duplicacion del adn dra carmen aída martínez. replicación la reproducción requiere la...
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Duplicacion del ADNDuplicacion del ADN
Dra Carmen Aída MartínezDra Carmen Aída Martínez
ReplicaciónReplicación La reproducción requiere la transmisión fiel de la La reproducción requiere la transmisión fiel de la
información genética de padres a hijosinformación genética de padres a hijos
Esto hace necesario una replicación exacta del ADN Esto hace necesario una replicación exacta del ADN genómico completogenómico completo
Se necesita una compleja maquinaria para copiar las Se necesita una compleja maquinaria para copiar las grandes moléculas de ADN que forman los grandes moléculas de ADN que forman los cromosomas en procariotas y eucariotascromosomas en procariotas y eucariotas
Los virus utilizan esta maquinaria para replicar su Los virus utilizan esta maquinaria para replicar su ADN, alterando al ADN de la célula que infectóADN, alterando al ADN de la célula que infectó
Replicación como proceso Replicación como proceso SemiconservativoSemiconservativo
Cada hebra parental Cada hebra parental sirve como molde para sirve como molde para la síntesis de una nueva la síntesis de una nueva hebra complementariahebra complementaria
Elementos necesarios Elementos necesarios para la replicaciónpara la replicación
Enzima Principal: Enzima Principal: DNA PolimerasaDNA Polimerasa
Desoxirribonucleósidos 5’-trifosfatos Desoxirribonucleósidos 5’-trifosfatos (dNTPs)(dNTPs)
Proteínas adicionales:Proteínas adicionales:– PrimasaPrimasa– De enganche deslizantes y de carga (PCNA y RFC)De enganche deslizantes y de carga (PCNA y RFC)– HelicasaHelicasa– De unión al ADN monocatenario (RFA)De unión al ADN monocatenario (RFA)– TopoisomerasasTopoisomerasas
Secuencias de ADN para iniciar la replicaciónSecuencias de ADN para iniciar la replicación
Proteínas que reconocen esa secuencia (ORC)Proteínas que reconocen esa secuencia (ORC)
ADN polimerasasADN polimerasas Enzimas con la capacidad de copiar Enzimas con la capacidad de copiar
exactamente una hebra molde de ADNexactamente una hebra molde de ADN En procariotas se han identificado 3 En procariotas se han identificado 3
variedades:variedades:– ADN polimerasa I (con actividad de ADN polimerasa I (con actividad de
exonucleasa, elimina iniciadores)exonucleasa, elimina iniciadores)– ADN polimerasa II (no se conoce bien su ADN polimerasa II (no se conoce bien su
actividad)actividad)– ADN polimerasa III (es la que coloca los ADN polimerasa III (es la que coloca los
nucleótidos)nucleótidos)
ADN polimerasasADN polimerasas
En eucariotas se han identificado otros En eucariotas se han identificado otros tipos de ADN polimerasas:tipos de ADN polimerasas: y y : son activas en las células en : son activas en las células en
división (ADN polimerasa III)división (ADN polimerasa III) funciona como reparadora de ADN funciona como reparadora de ADN
dañado (ADN polimerasa I)dañado (ADN polimerasa I) : se localiza en la mitocondria : se localiza en la mitocondria
ADN mitocondrialADN mitocondrial
Características de las Características de las ADN polimerasasADN polimerasas
Todas las ADN polimerasas sintetizan Todas las ADN polimerasas sintetizan ADN solo en dirección 5’ 3’ añadiendo a ADN solo en dirección 5’ 3’ añadiendo a la cadena en crecimiento un dNTP al la cadena en crecimiento un dNTP al grupo 3’OHgrupo 3’OH
No son capaces de iniciar la síntesis del No son capaces de iniciar la síntesis del ADN ADN de novode novo sino que necesitan de un sino que necesitan de un cebador o iniciador preformado, esto solo cebador o iniciador preformado, esto solo pueden hacerlo las ARN polimerasas pueden hacerlo las ARN polimerasas
ADN polimerasasADN polimerasas
pirofosfato
Desoxirribonucleósido tri-fosfato entrante
Desoxirribonucleósido tri-fosfato entrante
trifosfato
Hebra patrón
Hebra patrón
5´a 3´dirección de crecimiento de la cadena
Hebra recién sintetizada
Hebra recién
sintetizada
Enzimas que participan en la Enzimas que participan en la duplicación del ADNduplicación del ADN
Topoisomerasas:Topoisomerasas: catalizan la rotura catalizan la rotura reversible y la unión de las reversible y la unión de las hebras de ADN, ruptura de hebras de ADN, ruptura de puentes fosfodiester.puentes fosfodiester.
