Replicación del ADN: estructura, modelos y experimento de Meselson y Stahl

UNIVERSIDAD PERUANA CAYETANO HEREDIA

Replicación del ADN

K
James Watson
Francis Crick
Manwright @: 2005 Pearson Education, Inc. Publishing as Pearson Benjamin Cummings. All rights reservedLa estructura del ADN y el modelo de replicación

A
T
A
T
A
A
T
T
A
T
C
G
c
G
C
C
G
C
G
C
G
T
A
T
A
T
T
A
T
A
T
A
A
T
A
T
A
T
A
T
A
T
G
C
G
Dc
G
C
C
G
C
G
C
G

(a) La molécula parental tiene
dos cadenas
complementarias de ADN.
Cada base se aparea por
puentes de hidrógeno con
su compañera específica,
A con T y G con C.

(b) El primer paso en la
replicación es la
separación de las dos
cadenas de ADN.

(c) Cada cadena parental
ahora sirve como un
molde que determina el
orden de los nucleótidos a
lo largo de la nueva
cadena complementaria.

(d) Los nucleótidos están
conectados para formar el
esqueleto azúcar-fosfato
de las cadenas nuevas.
Cada molécula de ADN
"hija" consiste en una
cadena parental y una
cadena nueva.
Copyright @ 2005 Pearson Education, Inc. Publishing as Pearson Benjamin Cummings. All rights reserved.
T
A
G
A
T
ALos modelos de replicación de ADN

después
de una
generación
Xxx

(A) SEMICONSERVADORA (B)
DISPERSIVA

(C)
CONSERVADORAEl experimento de Matthew Meselson y Franklin Stahl
1958

fuerza de centrifugación
moléculas de
DNA livianas

(A) bacterias crecidas en
un medio liviano

fuerza de centrifugación
(B) bacterias crecidas
en un medio pesado
moléculas de
DNA pesado

TRANSFERENCIA A
UN MEDIO LIVIANO

fuerza de centrifugación
(C) bacterias crecidas en
20 min adicionales
en un medio liviano
moléculas de DNA de peso intermedio

Predicciones de replicación

1ra. replicación
2da. replicación

Modelo
Conservativo
X
X

Modelo
Semiconservativo
2000
X
@ Động Parson Etuorion, inc

1
Bacteria
cultivada en
medio con 15N

2
Bacteria
transferida a
medio con
14N

¿CONCLUSIÓN?

3
ADN
Centrifugado
después de
1ra.replicación

4
ADN
Centrifugado
después de
2da.replicación

Menos
denso
Más
denso

RESULTADO

http://www.sumanasinc.com/webcontent/animations/content/meselson.html

CONDICIÓN
RESULTADO
INTERPRETACIÓN

Modelo
Dispersivo
1000
OReplicación del ADN

INTERFASE

telómero
origen de
replicación
centrómero
cromosoma
L
cromatides
hermanas
cromosoma duplicado
origen de
replicación
DNA
doble
hélice
3'
inm
5
1
la doble hélice se
abre con la ayuda de
proteínas iniciadoras
5'
3'
3'
5
Moldes de DNA de cadena simple
preparados para la síntesis de DNA
fragmentos de Okazaki
5'
3'
5'
3'
3'
5'
3'5' 3' 5'
dirección de movimiento de la
horquilla
molde de la cadena adelantada
de la horquilla hacia la izquierda
1
molde de la cadena retrasada
de la horquilla hacia la derecha
L
5'
3'
DNA
recién sintetizado
3'
5'
molde de la cadena retrasada
de la horquilla hacia la izquierda
molde de la cadena adelantada
de la horquilla hacia la derecha
3' 5'Replicación del ADN

Primasa

3'
5'
3'
RNA
primer
5'
3'
Helicasa
5'
Proteínas de unión a
cadena simple
Topoisomerasa3'
ADN Parental
5'
Cadena adelantada
5'
3'
Fragmentos
de Okazaki
Cadena retrasada
2
1
3'
5'
ADN pol III
Cadena molde
Cadena adelantada
Cadena retrasada
3
2
1
Cadena molde
ADN ligasa
-
Dirección general de la replicación
Copyright 2005 Pearson Education, Inc. Publishing as Pearson Benjamin Cummings. All rights reserved.Replicación del ADN

