Laboratorio de biología
Replicación de ADN
Volumen 1, nº 1
20-03-2020
COLEGIO SAN AGUSTIN ESTUDIANTE: VALERIA RIOS PROFESOR: ROLANDO MIRANDA AÑO: 12ªB
¿Qué es la replicación o duplicación de ADN? es el mecanismo que permite al ADN duplicarse, De esta manera de
una molécula de ADN única, se obtienen dos o más "réplicas" de la
primera y la última.
LA REPLICACION DE ADN La replicación del ADN es probablemente uno de los trucos más impresionantes que hace el ADN. Si lo piensas bien, cada célula contiene todo el ADN que necesita para fabricar las demás células. De hecho empezamos siendo una sola célula y terminamos con billones de células. Y
durante ese proceso de división celular, toda la información de una célula tiene que ser copiada; y tiene que ser copiado a la perfección. Por tanto, el
ADN es una molécula que puede ser replicada para hacer copias casi perfectas de sí misma.
tos y facilitan la fijación de otras proteínas que permitirán la separación de las dos hebras de ADN formándose una horquilla de replicación. Un gran número de enzimas y proteí
nas intervienen en el mecanismo molecular de la replicación, formando el llamado complejo de replicación o replisoma. Estas proteínas y enzi mas son homólogas en eucariotas y arq ueas, pero difieren en bacterias.
COMIENZA COMO La molécula de ADN se abre como una cremallera, por ruptura de los puentes de hidrógeno entre las bases complem entarias en puntos determinados: los orígenes de replicación. Las proteínas inicia doras reconocen secuencias de nucleótidos específicas en esos punPágina
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Las características generales de un ADN
Es una cadena molecular, quiere decir que es una sustancia constituida por distintos tipos de moléculas sencillas ligadas entre sí para así ir formando cadenas.
Es bastante largo y extremadamente delgado. Si aumentáramos cien veces el tamaño del núcleo celular alcanzaría el ta-
maño de la punta de un alfiler, mientras que el ADN plegado en ese mismo núcleo alcanzaría la longitud de un campo de fútbol.
Hay cuatro tipos de eslabones, esos son las moléculas denominadas nucleótidos en la cadena. Sus nombres son: ácido adenílico (adenina), ácido guanílico (guanina), ácido citidílico (citosina) y ácido timidílico (timina) y las abreviaturas, A, G, C, T, para cada una.
SU ORIGEN DE REPLICACION La cantidad de ADN que se puede sintetizar a partir de un único origen de replicación se denomina replicón o unidad funcional de replicación. El genoma bacteriano es un replicón único circular. En organismos eucarióticos, la replicación del ADN se inicia en múltiples orígenes a la vez (hay uno cada 20 kb aproximadamen te), es decir, hay va-
rios replicones. Los experimentos realizados por Cairns (1963) con bacterias Escheric hia coli permitieron determinar la existencia de ese punto fijo u origen de replicación a partir del cual el genoma empezaba a replicarse. Los experimentos consistían en mantener un cultivo de E. coli creciendo en un medio que contenía timidina tritiada (timina marcada
con tritio), de forma que el ADN quedara marcado radiactivamente pudiendo efectuarse una autorradiografía. A continuación se observaba al microscopio. Los resultados indicaban que la replicación en E. coli se iniciaba en un punto concreto (OriC).
SECUENCIALIDAD Sueoka y Yoshikawa (1963) realizaron estudios genéticos de complementación de mutaciones que permitieron determinar que desde los orígenes la replicación avanza de forma secuencial. Trabajaron con Bacillus subtilis porque era posible obtener cultivos sincronizados de forma que todas las células del cultivo estuvieran en la misma fase del ciclo celular. El método consistía en la conjugación bacteriana de cepas silvestres con cepas mutantes incapaces de sintetizar determinados aminoácidos. Conociendo la localización de los genes que codifican las proteínas implicadas en la síntesis de los diferentes aminoácidos en el cromosoma bacteriano, y haciendo
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crecer las bacterias receptoras en un "medio mínimo" (donde sólo pudiesen crecer las que hubieran recibido alguno de estos genes), al extraer ADN a
diferentes tiempos se observó que, tras la última extracción aparecía con mayor frecuencia el gen implicado en la síntesis de uno de los aminoácidos (el correspondiente a la "posición 1"), que el gen adyacente implicado en la síntesis de otro aminoácido ("posición 2"). De la misma forma, el gen que ocupaba la "posición 3" aparecía con menor frecuencia que el que ocupaba la "posición 2", y así su-
cesivamente. Como los primeros genes en replicarse en la bacteria donadora serían los primeros en transferirse, el experimento permitió demostrar, a partir de las frecuencias relativas de los diferentes genes en las bacterias receptoras, que la replicación sigue un orden (es secuencial).
