Replicación del ADN

Replicación en Procariotas

Las topoisomerasas desenrollan la doble hélice, ayudadas por las helicasas que rompen los enlaces de hidrógeno (las proteínas SSB evitan que las hebras de ADN se junten de nuevo). Se forman burbujas de replicación, que aumentan la velocidad de este proceso.

• La ADN-polimerasa no puede empezar a construir una nueva cadena por sí sola. Por ello, la enzima primasa coloca un primer fragmento denominado cebador (o primer).
• Esto se produce en un punto llamado origen de replicación (O.REPL.) y avanza en sentido 5′ a 3′.
• La hélice continúa desarrollándose y abriéndose para que más tarde un tipo de ADN-polimerasa reemplace al fragmento cebador de ARN por ADN.
• La hebra retardada se sintetiza en dirección opuesta a la del avance de la horquilla. Se realiza el mismo proceso que para la hebra adelantada, pero con la diferencia de que en la anterior existen trozos discontinuos denominados fragmentos de Okazaki.
• La ADN-ligasa une los fragmentos de ADN mediante un enlace fosfodiéster.

Replicación en Eucariotas

• La replicación se inicia de forma simultánea en varios puntos de la cadena denominados replicones.
• Existen cinco tipos de polimerasas que intervienen en la elongación y en la corrección de errores.
• El ADN se encuentra asociado a histonas, proteínas que no poseen las procariotas y que se duplican durante la replicación.
• Cuando se elimina el último cebador, la ADN-polimerasa no podrá rellenar el hueco al no poder sintetizar en dirección 3′-5′. Debido a esto, el extremo del cromosoma se va acortando, lo que se asocia al envejecimiento y muerte celular.

Transcripción del ADN

Transcripción en Procariotas

Iniciación

La enzima ARN-polimerasa tiene que reconocer una región de ADN, el centro promotor (o motor), al cual se asocia. Los centros motores son señales constituidas por determinadas secuencias de bases (TTGACA y TATAAT). La ARN-polimerasa desenrolla una vuelta de hélice del ADN, creando una burbuja de replicación a la cual se unen los ribonucleótidos.

Elongación

La ARN-polimerasa lee el ADN en dirección 3′-5′. Sin embargo, el crecimiento del ARN se produce por la adición de ribonucleótidos complementarios entre sí (C-G, G-C, A-T, U-A).

Terminación

La ARN-polimerasa continúa la transcripción hasta que se encuentra con una señal de terminación en el ADN, momento en el cual el ARN se separa. Esta señal, en procariotas, es palindrómica (se lee igual de izquierda a derecha que de derecha a izquierda). Como consecuencia, el ARN forma una horquilla que provoca la separación del ADN molde y la interrupción de la síntesis de ARN.

Maduración del ARNm

En procariotas, el ARNm no sufre maduración. Por otro lado, el ARNt y el ARNr se forman a partir de un transcrito primario que se convierte en muchas copias de ARNt y ARNr.

Transcripción en Eucariotas

Iniciación

Al igual que en los procariotas, el ADN tiene centros promotores (TATA). Para reconocer este comportamiento, se requiere la unión del ADN a proteínas llamadas factores de inicio de la transcripción. Esto es necesario para que se acople la ARN-polimerasa II, que comienza a desenrollar la doble hélice e inicia la transcripción.

Elongación

La mayoría de los genes que codifican proteínas son discontinuos. Las interrupciones se denominan intrones (no codifican proteínas), mientras que las zonas codificantes se denominan exones. Una vez sintetizados los primeros 20 nucleótidos, en el extremo 5′ del ARN se une una caperuza de metilguanosina trifosfato, que iniciará la terminación.

Terminación

Se libera el pre-ARNm y se forma una horquilla en el ARN. Cuando este se separa, la enzima poli-A une el extremo 3′ a una secuencia de 200 nucleótidos de adenina (cola poli-A).

Maduración

Los tres tipos de ARN deben pasar por un proceso llamado maduración del ADN que ocurre en el núcleo antes de pasar al citoplasma. Los intrones se transcriben pero no se traducen; estos se eliminan durante la maduración (splicing) y se juntan los exones para formar un polipéptido.

