Síntesis y replicación del ADN

Replicación de ADN “flujo de la información biológica” cada clase será 1

proceso.

Hoy veremos REPLICACION (luego transducción y transcripción)

Que es el proceso biológico, que es la biología, el concepto del profe

aparece la información en este teoría, hay muchas teorías, como la

panspermia, vida en el universo, dejan un vacio muy grande, es un

ordenamiento informativo, hay mucha diversidad de vida, diferentes

manifestaciones biológicas, arrecifes de corales, jungla, usan el mismo proceso

informático.

Hoy entenderemos como el proceso informativo hace posible la

vida, desde bacterias a ballena azul han utilizado el mismo lenguaje

(información), es universal, como funciona este sistema informativo,

la información tiene que residir en los seres vivos. , la información en

los seres vivos esta en los ADN, esa molécula es la que posee la

información biológica, lo que veremos es que gran parte de la

energía que se gasta espera mantener esa información, esta se

tiene que expresar de alguna forma y esa expresión es el fenotipo

biológico, el ser humano es una de las especias con mayor

diversidad fenotípica y luego le siguen los

perros en cuanto a su diversidad.

Había 4 razas originales de perros, y desde ahí

la diversidad aumento mucho,

Diferencias fenotípicas son cosas observables,

tienen información y esa expresión determina el fenotipo

más el ambiente. Lo que veremos es como se hace eso.

La información está en la molécula de ADN no

muy conocido, pero se sabía que heredaba, fue Gregor Mendel con el

experimento de las arvejas que determino las leyes de la herencia.

Luego en Drosofila (1910) se determino que la información genética

esta en los cromosomas, hechos de ADN y proteínas, y cuando se

analizo el ADN, cuando se infecta una herida se aislaron los leucocitos y

de ahí salió la nucleina, se analizo y era ADN. Extremadamente simple,

es un polímero, de nucleótido, base nitrogenada azúcar y fosfato.

Cuando se determino que la información estaba en los cromosomas

vieron que era extremadamente simple para poder tener la

información genética 1947, el ADN oficialmente aceptado como

portador de la información genética.

No se explicaba como la información tenía que ser replicada, 1953

cuando James Watson y Francis Crick trabajando con modelos de barras y

pelotas dilucidaron la estructura de ADN , dijeron que era bicatenaria,

anti-paralalelas y los fosfatos y azúcar para afuera y las bases hacia adentro.

TA CG lo más importante de la estructura del ADN , es que inmediatamente

explicaron como la molécula se puede copiar.

Ello no lo dicen en el paper pero como la

complementariedad de bases es estricta solo

hay que separar y llenar con nucleótidos

complementarios del molde (semiconservativa)

Lo que somos como especie esta en el ADN , tenemos 23 cromosomas

secuenciados (hace 10 años atrás), en el proyecto genoma humano, hubieron

grandes sorpresas cuando se secuencio, 35mil genes, la expresión de 35mil

proteínas define a una especie como nosotros para este planeta, sorpresa

porque nos consideramos especie compleja, poder cognitivo superior..etc.

Eso está contenido en los 35mil genes, numero extremadamente pequeño. Eso

es muy manejable del vista de punto informático., cuando se expresa la

diversidad es bastante alta.

Cuando se empezó analizar genoma, c coli, luego organismos más complejos

como el de la drosofila melanogaster, fue una de las primeros proyectos de

genomas, la aproximación “tiro de escopeta” se aislaba su ADN y se

secuenciaban trozos al azar de 1 o 2 mil nucleótidos. Guardándolos en bases

de datos de bases. Para diferenciarlos. “dna walk” el poder bioformatico

suficiente para secuenciar al azar, como el ADN tiene secuencias especificas

podre solapar trozos de ADN al azar y construir el genoma de la drosofila.

Sillicon vay en Ca, en un fin de semana hicieron la wea y de ahí sacaron el

genoma de la drosofila. En el domingo en la tarde lo tenían listo. El genoma de

la drosofila son 14mil genes. Cuando se secuencio el genoma humano paso lo

mismo.

