INFORMACION GENETICA REPLICACION PEPARACION Y RECOMBINACION INFORMACION GENETICA

INFORMACION GENETICA REPLICACION, PEPARACION Y RECOMBINACION

INFORMACION GENETICA Requiere de dos aspectos , dos reinos moleculares: 1. Conservación ; el DNA, posee características estructurales que potencian el almacenamiento y duplicación de la información. 2. - Transferencia; las proteínas tienen estructuras tridimensionales diversas y flexibles que potencian la transferencia de información. - Pueden doblar, girar, desenrollar y abrir las moléculas de DNA; durante procesos como la replicación y la trascripción.

INFORMACION GENETICA Todos los individuos , siguientes características: 1. Síntesis rápida y exacta del DNA 2. Estabilidad genética proporcionada por mecanismos de reparación del DNA eficaces 3. La supervivencia a largo plazo de las especies depende también de la variación genética para adaptarse al ambiente cambiante. Estas variaciones surgen de las recombinaciones genéticas y también de las mutaciones

REPLICACION DEL DNA • • • La principal función consiste en proveer a la progenie con la información genética del progenitor Debe ser completa, fiel que asegure la estabilidad Tiene lugar antes de cada división celular Al separarse las dos cadenas cada una se utiliza para la síntesis de una cadena complementaria Cada una de las dos nuevas moléculas de DNA contiene una cadena vieja y y una cadena vieja Replicación semiconservadora

SINTESIS DE DNA EN LOS PROCARIOTAS ( E. COLI) PASOS BASICOS: 1. Origen de replicacion 2. Desenrollamiento del DNA Síntesis del cebador Síntesis de DNA Unión de los fragmentos de DNA Control del superenrollamiento 3. 4. 5. 6. Tienen lugar durante la mayor parte de la división celular

ORIGEN DE REPLICACION EL DNA circular bacteriano tiene un único origen de replicacion, esta secuencia denominada Ori C, consta de un mínimo de 245 pares de bases donde se unirá una proteína iniciadora(DNA A en E. COLI )

DESENROLLAMIENTO DEL DNA n n n Las helicasas son las enzimas que catalizan el desenrollamiento del DNA del duplex en la E. Coli, la helicasa principal es la proteína Dna B, un producto de el gen DNAB ( requieren de ATP) Rompe lps puentes de hidrogeno entre cadenas complementarias, pero solo lo hará si previamente se ha unido la proteína iniciadora al origen de replicación Las bandas separadas se volverían a unirse , si no fuera porque las proteínas de unión a cadena sencilla (SSB, del ingles Single Strand Binding Proteínas)se unen rápidamente a las bandas sencillas

SINTESIS DEL CEBADOR n La formación de segmentos cortos de RNA que se denominan cebadores (primers) (10 a 12 nucleótidos de largo). - Necesarios para la iniciación de la replicación del DNA Esta catalizada por la , primasa (una RNA polimerasa) Primosoma; es un complejo multienzimatico que contiene primasa y varias proteínas auxiliares

SINTESIS DE DNA Por la formación de enlaces fosfodiester entre los nucleótidos apareados por la base a una cadena molde esta catalizada por grandes complejos enzimáticos ; DNA polimerasas n La DNA polimerasa III es la principal enzima que sintetiza DNA en los procariotas n n n La maquina de replicación del DNA ( replisoma); esta formada por dos copias de la holoenzima pol III, el primosoma y las proteínas de denserollamiento del DNA Participa la DNA polimerasa I; eliminando el oportunamente el RNA cebador durante la replicación

DNA POLIMERASA DE LA E. COLI

DNA POLIMERASA procariotas

COMPLEJO DE LA DNA POLIMERASA PROPIEDADES IMPORTANTES: 1. Elongación de la cadena : velocidad en la que ocurre la polimerización, en mamíferos 100 nucleótidos por segundo, 10 veces menor que el bacteriano. 2. Posesividad : numero de nucleótidos agregados a la cadena naciente antes de que la polimerasa se separe del molde 3. Corrección de la lectura: identifica los errores y los corrige Gracias a su actividad correctora la DNA polimerasa solo

ACTIVIDAD DE CORRECCION DURANTE LA LECTURA DE LA DNA POLIMERAZA LA DNA polimerasa aparea nucleótidos durante la replicación del DNA con un alto índice de precisión. Si se añade una base incorrecta, la polimerasa se detiene y elimina la base incorrecta, reemplazandola por la correcta, después la replicación continua

