hebra conductora sobre el ADN molde 3’  5’. La ADNpol III añade nucleótidos al cebador.- Síntesis discontinua de la hebra retardada sobre el 5’  3’ (fragmentos de Okazaki). Se forman cortos segmentos de ADN a partir de cebadores que luego se unen por acción de las ligasas. Eliminación de los cebadores (ADN pol I) (actividad exonucleasa) y rellenado de huecos (actividad polimerasa). Finalización: Cada hebra copiada se enrolla con su hebra molde formando la doble hélice.

PROCESO DE REPLICACIÓN 3. CORRECCIÓN DE ERRORES.: Comprobación de que la copia es correcta. ( vida de la célula y del organismo dependen de que la información genética) Actividad autocorrectora de las ADN polimerasas.(ADN polimerasa III y la ADN polimerasa I ) es el principal sistema de prevención de errores. Repasan la cadena formada y pueden detectar y sustituir nucleótidos que han sido mal colocados. p (error): 1 /108 nucleótidos incorporados. Corrección postreplicativa. Existe una maquinaria enzimática que corrige los posibles errores cometidos durante la replicación. Las enzimas reconocen los nucleótidos o fragmentos de ADN anómalos y los eliminan y otras los sustituyen por los correctos. Finalmente, las enzimas ligasas vuelven a unir el fragmento corregido. p (error): 1 /1010nucleótidos incorporados.

PROCESO DE REPLICACIÓN DIFERENCIAS DEL PROCESO ENTRE EUCARIOTAS Y PROCARIOTAS En P tiene un único origen de replicación (OriC) y en E entre 10000 y 100000 burbujas (proceso mucho más veloz) En E: síntesis de histonas. Las nuevas se incorporan a la hebra retardada. Fragmentos de Okazaki son menores en E que en P. En P existen 3 ADN pol y en E 5.

REPLICACIÓN EN EUCARIOTAS Y PROCARIOTAS