Eso es para que veamos que en teoría somos casi el doble de complejos de

una mosca. Los mamíferos son muy similares, Las plantas tienen mucho mas

ADN y genes, las salamandras (tienen mucho ADN), no está la complejidad en

la cantidad, sino que como los mamíferos están más complejos, con corteza

cerebral que reconoce patrones asociando los patrones, inteligencia del

sistema nervioso central en la corteza, diferente por elementos de

trasnlocacion, nuestros genes están muy repetitivos, elementos saltatorios, uno

de esos saltos genero nuestra corteza cerebral. (evolución)

¿A donde va todo de la información genética?

James Watson fue el primer genoma que fue secuenciado de una sola

persona. Porque fue el primer director de genoma humano hecho por 2

grupos, uno privado y otro público, Clinton con Toni Blair hicieron leyes para

que no se patentara el genoma humano, se inicio un proyecto gubernamental

repartiéndose los cromosomas entre países ambos proyectos independientes

se obtuvo el mismo resultado, cuando se hizo eso se hizo tomar el dna de un

grupo de personas destruyendo sus identidades, es el genoma de un grupo de

personas con grupos consensos. 4 a 5 años atrás se secuencio el primer

genoma de solo 1 persona .10 12 millones de dólares, y los costos han bajado

mucho, se espera secuenciar no más de mil doralares, con el genoma de la

persona se puede saber que tipos de conducta se pueden tomar para evitar

enfermedades.

Cuando hablamos de información biológica tenemos que decir que es lineal.

Como información tendremos una secuencia de nucleótidos. Tenemos que

saber cómo leer y trabajar con la información genética manipulándola etc.

Cuando vemos la información genética, en el caso de watson 3.3 millones de

snps. Son lugares donde hay variaciones de 1 nucleótido, significando cambio

en la información, la información biológica sirve solo para 1 cosa, que es que

se expresa. Si no se expresa no sirve, que significa conceptualmente la

expresión? Expresan proteínas, cuando tengo la información que ha sido

cambiada en el caso de Watson con 3 millones de polimorfismos., significa que

puede o no estar en un sector que codifica. En nuestro caso de 3mil millones

de pares de bases solo el 2% se expresa en proteína, codificando para

proteína. No implicando que son genes, sino un tercio del genoma es

información de genes y los 2 tercios, son las zonas repetitivas en el cromosoma.

Si tenemos un cambio de un polimorfismo de un solo nucleótido afecta o no?

ADN basura, y eso cambia 10 mil cambios en los aminos de síntesis.

Nos dice algo bastante interesante. Nos dice que es un mutante.

Si nos secuenciamos entre nosotros sería que cambia solo a nivel de

polimorfismo nivel proteico pero siempre se expresa el 2% , se consideran

mutaciones, significa que el genoma tiene cierto grade de resilencia

(flexibilidad), eso es para que veamos que la cosa de la información es que la

mutación tiene que ser muy precisa para formar una patología.

Nos queda claro que la información biológica se utiliza para la gran variedad

fenotípica. Que se utiliza para sintetizar proteínas, nuestras diferencias

fenotípicas solo está en las diferencias de que expresamos, que nos da en gran

parte el proceso de vida en el planeta.

Lo otro importante es que cuando veo la información podemos traducir para

una proteína, la información es universal, gracias a las

tecnologías de ADN recombinante, medusa con

bioluminiscencia bajo ciertas condiciones PGLO en los

años 60 era una proteína verde fluorescencia,, esa

información fue tomada de la medusa se puso en

plásmido y se sintetiza en bacteria sintetizando esa

proteína. El plásmido tiene un mini gen para expresar el

gen en bacteria, se puede expresar en casi todas las

influencias,

Eso nos dice que la información biológica es realmente

universal, independiente si es bacteria o ballena. Eso nos dice algo importante

que la vida aparece en este planeta solo una vez. Hasta el momento toda la

vía usa esta información, desde organismo central (luca) se produjo la

diversidad biológica, eso nos lleva al dogma central de la biología molecular

Tenemos el ADN que ya lo conocemos que se auto-replica, eso lo

visualizaremos mas adelante, uno de los primeros procesos para expresar es la

transcripción (escribir de nuevo) escribiendo la información de otra manera,

con otra marca molecular que es realidad utilizar esa estructura con ácidos

ribonucleicos. Posteriormente se traduce a proteínas. Ocurriendo en ribosomas.

