Replicación, mantenimiento y reorganización del ADN

Ciclo celular y replicación del ADN

• EL ADN es la molécula que permite perpetuar la vida.

LA REPLICACIÓN DEL ADN: Es esencial que la replicación permita la transmisión fiel de la información genética de padres a hijos.

Ocurre durante la fase S del ciclo celular.

ADN • • • • • La molécula de ADN es una doble hélice antiparalela (Watson y Crick 1953) La función codificante del ADN está determinada por la secuencia de sus nucleótidos (bases) Para la replicación del ADN, se necesita una maquinaria enzimática: ADN polimerasas: desempeñan funciones de replicación y reparación.

En procariotas: Polimerasas I: Reparación y asistencia en replicación Polimerasas II: Reparación Polimerasa III: Replicación (+++) En eucariotas: ADN polimarasa alfa: Síntesis de ADN nuclear, y participa en la reparación del ADN ADN polimerasa delta: Síntesis de ADN nuclear, actividad correctora ADN polimerasa gamma: Síntesis de ADN mitocondrial ADN polimerasa epsilon: Participa en la reparación del ADN, actividad correctora ADN polimerasa beta: Participa en la reparación del ADN

Todas las ADN polimerasas añaden un desoxirribonucleósido 5 ´-trifosfato al grupo 3´hidroxilo de una cadena de ADN creciente (hebra cebadora)

Las ADN polimerasas : Catalizan la elongación de las cadenas de ADN usando como sustratos nucleótidos trifosfato, se forma un enlace fosfodiéster y a medida que se incorporan a la cadena recién formada, liberan 2 grupos fosfatos terminales.

Replicación del ADN

Síntesis de las hebras conductora y tardía de ADN La hebra conductora se sintetiza de forma contínua en la dirección del movimiento de la horquilla de replicación. La hebra tardía se sintetiza en pequeños fragmentos en sentido opuesto al resto de la replicación.

Los fragmentos de Okazaki se unen por acción de la ADN ligasa.

ADN: otras enzimas que participan en su replicación son:

Topoisomerasas

: rompen en forma reversible las cadenas de ADN.

Topoisomerasa I

: rompe sólo una cadena de ADN.

Topoisomerasa II:

. rompe en forma simultánea ambas cadenas.

Helicasas

: desenrollan las 2 cadenas de ADN y se ubican en la cabeza de la horquilla de replicación

Primasas

: sintetizan los iniciadores de ARN (cebadores o primers) que se necesitan para iniciar la replicación

Ligasas

: catalizanla formación de enlaces covalentes entre los fragmentos de Okazaki en la síntesis de la cadena de ADN retrasada, y entre los segmentos viejos y nuevos formados durante la reparación del ADN

Proteinas de unión al ADN monocatenario

: estabilizan la cadena molde de ADN desenrrollada manteniéndola en un estado de cadena única para ser copiada por la polimerasas.

Origen de los fragmentos de Okazaki con cebadores de ARN Los fragmentos cortos de ARN sirven como iniciadores sobre los que puede actuar la ADN polimerasa

Eliminación de los cebadores de ARN y unión de los fragmentos de Okazaki

ADN polimerasa rellena los espacios entre los fragmentos de Okasaki ADN ligasa

ADN polimerasas en bacterias y en mamíferos Síntesis de hebra conductora Síntesis hebra retrasada

Proteínas accesorias a la polimerasa RPC: proteína de enganche de carga PCNA: Antígeno nuclear de células proliferativas. Proteína de enganche deslizante.

Acción de la helicasa y de las proteínas de unión al ADN de cadena simple

Acción de las topoisomerasas durante la replicación del ADN Cuando las dos hebras de ADN están desenrolladas, el ADN de la cabeza de la horquilla de replicación rota en direcció opuesta, las moléculas circulares se enrollan sobre sí mismas.