Topoisomerasa I:Topoisomerasa I: reduce reduce el número de el número de enrollamientos negativos.enrollamientos negativos.
Topoisomerasa IITopoisomerasa II: ( DNA : ( DNA girasa) corta las dos girasa) corta las dos cadenas y luego lo pasa cadenas y luego lo pasa por el lazo que ha por el lazo que ha formado.formado.
Enzimas que participan en la Enzimas que participan en la duplicación del ADNduplicación del ADN
Helicasa:Helicasa: Catalizan el Catalizan el desenrrollamiento de desenrrollamiento de la doble cadena, la doble cadena, rompiendo los rompiendo los puentes de hidrógeno, puentes de hidrógeno, separa la doble separa la doble cadenacadena
Enzimas que participan en la Enzimas que participan en la duplicación del ADNduplicación del ADN
Primasa:Primasa: coloca coloca fragmentos cortos de fragmentos cortos de ARN en los ARN en los fragmentos de fragmentos de Okasaki de la hebra Okasaki de la hebra rezagadarezagada
Ligasa:Ligasa: se encarga de se encarga de unir los fragmentos unir los fragmentos de Okasakide Okasaki
ADN EUCARIOTAADN EUCARIOTA
DNA polimerasasDNA polimerasas Enzimas con la capacidad de copiar exactamente Enzimas con la capacidad de copiar exactamente
una hebra molde de ADNuna hebra molde de ADN
Alfa:Alfa: participa conjuntamente con la Primasa en participa conjuntamente con la Primasa en la síntesis de los fragmentos de okazakila síntesis de los fragmentos de okazaki
Beta:Beta: reparación del ADN dañado reparación del ADN dañado Delta:Delta: ensambla la hebra líder y la rezagada ensambla la hebra líder y la rezagada
(polimerasa III)(polimerasa III) Gamma: Gamma: replicación del ADN mitocondrialreplicación del ADN mitocondrial Epsilon: Epsilon: no esta definida su funciónno esta definida su función
Proteínas accesorias en la Proteínas accesorias en la transcripcióntranscripción
Proteínas de enganche Proteínas de enganche deslizantes (forma un anillo deslizantes (forma un anillo alrededor del ADN molde) y alrededor del ADN molde) y proteínas de enganche de proteínas de enganche de carga (reconocen y se unen al carga (reconocen y se unen al ADN de la zona de unión ADN de la zona de unión entre el cebador y el molde)entre el cebador y el molde)
Proteínas de unión al ADN Proteínas de unión al ADN monocatenario: mantienen monocatenario: mantienen estable la hebra molde estable la hebra molde
REPLICACION DEL ADNREPLICACION DEL ADN
1. El ADN es desenrollado 1. El ADN es desenrollado por las topoisomerasaspor las topoisomerasas
2. Luego se separan las 2 2. Luego se separan las 2 cadenas por medio de la cadenas por medio de la helicasahelicasa
El antiparalelismo del El antiparalelismo del ADN representa el ADN representa el problema de síntesis problema de síntesis 5’ 3’5’ 3’
Este es un modelo Este es un modelo incorrecto de incorrecto de replicación, ya que la replicación, ya que la ADN polimerasa solo ADN polimerasa solo añade nucleótidos añade nucleótidos den dirección 5’ 3’den dirección 5’ 3’
Horquilla de replicaciónHorquilla de replicación
Horquilla de replicaciónHorquilla de replicación
Solamente una hebra del ADN se sintetiza de manera contínua (hebra Solamente una hebra del ADN se sintetiza de manera contínua (hebra adelantada o conductora)adelantada o conductora)
La otra hebra se forma a partir de pequeñas piezas discontinuas de La otra hebra se forma a partir de pequeñas piezas discontinuas de ADN que se sintetizan al revés con respecto al movimiento de la ADN que se sintetizan al revés con respecto al movimiento de la horquilla de replicación (hebra rezagada o tardía)horquilla de replicación (hebra rezagada o tardía)
A estas piezas se les conoce como: Fragmentos de OkasakiA estas piezas se les conoce como: Fragmentos de Okasaki
Proteinas SSBProteinas SSB HELICASAHELICASA
Se separan las 2 cadenas por medio de Se separan las 2 cadenas por medio de la helicasala helicasaSe unen a cada cadena simple las Se unen a cada cadena simple las proteínas SSB que estabilizan las proteínas SSB que estabilizan las cadenas y evitan el enrollamientocadenas y evitan el enrollamiento
El primer paso es la colocación de un El primer paso es la colocación de un pequeño fragmento de ARN por la pequeño fragmento de ARN por la enzima PRIMASA, este fragmento enzima PRIMASA, este fragmento después es removido por una después es removido por una polimerasa con actividad exonucleasa.polimerasa con actividad exonucleasa.
