u1.replicacion

Antol

Ciencias de la Salud, Biolgicas y Ambientales Ingeniera en Biotecnologa 1

Biologa molecular I

Unidad 1. Replicacin

Ingeniera en

Biotecnologa

Asignatura:

Biologa molecular I

Clave:

Universidad Abierta y a Distancia de Mxico

Antol


Biologa molecular I



A continuacin comenzaremos a desarrollar la Unidad 1 donde hablaremos sobre la

Replicacin. A continuacin encontrars las Actividades a realizar y finalmente la

bibliografa de apoyo.

Presentacin de la unidad

En esta primera unidad de la materia de Biologa Molecular vamos a analizar cmo las

clulas pueden realizar la Divisin Celular y de esta manera reproducirse. Para ello, las

dos clulas hijas deben contener el ADN completo por lo que es necesario obtener dos

molculas idnticas en la Replicacin. Analizaremos este proceso en clulas procariotas

y eucariotas viendo la semejanzas y diferencias entre ellas, debido principalmente, a la

diferencia en la estructura de sus respectivos cromosomas. As mismo, veremos la

importancia de todos estos procesos para un Ingeniero en Biotecnologa y como lo

podremos aplicar en la Ingeniera Gentica.

Propsitos

El propsito de esta primera unidad es que el estudiantes entienda cmo ocurre el

proceso de replicacin en clulas procariotas y eucariotas y su importancia en la divisin

celular y su implicacin en la evolucin. Por ello, se propone que alcances los siguientes

logros:

1. Identificar las clulas segn sus divisin celular.

2. Reconocer la cadena lder y la cadena retardada durante la replicacin.

3. Explicar la importancia de la variabilidad gentica en la evolucin

4. Reconocer la importancia de la evolucin

Competencia especfica

La competencia especfica a alcanzar en esta primera unidad es Explicar los mecanismos

genticos mediante el entendimiento de la replicacin en procariotas y eucariotas como

base para la divisin celular.

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1.1. Importancia de la replicacin en la divisin celular

Comencemos entendiendo cmo hemos llegado a ser como somos, cmo a partir de una

clula procariota ocurri la evolucin hasta llegar a la raza humana y de esta manera

veremos cmo podemos utilizar esta informacin para obtener un bien o un servicio como

Ingenieros en Biotecnologa. Para ello, primero tenemos que entender que las protenas, y

especficamente, las enzimas son las encargadas de darnos la vida. Qu diferencia hay

entre un ser vivo y su cadver? Realmente, cuando una clula muere sigue teniendo las

cuatro biomolculas que estudiamos la materia de Bioqumica, es decir, polisacridos,

lpidos, protenas y cidos nuclicos, entonces, qu ocurre? La repuesta es muy

simple, lo que hace que estemos vivos son las actividades enzimticas que se encargan

de realizar todos los procesos bioqumicos que estudiamos en materias pasadas. Si las

enzimas (que son protenas) dejan de tener actividad entonces la clula deja hacer sus

funciones y por tanto muere. Aun as, hay que entender la importancia del resto de las

biomolculas: sin polisacridos no tendramos la materia prima para obtener energa

(entre otras funciones), sin los lpidos tampoco tendramos energa ni se formara la

membrana celular que delimita la clula, y sin los cidos nuclicos no tendramos la

informacin para poder sintetizar las protenas; as que todas las biomolculas son

importantes.

En la 2 unidad analizaremos cmo se sintetizan las protenas a partir de la informacin

que se encuentra en el ADN (gen), ahora nada ms quiero que entiendan este papel

fundamental para poder explicar cmo ocurre la evolucin y que un cambio en la

secuencia de ADN (mutacin) puede conllevar a un cambio en la protena que codifica.

Hay muchas maneras de explicar la evolucin, especficamente la evolucin biolgica

est definida, segn la Real Academia Espaola, como Proceso contnuo de

transformacin a travs de cambio producidos en sucesivas generaciones. La

informacin que se hereda de una generacin a otra es la informacin gentica que est

en el ADN, por lo que la evolucin ocurre siempre y cuando se den modificaciones en

esta biomolcula y si stas pasan a la descendencia. Todo este proceso est explicado

segn la Teora de la Evolucin de Charles Robert Darwin, quien en 1859 public el

famoso libro El origen de las especies donde presenta su teora que explica que el

cambio dentro de una especie o la aparicin de una nueva especie ocurre con tres pasos

principales (Mermelada, 2009):

1. Variacin: los individuos de una especie poseen diferentes caractersticas que se

manifiestan en l y que son visibles (fenotipo), mismas que vienen determinadas

por las caractersticas genticas (secuencia de ADN) que poseen (genotipo). De

esta manera, y como hemos explicado anteriormente, un cambio en la secuencia

del ADN (mutacin) puede conllevar a un cambio en un gen determinado que se

manifestar en un cambio de su protena y por lo tanto de su fenotipo. Para que

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ocurra la evolucin, es necesario que se una variacin y que sta sea positiva para

el entorno donde el individuo se desarrolle.

2. Competencia: en este sentido hay que entender que los individuos dentro y fuera

de una misma especie compiten unos con otros para su supervivencia y

reproduccin. Han visto alguna vez cmo los cachorros se pelean para poder ser

amamantados por su madre? Cmo los diferentes animales compiten entre s

para poder ser elegidos por las hembras y reproducirse? En este sentido, si las

variaciones que se han dado (mutaciones) son positivas, los seres que las hayan

tenido podrn tener alguna ventaja frente a sus semejantes.

3. Herencia: la ltima parte de esta teora es que, para que ocurra la evolucin,

todos los cambios que hemos visto y que son positivos para el individuo deben ser

transmitidos a la descendencia. Cuando los cambios son muy fuertes pueden

llegar a generar una nueva especie.

Hay un ejemplo clsico para entender este concepto, especficamente de

microevolucin por seleccin natural, y es el caso de las polillas moteadas (Bismo

betulia) en Inglaterra. Antes de la revolucin industrial, los rboles en Inglaterra eran

claros, y las polillas que all habitaban eran de este mismo color y as se podan camuflar

de sus depredadores. De repente, por cambios en el ADN, apareca una polilla negra ya

que produca una protena que le daba este color, sta era visible para los depredadores

de manera que la eliminaban antes de que se pudiera reproducir y la mayora de la

poblacin de polillas eran blancas. Cuando comenz la revolucin industrial y la

contaminacin, los rboles en Inglaterra empezaron a cambiar de color como

consecuencia del holln de manera que las cortezas ennegrecieron. As, las polillas

negras que antes eran devoradas fcilmente, ahora se podran reproducir ya que se

camuflaban mejor; y la poblacin de polillas cambi de color. En 1952, el Parlamento

britnico aprob leyes para limpiar el aire de manera que se disminuy la quema de

carbn, la tecnologa cambi y se hizo ms limpia por lo que los rboles volvieron a ser

claros de nuevo, de qu color ser la poblacin de polillas en la actualidad?

Efectivamente, ahora son blancas. En la figura 1 pueden observar estas polillas en un

rbol oscuro y una explicacin ms detalladas de este proceso lo puedes encontrar en el

blog publicado en la pgina http://antropicos.blogspot.mx/2009/02/polillas-moteadas.html.