Con función biológica-

En los 80 David Baltimore, descubrió un virus con RNA , que durante su proceso

al incorporarse a la célula eucariota re-transcribía, que se llama retro

transcripción de RNA a ADN . Como el virus del sida.

Replicación del dna.

Está basada en la complementariedad de Watson y Crick. Significa entonces

que nuestra molécula de ADN, de adenina con timina citocina y guanina, es

que tenemos que entender la estructura y su topología.,

Sabemos que la hebra de ADN

mono-catenaria es un polímero

está compuesto de nucleótidos,

compuestos de base

nitrogenada fosfato y azúcar, y

el azúcar en esos nucleótidos es

una pentosa, si es una pentosa,

del carbono 1 al 5, para hacer

un nucleocido (con una desoxi)

pondremos nuestra base

nitrogenada en el uno, para que

sea nucleótido en el carbono 5

le ponemos un grupo fosfato.

Para construir una molécula de

dna, es enlazar un nucleótido

con otro por enlaces fosfo-

diester, lo que es importante

entonces es que tiene

direccionalidad asimétrica, significa que se enlaza CON 5`FOSFATO Y 3`fosfato-

Y en el extremo tiene direccionalidad 5`a 3`.

Para tener el ADN bicatenario hay que apartarlo con iguales características a

través de enlaces de hidrogeno en las bases nitrogenada. Es rica en ADN anti-

paralela, la hebra contraria es igual pero al revés.

Para poder copiar el ADN hay que separar las hebras, lo primero en

replicación es tener la hebra mono-catenaria para añadir nucleótidos .una de

esas hebras será un molde, lo que ocurrirá es que tendremos una base

nitrogenada, y lo que ocurrirá es que si es la molde la otra será la

complementaria se producirá el enlace fosfodiester de oh OH a P que se

enlace el grupo fosfato y se forma la molécula de pirofosfato, en ese proceso

se añade un nucleótido a nuestra cadena de ADN , lo que pasa es que el

proceso ser repite. Esta dada una pirofosfataza y es así como se produce la

replicación y añadidura de nucleótido. Se llama polimerización.

El proceso no se hace de forma espontanea, lo que ayudan ahí son las enzima

La recombinación es semi-conservativa , la hebra nueva con fidelidad

terminaremos con 2 hebras idénticas,. Y así tenemos información biológica de

los seres vivos.- no importa el numero de generaciones terminaremos con la

misma información genética del comienzo. La evolución genera cambios en

el ADN .porque el proceso no es perfecto. Lo que hace esto es la ADN

polimerasa, para añadir nucleído necesita un 3 pirohidroxilo. Entra otro

nucleótido se parea nuclecidico fosfodiesters y eso pasa en replicación.

Que tan rápido se lleva acaba el proceso, lo que le toma una bacteria de e

coli son 40 min ya se duplicaron. La e coli tiene solo cromosoma con solo 1 ori.

El genoma del e cori son 4.6x10*6 cuando se inicia la replicación de la e cori,

es un sitio particular donde se inicia la replicación, donde se separa el dna en

2 hebra- eso se denomina la burbuja de replicación.

Hay 2 horquillas de replicación es que se realiza a ambos extremos a medida

que ocurre el circulo se expande hasta que se copio todo terminando en el

extremo opuesto. Implica que lo que se ha copiado es que han copiado 2.3 p

de bases en 40 min. A una taza de mil nucleótidos por segundo.

