ADNREPLICA

(1)

(2)

2

Dr. Antonio Barbadilla

Tema 8: Estructura y replicación del

material genético 2

(3)

(4)

4

Un notable logro de la CienciaDescubrimiento del ADN cumple 50 años

El País. Madrid, 26 de Marzo de 2001.

Las multinacionales retiran los alimentos transgénicos del Estado español

.

Joaquina Prades, Madrid

.

Manipulación genética y controversia ética.

La Dignidad del Hombre en Juego

El Libro de la vida

Proyecto Genoma Humano

Domingo, 14 de abril de 2002 - 22:58 GMT

Mapa del genoma humano en

2003

Con este mapa los científicos podrían trabajar en el descubrimiento de qué genes son responsables de

(5)

EL ADN

(6)

6

(7)

Ubicación de

los

(8)

8

(9)

CROMOSOMAS

Son estructuras que

se forman cuando va

a ocurrir la división

celular, y que

consisten en la

condensación

progresiva de la

cromatina, constan

(10)

10

(11)

(12)

12

(13)

(14)

14

(15)

(16)

16 COMPOSICIÓN DE LOS

CROMOSOMAS

• Los cromosomas

eucarióticos se

componen de ADN

(Ácido desoxirribonucleico)

(17)

(18)

18 Experimento de Griffith

(1920)

Trató de obtener una vacuna para proteger a la gente

contra la bacteria

Streptococcus pneumoniae

, que

produce la neumonía. No tuvo éxito, pero

descubrió el fenómeno de la transformación.

Griffith descubrió dos variedades de Streptococcus,

una con cápsula y otra desnuda. Propuso la

hipótesis que la cápsula afecta la capacidad de las

bacterias para causar la enfermedad y

(19)

1. Inyectó bacterias encapsuladas vivas.

Resultado

: Los ratones contrajeron neumonía y

murieron. La sangre contenía bacterias

encapsuladas.

2. Inyectó bacterias desnudas vivas.

Resultado

: Permanecieron saludables. No se

encontraron

Streptococcus

en la sangre.

3. Inyectó bacterias encapsuladas muertas.

Resultado

: Los ratones no tuvieron neumonía y

carecían de bacterias vivas.

(20)

20

1.

2.

3.

(21)

¿Qué significaban los

experimentos?

• Una hipótesis era que las bacterias

vivas habían adquirido moléculas de

información genética provenientes de

las bacterias muertas.

– Las moléculas codificaban las

(22)

22 La transformación bacteriana en

La transformación bacteriana en

Streptococcus pneumoniae

(Griffith 1928)

No muere

_Muere

Muerte por neumonía

Cepa resistente

Rugosa

(23)

¿Cuál es el Principio transformante?

Rugosa

Lisa

(24)

24 ¿La molécula de la

(25)

• Avery, MacLeod y McCarty de la Universidad

Rockefeller en 1944 aislaron ADN de bacterias

encapsuladas, las mezclaron con bacterias

desnudas vivas y produjeron bacterias

encapsuladas vivas.

• Para demostrar que la transformación la

ocasionaba el ADN, y no pequeñas cantidades

de proteínas que contaminan al ADN, trataron

diferentes muestras con enzimas que destruyen

proteínas.

(26)

26 El elemento transformante

El elemento transformante

es el DNA (1944)

Oswald

Avery

Colin MacLeod

Maclyn McCarty

(27)

CONCLUSIÓN

(28)

28 COMPOSICIÓN DEL ADN

• La molécula de ADN

está compuesta de

subunidades, llamadas

nucleótidos, unidos en

cadenas largas.

• Cada nucleótido consta

de un grupo fosfato, un

azúcar de cinco

carbonos, la

(29)

• El ADN de los

cromosomas se compone

de dos cadenas

enrolladas una a la otra

en una doble hélice.

• Los azúcares y fosfatos

que unen un nucleótido

al siguiente forman el

esqueleto en cada lado

de la doble hélice.