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Figura 1. Polillas sobre un rbol oscuro; como pueden observar la polilla negra est mejor

camuflada por lo que es ms difcil que sea devorada, como ocurri durante la revolucin

industrial (foto tomada de http://antropicos.blogspot.mx/2009/02/polillas-moteadas.html)

Como pueden observar, los cambios en el ADN, cambian las protenas y pueden tener

consecuencias positivas de manera que den una ventaja selectiva y as se mantienen en

la descendencia. Cuando estos cambios sucesivos ocurren, aparecen nuevas especies.

Hay que entender que estos cambios (denominados mutaciones, de las que hablaremos

ms adelante) son totalmente al azar, si es una cambio negativo, el ser vivo no se

desarrollar o no se podr reproducir; en cambio, cuando el cambio es positivo, se

mantendr en la descendencia. Y todo ello, est relacionado con el ambiente donde se

desarrolle.

Una vez entendido este concepto, espero que veas la implicacin que tiene el ADN en

este proceso por que los cambios que se produzcan deben permanecer. Para ello, es

necesario explicar cmo ocurre el proceso de replicacin (duplicacin de la molcula del

ADN).

As mismo, espero que veas la implicacin biotecnolgica de todo este proceso, cmo

podemos obtener una mejor especie? Simplemente, mutando a las clulas y analizando

cul de ellas tiene la caracterstica que estamos buscando. Esta mutacin puede ser al

azar (con diferentes compuestos qumicos) o dirigida (con la ayuda de la ingeniera

gentica) y en la materia de Biologa Molecular 2 analizaremos cmo obtenerlas.

1.1.1. Definicin de la Replicacin

La replicacin es el mecanismo que permite al ADN duplicarse, de manera que se

obtienen dos molculas idnticas de este cido nuclico (Berg y col., 2007; Griffiths y col.,

2008).

Recordemos que el ADN es una cadena de doble hebra (que analizaremos ms

adelante) por lo que el proceso de replicacin se podra llevar a cabo de tres maneras

(Figura 2, Griffiths y col., 2008):

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- Semiconservativa: donde las cadenas hijas tendrn una hebra materna y una

hebra nueva.

- Conservativa: donde las cadenas hijas tendrn, una las dos hebras maternas y la

otra las dos hebras nuevas

- Dispersa: donde las cadenas hijas tendrn una mezcla de hebra materna y nueva

Figura 2. Tres formas alternativas de replicacin del ADN. Las lneas de color azul

claro representan las hebras sintetizadas de nuevo (Griffiths y col., 2008)

Para discernir entre este estos tres modelos, Meselson y Stahl, en 1958 realizaron un

experimento donde utilizaron dos istopos diferentes del nitrgeno (14N y 15N) que se

separan de manera diferencial cuando se realiza una centrifugacin con CsCl

apareciendo dos bandas: la superior corresponde al 14N y la inferior al 15N y cuando los

dos istopos estn presentes (modelo semiconservativo) se obtiene una banda

intermedia. Lo que hicieron fue incubar la bacteria Escherichia coli en un cultivo con 15N

de manera que todo su ADN tuviera este istopo; posteriormente transfirieron las clulas

a un cultivo con 14N y las dejaron dividirse una 1 y 2 generacin tomando muestra del

ADN, en cada caso, y analizndola por centrifugacin en gradiente de ClCs obteniendo

los resultados que se muestran en la Figura 3.

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Figura 3. Esquema de los resultados de la centrifugacin de DNA en un gradiente de

CsCl con los resultados obtenidos por Mendelson y Stahl (Griffiths y col., 2008)

Este resultado slo puede ser explicado cuando el proceso ocurre de manera

semiconservativa como muestra la Figura 4 y es la teora que se acepta actualmente.

Figura 4. Slo el modelo semiconservativo de replicacin del ADN predice los resultados

como los de la Figura 3 por lo que se demuestra que el proceso de replicacin es

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semiconservativo (Griffiths y col., 2008).

Con esta explicacin, adems de que veas que la replicacin del ADN es

semiconservativa es importante que analices cmo los conocimientos previos pueden

ayudarte a establecer experimentos que te permitan discernir entre varias opciones. El

uso de radioistopos de este tipo es muy importante y til en la investigacin biolgica y

en muchas aplicaciones industriales. Existen un par de lectura interesantes que habla de

este tema como Los radioistopos al servicio del hombre publicado por Kniseley

(disponible en

http://www.iaea.org/Publications/Magazines/Bulletin/Bull164/Spanish/16405800211_es.pdf

) o Tendencia futuras de las aplicaciones de los istopos y de las radiaciones publicado

por Glubercht en boletn No 19 del Organismo Internacional de Energa Atmica

(http://www.iaea.org/Publications/Magazines/Bulletin/Bull196/Spanish/19605093847_es.pd

f).

Volviendo a nuestro tema, la replicacin ocurre siempre y cuando la clula se vaya a

dividir ya que, como hemos explicado anteriormente, las clulas necesitan tener toda la

informacin gentica para sintetizar las protenas que necesitan para vivir. A continuacin

veremos los diferentes tipos de divisin celular que existen, segn el tipo de clula.

1.1.2. Tipos de Divisin Celular

La divisin celular consiste en obtener dos clulas hijas a partir de una progenitora, y sta

ocurre una vez que su ADN se ha replicado.

Segn el tamao de las clulas hijas, la divisin de microorganismos, se pueden clasificar

en fisin binaria o gemacin (Figura 4) (Martinki, 2009).

Figura 4. Divisin por fisin binaria o gemacin segn el tamao de los productos de la

divisin celular (Martinki, 2009)

En el caso de la fisin binaria, las bacterias crecen hasta alcanzar el doble de su tamao

y luego se dividen por la mitad formando dos clulas hijas iguales (Figura 5). Durante el

ciclo de crecimiento todos los constituyentes celulares (incluyendo el ADN) aumentan de

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manera que las clulas hijas obtengan un cromosoma completo y suficientes copias de

todas las macromolculas, monmeros e iones inorgnicos como para que la clula

pueda existir. Una vez que la clula ha crecido y repartido sus componentes se forma un

septo como resultados del crecimiento hacia dentro de la membrana plasmtica y la

pared celular.

Proceso general de la fisin binaria de un procariota. Para simplificar el cromosoma se

representa como un crculo sencillo en verde (Martinki, 2009)

Esta divisin est modulada por unas protenas denominadas Fts (por sus siglas en ingls

filamentous temperature sensitive) que se han encontrado en procariotas (incluyendo

Archaea), cloroplastos y mitocondrias (que como veremos ms adelante comparten

muchas semejanzas con los procariotas por lo que respalda la teora endosimbitica que

dice que estos organelos derivaron de bacterias). Las protenas Fts forman un anillo

continuo en el divisoma (aparato de divisin procariota) donde se forma el septo que

vimos anteriormente con la accin de:

- FstZ que es capaz de polimerizar y formar el anillo en el centro de la clula

- FstA que es una enzima ATP hidrolasa, que al hidrolizar el ATP produce la energa

necesaria para que las protenas se puedan ensamblar en el divisoma

- ZiaA que ancla a las protenas FstZ a la membrana citoplasmtica

- FtsI que es una protena involucrada en la sntesis del peptidoglicano ya que es

necesario el crecimiento de la pared celular durante la divisin celular

La replicacin del ADN bacteriano ocurre antes de la formacin del anillo de FtzZ donde

estn involucradas otras protenas denominadas Min. La protena MinC inhibe la divisin

celular y previene la formacin de FtsZ hasta que el centro se encuentre formado, por su

parte la protena MinE es capaz de inhibir la accin del MicC y de algn modo

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interacciona con los cromosomas duplicados. De esta manera, cuando la replicacin

finaliza, el anillo FtsZ comienza a despolimerizarse disparando la sntesis de membrana y

el peptidoglicano al interior de la clula sellando la regin y obtenindose as dos clulas

hijas (Martinki, 2009). La relacin entre las protenas FstZ y la divisin celular se muestra

en la Figura 6.