Eucariontes tienen más pega, 3z10^9 nts. 100 a 10 mil replicones. Se hace en

paralelo. Epitelio cada 8 hrs polimerización ocurre a una tasa de 100

nucleótidos por segundo .lo importante es que independiente de la

replicación, la taza de errores es extremadamente baja. Más alta (tasa) más

degenerada. Como sistema biológico 1 error cada mil millones de pares de

bases.

El proceso de replicación en bacteria:

No varia mucho lo único que cambia son nombre y número de enzimas.

Ciclo de origen de replicación de replicación bacteriano estructura

conservada rica en timina y adenina tiene solo 2 puentes de hidrogeno.

Porque es el punto donde abrimos el ADN. Se hace más simple por el tema

interacción de bases. Puentes de hidrogeno.

Se unen con proteínas y produce una torsión del ADN que produce una

abertura y de ahí se ensambla la helicasa multimerica de 6 unidades que

desnatura el ADN gastando ATP.

Replicación es complejo con muchas enzimas.

El proceso se hace en ambas hebras anti paralela es que la polimerización es

de 5 a 3`, primasa ADN polimerasa sintetiza pequeños partidores dejando el

hidroxilo para que la ADN polimerasa polimerice ADN polimerasa polimeriza el

ADN. rnasa degrada ARN h , y final la ligasa que pega

Como a partir de una molécula de ADN se produce la replicación, viendo

como se copian ambas hebras, con la polimerización del ADN

Lo que tenemos que entender es que el proceso es con hebras antipalarelas ,

va siempre en 5`a 3.

La primera SSB , unen ADN mono catenario, después están las enzimas que son

capaces de desenredar el ADN que es la topoisomerasa, una de las enzimas

que juegan un rol importante son las primasa (RNA polimerasa) que sintetiza

partidores para que la ADN polimerasa polimelarise, ADNpoliemerasa

funciona con la abrazadera b que aumenta la procesividad del ADN

polimerasa, después al RNasa H y finalmente ADN ligasa que une el ADN

completamente ligado. Eso ocurre en el sitio específico que se llama Replicón.

Ahí se pone la helicasa que es hexámero con 6 unidades. Hay unas moléculas

de ATP helicasa es atpasa que hidrólisis de ATP abre la molécula de ADN.

Abrir el ADN y dejarlo mono catenario, hay que estabilizarlo osino se vuelve a

cerrar. Lo que ocurrirá es que las proteínas SSB se unen al monocatenario y lo

estabilizan y está listo para la replicación, lo que ocurre es que la molécula de

ADN esta enrollada sobre si misma entonces se utiliza topoisomerasa. Rompe el

enlace fosfodiester desenrollando la hebra de ADN. Gasta ATP.

Ahora está abierto estabilizado y relajado. Se puede sintetizar el ADN. Tiene

que tener un 3`hidroxilo, que se llama ADN primasa. Todas las polimerasas

independiente si son ADN o RNA son 5`a 3`.

Importante para diferenciar la hebra líder y la hebra retrasada.

Lo que ocurrirá es que ahora si la polimerasa toma el 3`hidroxilo y polimerizara.

Lo que ocurre con el otro 3`hidroxilo es la polimerización en sentido contrario.

Es un proceso continuo, helicasa sigue abriendo el ADN, para la que la

polimerasa siga sintetizando el ADN, en la hebra de sentido contrario, cada

vez que la helicasa abre, se tiene que sintetizar un partidor. (Diferencia de

hebra continua y discontinua)

Procesividad, capacidad de la enzima unida al ADN polimerasa. La enzima

por si sola se cae, necesita la abracadera B, que se ensambla al ADN y no se

suelta, reaccionando con el ADN polimerasa, polimerizando rápidamente.

Lo que se descubrió que en la hebra retrasada es constante, en procarionte

1000 pares de bases (fragmento de Okazaki) en eucariontes 250 millones de

bases. Estos fragmentos tienen que ser eliminados para que sea continua y ahí

interviene la RNAsaH , RNAsa H nucleasa (partidores de primasa) de RNA a

moléculas hibridas. Deja espacios que la polimerasa rellena.

