Módulo 2 Mecanismos básicos de replicación del DNA (2014)

Apunte Español
Universidad Universidad de Lleida (UdL)
Grado Ciencias Biomédicas - 1º curso
Asignatura Biologia Molecular
Año del apunte 2014
Páginas 18
Fecha de subida 03/05/2016 (Actualizado: 03/05/2016)
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1º C. Biomédicas (UdL) Irene LV BIOLOGÍA MOLECULAR Módulo 2-Mecanismos básicos de replicación del DNA A partir de la estructura del DNA, los propios Watson y Crick (descubridores de esta) propusieron un modelo de mecanismo de replicación del DNA: las dos cadenas se separan y, mediante la complementariedad de las bases se dirigía la replicación, creando dos cadenas nuevas.
La estructura en doble hélice del DNA (y la complementariedad de las bases) ya sugería que el modelo de replicación sería SEMICONSERVATIVO (modelo actualmente aceptado): en las moléculas ya replicadas de DNA, una cadena proviene de la molécula original (“madre”) y la otra ha sido sintetizada.
Se propusieron tres modelos para la replicación: - - Distributivo (o dispersivo): se distribuye parte del material genético de la cadena original (“madre”) hacia las cadenas hijas.
Semiconservativo: solo se conserva una cadena de la que se sintetiza una complementaria.
Conservativo: la doble hélice original se conserva y una nueva es sintetizada.
El experimento de Meselson-Stahl se realizó para determinar cuál era el modelo concreto de la replicación del DNA.
Para ello se marcó el DNA con isótopos de nitrógeno pesados, para que, al centrifugar, aquel DNA que tuviera esos isótopos (más pesados) se depositara abajo. El 14N es el isótopo más abundante de nitrógeno, pero, con 15N, el DNA continúa siendo estable (el isótopo 15N no es radioactivo).
Se realizó un cultivo con E. Coli con su DNA marcado con el isótopo más pesado; se centrifugaron los DNA de varias generaciones obteniéndose los siguientes resultados: DNA parental: DNA pesado (isótopo 15N) 1ª generación: solo DNA híbrido; se pudo descartar el modelo conservativo) 2ª generación: había DNA híbrido y DNA ligero (sin isótopos pesados); pudo descartarse el modelo distributivo.
Los resultados de este experimento solo eran compatibles con el modelo semiconservativo.
1 Biología Molecular - Módulo 2 Las dos cadenas de DNA se separan en la HORQUILLA DE REPLICACIÓN. Se trata del punto donde se separan las cadenas de DNA y donde se van sintetizando las cadenas hijas (todo ello realizado mediante enzimas). En la horquilla de replicación se dan dos tipos de actividad enzimática: Actividad helicasa abre la doble hélice.
Actividad polimerasa, que se encarga de la síntesis de las nuevas cadenas.
La replicación comienza en el origen de replicación. En el punto donde está el origen se abre una estructura con forma de ojo, conocida como REPLICÓN (formado por DNA replicado y por fragmentos aún sin replicar). Un replicón es, por tanto, todas las secuencias que se replican desde un origen de replicación.
A partir de este origen de replicación surgen DOS HORQUILLAS, una a cada lado del replicón (la doble hélice se abre por los dos sitios). Por tanto, en la mayoría de casos, la replicación del DNA es un proceso bidireccional. De cada una de las dos horquillas que se establecen a partir del origen de replicación se sintetiza una cadena de DNA. No obstante, la replicación unidireccional se da en algunos procariotas y en el DNA mitocondrial (la replicación es unidireccional cuando una sola horquilla se crea en el origen).
Además, también se sabe que en organismos procariotas solo hay un origen de replicación por cada molécula de DNA, en cambio, en eucariotas hay más de un origen por cromosoma.
No todos los orígenes de replicación se activan al mismo tiempo durante la fase S.
Además, como las horquillas de replicación avanzan en direcciones opuestas, los diferentes replicones se irán encontrando a medida que se alcanza la fase S (no todos los replicones tienen la misma medida, ni en todos se replica la misma cantidad de DNA).
