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9.10: Conceptos básicos de la replicación del ADN - Biología

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Los resultados del aprendizaje

Resume los pasos básicos en la replicación del ADN.

La elucidación de la estructura de la doble hélice proporcionó una pista de cómo el ADN se divide y hace copias de sí mismo. Este modelo sugiere que las dos hebras de la doble hélice se separan durante la replicación, y cada hebra sirve como plantilla a partir de la cual se copia la nueva hebra complementaria. Lo que no quedó claro fue cómo se llevó a cabo la replicación. Se sugirieron tres modelos: conservador, semiconservador y dispersivo (ver Figura 1).

En replicación conservadora, el ADN parental permanece unido y las hebras hijas recién formadas están juntas. los semiconservador El método sugiere que cada una de las dos hebras de ADN parental actúa como molde para que se sintetice nuevo ADN; después de la replicación, cada ADN de doble hebra incluye una hebra parental o "antigua" y una hebra "nueva". En el modelo dispersivo, ambas copias de ADN tienen segmentos bicatenarios de ADN parental y ADN recién sintetizado intercalados.

Meselson y Stahl estaban interesados ​​en comprender cómo se replica el ADN. Crecieron E. coli durante varias generaciones en un medio que contiene un isótopo "pesado" de nitrógeno (15N) que se incorpora a las bases nitrogenadas y, finalmente, al ADN (Figura 2).

los E. coli Luego, el cultivo se cambió a un medio que contenía 14N y se dejó crecer durante una generación. Se recogieron las células y se aisló el ADN. El ADN se centrifugó a altas velocidades en una ultracentrífuga. Se permitió que algunas células crecieran durante un ciclo de vida más en 14N y volvió a girar. Durante la centrifugación en gradiente de densidad, el ADN se carga en un gradiente (típicamente una sal como cloruro de cesio o sacarosa) y se centrifuga a altas velocidades de 50.000 a 60.000 rpm. En estas circunstancias, el ADN formará una banda según su densidad en el gradiente. ADN cultivado en 15N se agrupará en una posición de densidad más alta que la que crece en 14N. Meselson y Stahl señalaron que después de una generación de crecimiento en 14N después de haber sido desplazados de 15N, la única banda observada tenía una posición intermedia entre el ADN de las células cultivadas exclusivamente en 15N y 14N. Esto sugirió un modo de replicación semiconservador o dispersivo. El ADN recolectado de células cultivadas durante dos generaciones en 14N formó dos bandas: una banda de ADN estaba en la posición intermedia entre 15N y 14N, y el otro correspondía a la banda de 14N ADN. Estos resultados solo podrían explicarse si el ADN se replica de manera semiconservadora. Por tanto, se descartaron los otros dos modos.

Durante la replicación del ADN, cada una de las dos hebras que forman la doble hélice sirve como plantilla a partir de la cual se copian las nuevas hebras. La nueva hebra será complementaria a la hebra parental o "antigua". Cuando se forman dos copias de ADN hijas, tienen la misma secuencia y se dividen por igual en las dos células hijas.

Haga clic en este tutorial sobre la replicación del ADN.

En resumen: conceptos básicos de la replicación del ADN

El modelo de replicación del ADN sugiere que las dos hebras de la doble hélice se separan durante la replicación, y cada hebra sirve como plantilla a partir de la cual se copia la nueva hebra complementaria. En la replicación conservadora, el ADN parental se conserva y el ADN hijo se sintetiza nuevamente. El método semiconservador sugiere que cada una de las dos hebras de ADN parental actúa como molde para que se sintetice nuevo ADN; después de la replicación, cada ADN de doble hebra incluye una hebra parental o "antigua" y una hebra "nueva". El modo dispersivo sugirió que las dos copias del ADN tendrían segmentos de ADN parental y ADN recién sintetizado. La evidencia experimental mostró que la replicación del ADN es semi-conservadora.


Conceptos básicos de la replicación del ADN

La elucidación de la estructura de la doble hélice proporcionó una pista de cómo el ADN se divide y hace copias de sí mismo. Este modelo sugiere que las dos hebras de la doble hélice se separan durante la replicación, y cada hebra sirve como plantilla a partir de la cual se copia la nueva hebra complementaria. Lo que no quedó claro fue cómo se llevó a cabo la replicación. Se sugirieron tres modelos ([enlace]): conservador, semiconservador y dispersivo.