Las topoisoerasa catalizan la rotura y la unión reversible de las hebras de ADN

B A Doble lectura de la ADN polimerasa (delta y epsilon en eucariontes, III en procariontes) C D

Orígen de replicación en E coli

Orígenes de replicación en cromosomas eucarióticos Múltiples orígenes, cada uno produce una horquilla de replicación

El complejo de reconocimiento del origen (ORC) reconoce a una secuencia conservada y recluta a proteínas adicionales incluída la MCM helicasa.

Acción de las telomerasas El ADN telomérico es una secuencia repetidda simple con un extremo 3 ´ suelto en la hebra conductora recién sintetizada.

La telomerasa tiene su propia molécula de ARN complementaria del ADN telomérico con el que se une.

Herencia epigenética de H3 centromérica

Reparación del ADN

Daño espontáneo del ADN

Daños al ADN inducidos por:

1. Reparación por inversión directa del ADN dañado

2. Reparación por escisión 2. a. Reparación por escisión de bases

2. b. Reparación por escisión de nucleótidos de los dímeros de timina

Ej. patológico: Xeroderma pigmentosa con producción de tumores cutáneos

2.b. Enzimas que participan en el sistema de reparación mediante escisión de nucleótidos en células de mamíferos.

XPC: reconoce lesiones en el ADN (ej. Dimeros de Timina)

XPB y XPD: helicasas Se desenrolla el ADN por las helicasas XPG y XPF/ERCC1: endonucleasas, se incorporan al compelo para eliminar el oligoucleótido dañado ADN polimerasa rellena el hueco y la ligasa lo sella.

2.b. Reparación por escisión de nucleótidos acoplada a la transcripción en células de mamíferos

3. Reparación por falta de complementariedad de bases (en procariontes)

3. Reparación por falta de complementariedad de bases (en eucariontes)

La mutación con pérdida de función de uno de los componentes de este sistema es responsable de la producción del 50% de los casos de cáncer colorectal hereditario no poliposo.

4. Síntesis de ADN translesión

5. Reparación de roturas de doble hebra

Alteraciones en este sistema de reparación pueden originar cáncer de mama hereditario (Ej. BRCA2).

Si hay una lesión en el DNA

Reparación del DNA Errores en la reparación Daño severo en el DNA Proliferación Normal Arresto del ciclo celular Proliferación anormal -Mutaciones Aberraciones Cromosómicas Apoptósis -Necrosis

Reorganización del ADN

1. Recombinación homóloga.

Ej. Meiosis en la gametogénesis

Modelo de Holliday para la recombinación genética homóloga

Identificación de la unión de Holliday mediante microscopía electrónica

Isomerización y resolución de las uniones de Holliday

Iniciación de la recombinación por roturas de doble hélice

Función de la proteína RecA en la recombinación genética homóloga

Filamentos formados por la unión de las proteínas RecA (procariontes) (A) y Rad 51 (humanos) (B) al ADN (microscopía eléctrónica)

Migración de ramas y resolución de las uniones o intermediarios de Holliday

1. Recombinación específica de sitio.

a. Transposición vía intermediarios de ADN (transposones).

1. Recombinación específica de sitio.

b. Transposición vía intermediarios de ARN (retrovirus).

Autoevaluación:

1) Explique qué ventaja evolutiva representa la actividad 3 ´ -5 ´ exonucleasa de algunas ADN polimerasas.

2) Mencione el conjunto de patologías más frecuentes que se producen como consecuencia del déficit de función del sistema de reparación de escisión de nucleótidos. 3) Explique por qué la alteración en el funcionamiento de los sistemas de reparación del ADN favorecen la aparición de neoplasias.

4) Explique qué ventaja evolutiva presentan los mecanismos de recombinación genética.

Autoevaluación:

5) Mencione en qué momento de la vida del hombre y de la mujer Se produce recombinación genética homóloga (integración con Histología y Embriología).

6) Explique qué diferencia presenta el nivel de expresión de la telomerasa entre una célula madre y células que adquirieron un destino celular determinado (integración con Histología y Embriología).