Si calculamos la distancia entre dos orígenes hallaremos la longitud de los replicones que los contienen. La distancia media entre orígenes puede dar una idea de la cantidad de pares de bases que se replican en un replicón. En humanos, la longitud media de un replicón es de 200k pares de bases.
2 1º C. Biomédicas (UdL) Irene LV Durante la replicación, el replicón consta de dos CADENAS MOLDE (de la doble hélice de DNA original, a partir de las cuales se sintetiza la molécula de DNA hija), y dos CADENAS NACIENTES que se están sintetizando (una a partir de cada cadena molde). La cadena molde es la que dicta la secuencia de la cadena que se está sintetizando.
Para que se produzca la síntesis de DNA, aparte de la cadena molde y de la presencia de desoxinucleótidos (para formar la nueva cadena de DNA) es necesario una enzima: la DNA polimerasa, que emplee los desoxinucleótidos como sustrato y los vaya añadiendo a la cadena naciente en función de la secuencia de la cadena molde.
La DNA polimerasa “ataca” el primer fosfato del desoxinucleótido (que tiene 3 fosfatos) formando un enlace covalente entre el oxígeno (del -OH del último nucleótido añadido) y el fósforo; esta reacción es energéticamente favorable, ya que se libera energía de romper los enlaces entre los grupos fosfatos. El pirofosfato es producto de esa reacción (su posterior hidrólisis también libera energía).
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Cabe recordar que el DNA tiene polaridad, es decir, la molécula de DNA tiene un extremo 3’ y un extremo 5’. La síntesis de DNA siempre se produce en la misma dirección (de la cadena naciente, ya que la molde “solo sirve” para determinar cuál es el siguiente nucleótido): 5’3’. Para que la DNA polimerasa pueda añadir un nuevo nucleótido, la cadena que se está sintetizando debe tener un –OH libre en el extremo 3’. Es el CEBADOR o PRIMER el que aporta este extremo 3’ con un hidroxilo libre, necesario para que la enzima DNA polimerasa pueda engancharse.
DNA polimerasa y el mecanismo de polimerización Como ya se ha dicho antes, se trata de la enzima que cataliza la replicación del DNA, añadiendo desoxinucleótidos. Además, la DNA polimerasa también tiene actividad correctora: cuando añade un nucleótido equivocado tiene la capacidad de eliminarlo.
La estructura de la enzima se puede equiparar a la de un una mano medio abierta, en la que destacan las zonas que se asemejan al pulgar, a la palma de la mano (por donde, en teoría, entra el DNA) y a los dedos.
3 Biología Molecular - Módulo 2 Como también se ha dicho antes, para que se produzca la polimerización es necesario el apareamiento de bases.
El –OH libre ataca de forma neutrófila el grupo fosfato, haciendo saltar al grupo difosfato (pirofosfato) y formando un enlace covalente entre el oxígeno y el fósforo. La forma del centro activo determina si se produce o no la reacción: - Si no hay complementariedad entre las bases, éstas se encuentran a demasiada distancia (no quedan bien posicionadas) y no se produce la reacción.
- 4 En el centro activo, hay una serie de aa que actúan como discriminadores: Si en la posición 2’ del nucleótido hay un grupo hidroxilo (-OH), el nucleótido (ribonucleótido) no queda bien posicionado en el centro activo, por lo que no se forman los enlaces. Por ello, la DNA polimerasa no puede polimerizar ribonucleótidos, solo desoxinucleótidos.
1º C. Biomédicas (UdL) Irene LV Además, la DNA polimerasa necesita dos iones metálicos que actúen como COFACTORES.
Los iones se unen por interacciones con residuos de aspartato muy conservados, presentes en la secuencia polipeptídica de la DNA polimerasa. Uno de los iones interacciona con el OH del extremo 3’, reduciendo la asociación entre el H y el O y, por tanto, incrementando nucleofilidad del O para facilitar que formación del enlace covalente con el fósforo. El otro ión interacciona con el grupo fosfato del nucleótido entrante para neutralizar las cargas negativas, estabilizándolas.
La mayor parte de las DNA polimerasas funcionan con magnesio.
