Duplicación

LA REPLICACION DEL ADN

El proceso de replicación de ADN es la base de la herencia del material genético. Se basa en la separación de las dos cadenas complementarias del ADN (molécula madre) y la formación de dos nuevas cadenas (moléculas hijas) que entran en contacto, cada una de las cuales es complementaria de cada una de las cadenas de la molécula madre.

Este tipo de duplicación de ADN se llama replicación semiconservativa del ADN, porque cada una de las dos moléculas hijas contiene la mitad de la molécula madre. Este tipo de duplicación semiconservativa se puede realizar porque la secuencia de las bases que la constituyen ha sido conservada, de forma que la secuencia de cada molécula madre sirve de molde para formar la secuencia de las dos moléculas hijas.

En toda célula que va a dividirse la cromatina debe duplicarse para repartirse por igual en cada una de las células hijas. Cada cromátida del ADN tiene solamente una doble hélice, y presenta una cadena vieja (procedente de la molécula madre) y otra recién sintetizada. La replicación del ADN es la capacidad que tiene para hacer réplicas.
Proceso

Iniciación La iniciación de la replicación del ADN comienza siempre en una secuencia específica de nucleótidos conocida como origen de replicación, en el que hay un gran contenido de adenina y timina. Requiere una serie de proteínas iniciadoras especiales (proteínas desestabilizadoras de la hélice) y enzimas conocidas como girasas que desenrollan la doble helice debido a unos cortes que puede realizar permitiendo asi la entrada del complejo enzimatico para que este encuentre el origen de la replicacion, helicasas, que rompen los puentes de hidrógeno abriendo la hélice, formándose las horquillas de replicación, una a cada lado de la burbuja a que da lugar la separación de las ramas del ADN. Una vez abierta la cadena de ADN se unen otras proteínas adicionales (conocidas como proteínas de unión a cadena) denominadas SSB que no permiten que el ADN se vuelva a naturalizar o forme estructuras secundarias (también intervienen otras enzimas denominadas topoisomerasas) evitando que se retuerzan y formen superenrrollamientos cortando una o ambas hebras del ADN aliviando los superenrrollamientos.

Elongación

Replicación de ADN. Durante la Inicicaión de la replicación, la doble hélice de ADN (en azul en la figura) se abre por acción de una helicasa. A continuación, una molécula de ADN polimerasa (en verde) se une a una de las hebras de ADN. SE mueve recorriendo la hebra usándola como molde para ir sintetizando la cadena líder (en rojo), añadiendo nucleótidos y recomponiendo la doble hélice. Una segunda molécula de ADN polimerasa I (en verde) se une a la otra hebra y recorre esta hebra sintetizando el ADN de la cadena retardada de forma discontinua en forma de fragmentos de Okazaki. Otra enzima, ADN ligasa (en violeta), va uniendo los polinucleótidos de los fragmentos de Okazaki entre sí recomponiendo la integridad de la cadena retardada.
En el siguiente paso, las enzimas llamadas ADN polimerasas catalizan la síntesis real de las nuevas cadenas añadiendo nucleótidos sobre el molde. Esta síntesis se da bidireccionalmente desde cada una de las horquillas que se replican, en sentido opuesto dentro de cada burbuja. Cuando dos horquillas de replicación adyacentes se encuentran, es decir, cuando dos burbujas se tocan, se fusionan; y cuando todas se han fusionado todo el cromosoma ha quedado replicado longitudinalmente.

La ADN polimerasa sintetiza las nuevas cadenas, complementarias a cada una de las cadenas primitivas (de la célula madre), pero sólo es capaz de sintetizar nuevo ADN en sentido 5´ → 3´ partiendo de un ARN corto específico llamado ARN cebador -molécula formada por nucleótidos de ARN catalizados por ARN primasas- que determina el punto por donde la ADN polimerasa comienza a añadir nucleótidos, continuando por la cadena de ADN de molde en la dirección 5' → 3'.

