Este documento describe los procesos de replicación y reparación del ADN. Resume que el ADN tiene la capacidad de replicarse a sí mismo mediante un proceso semiconservativo en el que cada cadena nueva contiene una cadena vieja y una nueva. Explica que enzimasa como la ADN polimerasa, helicasas y topoisomerasas juegan un papel clave en la replicación del ADN. Además, cubre temas como los orígenes de replicación, la replicación de los telómeros y la telomerasa, y los mecanismos cel

1. UNIVERSIDAD NACIONAL JORGE BASADRE GROHMANN
Facultad de Ciencias
ADN
Escuela académico profesional de biología y microbiología
POR: Enrique José Chipana Telleria
•Replicación del ADN
Una de las características más notables del ADN es
su capacidad de replicarse. Vale decir que el ADN
es capaz de formar copias de sí mismo. El proceso
de auto duplicación del ADN se lleva a cabo en el
período S del ciclo celular. Esta etapa es un paso
previo obligado para realizar la división celular en la
etapa M de mencionado ciclo. Los genes deben
poseer tres funciones principales, como portadores
del material hereditario:

2. Deben ser capaces, por medio de una replicación
fiel, de transmitir la información genética de
generación en generación.
 Deben contener la información necesaria para sintetizar todas las
proteínas
fundamentales para permitir el normal desarrollo de la célula.
 Deben aceptar cambios ocasionales como forma de evolución, es decir,
deber aceptar la capacidad de mutar.
La replicación permite que el ADN sea capaz de cumplir con las funciones
anteriormente mencionadas. La réplica del material hereditario es un
producto directo de este proceso; la información para la síntesis de las
proteínas está asegurada por medio de la replicación y los errores en la
replicación posibilitan y generan cambios que pueden llevar a la evolución.
Figura N° 3: Replicación
Semiconservativa del ADN.
Obsérvese en la figura que las
cadenas del ADN parental se
conservan y pasan a formar
parte de las cadenas hijas.
En el esquema, las cadenas
nuevas se visualizan en
negrita.

3. La replicación del ADN es
Semiconservativa, puesto que las dos
cadenas del ADN sirven de patrón para
la síntesis de las nuevas cadenas.
Cada doble hélice hija, producto del
proceso de autoduplicación, tendrá
una cadena recién sintetizada (nueva)
y otra
cadena que, con anterioridad, formaba
parte de la molécula parental.
La replicación se llevará a cabo en el
núcleo de la célula eucariota, e
intervendrán una dotación de enzimas
que se encargarán de abrir la doble
hélice, incorporar los nucleótidos y
disminuir la tensión que se genere por
delante de ella.

4. Una vez que se comprobó que el ADN era el material hereditario y se
descifró su estructura, lo que quedaba era determinar como el ADN
copiaba su información y como la misma se expresaba en el fenotipo.
Matthew Meselson y Franklin W. Stahl diseñaron el experimento para
determinar el método de la replicación del ADN. Tres modelos de
replicación era plausibles.
1. En la replicación semiconservativa se originan dos moléculas de
ADN, cada una de ellas compuesta de una hebra de el ADN original y
de una hebra complementaria nueva. En otras palabras el ADN se
forma de una hebra vieja y otra nueva. Es decir que las hebras
existentes sirven de molde complementario a las nuevas.

6. 2. Replicación conservativa durante la cual se produciría un ADN
completamente nuevo durante la replicación.

7. 3. La replicación dispersiva implicaría la ruptura de las hebras de
origen durante la replicación que, de alguna manera se reordenarían
en una molécula con una mezcla de fragmentos nuevos y viejos en cada
hebra de ADN.

8. Enzimologia de la replicacion
Con el fin de esclarecer el proceso de replicación, describiremos primero
todas las enzimas que intervienen y luego desarrollaremos el proceso en
su conjunto.
 ADN polimerasa: Es la principal enzima de este proceso. Ella es capaz
de sintetizar nuevas cadenas de ADN , a partir de una hebra patrón y las
unidades estructurales correspondientes (desoxirribonucleótidos).
Los desoxirribonucleótidos, para ser incorporados por esta, deben estar
trifosfatados. Es decir que se necesitarán dATPs, dGTPs, dTTPs y dCTPs,
para poder sintetizar las nuevas cadenas de ADN.
Otra de las características principales de esta enzima, es que polimerizará
los nucleótidos en la dirección 5´a 3´. Como consecuencia de esto, la
dirección en la cual leera la cadena patrón de ADN será de 3´a 5´ .