En la imagen se pueden ver los iones metálicos representados con dos bolitas verdes; el DNA está pintado de color gris; el nucleótido entrante es rojo y los grupos fosfato, amarillos.
Las enzimas no son rígidas, se adaptan al sustrato mediante cambios conformacionales. La DNA polimerasa gira unos 40o más o menos para posicionar mejor el nucleótido entrante. Al entrar un nuevo nucleótido, el residuo tyr (presente en el centro activo de la enzima) se aparea (por interacción hidrofóbica) con la base entrante. Además los aa lis y arg (residuos con carga positiva) interaccionan con el grupo fosfato del nucleótido entrante (como puede verse en la imagen, los residuos lis y arg, al tener carga positiva, también interaccionan, junto con los fosfatos del nucleótido, con el extremo 3’ –OH de la cadena naciente).
La cadena molde que se está replicando hace un giro en la DNA polimerasa para exponer el nucleótido que sirve de molde para el nucleótido entrante; el resto de bases nitrogenadas (desapareadas) de la cadena molde quedan fuera del centro activo de la enzima.
5 Biología Molecular - Módulo 2 Procesividad de la DNA polimerasa Las DNA polimerasas son enzimas muy procesivas, esto quiere decir que son capaces de polimerizar muchos nucleótidos una vez se han unido a la cadena molde.
Se pueden distinguir dos fases al inicio de la replicación: - Unión de la polimerasa al DNA; la enzima se una al cebador (que aporta l extremo 3’ –OH libre que necesita). Se trata de un suceso lento (dura 1 segundo).
- Adición de nucleótidos. Una vez se ha unido a la cadena que se está sintetizando, la enzima comienza a polimerizar de manera muy rápida. Si la enzima no es procesiva, salta cada vez que entra un nuevo nucleótido (y se requiere otra vez de la unión de la polimerasa al DNA o “fase lenta”). SI la enzima es procesiva, polimeriza a gran velocidad (1000 nucleótidos/segundo).
La especifidad de la DNA polimerasa se ve incrementada por interacciones electrostáticas entre el “pulgar” y la “palma” y por el producto bicatenario de la reacción, que permiten que la enzima se mantenga enganchada y pueda añadir más nucleótidos.
6 1º C. Biomédicas (UdL) Irene LV Fidelidad de la replicación La replicación es un mecanismo complejo que debe mantener la máximo la fidelidad entre copias. Por ello, la DNA polimerasa es capaz de corregir los errores que se produzcan durante el proceso (y que ella misma pueda ocasionar, ya que, de cuando en cuando, la DNA polimerasa se puede equivocar ocasionando una equivocación); si el nucleótido incorporado no es correcto, ella misma puede deshacer el error, rompiendo el último enlace fosfodiéster (hidrolizándolo) gracias a su actividad exonucleasa 3’5’ y corregirlo. Por tanto, la DNA polimerasa dispone de diferentes actividades en diferentes dominios de su estructura. Esta actividad exonucleasa aumenta la fidelidad de la replicación unas 100 veces.
Las enzimas exonucleasas actúan por el extremo de la cadena (si actuasen por el centro de esta se trataría de endonucleasas).
Cabe decir también que la equivocación por parte de la DNA polimerasa se produce con una frecuencia muy baja. Cuando el error se produce, la enzima para la replicación y mueve (desliza) el DNA hasta el lugar con actividad nucleasa para corregir el error (como puede verse en la imagen).
Replicación del DNA Como se ha dicho antes, la DNA polimerasa necesita un extremo 3’ –OH libre para poder unirse al DNA y comenzar a replicar; este extremo es proporcionado por el cebador o primer. Este cebador se trata de una pequeña secuencia de RNA, complementaria a la cadena de DNA, que es sintetizada por una enzima: la DNA primasa (una RNA polimerasa). La DNA primasa siempre va acompañada: forma parte del complejo DNA pol α primasa, compuesto por una primasa y la α DNA polimerasa, que continúa con la síntesis de DNA tras el cebador. A partir del primer o cebador, la DNA polimerasa α irá añadiendo nucleótidos hasta que, posteriormente se suelta y deja sitio a otras DNA polimerasas. En la cadena que se está sintetizando, queda por tanto, un segmento con RNA.
