1
La replicació de l’ADNLa replicació de l’ADN
2
1. La replicació de la doble cadena d’ADN
L’ADN és la única molècula en capacitat de replicar-se.La replicació comença quan es trenquen els ponts d’hidrogen que uneixen les dues cadenes complementàries, alhora que es van unint per complementarietat i de forma semiconservativa els nous nucleòtids.
La replicació és un procés que es dóna en la fase S abans de la divisió cel·lular.
3
1. La replicació de la doble cadena d’ADN
L’organisme més estudiat és l’Escherichia coli. S’ha fet marcant radioactivament un nucleòtid. Així es pot veure que una cadena nova (radioactiva es va unit dins de l’antiga) fins que al final s’obtenen dos cadenes idèntiques cadascuna formada per una procedent del material primitiu i una altra marcada radioactivament.
4
1. La replicació de la doble cadena d’ADN
El material està molt condensat (E.coli) i cal duplicar-lo en la Fase S de la interfase abans de que es produeixi la mitosi
5
1. La replicació de la doble cadena d’ADN1. La replicació de l’ADN en els procariotes
a. Desenrotllament i obertura de la doble hèlixL’inici es duu a terme en una zona concreta o punt ori C (rica en GATC), formant una bombolla de replicació i així es van separant en dues direccions (bidireccional) formant un cercle o forqueta de replicació.Hi intervenen, a més de les ADN polimerases, un conjunt d’enzims i proteïnes anomenats replisoma:* Helicases: desenrotllar* Topoisomerases: evitar que tornin a unir-se* Girases: eliminen tensions* Proteïnes d’unió o SSBP: estabilitzen les cadenes
6
1. La replicació de la doble cadena d’ADN1. La replicació de l’ADN en els procariotes
b. Síntesi de les cadenes complementàriesEls desoxiribonucleics estan en forma de trifosfat i l’ADN
polimerasa I i III els uneixen per complementarietat a la cadena. L’ADN polimerasa II té la capacitat de autoreparar les possibles errades.
Característiques de l’ADN polimerasa:* Necessita una cadena d’ADN motlle* Necessita un hidroxil en l’extrem 3’ d’un nucleòtid per poder
començar, és a dir, necessita un encebador d’ARN (aquesta petita cadena d’ARN és formada per un ARN polimerasa anomenat primasa)
* Llegeix sempre en sentit 3’ 5’, és a dir, que treballa únicament en sentit 5’ 3’. Això fa que una cadena no pot ser llegida directament. La cadena replicada directament s’anomena cadena conductora i l’altra cadena retardada que es fa per fragments per anar més ràpid, anomenats fragments d’Okazaki (d’uns 200 nucleòtids). Al final l’ADN polimerasa I retirarà els encebadors i col·locarà els nucleòtids d’ADN complementaris acabant d’unir les dues cadenes amb enzim ADN ligasa.
7
1. La replicació de la doble cadena d’ADN1. La replicació de l’ADN en els procariotes
* Necessita Mg2+.
8
1. La replicació de la doble cadena d’ADN1. La replicació de l’ADN en els procariotes
c. Correcció d’errorsUna errada en la replicació afecta a totes les cèl·lules
descendents.Això fa que hi hagi dos sistemes de correcció:1. Correcció prova: aquesta propietat s’anomena
autocorrectora i d’aquesta manera es passa d’una probabilitat d’errada de 10-6 a 10-8, però encara així és insuficient si es té en compte la llargada del genoma humà 109 parells de bases i que pateixen (els organismes superiors) milions de replicacions.
2. Correcció postreplicativa: es realitza una vegada s’ha produït la replicació, disminuint la probabilitat a 10-10. Segueix tres fases:
a) detecció: en la cadena motlle les A de les seqüències GATC han sigut metilades.