En la replicación conservadora, el ADN parental permanece unido y las hebras hijas recién formadas están juntas. El método semiconservador sugiere que cada una de las dos hebras de ADN parental actúa como una plantilla para que el nuevo ADN se sintetice después de la replicación, cada ADN de doble hebra incluye una hebra parental o "antigua" y una hebra "nueva". En el modelo dispersivo, ambas copias de ADN tienen segmentos bicatenarios de ADN parental y ADN recién sintetizado intercalados.

Meselson y Stahl estaban interesados ​​en comprender cómo se replica el ADN. Crecieron E. coli durante varias generaciones en un medio que contiene un isótopo "pesado" de nitrógeno (15 N) que se incorpora a las bases nitrogenadas y, finalmente, al ADN ([enlace]).


los E. coli A continuación, el cultivo se cambió a un medio que contenía 14 N y se dejó crecer durante una generación. Se recogieron las células y se aisló el ADN. El ADN se centrifugó a altas velocidades en una ultracentrífuga. Se permitió que algunas células crecieran durante un ciclo de vida más en 14 N y se centrifugaron de nuevo. Durante la centrifugación en gradiente de densidad, el ADN se carga en un gradiente (típicamente una sal como cloruro de cesio o sacarosa) y se centrifuga a altas velocidades de 50.000 a 60.000 rpm. En estas circunstancias, el ADN formará una banda según su densidad en el gradiente. El ADN cultivado en 15 N se agrupará en una posición de densidad más alta que el cultivado en 14 N. Meselson y Stahl notaron que después de una generación de crecimiento en 14 N después de haber sido desplazados de 15 N, la única banda observada tenía una posición intermedia en entre el ADN de las células cultivadas exclusivamente en 15 N y 14 N. Esto sugirió un modo de replicación semiconservador o dispersivo. El ADN recolectado de células cultivadas durante dos generaciones en 14 N formó dos bandas: una banda de ADN estaba en la posición intermedia entre 15 N y 14 N, y la otra correspondía a la banda de ADN 14 N. Estos resultados solo podrían explicarse si el ADN se replica de manera semiconservadora. Por tanto, se descartaron los otros dos modos.

Durante la replicación del ADN, cada una de las dos hebras que forman la doble hélice sirve como plantilla a partir de la cual se copian las nuevas hebras. La nueva hebra será complementaria a la hebra parental o "antigua". Cuando se forman dos copias de ADN hijas, tienen la misma secuencia y se dividen por igual en las dos células hijas.


Haga clic en este tutorial sobre la replicación del ADN.


Pasos básicos de la replicación del ADN

La síntesis de una molécula de ADN (o) Proceso de replicación de ADN se puede dividir en TRES etapas:

1. Iniciación Escenario

El proceso de replicación del ADN de E. Coli, llamado "Ori.C", consta de 245 pares de bases, muchos de los cuales están muy conservados entre las bacterias.

Las secuencias clave para esta discusión son dos series de repeticiones cortas, hay repeticiones de una secuencia de 13 pares de bases y cuatro repeticiones de una secuencia de 9 pares de bases.

Al menos "ocho enzimas diferentes" (o) "proteínas" participan en la fase de inicio de la replicación. Abren la hélice de ADN en el origen y establecen un complejo de preparación que prepara el escenario para reacciones posteriores.

El componente clave en el proceso de iniciación es la proteína Dna.A. Un complejo de unos veinte ADN, una molécula de proteína se une a los cuatro Nueve pares de bases que se repiten en el origen.

En una reacción que requiere ATP y es facilitada por la bacteria proteína similar a la histona "HU", los Proteína de ADN. reconoce y desnaturaliza con éxito el ADN en la región de las 13 repeticiones de pares de bases, que son ricas en A = T par.

La proteína Dna.B luego se une a esta región en una reacción que requiere la proteína Dna.C. Dna.B es una "Helicasaque desenrolla el ADN dúplex . Las helicasas constituyen una clase de enzimas que pueden moverse a lo largo de un dúplex de ADN utilizando una clase de enzimas que pueden moverse a lo largo de un dúplex de ADN utilizando la energía de la hidrólisis del ATP para separar las hebras.

La proteína de unión monocatenaria de E. Coli (SSBP) de E. Coli inhibe su posterior reasociación de las hebras separadas, que se une a ambas hebras separadas. Múltiples moléculas de SSB se unen cooperativamente al ADN monocatenario, estabilizando las cadenas de ADN separadas y previniendo la renaturalización.