7 Biología Molecular - Módulo 2 La síntesis de DNA se produce de manera semidiscontinua.
En cada horquilla de replicación se están sintetizando dos cadenas ANTIPARALELAS, pero como la DNA polimerasa solo polimeriza en dirección 3’5’, solo una de las cadenas se puede sintetizar de forma continua a medida que se va separando la doble hélice; a esta cadena se la llama cadena conductora. La otra cadena, llamada cadena retardada se sintetiza en sentido contrario a la apertura de la doble hélice: comienza a sintetizarse en el punto donde se abre la cadena, que continúa abriéndose, por lo que la cadena retardada se sintetiza de manera discontinua, mediante la adición de nuevos cebadores, sintetizados por la primasa (para que la DNA polimerasa α pueda comenzar a replicar) seguidos de pequeños fragmentos de DNA, llamados fragmentos de Okazaki.
Al final de la síntesis de DNA se necesita eliminar los fragmentos de RNA (los cebadores) y sustituirlos por DNA. Para llevar esta acción a cabo, se emplea una exonucleasa, llamada RNAasa H. Esta enzima se encarga de cortar los enlaces fosfodiéster entre los ribonucleótidos de RNA, aunque no es capaz de cortar los enlaces entre desoxinucleótidos, lo que implica que el último ribonucleótido del cebador queda enganchado al DNA. Este ribonucleótido será eliminado mediante una 5’exonucleasa (hidroliza los enlaces covalentes del extremo 5’; debemos tener en cuenta que en el otro extremo no hay ningún enlace entre RNA y DNA).
Una vez se han eliminado los fragmentos de RNA, quedan zonas unicatenarias; los espacios vacíos pueden ser llenados con nucleótidos de DNA, ya que, al eliminar los cebadores, han quedado extremos 3’ –OH libres a los que puede unirse la DNA polimerasa.
Solo falta que una enzima, la DNA ligasa se encargue de eliminar las pequeñas discontinuidades que han surgido, formando enlaces fosfodiéster entre los fosfatos 5’ y los OH 3’ contiguos.
8 1º C. Biomédicas (UdL) Irene LV PROTEÍNAS QUE INTERVIENEN EN LA REPLICACIÓN Además de las DNA polimerasas, ligasas y nucleasas, se necesitan otras proteínas para que se produzca la replicación.
Hace falta una enzima que se encargue de ir abriendo la doble hélice; esta enzima de trata de la DNA helicasa, que es capaz de romper los puentes de H mediante la hidrólisis del ATP. En organismos eucariotas, es el complejo MCM el que tiene esta actividad helicasa; tiene una estructura en forma de anillo (hexamérica), formada por 6 subunidades, que se engancha a una de las dos cadenas de DNA. El complejo MCM se desplaza en dirección 5’3’, y se une a la cadena retardada.
Las 6 proteínas que forman la MCM son muy similares entre sí.
Como las dos cadenas del DNA son complementarias, podrían volver a juntarse una vez han sido separadas por la DNA helicasa. Por eso es necesaria una proteína de unión al DNA de cadena sencilla, que en eucariotas es la RPA. Ésta se une al DNA monocatenario por el que tiene una gran afinidad (ya que presenta aa básicos que interaccionan con los grupos fosfato del DNA), evitando que haya apareamiento entre las dos cadenas y manteniendo la cadena estirada para impedir el apareamiento de bases de la misma cadena.
La RPA tiene comportamiento cooperativo; esto quiere decir que cuando se une a la cadena, cambia de conformación facilitando que se unan más. En la célula es muy difícil encontrar DNA monocatenario libre.
9 Biología Molecular - Módulo 2 Por lo tanto, la RPA estabiliza el DNA en su forma monocatenaria ya que impide que las dos cadenas se vuelvan a unir. Sin RPA no hay replicación, ya que se forman estructuras secundarias dentro de una misma cadena y se pueden renaturalizar las dos cadenas, formando de nuevo la doble hélice).