Mutaciones

Son cambios en la secuencia del ADN de una célula transmitidos a otras células que se originan a partir de ella. Junto con la recombinación meiótica, son la principal fuente de variabilidad genética.

Mutaciones Génicas

Alteran la secuencia de nucleótidos en un gen y son puntuales.

• Transiciones: Cambio de una base púrica por otra púrica, o de una pirimidínica por otra pirimidínica.
• Transversiones: Cambio de una base púrica por una pirimidínica y viceversa.

Estas afectan solo a un triplete de bases y pueden provocar una mutación silenciosa (si codifica el mismo aminoácido) o alterar la funcionalidad de la proteína si afecta al centro activo. También existen las inserciones y deleciones (adición o pérdida de nucleótidos), que desplazan el marco de lectura y producen proteínas diferentes.

Mutaciones Cromosómicas

Afectan a un segmento cromosómico que incluye varios genes, alterando su orden o número.

• Deleciones: Pérdida de un segmento cromosómico.
• Duplicaciones: Repetición de un segmento en el mismo cromosoma o en otro.
• Translocaciones: Cambio de localización de un segmento. Puede ser recíproca o transposición (no recíproca).
• Inversiones: Segmentos que giran 180º, invirtiendo su secuencia genética.

Mutaciones Genómicas

Variaciones en el número normal de cromosomas de una especie. Incluyen las euploidías (alteración del número de dotaciones completas) y las aneuploidías (alteración en el número de un cromosoma individual).

Agentes Mutágenos

Son agentes físicos o químicos que aumentan la tasa de mutación espontánea dañando la estructura del ADN.

Físicos

• Radiaciones ionizantes: Rayos X o gamma, que provocan la rotura de cromosomas.
• Radiaciones no ionizantes: Rayos UV, que forman dímeros de pirimidina (enlaces covalentes entre bases contiguas).

Químicos

• Ácido nitroso (HNO2): Transforma la Citosina en Uracilo y la Adenina en Hipoxantina.
• Agentes alquilantes: Añaden grupos metilo o etilo a las bases.
• Sustancias análogas a las bases: Sustituyen las bases nitrogenadas y provocan transiciones.
• Sustancias intercalantes: Se insertan entre las bases provocando inserciones o deleciones.
• Agente Naranja: Herbicida con elevados contenidos de sustancias cancerígenas.

Polímeros

Polímeros de Adición

Son polímeros en cuya reacción no se produce la liberación de compuestos de masa molecular baja. La polimerización requiere un catalizador y una temperatura favorable para que el alqueno abra su doble enlace, dejando una valencia libre en cada átomo de carbono para añadir nuevos monómeros.

Polímeros de Condensación

Se forman a partir de monómeros iguales o diferentes, con la eliminación de moléculas simples como H2O o NH3.

Propiedades Periódicas y Estructura Atómica

• Electronegatividad: Capacidad de un átomo para atraer hacia sí el par de electrones compartidos en un enlace covalente.
• Afinidad Electrónica: Energía desprendida (o absorbida) cuando un átomo neutro gaseoso acepta un electrón para formar un anión.
• Números Cuánticos: Herramientas para describir un orbital determinado y los electrones que lo ocupan.
• Energía de Ionización: Mínima energía necesaria para que un átomo neutro gaseoso en estado fundamental ceda un electrón de su nivel externo.
• Radio Atómico: Mitad de la distancia internuclear mínima entre dos átomos de una molécula diatómica en estado sólido.

Modelo Atómico de Bohr

Postulados

1. 1er Postulado: El electrón gira alrededor del núcleo en órbitas circulares sin emitir energía.
2. 2º Postulado: Solo son posibles las órbitas donde el electrón tiene un momento angular que es múltiplo entero de h/2π.
3. 3er Postulado: La energía liberada al saltar un electrón a una órbita de menor energía se emite como un fotón (Ecuación de Planck), responsables de los espectros de emisión.

Limitaciones

El modelo de Bohr no explicaba los espectros de elementos con más de un electrón. Tampoco justificaba el desdoblamiento de las líneas espectrales observado con alta resolución o bajo campos magnéticos.