Genética: Estructura, organización y reparación del ADN en la Universidad Mayor

GENÉTICA (NCBT1007)

Kinesiología
Semestre Otoño 2025
Dra. Consuelo Olivares Yañez
Núcleo de Ciencias Biológicas

UNIVERSIDAD
MAYOR
PARA
ESPÍRITUS
EMPRENDEDORES

Estructura, organización y reparación del ADN

UNIVERSIDAD
MAYOR
para espiritus emprendedores
NÚCLEO DE CIENCIAS
BIOLÓGICAS

CICLO CELULAR

• Serie de etapas de crecimiento y desarrollo
  que experimenta una célula entre su
  nacimiento y reproducción.
• Está formado por la Interfase y la Fase
  Mitótica (M).
• Durante la interfase, la célula crecerá y
  obtendrá la energía necesaria para duplicar su
  ADN.

20 a 30
minutos

S
G2
Replicación del DNA y
síntesis de proteínas
2 horas

PARA ESPÍRITUS EMPRENDEDORES
UNIVERSIDAD MAYOR

Go
Periodo de
no división

G1
15 horas
a meses
Interfase
Mitosis
M

• Durante la fase mitótica la célula con el ADN
  duplicado se dividirá, utilizando la energía
  acumulada de la interfase.

EL CICLO CELULAR ES CONTROLADO

UNIVERSIDAD
MAYOR
para espiritus emprendedores
NÚCLEO DE CIENCIAS
BIOLÓGICAS

Punto de control G1

• ¿ Es la célula bastante grande?
• ¿ Es favorable el entorno?

G1

• ¿ Estan todos los cromosomas
  de huso mitotico alineados?

Punto de control de Metafase

Interfase
M
S
G2

• ¿ Esta todo el ADN replicado?
• ¿ Es favorable el entorno?
• ¿ Es la célula bastante grande?

Punto de control G2

• Las etapas del ciclo celular son
  altamente reguladas y sólo ocurrirán
  los eventos siguientes si los puntos de
  control se satisfacen.

Mitosis

• Las restricciones son supervisadas por
  proteínas que controlan y monitorean
  el estado de la célula.

. Los controles ocurren a nivel
intracelular y extracelular.

PARA ESPÍRITUS EMPRENDEDORES
UNIVERSIDAD MAYOR

¿DE QUÉ ESTÁ COMPUESTO EL ADN?

UNIVERSIDAD
MAYOR
NÚCLEO DE CIENCIAS
BIOLÓGICAS
para espiritus emprendedores

Purinas

Adenina
Guanina

H
H
N
H
N
N
N
N
H
N
N
N
N
H

3'
5'
0
N
NH
0
ǁ
N
NH2

Nucleótido

0-P-O-CH2
0
OH

Pirimidinas

Timina
Citosina

H
CH3
0
H
N
N
N
N
H
O
0

Componentes estructurales del ADN.
Formados por un grupo fosfato, una
azúcar (pentosa) y una base nitrogenada.

Cromosoma
Esqueleto
Azucar-fosfato
T
A
C
G
C
T
G
ATG
C
G
AIC
Bases nitrogenadas
N
-O

PARA ESPÍRITUS EMPRENDEDORES
UNIVERSIDAD MAYOR
N

ESTRUCTURA MOLECULAR DE ADN

UNIVERSIDAD
MAYOR
para espiritus emprendedores
NÚCLEO DE CIENCIAS
BIOLÓGICAS

Bases Nitrogenadas

Purinas:

A
Adenina
G
Guanina

Pirimidinas:

T
Timina
C
Citosina

Complementariedad de las bases Nitrogenadas

Puente de hidrogeno
Puente de hidrógeno
Fosfato
P
A
P
Azucar
Esqueleto
azucar-fosfato
Esqueleto
azucar-fosfato
Par de bases
nitrogenadas

3'
O
O
P
0
O
A
O
C
P
0
O
P
C
G
O
O
O
C
P
O
O
P
T
A
0
O
0
C
P
O
O
P
G
C
.0
Puente de
hidrógeno
O
0
P
O
3'
O
5'
La molécula de ADN está compuesta por dos
cadenas complementarias de nucleótidos
P
T
G
C
P
5'

ESTRUCTURA DEL ADN

UNIVERSIDAD
MAYOR
para espiritus emprendedores
NÚCLEO DE CIENCIAS
BIOLÓGICAS

H
C
T
G
G
A
A
G
G
A
C
C
G
T
T
A
c
CATTGCCAGT
5'
>
3'
N
N
H
N
N
0
A
G
N
N
G
DNA double helix
C
A
T
T
H
CH3
Timina
O
H
H
N
N
N
H
N
N
0
N
N
Adenina
Cada una de las hebras de ADN se juntan gracias a las uniones químicas débiles
llamadas puentes de hidrógeno.
PARA ESPÍRITUS EMPRENDEDORES
UNIVERSIDAD MAYOR
A
T
sugar-phosphate
backbone
hydrogen-bonded
base pairs
H
N
Guanina
G
T
A
A
G
TC
A
C
C
A
1
A
TIT
TIT
TI
G
G
T
G
G
C
A
C
A
Citosina
I Z
N
H
O
nucleotide
monomers

