Bases Moleculares de la Herencia

Transcripción

1 Bases Moleculares de la Herencia Sección II: Replicación del DNA Capítulo 11

2 Con los experimentos de Meselson y Stahl ya se habia establecido que el DNA se replicaba de manera semiconcervativa La pregunta es: Como ocurre esta síntesis de DNA?

3 Replicación del DNA Rápida. En procariotas= hasta 500 nucleótidos/segundo En humanos= 50 nucleótidos/segundo. En pocas horas se copian 6 billones de bases en cada célula humana. Compleja. Requiere la cooperación de más de 12 enzimas y otras proteínas. (>30 proteínas en procariotas) Precisa. Solamente 1 en 10 billones de nucleótidos se parea incorrectamente.

4 Síntesis de DNA DNA Polimerasa Añaden nucleótidos trifosfatados al terminal 3 (grupo hidroxilo libre) preexistente. Solo copia del extremo 5 al 3

5 Polimerasas de DNA Síntesis en la dirección 5 3

6 Polimerasas de DNA: Características Conectan cada nucleótido a la cadena usando la energía del rompimiento de las uniones fosfato de nucleótidos trifosfatados (generan 2 fosfatos) Requieren una secuencia iniciadora ( primer de RNA) Requiere cadena templado (patrón)

7 Se han identificado diferentes DNA polimerasas Procariotas ~ 5; Eucariotas ~ 15

8 Burbujas de replicación Origenes de replicación: -Son lugares donde comienza la replicación del DNA - Son los sitios donde la doble banda del DNA es separada originando una burbuja de replicacion

9 Replicación en bacterias (E. coli) Origin of replication Parental (template) strand Daughter (new) strand Doublestranded DNA molecule Replication bubble Replication fork (punto de bifurcación) Two daughter DNA molecules 0.5 µm

10 La replicación ocurre en ambas direcciones hasta que se copia la molécula completa

11 Eucariontes pueden tener cientos o miles de origenes de replicación 0.25 µm Punto de bifurcación: region en forma de Y donde se elonga el DNA

12 En el punto de bifurcación ( replication fork ) la doble hélice se abre y se estabiliza Helicasa: enzima que separa las cadenas. Catalizando el rompimiento de los puentes de H entre las cadenas. (se mueve de 5 a 3 ) Proteínas que se unen a la cadena sencilla (single stranded binding proteins): Mantienen las cadenas separadas Topoisomerasa: Corta, gira y une el DNA adelante del punto de bifurcación. (downstream). Quita la tensión de la doble hélice

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14 El DNA esta abierto y listo para ser replicado - DNA polimerasa no puede iniciar la síntesis de polinucleotidos, necesita una secuencia iniciadora ( primer ) - DNA Polimerasa solo agrega nucleótidos por el extremo 3 terminal Síntesis en la dirección 5 3

15 La secuencia iniciadora es un segmento corto de RNA Primasas: Polimerasas de RNA que sintetiza la secuencia iniciadora

16 Primasa agrega nucleotidos de RNA usando DNA parental como templete El primer es corto (5-10 nucleótidos de largo) y el extremo 3 sirve como el punto de inicio de la nueva molécula de DNA

17 La DNA polimerasa III agrega nucleótidos en la bifurcación de replicación de la cadena Los nucleótidos son agregados como nucleótidos trifosfatados con el azúcar desoxiribosa. DNA es elongado con d-nucleótidos Adenina con datp Guanina con dgtp Timina con dttp Citocina con dctp La diferencia entre ATP y datp es que el primero tiene azúcar ribosa y el segundo tiene la azúcar desoxiribosa características del DNA

18 Cada monómero de datp se une como monofosfato, perdiendo dos grupos fosfatos (pirofosfato) New strand 5 end Template strand 3 end 5 end 3 end Sugar Phosphate A Base T A T C G C G G C G C 3 end A DNA polymerase T A C Pyrophosphate 3 end C Nucleoside triphosphate 5 end 5 end

19 La estructura antiparalela de la doble helice afecta la replicación DNA polimerasa agrega nucleótidos en el extremo 3 libre de la cadena creciente, por lo que el DNA crece en la dirección de 5 a 3

20 Cadena líder A lo largo del templete de DNA, la DNA polimerasa sintetiza una cadena lider continuamente hacia el punto de bifurcación

