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8: Estructura y replicación del ADN - Biología

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8: Estructura y replicación del ADN

8: Estructura y replicación del ADN - Biología

En este resultado, aprenderemos más sobre la estructura precisa del ADN y cómo se replica. Mire este video para obtener una introducción rápida a este tema:

Los resultados del aprendizaje

  • Resume los pasos básicos en la replicación del ADN.
  • Identificar las principales enzimas que desempeñan un papel en la replicación del ADN.
  • Identificar los procesos clave de corrección de pruebas en la replicación del ADN.

8: Estructura y replicación del ADN - Biología

1. El ADN es una doble hélice formada por dos hebras antiparalelas de nucleótidos unidas por enlaces de hidrógeno entre pares de bases complementarios.

• Habilidad: análisis de los resultados del experimento de Hershey y Chase que proporciona evidencia de que el ADN es el material genético.

• Solicitud: Investigación del ADN de Rosalind Franklin y Maurice Wilkins estructura por difracción de rayos X.

  • 5 'terminal: en un extremo de cada hebra de ADN hay un grupo fosfato unido al átomo 5 del cartón de desoxirribosa
  • 3 ’terminal: en un extremo de cada ADN hay un grupo hidroxilo unido al átomo de carbono 3 de desoxirribosa
  • Los nucleótidos adyacentes están unidos por un enlace covalente entre el grupo fosfato, unido en el extremo 5 'de un nucleótido y el átomo de carbono 3' del otro nucleótido.
  • entre purinas y pirimidinas
  • purinas: la adenina y la guanina tienen dos anillos en sus moléculas
  • pirimidinas: la citosina y la timina tienen un solo anillo en sus moléculas

  • 8 proteínas histonas (4 tipos, 2 de cada tipo) dentro de cada nucleosoma
  • 1 proteína histona fuera de cada nucleosoma, que funciona para organizar y mantener unido el nucleosoma
  • una estructura para enrollar el ADN combinándolo con proteínas histonas
  • El ADN se envuelve dos veces alrededor de cada nucleosoma.

• Habilidad: Utilización de software de visualización molecular para analizar la asociación. entre la proteína y el ADN dentro de un nucleosoma.

genes únicos o de copia única incluyen e xones e intrones

  • los exones codifican el ARNm maduro que codifica los polipéptidos
  • los intrones se transcriben en ARN, pero luego se eliminan mediante enzimas que empalman los exones en ARNm maduro, que codifica polipéptidos

los genes de otros tipos de ARN no codifican proteínas

Algunas secciones de ADN actúan como reguladores de la expresión génica.

los telómeros en los extremos de los cromosomas no codifican proteínas

Las secuencias altamente repetitivas no tienen ninguna función conocida.

  • también conocido como ADN satélite, constituyen el 5-45% del genoma
  • Las secuencias son de 5 a 300 pares de bases por repetición, y pueden repetirse hasta 10,000 veces por genoma.
  • se desconoce la función del ADN repetitivo
  • Dado que las secuencias repetitivas varían de persona a persona, son útiles en la elaboración de perfiles de ADN, lo que permite la toma de huellas dactilares de ADN para identificar muestras de individuos.

• Las regiones de ADN que no codifican proteínas deben limitarse a reguladores de la expresión génica, intrones, telómeros y genes para ARNt.

  • La secuenciación del ADN del genoma humano revela que el 98,5% no codifica proteínas, ARNr o ARNt
  • Aproximadamente una cuarta parte de los códigos del genoma humano para intrones y secuencias reguladoras relacionadas con genes.

• Aplicación: uso de nucleótidos que contienen ácido didesoxirribonucleico para detener Replicación de ADN en preparación de muestras para secuenciación de bases.