ACTIVIDAD EXONUCLEASA 5`--3` DE LA DNA POLIMERASA I ELIMINA EL PRIMERS EN DIRECCION 5`-- 3` Y REEMPLAZA EL ESPACIO DEJADO POR LOS PRIMERS CON NUCLEOTIDOS COMPLEMENTARIOS MEDIANTE SU ACCION POLIMERASA

DNA polimerasa de las células eucariotas

UNION DE LOS FRAGMENTOS Al completarse la replicación una enzima denominada ligasa une los extremos del DNA recién sintetizado (DNA ligasa) n Sella la muesca en la cadena sencilla que existe entre la cadena naciente y los fragmentos de Okasaki en la cadena retardada. n

CONTROL DEL SUPERENROLLAMIENTO n Las n n DNA topoisomerasas(DNA GIRASA); evitan el enmarañamiento de las cadenas de DNA. alivian la torsión (fuerza giratoria) del DNA que puede lentificar el proceso de replicación. La doble hélice se desenrolla rápidamente (50 revoluciones por segundo) Las topoisomerasas son enzimas que cambian el superenrollamiento del DNA( rompen y unen las cadenas( superenrollamiento controlado)

COMPONENTES NECESARIOS PARA LA REPLICACION EN CELUAS BACTERIANAS

REPLICACION DEL DNA PROCARIOTA n n n La replicación del cromosoma circular de E. Coli comienza en un lugar de iniciación que se denomina ori. C y se produce en dos direcciones Al separarse uno de otro los dos lugares de la síntesis activa de DNA (horquillas de replicación) se forma un ojo de replicación Unidad de replicación o replicón; DNA, iniciación y secuencia reguladoras.

HORQUILLA DE REPLICACION Componentes : 1. La DNA helicasa desenvuelve un segmento corto del DNA de doble cadena original 2. Una primasa inicia la síntesis de una molécula de RNA, esencial para la cebadura de la síntesis de DNA 3. La DNA polimerasa inicia la síntesis de la cadena hija naciente 4. Proteínas de unión a cadena sencilla ( SSB) se une al DNA de cadena sencilla y previene la transformación prematura en DNA de cadena doble

HORQUILLA DE REPLICACION n n n La síntesis bidireccional del DNA, se produce una síntesis continua en la dirección 5´--3´ en una cadena y en la dirección 3´---5´ en la otra Cadena conductora: se sintetiza de forma continua en la dirección 5´---3´(actividad enzimática) Cadena retardada: se sintetiza en dirección 5´---3´ de forma discontinua( fragmentos Okasaki), DNA ligasa.

HORQUILLA DE REPLICACION LAS DOS CADENAS DE DNA RECIEN SINTETIZADAS TIENEN POLARIDAD OPUESTA

MODELO DE REPLICACION EN E. COLI n n n Velocidad de replicación hasta 1000 pares de bases por segundo y horquilla de replicación. 1 error por 10 a la 9 a 10 a la 10 pares de bases La pol III como la pol I corrigen el DNA sintetizado La mayoría de los nucleótidos mal apareados se eliminan por las exonucleasas La región ter (20 pb )se une a una proteína de unión ter (TBP), la replicación cesa

DUPLICACION DEL DNA EN EUCARIOTAS PASOS BASICOS: n Identificación de los orígenes de la duplicación n Desenrollamiento( desnaturalización) del DNA de cadena doble para proporcionar un molde de DNA de cadena sencilla n Formación de la horquilla de replicación n Inicio y elongación de la síntesis de DNA n Formación de burbujas de duplicación con ligadura de los segmentos de DNA recién sintetizados n Reconstitución de la estructura de la cromatina

BURBUJAS DE DUPLICACION En los eucariotas: • La duplicación es bidireccional; la duplicación sucede en ambos sentidos a lo largo de todos los cromosomas y ambas cadenas se replican al mismo tiempo • La duplicación avanza desde múltiples orígenes en cada cromosoma( 100 en humanos)

DNA TOPOISOMERASAS n n n Además de la separación de las cadenas de la hélice doble, debe desenrollarse la molécula ( 1 de cada 10 pares de nucleótidos), esto debe ocurrir en segmentos Esta función la proporcionan enzimas que introducen cortes en una cadena de la doble hélice que se desenrolla Los cortes se cierran con rapidez sin gasto energético

CICLO CELULAR Incluye las actividades de crecimiento y división. Es el periodo que va desde el principio de una división hasta el inicio del siguiente Fases; 1. - Interfase; etapa entre dos divisiones 2. - Fase M(mitosis) 3. -Fase de latencia o fase Go

