Replicacin y Reparacin del DNA Replicacin del DNA

Replicación y Reparación del DNA

Replicación del DNA: • Mecanismo de replicación del DNA • Maquinaria de replicación del DNA • Iniciación y regulación de replicación del DNA Reparación del DNA: • Reparación de bases desapareadas (Strand-directed mismatch repair) • Reparación por eliminación de la base (Base excision repair) • Reparación por eliminación del nucleótido (nucleotide excision repair) • ds. DNA breaks

Replicación del DNA: • Duplicación del material genético • Ocurre antes de que las células se dividan Reparación del DNA: • Daño ocurre debido a la radiación y productos químicos provenientes del ambiente, así como por moléculas reactivas generadas dentro de la célula. • Sin embargo, existe un balance: • A corto plazo se previenen los cambios en el DNA (reparación) • A largo plazo se requiere que el DNA cambie en el curso de varias generaciones para mejorar la especie (evolución). • E. coli, C. elegans, humanos : 1 mutación por cada 109 nucleótidos • Mamíferos: una proteína de tamaño promedio (400 aa) sufre una alteración en su sequencia aminoacídica cada 200 años.

Replicación del DNA: • Mecanismo de replicación del DNA • Maquinaria de replicación del DNA • Iniciación y regulación de replicación del DNA Reparación del DNA: • Reparación de bases desapareadas (Strand-directed mismatch repair) • Reparación por eliminación de la base (Base excision repair) • Reparación por eliminación del nucleótido (nucleotide excision repair) • ds. DNA breaks

La replicación del DNA es semi-conservativa Figure 5 -5 Molecular Biology of the Cell (© Garland Science 2008)

Replicación del DNA : 1000 nucleótidos por segundo Mecanismo: El mismo DNA actúa como templado Figure 5 -2 Molecular Biology of the Cell (© Garland Science 2008)

La química de la síntesis de DNA Figure 5 -3 Molecular Biology of the Cell (© Garland Science 2008)

Reacción catalizada por la enzima DNA Polimerasa Durante la replicación, la cadena de DNA crece de 5’ a 3’ Figure 5 -4 Molecular Biology of the Cell (© Garland Science 2008)

Horquilla de replicación Sitio de replicación Figure 5 -6 Molecular Biology of the Cell (© Garland Science 2008)

La replicación ocurre con orientación 5’-3’ Cómo entonces se puede replicar la cadena 5’-3’ ? Bacterias: 1000 -2000 nt Eucariontes: 100 -200 nt La replicación del DNA es asimétrica Figure 5 -7 Molecular Biology of the Cell (© Garland Science 2008)

Mecanismos que aseguran la fidelidad de la replicación • La complementariedad de las bases 1 error en 102 bases • DNA polimerasa (estructural, sitio activo) 1 error en 105 bases • DNA polimerasa (3’-5’ exonucleasa) 1 error en 109 bases 1 error en 102 bases Si estos mecanismos fallan, existe otra posibilidad de corregir los errores por medio de la reparación del DNA

Actividad exonucleasa 3’-5’ de la DNA polimerasa Figure 5 -8 (part 2 of 2) Molecular Biology of the Cell (© Garland Science 2008)

Replicación del DNA: • Mecanismo de replicación del DNA • Maquinaria de replicación del DNA • Iniciación y regulación de replicación del DNA Reparación del DNA: • Reparación de bases desapareadas (Strand-directed mismatch repair) • Reparación por eliminación de la base (Base excision repair) • Reparación por eliminación del nucleótido (nucleotide excision repair) • ds. DNA breaks

Maquinaria de Replicación del DNA Además de la DNA polimerasa, se necesitan de otras enzimas y proteínas para replicar eficientemente el DNA: • DNA primasa (sintetiza los primers de RNA) • RNAasa H (degrada RNA en cadenas híbridas de DNA/RNA) • DNA ligasa (crea un enlace covalente entre 3’ y 5’ de nucleotidos continuos) • DNA helicasa (abre la doble hebra de DNA) • Proteínas SSB (se unen a DNA de cadena simple) • Sliding clamp (mantiene a la DNA polimerasa unida al DNA)

La replicación del DNA comienza con la síntesis de un “primer” de RNA • Leading strand • Enzima: DNA primasa • Un solo primer al comienzo de la replicación • Eucariontes: primer de RNA es aprox. 10 nt Figure 5 -11 Molecular Biology of the Cell (© Garland Science 2008)