Figura 6. Relacin entre protenas FstZ y la divisin celular de clulas procariotas. a)

Corte de un bacilo mostrando el anillo de molculas FtsZ; b) Microscopia de Escherichia

coli durante el proceso de divisin: primera fila: clula observada en un microscopio de

contraste de fases; segunda fila, tincin del ADN (en azul); tercera fila, tincin especfica

de protenas FstZ (en rojo); cuarta fila, combinacin de ADN y FstI. Primera columna,

anillo FstI sin formar; segunda columna, aparicin del anillo FstI cuando el nucleoide

inicia la segregacin; tercera columna anillos FstI completo durante la elongacin y

cuarta columna, degradacin del anillo FstZ y divisin celular (Martinki, 2009)

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Una fotografa de E. coli en divisin por fisin binaria podemos observarla en la Figura 7

donde se observa el septo central donde ocurrir la divisin.

Figura 3. Escherichia coli en divisin por fisin binaria (tomada de

http://www.sciencephoto.com)

Por su parte, la gemacin es un proceso tpico de levaduras aunque tambin existen

algunas bacterias que se dividen de esta manera como Pirella o Blastobacter. En el caso

de las levaduras, el proceso de gemacin est relacionado con la divisin celular y la

formacin de septos donde estn involucradas las protenas del citoesqueleto actina y

tubulina, tal y como se coment durante el desarrollo de la asignatura de Biologa Celular.

Una revisin completa de este tema lo puedes encontrar en el artculo de Herrero) y

colaboradores (1997) sobre El ciclo celular de las levaduras: un buen modelo

eucaritico?. Una fotografa sobre la gemacin la puedes observar en la Figura 8.

Figura 8. Levadura dividindose por gemacin (modificada de

http://www.sciencephoto.com)

Divisin por gemacin

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En el caso de los procariotas y las clulas unicelulares, este proceso de divisin se realiza

para reproducirse y aumentar as el nmero de individuos. En el caso de los organismos

pluricelulares, el proceso de divisin celular se puede llevar a cabo por dos motivos: el

primero es para crecimiento o para sustitucin de clulas en los diferentes rganos, de

manera que el ncleo se divide por mitosis; y el segundo es para la obtencin de

gametos y la posterior reproduccin sexual dando lugar a un nuevo individuo, donde la

divisin nuclear ocurre por meiosis. En ambos casos, las clulas siguen el ciclo celular

(Figura 9) de la que hablamos anteriormente y cuyos detalles se estudiaron en Biologa

Celular (Banes, 2008).

Figura 9. Ciclo celular (Barnes y col., 2008)

De esta manera, la replicacin ocurre en todas las clulas pero el proceso difiere entre

clulas procariotas y eucariotas, bsicamente, como veremos a continuacin, por las

diferencias en sus cromosomas.

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Actividad 1. Qu tipo de clula es?

En la Unidad I hemos aprendido que existen diferentes tipos de divisin celular y que tienen caractersticas particulares. Por ello, para poder realizar esta actividad: Observa atentamente las imgenes que se muestran a continuacin:

A partir de la imagen anterior determina lo siguiente: a) Determina qu tipo de divisin celular ocurre en cada imagen b) Describe, con tus propias palabras, cada uno de los procesos de divisin que presentan las clulas en cada caso c) Investiga que sucede con el material gentico en cada uno de los tipos de divisin celular que se muestran en las imgenes d) Investiga que otras clases de clulas (clulas animales, vegetales, bacterias, hongos filamentosos, protistas de vida libre, etc.) comparten el mismo tipo de divisin celular en cada uno de los casos mostrados

Recuerda que el trabajo debe ser claro y conciso, no olvides anexar la bibliografa y cuida la ortografa y la gramtica

1. Guarda tu documento en un archivo de Word y envalo a tu facilitador para que lo

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revise y realice la retroalimentacin correspondiente. No olvides que el documento no debe pesar ms de 4 MB.

2. Guarda tu documento con la nomenclatura BBM2_U1_A1_XXYZ y envalo a tu facilitador (a) mediante la seccin de tareas para que lo revise y te retroalimente.

*Recuerda que tu documento deber pesar menos de 4 MB.

1.2. Replicacin en procariotas

Comenzaremos hablando de la divisin en procariotas ya que el proceso es un poco ms

simple que en las clulas eucariotas aunque no por eso menos importante y hablaremos

tambin de su importancia para un Ingeniero en Biotecnologa.

1.2.1. Caractersticas del ADN de los procariotas

El ADN es una molcula bicatenaria formada por nucletidos unidos por enlaces

fosfodister. Recordemos su composicin (que es su da estudiamos en la 1 unidad de

Bioqumica) y observemos, en la Figura 10, que los nucletidos estn formados por un

azcar (en el caso del ADN es la desoxirribosa), un grupo fosfato (unido en el C3 de la

desoxirribosa) y una base nitrogenada (unida en el C1 de la desoxirribosa) que puede

ser adenina (A), timina (T), guanina (G) o citosina (C) (Lehningner, 2009).

Figura 10. Estructura general de un nucletido (Barnes y col., 2008)

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Estos nucletidos se unen mediante enlaces fosfodister (Figura 11) entre el grupo

hidroxilo del C5 y el grupo fosfato unido al C3.

Figura 11. Enlace fosfodister entre el OH del C3 y el grupo fosfato el C5 (modificado de

http://biologiaebuc2012.blogspot.mx/2012/06/clase-7-acidos-nucleicos.html)

De esta manera se forman las hebras del ADN, mismas que se unen entre s por puentes

de hidrgeno entre las bases nitrogenadas (A-T con dos puentes de hidrgeno y G-C por

tres puentes de hidrgeno). Las hebras sern antiparalelas, como se observa en la

Figura 12 de manera que la hebra de la izquierda tiene direccin 5 3 y la derecha tiene la

direccin contraria, 3 5 (Lehninger, 2009).

Enlace fosfodiester + H O

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Figura 12. Estructura del ADN (Barnes y col., 2008)

Cuando una molcula de ADN se sintetiza, el fosfato del extremo 5 del nucletido libre

(que ser un nucletido trifosfato) siempre se unir al OH del extremo 3 del nucletido

terminal de la cadena que se sintetiza, de manera que esta extensin se realizar en

direccin 5 3 (Figura 13). Esta accin est mediada por una enzima denominada

polimerasa, ya sea ADN-polimerasa (que une deosinucletidos) o ARN-polimerasa (que

une ribonucletido) Es muy importante que concibas bien este proceso para poder

entender la replicacin y la transcripcin de las que hablaremos un poco ms adelante.

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Figura 13. La cadena nueva siempre se sintetiza en direccin 5 3 (modificado de

https://wikispaces.psu.edu/pages/viewpage.action?pageId=112526682&navigatingVersion

s=true)

Esta estructura y las uniones fosfodister son comunes en todos los ADNs conocidos

(procariotas, eucariotas y virus) as como el crecimiento en direccin 5 3 y cada una de

estas molculas se denomina cromosoma.

