REPLICACION Y TRANSCRIPCION DEL ADN

Estructura del ADN

Cada molécula de ADN está constituida por dos cadenas o bandas formadas por un elevado número de compuestos químicos llamados nucleótidos.

 Estas cadenas forman una especie de escalera retorcida que se llama doble hélice. Cada nucleótido está formado por tres unidades: una molécula de azúcar llamada desoxirribosa, un grupo fosfato y uno de cuatro posibles compuestos nitrogenados llamados bases: adenina (abreviada como A), guanina (G), timina (T) y citosina (C).

La molécula de desoxirribosa ocupa el centro del nucleótido y está flanqueada por un grupo fosfato a un lado y una base al otro. El grupo fosfato está a su vez unido a la desoxirribosa del nucleótido adyacente de la cadena. Estas subunidades enlazadas desoxirribosa-fosfato forman los lados de la escalera; las bases están enfrentadas por parejas, mirando hacia el interior, y forman los travesaños.

Los nucleótidos de cada una de las dos cadenas que forman el ADN establecen unaasociación específica con los correspondientes de la otra cadena. Debido a la afinidad química entre las bases, los nucleótidos que contienen adenina se acoplan siempre con los que contienen timina, y los que contienen citosina con los que contienen guanina. Las bases complementarias se unen entre sí por enlaces químicos débiles llamados enlaces de hidrógeno.

En 1953, el bioquímico estadounidense James Watson y el biofísico británico Francis Crick publicaron la primera descripción de la estructura del ADN. Su modelo adquirió tal importancia para comprender la síntesis proteica, la replicación del ADN y las mutaciones, que los científicos obtuvieron en 1962 el Premio Nobel de Medicina por su trabajo.

SÍNTESIS PROTEICA

Una de las tareas más importantes de la célula es la síntesis de proteínas, moléculas que intervienen en la mayoría de las funciones celulares.

El material hereditario conocido como ácido desoxirribonucleico (ADN), que se encuentra en el núcleo de la célula, contiene la información necesaria para dirigir la fabricación de proteínas.

El ADN incorpora las instrucciones de producción de proteínas. Una proteína es un compuesto formado por moléculas pequeñas llamadas aminoácidos, que determinan su estructura y función.

La secuencia de aminoácidos está a su vez determinada por la secuencia de bases de los nucleótidos del ADN.

Cada secuencia de tres bases, llamada triplete, constituye una palabra del código genético o codón, que especifica unaminoácido determinado.

Así, el triplete GAC (guanina, adenina, citosina) es el codón correspondiente al aminoácido leucina, mientras que el CAG (citosina, adenina, guanina) corresponde al aminoácido valina.

Por tanto, una proteína formada por 100 aminoácidos queda codificada por un segmento de 300 nucleótidos de ADN.

De las dos cadenas de polinucleótidos que forman una molécula de ADN, sólo una, llamada paralela, contiene la información necesaria para la producción de una secuencia de aminoácidos determinada. La otra, llamada antiparalela, ayuda a la replicación.

La síntesis proteica comienza con la separación de la molécula de ADN en sus dos hebras. En un proceso llamado transcripción, una parte de la hebra paralela actúa como plantilla para formar una nueva cadena que se llama ARN mensajero o ARNm.

El ARNm sale del núcleo celular y se acopla a los ribosomas, unas estructuras celulares especializadas que actúan como centro de síntesis de proteínas. Los aminoácidos son transportados hasta losribosomas por otro tipo de ARN llamado de transferencia (ARNt). Se inicia un fenómeno llamado traducción que consiste en el enlace de los aminoácidos en una secuencia determinada por el ARNm para formar una molécula de proteína.

Un gen es una secuencia de nucleótidos de ADN que especifica el orden de aminoácidos de una proteína por medio de una molécula intermediaria de ARNm. La sustitución de un nucleótido de ADN por otro que contiene una base distinta hace que todas las células o virus descendientes contengan esa misma secuencia de bases alterada.

Como resultado de la sustitución, también puede cambiar la secuencia de aminoácidos de la proteína resultante. Esta alteración de una molécula de ADN se llama mutación. Casi todas las mutaciones son resultado de errores durante el proceso de replicación. La exposición de una célula o un virus a las radiaciones o a determinados compuestos químicos aumenta la probabilidad de sufrir mutaciones.

LA REPLICACION DEL ADN

El primer proceso necesario para la transmisión de la información genética es la duplicación, es decir realizar una copia del ADN que pueda ser transportada por los gametos hasta la fecundación y luego pueda ser utilizada para la formación de un nuevo individuo.

