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BIOLOGA MOLECULAR Y GENTICA
BIOSNTESIS DEL ADN Y ARN
PARTE 2.
REPARACIN Y REGULACIN DEL ADN
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Otras protenas desenrollan la hebra molde
de ADN y estabilizan regiones de unas sola
hebra.
Las helicasas son enzimas que catalizan el
desenrollamiento del ADN parental,
emparejadas con la hidrlisis de ATP, a la
cabeza de la horquilla de la replicacin.
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Las protenas de unin
ADN monocatenario
estabilizan la hebra
molde de ADN
desenrollada,
mantenindola en un
estado de hebra nica
extendida para que sea
copiada por la
polimerasa.
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A medida que las hebras parentales se
desenrollan, el ADN a la cabeza de la
horquilla de replicacin esta siendo
forzado a girar.
Esta rotacin causara que las molculas
de ADN circular se enrollaran sobre s
mismas, bloqueando la replicacin.
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Esto se resuelve gracias a la intervencin de las TOPOISOMERASAS (enzimas que catalizan la rotura reversible y la unin de las hebras de ADN).
Aunque los cromosomas eucariotes estn compuestos por molculas de ADN lineares en lugar de circulares, su replicacin tambin requiere de topoisomerasas (los cromosomas rotaran continuamente durante la sntesis del ADN).
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La exactitud de la replicacin del ADN es
crtica para la reproduccin celular y las
estimaciones de mutacin para una variedad
de genes indican que la frecuencia de errores
durante la replicacin corresponde tan solo a
una base incorrecta por cada 108 a 109
nucletidos incorporados.
Uno de los mecanismos por los que el ADN
polimerasa aumenta la fidelidad de la
replicacin es la seleccin de la base correcta
para la insercin en el nuevo ADN sintetizado.
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La replicacin del ADN procariota y eucariota
comienza en una nica secuencias llamada ORIGEN
DE REPLICACIN, que sirve como un sitio especfico
de unin para protenas que inician la replicacin.
El paso clave es la unin de una protena iniciadora a
secuencias especficas del ADN dentro del origen.
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La protena iniciadora comienza desenrollando el
origen del ADN y recluta a las otras protenas
implicadas en la sntesis del ADN.
La helicasa junto con protenas de unin al ADN
monocatenario continan desenrollando y presentando
el ADN molde y la primasa inicia la sntesis de las
hebras conductoras.
Se forman 2 horquillas de replicacin que se mueven
en sentidos opuestos a lo largo del cromosoma.
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Aunque resulta suficiente un solo origen para
dirigir la replicacin de genomas bacterianos
y virales, se necesita mltiples orgenes para
replicar los genomas ms largos de las
clulas eucariotas en un perodo de tiempo
razonable.
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Por ej. el genoma completo de E. coli se replica partiendo de un solo origen en unos 30 minutos. Si los genomas de mamferos se replicaran de un solo origen esto requerira alrededor de 3 semanas. El problema se exacerba por el hecho de que el ritmo de la replicacin del ADN en las clulas de mamferos es 10 veces menor que en E. coli. Posiblemente como resultado del empaquetamiento del ADN eucariota en cromatina. El genoma de clulas eucariotas se replica en pocas horas puesto que necesita de miles orgenes de replicacin.
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El ADN como cualquier otra molcula es capaz de participar en diversas reacciones qumicas. Esto se debe a que el ADN sirve de copia permanente del genoma celular los cambios en su estructura tienen ms trascendencia que alteraciones en otros componentes celulares, como el ARN o las protenas. Las mutaciones pueden surgir de la incorporacin de bases incorrectas durante la replicacin del ADN.
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Adems se producen cambios espontneos como resultado
de la exposicin a agentes qumicos o radiacin.
Este tipo de daos en el ADN pueden bloquear la replicacin o
la transcripcin dando lugar a una alta frecuencia de
mutaciones que son inaceptables para reproduccin celular.
Para mantener la integridad de los genomas las clulas han
desarrollado mecanismos de reparacin del ADN daado y son:
1.- Inversin directa de la reaccin qumica responsable del
dao al ADN.
2.- Eliminacin de las bases daadas seguida de su reposicin
con ADN recin sintetizado.
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La mayora de los daos producidos en el
ADN son reparados mediante la
eliminacin de las bases daadas seguida
de la sntesis de la regin escindida.
La luz UV es una de las fuentes ms
importantes de dao del ADN.
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El principal tipo de dao inducido por la luz
UV es la formacin de DMEROS DE
PIRIMIDINA, en los que las pirimidinas
adyacentes en la misma hebra del ADN estn
unidas por la formacin de una anillo de
ciclobutano que resulta de la saturacin de
los dobles enlaces entre el carbono 5 y el 6.
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La formacin de dichos dmeros distorsiona la estructura de la cadena de ADN y bloque la transcripcin o replicacin al pasar por el dao, de manera que su reparacin est relacionada con la capacidad de las clulas para sobrevivir a la radiacin. Uno de los mecanismos de reparacin de los dmeros de pirimidina inducidos por UV es la inversin directa de la reaccin de dimerizacin. El proceso de denomina FOTORREACTIVACIN, puesto que la energa derivada de la luz visible se utiliza para romper el anillo ciclo butano. Las bases originales de pirimidina continan en el ADN ahora en su estado normal.
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Aunque la reparacin directa es una manera eficiente de tratar con tipos particulares de daos al ADN, la reparacin por escisin abarca la reparacin de gran variedad de alteraciones qumicas en el ADN. Los diferentes tipos de reparacin por escisin son los mecanismos ms importantes de reparacin del ADN en las clulas procariotas y eucariotas.
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En la reparacin por escisin, el ADN daado es reconocido y eliminado, como bases independientes o como nucletidos. El espacio vaco generado se rellena con la sntesis de una nueva hebra de ADN, utilizando la hebra complementaria no daada como molde. Los tres tipos de reparacin por escisin son:
reparacin por escisin de base
de nucletido y
por desapareamiento.
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La recombinacin homloga da lugar a la
reorganizacin de genes entre pares de
cromosomas sin alterar la disposicin de
los genes en el genoma.
Otros procesos recombinatorios
conducen a la reorganizacin del ADN
genmico.
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Algunas de estas organizaciones del ADN
son importantes para el control de la
expresin gnica en determinados tipos
clulas, otros desempean un papel evolutivo
al contribuir con la diversidad gnica.
El desarrollo del sistema inmune de
vertebrados, que reconoce las sustancias
extraas y proporciona proteccin frente a
agentes infecciosos, es un gran ejemplo de la
recombinacin especfica de lugar en las
eucariotas superiores.