La replicación del ADN debe ocurrir solo una vez en cada ciclo celular. La iniciación es la única fase de replicación que está regulada, pero el mecanismo aún no se comprende bien.

La proteína Dna.A hidroliza su ATP fuertemente unido lentamente (alrededor de 1 hora) para formar un complejo inactivo Dna.A-ADP. La reactivación de este complejo se ve facilitada por la interacción entre la proteína Dna.A y los fosfolípidos ácidos en la membrana plasmática bacteriana.

La iniciación en momentos inapropiados se previene por la presencia del complejo inactivo Dna.A-ADP mediante la unión de una proteína llamada “ICI & # 8221 (Inhibidor de la iniciación cromosómica) a las 13 repeticiones de pares de bases, y quizás por otros factores.

2. Alargamiento Escenario

La fase de elongación de la replicación consta de dos operaciones aparentemente similares que son mecánicamente bastante distintas: Síntesis de cadenas principales y Síntesis retrasada. Varias enzimas en la bifurcación de replicación son importantes para la síntesis de ambas cadenas. Las "helicasas de ADN" desenrollan el ADN de los padres. Las “ADN topoisomerasas” alivian el estrés tropológico incluido por las “Helicasas” y la “SSBP” estabiliza las hebras separadas.

A) ADN Síntesis de cadena líder de replicación

  • Comienza con la síntesis por "Primasa" de un cebador de ARN corto (de 10 a 60 nucleótidos) en el origen de la replicación. luego se agregan a este cebador por la ADN polimerasa-III una vez que se inició, la síntesis de la cadena principal avanza continuamente, manteniendo el ritmo de la horquilla de replicación.

B) Síntesis de hebras rezagadas de replicación de ADN

  • Debe realizarse en fragmentos cortos (fragmentos de Okazaki) sintetizados en la dirección opuesta al movimiento de la horquilla.
  • Cada fragmento debe tener su propio cebador de ARN sintetizado por "primasa", y el posicionamiento de los cebadores debe controlarse y coordinarse con el movimiento de la horquilla.
  • El aparato regulador para la "síntesis de hebras rezagadas" es una máquina de proteínas viajeras llamada "PRIMOSOMA", que consta de varias proteínas diferentes, incluidas la proteína Dna.B, la proteína Dna.C y la Primasa.

El primosoma se mueve a lo largo de la plantilla de hebra rezagada en la dirección 5'à3 ', manteniendo el ritmo de la horquilla de replicación.

A medida que mueve el primosoma a intervalos, obliga a la primasa a sintetizar residuos cortos (de 10 a 60). Cebador de ARN al que luego se agrega ADN mediante la ADN polimerasa-III.

La dirección de las reacciones sintéticas de "Primasa" y "Polimerasa-III" es opuesta a la dirección del movimiento del primosoma.

Cuando se completa el nuevo fragmento de Okazaki, la ADN polimerasa-I elimina el cebador de ARN y la misma enzima lo reemplaza con ADN. La muesca restante está sellada por "ADN ligasa".

3. Terminación Escenario

A) Terminación de la replicación de un círculo

Hay dos modos posibles de replicación:

  • Hay secuencias de terminación definidas, o
  • Dos puntos de crecimiento colisionan y la terminación se produce siempre que ocurre el punto de colisión.

En ambos casos, la terminación puede ocurrir exactamente en la mitad del círculo. Se han observado ambos modos de terminación.

La terminación tiene un "Problema topológico”. Cuando el ADN circular de doble hebra se replica de forma semiconservadora, el resultado es un par de círculos que están unidos como en una cadena.

Tal estructura se llama CATENANE. Se han observado moléculas catenados en numerosos sistemas y se está acumulando evidencia para indicar que son el resultado de la replicación.

ADN girasa"Es capaz de desencatenar dos círculos, cuya enzima es responsable de la separación de las moléculas hijas. El cromosoma E. coli y varios plásmidos llevan secuencias específicas, llamadas"ter sitios ", dónde TBP (ter proteína de unión) o "Tus proteínas" unir.

En la zona de terminación de E. coli, hay tres sitios ter (ter A, ter D y terE) para una bifurcación en sentido antihorario. Estos seis sitios están dispuestos de manera superpuesta, sin dejar ningún espacio "libre de replicación" en el cromosoma. Los complejos TBP-ter formados en los sitios "ter" detienen la horquilla de replicación, al inhibir la helicasa de ADN o DnaB.