En el caso de las bacterias, sus cromosomas se caracterizan por ser molculas circulares

altamente empaquetadas como se observa en la Figura 14.

pirofosfato

Deositrinucltido trifosfato libre

Nu

eva heb

ra

Nu

eva

mo

lde

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Figura 14. Estructura de un cromosoma bacteriano. A representacin de una molcula

laxa y superenrollada. B. Fotografa de un cromosoma de Escherichia coli (modificado de

http://mariielfashionn.blogspot.mx/2012/03/3.html)

Este empaquetamiento est mediado por la accin de unas enzimas denominadas

Topoisomerasas de manera que el crculo de ADN se pliega y cuando las dos regiones

de la hlice entran en contacto la enzima rompe la cadena y la une tal y como se observa

en la Figura 15. (Martinki, 2009).

Figura 15. Accin de la enzima Topoisomerasa para superenrollar el cromosoma

bacteriano (Martinki, 2009).

En recientes aos, se han encontrado protenas con caractersticas parecidas a las

histonas eucariotas (cuya funcin consiste en unirse al ADN para empaquetarlo como

veremos ms adelante) por lo que se tiene la hiptesis que pueden tener una funcin

similar a stas (Tabla 1)

A

Cromosoma laxo

Cromosoma superenrrola

do

B

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Tabla 1. Protenas bsicas detectadas en procariotas (modificado de

http://pendientedemigracion.ucm.es/info/genetica/grupod/Cromovibac/cromovibac.htm#nu

cleoide)

Protena Composicin Contenido por

clula

HU Dmero con subunidades a y b de 9,000 D 40,000 dmeros

H Dmero con subunidades idnticas de 28,000 D 30,000 dmeros

IHF Subunidad a de 10,500 D y subunidad b de

9,500 D

Desconocido

H1 Subunidad de 15,000 D 10,000 copias

HLP1 Monmero de 15,000 D 20,000 copias

P Subunidad de 3,000 D Desconocido

Adems del cromosoma, las bacterias pueden tener molculas de ADN de menor tamao

con replicacin autnoma (es decir, su proceso de replicacin no est coordinado con la

replicacin del cromosoma) y cuya informacin no es vital para la clula. Estas molculas

se denomina plsmidos y tiene una importancia vital para tanto para la clula como para

nosotros como biotecnlogos ya que son cruciales en la Ingeniera Gentica. En las

bacterias, estos plsmidos llevan informacin adicional para su vida como la resistencia a

los antibiticos pero su ADN no codifica para ninguna protena del metabolismo primario

(como lo que vimos en la asignatura de Bioqumica). En la Ingeniera Gentica nos sirve

para poder transmitir informacin de una clula a otra y es la clave para poder disear

Organismos Genticamente Modificados y realizar expresin de protenas en clulas

diferentes de la original (expresin heterloga). Por ponerles un ejemplo, les comentar

que hoy en da la insulina que usan la mayora de los pacientes diabticos proviene de

una cepa de E. coli que ha sido modificada incorporndole (con ayuda de un plsmido) el

gen de la insulina humano (Soto Pol y col., 2008). La importancia de este tipo de

molculas es tal que han sido objeto de proteccin intelectual como la patente espaola

2 229 492 otorgada en 2005 con ttulo Plsmidos bacterianos y cuyo contenido puedes

encontrar en la bibliografa complementaria.

Por otra lado, y antes de pasar a los pasos de la replicacin procariota como tal,

hablemos un poco sobre la estructura y la accin de las enzimas principales en este

proceso, las ADN-polimerasas. Estas enzimas fueron descubiertas, por primera vez, en

1950 por Arthur Kronberg y se caracterizan por parecerse a una mano derecha a medio

cerrar (Figura 16). Su accin es incorporar nucletidos a la cadena que se est

sintetizando siempre en direccin 5 3 como estudiamos anteriormente. Los dedos estn

formados por hlices por cuya parte superior entre la cadena molde (la que se va a

sintetizar), los nucletidos se incorporarn por la zona del pulgar y el enlace fosfodister

tendr lugar en la palma de la mano de manera que la cadena sintetizada saldr por la

zona de la mueca.

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Figura 16. Estructura general de la ADN-Polimerasa (modificada de

http://www2.uah.es/biomolq/BM/Esquemas/imagenes/Transparencias%20Tema%203%20

BM1/Diapositiva16.JPG)

1.2.2. Pasos de la replicacin

El primer paso para comenzar la replicacin de cualquier molcula del ADN es reconocer

el sitio de inicio que viene determinado por una secuencia especfica de nucletidos

denominado Origen de Replicacin (ORI). En el caso de los cromosomas bacterianos,

este sitio es nico en toda la molcula al contrario de los cromosomas eucariotas donde

se pueden encontrar varios. La primera accin ser, nuevamente, la Topoisomerasa

para desenrollar la cadena de ADN y poder replicarla. El esquema general de este

proceso se presenta en la Figura 17 y cada uno de los pasos los iremos desarrollando a

continuacin.

Entrada de desoxirribunocletidos trifosfato

pulgar

cadena molde

cadena sintetizada

palma

hlices

dedos

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Figura 17. Esquema general del proceso de replicacin (Griffiths y col., 2008).

A continuacin, acta la enzima denominada Helicasa (Figura 18) cuya accin ser

romper los puentes de hidrgeno que unen las dos hebras de ADN.

Figura 18. Estructura de la helicasa. A) enzima en amarillo en una cadena de ADN, en

rojo; B) esquema de cmo acta la enzima para romper los puentes de hidrgeno, C)

esquema de la enzima (Alberts y col., 2010).

Su funcin es reconocer el ORI y romper los puentes de hidrgeno formados entre la dos

hebras que forma el ADN (Figura 19).

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Figura 19. Reconocimiento del Origen de Replicacin (ORI) por la helicasa.

A continuacin debe comenzar la replicacin, para ello, sera necesario unir dos

deositrinuclotidos, ya que como vimos anteriormente los nucletidos libres siempre

tienen unidos 3 fosfatos en su molcula. No existe ninguna enzima conocida que sea

capaz de realizar esta unin a no ser de que hablemos de ribonucletido (es decir que su

azcar sea ribosa, no desoxirribosa), es por ello, que la enzima que acta se denomina

Primasa, que va a poner una pequea secuencia de ARN que se denomina cebador o

primer a partir de la secuencia ORI (Figura 20). En este proceso, siempre se pegar el

nucletido complementario, es decir, si la base es Adenina, se pegar un Uracilo

(recuerda que hablamos de ARN), y si la base es Guanina se unir una Citosina y

viceversa y la cadena ser antiparalela para que se puedan formar los puentes de

hidrgeno correspondientes.

Figura 20. Accin de la primasa que sintetiza una molcula de ARN (primer o cebador

que se muestra de color rojo)

Una vez que se sintetiza el cebador acta la enzima ADN-Polimerasa III que ir

aadiendo deosinucletidos siempre en direccin 5 3 formando as una cadena de ADN.

Como se observa en la figura, ambas cadenas representadas no tiene problemas para

extenderse porque la direccin es 5 3 y forman lo que se denomina cadena lder (Figura

21).

