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ADN: Replicación, mutaciones y reparación., Apuntes de Biología

Materia: Biologia celular Contenidos expuestos: • Complejidad del ADN humano • Leyes de la replicación • Complejo prerreplicativo • Proceso replicativo • Síntesis de los telómeros • Actividad exonucleasa de la ADN polimerasa • Tipos de mutaciones en el ADN • Reparación de daños. Tipos

Tipo: Apuntes

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ADN: REPLICACIÓN, MUTACIONES Y REPARACIÓN
En este resumen, se expondrá:
Complejidad del ADN humano
Leyes de la replicación
Complejo prerreplicativo
Proceso replicativo
Síntesis de los telómeros
I. COMPLEJIDAD DEL ADN HUMANO
En los seres humanos, el genoma nuclear está
comprendido por aproximadamente 3.200
millones de pares de bases (Mb) donde la
eucromatina se compone de una cifra cercana a
las 2.950 Mb.
El genoma, está a su vez dividido en genes y
secuencias relacionadas (30%) y ADN extragénico
(70%).
- GENES Y SECUENCIAS RELACIONADAS
1. ADN codificante (1,5 %).
2. ADN no codificante (28,5 %). Incluye
intrones, secuencias reguladoras, etc.
- ADN EXTRAGÉNICO
1. Copia única/ bajo número de copias (21%)
2. ADN repetitivo (49%)
Repeticiones en tándem (5%)
Repeticiones dispersas
II. LEYES DE LA REPLICACIÓN
La replicación debe comenzar en determinados
puntos u orígenes de replicación. En organismos
complejos y con genomas muy grandes y
fragmentados en múltiples segmentos (como los
eucariotas), estos orígenes deben ser cientos o
miles para que el proceso tenga lugar en un
período de tiempo razonable. El
proceso de replicación comienza en
cada uno de estos orígenes aunque no
de manera simultánea y entonces, a
partir de esos orígenes, se produce de
manera bidireccional.
Por otro lado, la replicación del ADN es
asimétrica. Esto quiere decir que una
misma cadena se replica en forma
continua para un lado y discontinua para el lado
opuesto (se explica en el apartado IV)
III. COMPLEJO PRERREPLICATIVO
En este punto, en el origen de la replicación es
necesario el ensamblaje de un complejo
prerreplicativo donde intervienen:
- Orc 1-6 (factores de reconocimiento del
origen)
- Proteínas Cdc 6
Estos elementos se acoplan a los diferentes
orígenes de replicación y permiten la unión de las
enzimas de actividad ADN helicasa denominadas
Mcm. La función principal de estas moléculas es
abrir a su paso la doble hélice separando las dos
cadenas, previamente unidas por enlaces puente
hidrógeno, y dando lugar a una formación en
forma de Y llamada horquilla de replicación. La
incorporación de las ADN helicasas a los orígenes
de replicación supone la formación del
denominado complejo prerreplicativo. Es a partir
de este momento cuando el ADN “tiene licencia”
para comenzar la replicación.
IV. PROCESO DE LA REPLICACIÓN
La replicación del material genético comienza con
la apertura de la doble hélice y la formación de la
burbuja de replicación. Esto implica un
superenrollamiento en los
extremos y, por
consiguiente, una tensión
importante. Para liberar
significativamente esta
tensión, actúan las
topoisomerasas de ADN.
Por cada burbuja de
replicación van a formarse
dos horquillas de
Actividad exonucleasa de la ADN
polimerasa
Tipos de mutaciones en el ADN
Reparación de daños. Tipos
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ADN: REPLICACIÓN, MUTACIONES Y REPARACIÓN

En este resumen, se expondrá:

 Complejidad del ADN humano  Leyes de la replicación  Complejo prerreplicativo  Proceso replicativo  Síntesis de los telómeros

I. COMPLEJIDAD DEL ADN HUMANO

En los seres humanos, el genoma nuclear está comprendido por aproximadamente 3. millones de pares de bases (Mb) donde la eucromatina se compone de una cifra cercana a las 2.950 Mb.

El genoma, está a su vez dividido en genes y secuencias relacionadas (30%) y ADN extragénico (70%).