Cuando se elimina esta zona de terminación, la replicación se detiene, simplemente por la reunión de bifurcaciones de replicación opuestas, lo que sugiere que la zona de terminación no es esencial.

B) Terminación en moléculas de ADN "lineales":

El ADN del fago T7 de E. Coli se replica como una molécula lineal. El origen se encuentra al 17% de la distancia total desde el extremo izquierdo de la molécula y la replicación es bidireccional. Inicialmente, hay una sola burbuja de replicación (molécula-I), y cuando la bifurcación hacia la izquierda alcanza el extremo, las moléculas adoptan una forma de “Y” (molécula-III).

Existen "ribonucleasas" que pueden eliminar este ARN, pero una vez que se ha eliminado, un grupo 5'-OH permanecería en los extremos de la molécula.

La interacción de la "proteína Tus" con los sitios de terminación detiene la replicación del ADN:


El modelo de replicón

Hace más de cinco décadas, Jacob, Brenner y Cuzin propusieron la hipótesis del replicón para explicar la regulación de la síntesis de ADN cromosómico en mi. coli [20]. El modelo postula que un difusible, trans-factor de acción, un llamado iniciador, interactúa con un ciselemento de ADN que actúa, el replicador, para promover el inicio de la replicación en un origen cercano ( Figura 1A, I). Una vez unidos a los replicadores, los iniciadores (a menudo con la ayuda de proteínas co-cargadoras) depositan helicasas replicativas en el ADN, que posteriormente impulsan el reclutamiento de componentes replisomas adicionales y el ensamblaje de toda la maquinaria de replicación ( Figura 1A, ii). Por tanto, el replicador especifica la ubicación de los eventos de iniciación de la replicación, y la región cromosómica que se replica a partir de un solo origen o evento de iniciación se define como el replicón.

Una característica fundamental de la hipótesis del replicón es que se basa en la regulación positiva para controlar el inicio de la replicación del ADN, lo que puede explicar muchas observaciones experimentales en sistemas bacterianos y fagos [20]. Por ejemplo, explica el fracaso de los ADN extracromosómicos sin origen para replicarse cuando se introducen en las células huésped. Además, racionaliza las incompatibilidades de plásmidos en mi. coli, donde ciertos plásmidos se desestabilizan entre sí y la herencia debido a la competencia por la misma maquinaria de iniciación molecular [21]. Por el contrario, un modelo de regulación negativa (análogo al modelo de operador de replicón para la transcripción) no explica los resultados anteriores [20]. No obstante, la investigación posterior a la propuesta del modelo de replicón de Jacob & # x02019s, Brenner & # x02019s y Cuzin & # x02019s ha descubierto muchas capas adicionales de control de replicación en bacterias y eucariotas que comprenden elementos reguladores tanto positivos como negativos, destacando tanto la complejidad como la importancia de restringir la replicación del ADN temporal y espacialmente [22] [23] [24].

El concepto del replicador como entidad genética ha demostrado ser muy útil en la búsqueda de identificar secuencias de ADN replicador y proteínas iniciadoras en procariotas, y hasta cierto punto también en eucariotas, aunque la organización y complejidad de los replicadores difieren considerablemente entre los dominios de la vida ( para revisiones, véase [25] [26]). Si bien los genomas bacterianos generalmente contienen un solo replicador que se especifica mediante elementos de secuencia de ADN de consenso y que controla la replicación de todo el cromosoma ( Figura 1A ), la mayoría de los replicadores eucariotas & # x02013 con la excepción de la levadura en gemación & # x02013 no están definidos a nivel de secuencia de ADN, sino que parecen estar especificados combinatoriamente por señales de cromatina y estructurales del ADN local [27] [28] [29] [30] [ 31] [32] [33] [34] [35] [36]. Los cromosomas eucariotas también son mucho más grandes que sus homólogos bacterianos, lo que plantea la necesidad de iniciar la síntesis de ADN de muchos orígenes simultáneamente para garantizar la replicación oportuna de todo el genoma ( Figura 1B ). Además, se cargan muchas más helicasas replicativas que se activan para iniciar la replicación en un ciclo celular dado ( Figura 1B ). La definición de replicadores basada en el contexto y la selección de orígenes sugiere un modelo de replicón relajado en sistemas eucariotas que permite flexibilidad en el programa de replicación del ADN [25]. Aunque los replicadores y los orígenes se pueden espaciar físicamente en los cromosomas, a menudo se co-localizan o se encuentran muy cerca para simplificar, por lo tanto, nos referiremos a ambos elementos como & # x02018origins & # x02019 a lo largo de esta revisión. En conjunto, el descubrimiento y aislamiento de secuencias de origen en varios organismos representa un hito significativo hacia la obtención de una comprensión mecanicista de la iniciación de la replicación. Además, estos logros tuvieron profundas implicaciones biotecnológicas para el desarrollo de vectores lanzadera que pueden propagarse en células bacterianas, de levadura y de mamíferos [37] [38] [39].