  • muchas copias de nucleótidos de ADN de muestra + ácido didesoxirribonucleico (ADNc), cada una con una fluorescencia única mezclada en solución
  • El ADNc detiene la replicación cuando se incorpora al ADN
  • La electroforesis en gel separa los fragmentos de ADN por tamaño.
  • Las imágenes de fragmentos fluorescentes permiten la secuenciación según el tamaño.

• Aplicación: las repeticiones en tándem se utilizan en la elaboración de perfiles de ADN.

  • cada nucleótido contiene una molécula de desoxirribosa con 5 carbonos, con una base nitrogenada unida al carbono 1 y un fosfato unido al carbono 5
  • una hebra de ADN se construye con una cadena principal de desoxirribosa - fosfato - desoxirribosa - fosfato repetida
  • por lo tanto, un extremo de la molécula de ADN tiene un fosfato 5 'libre y el otro tiene una replicación de carbono 3' libre solo agrega nucleótidos de ADN en el extremo 3 '

5. La replicación del ADN se lleva a cabo mediante un complejo sistema de enzimas y es continua en la hebra principal y discontinua en la hebra retrasada.

• Los detalles de la replicación del ADN difieren entre procariotas y eucariotas. Solamente se espera el sistema procariota.

• Las proteínas y enzimas involucradas en la replicación del ADN deben incluir helicasa, ADN girasa, proteínas de unión de una sola hebra, ARN primasa y ADN polimerasas I y III.


Conceptos básicos de la replicación del ADN

Figura 4. Los tres modelos sugeridos de replicación del ADN. El gris indica las hebras de ADN originales y el azul indica el ADN recién sintetizado.

La elucidación de la estructura de la doble hélice proporcionó una pista de cómo el ADN se divide y hace copias de sí mismo. Este modelo sugiere que las dos hebras de la doble hélice se separan durante la replicación, y cada hebra sirve como plantilla a partir de la cual se copia la nueva hebra complementaria. Lo que no quedó claro fue cómo se llevó a cabo la replicación. Se sugirieron tres modelos: conservador, semiconservador y dispersivo (ver Figura 4).

En la replicación conservadora, el ADN parental permanece unido y las hebras hijas recién formadas están juntas. El método semiconservador sugiere que cada una de las dos hebras de ADN parental actúa como plantilla para que el nuevo ADN se sintetice después de la replicación, cada ADN de doble hebra incluye una hebra parental o "antigua" y una hebra "nueva". En el modelo dispersivo, ambas copias de ADN tienen segmentos bicatenarios de ADN parental y ADN recién sintetizado intercalados.

Meselson y Stahl estaban interesados ​​en comprender cómo se replica el ADN. Crecieron E. coli durante varias generaciones en un medio que contiene un isótopo "pesado" de nitrógeno (15 N) que se incorpora a las bases nitrogenadas y, finalmente, al ADN (Figura 5).

Figura 5. Meselson y Stahl experimentaron con E. coli cultivada primero en nitrógeno pesado (15 N) y luego en 14 N. El ADN cultivado en 15 N (banda roja) es más pesado que el ADN cultivado en 14 N (banda naranja) y sedimenta hasta un nivel más bajo en la solución de cloruro de cesio en una ultracentrífuga. Cuando el ADN cultivado en 15 N se cambia a un medio que contiene 14 N, después de una ronda de división celular, el ADN se sedimenta a la mitad entre los niveles de 15 N y 14 N, lo que indica que ahora contiene un cincuenta por ciento de 14 N. cantidad de ADN contiene solo 14 N. Estos datos apoyan el modelo de replicación semiconservador. (crédito: modificación del trabajo de Mariana Ruiz Villareal)

