Descripción sencilla de la duplicación del ADN, los mecanismos principales de reparación y las principales mutaciones.

1. Replicación del ADN
Lina Merlano Romero
José David Navarro
María José Ortega
Jesús Turizo Hernández
Universidad de Sucre. Facultad de Ciencias de la Salud. Programa de Medicina. Bioestructura III. Bioquímica II. Periodo 02-2013.

2. Conceptos básicos

3. Ácido desoxirribonucleico (ADN)
 El ADN es una macromolécula de aspecto filamentoso, formada
por carbono, hidrógeno, oxígeno, nitrógeno y fósforo.
 El ADN es la base de la herencia, está organizado en genes, que
son las unidades fundamentales de la información genética.
 El ADN dirige la síntesis de ácido ribonucleico (ARN), que a su
vez dirige la síntesis de proteínas por los ribosomas.

4. ADN
ARN
Transcripción
ADN
Traducción
ADN
Transcripción
Transcripción
Transcripción
rARN
mARN
tARN
Ribosomas
Traducción
Proteínas
Función del ADN

5. Estructura del ADN
Bases nitrogenadas
Azúcar
Puentes de hidrógeno
Esqueleto de azúcar y fosfato
Nucleósido
Nucleótido
Fosfato

6. Organización del ADN
Núcleo
Cromosoma
Histona
Codón
Pares de bases
ADN

7. Organización del ADN
ADN
Histonas
Nucleosomas
Cromatina
Cromosoma

8. Ciclo celular
 El ciclo celular es una secuencia ordenada de sucesos con fines
de reproducción, crecimiento y desarrollo, y renovación de tejidos.
 La duración del ciclo celular depende del tipo de célula y de
factores externos como la disponibilidad de nutrimentos.
 Las células se dividen a una velocidad suficiente para reemplazar
únicamente las células que son eliminadas del cuerpo.

9. Fase G0
Interfase
Fase G1
Fase S
Fase G2
Ciclo celular
Profase
Fase M
Metafase
Anafase
Telofase
Ciclo celular

10. Replicación del ADN

11. Definición
 La replicación del ADN es la proceso de síntesis de nuevas
hebras de ADN usando como molde una cadena ya existente.
 La replicación del ADN se han estudiado principalmente en
procariotas con genoma simple como la E. Coli.

12. Tipos de replicación
ADN parental
+
+
+
Conservativa
Semiconservativa
Dispersiva

13. Principios de replicación
La replicación es un proceso semiconservador

14. Principios de replicación
La replicación comienza en un punto del ADN
Lazo
Horquilla de
replicación
Horquilla de
replicación

15. Principios de replicación
La síntesis de ADN se desarrolla en dirección 5' → 3'

16. Principios de replicación
La síntesis de ADN es semidiscontinua
Origen
Helicasa
Cadena retrasada
Cebador de ARN
Fragmento de
Okazaki
Cadena Nueva hebra
ADN
adelantada
de ADN polimerasa

17. Maquinaria enzimática
Las principales moléculas enzimáticas implicadas en la replicación
del ADN son:
 Helicasa.
 Proteína de unión a cadena sencilla.
 ADN polimerasa.
 Girasa.
 Primasa.
 Ligasa.

18. Maquinaria enzimática
 Enzimas encargadas de romper los puentes de hidrógeno que
mantienen unida la doble hélice.
 Se une a la banda discontinua de cada horquilla de replicación.
ADN polimerasa
Cadena adelantada
Topoisomerasa
Helicasa
Cebador
Cadena retrasada
Fragmentos de Okazaki
ADN polimerasa
Helicasa

19. Maquinaria enzimática
 También llamada proteína de unión a cadena sencilla.
 Estabiliza el DNA desenrollado uniéndose a éste, e impide que se
reasocie la doble hélice.
ADN polimerasa
Cadena adelantada
Topoisomerasa
Helicasa
Cebador
Cadena retrasada
Fragmentos de Okazaki
ADN polimerasa
Proteína SSB

20. Maquinaria enzimática
 Es una topoisomerasa II de ADN
 Reduce la tensión molecular causada por el superenrollamiento.
 Produce cortes de doble cadena y después los une.
ADN polimerasa
Cadena adelantada
Topoisomerasa
Helicasa
Cebador
Cadena retrasada
Fragmentos de Okazaki
ADN polimerasa
ADN girasa