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Estructura del ADN

El ADN se compone de millones de nucleótidos. Estas son moléculas compuestas por un azúcar desoxirribosa, con un fosfato y una base (o nucleobase) unidas a él. Estos nucleótidos se unen entre sí en hebras a través de enlaces fosfodiéster para formar una "estructura de azúcar-fosfato". El enlace formado es entre el tercer átomo de carbono en el azúcar desoxirribosa de un nucleótido (de ahora en adelante conocido como 3 ') y el quinto átomo de carbono de otro azúcar en el siguiente nucleótido (conocido como 5').

N.B: 3 'se pronuncia' tres primos 'y 5' se pronuncia 'cinco primos'.

Hay dos hebras que corren en sentido opuesto o antiparalelo direcciones el uno al otro. Estos se unen entre sí a lo largo de la hebra a través de las bases de cada nucleótido. Hay 4 bases diferentes asociadas con el ADN citosina, guanina, adenina y timina. En las cadenas de ADN normales, la citosina se une a la guanina y la adenina se une a la timina. Las dos hebras juntas forman una doble hélice.

& # 91caption align = "aligncenter" & # 93 Fig 1.0 - La estructura del ARN y el ADN & # 91 / caption & # 93

Mecanismos de concesión de licencias de origen de replicación: una perspectiva estructural

Los avances en biología estructural y el desarrollo de ensayos de una sola molécula han iluminado los eventos de iniciación de la replicación del ADN.

Los estudios de Cryo-EM de intermediarios de licencias de origen de replicación han definido mecanismos estructurales de carga de Mcm2-7.

La unión de ATP y la hidrólisis por factores de iniciación controlan múltiples pasos durante la concesión de licencias de origen.

La duplicación del ADN cromosómico es un evento clave del ciclo celular que involucra el ensamblaje bidireccional controlado de la maquinaria replicativa. En una reacción de múltiples etapas estrictamente regulada, las helicasas replicativas y otros componentes del aparato de síntesis de ADN se reclutan en los sitios de inicio de la replicación. Aunque los enfoques moleculares para ensamblar esta maquinaria varían entre los diferentes dominios de la vida, un tema común gira en torno al uso de factores de iniciación dependientes de ATP para reconocer y remodelar los orígenes y cargar helicasas replicativas de manera bidireccional en el ADN. Esta revisión resume los avances recientes en la comprensión de los mecanismos de iniciación de la replicación en eucariotas, centrándose en cómo se carga la helicasa replicativa en este sistema.

Afiliación desde 01/2020: Departamento de Biofísica y Bioquímica Molecular, Universidad de Yale, New Haven, CT, Estados Unidos.


Los fundamentos de la extracción de ADN

Probablemente hayas oído hablar del Código Genético o del Plan de Vida. Estos términos se refieren al ADN. Todos los seres vivos, incluidos los animales, las plantas y las bacterias, tienen ADN en sus células. El ADN es una molécula muy larga formada por una cadena de nucleótidos y el orden de estos nucleótidos es lo que hace que los organismos sean similares a otros de su especie y, sin embargo, diferentes como individuos. Los genes son secciones dentro de esta larga molécula de ADN.

Para estudiar el ADN, primero debes sacarlo de la célula. En las células eucariotas, como las células humanas y vegetales, el ADN se organiza como cromosomas en un orgánulo llamado núcleo. Las células bacterianas no tienen núcleo. Su ADN está organizado en anillos o plásmidos circulares, que se encuentran en el citoplasma. El proceso de extracción de ADN libera el ADN de la célula y luego lo separa del fluido celular y las proteínas para que quede con ADN puro.

Los tres pasos básicos de la extracción de ADN son 1) lisis, 2) precipitación y 3) purificación.