Figura 21. Accin de la ADN Polimerasa en la cadena lder

Entonces, qu ocurre en el extremo 5? Como no es posible polimerizar nucletidos en

esa direccin, la Primasa da un salto y acta sintetizando un cebador, posteriormente

actuar la ADN Polimerasa III polimerizando los nucletidos en direccin 5 3 como se

observa en la Figura 22. Esta cadena se conoce como cadena retardada y los

fragmentos de ARN + ADN que se forman se denominan Fragmentos de Okasaki (en

3 5 3

5

ORI

helicasa

3 5 3

5

ORI

3 5 3

5

ORI

3 5 Primasa

3 5 3

5

3 5

ADN Polimerasa III

3 5

3 5 3

5

3 5 3

5 5 3 5

3

5 3

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honor a su descubridor). Quiz te preguntes porqu se denomina ADN Polimerasa III si es

la primera que acta, la respuesta es muy simple, lo que ocurri es que primero

descubrieron las enzimas y les pusieron el nombre segn el orden en el que fue

sucediendo, posteriormente se averigu cul era su funcin y descubrieron que la ltima

enzima descubierta (la ADN Polimerasa III) es la primera que acta.

Figura 22. Esquema de las cadenas lderes y retardadas presentes en la replicacin de

una molcula de ADN; se muestra el Fragmento de Okasaki.

Una vez formadas estas cadenas es el turno de la ADN-Polimerasas I cuya accin ser

eliminar los ribonucletidos (con la accin exonucleasa 53) de los cebadores para

polimerizar deosinucletidos (Figura 23). Esta enzima utiliza el extremo 3 de la cadena

anexa para la sntesis.

Figura 23. Accin de la ADN Polimerasa I

Finalmente, es necesario unir los extremos 5 y 3 de las cadenas accin que se lleva a

cabo mediante la enzima ADN-Ligasa (Figura 24).

3

5

5 3 5 5 3 3

Fragmento de Okasaki

5

5 5 5

3

3 3 3

Cadenas lder

Cadenas retardadas

ADN Polimerasa I 3 5

3

5

5 5 5

3

3 3 3

5 5 5 3 3

3

5

3

5 5 5

5

3

3 3 3

5 5 5 3 3

Antol


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Figura 24. Accin de la ADN Ligasa

La comprensin de este proceso de replicacin, as como el descubrimiento de las ADN-

Polimerasas en algunas Archeas que actan a temperaturas elevadas (72C), como la

Taq-Polimerasa aislada de la procariota Thermus aquaticus, fue la clave para el

desarrollo de una de las tcnicas ms importantes de la Ingeniera Gentica, la reaccin

en cadena de la polimerasa, o PCR por sus siglas en ingls. Esta tcnica, fue

desarrollada en 1983 por Kary B. Mullis (ganador del premio Nobel de Qumica en 1993) y

permite realizar millones de copias de una secuencia gentica de inters utilizando

cebadores especficos y se basan en el hecho de que las Polimerasas necesitan esta

molcula para poder iniciar su replicacin. Cuando revises esta tcnica en la materia de

Biologa Molecular 2, por favor, no olvides que los cebadores son imprescindibles y que la

direccin de la replicacin es de 5 a 3, ello te permitir entender el proceso y disear

cebadores tiles para tus experimentos.

Tanto la ADN-Polimerasa III como la ADN Polimerasa-I tiene la capacidad de corregir

cualquier error cometido durante la replicacin. Este proceso es muy importante ya que

adems de las acciones que hemos estudiado (polimerizacin en direccin 5 3 y accin

exonucleasa 5 3 presente en la ADN Polimerasa I para poder eliminar los

ribonucletidos) estas enzimas tienes accin exonucleasa 3 5 de manera que si existe

algn error en la sntesis, pueden detectarlo, eliminar el nucletido y aadir el correcto

(Figura 25). Sin estas correcciones, las ADN-Polimerasa I de E. coli tiene una frecuencia

de error de 5x10-5 (es decir, comete un error cada 500,000 nucletidos) y despus de

corregir con la actividad exonucleasa 3 5 esta frecuencia disminuye a 5x10-7; la ADN-

Polimerasa III tiene una frecuencia de error sin correccin de 7x10-6 y con correccin de

5x10-9, esto quiere decir que de todas formas las polimerasas comenten errores y por lo

tanto mutaciones que, como vimos en la exposicin de la evolucin, pueden modificar el

microorganismo (Robertis, 2005).

ADN Ligasa

3

5

3

5 5 5

5

3

3 3 3

5 5 5 3 3

3

5

3

5 5

3

3

5

Antol


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Figura 25. Actividad correctora de la ADN-Polimerasa a) una base es introducida

incorrectamente ya que debera ser una T en vez de una C; b) la accin exonucleasa

3`5`de la enzima acta para romper el enlace fosfodister y eliminar as el nucletido; c)

se incorpora el nucletido correcto, en este ejemplo la T y prosigue la replicacin

As mismo, el ADN puede que este daado por agentes fsicos y qumicos (luz

ultravioleta, compuestos mutagnicos) y, en este caso, la ADN-Polimerasa II es la

encargada de reparar esta accin.

Cmo afectan estas mutaciones a nosotros como Ingeniero en Biotecnologa? Una

accin positiva es la posibilidad de obtener microorganismos modificados que sean

mejores que los iniciales. Pero una accin negativa es la prdida de la viabilidad de las

clulas o su capacidad de producir un metabolito de inters. Por poner un ejemplo,

podemos poseer una bacteria que produce un antibitico que estamos explotando

industrialmente. Para ello, procedemos a su crecimiento y las clulas se replican

continuamente para incrementar su poblacin y que nosotros obtengamos nuestro

metabolito de inters. No debemos olvidar que, en cualquier momento, las clulas

mutarn y pueden perder su capacidad de producir el antibitico por lo que siempre es

conveniente, mantener la cepa original para que, en el momento que esto suceda,

podamos recuperar el microorganismos con la capacidad de inters.

Volviendo a la replicacin bacteriana, este proceso ocurre en toda la cadena de ADN

circular presente en los cromosomas bacterianos hasta que termina por formarse las dos

cadenas hijas como se observa la Figura 26.

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Figura 26. Replicacin de un cromosoma bacteriano (Martinki, 2009).

Por otro lado, debemos analizar cmo ocurre la replicacin del ADN plasmdico del que

hablamos anteriormente. Al igual que en ciertos virus se produce un mecanismo

denominado crculo rodante donde una nucleasa genera un extremo 3 OH libre en el

que se van aadiendo nucletidos gracias a la accin de una ADN-Polimerasa (Griffiths y

col., 2008). El esquema general del proceso se muestra en la Figura 27. La cadena ser

replicado en direccin 5 3 y la cadena complementaria tendr una replicacin discontinua

tal y como sucede en la cadena retardada que analizamos anteriormente.

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Figura 27. Replicacin mediante el crculo rodante (Griffiths y col., 2008).

Actividad 2. Cadena lder y cadena retardada

Una caracterstica de todas las ADN-Polimerasas es que slo son capaces de replicar el

ADN en una nica direccin, y esto es importante a la hora de poder disear cebadores

para utilizarlos en Ingeniera Gentica (como comprobars en la materia de Biologa

Molecular 2). Por ellos, en esta actividad, vamos a evaluar si puedes identificar con

claridad cul sera la cadena lder y la cadena retardada en la replicacin de las

siguientes secuencias atendiendo al ORI y la direccin de las cadenas:

Realiza un esquema siguiendo los siguientes pasos:

a) identifica el Origen de Replicacin y abre las cadenas de manera correcta.

b) a continuacin, utilizando las cadenas que se muestran en las imgenes como

moldes, esquematiza las cadenas nuevas resultado de la replicacin. Por favor,

utiliza otro color para dar ms claridad a tu esquema.

c) indica el extremo 3 y 5 de las cadenas nuevas que has esquematizado

3 53

5

ORI

3 5 3

5

ORI

A

B

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d) direcciona la replicacin utilizando flechas atendiendo a la caracterstica de

polimerizacin de las ADN-Polimerasas

e) indica claramente cul sera la cadena lder y cul la retardada en cada caso

Puedes realizar el esquema en papel y posteriormente escanear la imagen o realizar tu

propuesta en computadora. De cualquier modo, guarda el archivo y envaselo a tu

facilitador para obtener la retroalimentacin correspondiente.