3'
ACTGGCAATG
5'
G
A
T
C
C
T
=

TOPOLOGÍA DEL ADN

Bases nitrogenadas:

3%
5
Adenina
Timina
Guanina
Citosina

Surco
mayor
Par de bases
Esqueleto
azúcar-fosfato
Surco
3'
+5'
menor
Como resultado de la asimetría
entre los pares de bases la
molécula de ADN presenta
"Surcos" a medida que gira.
surco mayor
surco mayor
H
OTH-N
N-HILO
CH
H
H
N11
G
Z
N
N
N
N-HILO
H
H
surco menor
surco menor
surco mayor
surco mayor
H
H
H
N-HILO.
CH
OWH-N
H
H
C
NINH-N
G
N
H
T
N-HUIN A
N
Z
N
N-
N
OWH-N
o
H< H
surco menof
surco menof
Los pares de bases (A-T y G-C),
Se van agregando con una rotación
interna de 35°
PARA ESPÍRITUS EMPRENDEDORES
UNIVERSIDAD MAYOR
H
N-HWIN
C
H
NHƯIH-N
T
0
UNIVERSIDAD
MAYOR
para espiritus emprendedores
NÚCLEO DE CIENCIAS
BIOLÓGICAS

REPLICACIÓN DEL ADN

AT-
-CG-
CG
-TA.
CG-
-GC-
TA
TA
AT
-AT
-CG
-TA
A
C
C
G
-C
T-
A
A -
T
-GC
GC
-GC-
-AT
·AT
-TA-
JA
-GC-
-TA-
-TA-
-GC
AT
-GC-
GC-
TA-
Old
LTA-
.AT
-AT
-GC
-GO
New
CG-
~G

• ADN tiene que ser copiado antes de la división celular.
• El ADN es replicado durante la fase S de la interfase.
• Nuevas células necesitan hebras de ADN idénticas.

La replicación tiene tres características comunes que se
cumplen tanto en células procariontes como eucariontes:

1. Semiconservativa.
2. Bidireccional.
3. Semidiscontinua.

Conservative replication
Dispersive replication
UNIVERSIDAD MAYOR
PARA ESPÍRITUS EMPRENDEDORES
UNIVERSIDAD
MAYOR
para espiritus emprendedores
NÚCLEO DE CIENCIAS
BIOLÓGICAS
Semiconservative
replication
GC
-TA
-GC-
T-
GO
The two strands of the
parental double helix unwind,
and each specifies a new daughter
strand by base-pairing rules
G

ADN POLIMERASA

UNIVERSIDAD
MAYOR
para espiritus emprendedores
NÚCLEO DE CIENCIAS
BIOLÓGICAS

• 1955 Arthur Kornberg aisló la primera ADN polimerasa identificada como ADN polimerasa I, desde E. coli.

. Esta enzima utiliza dNTP como sustrato y requiere de un primer que mayoritariamente se trata de un ARN.

• Posee baja procesividad o tiempo de permanencia unida al ADN, lo que no concordaba con la gran velocidad de
  replicación de la bacteria, por este motivo en 1970 se descubrieron otras ADN polimerasas.

ADN polimerasa
cebador
1
nueva cadena
de ADN
51
3'
3'
5'
cadena
anterior
T
GAATCACC
CTTAGTGAC

• Siempre necesita ADN molde.
• Solo pueden agregar nucleótidos al
  extremo 3' de la cadena de ADN.
• Necesita una cadena preexistente
  "cebador".

PARA ESPÍRITUS EMPRENDEDORES
UNIVERSIDAD MAYOR

DIRECCIONALIDAD DE LA SÍNTESIS DE ADN

UNIVERSIDAD
MAYOR
para espiritus emprendedores
NÚCLEO DE CIENCIAS
BIOLÓGICAS

REACCIÓN DE POLIMERIZACIÓNDEL ADN

P
P
3
P
P
P
OH
OH
T
c
T
A
G
G
A
0
T
3' -- P
P
P
P
P
P) -- 5'
P
P
-> 20
5'
-P
P
P
P
P
OH
C
T
T
A
G
G
A
A
T
C
T
3' -- P
P
P
®
P
P
La molécula de ADN
polimeriza en
dirección 5' -- > 3'
P) -- 5'
A
T
5
nucleótidos
trifosfato
+

LA ENZIMA ADN POLIMERASA ES LA RESPONSABLE DE LA SÍNTESIS DEL ADN

UNIVERSIDAD
MAYOR
para espiritus emprendedores
NÚCLEO DE CIENCIAS
BIOLÓGICAS

5'triphosphate
3'
+
HO
pyrophosphate
3'
5'
3'
5'
HO
primer
strand
J
5'-to-3'
direction of
chain growth
HO
incoming
deoxyribonucleoside
triphosphate
template
strand
(A)
5'
3'
5'
3'
“fingers"
“thumb"
incoming
deoxynucleoside
triphosphate
P
P
PP
template
strand
L 3'
P
palm
5' POSITIONING
OF INCOMING
DEOXYNUCLEOSIDE
TRIPHOSPHATE
T
NUCLEOTIDE
INCORPORATION
FOLLOWED BY DNA
TRANSLOCATION
(B)
primer
strand
Figure 5-4 Molecular Biology of the Cell 5/e (@ Garland Science 2008)
PARA ESPÍRITUS EMPRENDEDORES
UNIVERSIDAD MAYOR
P
P