REPLICACION DEL ADNREPLICACION DEL ADN
3’
5’
5’
3’
La polimerasa III coloca los nucléotidos complementarios en La polimerasa III coloca los nucléotidos complementarios en dirección 5’ - 3’ en ambas cadenas.dirección 5’ - 3’ en ambas cadenas.
Hebra patrón
Hebra recién sintetizada
Extremo 5´
Extremo 5´
Extremo 3´
Extremo 3´
pirofosfato
Desoxirribonucleósido tri-fosfato entrante
REPLICACION DEL ADNREPLICACION DEL ADN
El crecimiento de ambas cadenas se lleva a cabo en El crecimiento de ambas cadenas se lleva a cabo en dirección opuesta.dirección opuesta.
3’
5’
5’
3’
REPLICACION DEL ADNREPLICACION DEL ADN
En este ejemplo la cadena superior se sintetiza de 5’ 3’ En este ejemplo la cadena superior se sintetiza de 5’ 3’ detrás de la helicasa, en forma continua, por lo que se llama detrás de la helicasa, en forma continua, por lo que se llama hebra líder. Mientras que la cadena inferior ya completó la hebra líder. Mientras que la cadena inferior ya completó la colocación de nucleótidos en el segmento abierto colocación de nucleótidos en el segmento abierto inicialmente.inicialmente.
Observe que otra polimerasa inicia detrás de la cadena ya Observe que otra polimerasa inicia detrás de la cadena ya formada la colocación de nuevos nucleótidos, esta es la formada la colocación de nuevos nucleótidos, esta es la hebra rezagada.hebra rezagada.
3’
5’
5’
3’
Fragmentos de OkasakiFragmentos de Okasaki La enzima La enzima primasaprimasa sintetiza segmentos de ARN 83-10 sintetiza segmentos de ARN 83-10
nucleótidos, llamados iniciadores, cebadores o “primers” (en nucleótidos, llamados iniciadores, cebadores o “primers” (en eucariotas actúan la primasa y la ADN polimerasa eucariotas actúan la primasa y la ADN polimerasa ))
Estos iniciadores se extienden con la ADN polimerasa (III en Estos iniciadores se extienden con la ADN polimerasa (III en procariotas y ADN polimerasa procariotas y ADN polimerasa en eucariotas)en eucariotas)
Los iniciadores de ARN deben eliminarse y ser reemplazados Los iniciadores de ARN deben eliminarse y ser reemplazados por ADN por ADN – en en E. coliE. coli actúa una ARNasa H y la ADN polimerasa I actúa una ARNasa H y la ADN polimerasa I– En eucariotas actúan otras exonucleasas y la ADN polimerasa En eucariotas actúan otras exonucleasas y la ADN polimerasa
Los fragmentos de Okasaki son unidos por Los fragmentos de Okasaki son unidos por ligasasligasas
Origen de fragmentos Origen de fragmentos de Okasakide Okasaki
REPLICACION DEL ADNREPLICACION DEL ADN
La enzima Ligasa une los fragmentos de la cadena La enzima Ligasa une los fragmentos de la cadena rezagada, denominados fragmentos de OKASAKI.rezagada, denominados fragmentos de OKASAKI.