Durante la síntesis, en cada horquilla de replicación, se van formando dos copias nuevas, sobre cada una de las dos hebras de ADN que se separaron en la fase de iniciación. Uno de los extremos del cebador queda con el 5´ libre final, y la ADN polimerasa necesita partir con un 3´ libre; debido a esta unidireccionalidad de la ADN polimerasa, la replicación es continua en una de las ramas (cadena líder o adelantada), la que se sintetiza sobre el extremo 3´ libre; mientras que en su antiparalela (cadena retardada o retrasada) es discontinua, fragmentada (Fragmentos de Okazaki) (siempre 5´ a 3´).
Para iniciar la síntesis de cada fragmento de Okazaki se necesita el ARN cebador que deja un extremo 3´ libre, que es usado por la ADN polimerasa para añadir nuevos nucleótidos a continuación.

Terminación Cuando una ADN polimerasa hace contacto con el extremo de otro fragmento de Okazaki contiguo el ARN cebador de este es eliminado y otra enzima, la ADN ligasa, conecta los dos fragmentos de Okazaki de ADN recién sintetizado, catalizando las reacciones de condensación que unen los grupos fosfato y azúcar de los nucleótidos contiguos y así, una vez unidos todos los fragmentos de Okazaki se completa la doble hélice de ADN.
Ecuación química El proceso se puede resumir en una ecuación química.
(DNA)n + dNTP ↔ (DNA)n+1 + PPi

Los nucleótidos (dNTP) que se usan en la replicación del ADN contienen tres fosfatos unidos al grupo azúcar, como el ATP y se nombran de forma semejante, CTP, TTP y GTP. A diferencia de la mayoría de procesos biológicos que ocurren en la célula en los que sólo se separa un grupo fosfato (Pi), durante la replicación se separan los dos últimos grupos fosfato, en forma de grupo pirofosfato (PPi).

Cromosomas

Los cromosomas son las estructuras físicas de la célula eucariota que portan los genes (unidades de información hereditaria). Estos cromosomas sólo son visibles durante la división celular. Mostrando a plenitud sus características morfológicas durante la metafase.

La dotación cromosómica humana es de 23 pares, los cuales se clasifican en 22 pares de autosomas y un par de cromosomas sexuales o gonosomas (XX en la mujer y XY en el hombre). Los miembros de cada par son semejantes y se denominan homólogos.

Desde el punto de vista de su composición los cromosomas están formados de DNA y proteínas, donde principalmente con las proteínas básicas llamadas histonas, se forma la llamada fibra de cromatina. Esta cromatina se encuentra de manera descompactada cuando la célula se encuentra en interfase, razón por la cual los cromosomas no están visibles; pero al momento del comienzo de la profase de la división celular esta fibra va sufriendo un superenrrollamiento que va progresivamente estructurando las dos cromátidas hermanas que forman un cromosoma mitótico metafásico.

Las alteraciones en el número o la estructura de los cromosomas producen en los individuos que las portan graves consecuencias en la información heredada. Un ejemplo de ello es el síndrome de Down, en el cual, los individuos afectados tienen 47 cromosomas en lugar de 46. El cromosoma extra es un cromosoma pequeño que recibe el número 21, por lo que en la actualidad se ha indicado que es más correcto denominar al padecimiento como trisomía 21. Los signos y síntomas más característicos de los afectados son: retraso mental severo, facies características que incluye ojos oblicuos, cara redonda, occipital aplanado, mandíbula inferior estrecha e implantación baja de las orejas y pelo.

Existen también graves malformaciones en varios aparatos y sistemas, pero vale la pena señalar que son las alteraciones cardiacas las que comprometen más la vida del individuo. Para entender qué es el síndrome de Down y cómo se produce debemos conocer algunas características de las células que expondremos de forma sencilla.

Todos los seres vivientes están formados por una o más células. Toda célula se origina de una célula preexistente. Las células contienen información hereditaria que pasa de una generación a otra. Lo primero a tener en cuenta es que el cuerpo humano, como el de todo ser vivo, está compuesto por células. Cada tipo de célula tiene formas específicas dependiendo del tejido del que forma parte o de la función de cada tipo de célula. Una célula es un organismo complejo del cual destacaremos el núcleo. Todo lo existente entre el núcleo y la membrana se denomina citoplasma.

