Biología celular: “Mecanismos moleculares que participan en el mantenimiento y la variación del ADN nuclear”

Seminario: 1

Biología celular: “Mecanismos moleculares que participan en el mantenimiento y la variación del ADN nuclear”

Desarrollo:

• Conceptos:

-Replicación del ADN 🡪 La cantidad de ADN se duplica, pero el número de cromosomas permanece invariable.

-ADN 🡪 doble cadena de nucleótidos en forma de hélice. Es de disposición antiparalela, el extremo 5`se aparea con el extremo 3`de la complementaria. Con extremo 3`y 5` se refiere a la disposición del carbono de a desoxirribosa que queda libre.

-El ADN se duplica en la fase S por completo, primero la eucromatina y luego la heterocromatina.

-Heterocromatina 🡪 estructura cromática que no altera su nivel de condensación o compactación a lo largo del ciclo celular, permaneciendo condensadas durante la interfase y permaneciendo inactiva para la transcripción y la expresión génica, es por ello transcripcionalmente inactiva. La heterocromatina se localiza principalmente en la periferia del núcleo cerca de la envoltura nuclear y la eucromatina en el interior del nucleoplasma.

-La heterocromatina se subdivide en dos tipos:

        /Heterocromatina constitutiva: aparece condensada en todos los tipos celulares, contiene pocos genes y está formada principalmente por secuencias repetitivas localizadas en grandes regiones coincidentes con centrómeros y telómeros cromosómicos.

        /Heterocromatina facultativa: la cual solo se condensa en ciertos tipos celulares o en momentos especiales del desarrollo. Las secuencias de DNA en esta forma de cromatina tienen la facultad (de ahí su nombre) de que pueda ser empaquetada como heterocromatina sin ser transcrita en un tipo celular dado, pero que se empaquete como eucromatina y los genes codificados en la misma no permanezcan silenciados en otros tipos celulares.

-Semiconservativa 🡪 cada hebra parental sirve como molde para la síntesis de una nueva hebra hija complementaria.

-Bidireccional 🡪 A partir del origen de replicación ocurre el desenrrollamiento en ambos sentidos y la replicación en ambos sentidos. Primero la hebra adelantada y luego la retrasada. Se forma una burbuja de replicación y hacia uno de los lados se la llama horquilla de replicación.

Discontinua: porque la ADN polimeraza sintetiza ADN solo en dirección 5-3 por lo tanto cuando se sintetiza la hebra 5`- 3`se hace en contra del sentido de avance de la horquilla.

• Pasos de la replicación:

1. [pic 1]Se separa la doble cadena de ADN por la acción de la helicasa, se necesitan dos helicasas ya que cada una formará una de las horquillas. Los orígenes de replicación a partir de donde va a actuar la helicasa tienen secuencias especiales de ADN: todos poseen una secuencia común denominada ARS, al que se unen complejos proteicos como el pre-RC que lleva al comienzo de la replicación cuando es inducido por el factor promotor de la fase S. Luego la cadena simple es estabilizada por la proteína desestabilizante de la helice . Las toipoisomerasas I y II evitan el superenrollamiento en el extremo de la horquilla.
2. [pic 2]Comienza la polimerización de los nucleótidos: La ADN primasa coloca un cebador en el origen de replicación y le permite unirse a la ADN pol y se sintetiza la cadena continua. Luego se colocan cebadores en la cadena discontinua y la ADN polimerasa sintetiza los Fragmentos de Okasaki uno por cada primer. La nucleasa retira los primers, y la ADN pol completa los espacios con ADN. La ligasa une los extremos
3. Función de la telomerasa

• ADN polimerasas

-ADN polimerasa: cataliza la unión de los desoxirribonucleotidos 5´-trifosfato (dNTP) para formar la cadena de ADN en crecimiento. Llevan a cabo la síntesis de la nueva cadena de ADN emparejando los desoxirribonucleótidos trifosfato (dNTP) de la hebra cebadora ya existente con los desoxirribonucleótidos complementarios correspondientes del ADN hebra molde. 

