REPLICACION DEL ADN WILLIAM BENJAMIN RUIZ CHANG MAGISTER EN BIOQUÍMICA
REPLICACION DEL DNA La replicación es el proceso mediante el cual, a partir de una molécula de DNA doble hélice, se sintetizan dos moléculas idénticas !iene lu"ar cada vez #ue se divide una célula, $a #ue las dos células hijas han de tener e%actamente, la misma dotación "enética #ue la pro"enitora
Molécula DNA parental
CARACTERISTICAS
•
Es Semiconservativa
•
Es Bidireccional
•
Es Semidiscontinua
•
Es Asincronica
•
Es monofocal en procariotas
Cadena hija (nueva)
y multifocal en eucariotas •
Reuiere de Ce!adores
•
Ocurre en el per"odo S#
Moléculas de DNA hijas
Es Semiconservaiva A partir de la do!le $%lice de una mol%cula de DNA se ori&inan dos mol%culas de DNA' am!as compuestas por una cadena ori&inal (pree)istente* y una cadena nueva (reci%n sinteti+ada*# Es decir' ue las dos cadenas de la mol%cula pro&enitora se separan y sirven cada una de molde para la s"ntesis de una nueva cadena $i,a complementaria' si&uiendo la re&la normal de apareamiento#
A
A
Nucleótidos
Molécula parental de DNA
Ambas cadenas parentales &irven como molde
Dos moléculas de DNA hijas idénticas
Es Bi!irecciona# Al abrirse la doble hélice se orma una estructura llamada *burbuja de replicación+, cu$o tamao aumenta a medida #ue avanza la separación de las dos cadenas de DNA, evento #ue se produce en orma simult-nea en los . e%tremos de la burbuja Cada burbuja, tiene dos hor#uillas de replicación #ue a partir de ese punto de ori"en com/n avanzan en ambas direcciones opuestas
'ri"en de replicación
'ri"en de replicación
'ri"en de replicación
Ca!ena "arena# Ca!ena $i%a
urbuja de replicación
Dos moléculas de DNA hijas
Es Asim&rica 0 La cadena hija #ue adopta como molde a la cadena pro"enitora #ue corre en dirección 12342 se sintetiza en orma continua, al crecer en dirección 42312, $ se denomina cadena (*leadin" adelantada strand+) 0
La otra cadena hija, cu$o molde es la cadena del DNA pro"enitora #ue corre en dirección 5’→12 es sintetizada de un modo sin"ular, $a #ue para poder crecer en esa dirección debe sintetizarse en dirección opuesta al avance de la hor#uilla de replicación 5l problema se supera haciendo de #ue la s6ntesis sea discontinua, lo cual si"niica #ue la nueva cadena se sintetiza de a pe#ueos ra"mentos $ se le llama cadena retrasada (*la""in" strand+)
0 La s6ntesis de la cadena retrasada se lleva a cabo en la dirección opuesta a la del movimiento de la hor#uilla de crecimiento, a partir de una serie de iniciadores de 7NA cortos ormados por la primasa en m/ltiples sitios de la se"unda cadena molde Los se"mentos resultantes de 7NA m-s DNA se conocen como fragmentos de Okasaki
La Re"#icaci'n es M(#i)oca# en E(carioas 0 0
5n eucariotas, para poder llevar a cabo la replicación en un tiempo razonable, ha de ser multiocal, es decir, empezar por muchos puntos a la vez &e ha comprobado #ue en el DNA de células de mam6eros e%isten cerca de 48 888 a 988 888 replicones 5n cambio la replicación del DNA bacteriano es monoocal, es decir, e%iste un sólo ori"en de replicación
Re*(iere !e Ce+a!ores 0 :ara empezar la s6ntesis de DNA se re#uiere una cadena de nucleótidos para a"re"arle un nuevo nucleótido Cada ra"mento de ';aza;i se inicia con un 7NA cebador *primer+ (<98 bases de lar"o)
Oc(rre en ,ase S !e# cic#o ce#(#ar La replicación del DNA ocurre con alta idelidad dentro de un per6odo de tiempo determinado en orma precisa dentro del ciclo celular &6ntesis de DNA = replicación
