Replicación, recombinación y reparación del DNA: una presentación universitaria

Características generales de la replicación del DNA

TEMA 9
AMC
REPLICACION,RECOMBINACIÓN
Y REPARACIÓN DEL DNA
Horquilla de replicacombinación y reparación de
> Mecanismos de replicación
DNA polimerasas
Recombinación
r
Mutaciones
mecanismos de reparación
9.
BIBLIOGRAFÍA DEL TEMA:
V
Genética. Un enfoque conceptual. B.A. Pierce. Editorial Médica Panamericana1. Características generales de la replicación del DNA.
2. Replicacion del DNA en celulas procariota
DNA polimerasas. Horquillas de replicación
Iniciación de la replicación
Síntesis de las hebras conductora y retardada
Terminación de la replicacióne
3. Recombinación homóloga.
Mutaciones y mecan minacion
ios de reparación del DNA:
Reparación por escisión de una base
Reparación
or escisión de nucleótidos
Reparacići
de apareamientos erróneos
Reparación directa (fotorreactivación)
Reparación de rotura bicatenaria (recombinación)

Replicación semiconservativa del DNA

Tem1. Características generales de la replicación del DNA
La replicación del DNA es semiconservativa
AM
La replicación del DNA produce dos moléculas de DNA bicatenario
hijas, ambas formadas por una cadena parental y una cadena
recién sintetizada
CO
TA
TA
TA-
Q
TA
HERK
www.cibertareas.com
TA
C
T
A
G
To
C
G
A
T
C
A
Ce
Vieja
AT-
GG
Os TA
GC
TA
GO
TA
Nueva
G
TA
GOE
TA
TA
TA
-Proceso de alta fidelidad (sin errores, con
mecanismos de verificación y corrección).
-Proceso completo (copia
continua de
principio a fin del genoma!
-Semiconservativa,
con hebra adelantada
y hebra atrasadaa
Teloal.
Replicadorf, recombinfocion y reparacion del@La replicación del DNA es bidireccional
La síntesis
es
simultánea
y secuencial
Origen
5'
PC
5' 3'
5'
PC
3'
3'
3'
5'
3'5'
3'
5'
5'
Ce
Fragmento de
Okazaki
Ombinacion'y reparación del DNA AMC
Hélice
conductora
Hélice
retardada
Replicación, renmer
C = Punto de crecimiento (Horquilla de replicación)
La replicación del cromosoma bacteriano empieza en un único
sitio (origen de replicación) y continua bidireccionalmente hasta
que el cromosoma entero es copiado. Hay dos horquillas de
T
replicación que se mueven en direcciones opuestas.La replicación del DNA es semidiscontinua
SAMO
Motion of
NA
Avance de la horquilla de replicación
3'
fork
5'
3'
5'
Leading strand
3'
Lagging strand
(Okazaki fragments)
3'
5'
Parental strands
Figure 24-5 Fundamentals of Biochemistry, 2/e
@ 2006 John Wiley & Sons
e simultadvocación, red
stacion, recomendación y reparacion Plicati
La cadena conductora se sintetiza de manera continua, mientras que la
cadena retardada lo hace en segmentos (fragmentos de Okazaki) que
luego se han dein
unir. La síntesis de las hebras conductora y retardada
ocurre simultaneamente en la horquilla de replicación.
> Esto es debido a que la DNA polimerasa extiende las hebras de DNA
sólo en dirección 5' -> 3'.

Etapas y proteínas de la replicación

La replicación tiene 4 etapas:
iniciación, desenrollamiento, elongación y terminación.
Tipos de proteínas implicadas en la replicación:
DNA polimerasas: polimerizado de desoxirribaNA
idos trifostafo (dNTP).
Proteínas accesorias de la polimerasa, que potencian la procesividad de la
polimerasa (subunidad @: forma un anillo alrededor del DNA que actúa como
abrazadera deslizante).
*Helicasas: desenrollado progresivo
dsDNA, utilizando la energía que
proporciona la hidrólisis de ATP.
libera la tensión torsional generada por el
desenrollado inducido por las hel casas.
Primasa o RNA polimerion
sa: sintetiza los RNA cebadores
aplicación, Yoco
Proteínas de unión a ssDNA: estabiliza el DNA en la conformación de una
sola hebra para que actue como molde, impidiendo así la renaturalización
prematura del dsDNA.
Ter
DNA ligasa: sella las muescas formadas entre los fragmentos de Okazaki de la
hebra retardada.
combinacios y reparo soon dels NA AMC

