El documento describe los conceptos básicos de la estructura y replicación del ADN. Explica que durante la replicación, la doble hélice del ADN se desenrolla y cada cadena sirve como molde para la síntesis de una nueva cadena complementaria, de modo que cada molécula hija contenga una cadena parental y una nueva. Detalla los mecanismos de la replicación, incluyendo la apertura de la doble hélice por la helicasa, la síntesis de las cadenas continua y discontinua, y la unión de los fragmentos de Okazaki por la ligasa.

1. Estructura y Replicación
de DNA
Curso
Propedéutico
Junio 2012

2. Conceptos básicos del DNA
 Los ácidos nucleicos son únicos en
su habilidad de dirigir su propia
replicación
 El parecido que tiene la progenie a
sus padres tiene su base en la
replicación del DNA y su transmisión
de genes de generación en
generación
 La información hereditaria esta
codificada en el lenguaje químico de
DNA y reproducido en todas las
células de nuestro cuerpo
 El DNA programa el desarrollo de
nuestras características bioquímicas,
anatómicas, psicológicas, y de
comportamiento

3.  Se compone de unidades
llamadas nucleótidos
 Estos están compuestos de:
 Una azúcar (pentosa 5C):
Ribosa o desoxiribosa
 Un base nitrogenada: purinas o
pirimidinas unidas al carbono 1
del azúcar
 Un grupo fosfato unido al
carbono 5 del azúcar
Estructura de DNA

4.  Las bases nitrogenadas de
la doble hélice del DNA
están pareadas
específicamente:
 Adenina (A) con Timina (T)
 Guanina (G) con Citosina
(C)
Estructura de DNA

5. Conceptos básicos del DNA
 Cada base tiene sitios
químicos donde pueden
formar puentes de
hidrógenos con su respectiva
pareja:
 Adenina puede formar dos
puentes de hidrogeno con
timina solamente
 Guanina forma tres puentes
de hidrogeno con citosina
solamente

6. Doble hélice del DNA
 Las cintas azules en este
diagrama representan el
enlace del azúcar y el fosfato
de las dos hebras del DNA
 Las dos hélices se atraen
mediante puentes de
hidrógeno entre las bases
nitrogenadas en el centro de
la doble hélice

7. Replicación y reparación del DNA
 Las dos bandas de DNA son complementarias
 Una brinda la información necesaria para reconstruir
su banda complementaria

8. Modelo semiconservativo
 El modelo de Watson y Crick dice que al replicarse la
doble hélice del DNA, cada una de las dos bandas hijas
tendrán una banda parental y otra banda nueva

9. Experimento de Matthew Meselson y
Franklin Stahl
(Modelo semiconservativo)

10. Orígenes de replicación
 La replicación de la
molécula de DNA
comienza en sitios
llamados orígenes de
replicación
 Las proteínas que inician
la replicación reconocen
esa secuencia del origen
de replicación
 Proteínas se pegan al
DNA formando la burbuja
de replicación

11. Orígenes de replicación
 La replicación del
DNA prosigue en
ambas direcciones
hasta que la molécula
se copie
completamente
 En ambos terminales
de la burbuja de
reaplicación esta el
tenedor de
replicación

12. Alargamiento de la banda de DNA
 La DNA polimerasa es la
enzima que alarga el nuevo
DNA en el tenedor de
replicación
 Los nucleótidos se alinean con
sus bases complementarias a
lo largo de la banda templada
de DNA, y se pegan una por
una al terminal de la banda de
DNA en proceso
 Los nucleótidos que sirven de
sustrato de DNA polimerasa
son nucleósidos trifosfatos

13.  La única diferencia entre el ATP del metabolismo de
energía y el nucleósido trifosfato que suple adenina para
el DNA es el componente azúcar
 Cada monómero se pega al terminal de la banda en
proceso del DNA perdiendo dos grupos fosfatos como una
molécula de pirofosfato (PPi)
 La hidrólisis del pirofosfato hacia dos moléculas de fosfato
inorgánico (Pi) es la reacción exergónica que dirige la
reacción de polimerización
Alargamiento de la banda de DNA

14. ATP

15. Arreglo antiparalelo de las bandas
de DNA
 Las dos bandas del DNA son
antiparalelas, lo que significa
que una banda corre en
dirección opuesta de la otra
 Un grupo OH - esta en el
terminal 3’
 Un Grupo PO4 - esta en el
terminal 5’

16.  La DNA polimerasa
adhiere nucleótidos solo
del terminal 3’ al terminal
5’
 El alargamiento de la
nueva banda de DNA
solo puede ocurrir en
dirección 5’→ 3’
Arreglo antiparalelo de las bandas
de DNA

17. Banda continua o lider de DNA
(“leading DNA strand”)
 Esta banda es
sintetizada
continuamente por la
DNA polimerasa en el
tenedor de replicación

18. Banda rezagada de DNA (“lagging
DNA strand”)
 Es la nueva banda que sintetiza la
DNA polimerasa en dirección
opuesta al tenedor de replicación
 Al abrirse la burbuja de replicación
se sintetizan fragmentos cortos de
DNA fuera del tenedor de
replicación
 Los fragmentos de Okazaki son
segmentos cortos de DNA
adheridos a la banda regazada.
 La ligasa de DNA es la enzima
que une los fragmentos de Okazaki

19. Síntesis de DNA con RNA
 La DNA polimerasa solo
adhiere nucleótidos a una
cadena ya existente
apareada a la banda
templada
 Ella solamente puede
añadir el terminal 3’ a una
hebra ya comenzada
 El cebo o “primer” es un
segmento corto de RNA
que marca el comienzo de
la nueva cadena de DNA.

