REPLICACIÓN, REPARACIÓN Y RECOMBINACIÓN DEL DNA. CAPÍTULO 5

Lo que a continuación prosigue es la primera fase, previa a esa lectura anterior que ya se realiza sin interrupciones, y que da origen a la transcripción que observas y sucederá, en su mayor parte, a ritmo de dictado [con gran lentitud], por si tú deseas realizarla, para ir familiarizándote con los contenidos a una velocidad de procesamiento que permite la intervención del pensamiento, yo me limito a reproducir mi proceso:

EL MANTENIMIENTO DE LAS SECUENCIAS DEL DNA

- Las frecuencias de mutación son extremadamente bajas.

- Para que exista la vida tal como la conocemos son necesarias bajas frecuencias de mutación.

RESUMEN PRIMERO

En cualquier célula, las secuencias de DNA se mantienen y se replican con una alta fidelidad. La frecuencia de mutación, alrededor de 1 cambio de nucleótido por

cada  nucleótidos cada vez que se replica el DNA, es aproximadamente la misma para organismos tan distintos como las bacterias y los humanos. Dada esta alta

fidelidad, la secuencia del genoma humano [aproximadamente 3 x pares de nucleótidos] sólo cambia en 3 nucleótidos cada vez que la célula se divide. Este hecho permite a la mayoría de los humanos transmitir de forma cuidadosa las instrucciones genéticas de una generación a la siguiente y también evitar los cambios en las células somáticas que llevarían a un cáncer.>>

MECANISMOS DE REPLICACIÓN DEL DNA

- El apareamiento de bases es la esencia de la replicación y de la reparación del DNA.

- La horquilla de replicación es asimétrica.

- El elevado grado de fidelidad del mecanismo de replicación del DNA requiere la existencia de un mecanismo de ”corrección de pruebas”.

- Sólo la replicación del DNA en sentido 5′ a 3′ permite la existencia de un proceso eficiente de corrección de errores.

- Una enzima especial que polimeriza nucleótidos sintetiza moléculas cebadoras de RNA cortas sobre la cadena retrasada.

.

- Unas proteínas especiales ayudan a abrir la doble hélice del DNA por delante de la horquilla de replicación.

- Una abrazadera deslizante mantiene unida al DNA   una molécula de DNA polimerasa móvil.

- En la horquilla de replicación, una serie de proteínas cooperan entre sí formando una ”maquinaria de replicación” .

- Un sistema de corrección de errores de apareamiento elimina los errores de replicación producidos por la maquinaria de replicación.

- Las DNA topoisomerasas evitan que el DNA se enrede durante la replicación.

- La replicación del DNA en los eucariotas es básicamente similar a la de los procariotas.

RESUMEN SEGUNDO

<<La replicación del DNA tiene lugar en una estructura en forma de Y llamada horquilla  de replicación. Una DNA polimerasa autoconectora cataliza la polimerización de nucleótidos en sentido 5′ a 3′, copiando un patrón de DNA con una fidelidad notable. Puesto que las dos cadenas de una doble hélice de DNA son antiparalelas, esta síntesis 5′ a 3′ del DNA sólo puede ocurrir de forma continua en una de las dos cadenas (la cadena conductora) de la horquilla de replicación. En la cadena retrasada se sintetizan pequeños fragmentos de DNA mediante un proceso de ”punto hacia atrás”. Debido a que la DNA polimerasa autocorrectora no puede iniciar la síntesis de una cadena de DNA estos fragmentos de DNA sobre la cadena retrasada se inician mediante cortas moléculas de cebador de RNA, las cuales serán eliminadas más tarde y sustituidas por DNA.

La replica del DNA requiere la cooperación de muchas proteínas, entre las cuales se encuentran:

1) Una DNA polimerasa y una DNA primasa que catalizan la polimerización de nucleósidos trifosfato.

2) DNA helicasas y proteínas de unión a DNA de cadena sencilla, que colaboran en la apertura de la hélice de DNA que se va a copiar.