-Lee e hidroliza de 3´a 5´y sintetiza de 5´a 3´, agrega dNTP al grupo 3 hidroxilo libre de la cebadora.

-En procariotas: ADN pol III:  replica el ADN.

-En eucariotas: hay 3 ADN pol (α δ ε) para la replicación del ADN nuclear

-En mitocondrias: ADN pol γ: replica el ADN mitocondrial

-Las ADN pol pueden añadir un nuevo desoxirribonucleótido solo a una hebra cebadora ya existente que se encuentra unida mediante puentes de hidrógeno a una hebra molde; no son capaces de iniciar la síntesis de ADN de novo mediante la catálisis de la polimerización de dNTP libres. En este sentido, las ADN pol difieren de las ARN pol, que pueden iniciar la síntesis de una nueva hebra de ARN en ausencia de un cebador.

-Doble lectura ADN polimerasa delta y elipson: Ante la incorporación incorrecta de una base y su mal apareamiento, las bases no se unen a la hebra molde por puentes de hidrogeno. Este error en el extremo 3 de la cadena en crecimiento es reconocido y eliminado por la actividad exonucleasa (que puede hidrolizar ADN en sentido 3-5) de la ADN pol, que necesita un cebador unido por puentes de hidrógenos a la hebra molde para seguir con la síntesis. Se escise el nucleótido incorrecto, y se incorpora el nucleótido correcto.

• Replicación:

-Horquilla de replicación 🡪 Hay una por cada hebra (2x molec de ADN): regiones de la síntesis activa de ADN. En cada horquilla las hebras moldes son separadas y se sintetizan las dos nuevas hebras hijas.

-Hebras sintetizadas:

        /Conductora o adelantada: se sintetiza de manera continua en la dirección de la replicación del ADN

        /Tardía o retrasada: se forma a partir de pequeñas piezas discontinuas de ADN (fragmentos de Okazaki) que se sintetizan al revés con respecto al movimiento de la horquilla de replicación, se unen por la acción de la ADN ligasa formando una nueva hebra intacta.

-Cebadores 🡪 Fragmentos cortos de ARN complementarios a la hebra molde del origen de replicación, sintetizadas por la primasa (la síntesis puede iniciarse de novo). Los fragmentos de Okazaki se sintetizan mediante la extensión de estos iniciadores de ARN por la ADN pol. Para formar una hebra tardía contínua de ADN, los iniciadores de ARN deben eliminarse de los fragmentos de Okazaki y ser sustituidos con ADN.

/En procariotas, los cebadores de ARN son eliminados mediante la acción de la ADN Pol I (exonucleasa).

/En células eucariotas, los cebadores de ARN son eliminados por la acción combinada de la ARNasa H o nucleasa. Los huecos resultantes son rellenados por la ADN pol δ y los fragmentos de ADN son unidos mediante la ADN ligasa, generando una hebra tardía intacta.

-Helicasas 🡪 Enzimas que catalizan el desenrollamiento del ADN parental, emparejadas con la hidrólisis de ATP.

-Proteínas de unión al ADN monocatenario o  desestabilizantes e la hélice o SSBP (una sola hebra) 🡪 Estabilizan la hebra molde de ADN desenrollada, manteniéndola en un estado de hebra única extendida para que sea copiada por la pol.

-Nucleasa 🡪 Quita el primer o cebador de ARN.

-Topoisomerasas🡪 corrige el superenrrollamiento que realiza la horquilla. Realizan cortes transitorios en el frente de avance para disminuir la tensión. Función de nucleasa (cortan ADN) y ligasa (unen ADN)

/Topoisomerasas del tipo I: rompen solo una hebra de ADN

/Topoisomerasas del tipo II o girasa: introducen roturas simultáneas en ambas hebras y desenrolla cantidades mayores de ADN.

> En procariotas, también es necesaria para separar las nuevas moléculas replicadas de ADN circular que aparecen entrelazadas las unas con las otras.

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