El documento describe la estructura y replicación del cromosoma bacteriano. El cromosoma bacteriano generalmente consiste en un solo cromosoma circular compuesto de ADN, ARN y proteínas. La replicación del cromosoma ocurre de forma bidireccional a partir de un origen de replicación y requiere enzimas como la ADN helicasa, ADN polimerasas y proteínas estructurales como HU.
2. El nucleoide
• El ADN procariota no está rodeado
por membrana
• Contenido en una región discreta del
citoplasma, llamada nucleoide
• El genoma está compuesto
normalmente por un solo cromosoma
• En ocasiones además por plásmidos
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9. El cromosoma: composición química y
estructura
Los cromosomas aislados constan de
60% de ADN
30% de ARN
10% de proteínas
Normalmente, un solo cromosoma circular, cerrado
covalentemente (c.c.c.)
Haploidía, pero pueden existir varias copias del
cromosoma cuando la bacteria crece rápido
10. Algunas excepciones
• Borrelia: cromosoma lineal con extremos
cerrados formando un bucle de horquilla
• Streptomyces: cromosoma lineal con extremos
a base de secuencias repetidas acomplejas
con proteínas
Bacterias con dos o más cromosomas
• Rhodobacter, Vibrio, Leptospira, Brucella: dos
cromosoma lineales
• Sinorhizobium meliloti: tres cromosomas
circulares
• Burkholderia cepacia: 2-4 cromosomas
• Agrobacterium tumefaciens: 1 lineal y 1 circular
13. Organización del cromosoma
procariota
Doble hélice de ADN tipo Watson-Crick
Superenrollada negativamente, por el equilibrio
de acción de dos enzimas:
ADN girasa (una topoisomerasa-II) que introduce
superhélices negativas
ADN topoisomerasa-I (relaja la superhelicidad
negativa)
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19. Dominios superenrollados en Escherichia
coli
En Escherichia coli existen unos 100 dominios o
bucles superenrollados.
Cada dominio está mantenido por proteínas
especiales de unión al ADN. Cada dominio está
unido a una serie de proteínas estructurales, que
al unirse al ADN forman “cromatina”.
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23. Concepto de número de enlace (Linking number) (L):
número de veces que una hebra pasa sobre la otra
Concepto de número de giro (Twisting number) (T):
número de vueltas completas que da un
polinucleótido en torno al eje de la hélice
En las moléculas de DNA relajadas los valores de L y
de T coinciden
Concepto de numero de “retorcimiento” (Writhing
number) ( W)= número de veces que la doble hélice
gira sobre sí misma
Relación entre los tres parámetros: L = T + W
24. Proteínas estructurales en la cromatina
de eubacterias
HU: proteína básica que “recuerda” a
las histonas (pero sin homología con
ellas)
Se une sin especificidad de secuencia
a ADN ligeramente curvado,
originando bucles de mayor curvatura
Implicada en recombinación,
reparación de ADN y expresión génica
IHF
Se une específicamente a secuencia
de 13 pb
Provoca grandes curvaturas locales en
el ADN
Colabora en expresión de ciertos
genes y en recombinación específica
25. En una molécula de B-DNA relajada L= T= (nº pb)/10,4.
Una hebra gira sobre la otra cada 10,4 pares de bases y
un polinucleótido da una vuelta completa en torno al
eje cada 10,4 pb.
Si el valor de 10,4 pares de bases por vuelta se altera, la
molécula de B-DNA se encuentra sometida a una
tensión. Aún así, la estructura se puede forzar para que
T sea igual a [(nº pb)/10,4] mediante una variación de
W: La doble hélice se “retuerce” (superenrollamiento).
En este caso T será distinto de L. (T=L-W)
Procesos que conducen a que T sea distinto de [(nº
pb)/10,4].
