Volver a Histología, Biología Celular, Embriología y Genética
Duplicación de ADN. Foco en algunas enzimas
Dr. Alfredo Rigalli
Tabla de contenidos
1.Duplicación del ADN y ciclo celular.................................................................................................1
2.Duplicación o replicación del ADN: ................................................................................................2
2.1.Enzimas involucradas. Detalles ................................................................................................4
2.1.1.Helicasas............................................................................................................................4
2.1.2.DNA polimerasa ................................................................................................................5
2.1.3.Antígeno nuclear de proliferación celular..........................................................................5
2.1.4.Proteína MCM....................................................................................................................5
2.1.5.Proteína WDHD1...............................................................................................................6
2.1.6.Factor de replicación C......................................................................................................6
2.1.7.Primasa...............................................................................................................................6
2.1.8.Topoisomerasas..................................................................................................................6
2.1.9.Telomerasas........................................................................................................................6
2.1.10.Ribonucleasa....................................................................................................................7
2.1.11.DNA ligasa.......................................................................................................................7
2.2.Otras enzimas importantes, pero que no actúan en la replicación sino en la transcripción.......7
1. Duplicación del ADN y ciclo celular
La duplicación del ADN es un proceso que ocurre en las células durante la fase S del ciclo celular.
El ciclo celular se divide en dos fases: mitosis e interfase. La interfase que es de nuestro interés en
este caso se divide en fases G1, S y G2. Luego de esta última se ingresa a la mitosis para dar origen
a dos células genéticamente idénticas, si el proceso de replicación del ADN fue correcto.
En el control del ciclo celular participan diferentes factores
Cdk: kinasas dependientes de ciclinas (constante)
Ciclinas: varían a lo largo de ciclo
CAK: kinasas activadoras de Cdk
CKI: inhibidores de Cdk
Cdc: proteínas de genes cdc (ciclo de división celular)
Ubiquitina ligasa: degradan ciclinas y otras proteínas: SPC, etc
proto-ongenes: p27, p53, Myc.
Receptores de factores de crecimientos y mitógenos
A su vez el ciclo celular tiene lo que se conocen como "check points". Estos son puntos en los que
se controlan algunas variables y de hallarse en su valor adecuado, el ciclo continua sino se produce
la apoptosis. Estos son:
Check point G1-S: Relación ADN-volumen celular:
Check point S-M: todo el ADN debe estar duplicado y no haber horquillas de duplicación.
Check point: metafase-anafase: Cinetocoros unidos a microtúbulos:
La figura siguiente ilustra el ciclo celular.
1
Ante un estímulo (?), se produce el aumento de la concentración de la ciclina G1, que al alcanzar
cierto valor estimula a una Cdk la que estimula la acumulación de la ciclina G1S. Esta última al
llegar a cierto valor estimulará otra Cdk que por un lado estimulará la acumulación de la ciclina S y
por otro lado inhibe la ciclina G1. La acumulación de ciclina S conduce a la estimulación de una
Cdk que inhibe a la ciclina G1S y estimula la acumulación e la ciclina M, que activará la última
Cdk. De esta manera se va impulsando el ciclo. Cada Cdk activa factores que permites iniciar la
síntesis del ADN, la unión de microtúbulos a cinetocoros de cromosomas y su separación hacia los
polos de la célula para la posterior división.
Existen tres check points. Básicamente podríamos resumirlos asi.
Check point G1-S: Relación ADN-volumen celular. Mientras el citoplasma es pequeño en relación
al núcleo no se activa la Cdk dependiente de ciclina G1S y por lo tanto no comienza la fase S y por
ende la replicación. Cuando el citoplasma es grande para el núcleo se activa la Cdk que conduce a
la fase S, se comienza a replicar el ADN ,
Check point S-M: mientras haya horquillas de duplicación en el ADN no habrá activación de la Cdk
que conduce a la fase G2. Se chequea si todo el ADN debe esta duplicado y no hay horquillas de
duplicación. Una vez terminada la duplicación de ADN se comienza a acumular ciclina M
Check point: metafase-anafase: se unen microtúbulos a cinetocoros no se progresará a la mitosis
2. Duplicación o replicación del ADN:
Generalidades: El proceso de duplicación o replicación del ADN ocurre durante la fase S del ciclo
celular, previo a la realización de la mitosis. Se trata de un proceso extremadamente complejo en el que
participan una gran cantidad de factores y enzimas. Se dará una descripción muy simplificada del
proceso.