Dirección general de la replicación

Hebra
adelantada
Origen de replicación
Hebra
retrasada
ADN pol III
Helicasa
cadena adelantada
ADN ligasa
Horquilla de Replicación
3'
Primasa
2
ADN Parental
ADN pol III
cadena
retrasada
1
Primer
3'
Proteínas de
unión a cadena simple
3
5'
4
Hebra
retrasada
PANORAMA
GENERAL
Hebra
adelantada
5'
ADN pol I
Copyright 2005 Pearson Education, Inc. Publishing as Pearson Benjamin Cummings. All rights reserved.
https://www.youtube.com/watch?v=TNKWgcFPHqwMolde de
la cadena
adelantada
Abrazadera deslizante
DNA polimerasa sobre
la cadena adelantada
Hebra de DNA recién
sintetizada
Hélice de
DNA madre
Primasa
Cebador de RNA
DNA helicasa
Nuevo fragmento
de Okazaki
Fragmento
de Okazaki
previo
Inicio del siguiente
fragmento de Okazaki
Hebra de DNA
recién
sintetizada
Molde
de la
cadena
retrasada
Proteína de unión a
DNA monocatenario
DNA polimerasa sobre la cadena retrasada
(acaba de terminar un fragmento de Okazaki)
(A)
Molde de
la cadena
adelantada
Hélice de DNA
madre
El siguiente fragmento
de Okazaki comenzará
aquí
Molde de la cadena
retrasada
Cebador
de RNA
Nuevo
fragmento de
Okazaki
DNA polimerasa sobre
la cadena retrasada
(acaba de terminar un
fragmento de Okazaki)
Fragmento de
Okazaki previo
(B)
DNA animation (2002-2014) by Drew Berry and Etsuko Uno wehi.tv #ScienceArt - You TubeCadena nueva
Extremo 5'
Cadena molde
Extremo 3'
Extremo 5'
Extremo 3'
Azúcar
A
T
A
£
T
Base
Fosfato
C
G
C
G
G
C
G
C
OH
ADN polimerasa
Extremo 3'
A
T
A
T <
P
P
Pi
OH
P
P
C
Pirofosfato
C
OH
2P
Nucleosido
trifosfato
Extremo 5'
Extremo 5'
Copyright 2005 Pearson Education, Inc. Publishing as Pearson Benjamin Cummings. All rights reserved.

Extremo 3'

Dedos Palma
Pulgar Hebra
recién
formada
3' CH
E
1-5
Hebra
plantilla
Base mal
emparejada Sitio exonucleasa
3-5'
Base mal'emparejada
para ser eliminada

A Las enzimas de reparación pueden reconocer una base apareada
incorrectamente (magenta), pero a veces no la corrigen antes de la replicación
de ADN.
Bases mal
emparejadas
3'
A
C
C
T
G
5'
A
C
T
C
A
G
T
C
A
C
T
c
G
5'
Sitio de hidrólisis de
exonucleasa 3'-+ 5'
3'
b)
Las ADN polimerasas también tienen actividad
exonucleasa que les permite reparar errores durante
la replicación
4
U
0
cambio de base
0
1
U
replicación de ADN
C
C
G
G
C
A
T
1
U
T
T
C
A
G
A
A
G
T
C

B Después de la replicación ambas cadenas se aparean adecuadamente.
Las enzimas de reparación ya no pueden reconocer el error, el cual ahora
se ha convertido en una mutación que se transmitirá a los descendientes
de la célula.
FIGURA 8.14 Como un error de replicación se convierte en una
mutación.
G
G
1
T
T¿Por qué el crecimiento de las cadenas siempre es en sentido 5' a 3'?

5'
hebra cebadora
3'
PPP
P
P
P
P
P
P
PPP
PPP
hebra hipotética
en crecimiento
de 3'a 5'
hebra actual
en crecimiento
de 5'a 3'
P P
-
PP
5'
3'
PPP
P
P
P
P
P
P
P
corrección
PPP
P
3ʹ
Extremo 5' producido si uno 5'
de los nucleótidos es
-
P
removido por la corrección
P
P
P
P
P
P
1
Extremo 3' producido
cuando un nucleótido es
removido por la corrección
PPP
PPP
Desoxirribonucleico
trifosfato correcto que
ingresa
+
PP
Desoxirribonucleico
trifosfato correcto que
ingresa
5
PP
P
P
P
P
P
P
P
Reacción no procede, no
hay enlace de alta energía
que pueda romperse
Se rompe enlace de alta
energía, proporcionando
energía para polimerizaciónAgentes
mutagénicos

El cigarrillo contiene benceno, nitrosaminas,
formaldehído, cianuro de hidrógeno y
radicales libres como radical hidroxilo

