TEMA 14: EL ADN, PORTADOR DE LA INFORMACIÓN GENÉTICA. REPLICACIÓN DEL ADN

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1 TEMA 14: EL ADN, PORTADOR DE LA INFORMACIÓN GENÉTICA. REPLICACIÓN DEL ADN 1. EL ADN COMOMOLÉCULAPORTADORA DE LA INFORMACIÓN GENÉTICA. 2. FLUJO DE LA INFORMACIÓN GENÉTICA 3. REPLICACIÓN DEL ADN HIPÓTESIS DE LA DUPLICACIÓN DEL ADN 3.2. EXPERIMENTO DE MESELSON Y STAHL MECANISMO DE REPLICACIÓN DEL ADN CORRECCIÓNDE ERRORES DURANTE LA REPLICACIÓN DIFERENCIAS ENTREEL PROCESO REPLICATIVO EN PROCARIOTAS Y EUCARIOTAS.

2 1. EL ADN COMO MOLÉCULA PORTADORA DE LA INFORMACIÓN GENÉTICA. ADN à molécula que contiene la información de características biológicas. (ADN + histonas)à formando cromosomas. Se demostró durante 1ª mitad sxx. Friedrich Miescher: aisló en 1869 sust a la que llamó nucleína = parte ácida (ADN) + parte básica (histonas). Griffith (1928): descubrió el principio transformante que contenía la información genética. Trabajaba con 2 cepas de bacterias (neumonía) Streptococcus pneumoniae. Cepa S: virulenta. Tienen cápsula de polisacáridos. Cepa R: inofensiva. Sin cápsula. Si calentaba cepa S à destrucción à no infecta ratones, pero si las mezcablada con cepa R à éstas se convertían en cepa S à infectado a ratones. Dedujo que bact RIP de cepa S liberaban sust. ( principio transformante ) q al ser captada x bact de cepa R las transformaba (la información genética se había transferido de una cepa a otra). Se pensaba que eran las proteínas cromosómicas las portados de la información genética y que ADN tenía papel secundario.

3 1. EL ADN COMO MOLÉCULA PORTADORA DE LA INFORMACIÓN GENÉTICA. 1944: OT. Avery, C. Macleod y M. McCarty à principio transformante =ADN. La capacidad transformante desaparecía cuando se agregaban enzimas que degradan el ADN. 1952: Alfred Harshey y Martha Chase: concluyen que efectivamente es el ADN. Bacteriófago T2(virus)à marcado con 32 P (ADN) y con 35 S (proteínas) à infectaron E. Coli à midieron radiactividad medio intracelular y extracelular à 32 P en interior à ADN es el portador de la información. 1953: Watson y Crick à doble héliceà explica cómo se pude almacenar y transmitir la información genética.

4 2. FLUJO DE INFORMACIÓN GENÉTICA ADN porta información genética y tiene que: - Transmitirla generación tras generación à mediate replicación. - Expresarseà para síntesis de proteínas: - 1º Transcripción: ADNà ARNm - 2º Traducción: ARNm à proteínas. DOGMA CENTRAL DE LA BIOLOGÍA Ha tenido que ser modificado por mecanismos de replicación de algunos virus: - Algunos virus (pe: mosaico del tabaco) pueden hacer copiar de ARN (ARN replicasa). - Retrovirus almacenan información en ARN à sintetizan ADN que lo introducen en ADN celular. (transcriptasa inversa o retrotranscriptasa)

5 2. FLUJO DE INFORMACIÓN GENÉTICA

6 ADN debe transmitirse a cada célula hija, xt antes de reproducirse à ADN forma una réplica à 2 copias = replicación o duplicación de ADN. (fase S de interfase) Hipótesis sobre la duplicación del ADN. - Watson y Crick indicaron cuál podría ser el mecanismo de replicación: separación de cadenas y cada una sirve de molde para una complementaria. - Había 3 hipótesis: - Conservativa: doble cadena original se mantiene y se sintetiza una nueva. - Semiconservativa (Watson Y Crick): en cada molécula hija: una de la original y una nueva. - Dispersiva: en cada molécula hija existen fragmentos de la original y fragmentos nuevos.

7 3.2. Experimento de Meselson y Stahl - Cultivaron E. Coli con N pesado ( 15 N) à moléculas con ese nitrógeno son más densas. - Después pasaron algunas bacterias a medio con N normal ( 14 N) durante media hora à tiempo para que haya replicación. Extrajeron ADN y lo centrifugaron. - Si se dejaba durante dos divisiones: Bacterias con 14 N Bacterias con 15 N - Se descarta hipótesis dispersiva y conservativa à la replicación es semiconservativa.

