Dra Carmen Aída Martínez Duplicacion del ADN Dra Carmen Aída Martínez

Replicación La reproducción requiere la transmisión fiel de la información genética de padres a hijos Esto hace necesario una replicación exacta del ADN genómico completo Se necesita una compleja maquinaria para copiar las grandes moléculas de ADN que forman los cromosomas en procariotas y eucariotas Los virus utilizan esta maquinaria para replicar su ADN, alterando al ADN de la célula que infectó

Replicación como proceso Semiconservativo Cada hebra parental sirve como molde para la síntesis de una nueva hebra complementaria

Elementos necesarios para la replicación Enzima Principal: DNA Polimerasa Desoxirribonucleósidos 5’-trifosfatos (dNTPs) Proteínas adicionales: Primasa De enganche deslizantes y de carga (PCNA y RFC) Helicasa De unión al ADN monocatenario (RFA) Topoisomerasas Secuencias de ADN para iniciar la replicación Proteínas que reconocen esa secuencia (ORC)

ADN polimerasas Enzimas con la capacidad de copiar exactamente una hebra molde de ADN En procariotas se han identificado 3 variedades: ADN polimerasa I (con actividad de exonucleasa, elimina iniciadores) ADN polimerasa II (no se conoce bien su actividad) ADN polimerasa III (es la que coloca los nucleótidos)

ADN polimerasas En eucariotas se han identificado otros tipos de ADN polimerasas: a, d y e: son activas en las células en división (ADN polimerasa III) b: funciona como reparadora de ADN dañado (ADN polimerasa I) g: se localiza en la mitocondria

ADN mitocondrial

Características de las ADN polimerasas Todas las ADN polimerasas sintetizan ADN solo en dirección 5’ 3’ añadiendo a la cadena en crecimiento un dNTP al grupo 3’OH No son capaces de iniciar la síntesis del ADN de novo sino que necesitan de un cebador o iniciador preformado, esto solo pueden hacerlo las ARN polimerasas

5´a 3´dirección de crecimiento de la cadena ADN polimerasas Desoxirribonucleósido tri-fosfato entrante trifosfato Hebra recién sintetizada Desoxirribonucleósido tri-fosfato entrante Hebra patrón Hebra patrón pirofosfato 5´a 3´dirección de crecimiento de la cadena Hebra recién sintetizada

Enzimas que participan en la duplicación del ADN Topoisomerasas: catalizan la rotura reversible y la unión de las hebras de ADN, ruptura de puentes fosfodiester. Topoisomerasa I: reduce el número de enrollamientos negativos. Topoisomerasa II: ( DNA girasa) corta las dos cadenas y luego lo pasa por el lazo que ha formado.

Enzimas que participan en la duplicación del ADN Helicasa: Catalizan el desenrrollamiento de la doble cadena, rompiendo los puentes de hidrógeno, separa la doble cadena

Enzimas que participan en la duplicación del ADN Primasa: coloca fragmentos cortos de ARN en los fragmentos de Okasaki de la hebra rezagada Ligasa: se encarga de unir los fragmentos de Okasaki

ADN EUCARIOTA DNA polimerasas Enzimas con la capacidad de copiar exactamente una hebra molde de ADN Alfa: participa conjuntamente con la Primasa en la síntesis de los fragmentos de okazaki Beta: reparación del ADN dañado Delta: ensambla la hebra líder y la rezagada (polimerasa III) Gamma: replicación del ADN mitocondrial Epsilon: no esta definida su función

Proteínas accesorias en la transcripción Proteínas de enganche deslizantes (forma un anillo alrededor del ADN molde) y proteínas de enganche de carga (reconocen y se unen al ADN de la zona de unión entre el cebador y el molde) Proteínas de unión al ADN monocatenario: mantienen estable la hebra molde

REPLICACION DEL ADN 1. El ADN es desenrollado por las topoisomerasas 2. Luego se separan las 2 cadenas por medio de la helicasa

Horquilla de replicación El antiparalelismo del ADN representa el problema de síntesis 5’ 3’ Este es un modelo incorrecto de replicación, ya que la ADN polimerasa solo añade nucleótidos den dirección 5’ 3’

Horquilla de replicación Solamente una hebra del ADN se sintetiza de manera contínua (hebra adelantada o conductora) La otra hebra se forma a partir de pequeñas piezas discontinuas de ADN que se sintetizan al revés con respecto al movimiento de la horquilla de replicación (hebra rezagada o tardía) A estas piezas se les conoce como: Fragmentos de Okasaki

Se separan las 2 cadenas por medio de la helicasa Se unen a cada cadena simple las proteínas SSB que estabilizan las cadenas y evitan el enrollamiento El primer paso es la colocación de un pequeño fragmento de ARN por la enzima PRIMASA, este fragmento después es removido por una polimerasa con actividad exonucleasa. Proteinas SSB HELICASA

REPLICACION DEL ADN La polimerasa III coloca los nucléotidos complementarios en dirección 5’ - 3’ en ambas cadenas. 5’ 3’ 3’ 5’