Además, como tienen gran afinidad por el DNA, se unen muy rápidamente a él (cuando está en forma monocatenaria).
La RPA también sirve como señal para avisar de que hay daño en el DNA.
Para la replicación del DNA también es necesaria la presencia de un factor de procesividad (para aumentar la procesividad de la reacción). Esta función la lleva a cabo la proteína PCNA (antígeno nuclear de célula en proliferación) también conocida como “sliding clamp”, que se trata de un antígeno que aparece en el núcleo cuando la célula está proliferando. Esta proteína aumenta la procesividad de las DNA polimerasas. En células eucariotas se trata de un trímero (en procariotas es un dímero) que forma un anillo; tiene simetría hexamérica, en la que cada monómero tiene dos dominios globulares. Cada dominio contiene dos hélices α, que determinan una cavidad central en el interior de la cual se sitúan el DNA y unas cuantas moléculas de agua, y que son perpendiculares al DNA; alrededor de las hélices se encuentran una serie de láminas β que las envuelven.
(En procariotas –E. Coli- la PCNA está formada por un dímero que también contiene 6 dominios; cada monómero tiene 3 dominios globulares).
La PCNA se suele cargar en zonas cercanas a zonas monocatenarias, siempre interaccionando con la DNA polimerasa, por lo que, para que pueda unirse al DNA, éste debe estar abierto. Una vez se ha unido al DNA, se puede deslizar sobre la cadena.
Si en algún momento la DNA polimerasa pierde afinidad por el DNA, se mantiene unida a la PCNA (ya que ambas enzimas están físicamente interaccionando), por lo que no se separa de la cadena. La única DNA polimerasa que no está asociada a PCNA es la DNA polimerasa α (1ª DNA polimerasa que interviene en la replicación), por eso, tiene menor procesividad y, al acabar su labor, es sustituida por DNA polimerasas más procesivas: la δ y la ε (que sí están unidas a PCNA).
10 1º C. Biomédicas (UdL) Irene LV Se necesita un complejo más para replicar el DNA, el complejo RFC (Replication Factor C) que carga la PCNA sobre el DNA. Está formado por 5 subunidades con actividad ATPasa, que emplean la energía de la hidrólisis del ATP para inducir cambios conformacionales sobre la PCNA. RFC cataliza la abertura de la PCNA (que es un anillo cerrado) para que pueda unirse al DNA.
La PCNA tiene preferencia por las zonas de unión cebador-cadena molde; se une donde acaba el cebador, en el lugar donde se pasa de doble cadena a cadena simple.
La unión PCNA-DNA favorece la hidrólisis de la molécula de ATP que está unida al complejo RFC; la hidrólisis del ATP provoca un cambio conformacional en RFC, que hace que se cierre el anillo de PCNA y que RFC se separe ésta.
El complejo PCNA-RFC está unido a dos DNA polimerasas; una de ellas replicará la cadena conductora y la otra, la cadena retardada. Al conjunto de de proteínas que intervienen en la replicación se le llama replisoma.
La síntesis de la cadena retardada no podría ser procesiva y eficiente si la molécula de DNA polimerasa tuviera que disociarse cada vez que acabase se sintetizar un fragmento de Okazaki. El complejo formado por PCNA-RFC y las dos DNA-polimerasas evitan que la DNA polimerasa vaya saltando a lo largo de la cadena. Para que la cadena conductora y la retardada puedan sintetizarse al mismo tiempo, ya que cada cadena se sintetiza en una dirección y las DNA polimerasas se mantienen unidas en el replisoma, la cadena retardada forma un “loop” (en el espacio).
11 Biología Molecular - Módulo 2 Este “loop” de la hebra retardada va variando su longitud en función de qué punto de del fragmento de Okazaki esté sintetizando.
Todas las actividades del replisoma están muy bien coordinadas. Si en algún momento la DNA polimerasa tiene un problema y se separa del DNA, la helicasa (complejo MCM, encargado de abrir la doble hélice) también se separa. También hay interacción entre la helicasa y la primasa: la helicasa lleva a la primasa hasta el replisoma; si esta interacción es muy fuerte, se sintetizarán primers con más frecuencia.
