TEMA Nº 14: Replicación de DNA. Características. Mecanismo

y enzimas involucradas. Inhibidores. Regulación.

Diferencias entre procariontes y eucariontes

Trujillo, 10 de Octubre de 2010

Universidad Nacional de TrujilloFacultad de Farmacia y Bioquímica- Dpto. Bioquímica Cátedra de Bioquímica y Análisis ClínicosAsignatura Bioquímica II

Docente: Msc. Anabel González Siccha

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Ácidos Nucleicos Formados por subunidades llamadas

nucleótidos; pueden ser un solo nucleótido o una cadena larga de nucleótidos.

Ácidos NucleicosÁcidos nucleicos de

cadena larga: Ácido desoxirribonucleico

(ADN): material genético de todas las células vivas.

Ácido ribonucleico (ARN): material genético de algunos virus; transfiere la información genética del ADN a las proteínas.

Función del ADN ¿Por qué es tan

importante que los cromosomas pasen de la célula madre a las células hijas?

Los cromosomas están formados por genes, los segmentos de ADN que son las unidades de la herencia.

Los genes controlan características como: Color del pelo Tipo de sangre Color de la piel Color de los ojos

Una molécula de ADN se compone de dos cadenas de nucleótidos unidas por puentes de hidrógeno entre las bases nitrogenadas.

Las cadenas de nucleótidos forman una espiral alrededor de un centro común.

La forma espiral de la molécula es una doble hélice.

Estructura del ADNEstructura del ADN

Estructura del ADN Los nucleótidos están unidos por enlaces

entre el grupo fosfato de un nucleótido y el azúcar del siguiente nucleótido.

Se forma una larga cadena de nucleótidos enlazados del fosfato al azúcar.

Las bases nitrogenadas se extienden hacia dentro desde la cadena azúcar-fosfato. En el ADN hay 4 bases: adenina (A), citosina (C), guanina (G) y

timina (T).

Doble hélice, formada por cadenas orientadas en direcciones opuestas (antiparalelas).

La estructura se mantiene por enlaces de hidrógeno entre las bases nitrogenadas que se encuentran orientadas hacia el interior de las cadenas

REPLICACION Es el proceso

mediante el cual la molécula de ADN hace copias de sí misma (y, por tanto del cromosoma).

En el núcleo hay muchos nucleótidos libres que son los bloques de construcción del nuevo ADN .

Características de la Replicación Es semiconservativa Es ordenada, secuencial, uni y

bidireccional, las hebras van en dirección de 3’ a 5’ y la otra en dirección de 5’ a 3’,

Son antiparalelas Requiere de un molde y un cebador Es discontinua, una hebra se sintetiza en

fragmentos de ARN y ADN (F.O.) Utiliza sustratos activados dNTPs Es el proceso enzimático más exacto que

se conoce.10

Modelos de replicación:

conservativo

semi-conservativo

disperso

¿ unidireccional / bidireccional ?

Direccionalidad de la replicación:

Formas de replicación:

En general, es Bidireccional:• genomas bacterianos• cromosomas de células eucariotas

En algunos casos es Unidireccional, ej: • en el ADN mitocondrial• en algunos virus

Tema 6: Estructura y replicación del material genético

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Las polimerasas conocidas añaden nucleótidos solamente en la dirección 5’ 3’

5’3’

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La Replicación

Enzimas:TopoisomerasasHelicasasSSBPrimasaADN pol IADN pol IIIDNA ligasa

Etapas de la Replicación1. Iniciación: Participan las

enzimas Helicasa que abre la cadena y ATP, requiere de unas proteínas de unión simple que protegen a las cadenas de ADN separadas, y se forma un promotor replicativo móvil. Se adiciona un segmento corto de RNA (10-200 nt de largo) por acción de la RNA polimerasa.

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Modelo de acción de las helicasas

G. Waksman from S. Korolev et al., Cell (1997) 90:635-647.

Helicasas: catalizan el desenrollamiento de la doble hélice, rompen los puentes de hidrógeno

Etapas de la Replicación2. Elongación: participa la ADN polimerasa III

que replica el ADN, requiere de d-NTP.Se forman enlaces entre los fosfatos y los

azúcares de los nucleótidos que se han apareado con las cadenas de ADN. El resultado es que se forman dos copias idénticas de la molécula original de ADN.