REQUERIMIENTOS -E LA RE.LICACION 5N :7'CA7>'!A&
5N 5FCA7>'!A&
0 0 0 0 0
0 0 0 0 0
0 0 0 0 0 0 0
DNA ?elicasa :rote6nas && (&in"le@ &trand bindin") !opoisomerasas > $ >> 7NA primasa DNA :olimerasas (DNA :ol) >, >> $ >>> :iroosatasa DNA Li"asa DNA molde o *template+ Cebadores Los deso%irribonucleótidos triosatoB (dA!:, dC!:, d!:, d!!:) M" Abrazadera E
0 0 0 0 0 0 0 0 0
DNA ?elicasa :rote6nas && (&in"le@ &trand bindin") !opoisomerasas > $ >> 7NA primasa DNA :olimerasas (DNA :ol) G,E, H, I, J :iroosatasa DNA Li"asa DNA molde o *template+ Cebadores Los deso%irribonucleótidos triosatoB (dA!:, dC!:, d!:, d!!:) M" :CNA (:rolieratin" cell nuclear anti"en) '7C (ori"in reco"nition comple%) Nucleasa reparadora
-NA .OLIMERASAS /-NA .o#0 0 0
La DNA :olimerasa, a"re"a un nucleótido al e%tremo 12 de la cadena de DNA en crecimiento $ orma un enlace osodiéster entre este e%tremo $ el "rupo 42@osato de nucleótido entrante 5l nucleótido triosato entrante provee la ener"6a necesaria para esta reacción por la hidrólisis de los dos osatos terminales (:: ) 5ste piroosato es lue"o hidrolizado a osato inor"-nico (:i), lo cual permite #ue la reacción de polimerización sea irreversible i
0
-NA HELICASAS 1 .ROTEÍNAS SSB2 K Fna helicasa $ las prote6nas de unión a las monocadenas (&&) trabajan para desenrollar $ mantener las cadenas de DNA separadas antes del avance de la hor#uilla de replicación K Las helicasas son una clase de enzimas capaces de desplazarse a lo lar"o del DNA utilizando la ener"6a de la hidrólisis del A!:, para separar las cadenas K Las prote6nas && mantienen las cadenas separadas
!opoisomerasas Las !opoisomerasas tipo > relajan el DNA (hacen desaparecer re"iones superenrolladas) por corte $ cierre de una cadena del DNA
ETA.AS -E LA RE.LICACION >N>C>AC>'N 7econocimiento de or6"enes de replicación &eparación de hebra :osicionamiento de ma#uinaria de replicación
5L'NAC>'N Crecimiento bidireccional de la hor#uilla de replicación 7eplicación semiconservativa, semidoscontinua, coordinada
!57M>NAC>'N 7econocimiento de seales de terminación Desensamble de replisomas
9) >N>C>AC>'N 0 0
La s6ntesis del DNA se inicia en re"iones especiales llamadas orígenes de replicación Los orígenes de replicación t6picamente contienen m/ltiples secuencias repetidas cortas 5stos se"mentos de DNA sin"ulares son reconocidos por prote6nas multiméricas #ue se unen al ori"en $, a su vez, reclutan hacia éste otras enzimas de la replicación
0
0
La iniciación de la replicación del DNA en E. coli , se produce por la unión de la prote6na dnaA al /nico ori"en de replicación (oriC), se"uida por la ijación de la Dna, una helicasa #ue disocia el DNA a la altura de la hor#uilla La asociación de la primasa (dnaG) a este complejo orma un primosoma !ras la s6ntesis del iniciador la primasa se separa
30 ALARGAMIENTO -E LAS CA-ENAS4 Fna vez #ue el ori"en de replicación se ha ormado, el alar"amiento para ormar la cadena adelantada pro"resa sin ma$or diicultad Fna primasa se une a un sitio ad$acente a la helicasa en el se"mento monocatenario del molde de la cadena retrasada e inicia la s6ntesis de otro iniciador de 7NA, el mismo #ue la polimerasa procede a alar"ar para ormar otro fragmento de Okasaki 5l n/cleo polimer-sico #ue sintetiza la cadena adelantada se desplaza, junto con su a+ra5a!era !e s(+(ni!a! 6 /esa+i#i5a a #a -NA "o#i0, a lo lar"o de su molde en la dirección del movimiento de la hor#uilla, $ as6 alar"a la cadena