La PCNA (que continúa siempre unida en la intersección de un fragmento de Okazaki y el siguiente primer) es también necesaria para interaccionar con otras proteínas; por ejemplo, recluta enzimas que eliminarán el siguiente primer (actúa de señalizadora para eliminar el primer).
12 1º C. Biomédicas (UdL) Irene LV Las topoisomerasas de tipo I y de tipo II son necesarias para regular la tensión del DNA durarte la replicación. A medida que avanza la horquilla de repliación, la estructura debe ir girando hasta llegar un punto en el que le es imposible abrirse más debido a la tensión. Las topoisomerasas deben solucionar el superenrollamiento positivo que se ha producido delante de la horquilla de replicación.
Durante la fase S se hace una sola copia del genoma (ya que si se hiciesen más aumentaría el número de cromosomasaberración cromosómica). El proceso debe estar, por tanto, muy bien controlado.
13 Biología Molecular - Módulo 2 MODELO DEL REPLICÓN Jacob, Brenner y Cuzin propusieron un modelo para explicar los hechos controlaban el inicio de la replicación en las bacterias. Propusieron la existencia de dos componentes que controlaban el inicio de replicación: el replicador y el iniciador. Los replicadores eran secuencias de DNA a las que se les unían proteínas que estimulaban la replicación, los iniciadores.
Las zonas representadas en azul son zonas ricas en A y T que favorecen la desnaturalización del DNA.
Como puede verse en la imagen, todos estos elementos aparecen en procariotas y en eucariotas (pero no tienen por qué tener la misma secuencia en todos los organismos).
Hoy en día no se conoce la secuencia de los orígenes de replicación en los humanos. En las levaduras, por ejemplo, sí que se conoce (está todo más definido).
En PROCARIOTAS las proteínas que intervienen en el origen de replicación son: DNA A, DNA B y DNA C.
DNA A se trata de una ATPasa, por ello solo se une cuando lleva una molécula de ATP incorporada. Esta enzima provoca la desnaturalización de las secuencias próximas (ricas en A y T, que al aparearse tienen menos puentes de H que G y C).
La DNA B, o DNA helicasa, necesita de la DNA C para cargarse sobre el DNA monocatenario. La DNA C también tiene actividad ATPasa, que le permite abrir la helicasa (que se trata de un anillo cerrado), cargarla sobre el DNA y volver a cerrarla; una vez ha cargado a la DNA B, la DNA C se va.
14 1º C. Biomédicas (UdL) Irene LV Como hay dos horquillas de replicación en el replicón, hay dos helicasas. Además, la helicasa de encarga de reclutar a una primasa.
Las células procariotas están continuamente replicando, por lo que pueden acumular más de un genoma.
Las células eucariotas están más reguladascada origen de replicación se activa una sola vez durante la fase S.
En todos los organismos EUCARIOTAS intervienen las mismas proteínas en la replicación. La única diferencia entre distintos organismos es la secuencia (aunque la replicación funciona exactamente igual).
Se sabe que al replicador se le une un complejo de 6 proteínas llamado ORC, que reconoce el origen de replicación (es el equivalente a la proteína iniciadora).
Estos complejos tienen actividad ATPasa: emplean la energía de la hidrólisis del ATP para unirse al origen y para cargar dos proteínas: Cdc6 y Cdt1, encargadas de reclutar el complejo MCM (helicasa replicativa). En un inicio, la helicasa se encuentra cargada sobre la doble hélice, por lo que no se encuentra activa a pesar de estar interaccionando con el DNA. Esto se debe a que el complejo MCM se carga durante la fase G1 del ciclo celular, en la cual aún no debe comenzar la replicación (una vez ha comenzado la fase S, no se puede cargar).
Ya se ha formado por tanto, el complejo conocido como COMPLEJO REPLICATIVO, constituido por: ORC, Cdc6, Cdt1 y MCM.
Las CDK (kinasas dependientes de ciclinas) son activadas por ciclinas específicas de fase S (en humanos por ciclina A) en la entrada a esta fase.