Todo núcleo celular contiene cromosomas. Los cromosomas son los elementos que transmiten las características de la célula y por tanto, son responsables de las formas y funciones específicas. Así, al duplicarse una célula, transmite esta información como herencia. Los cromosomas están distribuidos por el núcleo a manera de una redecilla de filamentos o hilos largos que de conjunto es conocida como "cromatina". Los cromosomas tienen este nombre porque en ciertas fases de la división celular pueden teñirse y así ser fácilmente vistos por el microscopio. Cuando se tiñen pueden ser vistos como filamentos que presentan bandas oscuras y claras: Cada cromosoma está hecho de una larga y enrollada molécula de ADN.

El ADN o ácido desoxiribonucleico es una molécula grande compuesta de dos largas cadenas enrolladas una sobre la otra en forma helicoidal; cada cadena tiene a todo lo largo unas estructuras químicas pequeñas que se llaman bases nitrogenadas. El orden concreto y secuencia de estas bases nitrogenadas dentro de la larga cadena del ADN constituyen la "marca" o código exclusivo de cada individuo que le distingue de cualquier otro, y la base química molecular de los caracteres y rasgos propios de cada individuo que se transmiten de padres a hijos.

En la foto de abajo vemos dos cromosomas unidos por el centrómero, en conjunto se les llama cromatidas hermanas o cromosomas homólogos. Como puede advertirse en la estructura del ADN , existe en la misma una secuencia de pares de sustancias que enlazan las hélices, esas sustancias son las bases nitrogenadas: Adenina, citosina, guanina y timina. Es esa secuencia de sustancias la portadora de la información que hace que existan diferentes tipos de células, tejidos, órganos. Esta información es la que induce y controla la división de las células, su crecimiento y función. Es el "plan" que rige el desarrollo de los seres vivos. Son los Genes (del griego genos = nacimiento, raza; del latín genus = raza, origen): segmentos específicos de ADN que controlan las estructuras y funciones celulares; los genes son las unidades funcionales de la herencia y hay miles en cada cromosoma.

Cada especie de los seres vivos tiene su propio código genético soportado por su peculiar estructura cromosómica. En general, el tamaño, la forma y la composición de cada estructura cromosómica es diferente de una especie a otra. Si la composición cromosómica de un ser vivo se arregla de acuerdo a semejanzas entre sus elementos se obtiene un patrón llamado "cariotipo" que caracteriza a la especie. Esto quiere decir que si se estudia el cariotipo de un ser vivo podemos obtener información de las características de sus cromosomas. Un cambio en el cariotipo típico de un individuo de cualquier especie viva estará asociado siempre a diferencias con otros individuos de la misma especie.

Al estudiar los cromosomas de diferentes especies de los seres vivos, se observa que sus cromosomas varían tanto en forma como en estructura y número. El "cariotipo" es el resultado de examinar el contenido de cromosomas de las células y ordenarlos en parejas de homólogas de acuerdo básicamente a sus longitudes y posición del punto de unión de sus ramas. Para su identificación, los científicos enumeran los pares cromosómicos. Para el humano, del 1 al 23 de acuerdo con el tamaño de sus brazos largos y otras características.

Traducción

ELEMENTOS DE LA TRADUCCIÓN

En la traducción los nucleótidos se leen de tres en tres y no solapadamente, tres nucleótidos codifican un aminoácido, y las proteínas siempre se sintetizan desde el extremo amino al carboxilo siendo el primer aminoácido (aa) metionina siempre. Al complejo formado por los ribosomas en la traducción se llama polisoma o polirribosoma. Para la traducción se necesitan: aa-ARNt, factores de iniciación IF1, IF2, IF3, mRNA, GTP, Mg, peptidil-transferasa, factores de elongación EF-TU, EF-TS, EF-G, codón stop y factores de terminación RF1, RF2 y RF3. El ARNt contiene el anticodón que es la secuencia complementaria del codón del ARNm y que es la que reconoce el aa a poner.

