REPLICACIÓN Y TRANSCRIPCIÓN DEL ADN

Transcripción

1 TEMA 13 REPLICACIÓN Y TRANSCRIPCIÓN DEL ADN Qué es un gen? Un gen es un fragmento de ADN que codifica un producto génico (ya sea una proteína o un fragmento de ARN), un mismo gen, aunque no es lo habitual, puede sintetizar más de un producto génico, aunque esto no suele pasar. Antiguamente se decía que un gen era una secuencia de bases que coficaba la información necesaria para la síntesis de una proteína. Dependiendo del organismo los genes son de una manera o de otra, los de los organismos eucariotas son genes discontínuos, tienen fases en las cuales la información es válida, y partes en la que no lo es, las partes en las que la información se puede aprovechar se llaman exones, y las partes que no tienen utiliadad son los intrones, para una correcta síntesis de ADN hay que eliminar los intrones y dejar sólo loes exones. El organismo procariota en cambio no tienen intrones, por lo que todo su ADN es útil. El gen más largo que se conoce es el que codifica la distrofina que es de 2x10 6 pares de bases. Cuando este gen está alterado, aparece una distrofia muscular. En las bacterias aparecen plásmidos, que son una especia de bolas de ADN circular que están sueltos en el citoplasma y que ayudan a la célula otorgándole ciertas cualidades que antes no tenían. Es muy importante saber que tan sólo el 28% del material genético de una persona se usa para la síntesis de ARN y tan sólo el 5% de este es usado para la síntesis de proteínas, por lo tanto podemos decir que el restante 72% es ADN basura, que no contiene ninguna información útil. Aparecen muchas series repetitivas, llamadas series tandem y forman los llamados satélites. Además, hay ADN en todas las mitocondrias, que se hereda de la madre siempre, y tiene un total de 37 genes. Replicación. La replicación consiste en la síntesis de 2 moléculas de ADN idénticas a partir de una de ellas. Se hace siempre antes de cada división celulas ya que las células hijas han de tener exactamente la misma dotación cromosómica que la madre. Ocurre durante la fase S. En la replicación las nucleasas son las encargadas de romper las moléculas de ADN para luego unirlas. Hay dos tipos. Endonuclesas: que cortan los enlaces desde el interior. Exonucleasas: empieza a cortar por los extremos 1. Las que empiezan por el 5'.

2 2. Las que empiezan por el 3'. Una vez roto el enlace son las ligasas las que se encargan de volver a formarlo. Las ligasas actúan siempre en dirección 5'-3'. La enzima clave es la ADN polimerasa. Propiedades de la replicación La replicación es semiconservativa, es decir, las cadenas hijas mantienen una hebra de la madre. Es multifocal (en eucariotas) hay replicación en muchos puntos de la molécula, en cambio en las células procariotas tan sólo lo hay en un origen. Es bidireccional. Hay aproximadamente un total de unas 20 enzimas implicadas, de las cuales la más importante con diferencia es la ADN polimerasa, esta sintetiza la cadena complementaria usando desoxinucleótidos. Para que esta enzima pueda trabajar hacen falta otras, por ejemplo las helicasas, que se encargan de abrir la cadena de ADN y la mantienen abierta, las encargadas de quitarle el giro a la molécula son las girasas y las topoisomerasas. La ADN polimerasa tiene capacidad exnucleasa 3', es decir, es capaz de volver atrás, ver si ha cometido un error, y en el caso de haberlo hecho, es capaz de repararlo. Se calcula estadísticamente que hay un error cada nucleótidos introducidos. Esto ocurre a una alta velocidad, más o menos se insertan unos 2000 nucleótidos por segundo Lesiones del ADN. Mutaciones. Una mutación génica es una alteración permanente de una molécula de ADN Hay varios tipos de mutaciones, tantos como bases se pueden insertar. Algunos son: Pérdida de bases, rotura de enlace, cambio químico, entrecruzamiento, translocaciones... A veces hay mutaciones que no tienen ningún efecto sobre la salud del que las padece, son las llamadas mutaciones silenciosas, generalmente afectan a 72% del ADN basura que no es necesario para la síntesis de ningún producto génico. -Mutaciones puntuales: afectan a la posición de una sola base; pueden ser Sustitución de una base por otra: Si se sustituyen dos bases del mismo tipo es una transición. Purina-purina Si lo que se sustituye son dos bases diferentes se llama transversión. Purina-pirimidina. Delección o supresión de una base. La base desaparece. Inserción. Hay una base donde no debería de estar. -Agentes que causan la lesión. Puede ser una mutación espontánea, producido por un error en la propia síntesis del ADN, un