• En tanto que las bases

de cada cadena se

(30)

30 Bases Nitrogenadas

• En el ADN se

(31)

ADN

50 AÑOS DEL

(32)

32 1953. Año culminante:

1953. Año culminante:

J. Watson y F. Crick resuelven la

estructura tridimensional del DNA

(Nature 171: 737-738)

(33)

(34)

34

(35)

(36)

36 Modelo en metal

Modelo en metal

del DNA

Concluyen

: La estructura del DNA es una

doble hélice, formada por cadenas orientadas

en direcciones opuestas (antiparalelas). La

estructura se mantiene gracias a enlaces de

hidrógeno entre las bases nitrogenadas que se

encuentran orientadas hacia el interior de las

cadenas

J. Watson y F. Crick

(37)

(38)

38 La estructura explica:

•La naturaleza de la secuencia lineal de los genes

(información digital cuaternaria en secuencias

unidimensionales de monómeros A,T,G,C)

•El mecanismo de replicación exacta de los

genes

•La naturaleza química de las mutaciones

•Por qué la mutación, la recombinación y la

expresión génica son fenómenos separables a

nivel molecular

La estructura del DNA suministra una

explicación asombrosamente

(39)

La complementariedad de las

bases nitrogenadas permite que

la secuencia de una cadena

sencilla de DNA actúe como un

molde para la formación de una

copia complementaria de DNA

Esencial a la relación

íntima entre estructura

molecular y función

genética del DNA es el

(40)

40 REPLICACIÓN DEL ADN

La clave de la

constancia

(41)

La replicación del ADN

• Es el proceso mediante

el cual la molécula de

ADN hace copias de sí

misma (y, por tanto del

cromosoma).

• En el núcleo hay

muchos

nucleótidos

libres que son los

(42)

42 Replicación del DNA

Replicación del DNA

•Semiconservativa: una cadena sirve de molde para una

nueva cadena

•El experimento de M. Meselson y F. Stahl (1958)

demuestra que la replicación es semiconservativa

(TAREA)

(43)

(44)

44 Es aquella durante la cual se produciría un

(45)

(46)

46 Implica la ruptura de las hebras de

origen durante la replicación

(47)

Luego del descubrimiento de la estructura

del ADN, en 1957, dos biólogos moleculares

americanos, Matthew Stanley Meselson y

Frank Stahl demostraron que este se

replica de una manera

semiconservativa

,

(48)

48 El ADN se replica de manera

semiconservativa

.

Cada hebra de ADN forma

una hebra complementaria y

cada célula hija recibe una

(49)

La

replicación del ADN

, que ocurre

una sola vez

en

cada

generación celular

, necesita de muchos

"ladrillos", enzimas, y una gran cantidad de energía

en forma de ATP (recuerde que luego de la fase S del

ciclo celular

las células pasan a una fase G a fin de,

entre otras cosas, recuperar energía para la siguiente

fase de la división celular).

(50)

50

(51)

(52)

52

(53)

La iniciación de la replicación siempre

acontece en un cierto grupo de

nucleótidos,

el origen de la

replicación

,

requiere entre otras de las

enzimas

helicasas

para romper los

puentes hidrógeno y las

(54)

54

(55)

Una vez que se abre la molécula, se forma una

área conocida como

"burbuja de replicación"

en ella se encuentran las

"

horquillas de

replicación"

.

Por acción de la la ADN polimerasa los nuevos

nucleótidos entran en la horquilla y se enlazan

con el nucleótido correspondiente de la cadena

de origen (A con T, C con G). Los procariotas

abren

una sola burbuja de replicación,

(56)

56

(57)

(58)

58 Los eucariontes tienen en cada cromosoma muchos

orígenes de replicación, y como consecuencia,

(59)

Muchos

orígenes de

replicación en

D.

(60)

60 La

ADN polimerasa

polimeriza los nucleótidos

utilizando una molécula original de ADN como

molde.

Para que realice su actividad catalítica es necesario

que existan en el medio

iones de

Mg

y los 4

desoxirribonucleótidos trifosfatados (

dATP,

dGTP,dCTP, dTTP

) que constituyen la molécula de

ADN.

Hay tres tipos diferentes de ADN polimerasas:

I,II y

III.

(61)

Dado que las cadenas del ADN son antiparalelas, y

que la replicación procede solo en la dirección 5' a 3'

en ambas cadenas, numerosos experimentos

mostraron que, una cadena formará una

copia

continua

, mientras que en la otra se formarán una

serie de fragmentos cortos conocidos como

fragmentos de Okazaki

.

(62)

62

(63)

Para que trabaje la

ADN polimerasa

es necesario la presencia, en

el inicio de cada nuevo fragmento, de

pequeñas unidades de ARN

(64)

64 Cuando se mira solamente una de las horquillas de

replicación, una de las hélices se sintetiza de forma

continua,

la hélice conductora

(también llamada hélice

líder), mientras que la otra hélice se sintetiza de manera

discontinua,

hélice retardada

(también llamada hélice

(65)

Debido al

antiparalelismo de las dos hélices del

ADN

y a que las ADN polimerasas solamente

saben sintetizar ADN en la dirección 5'P - 3'OH, la

síntesis de

una de las hebras

se puede realizar de

forma continua

, mientras que

la otra hélice

para

poder sintetizarla al mismo tiempo se necesita

polimerizarla a base de ir añadiendo pequeños

fragmentos (

fragmentos o piezas de Okazaki

).