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Tema 6: Estructura y replicación del material genético

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El replisoma: una maquinaria de replicación extraordinaria

Tema 6: Estructura y replicación del material genético

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El replisoma: una maquinaria de replicación extraordinaria

3. Terminación: participan las ADN polimerasa I que saca los fragmentos de Okasaki y coloca ADN (su función es reparar y replicar), requiere de NAD y la ADN ligasa que une los segmentos contiguos de ADN.Las dos nuevas moléculas de ADN se enroscan y de nuevo toman la forma de una doble hélice.

Etapas de la Replicación

DNA pol I: en la replicación, sustituye el ARN (cebador) por ADN

ADNARN

dTTPPPi

H20UMP

T

A

U

T

A

A

DNA ligasa: une los segmentos contiguos de DNA en la reacción

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Etapas de la Replicación

Topoisomerasas de tipo I : cortan 1 sola hebra

La enzima se une covalentemente al extremo 5’ del corte formando un enlace fosfodiester con el OH- de la Tyr en el sitio activo.

Topoisomerasas de tipo II: corte de las 2 hebras

ADN girasa, la mas importante en la replicación de E. coli, adelante y atrás de la horquilla. Es un tetrámero.

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Replicación del DNAReplicación del DNA

•Replicación: continua (cadena adelantada, cebador sólo inicio) y discontinua (cadena retrasada)

•Discontinua•Cebador (pequeño RNA 2-60 nucleótidos añadido por enzima primasa o RNA pol que provee 3’ OH. •Fragmento de Okazaki por DNA pol III (1500 bp en procariotas y 150 en eucariotas)•Pol I elimina cebador 3’ -> 5’ y llena huecos (gap)•Ligación (DNA ligasa, enlace fosfodiéster)

Son eficaces drogas antibacterianas que inhiben a las topoisomerasas

Ejemplos: El ácido nalidíxico- antibiótico utilizado en

infecciones de las vias urinarias. Se une a la subunidad A de la girasa

Novobiocina : se une a la subunidad B

Inhibidores de la Replicación

Replicación : Procariontes • Enzimas que sintetizan (replican) el DNA

• E. coli • DNA polimerasa I (rellena huecos y

repara)• DNA polimerasa II y III (función

principal en la síntesis)•Añade bases en ambas cadenas en

la dirección 5’ 3’•Requiere un 3’ OH final

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Replicación : Eucariontes • Eucariotas

• 5 polimerasas y principal en replicación, y exonucleasas

• Corrección de pruebas: actividad 3’ 5’ exonucleotídica. Sustituye bases mal emparejadas (10-5) por correctas (10-7); mecanismos de reparación adicionales la reducen hasta 10-10

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Comparación de las polimerasas de DNA

procariotas y eucariotas

E. Coli

Mamífero Función

I Llenado de huecos y síntesis de la cadena retardada

II Corrección de lectura y reparación de DNA

Reparación de DNA

Síntesis de DNA mitocondrial

III Síntesis procesiva de la cadena lider

Genoma Mitocondrial El genoma mitocondrial consiste en una

sola molécula de ADN, cerrada y circular de dos hebras enrolladas entre sí.

El número de copias en cada mitocondria es numeroso y por ello en cada célula hay varios miles de ADN mitocondrial.

Los genes del ADN mitocondrial se distribuyen entre sus dos cadenas. Cuenta con un total de 37 genes de los que la mayor parte han de usarse para la maquinaria de síntesis de proteínas. 32

Herencia del DNA mitocondrial

•Participa : - Polimerasa•Región hipervariable. Genoma de 16571 pares de bases: Hebra pesada (H), Hebra liviana (L).

Características del genoma mitocondrial

El mtDNA carece de intrones No cumple la universalidad del código genético ya

que el codón UGA codifica para el triptófano y el AUA para la metionina.

Los codones AGA y AGG son codones de terminación y no existe tRNA para ellos. (Rubio, 1995)

Vulnerabilidad, Variabilidad y Gran posibilidad de mutación

Herencia materna Daño acumulativo con envejecimiento y Enf.

Degenerativas No existen sistemas de reparación

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Muchas Gracias

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