La Replicación del ADN: Un Proceso Semiconservador | Resúmenes de Biología Celular y Molecular

ADN

PRIMERA DIAPOSITIVA

Primero hablaremos algo de historia:

Friedrich Meischer en 1870 fue quien descubrió el ácido nucleico, sin embargo recién

en el año 1900 se determina la presencia de los cromosomas y que estos estaban

formados por ADN + proteínas (llamadas histonas)

Los bloques con los que se construyen los ácidos nucleicos se llaman nucleótidos lops

cuales están formados por 3 elementos: 1 grupo fosfato + un azúcar (puede desoxiribosa

o ribosa dependiendo si es ADN o RNA respectivamente) + 1 base nitrogenada.

Si al nucleótido le quitamos el grupo fosfato tendríamos un nucleosido ya sea de ADN o

RNA dependiendo del azúcar que lo forma.

Un nucleótido de ADN está formado por un azúcar (desoxirribosa) que ocupa el centro

del nucleótido. Esta pentosa, la desoxirribosa (por que tiene 5 carbonos), se une por cu

carbono numero 1 a la base nitrogenada, mientras el carbono 2 sirve para identificar el

azúcar y así diferenciarlo de la ribosa del RNA que en ese carbono 2 presenta un grupo

OH, no así la desosirribosa que solo presenta un H (por eso es dexosi-ribosa, le falta un

oxigeno en el carbono 2).

El carbono 3 le permite unirse al grupo fosfato del siguiente nucleótido y así seguir con

la formación de la cadena de ADN, mientras que el carbono 4 no cumple una función

específica. Finalmente el carbono 5 se une al grupo fosfato y por medio de este al

siguiente nucleótido de la cadena de ADN.

Las bases nitrogenadas son de dos tipos:

a) Las pirimidinas que tienen un anillo bencénico o aromático en su estructura y

son la citosina y la timina en el ADN mientras que en el RNA son la citosina y el

uracilo.

b) Las purinas que tienen doble anillo bencénico o aromático en su estructura y son

la adenina y la guanina.

Cada molécula de ADN está formada por dos cadenas que son antiparalelas entre si (o

sea que están al revés una respecto a la otra). Cada cadena de ADN como la del gráfico

tiene dos extremos denominados extremo 3 y extremo 5 debido a que a nivel de esos

carbonos de la desoxirribosa se corta la cadena de ADN en ambos extremos.

SEGUNDA DIAPOSITIVA

Al comienzo no se sabia quien transmitía la información genética y se pensaba en 2

opciones: el ADN o las proteínas.

Para esto se hicieron estudios en peces cuyos espermatozoides poseían una gran

cantidad de proteína llamada protamina la caul estaba asociada al ADN por eso se

pensaba que esta era la que transmitÍa la información genética y no el ADN.

Sin embargo el descubrimiento accidental de Frederick Griffith cambió la visión al

respecto ya que al estar buscando una vacuna contra el Estreptococo pneumoniae

(bacteria productora de neumonías) descubrió lo que se conoce como la transformación

bacteriana.

Durante su experimento como está indicado en el gráfico utilizó cuatro grupo de

ratones:

1) Al primer grupo le inoculó (o sea les inyectó) una cepa agresiva de

Estreptococos que poseía una cápsula que como ya vimos en capítulos anteriores

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ADN

PRIMERA DIAPOSITIVA

Primero hablaremos algo de historia: Friedrich Meischer en 1870 fue quien descubrió el ácido nucleico, sin embargo recién en el año 1900 se determina la presencia de los cromosomas y que estos estaban formados por ADN + proteínas (llamadas histonas) Los bloques con los que se construyen los ácidos nucleicos se llaman nucleótidos lops cuales están formados por 3 elementos: 1 grupo fosfato + un azúcar (puede desoxiribosa o ribosa dependiendo si es ADN o RNA respectivamente) + 1 base nitrogenada. Si al nucleótido le quitamos el grupo fosfato tendríamos un nucleosido ya sea de ADN o RNA dependiendo del azúcar que lo forma. Un nucleótido de ADN está formado por un azúcar (desoxirribosa) que ocupa el centro del nucleótido. Esta pentosa, la desoxirribosa (por que tiene 5 carbonos), se une por cu carbono numero 1 a la base nitrogenada, mientras el carbono 2 sirve para identificar el azúcar y así diferenciarlo de la ribosa del RNA que en ese carbono 2 presenta un grupo OH, no así la desosirribosa que solo presenta un H (por eso es dexosi-ribosa, le falta un oxigeno en el carbono 2). El carbono 3 le permite unirse al grupo fosfato del siguiente nucleótido y así seguir con la formación de la cadena de ADN, mientras que el carbono 4 no cumple una función específica. Finalmente el carbono 5 se une al grupo fosfato y por medio de este al siguiente nucleótido de la cadena de ADN. Las bases nitrogenadas son de dos tipos: a) Las pirimidinas que tienen un anillo bencénico o aromático en su estructura y son la citosina y la timina en el ADN mientras que en el RNA son la citosina y el uracilo. b) Las purinas que tienen doble anillo bencénico o aromático en su estructura y son la adenina y la guanina. Cada molécula de ADN está formada por dos cadenas que son antiparalelas entre si (o sea que están al revés una respecto a la otra). Cada cadena de ADN como la del gráfico tiene dos extremos denominados extremo 3 y extremo 5 debido a que a nivel de esos carbonos de la desoxirribosa se corta la cadena de ADN en ambos extremos. SEGUNDA DIAPOSITIVA Al comienzo no se sabia quien transmitía la información genética y se pensaba en 2 opciones: el ADN o las proteínas. Para esto se hicieron estudios en peces cuyos espermatozoides poseían una gran cantidad de proteína llamada protamina la caul estaba asociada al ADN por eso se pensaba que esta era la que transmitÍa la información genética y no el ADN. Sin embargo el descubrimiento accidental de Frederick Griffith cambió la visión al respecto ya que al estar buscando una vacuna contra el Estreptococo pneumoniae (bacteria productora de neumonías) descubrió lo que se conoce como la transformación bacteriana. Durante su experimento como está indicado en el gráfico utilizó cuatro grupo de ratones:

Al primer grupo le inoculó (o sea les inyectó) una cepa agresiva de Estreptococos que poseía una cápsula que como ya vimos en capítulos anteriores

logra camuflar o esconder a las bacterias de las defensas del hospedero en este caso el ratón por lo que estos sufrían de neumonía y morían.

Al segundo grupo le inyecto una cepa de Estreptococo atenuada (es decrr más débil) por que no tenían cápsula por lo que las defensas del ratón los reconocían y los atacaban mediante la elaboración de anticuerpos los cuales quedaban en el ratón como mecanismo de defensa para futuras infecciones por este Estreptococo. Del suero (sangre) de estos ratones obtuvo un tipo de vacuna.
Al tercer grupo le inoculó una cepa virulenta de Estreptococo similar a las del grupo 1 con la diferencia que previamente las sometió al calor con lo que mató a estos estreptococos pero dejando viables elementos propios de la bacterias como segmentos de ADN, partes de la membrana entre otros, por lo cual los ratones no murieron pero que sin embargo de su suero (Sangre) obtuvo otro tipo de vacuna.
Observando la buena respuesta obtenida por los dos tipos de vacuna que había fabricado decidió mezclar las cepas atenuadas del segundo grupo con los restos de las bacterias muertas del tercero e inyectárselas al cuarto grupo de ratones asumiendo que los efectos de la vacuna serían sumados y por lo tanto serían mejores, pero la sorpresa fue que los ratones se enfermaron y se murieron de neumonía. Al disecar a los ratones y cultivar los pulmones de estos encontró que la causa de la muerte fue por Estreptococos agresivos idénticos a los del primer grupo, en otras palabras los Estreptococos atenuados se transformaron en agresivos. La explicación de este fenómeno es el siguiente: a) las bacterias en su estructura poseen un elemento que se llama Pili sexual del cual ya hablamos y que permite el ingreso de ADN extracromosómicos llamados plásmidos. b) Los plásmidos que estas bacterias adquirieron procedían de las bacterias muertas sometidas al calor y cuyos componentes se mezclaron lo estas bacterias atenuadas. c) Una vez que ingresaron este segmento de ADN se incorporó al genoma de la bacteria el cual comenzó a ser procesado y de esta manera estas bacterias que no tenían cápsula adquirieron una y de esta manera enfermaron al ratón y lo mataron. A pesar del descubrimiento de Griffith las dudas seguían respecto a que componente transmitía la información genética es así que L. Alloway repitió el experimento esta vez sin usar ratones sino solamente medios de cultivo que luego fueron analizados para ver si las bacterias lograban adquirir la cápsula lo cual ocurrió. Sin embargo las dudas seguían y es así como Avery, MacLeod y McCarty hicieron el mismo experimento que L. Alloway pero utilizando adicionalmente enzimas que se iban a encargar de eliminar a una de las dos variables involucradas en este experimento que son el ADN y las proteínas. Para eliminar a la variable proteína le agrego a la mezcla de bacterias y restos de la otra una enzima llamada proteasa y al dejar esta enzima solo disponible la variable ADN observo que en este grupo si hubo transformación bacteriana. Luego a otro grupo en vez de agregarle la proteasa le agregó otra enzima que se encargaba de destruir el ADN, la ADNasa, y de esa manera solo quedaban viables las proteínas pero en este grupo no hubo obviamente transformación bacteriana. TERCERA DIAPOSITIVA