1. Integra tu trabajo en un documento de presentacin electrnica.

2. Guarda tu documento con la nomenclatura BBM2_U1_A2_XXYZ y envalo a tu

facilitador (a) mediante la seccin de tareas para que lo revise y te retroalimente.

*Recuerda que tu documento deber pesar menos de 4 MB.

+

Gracias!

Antol


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1.3. Replicacin en eucariotas

Una vez analizado el proceso de replicacin en las clulas procariotas, pasemos a

analizar cmo ocurre este proceso en las clulas eucariotas ya que sus cromosomas no

tiene la misma estructura.

1.3.1. Caractersticas del ADN de los eucariotas

Existen dos diferencias principales entre el cromosoma procariota y el eucariota. La

primera es que los cromosomas eucariotas son lineales y esto tendr consecuencias en

su replicacin como veremos ms adelante. La segunda, es la organizacin ya que las

clulas eucariotas tiene histonas que le ayudan en el empaquetamiento de su ADN.

Las histonas son protenas de bajo peso molecular muy bsicas que se unen al ADN que,

recordemos que es una molcula cida. Existen varias protenas de este tipo numeradas

de la 1 a la 4, con dos H2 (H2A y H2B) tal y como puedes ver en la tabla 3 (Lehninger,

2009).

Tabla 3. Protenas histnicas presentes en las clulas eucariotas (Lehninger, 2009)

Histona No residuos PM % Lys % Arg

H1 213 21,000 27.7 1.4

H2A 129 13,900 10.9 9.3

H2B 125 13,774 15.2 6.1

H3 135 15,273 9.6 13.3

H4 102 11,236 10.8 13.7

El empaquetamiento del ADN eucariota comienza con la formacin de un octmero

compuesto por 2H2A, 2H2B, 2H3 y 2H4 al que el ADN le da dos vueltas, formando el

nucleosoma y la H1 se ancla para dar soporte a la estructura. La hebra en este momento

parece una cuenta de rosario y tiene una ancho de 10 nm (Figura 28).

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Figura 28. Estructura del nucleosoma, formando por el octmero (2 H2A, 2 H2B, 2 H3 y 2

H4) y el ADN dando dos vueltas y la histona H1 que mantiene el ADN unido. Arriba se

puede observar un micrografa de las fibras de 10 nm en forma de cuentas de rosario

(modificado de http://www.departamentos.ulpgc.es/dbbf/medicina/bioquimicaI/DNA-

genomas.pdf)

A continuacin la hebra de 10 nm gira sobre s misma de manera que las H1 que

mantienen la estructura forman un hexmero tal y como se muestra en la Figura 29, de

esta manera se obtienen las fibras de 30 nm.

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Figura 29. Formacin de la fibra de 30 nm. (modificado de

http://www.departamentos.ulpgc.es/dbbf/medicina/bioquimicaI/DNA-genomas.pdf)

En este punto, se forman los que se denomina armazn nuclear, armazn del

cromosoma o Scaffold con protenas tipo MAR sobre las que se une la fibra de 30 nm tal

y como se observa en la Figura 30 formando la fibra de 300 nm.

Figura 30. Formacin de la hebra de 300 nm. Se puede observar el armazn del

cromosoma en la fotografa y cmo se une la hebra de 30 nm a esta protena (modificado

de http://www.departamentos.ulpgc.es/dbbf/medicina/bioquimicaI/DNA-genomas.pdf)

La fibra de 300 nm es la que forma la cromatina de todas las clulas eucariotas cuando

el ncleo se encuentra en interfase En la Figura 31 se puede observar la fotografa de un

ncleo en esta fase, la zona ms oscura pertenece al nucleolo (n) regin donde se

realiza la transcripcin del ARN ribosmico, por otro lado se observan zonas ms densas

denominada heterocromatina donde el ADN est un poco ms condensado y no se

realiza transcripcin mientras que en la zona ms clara est la eucromatina donde el

ADN se encuentra en fibras de 300 nm y la transcripcin tiene lugar.

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Figura 31. Imagen de un ncleo (N) donde se observa el nucleolo (n), las zonas ms

oscuras (Heterocromatina) y las zonas menos oscuras (eucromatina) (tomada de

http://biologiabcn2012.blogspot.mx/2013/01/organulos-celulares.html)

Slo cuando el ncleo se va a dividir la fibra de 300 nm gira sobre s misma para formar la

fibra de 700 nm y el cromosoma queda totalmente condensado adquiriendo la forma que

todos conocemos, el cromosoma mittico (Figura 32A). Hay que recordar que en el ciclo

celular (que vimos anteriormente) primero ocurre la fase S donde el ADN se replica y

despus la fase M donde el ncleo se divide, esto quiere decir que los cromosomas

mitticos cuentan con dos molculas de ADN idnticas, cada una de ellas llamada

cromtida, unidas por el centrmero (Figura 32B). Como cada cromtida del cromosoma

est formado por una fibra de 700 nm, se dice que el cromosoma mittico tiene 1,400 nm.

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Figura 32. Cromosoma mittico. A. Fotografa de los 23 pares de cromosomas humanos;

B. Partes del cromosoma, vase cmo cada cromtida est formada por ADN (modificado

de

http://recursostic.educacion.es/ciencias/biosfera/web/alumno/4ESO/genetica1/contenidos4

.htm y http://cienciaobjetiva.wordpress.com/2011/08/02/cromosoma-2-evidencia-de-

evolucion/

En la Figura 33 se presenta un resumen de la condensacin del ADN eucaritico.

Figura 33. Fases de la condensacin del ADN eucaritica, desde la molcula de ADN

A

B

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que tiene 2 nm, hasta el cromosoma mittico que cuenta con 1,400 nm (Barnes y col.,

2008).

Qu implicaciones puede tener todo este desarrollo para un Ingeniero en Biotecnologa?

Adems de que es importante conocer la estructura que tiene el ADN eucaritico, esta

informacin tambin es relevante cuando se hacen estudios genticos, por ejemplo, para

diferenciar si una clula ha sufrido lisis o se ha suicidado. Cuando una clula detecta que

tiene algn error gentico, se produce lo que se denomina apoptosis o muerte celular

programada, para ello, la misma clula empieza a autodestruirse empezando por su ADN

donde unas nucleasas especiales, denominadas nucleasas micrococales, hidrolizan el

ADN entre los nucleosomas lo que da como consecuencia bandas de 200 pb. Este

fenmeno es diferente al que ocurre durante una lisis, ya que este caso la clula se

rompe liberando el contenido de los lisosomas (recordemos que son los organelos

encargados de la digestin) de manera que las nucleasas se liberan e hidrolizan el ADN

de manera inespecfica. En la Figura 34 les presento unas imgenes de ADN producto de

una muerte celular programada (Figura 34A) y un ADN producto de una lisis celular

(Figura 34B).