3) Una DNA ligasa y una enzima que degrada los cebadores de RNA, uniendo los fragmentos de DNA de la cadena retrasada sintetizados de forma discontinua.

4) DNA topoisomerasas que actúan solventado problemas de enrollamiento y enmarañamiento de la hélice. Muchas de estas proteínas  se asocian unas con otras en la horquilla de replicación formando una ”maquinaria de replicación” altamente eficiente, mediante la cual se coordinan las actividades y los movimientos especiales de los componentes individuales.>>

INICIACIÓN Y TERMINACIÓN DE LA REPLICACIÓN DEL DNA EN LOS CROMOSOMAS

- La síntesis de DNA empieza en los orígenes de la replicación.

- Los cromosomas bacterianos normalmente tienen un sólo origen de replicación del DNA.

- Los cromosomas de las células eucariotas tienen varios orígenes de replicación.

- En eucariotas la replicación de DNA sólo tiene lugar durante una parte del ciclo celular.

- En la fase S se replican distintas regiones de un mismo cromosoma a distintos tiempos.

- La cromatina altamente condensada se replica de forma tardía, mientras que los genes presentes en la cromatina   menos condensada tienden a replicarse antes.

- Unas secuencias bien definidas de DNA actúan como origen de la replicación en eucariotas sencillos como la levadura.

- En los orígenes de replicación de eucariotas se unen grandes complejos formados por muchas subunidades.

- Dificultad para identificar las secuencias del DNA que especifican el inicio de la replicación en mamíferos.

- Detrás de la horquilla de replicación se ensamblan nuevos nucleosomas.

- Los mecanismos de duplicación cromosómica en eucariotas aseguran que los patrones de modificación de histonas se pueden heredar.

- La telomerasa replica a los extremos de los cromosomas.

- Las células y los organismos regulan la longitud del telómero.

.RESUMEN TERCERO

<<Las proteínas que inician la replicación del DNA se unen a secuencias de DNA en el origen de replicación y catalizan la formación de una burbuja de replicación con dos horquillas de replicación que se desplazan en sentidos opuestos. El proceso empieza cuando se forma un complejo iniciador proteína-DNA y posteriormente carga una DNA helicasa al patrón de DNA. Después se añaden otras proteínas formando la ”maquinaria de replicación”  multienzimática que en cada horquilla de replicación cataliza la síntesis del DNA.

En bacterias y en algunos organismos eucariotas sencillos, los orígenes de replicación  están determinados por secuencias de DNA específicas que tienen una longitud de unos centenares de pares de bases. En otros organismos eucariotas, como los humanos, parece que las secuencias necesarias, para especificar el origen de replicación del DNA no están tan bien definidas y el origen puede abarcar varios miles de pares de bases.

Por lo general, las bacterias tienen un único origen de replicación en un cromosoma circular. Pueden replicar su genoma en menos de una hora, con una horquilla de replicación que se desplaza a una velocidad de 1000 nucleótidos por segundo. La replicación del DNA en células eucariotas sólo tiene lugar durante una parte del ciclo celular, la fase S. La horquilla de replicación se desplaza aproximadamente 10 veces más despacio que la horquilla de replicación de bacterias; debido a la mayor longitud de los cromosomas es necesaria la presencia de varios orígenes de replicación para completar la replicación de la fase S, que suele durar unas 8 horas en las células humanas. En estos cromosomas eucariotas, los diferentes orígenes de replicación se activan siguiendo una secuencia, determinada en parte por la estructura de la cromatina, replicándose en último lugar las regiones de la cromatina más condensada.

