T. 20 LA MOLÉCULA DE LA HERENCIA: ADN . REPLICACIÓN DEL ADN

1. T. 20 LA MOLÉCULA DE LA HERENCIA: ADN . REPLICACIÓN DEL ADN

2. ADN: MOLÉCULA PORTADORA DE LA INFORMACIÓN GENÉTICA EXPERIMENTO DE GRIFFITH 1928 Streptococcuspneumoniae (Cepas no virulentas R y cepas virulentas S) *1944 Avery, McLeod y McCarthy repitieron los experimentos de Griffith y demostraron que el “factor transformante“ era el ADN.

3. ADN: MOLÉCULA PORTADORA DE LA INFORMACIÓN GENÉTICA Experimento de Hershey y Chase 1952 Bacteriófagos T2 marcados con 32P o con 35S Vídeo (en inglés) en el que Hershey explica su experimento

4. Organización de la información genética • La información necesaria para la construcción y el funcionamiento de un organismo reside en el ADN, organizada en fragmentos denominados genes(dispuestos linealmente). • Cada gen está constituido por una serie de nucleótidos que se diferencian en sus bases nitrogenadas: Adenina, Citosina, Guanina y Timina. • La disposición ordenada de estas cuatro bases constituyen la información para la síntesis de una proteína; (cantidad de información, en pares de bases -pb).

5. Organización de la información genética • Este modelo de organización presenta una serie de complejidades: • La cantidad de ADN es diferente para cada especie • En las células eucariotas existe un exceso de ADN que no codifica proteínas (ADN basura)En la especie humana sólo el 5 % del ADN sirve para formar proteínas, son genes codificantes. En las células procariotas se usa casi todo el ADN. • Casi la mitad el ADN de las células eucariotas consiste en secuencias de nucleótidos altamente repetidas. • En eucariotas, las secuencias de genes que codifican proteínas, llamadas exones, normalmente están interrumpidas por secuencias no codificadoras llamadas intrones. Figura 9: Hibridación entre una molécula de ADN y otra de ARNm para demostrarla presencia de intrones

6. La transmisión de la información: el dogma central de la biología • ¿Cómo se transmite la información de una a la siguiente generación celular? • ¿Cómo el ADN puede dirigir la construcción y el funcionamiento de un ser vivo? • Figura 10: El dogma central de la biología actualizado con las últimas aportaciones

7. La transmisión de la información: el dogma central de la biología • El ADN es capaz de autoduplicarse antes de una división celular mediante un proceso de replicación. • Además, transmite su información a una molécula de ARNm por el proceso de transcripción y, • el ARNm lo transmite a una secuencia de aminoácidos de una proteína en el proceso denominado traducción. • Este "dogma" se ha completado con dos nuevos procesos como son la transcripción inversa y la autorreplicación del ARN, ambos encontrados en ciertos grupos de virus que tienen como material genético ARN y no ADN.

8. LA REPLICACIÓN DEL DNA La REPLICACIÓN es el proceso por el cual el DNA se copia para poder ser transmitido a nuevos individuos. • A partir del modelo de la doble hélice: idea de que las hebras originales debían servir de patrón para hacer la copia. • Tres posibles modelos de replicación: • Modelo conservativo: tras la replicación se mantenía la molécula original de DNA intacta, obteniéndose una molécula idéntica de DNA con las dos hebras nuevas. • Modelo semiconservativo: Se obtienen dos moléculas de DNA hijas, formadas ambas por una hebra original y una hebra nueva. • Modelo dispersivo: dos moléculas nuevas formadas por hebras en las que se mezclan al azar fragmentos originales con fragmentosnuevos.        

9. LA REPLICACIÓN DEL DNA Meselson y Stahl demostraron en 1958 que el modelo válido era el semiconservativo. Para ello utilizaron nucleótidos marcados con nitrógeno pesado. E. coli se hace crecer en 15N (isótopo pesado). Se cambia a 14N (isótopo ligero) y después de una, dos y tres generaciones: - Se toman muestras de DNA. - Se mezclan con cloruro de cesio y se separan por centrifugación las cadenas pesadas y ligeras de DNA. • CONCLUSIÓN • Después de una generación, todo el ADNbc tiene densidad intermedia, formado por 1 hebra pesada (procedente del progenitor) y 1 hebra ligera (de nueva síntesis). Este resultado es el predicho por la replicación semiconservadora. .