  • GENES Y SECUENCIAS RELACIONADAS
  1. ADN codificante (1,5 %).
  2. ADN no codificante (28,5 %). Incluye intrones, secuencias reguladoras, etc.

- ADN EXTRAGÉNICO

  1. Copia única/ bajo número de copias (21%)
  2. ADN repetitivo (49%)  Repeticiones en tándem (5%)  Repeticiones dispersas

II. LEYES DE LA REPLICACIÓN

La replicación debe comenzar en determinados puntos u orígenes de replicación. En organismos complejos y con genomas muy grandes y fragmentados en múltiples segmentos (como los eucariotas), estos orígenes deben ser cientos o miles para que el proceso tenga lugar en un período de tiempo razonable. El proceso de replicación comienza en cada uno de estos orígenes aunque no de manera simultánea y entonces, a partir de esos orígenes, se produce de manera bidireccional.

Por otro lado, la replicación del ADN es asimétrica. Esto quiere decir que una misma cadena se replica en forma

continua para un lado y discontinua para el lado opuesto (se explica en el apartado IV)

III. COMPLEJO PRERREPLICATIVO

En este punto, en el origen de la replicación es necesario el ensamblaje de un complejo prerreplicativo donde intervienen:

  • Orc 1-6 (factores de reconocimiento del origen)
  • Proteínas Cdc 6

Estos elementos se acoplan a los diferentes orígenes de replicación y permiten la unión de las enzimas de actividad ADN helicasa denominadas Mcm. La función principal de estas moléculas es abrir a su paso la doble hélice separando las dos cadenas, previamente unidas por enlaces puente hidrógeno, y dando lugar a una formación en forma de Y llamada horquilla de replicación. La incorporación de las ADN helicasas a los orígenes de replicación supone la formación del denominado complejo prerreplicativo. Es a partir de este momento cuando el ADN “tiene licencia” para comenzar la replicación.

IV. PROCESO DE LA REPLICACIÓN

La replicación del material genético comienza con la apertura de la doble hélice y la formación de la burbuja de replicación. Esto implica un superenrollamiento en los extremos y, por consiguiente, una tensión importante. Para liberar significativamente esta tensión, actúan las topoisomerasas de ADN.

Por cada burbuja de replicación van a formarse dos horquillas de

 Actividad exonucleasa de la ADN polimerasa  Tipos de mutaciones en el ADN  Reparación de daños. Tipos

replicación , una a cada lado, que se abrirán progresivamente en direcciones contrarias.

La doble cadena de ADN se compone de dos cadenas antiparalelas, como se mencionó. Esto es: un extremo es llamado 5´ ( cadena retrasada/discontinua ), y el otro 3´ ( cadena adelanta/continua ).

Unas enzimas, helicasas se encargan de abrir la doble hélice.

Las burbujas de replicación son estabilizadas por diversas proteínas de unión a ADN monocatenario (SSBP). Éstas regulan el origen de replicación y la unión de las ADN polimerasas , importantes estructuras funcionales para la producción de las nuevas cadenas a sintetizar.

Otros complejos enzimáticos de gran importancia para este proceso son la ADN ligasa (la cual une y “liga” fragmentos sintetizados por la ADN polimerasa) y la ADN primasa (que coloca pequeños fragmentos (primers) de ARN complementarios para que la ADN polimerasa comience a sintetizar).

Es importante aclarar que cada cadena no puede ser replicada de la misma manera, ya que la ADN polimerasa únicamente tiene dirección de síntesis 5´ a 3´; esto es, que la cadena más “fácil” de sintetizar es la adelantada o continua. La cadena retrasada o discontinua tiene un proceso más extenso. Se explica la síntesis de cada cadena paso a paso a continuación:

  • CADENA ADELANTADA/CONTINUA
  1. ADN primasa coloca un primer de ARN
  2. ADN polimerasa sintetiza la nueva cadena complementaria a la molde 3. Se remueve el primer y se reemplaza por nucleótidos correspondientes de ADN.