En función de la secuencia de nucleótidos se puede
optar por otras alternativas al superenrollamiento para
forzar que T sea igual a [(nº pb)/10,4]:
47. Ambas hebras de DNA se replican de forma distinta
Hebra “lagging” o discontinua
Se polimeriza en contra
del tenedor de replicación
Se forman fragmentos de Okasaki
1. “primer” 10 - 12 nts
2. Ocurre cada 2 kilobases
3. DNA polimerasa 1 (polA) remueve el “primer” de RNA y
lo reemplaza por DNA.
4. Los fragmentos de Okasaki son unidos por la DNA ligasa.
48. Ambas hebras de DNA se replican de forma distinta
Hebra “leading” o continua
DnaG: Primasa o RNA polimerasa coloca un “primer” de RNA
DNA polimerasa III inicia polimerización usando el “primer”
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55. Replicación del cromosoma bacteriano
1. DNA es circular (no todos)
2. Uno por célula (no todos)
3. Proteínas similares a histonas llamadas: HU, HN-S, Fis, IHF
I. Origen de replicación (oriC)
5’- TTATCCACA-3’ 5’-GATCTNTTNTTTT-3’
DnaA: proteína iniciadora, primosoma
56. Separación de ambas cadenas en el tenedor de replicación
DnaB : helicasa
Mantener ambas cadenas separadas
SSB
Proteínas
desestabilizadoras
de DNA
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60. La replicación es un proceso concertado:
http://cmgm.stanford.edu/biochem201/Slides/DNA%20Replication/
http://www.mun.ca/biochem/courses/3107/Topics/DNA_polymerases.html
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63. Requerimientos para el Proceso de Replicación
Molde de DNA preexistente
– Cadena (o fragmento de cadena) simple
Cebador (“primer”)
– Pequeño fragmento de RNA (~5 nucleótidos) con el grupo 3’-OH libre, unido
al DNA molde (sintetizado por la primasa del primosoma)
Precursores activados – Desoxinucleótidos 5’-trifosfato (dATP, dGTP, dTTP,
dCTP)
• DNA-polimerasas – Catalizan la formación de enlaces fosfodiéster dirigida
por un molde de DNA (actividad polimerasa 5’ 3’) y la corrección de errores
(exonucleasa 3’ 5’)
Requieren Mg2+ y un cebador con su extremo 3’-OH libre
Tres tipos:
DNA polimerasa I (Pol I): Elimina el cebador mediante una actividad exonucleasa 5’
3’ y sintetiza DNA en su lugar
DNA polimerasa II (Pol II): Función desconocida (quizá similar a la Pol I)
DNA polimerasa III (Pol III): Síntesis de la nueva cadena de DNA a partir del cebador
• Otras enzimas
– Primasa: RNA polimerasa que sintetiza el cebador. Forma parte del
primosoma
– Helicasa (Dna B): Separa las dos hebras del DNA dúplex. Requiere ATP
– Girasa (topoisomerasa II): Genera súper_ enrollamiento negativo. Requiere
ATP
– Ligasa: Une fragmentos nuevos sintetizados
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69. Replicación de DNA:
Involucra polimerización: unión de nucleótidos en
cadenas largas o hebras usando la secuencia de la otra
hebra como guía
Componentes:
1. dNTP’s (dATP, dTTP, dGTP, dCTP)
2. Enzimas que realicen polimerización
3. Hebra guía
70. DNA Polimerasas de E. coli
Characterística Polimerasa I Polimerasa II Polimerasa III
Gen polA polB polC
Peso Molecular 103,000 90,000 130,000
moléculas/célula 400 100 10
Exonucleasa 3’ Sí Sí Sí
Función Biológica
Reparación de DNA,
excisión de primer
de RNA
Respuesta SOS
reparación DNA (?)
replicación
Exonucleasa 5’ Sí no no
Procesividad 3 - 200 1000 500,000
Sub-unidades 1 ~4 ~10
Razón polimerización 16 - 20 5 - 10 250 - 1000