3 ejemplo es la desaminación de la citosina, que pasa a ser uracilo. También puede ser una mutación inducida, que depende de varios factores: Agentes físicos: fundamentalmente son las radiaciones (tanto ultravioleta como ionizantes). Las ultravioleta dan lugar a la sodadura de 2 nucleótidos iguales, generalmente de timina, los llamados dímeros de timina, que al estar juntos, no pueden ser copiados. Agentes químicos: por ejemplo los radicales hidroxilo, que actúan sobre el ADN convirtiendo la guanina en oxoguanina, que no es complementaria de la citosina, pasa a serlo de la adenina. El cambio no es compatible. Otro agente químico que actúa sobre el ADN es el benzopireno del humo del tabaco, que es una agente cancerígeno. El ácido nitroso actúa sobre las adeninas y las convierte en hipoxalcina y deja de ser compatible con la timina, pasando a ser complementaria de la citosina. Sistemas de reparación. La amplia mayoría eliminan la parte dañada y sintetizan después la cadena complementaria, que se acopla a la que ya estaba correcta. Sistema de eliminación de bases. La ADN glicosilasa rompe el enlace N-glicosídico, deja el hueco y se coloca la cadena complementaria a la de la célula madre. Escisión de nucleótidos: en las zonas adyacentes se producen unos cortes y se elimina el fragmento erróneo, entonces una isozima de la ADN polimerasa lo rellena, para unir este fragmento que ha sido sintetizado con posterioridad la ligasa hace el útimo enlace, ya que la ADN polimerasa no es capaz de hacer el último enlace. Mecanismo de reparación de apareamientos incorrectos. Se ha producido una apareamientos de bases que no es correcto, para arreglarlo, se corta la molécula por la parte que no está bien y se rellena. Se reconocen las cadenas que han de eliminar (las cadenas hijas) por que las cadenas madres, al ser más viejas, se han metilado, tienen grupos metilo unidos a sus bases, esto no ocurre en las cadenas hijas, ya que no han tenido tiempo. Con el envejecimiento estos mecanismos empiezan a fallar. El síndrome de Lynch (relacionado con los cánceres de colon) se produce por un fallo en todos estos sistemas. El sistema de reparación de los dímeros formados por la luz ultravioleta, en general los dímeros suelen ser de timina, aunque se pueden dar también de adenina. La encargada de destruir estas soldaduras es la enzima fotoliasa, que utiliza la luz visible para romper la soldadura. Cuando no funcionan se produce e xenoderma pigmentorum, una patología que hace a la persona que padece

