Replicación del ADN

Blgo. Carlos A. Fernández M.
FernandezC4@gmail.com
Setiembre, 2007

Requisitos del material genético
• Ubicarse en el núcleo
• Control de las enzimas
• Capacidad de autorreplicación

DNA RNA Proteína
Dogma central de la biología molecular
Transcripción
Traducción

Replicación del DNA
• En su artículo de 1953 Watson y Crick
sugirieron que la replicación de la hélice
podría tener lugar por desenrrollamiento.
• Una cadena actuaría como molde
(Template) para la síntesis de la nueva
cadena.

Replicación del DNA
Complementariedad

Posibilidades de replicación
Replicación conservativa
Replicación dispersiva
Replicación semiconservativa

El experimento de Meselson y Stahl

Gradiente de
Cloruro de
Cesio (CsCl)
Principio de la Centrifugación en Equilibrio
Centrifugación
El experimento de Meselson y Stahl

El DNA es sintetizado por polimerasas
• Las polimerasas necesitan de un molde, La reacción
de polimerización se realiza siguiendo las reglas de
complementariedad establecidos por Watson y Crick.
• Es necesario un cebador (RNA, DNA o en casos
especiales una proteína), que proporcione un extremo
3’ OH-

Las DNA polimerasas necesitan de un cebador
(iniciador, primer) para actuar

Biosíntesis del DNA: Polimerización
• La reacción consta de un ataque nucleofílico del grupo 3’
hidroxilo del nucleótido en el extremo 3’ de la cadena en
crecimiento sobre el fósforo 5’ – trifosfato del
desoxinucleótido entrante, liberándose pirofosfato
inorgánico.

Polimerización
(dNMP)n+ dNTP (dNMP)n+1
+ PPi

Biosíntesis del DNA
La síntesis del DNA transcurre en dirección 5’ 3’
El extremo 3’ OH-
libre se convierte en el
punto de elongación de la cadena
La cadena se sintetiza de manera discontinua
mediante los Fragmentos de Okazaki.

• Precisión de la replicación
En E. coli ocurre un error cada 109
o 1010
nucleótidos incorporados, esto es 1 nucleótido cada
1 000 000 000

• Precisión de la replicación
La precisión en la incorporación de nucleótidos se
basa en:
• Direccionalidad de los enlaces puentes de
hidrógeno.
• Geometría del sitio activo de la Polimerasa

Apareamientos correctos

Apareamientos incorrectos

• Actividad exonucleasa
•Cuando un nucleótido incorrecto es incorporado la DNA
polimerasa retrocede, corta el nucleótido (actividad 3’ 5’),
incorpora el nucleótido correcto y continúa su actividad.

Errores en la incorporación

Corrección de errores
Actividad exonucleasa

Actividad exonucleasa
Corrección de errores

Actividad exonucleásica

• En E. coli existen alrededor de 5 DNA polimerasas.
• John Cairns aisló una cepa bacteriana con el gen de
la DNA polimerasa I alterado, el cual producía una
enzima inactiva. Increíblemente las bacterias eran
viables.

La DNA Polimerasa I de E. coli
•Posee actividad polimerasa 5‘- 3’
•Exonucleasa 3’ – 5’
•Exonucleasa 5‘- 3’ (Eliminación de primers)

Exo 5-´3´
Fragmento Klenow Pol Exo 3-´5´
Pol Exo 3-´5´DNA pol I

Fragmento Klenow

La DNA Polimerasa III de E. coli

Replicación en procariotas: E. coli
Etapas
Iniciación
Terminación
Elongación

• Sistema DNA replicasa ó REPLISOMA

OriC

Alrededor de 20
moléculas de proteína
DnaA, cada una con un
ATP ligado se unen a una
de las 4 repeticiones de 9
pb

Luego, las tres secuencias de 13
pb se desnaturalizan de manera
secuencial

Hexámeros de proteína DnaB se
unen a cada hebra con ayuda de
la proteína DnaC
La actividad helicasa de la prot.
DnaB ayuda a desenrollar aún
más la hélice

Modo de actuar de la
helicasa

SSB Single Stranded Binding protein
•Impide la renaturalización
•Brinda protección
•Inespecífica
•Cooperativa

Single Stranded Binding protein

La replicación es bidireccional

La Dna Primasa (DnaG)
sintetiza el cebador
(primer)

Dna Helicasa
(DnaB)
Dna primasa
(DnaG)
Primosoma+ =

Mecanismo de acción de la
DNA ligasa

Problemas
topológicos de
la replicación

Acción de la DNA girasa

Terminación de la replicación: E. coli
Proteínas
Tus

Terminación de la replicación: E. coli

•Replicación circular (Modo θ) E. coli
•Lazo D (D-loop) Mitocondrias, cloroplastos
•Círculo rodante (Modo σ) Plásmidos, fagos
Modelos de Replicación en Procariotas:

Replicación circular (Modo θ)
Es el modelo propuesto para la replicación del cromosoma
circular de E. coli

Autoradiografía
Intermediario tetha (θ)

Lazo D (D-loop)
•Es el modelo propuesto para la replicación del DNA de mitocondrias
y cloroplastos.
Se debe a que en estos DNAs circulares el origen de replicación
está en puntos distintos en cada cadena parental.

Lazo D (D-loop)

Círculo rodante (Modo σ)
•Es el modelo propuesto para la replicación del DNA del plásmido
Hfr de E.coli durante la conjugación.
•Este método también es usado por fagos que llenan sus cubiertas
proteicas con DNA lineal que se replica a a partir de un DNA circular.

Para iniciar la replicación
no es necesaria la
presencia de primers

Luego una Nucleasa
separa las cadenas y una
Ligasa llena las mellas

Replicación del fago filamentoso M13 (ADN1C )
Genoma (DNA 1c) del fago que ha
infectado la bacteria
Forma replicativa (DNA 2c)
Con las
enzimas del
hospedero

Genoma (ADN1C) del fago que ha
infectado la bacteria
Replicación
bidireccional
desde Ori

El Gen II corta la cadena
Replicación
por el círculo
rodante

El Gen II completa y corta la
cadena
Replicación
por el círculo
rodante
Circularización de la cadena
(+) completa
Empaquetamiento

ENZIMA FUNCIÓN
ADN Pol α
Síntesis Hélice retardada. Síntesis del cebador: 10 bases de
ADN y 25 de ARN.
ADN Pol δ Síntesis de la Hélice conductora.
ADN Pol ε Polimerización de las Piezas de Okazaki.
ADN Pol β
Unión de los fragmentos de Okazaki ( de aproximadamente
250 pb).
ADN Pol γ Síntesis ADN mitocondrial.

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