8 3.2. Experimento de Meselson y Stahl

9 3.3. Mecanismo de replicación del ADN - Fue estudiado en procariotas, pero el mecanismo es muy similar en eucariotas. En ambos casos son dos etapas: iniciación y elongación. INICIO DE LA REPLICACIÓN. - Empieza en ciertas zonas à con secuencias determinadas (abundan GATC) = origen de replicación. - Enzima helicasa: separa ambas hebras rompiendo puentes de H entre las bases nitrogenadas à como consecuencia se producen superenrrollamiento en zonas vecinas à topoisomerasas eliminan las tensiones (cortan, eliminan tensión y vuelven a empalmar). - Topoisomerasa I: 1 hebra - Toposiomesa II: 2 hebras a la vez. - Girasa (procariotas): 2 hebras a la vez. - Hebras se mantienen separadas por la unión de la proteían SSB. - En el lugar de origen de replicación se ha formado la burbuja de replicación. Hay 2 zonas con forma de Y = horquillas de replicación. - La burbuja se va extendiendo a lo largo del cromosoma en ambos sentidos à replicación bidireccional.

10 3.3. Mecanismo de replicación del ADN ELONGACIÓN - Comienza la síntesis de las hebras complementarias sobre cada una de las originales à ADNpolimerasa III: - Recorre hebra en sentido 3 à 5. - Nucleótidos que añade son trifosfatos (ATP, GTP, TTP, CTP)à la E para unir la proporciona la liberación de los 2 fosfatos. - Ninguna ADNpolimerasa puede iniciar la síntesis por ella misma, ie, tiene que añadir nucléotidos a un extermo 3 libre à necesita cebador o primer ( sintetizado por la primasa o ADNpolimerasa I)

11 3.3. Mecanismo de replicación del ADN ELONGACIÓN - Dado que la ADNpolimerasa III recorre en sentido 3 à 5 > síntesis de una de las hebras es continua (HEBRA CONDUCTORA) pero la otra (sentido 5 à3 ) la síntesis es discontinua à por segmentos =HEBRA RETARDADA. Y segmentos = fragmentos DE OKAZAKI= ARNcebador /2000 nucléotidos de ADN. Sentido de la replicación HEBRA CONDUCTORA HEBRA RETARDADA Sentido de la replicación

12 3.3. Mecanismo de replicación del ADN ELONGACIÓN - Posteriormente interviene la ADNpolimerasa I à elimina fragmentos de ARN (pq tiene acción exonucleasa) y rellena los huecos con ADN. - Cada hebra sintetizada y la original se enrollan en forma de doble hélice. - Proceso replicación es muy rápido, pe: E.Coli nucleótidos/minuto.

13 3.4. Corrección de errores durante la replicación ADNpolimerasa III une nucleótidos por complementariedad, pero a veces comete errores à se corrigen por enzimas nucleasas à aún así habría 1 error cada 10 7 /10 8 nucleótidos à sigue siendo mucho, por lo que existe un mecanismo de replicación postreplicativo. Endonucleasa: detecta errores y corta cadena anómala. Exonucleasa: elimina fragmento. ADNpolimerasa I: sintetiza nuevo fragmento. ADNligasa: une los fragmentos. Así un error cada nucleótidos. Cómo saber cuál es la hebra nueva? à En ADN la adenina aparece metilada à la metilación ocurre tiempo después de la replicación, por tanto, la hebra antigua tiene las A metiladas y la nueva no.

14 3.5. Diferencias entre el proceso replicativo en procariotas y eucariotas Aunque es bastante similar, existen algunas diferencias: ADN eucariotas está asociado a histonas. Las originales se mantienen en la hebra conductora, nuevas en la hebra retardada. Fragmentos de Okazaki: 10 veces menor en eucariotas ( nucléotidos). ADN polimerasa: Procariotas: I, II (procesos reparación ADN) y III. Eucariotas: α, β, γ (ADN mitocondrial), δ y ε: ADN poli α: cadena retardada. ADN poli β: reparación de ADN. ADN poli δ y ε: cadena conductora. ε à parece que también en reparación de ADN. En eucariotas existe más de un origen de replicación porque: Son mucho más largos los cromosomas. Histonas deben de ralentizar el proceso. Además de estas diferencias existe un problema añadido, que son los extremos de los cromosomas, ya que en eucariotas con lineales.

15 3.5. Diferencias entre el proceso replicativo en procariotas y eucariotas Además de estas diferencias existe un problema añadido, que son los extremos de los cromosomas, ya que en eucariotas con lineales. Proceso se hace normalmente hasta llegar a los extremos (telómeros). Cuando se elimina primer de hebra retardada, ésta queda incompleta pq no existe un extremo 5 libre para añadir nucleótidos à se acortan los extremos à disminución del tamaño. Relacionado con proceso de envejecimiento celular y RIP celular. Telómeros son secuencias de AGGGTT que se repiten. Extremo 5 rica en A à no codifica nada, por tanto no pasa nada si se acorta, hasta que llega un momento en que se llega a zonas codificantes. En células madres de gametos, células cancerosas y tejidos embrionarios à telomerasa à puede alargar los extremos, creando un molde para que sintetice la ADN poli α