REPLICACIÓN

La importancia de la replicación del ADN
en la medicina
REPLICACIÓN
La replicación del material genético es
esencial a la vida
Propiedades generales
del proceso de
replicación
mitosis
Biosíntesis del ADN
El mecanismo de la
replicación
Errores en la replicación son el origen de las
enfermedades hereditarias
meiosis
Errores en la replicación son causa primaria
de canceres
La maquinaria de la
replicación
La Replicación en
Eucariotas
Existen patologías por incapacidad de
reparar errores cometidos en la replicación
Telómeros y
Telomerasas
mitosis
Los patógenos tambien replican. Entender
estos procesos permite establecer terapias
especificas
Transcriptasas Reversas
Muchos antibioticos inhiben la replicación
de microorganismos
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El experimento de Meselson y Stahl
Tres posibles modelos de replicación
•La replicación es semiconservativa
•Cada hebra se usa como molde para sinte tizar otra
• Los nucleótidos se unen por complementariedad
• Se sintetiza una cadena nueva a partir de cada hebra vieja
• Se respeta la disposición antiparalela de las hebras
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Direccionalidad de la replicación
Origenes,
Origenes, burbujas y horquillas de replicación
La replicación se inicia en sitios
particulares (orígenes de replicación)
Cada origen define un replicón
(unidad de replicación independiente)
A partir de cada origen la replicación
avanza bidireccionalmente
Se forma una burbuja de replicación
formada por dos horquillas que
avanzan en direcciones opuestas
horquilla 1
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Replicación de ADN circular y lineal
1.
2.
7
horquilla 2
Theta
Cromosoma bacteriano
3.
Lineal
Replicones simples o múltiples
Cromosoma eucariota
Círculo rodante Bacteriófagos
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Reacción de Síntesis
La replicación es semidiscontinua
Todas las polimerasas catalizan la elongación de cadena in dirección 5´-3´
Las dos hebras están orientadas en dirección antiparalela
Solo una hebra avanza continuamente leyendo una hebra molde en
dirección 3´Æ5´
La hebra complementaria se debe sintetizar en fragmentos discontinuos
En la síntesis de la nueva
cadena se generan:
•
enlaces fosfodiester
(covalentes)
•
puentes de H
entre las bases
complementarias
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La síntesis ocurre en dirección 5´Æ3´
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La hebra retrasada se
sintetiza en fragmentos
de Okazaki
La replicación es
semisemi-discontinua
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La replicación es un proceso complejo
El mecanismo de la replicación
Señales:
Ori C
Ter
INICIACION
Reconocimiento de origenes de replicación
separación de hebras
Posicionamiento de maquinaria transcripcional
ELONGACION
Crecimiento bidireccional de las horquillas de
replicación
Replicación semiconservativa, semidiscontinua,
coordinada
TERMINACION
Reconocimiento de señales de terminación
Desensamble de replisomas
Enzimas principales:
ADN polimerasas
Primasas
Ligasas
Helicasas
Topoisomerasas
Mapa de genes involucrados con la replicación y reparación en E. coli
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Inicio de la replicación en procariotas:
Separacíon de las hebras
Proteína DnaA
Repetidos 13 pb ricos en AT
Repetidos 9 pb
Ensamblaje del replisoma
Proteína DnaA se une a
AND superenrrollado en
OriC.
Genera tensión disociando
repetidos adyacentes
La helicasa comienza
disociación de hebras
Se asocian proteínas de
unión a cadena simple
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Elongación
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Resolución de la replicación en la hebra retardada
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ADN Polimerasa I
Terminación
Secuencias
terminadoras
Retienen las horquillas
de replicación
Contienen secuencias
que facilitan la
decatenación y
separación de los
cromosomas resultantes
Requieren elementos de
terminación particulares
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Kornbnberg, 1957
ACTIVIDAD POLIMERASA
•
Necesita Mg++ como cofactor
•
La energía es provista por la liberación de PPi
•
El ADN actúa como molde
•
Necesita un cebador que ofrezca un exrtremo
3´OH libre para agregar nucleótidos
•
La elongación ocurre en dirección 5´Æ 3´
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ADN Polimerasa I
FIDELIDAD DE LA REPLICACIÓN
ACTIVIDAD EXONUCLEASA
• Esta dada por la actividad exonucleasa 3´-´5´
• Requerimiento de primers
•3´Æ5´ “Proofreading”
corrección de síntesis
• Imposibilidad de la polimerasa de agregar nucleótidos si no hay
apareamiento exacto en los nucleótidos previos
• Implica la imposibilidad de replicación en dirección 3´-5´.