Cuando se activan, como tienen actividad kinasa, comienzan a fosforilar proteínas; entre esas proteínas se encuentras Cdc6 y Cdt1 y la helicasa (MCM), integrantes del complejo replicativo. Cdc6 se destruye al ser fosforilada y Cdt1 es enviada fuera del núcleo, es por eso por lo que una vez se ha entrado en fase S, no puede crearse el complejo replicativo, es decir, no se puede montar un nuevo origen de replicación. Así, no pueden darse procesos de rereplicación.
La MCM se activa con la fosforilación, aunque aún no se tiene muy claro cómo ocurre, y permite que se recluten las DNA polimerasas.
15 Biología Molecular - Módulo 2 TERMINACIÓN Y MANTENIMIENTO DE TELÓMEROS Cuando se están replicando moléculas lineales surge un problema a la hora de terminar la cadena retardada. En la cadena conductora no hay problemas con los extremos, es posible ir añadiendo nucleótidos hasta el final; no obstante, en la cadena retardada, llega un punto en el que no se puede continuar replicando bien porque no se puede añadir un nuevo cebador o bien porque la DNA polimerasa no puede sustituir el RNA del cebador por DNA (ya que para ello necesita un extremo 3’ –OH libre). Esto se traduce en una disminución de la longitud del cromosoma en cada replicación lo que conllevaría la pérdida de parte del genoma.
16 1º C. Biomédicas (UdL) Irene LV Para solucionar esto, en los extremos de los cromosomas lineales hay un fragmento de DNA compuesto por repeticiones de una misma secuencia al que se conoce como telómero. Con los telómeros se evita la pérdida de información, ya que, al estar repetidas, no ocurre nada si se pierde esa secuencia. Es la enzima telomerasa la que alarga así los extremos de los cromosomas de manera artificial.
La telomerasa es una ribonucleoproteína, es decir, tiene un componente de RNA y un componente de proteína. Actúa en dirección 5’3’ y se trata de una transcriptasa inversa: no necesita una cadena molde para dirigir la adición de desoxinucleótidos, es capaz de sintetizar una cadena complementaria de DNA a partir de su componente de RNA. El DNA sintetizado por la telomerasa es monocatenario, pero esta nueva cadena servirá de molde para formar un nuevo cebador a partir del cual se sintetizará un nuevo fragmento de Okazaki.
Todas las células de nuestro cuerpo tienen una cantidad de telomerasa limitada, ya que no expresan el/los genes que la codifican, por eso las células tienen un número limitado de divisiones (llega un punto en el que al replicar comienza a perderse información genética importante ya que no se pueden sintetizar nuevos telómeros).
Las células cancerígenas sí pueden dividirse de forma indefinida; en muchos casos se debe a que se ha producido la reactivación del gen de la telomerasa.
No se conoce exactamente qué es lo que ocurre al final de la replicación.
Las células disponen de mecanismos para controlar que se haya terminado de replicar todo el DNA: cuando queda un trozo sin replicar, impide que se separen los cromosomas en la mitosis (puede romperse el cromosoma o también puede ocurrir que las dos cromátidas vayan a la misma célula hija).
17 Biología Molecular - Módulo 2 Durante la fase S, además de replicar el DNA, la célula también se encarga de sintetizar histonas para que, una vez acabada la replicación, estén formados los cromosomas. A medida que el DNA sale de la horquilla de replicación se va empaquetando. Los nucleosomas se deben ir desmontando para que el DNA se pueda replicar: se desmontan primero las “tapas” H2A-H2B y el tetrámero que queda se retransmita a una de las células hijas.
Los marcadores epigenéticos también se heredan: por ejemplo, las histonas acetiladas.
Como ya hemos visto, una de las dos moléculas hijas ha recibido las histonas de la doble hélice original; cuando éstas están acetiladas, interaccionan con proteínas con un grupo bromo que, a su vez, interacciona con acetiltransferasas que hacen que las histonas recién sintetizadas de la otra molécula hija se acetilen. Con esto se consigue mantener un patrón de acetilación.
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