Figura 34. Imagen de ADN proveniente A) de una clula muerta por apoptosis y B) de

una clula muerta por lisis celular. Obsrvese cmo en el primer caso se observan

bandas de 200 pb y sus mltiples como consecuencia de la accin de una nucleasa

micrococal; en cambio en la lisis se observa un barrido del ADN sin bandas de tamao

definido.

En las clulas eucariotas, adems existe el ADN mitocondrial y el ADN cloroplstico,

presente en las mitocondrias y cloroplastos respectivamente, que a diferencia del ADN

nuclear, es circular como se observa en el Figura 35.

tam

a

o d

el

AD

N e

n

pare

s d

e

A B

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Figura 35. Fotografa de ADN mitocondrial en replicacin. Obsrvese que es una

molcula circular, similar al ADN cloroplstico (tomado de

http://pendientedemigracion.ucm.es/info/genetica/grupod/Replicacion/Replicacion.htm)

Ahora que conocemos la estructura del ADN de las clulas eucariotas vamos a revisar

cmo ocurre la replicacin de las mismas.

1.3.2. Pasos de la replicacin

Las diferencias en la estructura de los cromosomas eucariotas hace que existan

pequeas diferencias en el proceso de replicacin. Las enzimas involucradas tiene una

funcin parecida, existen helicasas, primasas y ADN Polimerasas. El listado de las ADN

Polimerasas de los eucariotas se observan en la Tabla 4.

Tabla 4. ADN Polimerasas presentes en las clulas eucariotas

Compartimiento

celular

Ncleo Ncleo Mitocondria Ncleo Ncleo

Actividad

primasa

asociada

Si No No No No

Funcin

biolgica

Replicacin

de la hebra

retardada

Reparacin

del ADN

Reparacin

del ADN

mitocondrial

Replicacin

de la hebra

retardad

Desconocido

Como se indic anteriormente, los cromosomas eucariotas tiene varios ORI por lo que la

replicacin comienza en diferentes puntos de la molcula (Figura 36).

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Figura 36. Las clulas eucariotas poseen mltiples orgenes de replicacin (tomado de

http://commons.wikimedia.org/wiki/File:Multipl.ori.euc.jpg)

Durante la replicacin es necesario desenrollar el ADN que recordemos que est unido a

los nucleosomas formados por 8 histonas, este proceso ocurre como se observa en la

Figura 37.

Figura 37. Durante el proceso de replicacin el nucleosoma se desenrolla para dejar libre

la molcula de ADN que podr ser duplicada (modificado de Lodish y col., 2005).

Nucleosoma

Doble cadena de ADN

El nucleosoma se desenrolla y las histonas se separan

Orquilla de replicacin

Se sintetiza la nueva cadena de ADN

Orquilla de replicacin

Nueva cadena de ADN

El nucleosoma se enrolla de nuevo

Un nuevo nucleosoma se formar en esta cadena

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Finalmente, debemos analizar qu ocurre en los extremos de los cromosomas lineales ya

que el mismo proceso de replicacin conlleva a un acortamiento de los mismos. Si

recordamos, en la cadena retardada aparecen los fragmentos de Okasaki donde el

cebador es sustituido por ADN por la accin de la ADN Polimerasa I, todo ello gracias a

que existe un extremo 5 adyacente donde pegar los nucletidos. En los extremos de los

cromosomas eucariotas, estos extremos no existen por lo que no es posible sustituir el

cebador y el extremo 5 quedara ms corto que el extremo 3 perdiendo as informacin

gentica en cada replicacin (Figura 38) (Griffiths y col., 2008).

Figura 38. En los extremos de los cromosomas eucariotas, el extremo 5 de la cadena

retardada queda ms corto que el extremo 3 (Griffiths y col., 2008).

Para evitar este efecto, existen los telmero, que son secuencias a ADN repetidas

presentes en los extremos de cada cromosoma que no tienen informacin para ninguna

protena y cuya funcin es evitar el acortamiento de los cromosomas. Durante la

replicacin, la cadena molde es alargada por la accin de una enzima denomina

Telomerasa, que contiene una pequea molcula de ARN que es usada como molde

para la adicin de secuencias complementarias al extremo 3 de la cada de ADN (Figura

39).

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Figura 39. Accin de la telomerasa que contiene una secuencia de ARN que es utilizada

como molde (Griffiths y col., 2008)

De esta manera, como puedes observar en la Figura 40, la telomerasa aade secuencias

repetidas al extremo 3 de la cadena molde, de manera que se puede realizar la

replicacin de la misma y evitar as el acortamiento.

Cromosoma telmero

La telomerasa aade secuencia repetidas en el extremo 3

Se adiciona el Primer ARN seguido de la sntesis de la cadena

Ocurre la ligacin y se remueve el cebador

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Figura 40. Accin de la telomerasa para evitar el acortamiento de los cromosomas

(tomado de Lodish y col., 2005)

An con la accin de la telomerasa, existen pruebas cientficas que indican que durante la

replicacin de las clulas, es inevitable el acortamiento de los cromosomas y sta es una

de las causas del envejecimiento celular (Griffiths y col., 2008), quiz en un futuro tu

puedas descubrir cmo evitarlo y darnos la vida eterna, qu opinas?.

As terminamos de desarrollar esta primera unidad, espero que haya sido interesante y

hayas entendido la evolucin y la replicacin as como la importancia de estos procesos y

sus aplicaciones para los Ingenieros en Biotecnologa. Te invito a revisar la bibliografa

que se anexa que te ayudar a reforzar tus conocimientos. A continuacin, realiza las

actividades programadas para evaluar esta unidad Suerte!

Actividad 3. Evolucin

En esta unidad hemos hablado de la evolucin, la variabilidad gentica y la replicacin y cmo estn relacionadas biolgicamente. Para discutir sobre este tema, te solicito que leas atentamente el artculo anexo de Salazar y colaboradores (2010) sobre El origen de la variabilidad gentica de los virus de la influenza, en este texto se realiza un resumen sobre la clasificacin de los virus y las diferencias entre los diferentes tipos as como un repaso de la estructura de los mismos. Te pido atentamente que revises bien el apartado donde habla sobre la RpdR (polimerasas del virus) y las mutaciones, cmo se reasocian los segmentos del virus y qu influencia tiene sobre la variabilidad gentica y la adaptacin del virus a nuevos hospederos. Posteriormente reflexiones sobre las siguientes preguntas:

- Cmo influye la variabilidad gentica del desarrollo del virus de la influenza? - Cmo se relaciona con la replicacin de virus? - Cul es tu opinin sobre la evolucin que tendr este virus?

A continuacin:

I. Dirgete a la seccin del foro donde encontrars un tema o pregunta de discusin propuesto por tu Facilitador(a) y escribe tu aportacin, cuidando que tu participacin incluya tu reflexin sobre el artculo elegido as como el link donde tu facilitador y compaeros pueden leer el artculo de tu eleccin.

II. Recuerda ser respetuoso y profesional.

III. Evita el plagio en los comentarios de tus compaeros

IV. Procura que tu participacin sea original y pertinente de acuerdo al tema.

V. No olvides leer las participaciones de tus compaeros y realizar la

Antol


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retroalimentacin correspondiente para que todos seamos partcipes de tus ideas.

Vamos a ello!

Autoevaluacin

Con la finalidad de que puedas analizar tu nivel de compresin de la materia te propongo

dos actividades independientes.