Después de pasar la horquilla de replicación, la estructura de la cromatina vuelve a formar con la adición de nuevas histonas a las histonas ya existentes que hereda cada molécula de DNA hija. El mecanismo de duplicación de los cromosomas permite que el patrón de modificación de histonas paterno se transmita a los cromosomas hijos y proporcione así un medio de transmisión de la herencia epigenética. Los eucariotas resuelven el problema de la replicación de sus extremos de los cromosomas lineales

con una estructura especializada en el extremo, el telómero, que se mantiene gracias a una enzima polimerasa especial llamada telomerasa. La telomerasa alarga una de las cadenas de DNA del final del cromosoma mediante un patrón de RNA que es parte integral de la propia enzima; el resultado es una secuencia de DNA altamente repetida de algunas unidades de pares de nucleótidos al final de cada cromosoma.>>

.REPARACIÓN DEL DNA

- Si no fueran corregidas las alteraciones espontáneas del DNA podrían cambiar rápidamente las secuencias del DNA.

- La doble hélice de DNA es reparada con rapidez.

- Las alteraciones del DNA pueden ser eliminadas por más de una vía.

- El acoplamiento de la reparación del DNA a la transcripción asegura que el DNA más importante de la célula se repara de forma eficiente.

- Las propiedades químicas de las bases del DNA facilitan la detección de las alteraciones.

- Se utilizan DNA polimerasas para reparar el DNA en casos de emergencia.

- Las roturas en la doble cadena son reparadas de forma eficiente.

- Las alteraciones del DNA retrasan la progresión del ciclo celular.

.RESUMEN CUARTO

<<La información genética puede ser almacenada de forma estable en las secuencias de DNA, solamente porque un gran conjunto de enzimas reparadoras rastrean de forma continua el DNA y reemplazan cualquier nucleótido  alterado. La mayoría de los tipos de reparación del DNA dependen de la presencia de una copia separada  de la información genética en cada una de las dos cadenas de la doble hélice del DNA. De este modo, una enzima reparadora elimina una lesión accidental en una de las células y resintetiza la cadena utilizando como referencia la información contenida en la cadena no alterada.

La mayor parte de las alteraciones en bases del DNA son eliminadas por una de las dos principales vías de reparación del DNA. En la reparación por eliminación de bases, la base alterada es eliminada por una enzima DNA glucosilasa y a continuación se corta el azúcar fosfato  resultante. En la reparación por eliminación de nucleótidos, se elimina de la doble hélice de DNA una pequeña sección de la cadena de DNA que rodea la alteración en forma de oligonucleótido. En ambos casos, el hueco dejado en la hélice del DNA se rellena mediante la acción secuencial de una DNA polimerasa y una DNA ligasa, utilizando la cadena de DNA no alterada como patrón. Algunos tipos de daño del DNA se reparan mediante una estrategia diferente: la reversión química directa del daño, la cual es llevada a cabo por proteínas de reparación especializadas.

Otros sistemas de reparación cruciales -basados en mecanismos de unión en extremos no homólogos o en la recombinación homólogaa- son capaces de corregir las roturas accidentales de la doble cadena que ocurren en la hélice de DNA. En la mayoría de las células, un nivel elevado de alteraciones en el DNA provoca un retraso en el ciclo celular mediante los puntos de control, los cuales aseguran que el DNA sea reparado antes de que la célula se divida.>>

.RECOMBINACIÓN HOMÓLOGA

- La recombinación homóloga tiene muchas utilidades en la célula.

- La recombinación homóloga tiene características comunes en todas las células.

- El apareamiento de bases de DNA guía la recombinación homóloga.

- La proteína RecA y sus homólogas  permiten que una molécula de una sola cadena de DNA se aparee con una región homóloga en una doble hélice.

- La migración de cadenas puede alargar las regiones de heterodúplex o dejar el DNA de nueva síntesis como DNA de cadena sencilla.

- La recombinación homóloga puede reparar de forma perfecta roturas en la doble cadena de DNA.

- Las células regulan estrechamente la utilización de la recombinación homóloga en la reparación del DNA.

- Las uniones tipo Holliday a menudo se forman durante las recombinaciones homólogas.

- La recombinación meiótica empieza con una rotura programada de la doble cadena.

- La recombinación homóloga genera a menudo una conversión génica.