TRADUCCIÓN

La traducción es el proceso por el cual un molécula de ARN mensajero se transforma en una secuencia de aminoácidos (proteínas/enzimas).
Iniciación
Hay un único codón que codifica para metionina. Pero hay dos tRNA: tRNAfMet y tRNAMet en los que el primero es el que se usa cuando AUG representa el codón de inicio y el segundo para AUG en posiciones interiores. La subunidad pequeña ribosómica se fija al factor de iniciación IF3 que impide que las dos subunidades se fijen. Para esto ayuda IF1. Se fija el mRNA a la subunidad de tal forma que AUG se sigua en el lugar preciso, junto con él se fijan IF2 y GTP. AUG es conducido a la posición correcta en la subunidad gracias a que se reconoce una señal iniciadora (Shine-Dalgarno) que es rica en purinas y se emparejan las bases del rRNA 16 S con esta secuencia. Así se posiciona correctamente AUG. En eucariotas, la subunidad pequeña se une al casquete y corre hasta el AUG. Los ribosomas tienen dos sitios el sitio A (aminoacilo) y el sitio P (peptidilo). En P se posiciona AUG que es el único sitio en el que se puede posicionar el f-Met-tRNAfMet. Ahora se libera IF3, y la unidad mayor se acopla hidrolizando GTP y liberando IF1 y IF2.

Elongación

El ciclo de elongación se produce en tres pasos: entrada, enlace peptídico y traslocación. Los factores de elongación catalizan: EF-G la traslocación, EF-TS desplaza GTP de EF-TU y EF-TU forma el complejo aa-tRNA. Ya tenemos fijada la formilmetionina y el siguiente paso es el primero de la elongación. El segundo aa-tRNA entra fijado a EF-TU que también contiene GTP unido. Este aa-tRNA se une al sitio A del ribosoma cosa que va acompañada de la hidrólisis de GTP y entonces EF-TU-GDP abandona el ribosoma. Se regenera entonces el GDP mediante EF-TS que quita a GDP para hacer hueco a GTP y de nuevo comenzar este ciclo. A continuación se produce un desplazamiento nucleofílico del tRNA del stio P por el grupo amino de un tRNA situado en A. El aminoácido se transfiere al sitio A y queda el tRNA libre en P, se produce una transpeptidización que cataliza la subunidad grande, el centro activo es peptidil-transferasa. El tercer paso o translocación consiste en que el ribosoma se traslada un codón hacia el extremo 3' del mRNA utilizando energía proporcionada por la hidrólisis de GTP unido a EF-F. Así se deja el stio A libre y el dipeptidil-tRNA está en P.
TerminaciónPara la terminación de las cadenas es fundamental la presencia de los factores de terminación. RF3 se une a GTP y estimula la unión al ribosoma deRF1 y RF2 que actúan a nivel de A. Entonces se hidroliza el enlace éster entre el polipéptido en crecimiento y el tRNA del sitio P y se libera el polipéptido acabado. Posteriormente se libera el ribosoma, el mRNA y el tRNA desacilado y el factor de liberación RF3.

Dogma Central De La Biología

Dado que en la célula cada molécula tiene una función y las proteínas son las encargadas de realizar “el trabajo duro” (formar estructuras, catalizar reacciones enzimáticas, activar genes, entre otras), la información contenida en forma de genes debe, de alguna manera, ser convertida en proteínas. En este apartado y en el próximo describimos los procesos que involucran la traducción de este código y la síntesis de proteínas.
La información genética está contenida en los genes, segmentos de ADN que llevan información para fabricar un producto funcional determinado. Nuestro genoma tiene aproximadamente 30.000 genes. Sólo una pequeña parte del genoma es codificante; la mayor parte corresponde a secuencias cortas móviles no codificantes o a secuencias regulatorias.
Para que la información pase de una molécula a otra, primero debe copiarse, en un proceso que se llama replicación y que ocurre en el núcleo. Pero como el ADN se encuentra en el núcleo y las proteínas son sintetizadas en el citoplasma, debe existir una molécula que funcione como intermediaria. Este papel lo cumple elácido ribonucleico mensajero (ARNm). El ADN se copia en ARNm en el núcleo, en un proceso denominado transcripción. Luego la información contenida en el ARNm es empleada para construir proteínas en el proceso de traducción, que tiene lugar en el citoplasma.
Estos tres procesos secuenciales constituyen el llamado dogma central de la Biología, que establece que la información fluye desde el ADN al ARN y de este a las proteínas. (Además, las proteínas controlan el proceso de replicación del ADN uniéndose a una secuencia específica en el ADN. De esta manera pueden activar o inhibir la transcripción de un gen determinado.)

ciclo celular