4 ser muy propenso a sufrir melanomas de carácter grave en la piel, con frecuencia estas personas mueren a edades tempranas, y mientras viven, no pueden exponerse a la luz solar y muchas veces tampoco a la luz artificial. El llamado guardián del genoma es una proteínas muy importante, que se encarga de proteger la integridad del ADN, es la llamado proteína P53. Esta proteína detecta la existencia de las lesionas y ella activa a los sistemas de reparación para que lo arreglen, cuando no es posible esta reparación, lo que hace es que mata a la célula errónea. La P53 está codificada dentro de los genes de prevención de tumores, que luchan contra los oncogenes. El síndrome de Li-Frameni (que da lugar a grna cantidad de cánceres, sobre todo cáncer de mama) se asocia a una disminución en la actividad de la P53. Transcripción A partir de una molécula de ADN, se sintetiza una cadena de ARN complementaria. A diferencia de en la anterior, aquí no se usan los desoxinucleósido trifosfato, si no que son nucleósidos trifosfato. La encargada de esto es la ARN polimerasa, que también sintetiza en dirección 3'-5'. es importante decir que esta enzima es muy selectiva, a diferencia de la replicación, aquí no se transcribe toda la molécula, si no que sólo se hace de una parte, la que nos interesa, y además este proceso depende del tejido en el cual se va a transcribir y va a estar la célula. En la transcripción se copia a la cadena codificante, es decir, se copia la cadena que está opuesta a la que nos interesa, ya que haciendo la complementaria vamos a obtener la que necesitamos, que es la que está opuesta a la que copiamos. La que copiamos se llama codificante y la que queremos copiar se llama no codificante. La transcripción es totalmente conservativa para el ADN, ya que este se mantiene igual al final de la operación. Hay zonas señal o promotores que indican el lugar donde se ha de empezar, son los llamados factores de transcripción, que actúan sobre los promotores. Hay promotores que intensifican (intesificadores) o paran (silenciadores) la síntesis de ARN con la replicación. La transcripción es reiterativa y al síntesis es continua. Además, puedo hacer tantas copias como me haga falta. El ARN que se obtiene al terminar la transcripción es aún inmaduro, es decir, ha de pasar por un proceso de maduración. Cuando aún no ha madurado se llama ARN transcrito primario. Procesos postranscripcionales El proceso que sufren el ARN r y el ARN t es el mismo tanto en células procariotas como en eucariotas. El ARN t : se eliminan trozos, del 3' al 5'. Lo hacen unas enzimas llamadas ARNasas. Al final de la

5 parte 3' colocan un segmente de CCA. También las bases químicas sufren algunos cambios ligeros, que el ayudan a mantener el equilibrio y las hace algo más estables. ARN r. Se cortan trozos para que la moléculas sea más pequeña, la clasificación de este tipo de ARN es según su peso. Se produce una mutilación de la proteína. ARN m : en procariotas hay un proceso muy corto. En eucariotas el proceso es más largo, ya que si no fuera por este proceso, no sería capaz de atravesar las membranas. Primero se han de eliminar los intrones, que son las secuencias no codificables. Las espliceosomas son las enzimas encargadas de cortar los intrones y de volver a pegar la molécula colocando juntos a los exones. Para poder saber cuando tiene que cortar, cuando empieza un intrón, todos empiezan por GU y acaban en AG. El tamaño de los intrones suele ser mucho mayor que el de los exones, por lo que al acabar este proceso, la molécula es bastante más pequeña. En el extremo 3' se coloca una cola poli A, una secuencia enorme de A (pueden llegar hasta las 200 unidades). En el 5' hay una estructura llamada caperuza. Cuando el proceso de modificación ha terminado, el ARN es capaz de atravesar la membrana nuclear y de quedar libre en el citiplasma. Inhibidores Algunos son venenos, y otros son usados como antibióticos. Hay varios tipos, dependiendo de su función, los que tienen una baja especificidad se meten entre las bases, abriendo la cadena e imposibilitando la transcripción. Un ejemplo es la actinomicina D. este tipo es común tanto para eucariotas como para procariotas, ya que es un mecanismo muy sencillo. Otras veces los inhibidores son mucho más selectivos, algunos inhiben las girasas y las toposisomerasas. Por ejemplo, la ficodina inhibe la ADN polimerasa en eucariotas, y la campotecina inhibe las toposiomerasas. En procariotas, la coumermicina inhibe la girasa. Los que son específicos y actúan sólo sobre las bacterias son usados como antibióticos, los que actúan sobre eucariotas son considerados venenos.