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LA REPLICACION EN FORMA DE HORQUILLA Debido a que en la célula ambas cadenas de la doble hélice de ADN se duplican al mismo tiempo, éstas deben separarse para que cada una de ellas sirva de molde para la síntesis de una nueva cadena. Por eso, la replicación avanza con una estructura en forma
de horquilla formándo se una burbuja u ojo de replicación
(también llamada estructura θ cuando el ADN es circular debido a la similitud entre la letra griega y la for-
BIDIRECCIONALIDAD El movimiento de la horquilla, es decir, a partir de un punto se sintetizan las dos cadenas en ambos sentidos. Esto ocurre en la mayoría de los organismos, pero se dan excepciones en algunos procariontes debid o a que los mecanismos de replicación que tienen lugar dependen de la propia estructura de su material hereditario (si el ADN es circular, lineal, bicatenario o monocatenario). Así, en casos particulares como el ADN mi-
tocondrial, algunos plásmidos y algunos genomas monocatenarios de fagos pequeños, la replicación se da unidireccionalmente pudiendo haber uno o dos orígenes de replicación. No obstante, la replicación se puede considerar, de forma general, bidireccional. La evidencia experimental del crecimiento bidireccional de la hebra de ADN viene dada por una técnica basada en el marcaje radiactivo del ADN usando timidina marcada
ma que adopta el cromosoma bacteriano en estados intermedios de replicación, no obstante pudiendo aparecer estructuras alternativas), que avanza en dirección a la región de ADN no duplicado dejando atrás los dos moldes de ADN de cadena simple donde se está produciendo la replicación. con tritio. Primero se añade timidina sin marcar y luego marcada con tritio; siguiendo el rastro de tritio se observa hacia dónde se ha replicado la molécula de ADN. También se puede, mediante el recuento de copias de genes marcadores, determinar si la replicación es unidireccional o bidireccional. Otras técnicas se basan en medir la distancia desde los ojos de replicación hasta los extremos de un ADN lineal.
SEMIDISCONTINUA La replicación siempre se produce en sentido 5' → 3', siendo el extremo 3'-OH libre el punto a partir del cual se produce la elongación del ADN. Esto plantea un problema, y es que las cadenas tienen que crecer simultáneamente a pesar de que son antiparalelas, es decir, que cada cadena tiene el extremo 5' enfrentado con el extremo 3' de la otra cadena. Por ello, una de las cadenas debería ser sintetizada en dirección 3' → 5'. Este problema lo resolvieron los científicos japoneses Reiji Okazaki y Tsuneko Okazaki en
de replicación se denomina hebra adelantada (en inglés, leading strand, que a veces se traduce por líder o conductora) y se sintetiza de forma continua por la ADN polimerasa, mientras que la que se sintetiza en sentido contrario al avance se denomina hebra rezagada o retrasada (en nominan fragmentos de inglés, lagging strand), cuya síntesis se realiOkazaki. Su longitud suele variar entre 1000 za de forma discontinua teniendo que esy 2000 nucleótidos en las bacterias y entre 100 perar a que la horquilla de replicación y 400 nucleótidos avance para disponer en eucariontes. de una cierta longitud La cadena que se sintede ADN molde. tiza en el mismo sentido que avanza la horquilla la década de 1960, al descubrir que una de las nuevas cadenas de ADN se sintetiza en forma de trozos cortos que, en su honor, se de-
ADN POLIMERASA El ADN polimerasa es la enzima que cataliza la síntesis de la nueva cadena de ADN a partir de desoxirribonucleóti dos y de la molécula de ADN plantilla o molde que Página
es la que será replicada. La enzima copia la cadena de nucleótidos
de forma complementaria (A por T, C por G) para dar a cada célula hija una copia del ADN durante la replicación.
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SU MODO DE OPERACION En cada horquilla de tes que ligan el fosfato replicación, el ADN del nucleótido libre enpolimerasa y otras entrante con el azúcar zimas sintetizan dos del nucleótido previanuevas cadenas de mente agregado en la ADN que son complecadena hija en crecimentarias respecto a miento. De esta forma, las dos cadenas origiel ADN polimerasa nales. Durante este sintetiza el esqueleto proceso, el ADN polide azúcar-fosfato de merasa reconoce una la cadena hija. base nucleotídica no apareada de la cadena original y la combina con un nucleótido libre que tiene la base complementaria correcta. Luego, el ADN polimerasa cataliza la Los ADN polimerasas formatambién reación de lizan otras La biología tiene al menos nuevos funciones enlaces 50 años más interesantes. – durante el covalenJames D. Watson proceso de
replicación. Además de participar en la elongación, desempeñan una función correctora y reparadora gracias a su actividad exonucleasa 3', que les confiere la capacidad de degradar el ADN partiendo de un extremo de éste. Es importante que existan estos mecanismos de corrección ya que de lo contrario los errores producidos durante la copia del ADN darían lugar a mutaciones.