CICLO CELULAR n n En las células humanas, la duplicación del genoma del DNA ocurre durante un periodo especifico de la vida de la célula Este periodo se le conoce como fase sintética o fase S Durante la fase S las células contienen la mayor cantidad de DNA polimerasa, las enzimas tienen mayor actividad El DNA nuclear se replica por completo una vez

En la actualidad parece que los fenómenos que desencadenan la división consisten en fosforilaciones de proteínas cromosómicas especificas, por quinasas nucleares, las quinasas son inactivas hasta que se unen de manera no covalente a unas proteínas denominadas ciclinas CICLINAS

CICLINAS TRANSICION DEL CICLO CELULAR

INTEGRIDAD ESTRUCTURAL DEL DNA MECANISMOS DE REPARACION

MECANISMOS DE REPARACION n La fidelidad de la duplicación reside en el apareamiento especifico de las bases de nucleótidos Se vigila el apareamiento en dos ocasiones: 1. - En el momento del de la inserción de los trifosfatos de desoxirribonucleósido 2. - Corrección de lectura: impide que la frecuencia de incorporación errónea inducida por los tautomerías sea mayor a una vez cada 10 a la 8 a 10 a la 10 pares de bases de DNA sintetizado

La fidelidad en la replicación es crucial para la reproducción celular Se estima que la frecuencia de errores durante la replicación corresponde a una base cada 10 a la 9 a 10 a la 10 nucleótidos incorporados

MUTACIONES Es un cambio heredable en la información genética Son la fuente de la variabilidad y diversidad de los organismos vivos, de la evolución Sin ellas los organismos no podrían adaptarse a los cambios del medio ambiente y estarían en peligro de extinción Pueden ser fatales , no solo para la vida de una célula sino para el organismo completo

MUTACION Una alteración en la secuencia de bases Púricas y pirimidicas de un gen causada Por un cambio, ya sea por eliminación o Inserción, de una o mas bases puede dar Origen a un producto génico anormal.

MUTACION La tasa de mutación espontánea natural es notablemente constante entre las especies con un valor de 0. 1 a 1 mutación por gen por millón de gametos de cada generación La mayoría de las mutaciones son adversas Aproximadamente el 50% de las concepciones se pierden debido a factores genéticos Un humano dispone de 10 a la 14 células nucleadas , cada una con 3 por 10 a la 9 pares de bases de DNA , ocurren cerca de 10 a la 16 divisiones celulares en toda la vida y 10 a la menos 10 mutaciones por par de bases, pude haber hasta 1 mutación por cada 10 a la 6 pb en el genoma

TIPOS DE MUTACIONES GENICAS Sustituciones de bases; Es el tipo mas sencillo de mutación génica. Se produce la alteración de un solo nucleótido en el DNA. Cuando se altera la base de un nucleotido, tambien se altera la base del nucleótido de la cadena opuesta. La sustitución de una base provoca la sustitución de un par de bases

SUSTITUCION DE BASES 1. - transición; se cambia una purina por otra diferente o, alternativamente , una pirimidina se reemplaza por otra pirimidina diferente 2. - transversion: una purina es reemplazada por pirimidina o lo contrario, una pirimidina es reemplazada por una purina

TIPOS DE MUTACIONES GENETICAS Inserciones o deleciones; Suponen la adición o la eliminación , respectivamente de uno o mas pares de nucleótidos son mas frecuentes que las sustituciones de bases la adición o delecion de un nucleótido cambia el marco de lectura y altera todos los aminoácidos codificados por los codones que siguen a la mutación

MUTACIONES CAUSAS Mutaciones espontaneas; Las que surgen por cambios naturales en la estructurales en el DNA Mutaciones inducidas; Provocadas por cambios causados por Sustancias químicas ambientales o por radiaciones

TIPOS DE DAÑO AL DNA

EFECTOS FENOTIPICOS DE LAS MUTACIONES Mutación cambio se sentido; la sustitución de una Que altera un codón en el m. RNA y produce la Incorporación de un aminoácido diferente Mutación si sentido; cambia un codón con sentido (aquel codifica un aminoácido) por un codón sin Sentido(uno que termina la traducción) Mutación silenciosa; altera el codón, pero sigue Codificando el mismo aminoácido Mutación neutral; es una mutación de aminoácidos Que altera la secuencia de aminoácidos de una Proteína , pero no cambia su función

EFECTOS FENOTIPICOS DE LAS MUTACIONES

MECANISMOS DE REPARACION

REPARACION AL APAREMIENTO INCORRECTO Ø Ø Corrige errores que surgen cuando se copia el DNA Podría insertarse una C frente a una A, o la polimerasa podría deslizarse o detenerse e insertar 2 a 5 base adicionales sin pareja Proteínas que revisan el DNA recién formado y utilizan la metilación de A en una secuencia GATC como referencia La cadena molde se metila y la nueva no