3’
5’
5’
3’
Eliminación de Eliminación de iniciadoresiniciadores
A AGT A GC A A TC
3’ 5’
5’ 3’
ACT AAT A TT A
T TCA T CG T GT ATGTAAA T TT A
Helicasa
A AGT A GC A A TC
3’ 5’
5’ 3’
ACT A
AT A TT A
T TCA T CG T GT ATGTA
AA T TT A
5’ 3’
3’ 5’
5’
3’
AA T TT A
Esta hebra se sintetiza de manera continua de 5-3 detrás de la helicasa
Esta hebra se sintetiza de manera discontinua de 5-3 en contra de la helicasa
A AGT A GC A A TC
3’ 5’
5’ 3’
ACT AAT A TT A
T TCA T CG T GT A
TGTAAA T TT A
5’ 3’
3’ 5’
5’
3’
AA T TT A
AU A
TGTA
C
Esta hebra se inicia con un fragmento de ARN iniciador corto colocado por la PRIMASA
Dirección de la colocación de los nucleótidos
A AGT A GC A A TC
3’ 5’
5’ 3’
ACT AAT A TT A
T TCA T CG GT ATGTAAA T TT A
5’ 3’
3’ 5’
5’
3’
AA T TT A
AA A
TGTA
ACT A
T TCA T CG T GT A
AU A CTTT
A
T
A AGT A GC A A TC
3’ 5’
5’ 3’
ACT AAT A TT A
T TCA T CG GT ATGTAAA T TT A
5’ 3’
3’ 5’
5’
3’
AA T TT A
AA A
TGTA
ACT A
T TCA T CG T GT A
Una exonucleasa quita los segmentos de ARN y los
remplaza por ADN
AU A CTTT
A
AU A CGACAGAT
A AGT A GC A A TC
3’ 5’
5’ 3’
ACT AAT A TT A
T TCA T CG GT ATGTAAA T TT A
5’ 3’
3’ 5’
5’
3’
AA T TT A
AA A
TGTA
ACT A
T TCA T CG T GT A
La ligasa se encarga de unir los fragmentos de Okasaki
AU A CTTT
A
AU A CGACAGAT
A AGT A GC A A TC
3’ 5’
5’ 3’
ACT AAT A TT A
T TCA T CG T GT ATGTAAA T TT A
5’ 3’
3’ 5’
3’
AA T TT A TGTA
ACT A
T TCA T CG T GT A
A AGT A GC A A TCAT A TT A
Replicación del ADN viralReplicación del ADN viral
Virus ARNVirus ARN
Poseen una transcriptasa inversaPoseen una transcriptasa inversa
Sintetiza una hebra de ADN a partir del Sintetiza una hebra de ADN a partir del
ARNARN
Luego, a partir de este ADN fabrica más Luego, a partir de este ADN fabrica más
copias de ARNcopias de ARN
Enzimas que participan en la duplicación del Enzimas que participan en la duplicación del ADN en células procariotasADN en células procariotas
Topoisomerasas:Topoisomerasas: desenrollan y enrollan el ADN desenrollan y enrollan el ADN Helicasa:Helicasa: rompe los puentes de hidrógeno, separa la doble rompe los puentes de hidrógeno, separa la doble
cadenacadena Polimerasa III:Polimerasa III: coloca los nucleótidos de ADN, coloca los nucleótidos de ADN,
reconocimiento y corrección de ensamblaje.reconocimiento y corrección de ensamblaje. Primasa:Primasa: coloca fragmentos cortos de ARN en los coloca fragmentos cortos de ARN en los
fragmentos de Okasaki de la hebra rezagadafragmentos de Okasaki de la hebra rezagada Ligasa:Ligasa: se encarga de unir los fragmentos de Okasaki se encarga de unir los fragmentos de Okasaki Polimerasa I: Polimerasa I: función exonucleasa, retira los fragmentos función exonucleasa, retira los fragmentos
cortos de ARN y los reemplaza por ADNcortos de ARN y los reemplaza por ADN Polimerasa II:Polimerasa II: rellena brechas y facilita la síntesis de DNA rellena brechas y facilita la síntesis de DNA
dirigida por plantillas dañadas. dirigida por plantillas dañadas.
ADN BacterianoADN Bacteriano
ADN mitocondrialADN mitocondrial
Replicación igual a ADN procariotaReplicación igual a ADN procariota variación cada 20,000 mil añosvariación cada 20,000 mil años Información genética solo por línea Información genética solo por línea
maternamaterna