21. Maquinaria enzimática
Sintetiza las nuevas hebras de ADN de las dos bandas.
ADN polimerasa
Cadena adelantada
Topoisomerasa
Helicasa
Cebador
Cadena retrasada
Fragmentos de Okazaki
ADN polimerasa
ADN polimerasa

22. Maquinaria enzimática
 DNA Polimerasa III: Síntesis de la nueva cadena de ADN
emparejando
los
desoxirribonucleótidos
con
los
desoxirribonucleótidos complementarios correspondientes del
ADN molde.
 DNA Polimerasa II: Con actividad exonucleasa 3’-5’ esta
involucrada en procesos de reparación de DNA.
 DNA Polimerasa I: Una actividad 3’-5’ exonucleasa, remoción de
nucleótidos erróneos y esta involucrada en la síntesis de los
primers.
ADN polimerasa

23. Maquinaria enzimática
ADN polimerasa

24. Maquinaria enzimática
ADN polimerasa

25. Maquinaria enzimática
Encargada de la síntesis de los primers para la síntesis del DNA.
Esta inicia los fragmentos de Okazaki.
Primasa

26. Maquinaria enzimática
Une los fragmentos de Okazaki o aquellas zonas del ADN donde se
hayan producidos Nicks.
Ligasa

27. Fases de la replicación
El ADN se encuentra enrollado, es necesario que la doble cadena
de nucleótidos se separe para que opere la ADN polimerasa.
ADN polimerasa
Cadena adelantada
Topoisomerasa
Helicasa
Cebador
Cadena retrasada
Fragmentos de Okazaki
ADN polimerasa

28. Fases de la replicación
En las procariotas existe un solo origen de replicación, denominado
OriC y, a partir de este único punto de origen, la replicación
progresa en dos direcciones, de manera que existen dos puntos de
crecimiento u horquillas de replicación.
Origen de replicación
(OriC)
Horquilla de
replicación
Horquilla de
replicación

29. Fases de la replicación
1. Reconocimiento del sitio de inicio de la replicación.
2. Separación de las cadenas parentales de ADN.
3. Estabilización parcial de esas cadenas como cadenas sencillas
de ADN (Proteínas SSB).
4. Formación del complejo de iniciación.
5. Síntesis del ARN cebador tanto en la cadena retardada como
en la cadena conductora.
Iniciación

30. Fases de la replicación
 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).
 La otra hélice se sintetiza de manera discontinua, hélice retardada
(también llamada hélice retrasada), a base de fragmentos cortos o
fragmentos de Okazaki.
Iniciación

31. Fases de la replicación
En la hebra inferior de la cadena molde
de ADN, la síntesis se da continuamente
en el sentido 5’ → 3’.
La síntesis de ADN empieza de nuevo en
la cadena superior, en una horquilla de
replicación, y continúa desde allí hasta
terminar la cadena molde.
Cadenas molde de ADN
Desenrollado y replicación
Nuevas cadenas de ADN sintetizado
En la hebra superior de la cadena molde
de ADN, la síntesis empieza en una
horquilla y continua en dirección opuesta
al desenrollado.
La síntesis de ADN en esta cadena es
discontinua; se sintetizan fragmentos cortos de
ADN llamados fragmentos de Okazaki, producto
de este proceso.
Fragmentos de Okazaki
Cadena retrasada
Síntesis discontinua de
ADN
Cadena adelantada
Síntesis continua
de ADN
Iniciación

32. Fases de la replicación
 La primasa sintetiza los cebadores necesarios para la síntesis
discontinua de la cadena retrasada de ADN.
 Extensión de los nuevos fragmentos de ADN por la ADN
polimerasa.
 La ADN polimerasa elimina los cebadores y rellena los espacios
que quedan al eliminar los cebadores.
 La ligasa une los fragmentos de ADN catalizando la formación de
un enlace fosfodiester entre el extremo 5´PO4- de un nucleótido y
el grupo 3’OH- del nucleótido adyacente.
Fragmentos de Okazaki

33. Fases de la replicación
 La ADN Polimerasa III actúa en ambas cadenas de ADN.
 Se forman la cadena continua y fragmentos de Okazaki.
Hélice retardada
Hélice conductora
Cebadores
Hélice conductora
Fragmento de Okazaki
Elongación

34. Fases de la replicación
 La ADN Polimerasa I degrada los cebadores y los reemplaza por
ADN complementario.
 La ADN ligasa une todos los fragmentos de ADN de Okazaki.
Cadenas molde de ADN
Horquilla de replicación
ADN polimerasa
Fragmentos
de Okazaki
ADN ligasa
Cadena retrasada
Cadena adelantada
Terminación

35. Replicación del ADN en eucariotas
 Similar a lo que ocurre en procariotas.
 Las histonas antiguas se fusionan con la hebra conductora.
 Mayor número de replicones u horquillas.
 Más lento (10 veces) por la existencia de histonas.
 Fragmentos de Okazaki más pequeños.
 Ocurre durante la interfase en el periodo o fase S del ciclo celular.
 Ocurre siempre en el interior del núcleo.