Como una hélice se sintetiza de forma continua y

la otra lo hace de forma discontinua, se dice que la

(66)

66

(67)

LOS FRAGMENTOS O PIEZAS DE

OKAZAKI.

Son secuencias de nucleótidos cortas y

transitorias de ADN que se forman durante la

replicación discontinua del ADN. Tienen un

segmento corto de ARN en sus extremos 5’

fosfato que se usa como cebador de la

(68)

68 Hebra molde

Hebra molde

Hebra líder

Hebra retardada

EL ADN es la molécula que permite perpetuar la vida:

REPLICACIÓN DEL ADN

(69)

Para que puedan iniciar la

síntesis de ADN necesitan un

extremo 3' OH al que ir

añadiendo nucleótidos, y ese

extremo 3' OH lo suministra un

ARN de pequeño tamaño

alrededor de 25 a 30

(70)

70 La síntesis de ADN comienza, por tanto,

sintetizando un corto segmento de ARN

denominado cebador, dicho cebador lo sintetiza un

enzima denominado

Primasa

.

La Primasa es una

ARN polimerasa que utiliza como molde ADN.

Todos los fragmentos de Okazaki comienzan por un

Cebador. Posteriormente, la

ADN polimerasa III

lleva a cabo la

síntesis del fragmento de ADN

correspondiente hasta llegar al siguiente cebador.

En ese momento, la ADN polimerasa I sustituye a la

ADN polimerasa III.

La ADN polimerasa I

se encarga de

retirar el ARN

cebador

y al mismo tiempo rellena el hueco

(71)

Por último, los dos

fragmentos de Okazaki

tienen que unirse, es

necesario enlazar el

extremo 3'OH de un

fragmento con el 5'P

del siguiente

fragmento. Dicha labor

de sellado y unión de

los sucesivos

(72)

72 Además de las ADN polimerasas I y III, de la

ARN-Polimerasa o Primasa que sintetiza el cebador y de

las Ligasas que unen las piezas de Okazaki, en la

replicación del ADN intervienen otras enzimas.

Algunas de estas enzimas son las siguientes:

• _Helicasas:

_{son enzimas que rompen los puentes}

de hidrógeno que mantienen unidas las dos

cadenas de la doble hélice.

• La proteína SSB:

se une al ADN de hélice sencilla

y lo estabiliza retrasando la regeneración de la

(73)

(74)

74 La ADN polimerasa copia la cadena molde con

alta fidelidad. Sin embargo, introduce en

promedio un

error

cada 10

7 nucleótidos

incorporados.

Tiene, además, la

capacidad

de

corregir

sus propios errores

, ya que puede

(75)

(76)

76 TRANSCRIPCIÓN

• Transcripción = síntesis de ARN.

• Ocurre en el interior del núcleo.

• Necesita:

– Una cadena de ADN que actúe como molde.

– Enzimas: ARN-polimerasa.

– Ribonucleótidos trifosfato de A, G, C y U.

• Proceso:

(77)

TRANSCRIPCIÓN

INICIACIÓN



Comienza cuando la ARN-polimerasa reconoce

en el ADN que se va transcribir una señal que

indica el inicio del proceso = centros

promotores.



Centros promotores = secuencias cortas de

(78)

78 TRANSCRIPCIÓN

INICIACIÓN



La ARN-polimerasa hace que la doble

hélice de ADN se abra



exposición

de la secuencia de bases del ADN



(79)

TRANSCRIPCIÓN

ELONGACIÓN

Adición de sucesivos ribonucleótidos para

formar el ARN.

ARN-polimerasa: “lee” ADN 3’-5’

síntesis ARN 5’-3’

La cadena de ARN sintetizada es

(80)

80 TRANSCRIPCIÓN

ELONGACIÓN

Complementariedad

entre las bases de

ADN y ARN:

G-C

(81)

TRANSCRIPCIÓN

TERMINACIÓN

La ARN-pol reconoce en el ADN unas

señales de terminación que indican el

final de las transcripción.

(82)

82 TRANSCRIPCIÓN

TERMINACIÓN



La ARN-pol transcribe regiones de ADN

largas, que exceden la longitud de la

secuencia que codifica la proteína.