Hebra recién sintetizada Hebra patrón Extremo 3´ Extremo 5´ Hebra recién sintetizada Hebra patrón Extremo 3´ pirofosfato Desoxirribonucleósido tri-fosfato entrante Extremo 5´

REPLICACION DEL ADN El crecimiento de ambas cadenas se lleva a cabo en dirección opuesta. 5’ 3’ 3’ 5’

REPLICACION DEL ADN En este ejemplo la cadena superior se sintetiza de 5’ 3’ detrás de la helicasa, en forma continua, por lo que se llama hebra líder. Mientras que la cadena inferior ya completó la colocación de nucleótidos en el segmento abierto inicialmente. Observe que otra polimerasa inicia detrás de la cadena ya formada la colocación de nuevos nucleótidos, esta es la hebra rezagada. 5’ 3’ 3’ 5’

Fragmentos de Okasaki La enzima primasa sintetiza segmentos de ARN 83-10 nucleótidos, llamados iniciadores, cebadores o “primers” (en eucariotas actúan la primasa y la ADN polimerasa a) Estos iniciadores se extienden con la ADN polimerasa (III en procariotas y ADN polimerasa d en eucariotas) Los iniciadores de ARN deben eliminarse y ser reemplazados por ADN en E. coli actúa una ARNasa H y la ADN polimerasa I En eucariotas actúan otras exonucleasas y la ADN polimerasa d Los fragmentos de Okasaki son unidos por ligasas

Origen de fragmentos de Okasaki

REPLICACION DEL ADN La enzima Ligasa une los fragmentos de la cadena rezagada, denominados fragmentos de OKASAKI. 5’ 3’ 3’ 5’

Eliminación de iniciadores

3’ 5’ A T A C T A G T A G C A T C A T T G A T C A T C G T G A 5’ 3’ Helicasa A T T G A T C A T C G T G A 5’ 3’

3’ 5’ 5’ A T A T A C T A G T A G C A T C 5’ 3’ 3’ 5’ T G A T C A T C G Esta hebra se sintetiza de manera continua de 5-3 detrás de la helicasa A T A T A C T A G T A G C A T C 5’ 3’ 3’ 5’ T G A T C A T C G T G A Esta hebra se sintetiza de manera discontinua de 5-3 en contra de la helicasa A T 5’ 3’ 3’

3’ 5’ 5’ A T A C T A T T G A A G T A G C A T C 5’ 3’ 3’ 5’ A T C T T C Dirección de la colocación de los nucleótidos 3’ 5’ A T C T T C G T G A U A C A A T A T G T 5’ 3’ Esta hebra se inicia con un fragmento de ARN iniciador corto colocado por la PRIMASA 3’

3’ 5’ 5’ A T A C T A G T A G C A T C A T T G A T C A G 3’ 5’ 3’ 5’ T A T A T A A C T U A C A T A T A T G T T C A T C G A G T A 5’ 3’ 3’

Una exonucleasa quita los segmentos de ARN y los remplaza por ADN 3’ 5’ 5’ A T A C T A G T A G C A T C A T T G A T C A G 3’ 5’ Una exonucleasa quita los segmentos de ARN y los remplaza por ADN 3’ 5’ T A T A T A A C T U A C A T A G A C A G A U C A T A T G T T C A T C G A G T A 5’ 3’ 3’

La ligasa se encarga de unir los fragmentos de Okasaki 3’ 5’ 5’ A T A C T A G T A G C A T C A T T G A T C A G 3’ 5’ La ligasa se encarga de unir los fragmentos de Okasaki 3’ 5’ T A T A T A A C T U A C A T A G A C A G A U C A T A T G T T C A T C G A G T A 5’ 3’ 3’

3’ 5’ A T A C T A G T A G C A T C A T T G A T C A G 3’ 5’ 3’ 5’ A T A C T A G T A G C A T C A T T G A T C A T C G T G A 5’ 3’ 3’

Replicación del ADN viral

Virus ARN Poseen una transcriptasa inversa Sintetiza una hebra de ADN a partir del ARN Luego, a partir de este ADN fabrica más copias de ARN

Enzimas que participan en la duplicación del ADN en células procariotas Topoisomerasas: desenrollan y enrollan el ADN Helicasa: rompe los puentes de hidrógeno, separa la doble cadena Polimerasa III: coloca los nucleótidos de ADN, reconocimiento y corrección de ensamblaje. Primasa: coloca fragmentos cortos de ARN en los fragmentos de Okasaki de la hebra rezagada Ligasa: se encarga de unir los fragmentos de Okasaki Polimerasa I: función exonucleasa, retira los fragmentos cortos de ARN y los reemplaza por ADN Polimerasa II: rellena brechas y facilita la síntesis de DNA dirigida por plantillas dañadas.

ADN Bacteriano

ADN mitocondrial Replicación igual a ADN procariota variación cada 20,000 mil años Información genética solo por línea materna