9. Un rasgo a tener en cuenta es que la ADN polimerasa NO puede iniciar su
síntesis sin la existrencia de un cebador de ARN.
No solamente polimeriza los nucleótidos, sino que se ha comprobado que
es capaz de corregir los posibles errores que se cometan durante la
autoduplicación.
Helicasas: Son las enzimas encargadas de separar las dos hebras del
ADN. Estas enzimas son responsables de la ruptura de las uniones puente
de Hidrógeno que se establecen entre las bases de las dos cadenas del
ADN. Para poder separar las doshebras del ADN se necesitará energía, que
es obtenida de la hidrólisis del ATP. Por cada dos pares de bases que
separan, se gastan dos moléculas de ATP.

10. Proteínas estabilizadoras de la cadena: Una vez que las cadenas
del ADN son separadas, la estabilidad de las mismas disminuye
considerablemente. El ADN tiende a reasociarse y, son estas proteínas
quienes impiden que el ADN vuelva a su conformación inicial. Su
presencia es fundamental para mantener las cadenas estiradas.
Topoisomerasas: Al producirse la duplicación, el ADN adquiere cierto
grado de superenrollamiento. Imaginemos que la molécula de ADN es
como una bandita elástica, a la cual le conferimos vueltas alrededor de su
eje longitudinal. Si ahora tomamos uno de sus extremos y separamos
cada una de sus partes veremos que, por delante de donde se produce la
separación, la bandita adquirirá una mayor tensión, plegándose sobre sí
misma. Lo mismo ocurre con la molécula de ADN, si la Helicasa separa
las cadenas delante de donde se está produciendo la replicación
aumentará, en forma más que considerable, la tensión de la molécula.
Para evitar esto, las topoisomerasas cortan la doble hélice, rotan el ADN y
vuelven a unirlo, evitando así que aumente la tensión por delante de la
horquilla de replicación. En consecuencia, encontraremos a las
Topoisomerasas por delante del lugar donde se está produciendo la
duplicación.

11. ARN polimerasa o Primasa: Esta enzima es la que sintetiza el
cebador, un primordio de ARN necesario para que la ADN polimerasa
pueda iniciar la síntesis de las nuevas cadenas. El cebador es una
pequeña porción de ARN de 10 a 12
ribonucleótidos de largo que se mantendrá unido a la cadena de ADN
molde hasta que sea removido.

13. DNA POLIMERASAS EUCARIOTICAS

16. ORIGENES DE LA REPLICACION
La principal diferencia de la replicación de virus y
bacterias con la replicación de eucariontes radica en
que los eucariontes poseen muchos orígenes de
replicación, probablemente debido a la enorme
cantidad de ADN que poseen y a que su material
hereditario en la inmensa mayoría de los casos esta
repartido en varias moléculas de ADN distintas o varios
cromosomas. Por tanto, los eucariontes tienen en cada
cromosoma muchos orígenes de replicación, y como
consecuencia, muchos replicones (unidades de
replicación).

23. Replicacion de los Telomeros
 La replicacion de los esxtremos del
cromosoma eucariotico supone el tercer
problema de la terminación.
 No puede llevarse acabo mediante la
elongacion de por la DNA polimerasa.
 Este proceso es por ahora el mejor
conocido de la terminacion posiblemente
por su mayor trascendencia fisiologica y
patologica.

24.  Caracvteristica para cada especie , de 9 a 28
nt y complementaria a la secuencia
telomérica respectiva.
 Por ejm. El RNA componente de la
telomerasa humana (hTR) tiene 450 nt entre
los que hay una secuencia rica en
C,(5´)CCCUAA(3´), complementaria y
antiparalela a la hebra rica en G de la
repeticion telomerica (5´)TTAGGG(3´)
gracias a ella como se vera luego el hTR sirve
de molde para la sintesis de nuevas
secuencias telo`´ericas.

28. Telomerasa
La telomerasa es una enzima formada por un
complejo proteina-acido ribonucleico con
actividad polimerasa que es producida en células
germinales embrionarias que permite el
alargamiento de los telómeros. Encargada de
restituir la longitud del telomeros, haciendo
copias de la secuencia TTAGGG.
La telomerasa es reprimida en las células
somáticas maduras después del nacimiento, que
producen un acortamiento del telómero después
de cada división celular.

29. Telomerasa
Puede desempeñar un papel en la formación,
mantenimiento y renovación de los telómeros y en los
procesos tales como el envejecimiento y el cancer, y a
la cuestión del uso de agentes antitelomerasa como
fármacos antitumorales.
Actúa como transcriptasa inversa telomerasa; invierte
el curso normal (ADN..>ARN) y va del ARN al ADN,
trascribiendo el ARN a ADN. Recientes estudios con
esta enzima han demostrado que celulas bañadas en
una solución de esta sustancia tienen la capacidad de
seguir reproduciendose indefinidamente. Es decir
anula el proceso de envejecimiento y muerte celular.