El modelo de la doble hélice de Watson y Crick se desarrolló la idea de que las hebras originales debían servir de patrón para hacer la copia, aunque en principio había tres posibles modelos de replicación:

Modelo conservativo: Proponía que tras la replicación se mantenía la molécula original de DNA intacta, obteniéndose una molécula idéntica de DNA completamente nueva, es decir, con las dos hebras nuevas.

Modelo semiconservativo: Se obtienen dos moléculas de DNA hijas, formadas ambas por una hebra original y una hebra nueva.

Modelo dispersivo: El resultado final son dos moléculas nuevas formadas por hebras en las que se mezclan fragmentos originales con fragmentos nuevos. Todo ello mezclado al azar, es decir, no se conservan hebras originales ni se fabrican hebras nuevas, sino que aparecen ambas mezcladas.

DNA original que servirá de molde para ser copiado.

Topoisomerasas, helicasas: enzimas responsables de separar las hebras de la doble hélice.

DNA-polimerasa III: responsable de la síntesis del DNA.

RNA-polimerasa: fabrica los cebadores, pequeños fragmentos de RNA que sirven para iniciar la síntesis de DNA.

DNA-ligasa: une fragmentos de DNA.

Desoxirribonucleótidos trifosfato, que se utilizan como fuente de nucleótidos y además aportan energía.

Ribonucleótidos trifosfato para la fabricación de los cebadores.

Mecanismo

Aunque existen pequeñas variaciones entre procariotas y eucariotas, el mecanismo básico es bastante similar

El DNA se desenrolla y se separan las dos hebras de la doble hélice, deshaciéndose los puentes de hidrógeno entre bases complementarias, por la acción de helicasas y topopisomerasas.

En el DNA eucariota se producen muchos desenrollamientos a lo largo de la molécula, formándose zonas de DNA abierto. Estas zonas reciben el nombre de HORQUILLAS O BURBUJAS DE REPLICACIÓN, que es donde comenzará la síntesis.

La RNA-polimerasa fabrica pequeños fragmentos de RNA complementarios del DNA original. Son los llamados "primers" o cebadores de unos 10 nucleótidos, a los cuáles se añadirán desoxirribonucleótidos, ya que la DNA-polimerasa sólo puede añadir nucléotidos a un extremo 3’ libre, no puede empezar una síntesis por sí misma.

La DNA-polimerasa III añade los desoxirribonucleótidos al extremo 3' (sentido 5'-3'), tomando como molde la cadena de DNA preexistente, alargándose la hebra.

En las horquillas de replicación siempre hay una hebra que se sintetiza de forma continua en el mismo sentido en que se abre la horquilla de replicación, la llamada HEBRA CONDUCTORA, y la otra que se sintetiza en varios fragmentos, los denominados FRAGMENTOS DE OKAZAKI y que se conoce como HEBRA SEGUIDORA o RETARDADA, ya que se sintetiza en sentido contrario al de apertura de la horquilla.

La DNA-ligasa va uniendo todos los fragmentos de DNA a la vez que elimina los ribonucleótidos de los cebadores.

A medida que se van sintetizando las hebras y uniendo los fragmentos se origina la doble hélice, de forma que al finalizar el proceso se liberan dos moléculas idénticas de DNA, con una hebra antigua y otra nueva.

 https://www.youtube.com/watch?v=YqjbmrQcyfM

TRANSCRIPCIÓN DEL ADN

TRANSCRIPCIÓN EN EUCARIONTES

Hay que tener en cuenta dos cosas:

- Existen tres tipos de ARN polimerasa I, II y III.

- Los genes están fragmentados en zonas sin sentido o intrones y zonas con sentido o exones. Antes ha de madurar y eliminar los intrones.

- Desempaquetamiento de las histonas.

En la trascripción de eucariontes se distinguen las siguientes fases:

a) Iniciación: la ARN polimerasa II se une a una zona del ADN llamada promotor (posee secuencias CAAT y TATA)

b) Elongación: la síntesis continua en sentido 5´-3´. Al poco se añade una caperuza (metil-guanosín trifosfato) al extremo 5´.

c) Finalización: parece que está relacionado con la secuencia TTATTT. Ahora interviene un poli-A polimerasa que añade una cola de poli-A al pre-ARNm (ARNhn).

d) Maduración: se produce en el núcleo y la hace un enzima llamada RNPpn, que elimina los nuevos intrones (I) formados.

Posteriormente las ARN ligasas empalman los exones (E) y forman el ARNm.

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