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Bioquímica-07
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INTRODUCCION A LA BIOLOGIA MOLECULAR
Tema 42.- Replicación del DNA: Replicación del DNA. DNA polimerasas. Otras enzimas implicadas en
la replicación. Etapas del proceso: horquilla de replicación y fragmentos de Okazaki
.
Mathews & van Holde.- cap. 24, págs. 986 y siguientes. Lehninger.- cap. 25, pags. 950 y siguientes
Estructura del DNA.
El DNA es una estructura dinámica y puede adoptar in vivo
diversas formas. Está constituido por dos cadenas de
polidesoxinucleótidos que están orientadas en direcciones opuestas
(antiparalelas) y giran alrededor de un eje común formando una
doble hélice dextrógira.
Las bases de purina y pirimidina están ubicadas en el
interior de la hélice, mientras que las unidades de fosfato y de
desoxirribosa, organizadas en cadena, lo están en el exterior. La A
se empareja con la T mediante dos puentes de H y la G con la C
mediante tres puentes de H. La secuencia de bases especifica la
formación de los puentes de H y éstos delimitan los surcos mayor y
menor de la doble hélice.
Los tipos de hélice del DNA de dos hebras son: A, B y Z.
La hélice B fue la propuesta por Watson y Crack y difiere
ligeramente en dimensiones con los otros dos modelos espaciales.
Replicación del DNA: consiste en la formación de dos cadenas de DNA a partir de una, siguiendo
como modelo de copia las dos hebras de la molécula progenitora.
Las estrictas reglas del apareamiento de bases significan que la utilización de una cadena como
molde dará lugar a otra cadena con una secuencia de bases complementaria.
- La replicación del DNA es semiconservadora:
cada nueva cadena tiene una hebra del DNA padre y otra
hebra de nueva síntesis.
- La replicación es ordenada y secuencial, empieza
en puntos concretos y transcurre en forma bidireccional: la
hebra conductora se sintetiza en continuo y la hebra
retardada se sintetiza en fragmentos (fragmentos de
Okazaki), a partir de un RNA cebador, esto es lo que hace
a la replicación semidiscontinua; ambas hebras se
sintetizan en dirección 5' -> 3' .
- La síntesis del DNA necesita sustratos
activados, dNTP (desoxinucleotidos trifosfato)
En la horquilla de replicación el DNA progenitor
se desenrolla (actuando la helicasa y la topoisomerasa) y
se sintetizan las dos hebras nuevas de DNA
,complementarias de las dos existentes en el DNA padre
(actúan la primasa, la DNA polimerasa y DNA ligasa). Se
llama horquilla de replicación al lugar donde se producen
simultáneamente el desenrollamiento del DNA padre y la síntesis de las hebras hijas o de novo de DNA.
La replicación comienza con el desenrollamiento en el punto origen.
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El desenrollamiento del DNA y el
mantenimiento de las dos hebras por separado
en la horquilla de replicación para que se
puedan sintetizar las dos nuevas hebras requiere
de la acción de tres tipos de proteínas:
Una helicasa cataliza el desenrollamiento,
dependiente de ATP, del DNA de doble hélice.
La separación de cadenas genera una tensión en
la estructura helicoidal, que eliminan las
topoisomerasas.
Y las proteínas RPA mantienen las hebras del
DNA padre desenrolladas suficiente intervalo
para que puedan actuar las DNA polimerasas en
la síntesis de las nuevas hebras.
Maquinaria de la replicación: enzimas implicadas.
Una vez formada la horquilla de
replicación, comienzan a actuar una
serie de enzimas:
1) La primasa cataliza la síntesis de
un RNA cebador que permite el
comienzo de la replicación.
2) Las DNA polimerasas, enzimas
muy precisas que actúan según:
2a- Catalizan la síntesis de DNA
dirigida por un molde a partir de
dNTP.
2b- Requieren un extremo cebador
con un grupo 3'-OH libre.
2c- Realizan la síntesis de las nuevas
hebras en la dirección 5' -> 3'.
2.1- DNA polimerasa I cataliza la adición paso a paso de unidades de desoxirribonucleotidos al extremo 3'
de una cadena de DNA, a partir de los cuatro dNTP, es decir la síntesis del DNA; ésta fué la primera
polimerasa descubierta en E. coli.
2.2- La DNA polimerasa I tiene además otras actividades:
una exonucleasa 3'-> 5' (corrección de pruebas) que corrige los errores de adición de nucleotidos: la
DNA polimerasa I elimina, deslizándose hacia atrás, los residuos incorrectamente apareados del extremo del
cebador, antes de iniciar la polimerización del siguiente nucleotido con el sentido 5' -> 3'.
una exonucleasa 5' -> 3' (traslado de mella) que degrada una hebra apareada al molde al tiempo que
la actividad polimerasa actúa sintetizando otra hebra.
2.3- La DNA polimerasa III tiene mayor actividad polimerizante que la DNA polimerasa I, y carece de las
otras actividades (exonucleasas) que mantiene ésta. La DNA polimerasa III dimérica puede acoplar la
replicación simultánea de las dos hebras (esquemas siguientes).
3- Las DNA ligasas sellan los cortes o mellas (enlaces fosfodiester rotos). La DNA ligasa también empalma
los extremos del DNA en regiones dúplex.
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Esquemas de la replicación
(de Luque y Herráez y del Mathews,
respectivamente)
Fases de la replicación
Suelen referirse tres fases: INICIO,
ELONGACION y TERMINACION.
De la terminación no se conocen datos.
La replicación en las células
eucarióticas es mas compleja.
Las mutaciones son producidas por
diversos tipos de cambios permanentes
(sustituciones, inserciones o delecciones)
en la secuencia de bases del DNA.
En todas las células existen sistemas de reparación para ir eliminando los errores de las mutaciones.
Muchos tipos de cáncer se deben a una reparación incorrecta del DNA alterado.
Agentes mutagénicos: UV, RX y químicos (desaminaciones, hidroxilaciones, alquilaciones, intercalantes
que desplazan el marco de lectura, etc). Algunos mutágenos químicos son totalmente específicos.
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