Una enzima corta el fragmento de ARN

(83)

TRANSCRIPCIÓN

TERMINACIÓN



Extremo 3’



se añade una secuencia de

ribonucleótidos de adenina



cola

poli-A.

(84)

84

(85)

(86)

86 Proteinas principales replicación

• Topoisomerasas

:

rompen una hebra y la tensión del

enrrollamiento de la hélice se relaja

• Helicasas

:

completan el desenrrollamiento

• ADN polimerasas: complejos agregados de

diferentes proteínas.

• Primasas

:

sintetizan los iniciadores de ARN que se

necesitan para iniciar la replicación

• Ligasas

:

sellan las lagunas dejadas por las

ribonucleasas cuando remueven los primers, catalizan

la unión fosfodiester entre nucleótidos adyacentes.

(87)

Replicación

de la

molécula de

ADN,

mostrando

las enzimas

que

participan

en el

(88)

88

(89)

En el DNA nuclear de eucariotas hay muchos orígenes de

replicación (~500 en levaduras y 60000 en mamíferos). Cada

(90)

90

(91)

(92)

92

(93)

(94)

94

(95)

(96)

96

(97)

(98)

98

(99)

Uniones

de

exones

en el ARN

(100)

100 Flujo de

información

genética del

(101)

EXPRESIÓN DEL MENSAJE

GENÉTICO

• La información genética es la

causa de la síntesis de proteínas

específicas, entre ellas las

enzimas, responsables de las

(102)

102 DOGMA CENTRAL DE LA

BIOLOGÍA MOLECULAR

El ADN forma una copia de parte de

su mensaje sintetizando una molécula

de ARN mensajero (transcripción), la

cual constituye la información

utilizada por los ribosomas para la

(103)

DOGMA CENTRAL DE LA

BIOLOGÍA MOLECULAR

(104)

104 ARN

Por tanto, el mensaje genético se realiza

en dos etapas sucesivas, en las que el ARN

es un intermediario imprescindible.



TIPOS:

(105)

ARN mensajero

• Copia de una parte del ADN

• Información utilizada por los ribosomas

para unir los aa en el orden adecuado y

formar una proteína concreta.

(106)

106 ARN ribosómico



Forma parte de los ribosomas (junto con un

conjunto de proteínas básicas).



También se denomina ARN estructural.



Participa en el proceso de unión de los aa

para sintetizar las proteínas.

(107)

ARN transferente

• Transporta los aa hasta los ribosomas.

• Cada molécula de ARNt transporta un

aa específico.

• 10% ARN celular.

• Forma: 4 brazos, 3 con bucles en los

(108)

108

(109)

(110)

110 TRADUCCIÓN

• Traducción = síntesis de proteínas.

• Se necesita:

• Ribosomas

• ARN mensajero

• Aminoácidos

(111)

TRADUCCIÓN

RIBOSOMAS



Orgánulos citoplasmáticos.



Formados por 2 subunidades:

Subunidad pequeña se une ARNm

(112)

112 TRADUCCIÓN

Antes de que se inicie la síntesis:

activación de los aa que van a ser unidos

(citoplasma)

Cada aa se une a una molécula de ARNt

específica por su extremo 3’

(113)

TRADUCCIÓN

INICIACIÓN



Codón iniciador (ARNm): AUG se une a la subunidad

menor.



Fijación del primer aminoacil-ARNt, con el anticodón

correspondiente: UAC

(114)

114 TRADUCCIÓN

INICIACIÓN

La porción de ARNm

cubierta por el

ribosoma

corresponde a 6

nucleótidos = 2

codones.

(115)

TRADUCCIÓN

ELONGACIÓN



La cadena peptídica se sintetiza por la unión

de los sucesivos aa que se van situando en

el ribosoma transportados por los

correspondientes ARNt.

(116)

116 TRADUCCIÓN

ELONGACIÓN

3 subetapas:

o Unión de un aminoacil ARNt al sitio A

o Formación del enlace peptídico

(117)

(118)

118 TRADUCCIÓN

TERMINACIÓN



Existen 3 codones de terminación:

UAA, UAG, UGA.



No hay ARNt con los anticodones

correspondientes.



Cuando el ribosoma llega a uno de ellos, la

(119)

TRADUCCIÓN

(120)

120

(121)

TRADUCCIÓN

Como consecuencia se libera:

La cadena proteica

Las 2 subunidades ribosómicas

separadas

(122)

122 TRADUCCIÓN

• La velocidad de síntesis proteica es

alta: hasta 1400 amioácidos por minuto.

• Varios ribosomas pueden leer a la vez un

mismo ARNm = polirribosoma o polisoma.