Paso 1: Lisis
En este paso, la célula y el núcleo se abren para liberar el ADN del interior y hay dos formas de hacerlo. Primero, la ruptura mecánica rompe las células. Esto se puede hacer con un homogeneizador de tejidos (como una licuadora pequeña), con un mortero y una mano, o cortando el tejido en trozos pequeños. La disrupción mecánica es particularmente importante cuando se utilizan células vegetales porque tienen una pared celular resistente. En segundo lugar, la lisis utiliza detergentes y enzimas como la proteinasa K para liberar el ADN y disolver las proteínas celulares.

Paso 2: Precipitación
Cuando completa el paso de lisis, el ADN se ha liberado del núcleo, pero ahora está mezclado con partes de células trituradas. La precipitación separa el ADN de estos restos celulares. Primero, los iones de Na + (sodio) neutralizan las cargas negativas en las moléculas de ADN, lo que las hace más estables y menos solubles en agua. Luego, se agrega alcohol (como etanol o isopropanol) y hace que el ADN se precipite de la solución acuosa porque no es soluble en alcohol.

Paso 3: Purificación
Ahora que el ADN se ha separado de la fase acuosa, se puede enjuagar con alcohol para eliminar cualquier material no deseado restante y restos celulares. En este punto, el ADN purificado generalmente se vuelve a disolver en agua para facilitar su manipulación y almacenamiento.

Expectativas de nivel de grado específicas de Alaska
[9] CE1.1 El estudiante demuestra una comprensión de cómo la ciencia explica los cambios en las formas de vida a lo largo del tiempo, incluida la genética, la herencia, el proceso de selección natural y la evolución biológica al reconocer que todos los organismos tienen cromosomas hechos de ADN y que el ADN determina rasgos.


Replicación de ADN (detalle avanzado)

Esta animación muestra el proceso de replicación del ADN, incluidos detalles sobre cómo difiere el mecanismo entre la cadena principal y la rezagada.

La replicación del ADN comienza con la separación de las dos cadenas de ADN por la enzima helicasa. Las dos cadenas se denominan cadenas 3 'y 5' en función de la dirección en la que se unen los nucleótidos componentes. La hebra de ADN 3 'también se conoce como la hebra principal, la ADN polimerasa copia la hebra principal para producir una hebra complementaria. La hebra de 5 'también se conoce como hebra retrasada. La ADN polimerasa copia la hebra rezagada en secciones. Estos dos mecanismos diferentes de copia de ADN ocurren porque la ADN polimerasa solo puede sintetizar ADN en la dirección 5 'a 3'.

Esta animación da vida al proceso de replicación del ADN, mostrando representaciones tridimensionales de las moléculas involucradas. Dependiendo de los antecedentes de los estudiantes, puede ser útil pausar la animación en varios puntos para identificar las moléculas y describir sus interacciones.

Detalles

base, helicasa, hebra rezagada, hebra principal, ácido nucleico, nucleótido, fragmento de Okazaki

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Replicación del ADN | Definición, pasos y diagrama n. ° 038

Para el crecimiento de un individuo, la división celular es una parte necesaria. Cuando ocurre el acto de la división celular, el ADN debe replicarse. Durante la división celular, el ADN se copió con éxito en las células hijas. Muchas enzimas tienen lugar para este acto. El ADN debe heredarse y copiarse en dos células hijas. Este fenómeno se requiere durante la meiosis para el proceso de producción de gametos. La replicación del ADN debe ocurrir con precisión durante la división celular porque cualquier error en este acto puede pasar a la siguiente generación en desarrollo. Las células requieren copiar su ADN rápidamente y con menor error. El aumento del error puede aumentar el riesgo de enfermedades como el cáncer.

Introducción de la replicación de ADN

La idea básica: La replicación del ADN es un proceso en el que el ADN se divide en dos copias iguales durante la división celular. El ADN se copió con precisión en las células hijas. En la replicación del ADN, la información genética se duplica para producir dos copias idénticas del genoma de un individuo. El proceso de replicación del ADN ocurre durante la Fase de Síntesis, o fase S del ciclo de una célula, antes del proceso de mitosis o meiosis. Durante el proceso de replicación del ADN, cada una de las dos hebras hace que la doble hélice funcione como plantilla a partir de la cual se copian las nuevas hebras.

Pasos para la replicación del ADN:

La replicación del ADN depende del emparejamiento de las bases entre las dos hebras del ADN. Las dos cadenas determinadas por la ubicación de los enlaces químicos en la columna vertebral del ADN. Durante el proceso de división celular, una célula puede replicar la `` hebra principal '' como una sola unidad, pero debe replicarse la `` hebra rezagada '' en trozos pequeños.