los E. coli A continuación, el cultivo se cambió a un medio que contenía 14 N y se dejó crecer durante una generación. Se recogieron las células y se aisló el ADN. El ADN se centrifugó a altas velocidades en una ultracentrífuga. Se permitió que algunas células crecieran durante un ciclo de vida más en 14 N y se centrifugaron de nuevo. Durante la centrifugación en gradiente de densidad, el ADN se carga en un gradiente (típicamente una sal como cloruro de cesio o sacarosa) y se centrifuga a altas velocidades de 50.000 a 60.000 rpm. En estas circunstancias, el ADN formará una banda según su densidad en el gradiente. El ADN cultivado en 15 N se agrupará en una posición de densidad más alta que el cultivado en 14 N. Meselson y Stahl notaron que después de una generación de crecimiento en 14 N después de haber sido desplazados de 15 N, la única banda observada tenía una posición intermedia en entre el ADN de las células cultivadas exclusivamente en 15 N y 14 N. Esto sugirió un modo de replicación semiconservador o dispersivo. El ADN recolectado de células cultivadas durante dos generaciones en 14 N formó dos bandas: una banda de ADN estaba en la posición intermedia entre 15 N y 14 N, y la otra correspondía a la banda de ADN 14 N. Estos resultados solo podrían explicarse si el ADN se replica de forma semiconservadora. Por tanto, se descartaron los otros dos modos.

Durante la replicación del ADN, cada una de las dos hebras que forman la doble hélice sirve como plantilla a partir de la cual se copian las nuevas hebras. La nueva hebra será complementaria a la hebra parental o "antigua". Cuando se forman dos copias de ADN hijas, tienen la misma secuencia y se dividen por igual en las dos células hijas.


Descubrimiento de ADN

A medida que los microscopios comenzaron a volverse más sofisticados y proporcionar un mayor aumento, el papel del núcleo en la división celular se hizo bastante claro. Por otro lado, existía la comprensión común de la herencia como la "mezcla" de características maternas y paternas, ya que se había observado la fusión de dos núcleos durante la fecundación.

Sin embargo, el descubrimiento de ADN ya que el material genético probablemente comenzó con el trabajo de Gregor Mendel. Cuando se redescubrieron sus experimentos, salió a la luz una implicación importante. Sus resultados solo podrían explicarse a través de la herencia de partículas discretas, más que a través de la mezcla difusa de rasgos. Si bien Mendel los llamó factores, con el advenimiento de la química a las ciencias biológicas, comenzó una búsqueda de la base molecular de la herencia.

Aislamiento químico de ADN

El ADN fue aislado y purificado químicamente por primera vez por Johann Friedrich Miescher, que estaba estudiando inmunología. Específicamente, estaba tratando de comprender la bioquímica de los glóbulos blancos. Después de aislar los núcleos del citoplasma, descubrió que cuando se agregaba ácido a estos extractos, se separaban de la solución grumos blancos fibrosos que parecían mechones de lana. A diferencia de las proteínas, estos precipitados volvieron a disolverse tras la adición de un álcali. Esto llevó a Miescher a concluir que la macromolécula era de naturaleza ácida. Cuando más experimentos demostraron que la molécula no era ni un lípido ni una proteína, se dio cuenta de que había aislado una nueva clase de moléculas. Dado que se deriva del núcleo, llamó a esta sustancia nucleína.

El trabajo de Albrecht Kossel arrojó más luz sobre la naturaleza química de esta sustancia cuando demostró que la nucleína (o ácido nucleico como comenzaba a llamarse) estaba compuesta de carbohidratos, fosfatos y bases nitrogenadas. Kossel también hizo el importante descubrimiento que conecta el estudio bioquímico de los ácidos nucleicos con el análisis microscópico de las células en división. Vinculó esta sustancia ácida con cromosomas que podían observarse visualmente y confirmó que esta clase de moléculas estaba casi completamente presente solo en el núcleo. El otro descubrimiento importante de Kossel fue vincular los ácidos nucleicos con un aumento del protoplasma y la división celular, fortaleciendo así su conexión con la herencia y la reproducción.

