La estructura del DNA y su replicación

“El DNA contiene la información genética de los individuos, la cual se

encuentraen la secuencia de

nucleótidos y, el mecanismo de

replicación, hace posible que

esta se transmita de manera intacta a la

descendencia.”

ADN

ESTRUCTURA DEL DNA

• Entre 1949 y 1951, Erwin Chargaff utilizó una nueva técnica para analizar la composición de bases nitrogenadas de diversas fuentes de DNA. Los resultados obtenidos se resumen en las "leyes de equivalencia de las bases nitrogenadas"– En todo tipo de DNA, la cantidad de adenina es la misma que la de timina, mientras que la

cantidad de guanina es igual a la de citosina.

– El DNA de tejidos diferentes de la misma especie, tiene la misma composición de bases nitrogenadas.

– La composición de bases nitrogenadas en el DNA varía de una especie a otra.

– La composición del DNA de una especie, no cambia con la edad o con la nutrición.

• En 1953 James Watson y Francis Crick, apoyados en los trabajos de Chargaff y la técnica de difracción de rayos X utilizada por Rosalind Franklin y Maurice Wilkins, establecieron un modelo tridimensional para la estructura del DNA, así como un mecanismo para explicar la manera en que el DNA se duplicaba; a este modelo actualmente se le conoce con el nombre de "la doble hélice“.

CARACTERÍSTICAS DE LA ESTRUCTURA DEL DNA

De acuerdo con Watson y Crick, la estructura del DNA presenta las siguientes características:

1. La molécula de DNA está formada por dos cadenas de polinucleótidos enrolladas alrededor de un mismo eje, formando una doble hélice. Esta estructura tiene semejanza a una escalera de "caracol".

2. Las dos cadenas son antiparalelas ya que una de las cadenas empieza por el extremo donde se encuentra el residuo 5', mientras que la otra lo hace por el extremo donde se encuentra el residuo 3' (Fig.2).

3. Las bases nitrogenadas de los nucleótidos se orientan hacia el interior de la doble hélice, mientras que los grupos fosfato y las moléculas de azúcar se orientan hacia el exterior.

4. Las bases de ambas cadenas están unas frente a otras y se unen a través de puentes de hidrógeno: dos entre la adenina y la timina(A=T) y tres entre la guanina y la citosina (G ≡ C).

5. La longitud de cada vuelta en la hélice es de 3.4 ηm. Un nanómetro es igual a 10-9 m.

6. La distancia entre un par de nucleótidos y otro es de 0.34 ηm, por lo tanto, en cada vuelta debe haber 10 pares de nucleótidos.

FUNCIÓN DEL DNA• El DNA o ácido desoxirribonucléico, contiene la información

genética de las células u organismos.

• Dado que esta molécula está formada por una secuencia específica de nucleótidos de adenina, guanina, citosina y timina, debemos suponer que la información, de alguna manera, se encuentra almacenada en esta secuencia.

• Los hechos experimentales demuestran, que la información se transmite a la descendencia durante el proceso de reproducción celular; así mismo, se sabe que el mecanismo empleado para ello se denomina replicación.

• La replicación del DNA asegura que la información genética pase tal cual a la descendencia, de manera inalterada, todas las veces que la célula se divida.

REPLICACIÓNDe manera independiente a que una célula tenga un solo cromosoma (como las células procarióticas) o que tenga varios cromosomas (como las células de organismos eucarióticos), el genoma completo debe ser replicado con precisión una vez en cada ciclo celular.

Las células efectúan y regulan actos individuales de replicación con una unidad de DNA llamada el replicón. Cada replicón tiene un origen y una terminación; en células eucarióticas el replicón "se dispara" una vez en cada ciclo y en células procarióticas puede disparase más de una vez entre división y división. Este proceso es regulado durante la iniciación y la reacción y tiene procesividad total.

El mecanismo propuesto por Watson y Crick para la replicación del DNA, se puede resumir en los siguientes puntos:

1. La replicación comienza por la secuencia Origen. En este punto por acción enzimática se rompen los puentes de hidrógeno. Los procariotas poseen un solo origen mientras que en eucariotas encontramos varios orígenes de replicación.

2. La doble cadena se abre a manera de un ziper, quedando las bases nitrogenadas expuestas al medio ambiente celular; cada cadena se convierte en un molde para que se forme una nueva secuencia complementaria. Cada nueva banda de DNA se inicia con la síntesis de un primer (o cebador) de RNA (es decir, lo primero que se forma es un hibrido DNA-RNA). Estos primers son eliminados más tarde durante la replicación y son reemplazados con DNA por una enzima particular.

3. Los nucleótidos se añaden uno por uno al extremo 3' de cada cadena nucleotídica. La dirección resultante 5' - 3' de crecimiento de la banda (Figura 2), es la misma para el DNA y para la síntesis del RNA y para casi todas las reacciones que involucran a los ácidos nucleicos bien sea en síntesis o en degradación.

4. En cada horquilla de replicación se sintetizan dos bandas nuevas de DNA.

La banda lider que se sintetiza continuamente y la banda retardada cuya síntesis es discontinua, pues se sintetiza en forma de segmentos cortos, cada uno iniciado por un primer; más tarde los primers son eliminados y los segmentos cortos se unen para producir una molécula continua.

La banda líder se sintetiza en la misma orientación en que se mueve la horquilla de replicación, mientras que la banda retardada se sintetiza en la dirección opuesta.

FRAGMENTOS DE OKAZAKI:Estos son los Fragmentos de RNA-DNA que son resultados de la síntesis de DNAen la hebra discontinua. Estos son sintetizados en dirección 5’3’ perodiscontinuamente, luego de la remoción de los primers (RNA) son unidos por laDNA Ligasa.

CARACTERÍSTICAS DE LA REPLICACIÓN DEL DNA

1. Es semiconservativa ya que al final de la duplicación, cada molécula de DNA presenta una hebra original y una hebra nueva.

2. Es bidireccional, ya que a partir de un punto dado, la duplicación progresa en dos direcciones.

3. La replicación avanza adicionando mononucleótidos en dirección 5' → 3‘.

4. Es semidiscontinua, ya que en una de las hebras (hebra conductora) se sintetizan filamentos bastante grandes y de forma continua, mientras que en la otra (hebra retardada) la síntesis es discontinua, ya que se van sintetizando fragmentos pequeños que se disponen de manera separada.

5. El proceso de duplicación del DNA es controlado enzimaticamente, asegurando así una alta fidelidad en la información que contiene la copia.

Enzima Función

DNA POLIMERASA I Polimerasa 5’3’Exonucleasa 3’5’ y 5’3’

DNA POLIMERASA II Exonucleasa 3’5’ reparación

DNA POLIMERASA III Polimerasa 5’3’ replicacionExonucleasa 3’5’ revisora

DNA GIRASA Desempaqueta el DNA y lo desenrrolla

PRIMASA Encargada de la sintesis del primer

TOPOISOMERASA Evita los superenrollamientos

HELICASA Separa los puentes de hidrogeno que unen la doble hebra

LIGASA Une fragmentos de Okasaki

ENZIMAS DE LA REPLICACIÓN

Visión del panorama real de la replicación