Hay tres pasos básicos que tienen lugar durante el proceso de replicación del ADN.

Inicial:

El proceso de replicación del ADN comienza desde una ubicación en la doble hélice llamada oriC desde la cual se unen proteínas iniciadoras específicas y se desencadena el desencadenante. Las enzimas llamadas `` helicasas '' trabajan para desenrollar la doble hélice al romper los enlaces de hidrógeno entre pares de bases complementarios, y otras proteínas mantienen una sola hebra al reunirse. Las proteínas denominadas `` topoisomerasa '' rodean la hebra que se abre y relajan la torsión.

Alargamiento:

La célula crea una secuencia corta de ARN conocida como cebadores que proporcionan el punto de partida del alargamiento. Con el cebador, una nueva hebra de ADN crece una base a la vez. La hebra de ADN existente es una plantilla para la nueva hebra. La `` hebra retrasada '' trabaja para desenrollarse en pequeñas secciones que la ADN polimerasa replica en la dirección principal. Los pequeños fragmentos se producen como resultado de la hebra rezagada. Estos fragmentos terminan en un cebador de ARN que se elimina posteriormente para que las enzimas puedan coser los fragmentos en una hebra alargada.

Terminación:

Una vez completado el proceso de elongación, dos nuevas hélices dobles reemplazadas por la hélice original. Durante el proceso de terminación, la última secuencia del cebador se eliminó del final de la hebra rezagada. Esta parte de la hebra rezagada es la `` sección de telómero '' que contiene una secuencia de bases repetitiva no codificante. Al final, las enzimas denominadas 'nucleasas' revisan la nueva estructura de doble hélice y eliminan las bases mal emparejadas. Luego, la ADN polimerasa llena los espacios creados por las bases extirpadas.

Enzimas de replicación de ADN

ADN polimerasa:

La ADN polimerasa es una enzima que cataliza la unión del grupo hidroxilo 3 del nucleótido final al fosfato 5 del nucleótido que se va a agregar. La ADN polimerasa está trabajando para catalizar la síntesis de polidesoxirribonucleótidos a partir de los monodesoxirribonucleósidos trifosfatos (dNTP), que realiza la función más fundamental en la replicación, reparación y algunos otros casos del ADN.

Proceso de replicación del ADN

Inicio de la replicación del ADN:

En el proceso de replicación del ADN, el ADN hizo una copia de sí mismo durante la división celular. En el primer paso de la replicación del ADN, `` descomprima '' la doble hélice de la molécula de ADN. En segundo lugar, la enzima denominada `` helicasa '' rompe los enlaces de hidrógeno al mantener unidas las bases complementarias del ADN. Por último, una de las hebras está orientada en la dirección de 3 a 5 , esta es la `` hebra principal ''. Mientras que la otra hebra está orientada en la dirección de 5 a 3 , esta es la `` hebra rezagada ''. Como resultado, dos hebras diferentes se replicaron de manera diferente.

Primers y Primase:

Una secuencia corta de ácido nucleico es un `` cebador '' que proporciona un punto de partida para la síntesis de ADN. En los organismos vivos, los cebadores son hebras cortas de ARN.

Los cebadores deben sintetizarse mediante una enzima denominada `` primasa ''. Es un tipo de ARN polimerasa, ocurre el proceso de replicación del ADN. La síntesis del cebador se produce por las enzimas que sintetizan el ADN, estas se conocen como ADN polimerasas.

Hebras principales y rezagadas:

La `` hebra principal '' es la hebra madre de ADN que corre en la dirección de 3 a 5 hacia la bifurcación, y puede ser replicada por la polimerasa de ADN de forma continua.

La otra hebra utilizada en la replicación del ADN es la `` hebra retrasada '', que es la hebra madre que corre en la dirección de 5 a 3 hacia la bifurcación, y puede ser replicada por la ADN polimerasa de forma discontinua.

La diferencia entre ambas hebras es la replicación continua y discontinua.

El equipo de mantenimiento y limpieza:

El equipo de limpieza tiene la responsabilidad de limpiar, almacenar y abastecer las áreas de las instalaciones. Realiza y documenta las actividades de inspección y mantenimiento.