Genes y ADN

A principios del siglo XX, la biología molecular experimentó una serie de descubrimientos seminales que trajeron consigo una mejor comprensión de la base química de la vida y la división celular. En 1944, los experimentos de tres científicos (Avery, McCarty y McLeod) proporcionaron una fuerte evidencia de que los ácidos nucleicos, específicamente el ADN, era probablemente el material genético. Unos años más tarde, los experimentos de Chargaff demostraron que el número de bases de purina en cada molécula de ADN era igual al número de bases de pirimidina. En 1952, un elegante experimento de Alfred Hershey y Martha Chase confirmó el ADN como material genético.

En ese momento, los avances en la cristalografía de rayos X habían permitido la cristalización del ADN y el estudio de sus patrones de difracción. Finalmente, estas moléculas podrían visualizarse con mayor granularidad. Los datos generados por Rosalind Franklin permitieron a James Watson y Francis Crick proponer el modelo helicoidal de doble hebra para el ADN, con un esqueleto de azúcar-fosfato. Incorporaron las reglas de Chargaff para las cantidades de purina y pirimidina al mostrar que cada base de purina formaba enlaces de hidrógeno específicos con otra base de pirimidina. Entendieron, incluso cuando propusieron esta estructura, que habían proporcionado un mecanismo para la duplicación del ADN.


Para visualizar esta molécula, construyeron un modelo tridimensional de un ADN de doble hélice, utilizando plantillas de aluminio. La imagen de arriba muestra la plantilla de la base Timina, con ángulos y longitudes de enlace precisos.


El modelo final construido por Watson y Crick (como se ve arriba) ahora se exhibe en el Museo Nacional de Ciencias de Londres.

1. ¿Cuál de estas afirmaciones sobre el ADN NO es cierta?
UNA. En eucariotas, el ADN está presente exclusivamente en el núcleo.
B. El ADN es el material genético de algunos virus.
C. La replicación del ADN es semi-conservadora
D. Ninguna de las anteriores

2. ¿Cuál de estos científicos diseñó un experimento para demostrar que la replicación del ADN era semiconservadora?
UNA. Meselson
B. James Watson
C. Linus Pauling
D. Todo lo anterior

3. ¿Por qué fue importante el redescubrimiento de los experimentos de Mendel para el desarrollo de la biología molecular?
UNA. Los experimentos de Mendel sugirieron que el ADN era el material hereditario
B. Las leyes de herencia de Mendel sugirieron que había partículas bioquímicas discretas involucradas en la herencia.
C. Los experimentos de Mendel con plantas de guisantes dieron a los biólogos moleculares un organismo modelo útil
D. Todo lo anterior


Replicación de ADN

Para los estudiantes de primer año, la replicación del ADN solo se cubre en términos básicos, donde se les dice a los estudiantes que el proceso es semiconservador y conduce a la producción de dos nuevas hebras idénticas.

Los estudiantes de Biología AP deben aprender los pasos de la replicación del ADN y las funciones que desempeñan en el proceso enzimas como la ADN polimerasa, la helicasa y la ligasa. Deben lidiar con el concepto de que los dos lados no se copian de la misma manera debido al hecho de que la ADN polimerasa solo puede viajar en la dirección 3 & # 8242 a 5 & # 8242. Esto significa que un lado, el filamento principal se copia continuamente, mientras que el hebra rezagada se copia de forma discontinua y crea fragmentos de Okazaki que deben unirse más tarde.

Esta hoja de trabajo fue diseñada para que los estudiantes los ayuden a aprender o estudiar los pasos involucrados en la replicación del ADN y las enzimas necesarias para el proceso. Este documento también podría usarse para evaluaciones, aunque el enfoque son principalmente los pasos y el vocabulario asociados con la replicación. La imagen se creó a partir de una imagen de replicación de Wikipedia donde agregué cuadros para etiquetar. Hice dos versiones, una con banco de palabras y otra sin banco de palabras.

Nivel de grado: 10-12
Tiempo requerido: 10-15 minutos

HS-LS1-1 Construir una explicación basada en la evidencia de cómo la estructura del ADN determina la estructura de las proteínas que llevan a cabo las funciones esenciales de la vida a través de sistemas de células especializadas.