30. Telomerasa
Esto podria traducirse a tratamientos con telomerasa
que evitarian por completo la muerte tanto celular,
como del individuo, es decir, seria el farmaco que
otorgaria la inmortalidad, salvo por un contratiempo: Al
ser administrada telomerasa en seres pluricelulares
complejos como los humanos o animales, la celula
empieza a dividirse indefinidamente, es decir, crea un
tumor maligno que se divide a gran velocidad, y,
teniendo en cuenta que evita el envejecimiento pero no
los demas males, provocaria la muerte por cancer.

32. MUTACIONES
Las mutaciones fueron descritas por
primera vez en 1901 por uno de los
redescubridores Mendel, el botánico
holandés Hugo De Vries.
Son alteraciones del genotipo o
constitucion genetica del individuo

33. Tipos de mutaciones
Puntuales y Pseudopuntuales
Cambio de Base: Se producen al cambiar en una posición un par
de bases por otro (son las bases nitrogenadas las que distinguen los
nucleótidos de una cadena).
•Transiciones: cuando un par de bases es sustituido por su
alternativa del mismo tipo.
• Purina por purina y pirimidina por pirimidina
•Transversiones: cuando un par de bases es sustituida por otra
del otro tipo.
•Purina por pirimidina y pirimidina por purina

34. G) o una pirimidina por pirimidina (C <--> T); (2)
transversiones, cuando se sustituye una pirimidina
por una purina o viceversa (T o C <--> G o A).

35. Desfases (Cambio en el numero)
 Delecion:En la secuencia de nucleótidos
se pierde uno y la cadena se acorta en
una unidad.

36. Insercion:Dentro de la secuencia del ADN se introducen nucleótidos
adicionales, interpuestos entre los que ya había, alargándose
correspondientemente la cadena.

37. Mutaciones Cromosomicas
 Deleciones
 Duplicaciones
 Inversiones
 Translocaciones

38. Tipos de mutación según el cambio de bases

39. MUTAGENOS
un mutágeno es un agente físico o químico que
altera o cambia la información genética (usualmente
ADN) de un organismo y ello incrementa la
frecuencia de mutaciones por encima del nivel
natural.

40. Tipos de mutágenos
Los mutágenos se clasifican de acuerdo al tipo de
medio del que provienen.Los más frecuentes son :
Mutágenos biológicos
Son aquellos que se encuentran en el
ambiente y mutan a lo largo de millones de
años.Suelen ser organismos de tamaño muy
minúsculo,como bacterias,virus,hongos,etc.

41. Mutágenos químicos
Son compuestos o elementos químicos los cuales
pueden alterar rápidamente la estructura genética de
los organismos vivientes,como los fármacos,las
drogas,etc.
Mutágenos físicos
Son los más dañinos,ya que originan mutaciones
peligrosas en los seres vivos,como enfermedades
hereditarias y enfermedades congénitas.Figuran
entre ellos la radiación ultravioleta y la radiación
nuclear.

42. Naturaleza de los mutágenos
Los mutágenos son usualmente compuestos químicos o
radiación ionizante y pueden ser divididos dentro de diferente
categorías de acuerdo a su efecto en la replicación del ADN.
Algunos mutágenos actuan como base análoga y se insertan en
la cadena de ADN durante la replicación en lugar de los
sustratos.
Algunos reaccionan con el ADN causando cambios estructurales
que llevan a un copiado erróneo de la secuencia en la cadena
cuando el ADN es replicado.
Otros lo hacen indirectamente al causar que las celulas
sinteticen químicos que tiene un efecto mutagénico directo.
La prueba de Ames es un recurso para determinar cuan
mutagénico puede ser un agente.

43. Reparación del DNA
La reparacion
del DNA es un
proceso
constante en la
Celula, escencial
para su
supervivencia ya
que protege al
genoma de
daños y La única característica que diferencia el genoma de D.
mutaciones radiodurans es su estructura circular. Se ha propuesto
dañinas. que tiene relación con el mecanismo de reparación del
DNA. (S. Levin-Zaidman)

44.  La reparación del ADN es un proceso constante
en la célula, esencial para su supervivencia ya
que protege al genoma de daños y mutaciones
dañinas. En las células humanas tanto las
reacciones metabólicas normales como factores
ambientales (como rayos UV) pueden causar
daños, alcanzando las 500.000 lesiones de
moléculas por célula al día.
 Estas lesiones causan daños estructurales a la
molécula de ADN, y pueden alterar de forma
drástica la forma de las células de leer la
información codificada en sus genes. En
consecuencia, el proceso de reparación del ADN
debe estar constantemente operativo, para
corregir rápidamente cualquier daño en la
estructura de ADN.