• CLORURO DE VINILO
  angiosarcoma hepático
• BENCENO
  leucemias agudas
• ARSÉNICO
  carcinomas de piel, cáncer de vejiga
• ASBESTO
  mesotelioma
• 
  RADIO
  osteosarcoma
  O
  O
  O
  O
  O
  O
  O
  O
  O
  OH
  O
  O
  Enzimas
  - HN
  N
  OCH3 citocromo P-450
  OCH3
  OCH3
  H2N
  N
  N
  DNA
  (A) AFLATOXINA
  AFLATOXINA-2,3-EPÓXIDO CARCINÓGENO UNIDO A GUANINA EN EL ADN
  O=EFECTO
  INDI RECTO
  FOTÓN
  1
  HO,- H2O.
  Agua
  FOTÓN
  1 nm
  ADN
  2 mm
  EFECTO
  DIRECTO
  ‘Ö:H
  .
  Efecto de las radiaciones ionizante
  como Rayos X, rayos gamma
  Radical hidroxilo
  · OH
  GUANINA
  8-HIDROXIGUAN
  C
  O
  N
  N
  OH·
  N
  OH
  NH2
  NH2
  N
  N
  N
  N
  O
  NH
  N
  N
  -H
  N
  0
  H-
  Z
  NH2
  N
  N
  8-HIDROXIGUANINA
  ADENINA
  Efecto de la radiación ultravioleta.
  Formación de dímeros de timina
  1 Un dímero de timina
  distorsiona la molécula de
  ADN
  2 Una enzima nucleasa corta
  la cadena de ADN dañada en
  dos puntos y se elimina la
  sección dañada
  Nucleasa
  DNA
  polimerasa
  3 La síntesis de reparación
  por una ADN polimerasa
  completa los nuclétidos
  que faltan
  DNA
  ligasa
  4 La ADN ligasa sella
  el extremo libre del ADN
  nuevo al viejo y completa la
  cadena
  Copyright 2005 Pearson Education, Inc. Publishing as Pearson Benjamin Cummings. All rights reserved.
  Ejemplo de mecanismo de
  corrección de un dímero de timina
  Hidroxilación de bases nitrogenadas causa mutaciones
  UV
  Antes
  Después
  C
  N
  C
  C
  C
  N
  C.
  N
  C
  C-N
  CON
  CON
  1
  Fotón UV
  TT
  TAT
  penetrando
  Dímeros de
  Timina
  EN
  EN
  Distorsión
  C
  en la doble
  hélice
  NReplicando los extremos de la molécula de ADN:
  telómeros

5'
Final de las hebras
parentales
Cadena líder
Cadena rezagada
3'
Último fragmento
Fragmento previo
RNA primer
Cadena rezagada 5'
3'
Primer removido pero
que no puede ser
reemplazado
con ADN porque no
hay un extremo 3'
para la ADN polimerasa
3'
Remoción de primers y reemplazo
con ADN donde hay disponible
un extremo 3'
5'
Segundo ciclo
de replicación
5'
Nueva cadena líder 3'
Nueva cadena rezagada 5'
3'
1
Ciclos de replicación
posteriores
Moléculas hijas cada
vez más cortas
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cromosoma
unidad repetitiva
sintetizada de novo
telomerasa
g
3'
q-ttttggggttttggggttttg./
5'
Aaaaaccccaaaacccc
ARN molde
secuencias teloméricas repetitivas
3'
cadena molde
5'
cadena retrasada recién sintetizada, incompleta
SE UNE LA
TELOMERASA
3'
5'
3'
5'
dirección de
síntesis del
telómero
LA TELOMERASA
AÑADE
REPETICIONES A
LA CADENA MOLDE
la telomerasa con molde de RNA unido
5'
5
LA DNA POLIMERASA
COMPLETA LA
CADENA RETRASADA
3'
5'
DNA
polimerasa
g•
Alberts B, Bray D, Hopkin K, Johnson A, Lewis J, Raff M, Roberts K, Walter P. Introducción a la Biologia Celular. Madrid.
Editorial Médica Panamericana. 5a Ed. 2020. Cap 6. Disponible en: https://
mieureka.medicapanamericana.com/viewer/introduccion-a-la-biologia-celular-1/199
Base de datos UPCH: Eureka
•
Lisa A. Urry, Michael L. Cain, Steven A. Wasserman, Peter V. Minorsky, Rebecca B. Orr. Campbell Biología Pearson Educación
de México, S.A. de C.V., 2024. Cap 16. Pp 320- 329.
https://ebooks7-24.com:443/?il=36330&pg=360
Base de datos UPCH: Ebooks7-24
•
Freeman, S., Quillin, K., Allison, L., Black, M., Podgorski, G., Taylor, E., Carmichael, J. (2019). Fundamentos de biología. Pearson Educación.
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Base de datos UPCH: Ebooks7-24
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Iwasa J., Marshall W. Karp. Biologia celular y molecular. Conceptos y experimentos. México. Ed. Mc Graw Hill. Edición 8ª. 2019
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Base de datos UPCH: E-Books 7-24
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Starr, C. Taggart, R., Evers C., Starr, L. Biología, La Unidad y la Diversidad de la vida. México. Editorial CENGAGE. Edición 13ª.
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Base de datos UPCH: E-Books 7-24
•
Reparación del ADN
https://es.khanacademy.org/science/biology/dna-as-the-genetic-material/dna-replication/a/dna-proofreading-and-repair
•
Experimento de Meselson-Stahl
https://es.khanacademy.org/science/biology/dna-as-the-genetic-material/dna-replication/a/mode-of-dna-replication-meselson-sta
hl-experiment
•
Experimento de Meselson -Stahl. Video
http://www.sumanasinc.com/webcontent/animations/content/meselson.html
•
Entrevista a Meselson y Stahl en Febrero 2020 (Recomendado)
https://
www.labxchange.org/library/pathway/lx-pathway:6eb96ce2-1127-4557-b8bf-9965c81088e9/items/lb:LabXchange:8506f12c:video
:1/54092
•
£
ADN. Video
DNA Replication 2010 - YouTube