- CADENA RETRASADA/DISCONTINUA

  1. ADN primasa coloca varios primers para permitir el trabajo continuo, en varios fragmentos, de la ADN polimerasa.
  2. ADN polimerasa sintetiza, en cada fragmento, la cadena complementaria ( fragmentos de Okazaki ).
  3. Los primers son retirados y la ADN ligasa une los fragmentos de ADN recién sintetizados.

La reacción propia de síntesis o elongación de la cadena de cebador tiene lugar siempre en dirección 5´3´ de la cadena que se está sintetizando; esto es, el nuevo desoxinucleótido se añade en el extremo 3´ de la hebra en crecimiento (donde radica el grupo OH libre del anterior) por el grupo fosfato unido a su carbono en 5´. De esta manera se forma un enlace fosfodiéster con liberación de dos grupos fosfato del desoxinucleótido.

V. LA SINTESIS DE LOS TELÓMEROS

Los telómeros son regiones en la cadena de ADN que se encuentran al final de los cromosomas. Actúan como tapones de los extremos de los cromosomas que protegen las regiones internas de los mismos. El problema es que se “desgastan” por cada replicación. Expliquemos.

Redactado por: Delgado, María Guadalupe

 Teniendo en cuenta los efectos sobre el gen:

  1. Silenciosas o sinónimas: No provocan cambios en el aminoácido codificado.
  2. Con cambio de sentido: Provocan un cambio en el aminoácido codificado
  3. Sin sentido: Un codón de parada provoca la terminación prematura de la traducción. El resultado es una proteína truncada.  Según las células a las que afecta:
  4. Somáticas: Afectan a células no gaméticas (es decir, las mutaciones no se pueden heredar).
  5. Germinales: Se producen en células que producirán gametos. Esto hará que las mutaciones se transmitan a la descendencia, dando lugar a organismos que tendrán la mutación en todas sus células.  Según los efectos fenotípicos:
  6. Letales: Provocan la muerte prematura del organismo.
  7. Condicionales: Sus efectos pueden observarse únicamente en ciertas condiciones.
  8. Con pérdida de función: Producen la ausencia completa o parcial de la función de la proteína, producto del gen.
  9. Con ganancia de función: Dan lugar a una activación constitutiva de la proteína.  Según el modo en que se producen las mutaciones:
  10. Espontáneas: Surgen de manera natural sin que haya factores físico-químicos que las condicionen.
  11. Inducidas: Causadas por factores físico- químicos externos.

VIII. REPARACIÓN DE DAÑOS EN EL ADN.

Los daños ( cualquier cambio que introduce una desestructuración de la doble hélice ) ocurridos en el ADN deben ser reparados para mantener la integridad del genoma. Se incluyen:

  • Roturas de enlaces fosfodiéster.
  • Eliminación de bases.
  • Incorporación covalente de grupos reactivos.
  • Conversión de una base en otra.
  • Introducción de enlaces covalentes entre bases de la misma cadena de ADN.

El daño en el ADN activa genes que provocan una parada en el ciclo celular , con el fin de reparar dicho daño. Si esto no es posible, la célula muere por apoptosis (muerte celular programada).

 Si el daño ocurre en una sola hebra del ADN.

Acción de exonucleasa de la ADN polimerasa delta

Reparación por escisión de bases

Nucleótido sin base

Nuevo nucleótido correcto

Desaminación convierte base de citosina en uracilo

Se detecta y elimina uracilo por la ADN-N-glucosilasa dejando nucleótido sin base.

El nucleótido sin base se elimina por una endonucleasa, dejando un espacio pequeño en el esqueleto de ADN.

ADN polimerasa beta coloca la base correcta y la ADN ligasa une fragmentos.

Reparación por escisión de nucleótidos.

Reparación por mal apareamiento

 Si el daño es por rotura de la doble cadena.

Unión de extremos no homólogos

Recombinación homóloga.

Este mecanismo es “desordenado” y, por lo general, resulta en la pérdida, y a veces adición, de nucleótidos en el sitio de corte. Esto lleva a mutaciones.

Se utiliza la información del cromosoma homólogo que coincide con la del dañado (o de una cromátida hermana si el ADN se ha copiado) para reparar la fragmentación.