Fna vez #ue los cebadores de la cadena retrasada han sido elon"ados por la DNA: III, ellos son removidos $ se rellena dichos espacios por la DNA: I La enzima tiene actividad polimerasa 123 5’→12, 5’ e%onucleasa (*prooreadin"+) en una sola cadena polipept6dica La e%onucleasa 5’→12 remueve los cebadores, mientras #ue la polimerasa unciona simult-nea@ mente llenando los espacios con DNA por elon"ación del e%tremo 12 del fragmento de Okasaki ad$acente 5l enlace osodiéster inal entre los ra"mentos es catalizado por la DNA li"asa
1) !57M>NAC>N La replicación inaliza cuando una hor#uilla de replicación se encuentra con el otro lado del cromosoma circular en el lu"ar de terminación, #a re7i'n ter /8 02 La re"ión ter estormada por un par de secuencias ter de repeticiones invertidas Cada secuencia ter evita una pro"resión posterior de una de las hor#uillas de replicación cuando se une una prote6na de unión ter (!:) de . Da Las dos moléculas hijas de DNA se separan por#ue act/a una topoisomerasa de tipo >>
(!)
(" )
LA -NA .OLIMERASA HACE UNA LECTURA -E .RUEBA /.ROO,REA-ING0 Muchos errores de copiado #ue se producen durante la replicación del DNA son corre"idos por la unción de lectura de prueba de la DNA :olimerasa, #ue pueden reconocer bases erróneas (mal apareadas) en el e%tremo 12 de la cadena en crecimiento $ lue"o e%traerlas por medio de una actividad inherente de e%onucleasa 12 342
-NA .OLIMERASAS EUCARIOTICAS4 9 9 9
: 2
0 Las enzimas son similares a a#uellas involucradas en la replicación del DNA bacteriano La DNA topoisomerasa >> est- involucrada en aliviar superenrollamientos positivos en el DNA, mientras #ue la helicasa desenrolla las dos cadenas 0 LA DNA :ol@ α tiene baja procesividad $ una primasa asociada $ carece de actividad e%onucleasa 5st- involucrada en la s6ntesis de la cadena retrasada 5s uertmente inhibida por aidicolina (uerte también para δ $ ε) 0 -NA .o# iene a#a "rocesivi!a! en "resencia !e .CNA (tiene una unción homólo"a a la subunidad β de :ol >>> de E. coli ) $ no tiene asociada una primasa, su"iriendo #ue replica la cadena l6der eucariótica 0 DNA :ol γ es encontrada en la mitocondria $ replica su DNA 0 DNA :ol ε $ β tienen buena procesividad $ est-n involucradas en la reparación del DNA
0 0 0
La capacidad para sintetizar lar"o DNA es conerido a la -NA .o#; "or e# an<7eno n(c#ear !e c&#(#as en "ro#i)eraci'n /.CNA0, de uncion semajante a la abrazadera E 5l :CNA est- ormado por 1 subunidades monoméricas #ue orman un aro #ue se une a la polimerasa $ no al DNA para impedir desprendimiento de la enzima m-s no su deslizamiento Los cebadores son eliminados por una nucleasa reparadora $ su lu"ar lo ocupa una pieza e#uivalente de DNA 5l proceso culmina al actuar la DNA li"asa
=QU> SON LOS TEL?MEROS@ 0 0
0 0 0
0
0
5st-n localizados en los e%tremos de los cromosomas Sin #os e#'meros9 #os cromosomas son inesa+#es $ pueden combinarse con otros cromosomas para ormar cromosoma dicéntricos o anillos .roe7en a# cromosoma !e #a !e7ra!aci'n2 :ermiten la replicación completa de cada cromosoma !ienen unas @98 ;ilobases, $ consisten de unas .48 K 9488 repeticiones de una secuencia rica en , en los vertebrados es !!A Aade unidades sencillas de la repetición a los e%tremos de los telómeros previniendo el acortamiento de los cromosomas Coniene (n mo#!e !e ARN *(e sirve "ara sinei5ar e# A-N2