Ligasa gastando ATP establece el enlace fosfodiester. Ambas hebras terminan

al mismo tiempo. Usa 3`hidroxilo para polimerizar.ADN polimerasa

exonucleasa.

Continuación de replicación

El concepto de la horquilla replicativa de procarionte, existen diferencias con

las eucariontes, en procariontes la helicasa está básicamente con la primasa,

definiéndose como replisoma. Básicamente las 2 polimerasas están juntas.

Complejos proteicos asociados a la horquilla de replicación se denominan

Holoenzimas, cuando ambas actividades enzimáticas actúan en conjunto.

Helicasa proteína con 6 unidades, se ensamblan en ADN, en 6 sitios. Es capaz

de desnaturar al ADN con gasto de ATP. A través de su hidrólisis y cambios

conformacionales abre el ADN en una tasa de mil pares de bases por segundo

a la misma velocidad del ADNpolimerasa.

Proteínas SSB forma complejos proteicos de ADN mono-caterios dejándolos

disponibles para la polimerización

Abracadera beta, proteínas muy conservadas y necesita un sistema de

ensamblaje para funcionar.

Complejo de la horquilla de replicación de procarionte.

Complejo de replicación de la eucarionte donde la helicasa es aparte y ADN

polimerasa alfa con la ligasa están en un complejo aparte, responsables de la

síntesis en la cadena retrasa. Quien está encargada de la polimerización de

eucariontes es la ADNpolimerasa. Fidelidad es muy alta, basada en diferentes

aspectos, la enzima favorece a los nucleótidos complementarios de la cadena

que polimeriza. Bajo esa característica la polimerasa tiene una fidelidad de un

error en 100 mil pares de bases. Además cuenta con una actividad correctora,

si se incorpora una base errona se produce un cambio conformacional en la

enzima y el nucleótido no se aparea con su complementario y la enzima

cambia entonces el ADN cambia en el sitio de polimerización al sitio de

edición, que es una actividad exonucleasa de las ADN polimerasas, 3`-5`

Significa que esas enzimas tienen la capacidad de romper enlaces

fosfodiester, 3`a 5`cuando se incorpora el nucleótido que no se incorpora pasa

al sitio de edición (cambiando su conformación) y se le remueve el nucleótido,

y una vez que se va cambia al sitio de polimerización y sigue polimerizando,

aumentando la fidelidad de replicación.

Otro factor que contribuye es que tenemos que entrar a los mecanismos de

reparación, que ocurre a pesare de tener los 2 mecanismos mencionados

anteriormente: actividad exonucleasa y de la polimerasa. Hay cada cierto

pares de bases hay un nucleótido para la incorporación y queda una

estructura en el ADN que no se copia y queda como un lomo de toro. Hay

enzimas que ve eso, la interrupción y ahí ocurrirá que hay enzimas que

degradan ese nucleótido no complementario a la base y quedara un espacio,

rellenándolo la ADNpolimerasa, quedando 3`hidroxilo con ligasa que pegaría

todo.

Cuando hablamos de la reparación del ADN, básicamente en la clase pasada

vimos la replicación del ADN bacteriano, si separamos el ADN bacteriano en

un extremo y lo copiamos será un ADN entrelazado, lo que tiene que ocurrir es

separar las 2 hebras, y ahí están las topoisomerasa, hay unas que se adhieren

al ADN rompiendo enlaces y luego vuelven a cerrar, logrando que se separen.

Procariontes 1 cromosoma por célula

Se han encontrado compuestos que inhiben la separación de los cromosomas

bacterianos actuando como antibióticos, inhibiendo a las bacterias.

(Inhibidores de topoisomerasa) interrumpiendo la replicación de cromosomas

en procariontes.