Replicación del DNA en procariotas (E. coli)

Iniciación de la replicación en E. coli

1. INICIACIÓN
En el cromosoma bacteriano ocurre en
un único sitio denominado "origen de
replicación" (OriC_en E. coli), una región
de unos 245 pb.
Numerosas copias de una proteína de
52 kDa, conocida como DnaA (proteína
iniciadora), se unen al OriC iniciando así
la separación de hebras (lo que requiere
ATP).
HU = proteínas de unión al dsDNA que facilitan que
IHF = integration host factor
DnaC= permite que DnaB se una al origen
Así DnaB (helicasa)
SSB
pueden
unirse a la cadena de DNA.
Tema 9
Luego se une
la
DnaG
(primasa o
RNApol) que comienza a sintetizar el
RNA cebador.
OI) Aplicación, recombinacion y reparación de
orf DMA
3 repeats
R.
R2
13-bp sequences
Dna,4 binding sites: 4 repeats of 9-bp sequence
HU
and
IHF
0
Primase
DnaA protein
ATP
SSB
13-bp
regions
DnaA
RNApol
DnaC protein
+ADP
DnaG primase
3
ATP
DnaB-DnaC
protein complex
2
DnaB
helicase
ATP
DnaC
SSB
R3
RA
deunion al dispiacereDetable 25-3
Proteins Required to Initiate Replication at the E. coli Origin
Protein
M,
Number of
subunits
Function
DnaA protein
52,000
1
Recognizes origin sequence; opens duplex at specific sites in origin
Unwinds DNA
DnaB protein (helicase)
300,000
6*
DnaC protein
29,000
1
Required for DnaB binding at origin
HU
19,000
2
Histonelike protein; DNA bending protein; stimulates initiation
Primase (DnaG protein)
60,000
1
Synthesizes RNA primers
Single-stranded DNA-binding protein (SSB)
75,600
4*
Binds single stranded DNA
RNA polymerase
454,000
5
Facilitates DnaA activity
DNA gyrase (DNA topoisomerase II)
400,000
4
Relisves torsional strain generated by DNA unwinding
Dam methylase
32,000
1
*Subunits in these cases are identical.
table 25-4
Proteins at the E. coli Replication Fork
Protein
Number of
subunits
Function
SSB
4
Binding to single-stranded DNA
DnaB protein (helicase)
6
DNA unwinding; primosome constituent
Primase (DnaG protein)
60,000
1
RNA primer synthesis; primosome constituent
DNA polymerase III
900,000
18-20
New strand elongation
DNA polymerase I
103,000
1
Filling of gaps, excision of primers
DNA ligase
74,000
1
Ligation
DNA gyrase (DNA topoisomerase II)
400,000
4
Supercoiling
Recognizes origin sequence AM
M,
75,600
300,000
Herma 9. Replicacion recombination(5)GATO sequences at ori
Modified from Kornberg, A. (1982) Supplement to DNA Replication, Table $11-2, W.H. Freeman and Company, New York.

