Concepto de gen
El concepto de gen ha variado a lo largo de la historia ya que inicialmente se aplicó a los factores hereditarios estudiados por Mendel y posteriormente se los situó en el cromosoma. El gen se definió como una porción de ADN que codifica a una sola cadena polipeptídica. La información del ADN de eucariotas no llega a expresarse completamente en forma de proteína ya que la información está fragmentada.
Tipos de secuencia de ADN
– Secuencia codificadora: se traduce en proteínas y está dividida en exones separados por intrones.
– Secuencia no transcritas: donde la ARN polimerasa se une.
– Secuencias amplificadoras: regulan la expresión de uno o varios genes.
Flujo de información genética
Las funciones de los genes son la conservación y almacenamiento, la transmisión y la expresión y regulación de la información genética. La conservación y almacenamiento requieren una molécula estable como el ADN. La transmisión se produce durante la reproducción y el crecimiento del individuo. El proceso de copia de ADN se denomina replicación. La expresión génica requiere intermediarios y culmina con una parte de ADN en forma de ARNm (transcripción). La molécula sintetiza una cadena polipeptídica en los ribosomas (traducción).
Replicación de ADN
Tiene lugar en la fase S de la interfase. El mecanismo general fue intuido por Watson y Crick con la estructura de doble hélice pero fue demostrado por Meselson y Stahl. Se barajaron tres posibles mecanismos:
– Modelo de replicación conservativo: una doble hélice conserva las dos cadenas originales y la otra está formada por las dos de nueva síntesis.
– Modelo de replicación dispersivo: cada una de las cadenas hijas contiene fragmentos de la original y fragmentos de la nueva síntesis.
– Modelo de replicación semiconservativo (verdadero): la doble hélice de ADN se abre y las dos cadenas de nucleótidos se separan y a partir de cada una se forma una nueva que es complementaria de la que ha servido como base por lo que cada doble hélice conserva una cadena de las dos originales y sintetiza una nueva.
Normas en la duplicación de ADN
- Es semiconservativa.
- Es bidireccional.
- En virus y bacterias hay un único punto de replicación y en eucariotas hay varios.
- La replicación avanza en sentido 5´–3´.
- Es semidiscontinua.
- La iniciación de la síntesis requiere un extremo hidroxilo proporcionado por un ARN cebador.
- Como sustrato se utilizan dNTP, en la reacción se libera PPi y esto permite el aporte de energía necesario para la síntesis de ADN.
Enzimas
La replicación de ADN necesita un conjunto de enzimas específicas cada una de las cuales cataliza una etapa concreta del proceso:
– Helicasas: ruptura de puentes de H y separación de las dos hebras de ADN.
– Girasas: liberación de tensiones en el ADN.
– Proteínas SSB: mantiene separadas las dos hebras.
– Primasas: síntesis del ARN cebador usando como molde una hebra de ADN.
– Ligasas: unen fragmentos de ADN.
– ADN polimerasas en procariotas (fabrican 1, 2, 3).
– ADN polimerasa en eucariotas (letras griegas).
Fases
– Fase de iniciación: consiste en el desarrollo y apertura de la doble hélice, se inicia en un punto de iniciación y se producen varios acontecimientos:
$: Interviene la helicasa que separa las dos hebras de ADN al romper los puentes de hidrógeno entre las bases nitrogenadas complementarias.
$: La separación de las dos hebras generan tensiones en ellas que son eliminadas por la intervención de las topoisomerasas que cortan una de las dos hebras o las dos soldando de nuevo la hélice de ADN en estos puntos.
$: Una vez separadas las dos hebras se mantienen así por acción de las proteínas SSB.
$: En el lugar de origen de la replicación se ha formado una burbuja de replicación en la que hay dos zonas llamadas horquillas de replicación en forma de Y donde se va sintetizar el ADN. Esta burbuja se mueve en los dos sentidos.
– Fase de elongación: comienza la síntesis de las hebras complementarias sobre cada una de las originales gracias a la ADN polimerasa 3. Necesita primero un ARN cebador sintetizado por la enzima primasa, más tarde la ADN polimerasa va sintetizando la hebra complementaria (5´–3´). Dado que la ADN polimerasa recorre el ADN en sentido 3´–5´, la síntesis de una hebra es continua ya que la enzima va avanzando y añadiendo nuevos nucleótidos a la cadena en formación, sin embargo, como la otra cadena es complementaria la síntesis es discontinua y se produce en segmentos separados. Esta hebra se llama hebra retrasada y es más lenta formados por fragmentos de Okazaki. Cada fragmento necesita un ARN cebador y estos son eliminados por la acción de la ADN polimerasa 1 y el hueco dejado por el ARN cebador es rellenado por la acción de la misma enzima y por último los fragmentos de Okazaki se unen por la acción de las enzimas ligasas. Una vez replicada cada hebra sintetizada se disponen enrolladas formando la doble hélice.