La primera de ellas consiste en que puedas dar una definicin correcta de los siguientes

trminos utilizando tus propias palabras:

- Evolucin

- Variabilidad gentica

- Gemacin

- Replicacin

- Origen de replicacin

- Fragmento de Okasaki

- Fisin binaria

En la segunda actividad realiza un esquema de la replicacin de clulas procariotas y

eucariotas indicando la accin de cada una de las enzimas relacionadas y el nombre

correcto de las mismas.

Compara ambas respuestas con los conceptos expresados y los esquemas que aparecen

durante el desarrollo de la unidad. As mismo, te puedes apoyar en la bibliografa anexa.

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Evidencia de aprendizaje

Para finalizar esta Unidad vamos a realizar un anlisis de uno de los principales motivos por la cual la oveja Dolly muri tan joven y su relacin con la replicacin de las clulas eucariotas y si es posible buscar la inmortalidad. Te invito a leer el artculo de Sans (2002) titulado Entre la muerte inevitable y la bsqueda de la inmortalidad. Observars que una posible explicacin de este acontecimiento tiene que ver con los telmeros de sus cromosomas. Para ello, por favor, realiza una investigacin ms profunda sobre la clonacin de este oveja y los resultados que obtuvieron. A continuacin realiza un ensayo, de mximo 3 pginas, al respecto donde:

a) describas el concepto de clonacin y la importancia que tuvo la oveja Dolly en la ciencia moderna

b) expliques la posible implicacin de los telmeros en la muerte de la oveja Dolly, como apoyo, esquematiza el proceso que consideras que tuvo lugar en esta ocasin

c) relaciones los motivos de su muerte con la replicacin de las clulas eucariotas d) para finalmente, como Ingeniero en Biotecnologa, proponer una alternativa para

conseguir la inmortalidad.

1. Recuerda utilizar un vocabulario amplio, redactar correctamente cada prrafo y no cometer faltas de ortografa.

2. Anexa la bibliografa que has utilizado en formato APA

3. Guarda tu trabajo en formato Word y envaselo a tu facilitador

4. Guarda tu documento con la nomenclatura BBM2_U1_EA_XXYZ y envalo a tu

facilitador (a) mediante la seccin de tareas para que lo revise y te retroalimente.

*Recuerda que tu documento deber pesar menos de 4 MB. Te deseo mucho xito!

Antol


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Cierre de la unidad

Los cambios en el genoma que se transmiten a la descendencia y le confieren al

organismo una ventaja en el ambiente donde habita pueden modificar a la especie y de

esta manera ocurrir la evolucin. Es por ello, que est relacionado con el proceso de

replicacin donde las molculas de ADN se duplican y de esta manera se preparan para

el proceso de divisin celular.

La replicacin del ADN de todos los tipos celulares tienen semejanzas que hemos ido

analizando durante la unidad: la composicin del cido nuclico est formado por los

mismos nucletidos, la polimerizacin de los mismos ocurre en direccin 5 3, existe el

origen de replicacin donde comienza el proceso, helicasas que reconocer este sitio y

rompe los puentes de hidrgeno, ADN polimerasas y ADN ligasas. As mismo, se forma la

cadena lder y la cadena retardada donde aparecen los fragmentos de Okasaki.

An as, el ADN de las clulas procariotas es circular y de menor tamao que el ADN de

las clulas eucariotas. Es por ello, que en la primeras aparece un nico origen de

replicacin al contrario de las eucariotas. As mismo, las clulas eucariotas tiene

cromosomas lineales por lo que existen secuencias telomricas en sus extremos para

evitar el acortamiento de las secuencias durante la replicacin.

En esta unidad hemos analizado todos estos procesos y espero que hayan apreciado su

importancia en la vida celular.

Para saber ms

Para comprender mejor los temas que hemos expuesto te invito a revisar la siguientes

bibliografa:

1. Barnes, S.N., Curtis, E., Schnek, A. (2008) Biologa, 7a Edicin, Ed. Mdica

Panamericana, Argentina, pps 138-141. En este texto pueden recordar cmo ocurre el

Ciclo Celular de las clulas eucariotas.

2. Berg, J.M., Tymoczko, J.L., Stryer, L. (2007) Bioqumica. Ed Revert, Espaa, pps

108-119. En este texto se explica la estructura del ADN y los cromosomas

bacterianos.

3. Griffiths, A.J.F., Miller, J.H., Suzuki, D.T., Lewontin, R.C., Gelbart, W.M.(2008)

Gentica, 7a Edicin, Ed. Mc Graw Hill/Interamericana de Espaa, S.A. pps. 241-266.

En este captulo 8 encontrars informacin sobre la estructura del ADN y el proceso

de replicacin con una explicacin detallada del experiment de Meselson y Stahl

donde demuestran que la replicacin es un proceso semiconservativo.

4. Glubert, H. Tendencias futuras de las aplicaciones de los istopos y de las radiaciones

Boletn No 19 del Organismo Internacional de Energa Atmica,

Antol


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http://www.iaea.org/Publications/Magazines/Bulletin/Bull196/Spanish/19605093847_es

.pdf. Este texto te habla sobre las aplicaciones de estas molculas en la agricultura, la

medicina, la industria y el medio ambiente.

5. Herrero E., Aldea M., Gallego, C. (2007) El ciclo celular de las levaduras: un buen

modelo eucaritico? III Simposio cientfico en Biologa Celular. En este texto se explica

detalladamente cmo ocurre el proceso de gemacin y su asociacin con el ciclo

celular.

6. Kniseley, Los radioistopos al servicio del hombre,

http://www.iaea.org/Publications/Magazines/Bulletin/Bull164/Spanish/16405800211_es

.pdf. En este texto encontrars una explicacin detallada de las aplicaciones que tiene

los radioistopos en la biologa y la medicina.

7. Lehninger. (2009). Bioqumica. Mxico. Editorial Omega, pps 324-357. En este

Captulo 12, podrs recordar la estructura de los cidos nuclicos que vimos en la

materia de Bioqumica. Adems, en las pps. 881-885 se explica cmo se organiza el

ADN de los cromosomas eucariotas.

8. Martinki, J. (2009) Brock Biologa de los Microorganismos, 12a Edicin, Ed. Addison-

Wesley, EEUU En las pps. 137-142 encontrars una explicacin sobre el proceso de

divisin por fisin binaria mientras que en las pps 167-185 se explica el proceso de

replicacin en clulas procariotas y eucariotas de una manera didctica y sencilla.

9. Mermelada, C.A. (2009) Darwin y la teora de la evolucin. Es un texto que explica la

teora desarrollada por Darwin y su importancia para entender cmo las especies

evolucionan para desarrollarse mejor en el ambiente donde habitan.

10. Patente Espaola 2 229 492. Este documento muestra la importancia de los plsmidos

bacterianos y cmo han sido objetos de patente.

11. Soto Pol, V.R., Hernndez Guzmn, J., Morales Hernndez, Y., Dios de la Cruz, O.

(2008) Produccin de insulina a partir de organismos bacterianos: Revisin

bibliogrfica para la tcnica molecular. Kuxlvar 29-33. En este artculo se hace una

revisin muy amena y didctica sobre la produccin de insulina humano en bacterias,

es una buena introduccin para ver la aplicacin de los conocimientos adquiridos en

esta materia en la Ingeniera Gentica.

Fuentes de consulta

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Robertis. 4a Edicin, Ed. El Ateneo, Argentina.

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Antol


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u1.replicacion

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