10. COMPONENTES QUE INTERVIENEN EN LA REPLICACIÓN • ADN molde • dNTPs y NTPs • Iones Mg++ • Enzimas: • Helicasas, separan las dos cadenas del ADN. • Topoisomerasas eliminan las tensiones que se producen por superenrollamiento. • Proteínas estabilizadoras (SSB) mantienen las hebras separadas en el fragmento de ADN que está siendo copiado. • Primasa (ARNpol) sintetizan cebadores (primers) a partir de cuyo extremo 3´OH irá añadiendo nucleótidos la ADN polimerasa. • ADN polimerasas. • añadiendo desoxirribonucleótidos en el extremo 3´OH de una cadena polinucleótida ya formada. • leen sobre el ADN molde en dirección 3´5´ y añaden nucleótidos alargando en dirección 5´3´. • también tienen una función correctora de errore. • ADN pol III: copia de la cadena hija. • ADN pol I: tiene una función de reparación de errores (exonucleasa) y copia de fragmentos pequeños. • ADN polimerasa II: repara errores del ADN causados por determinados agentes físicos. • ADN ligasa, une fragmentos de ADN entre sí.

11. PROCESO DE REPLICACIÓN • Objetivo: obtener copias idénticas de ADN • ETAPAS DEL PROCESO • INICIO • FORMACIÓN DE NUEVAS HEBRAS • CORRECCIÓN DE ERRORES • Vídeo de replicación • Replicación: las dos cadenas que forman el ADN se separan y cada una de ellas servirá de molde para que se cree una cadena nueva mediante la regla de la complementariedad de bases. • El mecanismo de la replicación: • Kornberg(discípulo de Severo Ochoa) y su equipo: descubrimiento y aislamiento de la ADN-polimerasa. Aisló y determinó todos los componentes que intervienen en el proceso. • Sus descubrimientos fueron ratificados por J. Cairns en 1963 por medio de las radiografías que obtuvo del ADN durante el proceso de replicación.

12. PROCESO DE REPLICACIÓN • 1. INICIO • Secuencia de nucleótidos inicio. • Separación de hebras (helicasa)/ Mantenimiento de las hebras separadas (SSB). • Eliminación de tensiones (topoisomerasas) • 2. FORMACIÓN DE LAS NUEVAS HEBRAS: Síntesis de hebras complementarias a partir de las hebras molde (originales). • ADN polimerasa III: • Lee en sentido 3’  5’ (molde 3’  5’) • Polimeriza (forma la nueva cadena) en sentido 5’  3’. Une los nucleótidos complementarios a los de la cadena molde. • Utiliza dNTP. Proporcionan energía para la unión. • Necesita un cebador o primer (fragmento de ARN formado por la primasa, ARN pol).

13. PROCESO DE REPLICACIÓN 2. FORMACIÓN DE LAS NUEVAS HEBRAS (cont.) • Proceso: • - Apertura de la doble hélice que da lugar a: • una “burbuja de replicación” donde actúa la ADNpol III • dos horquillas de replicación (cada extremo de la burbuja): proceso bidireccional. • Síntesis continua de la hebra conductora sobre el ADN molde 3’  5’. La ADNpol III añade nucleótidos al cebador.- • Síntesis discontinua de la hebra retardada sobre el 5’  3’ (fragmentos de Okazaki). Se forman cortos segmentos de ADN a partir de cebadores que luego se unen por acción de las ligasas. • Eliminación de los cebadores (ADN pol I) (actividad exonucleasa) y rellenado de huecos (actividad polimerasa). • Finalización: • Cada hebra copiada se enrolla con su hebra molde formando la doble hélice.

14. PROCESO DE REPLICACIÓN • 3. CORRECCIÓN DE ERRORES.: Comprobación de que la copia es correcta. • ( vida de la célula y del organismo dependen de que la información genética) • Actividad autocorrectora de las ADN polimerasas.(ADN polimerasa III y la ADN polimerasa I ) es el principal sistema de prevención de errores. Repasan la cadena formada y pueden detectar y sustituir nucleótidos que han sido mal colocados. • p (error): 1 /108 nucleótidos incorporados. • Corrección postreplicativa. Existe una maquinaria enzimática que corrige los posibles errores cometidos durante la replicación. Las enzimas reconocen los nucleótidos o fragmentos de ADN anómalos y los eliminan y otras los sustituyen por los correctos. Finalmente, las enzimas ligasas vuelven a unir el fragmento corregido. • p (error): 1 /1010nucleótidos incorporados.

15. PROCESO DE REPLICACIÓN • DIFERENCIAS DEL PROCESO ENTRE EUCARIOTAS Y PROCARIOTAS • En P tiene un único origen de replicación (OriC) y en E entre 10000 y 100000 burbujas (proceso mucho más veloz) • En E: síntesis de histonas. Las nuevas se incorporan a la hebra retardada. • Fragmentos de Okazaki son menores en E que en P. • En P existen 3 ADN pol y en E 5.

16. REPLICACIÓN EN EUCARIOTAS Y PROCARIOTAS