Genética del hombre III by Danu Perrone

GenĂŠtica del hombre 3 Pilar Di Stefano & Daniela Perrone

Pilar Di Stefano & Daniela Perrone

GenĂŠtica del hombre III

Pilar Di Stefano & Daniela Perrone Genética del hombre III – Sociedad Española de Genética 175

p.: il

ISBN: 765-23-9144-16-4

--------------------------------------------------------------------------Ilustraciones: Telma A. Mondesí

AGRADECIMIENTOS Claudio Perrone Ermelinda Aguirre Carlos Di Stefano Claudia MartĂnez

INTRODUCCIÓN La autoduplicación es una propiedad indispensable para la aparición de cualquier forma de vida. El ARN es una molécula capaz de portar información y de catalizar reacciones. Hoy en día, las funciones de portación de información y autoduplicación son efectuadas por el ADN, quedando la función de catálisis reservada a las moléculas proteicas, siendo el ARN un intermediario en el flujo de la información desde su almacenamiento hasta el producto de su expresión.

Imagen 1.1: ADN y ARN

1 COORDINACIÓN CON EL CICLO CELULAR Experimentos realizados han demostrado que ciertos factores difusibles no identificados median el inicio del proceso de replicación y que otros factores no difusibles impiden el inicio prematuro de un nuevo ciclo de replicación. Por cada ciclo celular debe existir un sólo evento replicativo, que deberá inevitablemente continuar hasta la división de la célula.

Imagen 1.2: Reproducción celular

PROPIEDADES UNIVERSALES DE LA REPLICACIÓN I. La replicación del ADN es semiconservativa: 

Conservativo: La replicación produce una molécula hija de ADN nueva y otra con las cadenas originales.

Imagen 1.3: Replicación conservativa del ADN



Semiconservativo: Se producen dos moléculas hijas formadas por una cadena original y nueva.

Imagen 1.4: Replicación semiconservativa del ADN



Dispersivo: Ambas cadenas de las moléculas son compuestas por nuevos fragmentos y originales.

Imagen 1.5: Replicación dispersiva del ADN

II. La replicación tiene un sitio de origen y ocurre en forma bidireccional: La replicación posee sitios específicos a partir de los cuales se generan las llamadas horquillas de replicación, determinando un proceso bidireccional. Estas representan los sitios en donde la doble hélice rompe sus puentes de hidrógeno, permitiendo la entrada del aparato enzimático.

Imagen 1.6: Replicación bidireccional del ADN

III. La síntesis del ADN se produce siempre en sentido 5´->3´ determinando que una de las cadenas se sintetice en forma discontinua: La característica en la ADN polimerasa de poseer 5

un único sentido de síntesis implica que en cada horquilla de replicación sólo una se sintetizará en forma continua, mientras que la otra hebra debe ser sintetizada en pequeños trozos (fragmentos de Okasaki).

Imagen 1.7: Representación del sentido 5´->3´

Imagen 1.8: Representación de los Fragmentos de Okasaki

2 PROCESO DE DUPLICACIÓN DEL ADN: ETAPAS Y ENZIMAS INTERVINIENTES Iniciación: La unión de la “proteína de iniciación” o helicasa al sitio de iniciación u origen da comienzo a la formación de la horquilla de replicación. En este sitio ingresan las helicasas creando 2 horquillas de replicación (cada una de las cuales se desplaza en sentido opuesto). A estas hebras simples de ADN se unen múltiples moléculas de proteínas desestabilizadoras. 7

Imagen 2.1: Proceso de iniciaci贸n de la replicaci贸n del ADN

Elongación: Comprende la acción continua de la enzima helicasa, que rompe los puentes de hidrógeno permitiendo el avance de las horquillas de replicación y de la enzima girasa que alivia el “superenrollamiento” de la doble hélice generado por esta apertura. La girasa “desenrolla” el ADN uniéndose al mismo y realizando el corte de ambas cadenas, resellándolas luego de permitir una serie de giros de la molécula que alivian la torsión originalmente producida. Es necesario que sobre ambas hebras de ADN parentales se sinteticen cortos fragmentos de ARN. En cada horquilla de replicación existe una cadena “continua” o “adelantada” y una cadena “discontinua” o “atrasada” (requiere complejo proceso de síntesis de sucesivos cebadores a medida que se abre la horquilla de replicación por acción de la helicasa. Los extremos de los cebadores se llaman FRAGMENTOS DE OKASAKI). A partir del sitio de origen se generan 2 horquillas de replicación las cuales presentan una cadena adelantada y una retrasada. 9

Si sobre una cadena parental se sintetiza una cadena adelantada a la derecha y una retrasada a la izquierda, sobre la otra cadena parental la situación es inversa u opuesta. Los cebadores sintetizados deben ser removidos y reemplazados por desoxirribonucleótidos. Finalmente la enzima ligasa cataliza la formación de los enlaces fosfodiéster entre los diferentes fragmentos del ADN.