ADN POLIMERASA CON ACTIVIDAD EDITORA

UNIVERSIDAD
MAYOR
para espiritus emprendedores
NÚCLEO DE CIENCIAS
BIOLÓGICAS

5'
3'
T
G
GTAGT
K
CCATCAGTC
3'
5'
Polimerasa agrega un
nucleótido incorrecto a la
nueva cadena de ADN
3
5
G
G
T
LAGT
T
:
C
CA
TCAGTC
3'
5
5
3
G
G
T
A
T
7
C
C
A
T
CA
GT
C
3'
5'
Polimerasa detecta que
las bases están mal
emparejadas
Replica en sentido 5' -- > 3' pero cuando se equivoca
elimina el nucleótido equivocado gracias a que
posee actividad exonucleasa 3' -- > 5' llamada editora
o proof reading, luego vuelve a replicar en sentido 5' -- > 3'.
Polimerasa usa actividad
3 '+ 5' exonucleasa para
quitar nucleótido incorrecto

Table 5-1 The Three Steps That Give Rise to High-Fidelity DNA Synthesis

REPLICATION STEP
ERRORS PER NUCLEOTIDE
5' -> 3' polymerization
1 in 105
3' -> 5' exonucleolytic proofreading
1 in 102
Strand-directed mismatch repair
1 in 102
Combined
1 in 109
The third step, strand-directed mismatch repair, is described later in this chapter
T

TIPOS DE ADN POLIMERASA

UNIVERSIDAD
MAYOR
para espiritus emprendedores
NÚCLEO DE CIENCIAS
BIOLÓGICAS

• ADN polimerasa I : replica segmentos muy cortos de ADN.
• ADN polimerasa II, IV, V : involucradas en procesos de reparación del ADN.
• ADN polimerasa III : es la enzima que realmente replica el DNA (alta procesividad).

Procesividad: Número de nucleótidos que una polimerasa puede incorporar al ADN durante un
evento de unión a su templado y antes de disociarse de este templado. - A mayor procesividad,
mayor eficiencia o velocidad.
Fidelidad: Capacidad de evitar o corregir errores en la replicación.
- A mayor fidelidad, menor eficiencia o velocidad.
PARA ESPÍRITUS EMPRENDEDORES
UNIVERSIDAD MAYOR

EL ADN SE REPLICA MEDIANTE LA GENERACIÓN DE UNA HORQUILLA DE
REPLICACIÓN

UNIVERSIDAD
MAYOR
para espiritus emprendedores
NÚCLEO DE CIENCIAS
BIOLÓGICAS

burbuja de
replicación
3'
5'
Cadena
líder
3'
5'
1
- ADN nuevo
- ADN viejo
5'
3
Cadena
rezagada
K
burbuja crece en
ambos extremos
3'
5'
Fragmentos
de Okazaki
Replica en sentido 5' -- > 3', pero lo hace en ambos extremos.
La cadena líder polimeriza en sentido 5' -- > 3' usando de templado la cadena 3' -- > 5'.
La cadena rezagada polimeriza en sentido 5' -- > 3' usando de templado la cadena 5' -- > 3'. Este proceso
esta mediado por cebadores que generan los fragmentos de Okazaki
PARA ESPÍRITUS EMPRENDEDORES
UNIVERSIDAD MAYOR

PROTEÍNAS QUE INTERVIENEN EN LA REPLICACIÓN

UNIVERSIDAD
MAYOR
para espiritus emprendedores
NÚCLEO DE CIENCIAS
BIOLÓGICAS

• ADN polimerasa:

- Ninguna de ellas puede partir de cero, necesitan un trozo de ADN o
ARN preformado que actúa como cebador (primer).
- Sólo generan nuevo ADN en dirección 5'-> 3' a partir del origen de
replicación.
- En procariontes: Pol I, Pol II, Pol III.

• Helicasa (abre el ADN en la horquilla replicación).
• Topoisomerasa (evita el superenrollamiento del ADN).
• Proteínas estabilizadoras de ADN de simple hebra (SSB).
• Primasa (ARN polimerasa)
• ADN polimerasa I (elimina los cebadores ARN y sustituye por ADN).
• ADN ligasa (une los fragmentos de ADN formados).

PARA ESPÍRITUS EMPRENDEDORES
UNIVERSIDAD MAYOR

Topoisomerase
Replication
fork
movement
Helicase
Next Okazaki fragment will start here
RNA primer
Primase
RNA primer
Okazaki
fragment
Single-strand binding
proteins
Clamp
Leading stand
DNA
polymerase
III dimer
DNA
polymerase I
Lagging
strand
Ligase
X