•5´Æ3´ “Nick Translation”
reemplazo de cebadores
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El anillo corredizo y la procesividad
ADN Polimerasa III
La DNA Pol III es la enzima principal en la replicación
Multimérica, con varias subunidades
???
3’Æ5’ exonucleasa
El core de DNA Pol III es poco procesivo
El anillo corredizo asegura una muy alta
procesividad
core
Pol C: polimerasa
dimerización
Anillo corredizo
clamp loader
(cargador del anillo)
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Coordinación de hebras
Avance de la horquilla
de replicación
La DNA Pol III funciona
como dímero
Las hebras crecen de
modo coordinado,
avanzando en la
dirección de la horquilla
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Primasa:
Primasa: síntesis del cebador
ADN polimerasas procariotas
Polimerasas
Características
I
II
III
Subunidades
1
>4
>10
103.000
88.000
830.000
si
si
si
Peso Molecular
Exonucleasa 3´Æ5´
Exonucleasa 5´Æ3´
si
no
no
Vel.Polimerización (nt/seg)
16-20
40
250-1.000
Procesividad (*)
3-200
1.500
>500.000
* Nucleótidos incororados antes de disociarse del ADN
Las DNA Polimerasas son enzimas elongadoras
Necesitan un cebador 3´OH
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Helicasa:
Helicasa: Separación de las hebras de ADN
Girasa (topoisomerasa II )
Eliminación de tensión durante la replicación
QUINOLONAS
QUINOLONAS
(ácido
(ácido nalidíxico)
nalidíxico)
Se
Se une
une a
a la
la subunidad
subunidad A
A de
de la
la
DNA
DNA girasa
girasa (topoisomerasa)
(topoisomerasa)
espectro:
espectro: Gram-positivos
Gram-positivos e
e
infecciones
infecciones urinarias
urinarias
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Resolución de los cromosomas duplicados
ADN Polimerasas Eucariotas
Localización
Función
Funcíón similar en E.coli
alfa
delta
Beta
epsilon
gama
nuclear
nuclear
nuclear
nuclear
mitocondrial
replicación
retardada
Cebado
DNA Pol I
DNA Pol III
DNA Pol II
+
+
+
+
+
Exonucleasa 3´Æ5´
-
+
-
+
+
Asociada a DNA primasa
+
-
-
-
-
Acepta primer de ARN
+
+
-
?
-
Acepta primer de ADN
+
+
+
+
+
Sensible a afidicolina
+
+
-
+
-
Polimerización 5´Æ3´
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La replicación en los eucariotas
es similar a la bacteriana
La replicación en los eucariotas
es similar a la bacteriana
La unión de PCNA (proteína tipo
anillo corredizo) desplaza a la
polimerasa α y recluta a la
polimerasa δ que continua la
sintesis de la hebra continua
Reconocimiento de origenes y
unión de helicasa (antigeno T)
La helicasa comienza la
disociación de hebras
Se une el complejo formado por la
primasa y polimerasa α, a la hebra
retardada, se sintetiza el cebador
Se asocian proteínas de unión a
cadena simple que mantienen las
hebras en condiciones para la
replicacion (RPA)
Se une la proteína RFC a la he bra
retardada y la polimerasa α
procede a la síntesis de los
fragmentos de Okazaki
Se une un complejo formado por la
primasa y polimerasa α, y se
sintetiza el cebador
Se une la proteína RFC y comienza
la síntesis por la polimerasa α
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replicación
reparación reparación? replicación
continua
La horquilla de replicación eucariota
El problema de replicar los extremos de moléculas
de ADN lineales
Como se inicia la replicación en el extremo 5´?
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Replicación en los telómeros
REPLICACIÓN DE LA CROMATINA
Telomerasa
•Enzima que cataliza la síntesis de los extremos
•Ribozima que contiene una molécula de ARN
que sirve como molde
•El ARN guía la adición de los nucleótidos
correctos
•Niveles variables de actividad de la telomerasa
•regulan la división celular y el envejecimiento
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