Replicación del ADN en eucariotas:

La replicación del ADN en eucariotas es diferente a la replicación bacteriana por primasa que consta de ADN polimerasa y dos proteínas más pequeñas crean el cebador de ARN y el ADN iniciador, y dos ADN polimerasas diferentes sintetizan las hebras rezagadas y principales. El mecanismo de replicación del ADN en eucariotas es similar a la replicación del ADN en procariotas. Aunque, la replicación del ADN de los eucariotas necesita una consideración especial debido a las diferencias en el tamaño del ADN, una estructura final de ADN lineal única conocida como `` telómeros ''.

Diagrama de replicación del ADN

Replicación del ADN en procariotas:

La replicación del ADN en procariotas se forma cuando una enzima llamada helicasa separa las hebras de ADN en el origen de la replicación. El ADN se enrolla mucho antes de la bifurcación de la replicación. La `` topoisomerasa '' rompe la columna vertebral de fosfato del ADN antes de la horquilla de replicación.

Modo de replicación del ADN:

Después del descubrimiento de la estructura de doble hélice del ADN, una gran pregunta se refería a la replicación del ADN. La estructura de la doble hélice del ADN da una pista sobre cómo se realiza la copia. Parecía que las dos hebras complementarias de la hélice podrían separarse durante la replicación, cada una funciona como una plantilla en la construcción de una nueva hebra coincidente.

Los tres modelos de replicación del ADN:

Había tres modelos propuestos por la comunidad científica para la replicación del ADN para la estructura del ADN. Estos tres modelos son:

En el modelo de replicación de semi-conservación, dos hebras de ADN se desenrollan entre sí. Cada una de las hebras sirve como molde para la síntesis de una nueva hebra complementaria. El resultado es dos moléculas de ADN con una hebra original y una nueva.

En el modelo de replicación conservador, el resultado de la replicación del ADN es una molécula que consta de ambas cadenas de ADN originales y otra molécula que consta de dos cadenas nuevas.

En el modelo de replicación dispersiva, el resultado de la replicación del ADN son dos moléculas de ADN que son una mezcla de `` híbridos '' de ADN parental e hijo. Cada hebra es un mosaico de ADN nuevo y original.

El experimento Meselson-Stahl:

Meselson y Stahl propusieron un experimento sobre la replicación del ADN utilizando la bacteria E. coli como sistema modelo.

Comienzan cultivando E. coli en un medio que contiene un isótopo pesado de nitrógeno, 15N. Al cultivar 15N en medio, las bacterias absorben nitrógeno y sintetizan nuevas moléculas biológicas, incluido el ADN. Después de crecer muchas generaciones en el medio 15N, las bases nitrogenadas de las bacterias de ADN se marcaron con nitrógeno pesado 15N. Luego, las bacterias cambiaron a un isótopo medio ha `` ligero '' 14N y permiten su crecimiento durante varias generaciones. El ADN ha formado 14N porque este solo tenía nitrógeno disponible para sintetizar el ADN.

Meselson y Stahl estudiaron cómo se dividían las células de E. coil, por lo que pudieron recolectar pequeñas muestras de cada generación. Luego, midieron la densidad de ADN de 15N y 14N utilizando una `` centrifugación en gradiente de densidad ''.

El resultado de este método es la separación de moléculas como el ADN en bandas haciéndolas girar a altas velocidades, cuando hay otra molécula presente, como el cloruro de cesio, que forma un gradiente de densidad de arriba a abajo del tubo giratorio. La centrifugación en gradiente de densidad permite detectar diferencias muy pequeñas, como entre el ADN marcado con 15N y 14N.

¿Dónde ocurre la replicación del ADN?

La replicación del ADN ocurre en el núcleo de los eucariotas y el citoplasma de los procariotas. No importa dónde se encuentre el ADN, el proceso básico del ADN es el mismo tanto en eucariotas como en procariotas. La estructura del ADN se presta fácilmente a la replicación del ADN. Cada lado de la doble hélice del ADN corre en una dirección antiparalela (opuesta).

Resumen de la replicación del ADN en E. coli:

En E. coli, el proceso de replicación del ADN se regula con precisión para garantizar que las células hijas hereden la copia del ADN genómico. El proceso regula la iniciación y elongación que se había caracterizado. La finalización de este proceso requiere varias proteínas asociadas con la reparación de roturas de doble hebra, ocurre independientemente de la recombinación homóloga y es el objetivo de algunos virus bacterianos para la inactivación, durante la transición a la replicación lítica.


Ver el vídeo: Replicación de DNA Biología molecular (Agosto 2022).