Con el cromosoma de eucariontes, es que son lineales. No se necesita

partidores. Telomerasa, secuencias repetitivas en los extremos de los

cromosomas capaces de mantenerlos y extenderlos, en el fondo es una retro

trasncriptasa, porque esa enzima es una ribonucleoproteina, dentro de la

estructura tiene RNA que usa como templado para extender los extremos de

los cromosomas. Se extiende y luego del partidor se copia esa hebra. La

mayoría de los canceres tienen que tener actividad Telomerasa, para

mantenerla en división. Se cree que es un blanco para combatir la neoplasia.

Lo interesante de la Telomerasa que es ADNpolimerasa usando templado su

molécula de RNA en su estructura (retrotranscripcion). Cuando se clono dolly

se dice que su origen fue célula de fibroblasto. Lo que se quería hacer era

retro programar, (tipo célula madre) que son importantes dentro del desarrollo

embrionario dan cualidad a los tejidos. La gran innovación era retro programar

el núcleo de la célula haciendo que produjera otro individuo. Se hizo a través

de varios procesos.

Antes de hacer la transferencia nuclear, que sacan el ovocito que por

manipulación mecánica se le saca el pronúcleo y luego a una célula en

cultivo tomamos uno de esos núcleos y se lo inyectamos al ovocito a nucleado

y después del golpe eléctrico funciona. Con bajas concentraciones de suero.

Para poder clonar la oveja dolly se usaran más de 260 embriones. Y se obtiene

el embrión que se le pone en una madre sustituta. (De cara negra) cuando se

hizo el experimento se decía que la dolly era genéticamente vieja, ósea tenia

telomeros más cortos, causo gran controversia, se pensó que habría

problemas, pero fue sacrificada. Porque estaba enferma.

El ADN que tratamos de replicar esta en un ambiente oxidativo, por ende

sufrirá transformaciones como la metilación etc. atentando al genoma. Por

ende tiene que haber mecanismos de reparación. Cuando perdemos una

base perdemos la información.

Aquí están las mutaciones, reacciones de depurinacion, se pierde información

provocando una delecion. Los mecanismos de reparación los veremos más

adelante.

El cuerpo tiene mecanismos que reparan esos diaños dímeros de timidina, por

mucho sol. Hay nucleasas que junto con la helicasa elimina ese segmento de

ADN entonces queda un espacio vacío rellenado por un ADNpolimerasa,

luego siendo ligado por una ligasa. Esos son los mecanismos de reparación.

Uracilglicosilasa, censa el ADN. Si hay ribosa sin base. Hay una endonucleasa

que rompe los enlaces fosfodiester, dejando un espacio y la polimerasa

rellenando. Luego una ligasa y así.

Porque son necesarios estos mecanismos?

Porque en el comienzo de nuestra que solo 1 mutación especifica puede

causar graves enfermedades, como la anemia falciforme, que genera

agregados de eritrocitos, con forma anormal. Que se acumulan en los

capilares. Este tipo de anemia es muy común en los afroamericanos. Es

enfermedad recesiva con ambos alelos afectados. La mutación es el cambio

en una base. El tetrámero de la hemoglobina, nos permite captar el oxigeno y

cambia formando fibras en el eritrocito y ese cambio estructural cambia toda

la estructura del eritrocito, produciendo una mutación.

Alteraciones en las estructuras producen mutaciones. Enfermedad

haptingtong o algo así, enfermedad que se vio en una villa en Venezuela, se

encontró una alta incidencia de esta enfermedad. Hantintina, que la función

no se sabe muy bien. Ocurre que lo que pasa es que tiene una pequeña

secuencia de aminoácidos que se repite varias veces en la proteína, una

glutamina. Lo que codifica para glutamina GCA , es bien interesante porque

esta repetición se aumenta. Se cree que cierta persona la ADNpolimerasa

empieza a tartamudear, entonces es una mutación. Produce una demencia a

los 40 años. La enfermedad es dominante. Se ve en el pedigrí de la familia.

Cambios en el receptor de crecimiento. Son mutaciones en un solo

aminoácido en un sitio clave. Acondroplastia.

Síndrome de Werner, donde se afecta la helicasa que produce

envejecimiento prematuro. De esa manera se termina la clase de replicación.