- La corrección de errores de apareamiento evita la recombinación promiscua entre dos secuencias de DNA mal apareadas.

.RESUMEN QUINTO

<<La recombinación homóloga [también llamada recombinación general] da lugar a la transferencia de información genética entre dos segmentos dúplex de DNA de secuencia nucleotídica similar. Este proceso es esencial para la reparación sin errores del daño cromosómico en todas las células y también es el responsable del entrecruzamiento de cromosomas que tiene lugar durante la meiosis. Los fenómenos de recombinación están dirigidos por un conjunto especializado de proteínas.  A pesar de que puede ocurrir en cualquier parte de la molécula de DNA, siempre requieren interacciones de apareamiento en regiones extensas entre las cadenas complementarias de los dos dúplex de DNA que interaccionan. En la meiosis, la recombinación homóloga se inicia con la rotura de la doble cadena llevada a cabo de forma intencionada en cada cromosoma. Estas roturas son transformadas en extremos 3′ los cuales, mediante una reacción catalizada por la familia de proteínas RecA, invaden la cadena homóloga en la pareja de dúplex. La migración de cadenas acompañada de las síntesis limitada de DNA conduce a la formación de estructuras de cuatro cadenas conocidas con el nombre de uniones de Holliday.

Cada reacción de recombinación termina cuando se resuelven estos intermediarios de la recombinación. El resultado puede ser o bien dos cromosomas que se han entrecruzado (es decir, cromosomas en los que el DNA a cada lado del punto de bifurcación  procede de dos homólogos diferentes) O bien dos cromosomas que no se han entrecruzado. En el último caso, los dos cromosomas resultantes son idénticos a los dos homólogos originales, excepto por la cantidad de cambios de secuencia relativamente menores en el punto de recombinación. Con excepción de la meiosis, las reacciones de recombinación homóloga que reparan con precisión las roturas de la doble cadena casi nunca producen productos de entrecruzamiento.>>

.TRANSPOSICIÓN Y RECOMBINACIÓN CONSERVATIVA ESPECÍFICA DE LUGAR.

- Los elementos genéticos móviles se pueden insertar en cualquier secuencia de DNA mediante transposición.

- Los transposones sólo de DNA se desplazan mediante mecanismos de corte y unión y mecanismos replicativos.

- Algunos virus utilizan mecanismos de transposición para desplazarse a cromosomas de la célula huésped.

- Los retrotransposones retrovirales se parecen a los retrovirus  pero no tienen proteína de cubierta.

- Una gran proporción del genoma humano está compuesto de retrotransposones no retrovirales.

- En distintos organismos predominan distintos elementos transponibles

- La secuenciación del genoma permite conocer aproximadamente cuándo se han desplazado los elementos transponibles.

- La recombinación conservativa específica de lugar puede reordenar el DNA de forma reversible.

- La recombinación conservativa específica de lugar fue descubierta en el bacteriófago λ

- La recombinación conservativa específica de lugar se utiliza para activar o desactivar genes.

.RESUMEN SEXTO

<<Los genomas de prácticamente todos los organismos contienen elementos genéticos móviles que pueden desplazarse desde una posición en el genoma a otra, mediante procesos de recombinación transposicional o conservativa específica de lugar. En la mayoría de los casos, este desplazamiento se produce al azar y ocurre con frecuencias muy bajas. Los elementos genéticos móviles incluyen los transposones, que se desplazan dentro de una misma célula (y sus descendientes), y todos aquellos virus cuyos genomas pueden integrarse en los genomas de sus células huésped. Existen tres clases de transposones de DNA, retrotransposones retrovirales y retrotransposones no retrovirales. Excepto los de la tercera clase, todos los transposones tienen parientes muy cercanos entre los virus. A pesar de que los virus y los elementos transponibles pueden considerarse como parásitos, muchos de los nuevos ordenamientos de las secuencias del DNA que producen sus procesos de recombinación específica de lugar han generado una variabilidad genética crucial para la evolución de las células y los organismos.>>

.

.