donde los escalones eran las bases nitrogenadas y el pasamano de la escalera lo formaban el grupo fosfato y el azúcar la desoxirribosa. Que las bases nitrogenadas se emparejaban adenina con timina por medio de dos puentes de hidrógeno (enlaces no covalentes de bajo contenido energéticos y fáciles de destruir y construir) mientras que la citosina se emparejaba con la guanina mediante 3 puentes de hidrógeno (es por eso que a Chargaff en su descubrimiento determinaba que cuando media la cantidad de adenina le daba igual cantidad de timina, y lomismo ocurria cuando media citosina y guanina). Que entre nucleótido y nucleótido se unían mediante la formación de un enlace fosfodiéster (enlaces covalentes de alto contenido energéticos y difícil de destruir) entre El carbono 3 de un nucleótido y el grupo fosfato del siguiente nucleótido. SEXTA DIAPOSITIVA Ahora hablaremos de la replicación del ADN la que se dice es semiconservadora ya que cada molécula hija que se forma conserva una de las dos cadenas originales ya que cada cadena original sirve de molde para generar la otra cadena (o sea la copia). El proceso comienza con la participación de una enzima que se llama ADN helicasa que se encarga de romper los puentes de hidrógeno que unen a las bases nitrogenadas en el centro lo que ocasiona que se forme una estructura circular llamada burbuja de replicación que no es mas que las dos hebras o cadenas de AND que se está separando y cuyos ángulo o limites (de la burbuja) se llama horquilla de replicación. Para evitar que las dos cadenas se vuelvan a unir por nuevos puentes de hidrógeno la dos hebras de ADN separadas se adosan a unas proteínas que las mantienen así como una especie de pinzas y que reciben el nombre de proteínas de unión. Luego se incorpora al inicio del sitio de replicación de cada una de las cadenas de ADN pequeños segmentos complementarios de RNA llamados primers o iniciadores que son complementarios en sus bases nitrogenadas a las que están expuestas en las hebras de ADN separadas. A continuación la enzima llamada ADN polimerasa se une al sitio donde están los primers ya que estos le señalan a la ADN polimerasa donde deben comenzar a copiar la cadena de ADN. Esta enzima tiene el inconveniente que es unidireccional es decir solo puede ir en sentido del extremo 3 al 5 por lo que solo pueden copiar una de las dos cadenas de ADN. La otra cadena deberá ser copiada por otra polimerasa que va en sentido contrario a la primera que también va en sentido unidireccional pero como esta segunda polimerasa debe esperar que se habrán un poco más las cadenas de ADN demora un poco en comenzar a copiar por lo que a esta cadena de ADN se la llama cadena rezagada mientras que a la otra que comenzó primero se la llama cadena líder. La polimerasa va incorporando nucleótidos nuevos en la cadena de ADN que se está generando (o sea la copia), para lo cual forma dos tipos de enlaces:

Los puentes de hidrógeno que unen el nucleótido recién llegado a la cadena molde siguiendo los apareamientos ya establecidos es decir dos puentes de hidrógeno entre adenina y timina y 3 entre citosina y guanina.
El otro enlace es el fosfodiéster que une el nucleótido recién incorporado con el que había incorporado previamente para así completar la nueva cadena (la copia). La polimerasa que está copiando la cadena rezagada interrumpe su proceso de copia en el momento que llega a la horquilla de replicación por lo que tiene que separarse, lo cual no ocurre con la polimerasa de la cadena líder ya que está sigue incorporando nuevos nucleótidos en la medida en que la ADN helicasa va separando las hebras de ADN ya que esta polimerasa va siguiendo a la helicasa,

Como ve en el gráfico de las diapositivas vemos como en la cadena rezagada a medida que la helicasa sigue avanzando va quedando un espacio sin copiar por lo que se incorpora a esta cadena otra polimerasa que copia ese segmento hasta que se topa con el inicio del segmento que copio la polimerasa anterior (claro esta que para poder hacer esto es necesario que se incorpore otro primer para que la polimerasa lo reconozca y pueda copiar ese pedazo. Al final veremos que la cadena rezagada queda copiada en pequeños fragmentos llamados fragmentos de Okasaki los cuales tienen que unirse y la enzima que lo hace se llama DNA ligasa. Antes de terminar la replicación del ADN deben ser eliminados los primers de RNA y ser reemplazados por nucleótidos de ADN. Cabe señalar que existen 4 tipos de ADN polimerasa:

La alfa que es la que acabamos de ver que copio el ADN
Delta y la epsilon que son las que rellenan los espacios dejados por los primers
Y la Gama que copia el ADN de las mitocondrias. Las enzima que forma los primers se llama primasa y la que los eliminan es una exonucleasa llamada RNAasa, luego de lo cual tanto las polimerasas delta y epsilon rellenan los espacios dejados por estos en el ADN mediante la participación de dos proteínas: las de enganche de carga y las de enganche deslizante, que fijan estas polimerasas al segmento de ADN que hay que rellenar. Al final de todo este complejo proceso existen aun dos problemas que el ADN debe resolver. Primero que nada cuando usted intenta separar una trenza metiendo el dedo en medio de ella verá que a medida que las va separando se hacen nudo en los entremos lo cual se en el ADN se llama sobrenrrollamiento para lo cual participan dos enzimas que se encargan de desenredar el ADN y son la topoisomerasa I y la topoisomerasa II. Lo que hacen estás enzimas es cortar, desenrollar y pegar pero la topoisomerasa I lo hace sobre 1 sola hebra de ADN y la II lo hace sobre las dos. El otro problema es como copiar los extremos del ADN ya que estos van en sentido 5 al 3 y las polimerasas no podrían ir en reversa (recuerde que las polimerasas van en sentido 3 al 5 pero lo que van copiando lo hacen en sentido 5 al 3) por lo que otra enzima es la que se encargara de hacer este trabajo y se llama telomerasa (por que los telómeros son los extremos de los cromosomas) y está enzima actúa como una retrotranscriptasa es decir puede ir en sentido 5 al 3 y copiar ese pedazo que falta. El proceso que explicamos antes se refiere a las células eucariotas ya que en la procariotas en más sencillo ya que hay la ADN polimeras I, II y la III siendo la III la que cuemple el papel de la polimeras alfa y la I la que hace de exonucleasa y que además rellena los espacios dejados por los primers. Finalmente hablaremos a que se debe la exactitud de la replicación del ADN, que son los enlaces de hidrógeno ya que entre adenina y timina siempre hay dos puentes de hidrógeno y entre citosina y guanina 3 por lo que la polimerasa no tiene como confundirse. Sin embargo y debido a la gran velocidad a la que trabaja la polimerasa (coloca de 50 a 500 nucleótidos por segundo) puede cometer errores como por ejemplo colocando una citosina en lugar de la timina lo cual ocurre una vez cada 10.000 pares de bases colocadas, pero estos errores son reconocidos la mayoría de las veces por las polimerasas por que ellas revisan lo que hicieron antes de pasar al siguiente puesto y colocar el siguiente nucleótido en otras palabras sacan la citosina mal puesta y colocan la timina que correspondía estar ahí. En otros casos la polimerasa comete doble error y no solo que pone una citosina en vez de la timina sino que además al revisas se da cuenta de que en la otra hebra

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