36. Daños, mutaciones y reparación

37. Daños
 Perdida de bases
 Cambio de bases
 Modificación química de bases
 Rotura de enlaces fosfodiester
 Entrecruzamientos
Tipos de daños

38. Daños
 Espontáneas
 Inducidas
 Agentes físicos:
 Radiación UV.
 Radiación ionizante.
 Agentes químicos:
 Acido nitroso.
 Agentes alquilantes.
 Carcinógenos.
 Agentes bifuncionales.
Causas de daños

39. Daños
Cambio de bases
 A, G y C:
 Grupos amino exocíclicos.
 Pérdida espontánea dependiente de:
 Temperatura.
 pH.
Pirimidinas
Purinas

40. Reparación
Escisión de bases

41. Daños
 Espontáneas.
 Depurinación.
Célula humana:
2000 a 10.000 purinas/célula/dia.
Pérdida de bases

42. Daños
 Hay dos tipos de sustitución:
 Transición (entre bases iguales).
 Transversión (entre bases diferentes).
Sustitución de bases

43. Reparación
 Es aquella reparación en la que no se hace necesaria la remoción
de bases o nucleótidos sino que simplemente se revierte el daño.
 Enzima fotoliasa.
 Metiltransferasa.
Reparación directa

44. Reparación
Metiltransferasa
O 6 – metilguanina metiltransferasa
Reparación directa

45. Daños
Radiaciones UV

47. Reparación
Fotoliasa
Reparación directa

48. Reparación
Genes Uvr A, B Y C
UVR ABC
Helicasa II

49. No reparación (mutación)
Xeroderma pigmentoso (XP)
Fallos por la escisión de nucleótidos
 Dermatosis que se transmite en forma autosómica recesiva.
 Se mutan cualquiera de los 7 genes implicados en la reparación.
(XPA, XPB, XPC, XPD, XPE, XPF, XPG)
 Se manifiesta como una reacción de fotosensibilidad.
 Probabilidad de desarrollar cáncer cutáneo.

50. No reparación (mutación)
Xeroderma pigmentoso (XP)
Fallos por la escisión de nucleótidos
Ampollas
Queratosis
Blefaritis
Conjuntivitis
Machas cutáneas

51. No reparación (mutación)
Cáncer de mama
Fallos en la reparación de la rotura de la doble cadena de DNA
Enrojecimiento
de la piel
Inflamación
de ganglios
linfáticos
Bulto en la mama

52. Resumen

53. Preguntas

54. El ADN se replica por cuál de los siguientes
modelos propuestos:
A.
B.
C.
D.
Conservativo.
Semiconservativo.
Dispersivo.
Ninguna es correcta.

55. ¿Cuál de los siguientes elementos no está
implicado en la formación de las horquillas
de replicación?
A.
B.
C.
D.
Proteínas SSB.
Helicasa.
OriC.
Ligasa.

56. ¿En qué dirección se replica el ADN?
A.
B.
C.
D.
5’ → 3’
3’ → 5’
5’
3’

57. ¿Cuál de las siguientes secuencias de una
molécula de ADN sería complementaria para
la secuencia GCTTATAT?
A.
B.
C.
D.
TAGGCGCG.
ATCCGCGC.
CGAATATA.
TGCCTCTC.

58. Si la secuencia de la cadena molde de ADN
es 5'-AATGCTAC-3‘, la cadena nueva tendrá
la siguiente secuencia:
A.
B.
C.
D.
3'-AATGCTAC-5'
5'-AATGCTAC-3'
3'-TTACGATG-5'
5'-TTACGATG-3'

59. En eucariotas, el ADN está enrollado
alrededor de cuál de las siguientes
estructuras:
A.
B.
C.
D.
Proteínas SSB.
Solenoide.
Polimerasa.
Histonas.

60. Nuestra misión en la tierra es descubrir nuestro
propio camino. Nunca seremos felices si vivimos
un tipo de vida ideado por otra persona.
James Van Praagh