|
Replicación del DNA |
||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
|
|
||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
|
La replicación ó autoduplicación del DNA se refiere al mecanismo enzimático que permite obtener a partir de una molécula de DNA más moléculas idénticas. El modelo que sigue el DNA en su autoduplicación es el modelo semiconservativo, lo que implica que cada una de las hebras de la molécula duplex sirve de molde para obtener la síntesis de la hebra complementaria. Una vez terminada la polimerización, la hebra hija permanece unida a la hebra templado, de ahí entonces deriva el nombre semiconservativo: en cada molécula hija se semiconserva una de las hebras parentales.
El modelo semiconservativo para la duplicación del DNA fue demostrado experimentalmente por Meselson y Stahl en 1958. Trabajaron con E. coli , extrajeron DNA y lo analizaron por centrifugación al equilibrio en gradiente de densidad de CsCl. El DNA de E. coli lo marcaron in vivo con N15 que es el isótopo pesado de N14. A una alicuota de estas bacterias le extrajeron el DNA y lo analizaron por centrifugación al equilibrio. Las bacterias restantes se hicieron crecer ahora en un medio con N14 y en cada una de las generaciones, a una alicuota de bacterias le extrajeron el DNA y analizaron en la gradiente de densidad de CsCl.
El análisis de los resultados obtenidos les permite concluir que el DNA sigue el modelo semiconservativo en su replicación y se descartan otros modelos como el dispersivo y el conservativo.
Posteriormente, en 1963, John Cairns observó mediante autoradiografía que el DNA de E. coli que es circular, se replica en forma circular, utilizando el modelo semiconservativo.
El DNA para replicarse se organiza
en unidades replicativas conocidas como replicones genoma
de procariontes constituye un solo replicon. En cambio, en eucariontes el
DNA se replica a través de múltiples replicones. Cada replicon
está definido por una secuencia de origen y otra secuencia de término
de la replicación.
Replicación del DNA en E.coli Como se dijo anteriormente, el DNA sigue un modelo semiconservativo en su replicación, donde cada una de las hebras del duplex sirve de molde para la síntesis de la hebra complementaria. Así, las enzimas polimerizadoras se llamarán DNA polimerasas DNA dependientes, es decir, polimerizan DNA de acuerdo a una información preexistente en otra hebra de DNA. La síntesis de DNA ocurrirá por la adición de nucleótidos (previamente sintetizados) en una secuencia específica determinada por la hebra molde ó templado. El producto va quedando unido por enlaces puentes de H con las bases de la hebra molde. En E. coli se han identificado tres DNA polimerasas, las que además de polimerizar DNA con la polaridad de 5' a 3', también lo pueden degradar, a través de otra actividad catalítica, la de exonucleasa. Comparación propiedades
DNA polimerasas I, II y III de E. coli
La DNA pol. III como se verá
más adelante es la principal enzima polimerizadora y se encuentra
en la forma de un complejo multimérico. En esta tabla también
puede verse que ninguna de las enzimas es capaz de realizar síntesis
de novo, es decir, de iniciar la síntesis del DNA. Además,
como sabemos, la síntesis se inicia en un sitio específico
y se requiere del desenrrollamiento y separación de las hebras del
duplex. Estos antecedentes
implican que para que ocurra la replicación del DNA se requieren también
de enzimas y proteínas adicionales. Proteínas que participan
en la replicación del DNA de E. coli
DNA polimerasa III holoenzima está compuesta por las siguientes subunidades:
Para que ocurra síntesis
de DNA, además de las proteínas y enzimas indicadas se requiere
de la presencia de los 4 dNTP
y de Mg+2. Algunos genes que codifican
para productos que participan en la replicación del DNA son:
Etapas en la replicación del DNA en E. coli: 1. Reconocimiento del origen de la replicación y formación de la horquilla replicadora El locus oriC, de 245 bp
es reconocido por proteínas iniciadoras que abren el duplex y forman
la horquilla replicadora. Proteínas SSB se unen a DNAss y
lo estabilizan. 2. Inicio de la replicación La primasa ó RNA polimerasa DNA dependiente es la enzima que inicia la síntesis de DNA. Actúa en la forma de primosoma, unido a una DNA helicasa. El
producto de RNA que
sintetiza la primasa se llama "primer" u oligonucleótido iniciador.
Este primer se sintetiza con la polaridad de 5' a 3' (proceso llamado "priming")
y debe quedar antiparalelo con el templado. Por lo tanto, en la horquilla
replicadora, como ambas hebras son antiparalelas, un primer se sintetiza
desde el punto de bifurcación de la horquilla hacia abajo, y el otro
desde la base de esta hacia arriba. 3. Síntesis de DNA La enzima DNA polimerasa
III continúa con la replicación del DNA hasta que se termina
el templado, luego se forma una nueva
horquilla replicadora. 4. Formación de una nueva horquilla replicadora Una de las hebras de la horquilla
se replicará en forma continua presentando la DNA pol. III una alta
procesividad. Esta hebra templado se llama hebra
conductora. La otra hebra se replicará en forma discontinua (ver esquema), ya que se requiere de la síntesis de un nuevo primer. Este templado recibe el nombre de hebra retrasada y dará origen a los fragmentos de Okazaki. Se utiliza una sola enzima DNA pol.III para replicar la hebra retrasada completa, en vez de desprenderse del DNA al terminar un fragmento de Okazaki y ser reemplazada por otra nueva. La síntesis de hebras conductora y retrasadas se encuentran coordinadas, existiendo un replisoma que contiene dos moléculas de DNA pol.III (cada holoenzima contiene 7 subunidades). El replisoma actúa concertadamente con el primosoma. El replisoma se desplaza a lo largo de la
cadena de DNA y ésta se va replicando. 5. Eliminación de primers La DNA pol.I con su actividad
de exonucleasa de 5’ a 3’ elimina los primers 6. Restitución de la secuencia eliminada La misma enzima DNA pol. I pero ahora con su capacidad de polimerizar de 5’ a 3’ restituye con deoxinucleótidos la secuencia del primer Si en el proceso de síntesis
de DNA se incorpora una base incorrecta, esta es eliminada inmediatamente
por la polimerasa con su actividad de exonucleasa de 3’ a 5’, por lo tanto
el proceso es autocorrector. 7.
Unión de los fragmentos de Okazaki La enzima DNA ligasa une los fragmentos de DNA producto de la síntesis discontinua
Aspectos generales de la replicación del DNA eucarionte En eucariontes existen cinco tipos de DNA polimerasas, siendo las enzimas ay d las principales enzimas de la replicación. areplica la cadena retrasada y d replica la cadena conductora. La enzima b es la polimerasa de reparación principal.
DNA Polimerasas mamíferos
|
(red).jpg)
(red).jpg)
.jpg)