Las enzimas que participan en el proceso de copia del ADN tienen la particularidad que se desplazan
sobre la hebra que utilizan como molde, en el sentido 3' a 5'. Como consecuencia van sintetizando una
hebra complementaria en el sentido 5' a 3'. En el proceso de síntesis se copia una hebra nueva sobre
una de las hebras de la molécula madre. Al final del proceso cada nueva molécula de ADN tiene la
2
mitad de la molécula que le dio origen. Por lo anterior se dice que la duplicación es semiconservativa.
Descripción del proceso: se irán describiendo los pasos representados en la figura 15.13. En el primer
paso la molécula de ADN se separa gracias a la acción de la proteína desenrolladora o helicasa. Esta
enzima inestabiliza los enlaces puente de hidrógeno entre las bases nitrogenadas produciendo la
separación de las hebras y formando de esta manera una burbuja o ampolla de duplicación en la que
quedan expuestas las bases nitrogenadas.
3 '
3 '
5 '
5 '
ADN
3 '
3 '
5 '
5 '
HELICASA
3 '
3 '
5 '
5 '
PRIMASA
3 '
3 '
5 '
5 '
ADN POLIMERASA
3 '
3 '
5 '
por un "primer" y luego ADN, llamadas fragmentos de Okasaki. La porción de ARN de estos
fragmentos es luego eliminada por la acción de una nueva ADN polimerasa que posee dos actividades
enzimáticas: ribonucleasa que hidroliza ARN y ADN polimerasa que sintetiza en su lugar ADN. Luego
de la acción de esta enzima cada hebra de la molécula madre queda copiada , salvo que quedan algunos
enlaces 3'-5' fosfodiéster por formar entre los fragmentos. La acción de una enzima llamada ADN
ligasa cataliza la formación de estos enlaces completando la copia del sector.
Este proceso continua desde el punto de iniciación ampliando la burbuja de duplicación hasta
completar el proceso y tener así dos moléculas idénticas a la que le dio origen.
2.1. Enzimas involucradas. Detalles
En realidad el proceso de síntesis de ADN es muchísimo más complejo y participan numerosas
proteínas que en primer lugar nombraremos
Helicasa
Topoisomerasa I
Topoisomerasa II
Proteína fijadora de ADN monocatenario (RPA: replication protein A)
ADN polimerasa alfa (unida a primasa): actúa en el inicio de la duplicación. La subunidad primasa
forma un segmentos de poliribonucleotídico de una decena de nucleótidos y luego actúa la actividad
DNA polimerasa que sintetiza a continuación una cadena corta de desoxirribonucleótidos.
ADN polimerasa beta: participa básicamente en la reparación de la cadena de ADN.
ADN polimerasa gama: participa en la replicación mitocondrial
ADN polimerasa delta: participa en la progresión de la duplicación luego de la acción de la ADN
polimerasa alfa.
ADN polimerasa épsilon: participa en procesos de reparación de ADN.
Factor de replicación C (FRC)
Antígeno nuclear de proliferación celular (PCNA)
Ribonucleasa H1
Ribonucleasa FEN1
Telomerasas
Veremos algunos detalles a continuación
2.1.1. Helicasas
Son enzimas dependientes de ATP. Existe una gran variedad, de las cuales se citan algunas que
como se verá comparten propiedades
ATP-dependent RNA helicase DDX3X (O00571)
Involucrada básicamente en transcripción, maduración del mRNA, exportación y traducción.
Requiere ATP para su función al que hidroliza a ADP y P
Transcriptional regulator ATRX (P46100)
participa en replicación
ATP-dependent RNA helicase A (Q08211)
desenrolla dobles hebras de ADN y ARN en dirección 3'->5'. Se halla en núcleo y citoplasma,
pudiendo cambiar de uno a otro. La fosforilación y metilación de residuos modifica su ubicación
(nucleo citoplasma) y la unión a RNA doble hebra.