b) s’elimina la seqüència erròniac) reemplaçament de la seqüència correcta
9
1. La replicació de la doble cadena d’ADN2. La replicació de l’ADN en els eucariotes
És quasi idèntica doncs és també bidireccional i semiconservativa.Les diferències radiquen en les peculiaritats dels cromosomes eucariotes:
Són lineals: això implica dos fenòmens:1. Existeixen múltiples bombolles de replicació i els fragments d’Okazaki són
més llargs (1.000 nucleòtids).Existeixen extrems o telòmers que no es poden replicar al no poder començar la replicació en aquelles zones, fins que les cèl·lules moren de tant dividir-se. Algunes cèl·lules (les gametogèniques) presenten un enzim que recupera els telòmers anomenat telomerasa
10
1. La replicació de la doble cadena d’ADN2. La replicació de l’ADN en els eucariotes
2. Tenen histones: les histones noves s’uneixen a les cadenes retardades i les antigues es queden unides a la cadena conductora
11
2. El descobriment de James Watson i Francis Crick
1962 foren premiats amb el premi Nobel per haver esbrinat l’estructura de l’ADN
12
3. La biotecnologia
És la ciència que aplica organismes, sistemes o processos biològics a la indústria. També es pot definir com la utilització de material biològic per aconseguir un altre material biològic però de menys valor.
Si el que s’utilitza és material genètic manipulat s’anomena enginyeria genètica o bioenginyeria.
13
3. La biotecnologia1. La tècnica de l’ADN recombinant
Aquesta tècnica aconsegueix: * desxifrar un tros de cadena d’ADN, * obtenir-ne còpies, * fer canvis que es tradueixen en canvis genètics i * implantar aquests fragments en l’ADN d’altres cèl·lules
a) El tall en l’ADN específicAmb endonucleases de restricció específiques que
reconeixen el principi i final (extrems enganxosos) d’un gen, se separen els gens.
14
3. La biotecnologia1. La tècnica de l’ADN recombinant
b) La inserció de fragments d’ADN en vectors de clonacióS’introdueixen el gens obtinguts (amb ligases) en un bacteri mitjançant:* virus bacteriòfags* plasmidis o fragments d’ADN circular independents del material genètic bacterià amb una característica coneguda com la resistència a un determinat antibiòtic.Els bacteris es posen en l’antibiòtic determinat per eliminar els que no han incorporat el plasmidi. Els bacteris es posen en un medi de cultiu per replicar tant el material genètic com el plasmidi. S’obté doncs un clon. Si obtenim un conjunt de clons tenim una biblioteca genòmica.
15
3. La biotecnologia1. La tècnica de l’ADN recombinant
16
3. La biotecnologia1. La tècnica de l’ADN recombinant
c) Detecció dels gens adients entre els clons obtingutsPer això, s’utilitzen tècniques d’hibridació (desnaturalització prèvia) amb isòtops radioactius (cal conèixer la seqüència del gen per fabricar una cadena complementària) que es poden observar per autoradiografia.
17
3. La biotecnologia1. La tècnica de l’ADN recombinant
d) Les biblioteques d’ADN complementariA partir d’ARNm d’una cèl·lula, s’utilitza la transcriptasa inversa pròpia de retrovirus, amb la capacitat de sintetitzar ADN a partir d’ARN i s’anomena ADN complementari. A partir d’aquí ja es pot utilitzar ADN polimerasa per sintetitzar la cadena complementària.
18
3. La biotecnologia2. La polimerització en cadena
Es van trencant ADN amb presència de calor (desnaturalització) i ADN polimerasa i fent còpies, fins que s’obté una elevada quantitat d’ADN.
Es trenca amb enzims de restricció i es desnaturalitza i s’observa el grau d’hibridació.
19
3. La biotecnologia3. Formació d’organismes transgènics
Organismes transgènics: són organismes que tenen en totes les seves cèl·lules gens (transgens) que pertanyen a altres espècies.
S’obtenen:* plantes resistents a plagues i herbicides* animals que produeixen productes útils (antibiòtics, etc.) en llocs de fàcil extracció (insulina en la glàndula mamària)
20
3. La biotecnologia4. La teràpia gènica
Consisteix en introduir un gen en les cèl·lules on aquest gen és traduït. Es pot fer mitjançant:
* retrovirus (contenen transcriptasa inversa i el gen que es vol introduir)
* liposomes
21
3. La biotecnologia5. El projecte genoma humà. La bioètica
Projecte que intenta localitzar i descriure els gens humans. La primera part ja s'ha aconseguit (uns 30.000 gens)
Cal aplicar la bioètica doncs genera tot una sèrie de qüestions ètiques que cal tenir en compte.
Avantatges:* conèixer els gens anòmals i prevenir les conseqüències com intentar canviar-los• coneixement més gran de la nostra espècie i les seves capacitats
Inconvenients:* possibles discriminacions socials i laborals* manipulació de la descendència