HS-LS3-2 Hacer y defender una afirmación basada en la evidencia de que las variaciones genéticas heredables pueden resultar de: (1) nuevas combinaciones genéticas a través de la meiosis, (2) errores viables que ocurren durante la replicación y / o (3) mutaciones causadas por factores ambientales .


Replicación de ADN

En la mitosis, la célula se divide para formar dos células idénticas e idénticas. Eso significa que tiene el mismo # "ADN" # y el mismo número de cromosomas que la célula anterior. Entonces, la función principal de la mitosis es, literalmente, la # replicación del # "ADN" #.

Respuesta:

El par de bases en la replicación del ADN es una forma en que los cromosomas deben verificar dos veces para asegurarse de que la duplicación sea exacta.

Explicación:

El par de bases en la replicación del ADN es una forma en que los cromosomas deben verificar dos veces para asegurarse de que la duplicación sea exacta.

La replicación se denomina semiconservativa ya que cada nueva célula contiene una hebra de ADN original y una hebra de ADN recién sintetizada. La cadena de polinucleótidos de ADN original sirve como plantilla para guiar la síntesis del nuevo polinucleótido complementario de ADN. Una plantilla es una guía que puede utilizar, por ejemplo, un carpintero para cortar diseños intrincados en madera.


3 fases del proceso de replicación del ADN (con diagrama)

Lea este artículo para conocer las tres fases del proceso de replicación del ADN.

Las tres fases del proceso de replicación son: (1) Inicio (2) Alargamiento y (3) Terminación.

La replicación en procariotas y eucariotas ocurre por mecanismos muy similares y, por lo tanto, la mayor parte de la información presentada aquí para la replicación bacteriana también se aplica a las células eucariotas.

Está compuesto por tres fases que se enumeran a continuación:

Implica el reconocimiento de las posiciones en una molécula de ADN donde comenzará la replicación.

Incluye los eventos que ocurren en la bifurcación de replicación, donde se copian los polinucleótidos originales.

Se comprende menos. Ocurre cuando la molécula madre se ha replicado por completo.

(a) Iniciación:

En una célula, la replicación del ADN comienza en lugares específicos del genoma, llamados & # 8220origins & # 8221. En el caso de E. coli, el origen de la replicación es una secuencia de aproximadamente 245 pares de bases (pb) denominada oriC. Los orígenes contienen secuencias de ADN reconocidas por proteínas iniciadoras de la replicación (por ejemplo, DnaA en E. coli y el Complejo de reconocimiento de origen en la levadura), estas proteínas se unen para iniciar el proceso de replicación. Las proteínas iniciadoras reclutan otras proteínas para separar las dos cadenas e iniciar horquillas de replicación.

El desenrollado del ADN en el origen y la síntesis de nuevas hebras forman una bifurcación de replicación. La bifurcación de replicación es una estructura que se forma cuando se replica el ADN. Se crea mediante la acción de la helicasa, que rompe los enlaces de hidrógeno que mantienen unidas las dos cadenas de ADN. La estructura resultante tiene dos & # 8220 puntas & # 8221 ramificadas, cada una formada por una sola hebra de ADN.

En las bacterias, que tienen un solo origen de replicación en su cromosoma circular, este proceso eventualmente crea una & # 8220theta estructura & # 8221 (que se asemeja a la letra griega theta: 8). Por el contrario, los eucariotas tienen cromosomas lineales más largos e inician la replicación en múltiples orígenes y cuyas bifurcaciones de replicación progresan a distancias más cortas. Por ejemplo, la levadura tiene aproximadamente 322 orígenes, lo que corresponde a 1 origen por cada 36 kb de ADN, y los seres humanos tienen unos 20.000 orígenes, o 1 origen por cada 150 kb de ADN. Una vez iniciada, dos horquillas de replicación pueden emerger del origen y progresar en dirección opuesta a lo largo del ADN. Por tanto, la replicación es bidireccional con la mayoría de los genomas (fig. 3.4).