2.1.2. DNA polimerasa
Como se ha visto existen diferentes tipos que actúan en diferentes etapas de la duplicación
4
DNA polimerasa alfa subunidad catalítica ()
Forma parte del complejo alfa polimerasa y es responsable del inicio de la replicación. El complejo
de la alfa polimerasa está compuesto por la subunidad catalítica POLA1/p180, la subunidad
regulatoria POLA3/p70 y dos subunidades primasas PRIM1/p49 y PRIM2/p58. El complejo es
reclutado en la horquilla de duplicación por la interacción de MCM10 y WDHD1
La subunidad primasa inicia la oligomerización de un primer de RNA y luego la subunidad alfa lo
elonga y luego transfiere su función a la polimerasa epsilon y delta
POLA1 no tiene actividad de 3' exonucleasa y no puede hacer correcciones ante errores de
replicación.
Es inhibida por nucleótidos de purina como cladribine, clorafaramine, fludarabine, etc , usados
como antineoplásico.
DNA polymerase subunits beta (P06746)
Tiene actividad en reparación, con actividad escisión-reparación. Puede hidrolizar el fosfato
ubicado en 5' (actividad 5' deoxinucleótido-5-fosfato liasa) y puede realizar una unión 3'->5'. Actúa
en general reparando y colocando un nucleótido, más que de manera continua.
DNA polymerase subunits delta (P28340)
Encargada de la progresión de la duplicación luego de la acción de DNA polimerasa alfa/primasa.
Tiene actividad polimerasa 5'->3' y actividad exonucleotídica 3'->5' por lo cual puede producir
eliminación de una base colocada y su reemplazo, teniendo poder reparador de errores. participa en
la construcción de fragmentos de Okazaki. Actúa en conjunto el antígeno nuclear de proliferación
celular (PCNA) y con el factor de replicación C (RFC).
Alteraciones del gen están asociadas a cáncer colorrectal y cirtas hipoplasias de mandíbula.
DNA polymerase subunits gama (P54098)
Se asocia con ADN mitocondrial y participa en su replicación. Se halla en la matriz mitocondrial.
Su mutación está asociada a la patología conocida como Oftalmoplegia progresiva externa con
delecíon del ADN (157640) caracterizada por pérdida de la fuerza de músculos oculares, del
párpado y en menor medida de otros músculos. Se presenta una enfermedad autosómica dominante
y otra recesiva. Existen otras patología asociadas con diferentes síntomas y gravedades (ver OMIM)
DNA polymerasa epsilon catalitic subunit (Q07864)
participa en reparación del DNA y duplicación cromosómica. Tiene actividad 3'->5' exonucleasa.
Basa su acción en el proceso escición-reparación que consiste en eliminar una secuencia de
nucleótidos de una cadena y luego agregar en sentido 5'->3' los nuevos nucleótidos (gap-filling)
2.1.3. Antígeno nuclear de proliferación celular
Proliferating cell nuclear antigen (P12004).
Antígeno nuclear de proliferación celular: Es una proteína auxiliar de la DNA polimerasa delta que
estimula su actividad 3'->5' exonucleasa, pero no las actividades apurínicas y apirimidínicas
endonucleasas (APEX2)
2.1.4. Proteína MCM
Protein MCM10 homolog (Q7L590)
es un factor iniciador que actúa junto con helicasa, DNA polimerasa alfa/primasa. Se une a los sitios
de inicio de la replicación en simples hebras del ADN.
5
2.1.5. Proteína WDHD1
WDHD1 (O75717)
proteína que se une a helicasa y DNA polimerasa alfa en el inicio de la replicación.
2.1.6. Factor de replicación C
Replication factor C (P35251, RFC)
también conocido como activator 1 es requerido para la progresión de la replicación del ADN
polimerasa delta. Se une a PCNA y a la cadena molde de ADN previamente "primed".