20. Síntesis de DNA con RNA
 La primasa es una enzima que adhiere los
nucleótidos de RNA para hacer el cebo o “primer”
 Mas tarde otra DNA polimerasa reemplaza los
nucleótidos de RNA del primer con nucleótidos
de DNA
 Se requiere un solo primer para que la DNA
polimerasa sintetice la banda continua (“leading
strand”) de DNA

21. Otras proteínas envueltas en
replicación de DNA
 Helicasa: enzima que
abre la doble hélice en el
tenedor de replicación
separando las dos
bandas
 Proteína que se enlaza
a una sola hebra
(“single binding
protein”): luego de que
la helicasa separa las
bandas, esta proteína
mantiene estabilizadas
las bandas

22. Lectura de prueba (“Proofreading”) y
reparación durante la replicación del
DNA
 La DNA polimerasa hace lectura de prueba o
“proofreading” en cada nucleótido
 Si se encuentra algún nucleótido mal apareado, la DNA
polimerasa lo cambia por el correcto
 Los nucleótidos que no estén apareados correctamente,
en ocasiones, no pasan por el proceso de “proofreading”
de la DNA polimerasa o se arregla luego de completarse
la replicación del DNA

23. Factores que pueden dañar el DNA
 Los reactivos químicos, emisiones radiactivos,
rayos X y la luz UV pueden dañar el DNA
 El DNA puede pasar por cambios espontáneos
bajo condiciones normales
 Cada célula monitorea y repara constantemente
su material genético

24. Mecanismos de reparación
 Nucleasa: enzima que corta
una porción alrededor de los
nucleótidos mal apareados.
 Reparación de escisión
del nucleótido
(“nucleotide excision
repair”): los daños de luz
UV a la piel producen un
“dimer” de timina.
 Daños al DNA → Nucleasa
→ DNA polimerasa → ligasa

25. Mecanismos para terminar la
replicación
 La maquinaria de la
replicación no completa el
terminal 5’ de las bandas
nuevas de DNA
 Como resultado se repiten
rondas de la replicación y
por consiguiente las
moléculas de DNA se van
haciendo mucho mas cortas
 En células prokariotas no
sucede esto ya que su DNA
es circular

26. Telómeros
 Son secuencias especiales
de nucleótidos al final del
DNA cromosomal eucariótico
 Estos no contienen genes,
pero si secuencias cortas
repetidas de nucleótidos
(TTAGGG en humanos)
 Protegen el genoma de
errores durante las rondas de
replicación
 Previenen el envejecimiento
y muerte celular
Telómeros y telomerasas

27. Telomerasas
 Los telomeros se van acortando
según van ocurriendo las
replicaciones DNA
 Las telomeras son enzimas que
alargan los telómeros
 Tienen una secuencia corta de RNA
unido a su proteína
 La secuencia de RNA sirve como
molde (“template”) para extender el
telómero hasta el terminal 3’
 No están activamente en las células
somáticas, pero si en células
embrionarias
 Anormalmente están presentes en las
células cancerosas
Los punto anaranjados marcan los
telómeros en cromosomas de ratón

28. Replicación de DNA

29. Concepto Básico del Modelo de
Replicación
 La molécula parental tiene
dos hebras
complementarias de DNA.
 Cada base es apareada
con otra en específico.
 T (timina) con A (adenina)
y G (guanina) con C
(citosina).

30. Concepto Básico del Modelo de
Replicación
 El primer paso
durante la replicación
del DNA es la
separación de las dos
hebras

31. Concepto Básico del Modelo de
Replicación
 Cada hebra parental
ahora sirve como
templado aunque
determina el orden de
nucleótidos a lo largo
de la nueva hebra
complementaria

32. Concepto Básico del Modelo de
Replicación
 Los nucleótidos están
conectados para formar
los enlaces entre los
fosfatos y azúcares de la
nueva hebra
 Cada molécula “hija” de
DNA consiste de una
hebra parental y una
hebra nueva

33. Resumen de la replicación de DNA
 La helicasa desenrolla la doble hélice del DNA
 Las proteínas que se enlazan a una sola hebra o “single
binding proteins” estabilizan la hebra parental desenrollada
del DNA
 La hebra continua o “leading strand” es sintetizada en
dirección de 5’a 3’ por la DNA polimerasa

34. Resumen de la replicación de DNA
 La hebra discontinua o “lagging strand” es sintetizada por la
primasa que coloca pequeñas secuencias de RNA que son
extendidos por la DNA polimerasa formando fragmentos de
Okazaki
 Otra DNA polimerasa reemplaza los cebos o “primers” de RNA
por DNA
 La DNA ligasa une los fragmentos de Okazaki