REPLICACION DEL ADN La replicación es el proceso en el cual se copia el ADN, este proceso es semiconservativo y bidireccional. Funciona igual, tanto en procariontes como en eucarionte, salvo algunos cambio, principalmente de las proteínas que participan.
En toda célula que va a dividirse la cromatina debe duplicarse para repartirse por igual entre las células hijas. Cada cromatida sólo tiene una doble hélice de DNA (teoría del monofilamento) y en cada cromátida de un cromosoma la doble hélice presenta una cadena vieja y otra recien sintetizada. (Experimentos de Taylor, 1957). .Replicación
en procariontes.
Ocurre en tres etapas: 1ª etapa: desenrrollamiento y apertura de la doble hélice.en el punto ori. En el punto de origen u ORI, que es un lugar del cromosoma con gran contenido de A y T, la doble hélice se abre, mediante la DNA helicasa y las proteínas
desestabilizadoras de la hélice o proteínas de unión a DNA de una sola cadena, vuelven recta la cromatina y la mantienen abierta. La DNA polimerasa sintetiza las cadenas complementarias a cada una de las cadenas primitivas. Forma dos copias activas de ADN, una es continua, o sea, basta con agregar los nucleotidos correspondientes porque la hebra antigua tiene 3', por lo que se crea una 5´. En la otra hebra, se produce un proceso discontinuo, debido a que la hebra quedo con un final 5', debiendo partir con un 3', y la célula es incapaz de seguir la cadena con este final, para que se inicie la copia del DNA hace falta un corto RNA específico (10 pares de bases), denominado RNA cebador, que hace que empiece a actuar la DNA polimerasa. El RNA cebador es generado por la RNA primasa (sintetizadora de RNA). Esta enzima se une directamente a la DNA helicasa, formando un complejo llamada primosoma, que se va desplazando con la cadena en formación. Conforme van existiendo fragmentos de cadena abiertos de suficiente longitud, se va sintetizando la cadena discontinua formando pequeños fragmentos, denominados Fragmentos de Okazaki, cada uno de unos 1000 nucleótidos. . Hace falta un RNA cebador por cada fragmento de Okazaki. La RNA primasa, va sintezando a intervalos los RNA cebadores que van siendo incorporados a la copia como si fueran ADN, entre los fragmentos de Okazaki, hasta que se alcanza el RNA cebador del fragmento de Okazaki ya terminado. . La cadena con ARN cebador, es denominada cadena retrasada
El DNA sintetizado en la cadena retrasada y su cadena patrón sufren un plegamiento, de tal forma que la DNA polimerasa de la cadena conductora se unen para formar un complejo único, de modo que las proteínas de replicación puedan utilizarse conjuntamente en la replicación de ambas cadenas. Las topoisomerasas mantienen esta estructura y evitan que el DNA se enrede por superenrrollamiento, cortando un enlace fosfodiester, y a esto se le llama nick.Además, existe una proteína llamada SSB, que estabiliza la forma monocatenaria de la hebra en replicación, para que no se acople por complementariedad de bases con ella misma. Las enzimas ligasas son las encargadas, despues, de ir arreglando los nicks cuando se sustituye el ARN cebador.
Exiten tres tipos de ADN-polimerasa, la I, es la encarga de reparar la hebra; la II, de ayudar a la III; y la III, agrega las bases a la hebra. La labor de la ADN-pol I es exonucleasa, puede poner bases como sacar bases, con esto puede reparar la hebra. El dominio de esta proteĂna encargado de incluir bases a la hebra se llama Fragmento Klenow, que puede ser liberado del resto de la proteĂna por la Tripsina.
DUPLICACIÓN DEL ADN EN EUCARIONTES Es similar a la de los procariontes, es decir, semiconservativa y bidireccional. Existe una hebra conductora y una hebra retrasada con fragmentos de Okazaki. Se inicia en ORI (puede haber unas 100 a la vez), entre las diferencia, se comienza con las polimerasas, son más complejas, y además, la polimerasa de la hebra continua es diferente a la de la hebra discontinua. De la hebra continua se encarga la polimerasa Delta y de la discontinua, la Alfa. Las helicasa difieren en estructura, las primasas se encuentran adosadas a la ADNpol Alfa. El resto del proceso es muy parecido. En el final de la hebra antigua que da la base a la hebra discontinua, queda una zona denominada telómero, que no tiene como obtener su dupla en la hebra discontinua, debido a que no es posible insertar un nuevo ARN cebador, ni mucho menos un fragmento de Okazaki. Al no tener su par, son eliminados automáticamente, perdiendose. Existen enzimas, las telomerasas, que repiten esta secuencia varias veces, cosa que no se pierda información esencial del genoma. Las enzimas encargadas de cortar el telómero, son las topoisomerasas 4. El ARN cebador es retirado por el complejo de reparación de la célula.