45. A medida que la célula envejece, la tasa de
reparaciones de ADN decrece hasta que no puede
mantener el ritmo de los daños al ADN. La célula
pasa a uno de estos destinos:
 Un estado irreversible de inactividad, llamado
senescencia.
 Suicidio celular, llamado apoptosis o muerte celular
programada.
 Carcinogénesis, o formación de cáncer.
El fracaso al corregir lesiones moleculares en las
células que forman gametos (gametogénicas)
conduce a descendencias con mutaciones y puede
afectar a la tasa evolutiva.

47. Orígenes de los daños
 El daño del ADN puede subdividirse en dos tipos principales:
 Daño endógeno como el ataque de radicales reactivos del
oxígeno generados como subproductos del metabolismo
normal (mutación espontánea).
 Daño exógeno causado por agentes externos como:
◦ Radiación ultravioleta [[UV de 200-300nm] del sol.
◦ Radiaciones de otras frecuencias, incluyendo rayos X y rayos
gamma.
◦ Hidrólisis o rupturas térmicas.
◦ Algunas toxinas de plantas.
◦ Productos químicos mutagénicos sintetizados por el hombre,
como hidrocarburos del humo de los cigarrillos.
◦ Tratamientos de quimioterapia y radioterapia.
 Antes de la división celular la replicación de ADN dañado
puede hacer que se incorporen bases erróneas en las
cadenas complementarias de las dañadas. Cuando las bases
dañadas pasan a las células hijas se hacen células mutadas
(células que incorporan mutaciones), y no hay vuelta atrás
(excepto que ocurriese una mutación reversa y conversión
del gen).

48.  Tipos de daño
 El daño endógeno afecta a la estructura primaria
más que a la secundaria de la doble hélice. Puede
subdividirse en cuatro clases:
 oxidación de bases [por ejemplo 8-oxo-7,8-
dihidroguanina (8-oxoG)] y producción de
interrupciones en la cadena de ADN por formas
oxidantes del oxígeno,
 Alquilación de bases (normalmente metilación),
como la formación de 7-metilguanina,
 hidrólisis de bases, como la depurinación y
depirimidinación,
 y errores en el apareamiento de bases, debido a
replicaciones del ADN donde se incorpora una base
errónea en la cadena de nueva formación.

49. Mecanismos de reparación de ADN
 El daño del ADN altera la configuración espacial de la
hélice, y estas alteraciones pueden ser detectadas
por la célula. Una vez localizado el daño, las
moléculas específicas de reparación de ADN se unen
a la zona o cerca de ella, induciendo a otras
moléculas a unírseles y formar un complejo que
permite la reparación del daño. El tipo de moléculas
movilizadas para entrar a formar parte de este
mecanismo de reparación depende de:
 el tipo de ADN dañado.
 si la célula ha entrado en un estado de senescencia.
 la fase del ciclo celular en que se encuentra la célula.

50. Metilacion del DNA
 La metilación del ADN es un proceso epigenético que
participa en la regulación de la expresión génica de dos
maneras, directamente al impedir la unión de factores de
transcripción, e indirectamente propiciando la estructura
"cerrada" de la cromatina. El ADN presenta regiones de
1000-1500 pb ricas en dinucleótidos CpG ("islas CpG"),
que son reconocidas por las enzimas ADN-
metiltransferasas, las cuales, durante la replicación del
ADN metilan el carbono 5 de las citosinas de la cadena
recién sintetizada, manteniéndose así la memoria del
estado metilado en la molécula hija de ADN. En general
se considera que la metilación es un proceso
unidireccional, de esta manera, cuando una secuencia
CpG adquiere metilación de novo, esta modificación se
hace estable y es heredada como un patrón de
metilación clonal. Por otra parte, la pérdida de metilación
genómica (hipometilación), como evento primario, se
asocia frecuentemente con el proceso neoplásico y es
proporcional a la severidad de la enfermedad.

51.  Los genomas de las células preneoplásicas,
cancerosas y envejecidas comparten tres cambios
importantes en los niveles de metilación, como
eventos tempranos en el desarrollo de algunos
tumores. Primero, la hipometilación de la
heterocromatina que conduce a una inestabilidad
genómica e incrementa los eventos de
recombinación mitótica; segundo, hipermetilación
de genes individuales y, finalmente hipermetilación
de la islas CpG de genes constitutivos y genes
tumor supresor. Los dos niveles de metilación
pueden presentarse en forma individual o
simultánea, en general, la hipermetilación está
involucrada con el silenciamiento de genes y la
hipometilación con la sobre-expresión de ciertas
proteínas involucradas en los procesos de invasión y
metástasis.

58. METILACION DEL DNA

59. METILACION DEL DNA