2.1.7. Proteína fijadora de ADN monocatenario
(SSBP1, SSBP2, SSBP3) son varias proteínas de unión a cadena simple de ADN que participan en
el proceso de duplicación del ADN.
2.1.8. Primasa
DNA Primase small subunit (P49642) PRIM1
Forma los primers en los fragmentos de Okazaki durante la replicación discontinua del ADN
Forma parte del primosome complex, junto con la helicasa. Es una proteína de 420 aminoácidos que
se expresa en todos los tejidos y se halla en el nucleoplasma. Forma heterodímero de small and
large subunit.
DNA primase large subunit (P49643)
SE halla en el nucleoplasma en el primosome complex. forma heterodímero con la small subunit.
2.1.9. Topoisomerasas
Topoisomerasa I
(P11387) Elimina las tensiones de la hebra de ADN por corte y ensamble de una sola cadena.
Introduce un corte del enlace 3'->5' fosfodiéster. Se forma una unión 3' con una tirosina de la
estructura de la enzima, liberando el extremo 5' con un oxhidrilo, luego de eliminar las tensiones, se
desplaza el enlace 3' fosfotirosina y se restablece la unión 3'->5' fosfodiéster.
Topoisomerasa II
(Q02880) produce un corte en las dos hebras del ADN durante la duplicación.
2.1.10. Telomerasas
(Telomerase reverse transcriptase) Es una ribonucleoproteína esencial para la replicación de los
extremos de los cromosomas en eucariotas. Son muy activas en células tumorales y células
progenitoras y muy poco o nada en células somáticas diferenciadas. Agrega como una transcriptasa
reversa una secuencia repetida de nucleótidos utilizando como molde el ARN de su propia
estructura, en el extremo 3'. Las estructuras agregadas son repetidas 5' TTAGGG 3'. A través de un
dominio se une a la hebra simple de ADN y agrega nucleótidos en un sector adyacente.
Poseen en su estructura RNA con la secuencia 3' CCCAAUCCC5'
En el telómero la estructura queda luego de la acción en la hebra rezagada de la primasa y ADN
poli alfa
3' AAA CCCAAUCCC RNA DE LA TELOREMASA
5' TTT CCC GCCGCTGGG AGREGARÁ NUCLEÓTIDOS EN SENTIDO 5'->3'
6
3' AAA CCCAAUCCC
5' TTT CCC GCCGCTGGGTTAGGG
3' AAA CCCAAUCCC
5' TTT CCC GCCGCTGGGTTAGGG SEGUIRÁ AGREGANDO Y ELONGANDO
Luego actuará la primasa/DNA polimerasa alfa que sintetizará un primer y la hebra complementaria
completará el telómero
3' AAAGGGCGGCGACCC AATC
5' TTT CCC GCCGCTGGGTTAGGG
2.1.11. Ribonucleasa
Ribonucleasa H1
(O60930) hidroliza híbrido DNA – RNA a través de la actividad endonucleotídica hidrolizando el
enlace 5' fosfato.
Ribonucleasa FEN1
Flap endonuclease 1 (P39748)
Tiene actividad exonucleasa 5'->3, actúa hidrolizando el enlace 5' fosfato del fragmento de
Okazaky downstream, generando asi una mella para la acción de la ligasa.
2.1.12. DNA ligasa
DNA ligase 4 (P49917)
une dos nucleótidos en una mella en una hebra de ADN utilizando ATP
2.2. Otras enzimas importantes, pero que no actúan en la replicación sino en la transcripción
DNA directed RNA Polymerase II subunidad RPB1 (P24928)
Catalizan la formación de RNA utilizando DNA como molde, pudiendo iniciar una cadena de novo.
sintetiza RNAm y nhRNA
DNA directed RNA Polymerasa I subunit RPA34 (O15446)
Sintetiza RNAr excepto el 5S,
DNA directed RNA Polymerasa III subunit RPA34 (O14802)
sintetizan tRNA y rRNA 5S.
7
ADN duplicacion.pdf
browser_emoji Estamos procesando este archivo...
browser_emoji Lamentablemente la previsualización de este archivo no está disponible. De todas maneras puedes descargarlo y ver si te es útil.
Descargar
. . . . .