REPARACION POR ESCISION DE BASES n n La despurinacion del DNA, sucede en forma espontánea por la labilidad térmica del enlace N- glucocidico de la purina Ocurre a un ritmo de 5000 A 1000 células por día a una t° de 37°c Las bases citosina, adenina y guanina forman uracilo, hipoxantina y xantina respectivamente N-glucosilasas; las reconocen y eliminan del DNA

REPARACION POR ESCISION DE NUCLEOTIDOS n n n Se emplea para sustituir regiones de DNA dañado con una longitud hasta de 30 pb Implica la hidrólisis de dos enlaces fosfodiester de la cadena que contiene el defecto, por una excinucleasa Se elimina esta cadena y se sustituye de nuevo mediante el apareamiento exacto de bases por una polimerasa y ligasa

REPARACION DE RUTAS DE CADENA DOBLE n n 1. 2. Es parte del proceso fisiológico del reordenamiento del gen para inmunoglobulina Al inicio, dos proteínas participan en la unión no homologas de una rotura en la cadena doble: Ku ; tiene actividad latente de helicasa dependiente de ATP Proteincinasa dependiente de DNA (DNA-PK), cuenta con dos sitios de unión,

INTEGRIDAD DEL DNA Y LOS CROMOSOMAS n n n Se vigila en forma continua en todo el ciclo celular Los cuatro pasos específicos de esta vigilancia se denominan puntos de control El supresor tumoral p 53 lleva una función primordial en los puntos G 1 y G 2 P 53 : activa la trascripción de un conjunto de genes que retrasan el transito del ciclo celular y la apoptosis p 21; inhibidor de CDK ciclina (CKI), inhibe las CDK

RECOMBINACION DEL DNA

RECOMBINACION DEL DNA n n n Es el reordenamiento de las secuencias de DNA por el intercambio de segmentos de diferentes moléculas Importante origen de las variaciones que hace posible la evolución Es responsable de la diversidad de los seres vivos y oportunidad de adaptarse a ambientes cambiantes Este proceso produce: 1. Combinaciones nuevas de genes 2. Fragmentos de genes

RECOMBINACION DEL DNA Existen dos formas: n Recombinación general: tiene lugar entre moléculas homologas de DNA, se observa durante la meiosis (división de células eucariotas en las que se producen gametos haploides) n Recombinación especifica de lugar: el intercambio de secuencias de moléculas diferentes solo se requiere regiones cortas homologas de DNA, dependen de las interacciones de las proteína -DNA

RECOMBINACION GENERAL PASOS: 1. 2. 3. 4. 5. 6. 7. Apareamiento de dos moléculas homologas Rotura de dos de las cadenas de DNA, una de cada molécula Entrecruzamiento de los dos segmentos (intermediario de Holliday) La DNA ligasa sierra los extremos La migración de rama; transferencia de un segmento de DNA a otro Una segunda serie de cortes de cadenas de DNA polimerasa rellena los huecos y DNA ligasa las sella

RECOMBINACION EN LAS BACTERIAS n Transformación: los fragmentos desnudos del DNA entran en una célula bacteriana a través, de una pequeña aper 5 tura en la pared celular y se introduce en el genoma bacteriano n Transducción; un bacteriófago de forma inadvertida transporta DNA bactriano a una célula receptora. - La célula utiliza el DNA transducido n Conjugación ; la célula donadora tiene un plásmido, le permite sintetizar un apéndice filamentoso que actúa en el intercambio de DNA, el cual se 3 integra en el cromosoma del receptor

RECOMBINACION ESPECIFICA DE LUGAR n Transposición: determinados segmentos de l genoma pueden moverse de un segmento a otro (transposones: elementos transponibles, segmentos de DNA que contienen los genes para la transposición ; genes saltarines) Movimiento de un trozo del DNA de un lugar del genoma a otro Papel importante en la diseminación de resistencia a los antibióticos

MECANISMOS DE TRANSPOSICION n Transposición replicativa; durante la transposición una copia replicada se inserta en una localización nueva( lugar diana), dejando el transposon original en su lugar original

MECANISMOS DE TRANSPOSICION n Transposición arreplicativa: los elementos transponibles se eliminan de su lugar original ( lugar donador) y se inserta en un lugar diana, posteriormente debe repararse el lugar donador. - Si no se puede reparar las consecuencias son letales