¿Qué SON LOS ORIGENES DE REPLICACION? son los puntos fijos a partir de los cuales se lleva cabo la replicación, que avanza de forma se-
cuencial formando estructuras con forma de horquilla. Por otro lado, la replicación se lleva a cabo bidireccionalmente,
es decir, a partir de cada origen se sintetizan las dos cadenas en ambos sentidos.
Elongación En el siguiente paso, el ADN Pol III cataliza la síntesis de las nuevas cadenas añadiendo nucleótidos sobre el molde. Esta síntesis se da bidireccionalmente desde cada origen, con dos horquillas de replicación que avanzan en sentido opuesto. Cuando el avance de dos horquillas adyacentes las lleva a encontrarse, es decir, cuando dos burbujas se tocan, se fusionan, y cuando todas se han fusionado todo el cromosoma ha quedado replicado.
Puesto que el ADN Pol III necesita de un extremo 3'OH libre, es necesario que un ARN primasa catalice la formación de un fragmento Página
corto específico de ARN llamado cebador, que determinará el punto por donde la ADN polimerasa comienza a añadir nucleótidos. Así, durante la síntesis, en cada horquilla de replicación se van formando dos copias nuevas a partir del cebador sintetizado en cada una de las dos hebras de ADN que se separaron en la fase de iniciación, pero debido a la unidireccionalidad de la actividad polimerasa de la ADN Pol III, que sólo es capaz de sintetizar en sentido 5´ → 3', la replicación sólo puede ser continua en la hebra adelantada; en la hebra rezagada es discontinua, dando lugar a los fragmentos de Okazaki.
ADN recién sintetizado son unidos. Una vez se han juntado todos se completa la doble hélice de ADN. La eliminación de cebadores también se da en la hebra conductora, de síntesis continua, pero debido a que en ésta hay un solo cebador es un proceso que sólo tiene lugar una vez, mientras que en la hebra rezagada se dará tantas veces como fragmentos de Okazaki haya.
En la eliminación del cebador (también denominado iniciador o primer) intervienen dos enzimas: por un lado el ADN Pol I, que va eliminando el ARN con su actividad exonucleasa 3' → 5' y simultáneamente rellenando con ADN mediante su actividad polimerasa 5' → 3' (proceso denominado nick-traslation). Al final La mitad del dímero del ADN Pol III sintetiza la he- queda rotura (o "mella") entre el extremo 3'-OH libre bra adelantada y la otra mitad la hebra rezagada.3 y el fosfato 5' de la cadena La elongación de la hebra sintetizada; por último, rezagada ocurre por me- el ADN ligasa sella esa rodio del modelo del trom- tura catalizando la reacción de condensación entre el bón. grupo fosfato y el OH de En la hebra rezagada, la desoxirribosa del nucleót cuando el ADN Pol ido contiguo, completando III hace contacto con el el enlace fosfodiéster; para extremo de otro fragmento ello, es preciso hidrolizar de Okazaki contiguo, una molécula de ATP. el cebador de ARN de éste es eliminado y los dos fragmentos de Okazaki de Replicación de ADN
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SU PROCESO ORIGINAL La topoisomerasa relaj a la tensión provocada por el superenrollamiento del ADN al abrirse las dos hebras La helicasa rompe los puentes de hidrógeno de la doble hélice, abriendo las dos hebras, permitiendo el avance de la horquilla de replicación. Las proteínas SSB estabilizan las cadenas abiertas y las mantienen separadas una de otra. El cebador fragmentos de ARN que se unen a la cadena molde por puentes de hidrógeno
para que el ADN polimerasa I reconozca donde debe unirse para empezar a añadir
nucleótidos. El ADN polimerasa I reemplaza los cebadores de ARN por nucleótidos de ADN. El ADN polimerasa II interviene en la corrección de errores. El ADN polimerasa III sintetiza la cadena complementaria de
forma continua en la hebra adelantada y de forma discontínua en la hebra rezagada, ya que solo puede sintetizar en dirección 5'→ 3'. El ARN primasa sintetiza el cebador de ARN necesario para la síntesis de la cadena complementaria a la cadena rezagada. El ADN ligasa une los fragmentos de Okazaki.
“Incluya aquí una frase o una cita del artículo para captar la atención del lector”.
RECOMENDACIONES
Se usan para fines policivos
Se encuentran en cada ser vivo
Debemos conocer las unidades del ADN que son las Adenina, las timinas, la citosina y la guanina
El ADN se utiliza para reparar tejidos
Debemos saber que el ADN es muy importante para todos los seres vivos para que cumplan muchas funciones por eso recomendamos que se deben investigar el proceso de replicación de ADN.
Replicación de ADN
El ADN es empaquetado en cromosomas por eso es de mucha utilidad ya que así se producen las enfermedades genéticas.
Biología
Cada ser humano tienen distinto ADN
Es la que contienen toda nuestra información genética.
Al momento de realizar los estudios se deben tener mucho cuidado y concentración para cada uno de los sucesos ocurridos a lo largo de esta replicación de ADN.
Las bases se codifican el ADN para la proteína para cada forma de vida