Hebra retardada • El primer de RNA se sintetiza al comiendo de cada fragmento de Okazaki Enzima de reparación de DNA: RNAasa H DNA polimerasa y DNA ligasa Figure 5 -12 Molecular Biology of the Cell (© Garland Science 2008)

Cómo se abre la doble hélice de DNA? • DNA helicasa y proteínas que se unen a hebras únicas (ss. DNA) • DNA helicasa abre la cadena de ds. DNA en un promedio de 1000 nt/segundo • SSB (proteínas de union a ss. DNA) : estabilizar la estructura de ss. DNA Figure 5 -14 Molecular Biology of the Cell (© Garland Science 2008)

A sliding ring mantiene a la DNA polimerasa unida al DNA (abrazadera deslizante) Mantiene a la polimerasa unida al DNA, pero la libera cuando se acerca a una región de ds. DNA Figure 5 -18 a Molecular Biology of the Cell (© Garland Science 2008)

La maquinaria de replicación del DNA Figure 5 -19 a Molecular Biology of the Cell (© Garland Science 2008)

Replicación del DNA: • Mecanismo de replicación del DNA • Maquinaria de replicación del DNA • Iniciación y regulación de replicación del DNA Reparación del DNA: • Reparación de bases desapareadas (Strand-directed mismatch repair) • Reparación por eliminación de la base (Base excision repair) • Reparación por eliminación del nucleótido (nucleotide excision repair) • ds. DNA breaks

Síntesis del DNA comienza en el Origen de Replicación (Ori) BACTERIAS E. coli: • DNA circular cerrado de 4. 6 x 106 bp • Unico origen de replicación • Replicación dura aprox. 40 minutos Burbuja de replicación Regulación: • Replicación comienza con la unión del iniciador • Período refractario Figure 5 -26 Molecular Biology of the Cell (© Garland Science 2008)

Período refractario: metilación del DNA en el origen de replicación Figure 5 -28 Molecular Biology of the Cell (© Garland Science 2008)

Replicación en eucariontes • Velocidad: 100 -50 nt/segundo 10 veces más lento que en bacterias • Ocurre en la fase S del ciclo celular. • Múltiples orígenes de replicación, activados a diferentes tiempos (principalmente caracterizado por la estructura de la cromatina). • Ori son reconocidos por el complejo ORC (complejo de reconocimiento del origen). • Replicación ocurre en el contexto de la cromatina, la cual se necesita reensamblar al término de la replicación. • Extremos de los cromosomas (telómeros) se replican con la ayuda de la telomerasa Figure 5 -30 Molecular Biology of the Cell (© Garland Science 2008)

Replicación del DNA: • Mecanismo de replicación del DNA • Maquinaria de replicación del DNA • Iniciación y regulación de replicación del DNA Reparación del DNA: • Reparación de bases desapareadas (Strand-directed mismatch repair) • Reparación por eliminación de la base (Base excision repair) • Reparación por eliminación del nucleótido (nucleotide excision repair) • ds. DNA breaks

Ejemplos de daños que ocurren en el DNA Daños espontáneos oxidaciones Ataques hidrolíticos Exposición a luz UV metilaciones T-T (dímeros de T) Figure 5 -44 Molecular Biology of the Cell (© Garland Science 2008)

Reparación de bases desapareadas (Strand-directed mismatch repair) • Mut. S se une a la base desapareada. • Mut. L rastrea en el DNA adjacente un nick. • La hebra que contiene el nick se degrada hacia donde está la base desapareada. • Como los nicks se encuentran en la hebra que se ha sintetizado recientemente, este mecanismo permite la reparación de la nueva hebra. Figure 5 -20 a Molecular Biology of the Cell (© Garland Science 2008)

Base excision repair: repara bases dañadas remueve las bases y luego el azúcar DNA polimerasa agrega el nucleótido correcto DNA ligasa cierra el nick Nucleotide excision repair: repara daños mayores todas las bases cercanas al error se remueven (nucleasa) DNA helicasa se recluta para remover la hebra dañda DNA polimerasa agrega los nucleótidos correctos DNA ligasa cierra el nick

Reparación de ds. DNA breaks (Radiaciones ionizantes, errores en la replicación, agentes oxidantes, etc) Figure 5 -51 Molecular Biology of the Cell (© Garland Science 2008)