21 La cadena rezagada se sintetiza en dirección lejos de la bifurcación de replicación

22 La cadena rezagada se sintetiza en segmentos conocidos como Fragmentos de Okazaki

23 Los segmentos son después unidos por una DNA ligasa

24 Resumen

25 Doble hélice se desenrolla. Estabilizar cadena sencilla de DNA. Helicasas, topoisomerasas y proteínas SSB. Síntesis de la cadena líder Iniciador de RNA (primasa) Alargamiento (polimerasa DNA III) Reemplazo del iniciador (polimerasa DNA I) Enlace del fragmento y la cadena lider (ligasa) Síntesis de la cadena rezagada Iniciador de RNA para fragmentos de Okazaki (primasa) Alargamiento del fragmento (polimerasa DNA III) Reemplazo del iniciador de RNA (polimerasa DNA I) Enlace de los fragmentos (ligasa)

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27 Reparación del DNA Durante la replicación ocurre 1 error/10 billones de nucleótidos. Inicialmente ocurre 1 error / 100,000 pares de bases 1. Enzimas editan ( proofread ) el DNA durante su replicación: remueven el nucleótido apareado incorrectamente y continuan con la síntesis. 2. Reparación por apareamiento incorrecto: Enzimas especiales corrigen el error o daño.

28 Reparación del DNA: daño por agentes químicos y físicos: Rayos X, UV y ciertas moleculas (cigarrillos) Enzimas de reparación del DNA ~100 en bacterias ~130 en humanos Reparación por excisión: - Nucleasa - Polimerasa de DNA - Ligasa

29 Telómeros (Extremos de los cromosomas) Cada vez que el DNA se replica las moléculas hijas son mas cortas La maquinaria de replicación celular no permite que los extremos 5 sean sintetizados

30 Los cromosomas se acortan durante la replicación normal de DNA

31 Telómeros Secuencias repetitivas en los extremos de cada molécula de DNA de eucariontes. 5 TTAGGG 3 Humanos: ± 10,000 nucleotidos 5 TTAGGGTTAGGG 3 No codifican para proteínas No previenen el acortamiento solo prolongan la erosion de los genes situados al final de los cromosomas Se ha propuesto que el envejecimiento esta asociado con el acortamiento de los telómeros

32 DNA en cadena sencilla se degrada (terminales 5 ). DNA pierde ± nucleótidos en cada replicación. Telómeros se acortan. Acortamiento de telomeros debe proteger de crecimiento canceroso por limitar el número de divisiones celulares Hay evidencia que en células cancerosas los telómeros son alargados permitiendo que el cancer persista

33 - La enzima telomerasa cataliza el alargamiento de los telómeros. - Esta enzima se encuentra en algunas células de organismos unicelulares. - Se encuentra en Gonadas pero no en la mayoría de las células somaticas. Telómeros marcados en naranja brillante en los extremos de sus cromosomas

34 Replicación de telómeros (células germinales) Telomerasa - Los genes de los gametos podrian perderse eventualmente - Telomerasa alarga los telomeros previniendo la erosion de genes

35 El Cromosoma esta hecho de una molécula de DNA empacada con proteinas En Bacterias - DNA circular con pocas proteinas -superenredado en el nucleóide En Eucariontes: - DNA es lineal, - asociado con gran cantidad de proteinas (histonas) Cromatina= Complejo de DNA y proteinas en el núcleo de eucariontes DNA double helix (2 nm in diameter) Histones Nucleosome (10 nm in diameter) Histone tail DNA, the double helix Histones Nucleosomes, or beads on a string (10-nm fiber) H1

36 Chromatid (700 nm) 30-nm fiber Loops Scaffold 300-nm fiber Replicated chromosome (1,400 nm) 30-nm fiber Looped domains (300-nm fiber) Metaphase chromosome

37 Chromatina esta organizada en fibras Fibras de 10-nm DNA alrededor de histonas formando nucleosomas cuentas Nucleosomas son unidos a través de DNA como cuentas en un collar Fibras de 30-nm Nucleosomas se consensan enredandose entre si formando fibras mas gruesas

38 Fibras de 300-nm Las fibras de 30-nm forman asas looped domains unidos a proteinas Cromosoma Metafásico Las asas son enredadas nuevamente El ancho de la cromatida ahora es de 700 nm

39 La cromatina es empacada laxamente en el núcleo durante la interfase y se condensa en la mitosis eucromatina: cromatina empacada laxamente heterocromatina: en Interfase algunas regiones son altamente condensados (centrómeros y telómeros) Esta densa heterocromatina hace difícil a la célula expresar la información genética codificada en esas regiones