Transcripción del ARN
En la transcripción, el ADN es copiado como RNA, o sea, es necesario cambiar la desoxirribosa por ribosa y las timinas por uracilos. Hay diversos tipos de RNA en la célula. Los principales son:
- Ribosómico (rRNA): los diversos rRNA, junto con sus proteínas asociadas, constituyen los ribosomas que intervienen en la síntesis proteica. Representa el 70% del RNA celular; mientras que sus precursores (45S), presentes en el núcleo representan el 5% del RNA celular. - Mensajero (mRNA): las diferentes secuencias de los nucleótidos que constituyen los múltiples mRNA de la célula determinan las cadenas polipeptídicas que se sintetizarán en los ribosomas. La proporción de mRNA varía mucho dependiendo del tipo decelula que analisemos y momento funcional. Por término medio representa el 3% del RNA celular y sus precursores (hnRNA) el 7%. Cuando lleva la información para una sola proteína, se denomina monocistrón, y policistrón, si lleva información para más. - De transferencia (tRNA): los diversos tRNA transportan los diferentes aminoácidos hacia los ribosomas en la síntesis proteica. Constituyen el 15% del RNA celular.
En la doble hebra del ADN procarionte, existe un promotor gen con una secuencia que contiene los fatores de iniciación de la transcripción, de ellos, el TATA-BOX es el que más forma parte de los promotores. Además,. existe la Zona operadora. Los ARNm que se forman en procariontes, son todos policistrones; en cambio, los eucariontes, monocistrones. Para efectuar la transcripción son necesarias , en eucariontes, que son los que forman cromosomas, una serie de modificaciones reversibles en las histonas, en relación con la descondensación del DNA para convertir los genes en activos. Para que el DNA se transcriba, ha de sufrir los siguientes cambios:
- Pérdida de la estructura de fibra de 25nm, mediante la eliminación de la histona H1, y adquisición de la estructura de fibra de 10nm (cadena nucleosómica).
La transcripción se realiza por la RNA polimerasa , formada por varias cadenas polipeptídicas. En eucariotas hay tres clases de RNA polimerasas, según el tipo de RNA que se va a transcribir:
- RNA polimerasa I: Cataliza la síntesis del pre-rRNA (45S), en el nucléolo. Posteriormente, se cortara el 45S en 28S, 18S y 5,8S - RNA polimerasa II: Responsable de la síntesis del precursor de los mRNA. - RNA polimerasa III: Produce los tRNA y el rRNA 5S.
La RNA polimerasa comienza a copiar cuando encuentra una secuencia promotora de DNA, y termina cuando alcanza una señal de terminación. En el caso de los procariontes el RNA transcrito se une desde el primer momento a proteínas, debido a que es muy inestable ya que no tiene el 7metil-guanocina (CAP), ni la poliA, que estabilizan el ARNm eucariontico. En la transcripción intervienen factores de naturaleza proteica de tres tipos:
- Factores de transcripción: Son diversas proteínas que se unen al DNA promotor, convirtiéndolo en funcional, lo que atrae a las RNA polimerasas. Hay un factor especifico para cada tipo de RNA polimerasa. - Factores de iniciación: Es la subunidad de la RNA polimerasa y se libera tras la síntesis de los ocho primeros nucleótidos. - Factores de elongación: Se incorpora a la polimerasa tras la liberación del factor de iniciación. Sirve para la elongación y terminación de la cadena de RNA. En eucariotas gran parte del mRNA de la célula es producido por un complejo proceso que empieza en el núcleo con la síntesis y procesamiento de un RNA muy largo, denominado mRNA precursor,RNA nuclear heterogéneo (hnRNA) o transcrito primario. Este transcrito tiene unos 8.000 nucleótidos (llegando hasta 20.000) y contiene segmentos que se traducirán como aminoácidos (exones) ysegmentos no codificantes (intrones o secuencias intercaladas) y, además secuencias reguladoras a las que se unirán las proteínas de regulación génica. A continuación, esté transcrito sufre un proceso de maduración, en el que se cortan y empalman largas secuencias de RNA (splicing), para eliminar los intrones y dar lugar al mRNA definitivo que es selectivamente transportado al citoplasma. En este proceso, la mayor parte del hnRNA (90%) se elimina y degrada en el núcleo.
El transcrito primario de hnRNA es producido por una de ARN polimerasa II. El DNA promotor contiene una secuencia llamada TATABOX , porque consta de secuencias ricas en T y A situadas unos 25 nucleótidos por delante del inicio de la transcripción. En eucariotas (no en procariotas), al transcrito primario se le añaden dos señales, una en cada extremo:
- CAP: Al extremo 5’ del transcrito se le añade un nucleótido especial la 7-metil-guanosina trifosfatada. Este cap se le añade cuando se llevan sintetizados unos 30 nucleótidos, y sirve para que la subunidad pequeña del ribosoma reconozca el mRNA y se una a él en la síntesis proteica. Además, evita que se degrade el ARNm recien creado. - Secuencia poli-A: En el extremo 3’ se añade una cadena de unos 200 residuos poliadenilados (polimerasa de poli-A). La cola poli-A desempeñaría las funciones:
- Interviene en la exportación del mRNA al citoplasma. - Contribuye a la estabilidad del mRNA en el citoplasma. - Sirve de señal de reconocimiento al ribosoma.
Splicing: Pérdida, en el ARN, de los intrones. Existen dos formas: 1. Autosplicing: es realizado sin proteínas. Los intrones se auto eliminan, al adquirir forma 3D, torciendose y finalmente desprendiendose. 2. Splicingsomas: los intrones son eliminados al adherirse a varias proteínas, que lo sacan. Las moléculas de mRNA maduras pasan al citoplasma por los poros nucleares. Proteínas del complejo del poro reconocen estas partículas y las transportan por transporte activo. Una vez en el citoplasma el mRNA se une a ribosomas para ser traducido a proteínas. Tabla de diferencias entre proca y euca