Imagen 2.2: Inicio de proceso de elongación de la replicación del ADN

Imagen 2.3: Continuaci贸n del proceso de elongaci贸n de la replicaci贸n del ADN

Terminación: Encuentro de ambas horquillas de replicación en un punto opuesto al sitio de origen del cromosoma bacteriana. Proceso muy poco conocido a nivel molecular que da como resultado la separación de las 2 moléculas hijas de ADN.

Imagen 3.4: Proceso de terminación de la replicación del ADN

3 REPARACIÓN DEL ADN Mecanismo de corrección de pruebas: Casi todas las ADN pol poseen la característica de la actividad exonucleasa 3´-->´5, la cual permite a las enzimas comprobar la correcta adición de los nucleótidos, eliminar el nucleótido incorrecto y reemplazarlo por el correcto en sentido 5´-->´3. Este mecanismo se desarrolla durante el proceso mismo de replicación y mejora muchísimo la precisión de las ADN pol.

Imagen 3.1: Mecanismo de corrección de pruebas

Reparación de mecanismos incorrectos: Se basa siempre en la información contenida en la otra hebra molde, lo cual permite distinguir la cadena molde y recién sintetizada, gracias a la enzima Dam metilasa que agrega grupos metilos en la adeninas, para formar parte de la secuencia 5´GATC. Luego, hay un período de tiempo durante el cual la cadena molde se metila pero la nueva no. Este proceso requiere la acción combinada de ADN helicasa, proteínas 14

desestabilizadoras, una exonucleasa, ADN pol III y ADN ligasa.

Imagen 3.2: Reparaci贸n de mecanismos incorrectos

Reparaci贸n por corte de base: Las bases que se pusieron incorrectamente son reconocidas por un conjunto de enzimas que las eliminan por rotura del enlace glusilo entre la base y la desoxirribosa generando un sitio apur铆nico o apinir铆dico. Una vez formado un sitio AP, interviene una AP endonucleasa. Este sitio es reemplazado por la ADN por I y el corte eliminado por la ADN ligasa.

Imagen 3.3: Reparaci贸n por corte de base

Reparación por corte de nucleótido: El ADN es reparado por un sistema enzimático denominado reparación por corte de nucleótido, que se encarga de reparar variadas alteraciones. Este proceso implica la acción de una enzima especializada que se une a la molécula de ADN y corta un fragmento completo de la cadena alterada. De esta forma, el hueco es completado por la ADN pol I y sellado por la ADN ligasa.

Imagen 3.4: Reparación por corte de nucleótido

Reparación directa: Cuando sobre las moléculas de ADN incide radiación ultravioleta suelen generarse enlaces covalentes entre bases pirimidínicas adyacentes de la misma cadena. Estos dímeros, conducen a errores durante el proceso de replicación. Este mecanismo de reparación directa elimina estos dímeros de pirimidina a través de la acción de enzimas especializadas (fotoliasas) que absorben luz de mayor longitud de onda y utilizan esta energía para invertir la reacción de dimerización.

Imagen 3.5: Reparación directa

Reparación con tendencia al error: La determinación del proceso de replicación pone en marcha un mecanismo de respuesta que implica la intervención de más de 15 productos genéticos que tienden a producir mutaciones. Este sistema se denomina sistema SOS. Las circunstancias bajo las cuales actúa justifican su existencia: de las proteínas inducidas, algunas actúan en la reparación del ADN y otras forman parte de un sistema de replicación especializado que es capaz que pasar por enzimas y seguir replicando más allá de las regiones lesionadas que bloquean completamente el sistema normal de replicación de la ADN pol III. Este proceso requiere la ADN pol III y de la ADN pol II, dado que se induce como parte de la respuesta SOS y tiene la capacidad de replicar regiones de ADN lesionadas que impiden la acción de la ADN pol III, enzimas como la ADN helicasa y la ADN ligasa son necesarias.

Imagen 3.6: Error en reparaci贸n

Dedicado a Asociación Española de Genética

Publicado en el año 2014 por Publishing GG 5074 Buenos Aires, Argentina 3DP www.publishingGG.com