BIOLOG Í A MOLECULAR. BRENDA ARACELY DOMÍNGUEZ ARVIZU TEMA: 3. REPLICACIÓN DEL DNA.

ÍNDICE. Modelos de replicación. Concepto de Replicación. -Experimento de Meselson y Stahl. Características generales: -Origen de replicación. -Bidireccionalidad. -Secuencialidad. -Discontinua. DNA Polimerasas. Proceso general: -Iniciación. -Elongación. -Terminación.

EXISTEN TRES POSIBLES MODELOS DE REPLICACIÓN.  Semiconservadora (modelo correcto). En cada una de las moléculas hijas se conserva una de las cadenas originales.  Conservadora. Se sintetiza una molécula totalmente nueva, copia de la original.  Dispersora, o dispersante. Las cadenas hijas constan de fragmentos de la cadena antigua y fragmentos de la nueva.

F ORMAS ALTERNATIVAS DE REPLICACIÓN DEL DNA.

E XPERIMENTO DE M ESELSON Y S TAHL : REPLICACIÓN SEMICONSERVATIVA. La copia de DNA fue marcada con el isótopo N15. Este DNA entró a una ronda de replicación con N14 y después la mezcla fue centrifugada de manera que el DNA pesado (2 hebras N15) formara una banda baja en el tubo, el DNA intermedio (1 hebra N15 y 1 hebra N14) una banda más ligera y más arriba del tubo y el DNA ligero (N14) formara una banda más arriba de los dos anteriores.

Los resultados para cada modelo fueron:  Conservativa: Después de una generación una banda pesada y una banda ligera, el resultado no cambiaba después de varias generaciones.  Semiconservativa: Después de una generación una sola banda intermedia, después de varias generaciones, se generaba una banda ligera y una intermedia.

REPLICACIÓN DEL DNA. El proceso de replicación de DNA es el mecanismo que permite al DNA duplicarse (es decir, sintetizar una copia idéntica). Esta duplicación del material genético se produce de acuerdo con un mecanismo semiconservativo, lo que indica que las dos cadenas complementarias del DNA original, al separarse, sirven de molde cada una para la síntesis de una nueva cadena complementaria de la cadena molde, de forma que cada nueva doble hélice contiene una de las cadenas del DNA original.

El DNA se replica desenrollando la hélice y rompiendo los puentes de hidrógeno entre las hebras complementarias.

CARACTERÍSTICAS GENERALES.

ORIGEN DE REPLICACIÓN. La replicación comienza en sitios específicos conocidos como “origen de replicación”. Los orígenes de replicación son los puntos fijos que están a partir de los cuales se lleva cabo la replicación, que avanza de forma secuencial formando estructuras con forma de horquilla. Procariontes: Un origen de replicación. Eucariontes: Múltiples orígenes de replicación.

BIDIRECCIONALIDAD. A partir de cada origen se sintetizan las dos cadenas en ambos sentidos. Esto ocurre en la mayoría de los organismos, pero se dan excepciones en algunos procariontes debido a que los mecanismos de replicación que tienen lugar dependen de la propia estructura de su material hereditario (si el DNA es circular, lineal, bicatenario o monocatenario). Replicación bidireccional en bacteria con DNA circular.

SECUENCIALIDAD. o Sueoka y Yoshikawa (1963) realizaron estudios genéticos de complementación de mutaciones que permitieron determinar que desde los orígenes la replicación avanza de forma secuencial. o Las dos hebras nuevas se van alargando progresivamente, por adición secuencial de nucleótidos.

DISCONTINUA. La replicación siempre se produce en sentido 5' → 3', siendo el extremo 3'-OH libre el punto a partir del cual se produce la elongación del DNA. Esto planteó un problema, y es que las cadenas tienen que crecer simultáneamente a pesar de que son antiparalelas, es decir, que cada cadena tiene el extremo 5' enfrentado con el extremo 3' de la otra cadena. Por ello, una de las cadenas debería ser sintetizada en dirección 3' → 5'.

DNA P OLIMERASAS. Dichas enzimas catalizan la síntesis de las nuevas cadenas añadiendo nucleótidos sobre la cadena molde. La enzima copia la cadena de nucleótidos de forma complementaria para dar a cada célula hija una copia del ADN durante la replicación. Modo en que operan: En cada horquilla de replicación, la ADN polimerasa y otras enzimas sintetizan dos nuevas cadenas de DNA que son complementarias respecto a las 2 cadenas originales. De esta forma, la ADN polimerasa sintetiza el esqueleto de azúcar-fosfato de la cadena hija.

Además de participar en la elongación, desempeñan una función correctora y reparadora gracias a su actividad exonucleasa 3', que les confiere la capacidad de degradar el ADN partiendo de un extremo de éste.