Desenrrollamiento del DNA

2. DESENROLLAMIENTO
Las proteínas implicadas en la síntesis de una y otra hebra, en cada horquilla de
replicación, se encuentran formando un complejo proteico denominado replisoma
que
contiene
una
unidad
funcional
denominada
primosoma
(primasa =RNApo)=DNAG
+
helicasa-DNAB),
necesario
para
iniciar cada
fragmento de Okazaki, y dos holoenzimas DNA pol III, una de las cuales sintetiza
la hebra conductora y la otra, junto con el pomosoma, sintetiza la hebra
retardada.
DNA polymerase
elongates both strands.
Leading strand
template
Helicase unwinds
the double helix.
primosoma
3'
5'
Leading
strand
Okazaki
3'
5'
Lagging
strand
RNA primer
girasa
Parent DNA
3'
E
5'
Tend
Primase
makes primer.
Single-strand DNA-binding
proteins make the templates
available to primase and
DNA polymerase III.
template
Lagging strama goweplics
aegmención, recombinación The
El replisoma es la región de síntesis activa del DNALa DNA helicasa desenrolla el DNA uniéndose al molde de la cadena
retrasada en cada horquilla de replicación y se desplaza en dirección
5'->3'. El tetramero de SSB estabiliza el DNA monocatenario (cada
tetramero abarca de 35 a 65 nts).
of Se DONA_Aveatenario (cada
1
La DNA helicasa se une al molde de la cadena retrasa-
da en cada horquilla de replicación y se mueve en di-
rección 5'-+3' a lo largo de esta cadena, lo que
rompe los puentes de hidrógeno y desplaza la
horquilla de replicación.
2 Las proteínas de unión
a la cadena simple
estabilizar el DNA mo-
nocatenario expuesto.
3
La DNA girasa alivia
la tensión por delan-
te de la horquilla de
replicación.
yrepara
Desenrollamiento
Desenrollamiento
DNA girasa
enrollaReplicacion, recombinación
DNA helicasa
Proteínas de unión
a la cadena simple
9.
Desenrollamiento
Desenrollamiento
Genética. Un enten
que conceptual. 5ª ed. B.A. Pierce
W.H. Freeman and Co.
@ Traducción Editorial Médica Panamericana.
Recordad que las helicasas no
pueden iniciar el desenrollamiento
del DNA bicatenario. Son las
proteínas iniciadoras las que separan
las cadenas (DnaA).La DNA girasa soluciona la tensión que originan las helicasas por el
desenrollamiento del DNA.
Tema 9. Replicación, recombinación y reparación del DNA AMC
Las topoisomerasas regulan el superenrollamiento. Para ello
cortan las hebras y, una vez eliminadas las tensiones, las
vuelve a empalmar, acción que requiere ATP.

Elongación de la replicación

3. ELONGACIÓN
La síntesis de las hebras conductora y retardada
ocurre simultáneamente en cada horquilla de
replicación.
ción del DNA AMC
DNA polymerase III haloenzyme
Sliding clamp
SSB
Leading strand
5'
3'
72
5'
3'
DnaB protein(helicasa)
5'
3'
RNA primer
Primosome
Lagging strand
Growing Okaor
aki
fragment
Figure 24-15a Fundamentals of Biochemistry, 2/e
@ 2006 John Wiley & Sons
Tema 9. Raplicador? recombinación y repar
En la fase de elongación de la replicación se usa DNA
monocatenario como molde para la síntesis de DNA.Dado que la DNA polimerasa requiere un grupo 3'-OH libre para extender
una cadena de DNA, se necesita un cebador (primer). Un fragmento corto de RNA
actúa como cebador para la síntesis de DNA. En E. coli este RNA cebador es
sintetizado por la enzima primasa, una RNA polimerasa. En una etapa posterior el
RNA cebador es eliminado y reemplazado por DNA.
3'
5'
3'
RNA primer
(avance de la horquilla)
5'
3'
5'
3'
3'
5'
Okazaki fragment
5'
5'
Figure 24-6 Fundamentals of Biochemistry, 2/e
2006 John Wiley & Sons
a 9. Replicación, recombinación y reparación del DNALa primasa (RNA pol) sintetiza segmentos cortos de nucleótidos de RNA
y proporciona un grupo 3'-OH al que la DNA polimerasa III puede
añadir nucleótidos de DNA
Girasa
Helicasa Origen
Primasa
OH OH
Desenrollamiento
La primasa sintetiza segmentos cortos de nu-
cleótidos de RNA, lo que aporta un grupo
3'-OH al que la DNA polimerasa puede añadir
nucleótidos de DNA.
paresenrollamiento
En la cadena líder, donde la replicación es
continua, se requiere un cebador solamente
en el extremo 5' de la cadena recién
sintetizada.
Cebador para la cadena retrasada
Cadena líder
Desenrollamiento
cebador para la cadena, re combinación
OH
Desenrollamiento
asada
Cadena líder
Continúa la
síntesis de DNA
En la cadena retrasada, donde la replicación es
discontinua, se debe generar un nuevo cebador al
comienzo de cada fragmento de Okazaki.
Cadena líder
Cadena retrasadz
Cebadores
Cebadores
Cadena líder
Genética. Un enfoque conceptual. 5ª ed. B.A. Pierce
C W.H. Freeman and Co.
C
Traducción Editorial Médica Panamericana.
tesis de Monakacion del DNA AMOS
Desenrollamiento
Cadena retrasada
Desenrollamien end 9. Replicación