EL PROCESO CONSTA DE TRES FASES: INICIACIÓN, ELONGACIÓN Y TERMINACIÓN.

INICIACIÓN.

Para que pueda formarse la horquilla de replicación es necesario que las dos cadenas se separen para sintetizar el cebador y el DNA de la cadena de nueva síntesis. Para ello el ADN debe desenrollarse y el punto de partida viene determinado por una secuencia específica de nucleótidos conocida como origen de replicación en la que hay gran cantidad de T y A.

Esta secuencia es reconocida por proteínas iniciadoras que controlan este proceso y enzimas conocidas como helicasas, que rompen los puentes de hidrógeno de forma que una vez unidas las proteínas iniciadoras al DNA provocan el desenrollamiento de estas regiones.

Para iniciar la replicación se requieren las helicasas y es así como tas contribuyen a la formación del origen de replicación.

U NA VEZ ABIERTA LA CADENA DE DNA SE UNEN OTRAS PROTEÍNAS Y ENZIMAS ADICIONALES : Proteínas SSB: encargadas de la estabilización del ADN monocatenario, impiden que el ADN se renaturalice o forme de nuevo la doble hélice, de manera que pueda servir de molde.

Las topoisomerasas evitan que se retuerzan y formen superenrrollamientos cortando una o ambas cadenas de DNA reponiéndolos.

ELONGACIÓN.

En el siguiente paso, la holoenzima DNA Pol III cataliza la síntesis de las nuevas cadenas añadiendo nucleótidos sobre el molde. La DNA polimerasa sintetiza las nuevas cadenas, complementarias a cada una de las cadenas primitivas. Esta síntesis se da bidireccionalmente desde cada origen, con dos horquillas de replicación que avanzan en sentido opuesto.

Se sintetiza el DNA en sentido 5’→ 3’ partiendo de un ARN cebador – molécula formada por nucleótidos de ARN catalizados por ARN primasas que contiene un grupo 3'hidroxilo libre que forma pares de bases con una hebra molde complementaria y actúa como punto de inicio para la adición de nucleótidos con el fin de copiar la hebra molde.

I NICIO DE LA SÍNTESIS DE DNA CON UN CEBADOR.

TERMINACIÓN.

o Cuando una DNA polimerasa hace contacto con el extremo de otro fragmento de Okazaki contiguo, el ARN cebador de este es eliminado y otra enzima, la DNA ligasa conecta los dos fragmentos de Okazaki de DNA recién sintetizado. o Una vez que se han juntado todos se completa la doble hélice de ADN.

Síntesis de cebadores, unión de fragmentos de Okazaki y eliminación de los cebadores.

FIN DE LA REPLICACIÓN. La Replicación termina cuando la secuencia de bases nitrogenadas corresponden a un triplete AUG que indica una pausa en la replicación y hasta ese punto se codifica la proteína, para dar paso a la traducción.

RESUMEN. La replicación es el proceso mediante el cual, a partir de una molécula de DNA progenitora, se sintetiza una nueva, originándose así dos moléculas de DNA hijas, de secuencia idéntica a la del DNA original. Esta constituida por tres pasos: Iniciación: -DNA doble cadena debe abrirse. -Ocurre desenrollamiento. Elongación: -Copia simultánea de ambas cadenas. - Replicación en dirección 5’ → 3’. Terminación: -Se completa la doble hélice de DNA y se da una pausa en la replicación.

E NZIMAS QUE INTERVIENEN EN LA R EPLICACIÓN. EnzimaAcciónFunción en la célula. DNA Polimerasa IAñade nucleótidos a la molécula de DNA en formación. Remueve cebadores de RNA. Llena huecos en el DNA, para reparación. Remueve los cebadores de RNA. DNA Polimerasa IIIAñade nucleótidos a la molécula de DNA en formación. Revisa y corrige la secuencia. Replica DNA. DNA girasa (topoisomerasa II) Promueve el superenrrollamiento. Mantiene la compactación del DNA. DNA helicasaSe une al DNA cerca de la horquilla de replicación. Promueve la separación de las hebras de DNA. Topoisomerasa IRelaja el DNA superenrrollado. Mantiene el nivel adecuado de enrollamiento. PrimasaHace cadenas pequeñas de RNA usando DNA como molde. Necesaria para que la DNA polimerasa replique la hebra “retrasada”.

GRACIAS!!

BIBLIOGRAFÍA.  Emma Jones, Ania L. Manson Lo esencial en célula y genética. 2ª Edición.  Lodish. Biología celular y Molecular. Editorial PANAMERICANA.  José Luque Cabrera. Texto ilustrado de Biología Molecular e Ingeniería Genética: conceptos, técnicas y aplicaciones en ciencias de la salud Editorial ELSEVIER.  