Inicio de la replicación del ADN en microorganismos (E. coli):

Sabemos mucho más sobre la síntesis de ADN en procariotas que en eucariotas. Como hemos comentado, el oriC de E. coli abarca 245 pb de ADN. El análisis de secuencia de este segmento muestra que contiene dos motivos repetidos cortos, uno de nueve nucleótidos y el otro de 13 nucleótidos. Las cinco copias del motivo de repetición de nueve nucleótidos se presentan dispersas a lo largo de oriC.

Estas regiones son el sitio de unión de una proteína llamada DnaA. Como hay cinco copias de las secuencias de unión, podría imaginarse que cinco copias de DnaA se unen al origen, pero de hecho las proteínas de DnaA unidas cooperan con moléculas no unidas hasta que unas 30 copias se asocian con el origen. La unión ocurre solo cuando el ADN está superenrollado negativamente, como es la situación normal para el cromosoma de E. coli.

El resultado de la unión de DnaA es que la doble hélice se abre (se funde) dentro de la matriz en tándem de tres repeticiones de 13 nucleótidos ricas en AT ubicadas en un extremo de la secuencia oriC. Se desconoce el mecanismo exacto, pero el DnaA no parece poseer la actividad enzimática necesaria para romper los pares de bases y, por lo tanto, se supone que la hélice se funde por las tensiones de torsión introducidas por la unión de las proteínas DnaA.

Un modelo atractivo imagina que las proteínas DnaA forman una estructura en forma de barril alrededor de la cual se enrolla la hélice. La fusión de la hélice es promovida por HU, la más abundante de las proteínas de empaquetamiento de ADN de E. coli. La fusión de la hélice inicia una serie de eventos que construyen una nueva bifurcación de replicación en cada extremo de la región abierta. El primer paso es la unión de un complejo de cebado previo en cada una de estas dos posiciones.

Cada complejo de pre-cebado inicialmente comprende 12 proteínas, seis copias de DnaB y seis copias de DnaC, pero el DnaC tiene un papel transitorio y se libera del complejo poco después de su formación, probablemente su función sea simplemente ayudar a la unión de DnaB. .

Esta última es una helicasa, una enzima que puede romper los pares de bases. DnaB comienza a aumentar la región monocatenaria dentro del origen, lo que permite a las enzimas involucradas en la fase de elongación de la replicación en E. coli a medida que las horquillas de replicación comienzan a alejarse del origen y comienza la copia del ADN.

Inicio de la replicación del ADN en levadura:

Los orígenes identificados en la levadura se denominan secuencias de replicación autónoma o ARS. El origen de la levadura atípica es más corto que el E. coli oriC, y suele tener menos de 200 pb de longitud. En él se reconocen cuatro subdominios.

Dos de estos subdominios A y B1 & # 8211 forman la secuencia de reconocimiento de origen, un tramo de unos 40 pb en total que es el sitio de unión para el complejo de reconocimiento de origen (ORC), un conjunto de seis proteínas que se unen al origen.

Los ORC se han descrito como versiones de levadura de las proteínas DnaA de E. coli, pero esta interpretación probablemente no sea estrictamente correcta porque los ORC parecen permanecer unidos a los orígenes de la levadura durante todo el ciclo celular. Más bien, estas son proteínas iniciadoras genuinas. Es más probable que los ORC estén involucrados en la regulación de la replicación del genoma, actuando como mediadores entre los orígenes de replicación y las señales reguladoras que coordinan el inicio de la replicación del ADN con el ciclo celular.

Hay secuencias similares en levaduras a las de oriC de E. coli. Esto nos lleva a las otras dos secuencias conservadas en el origen típico de levadura, los subdominios B2 y B3. Nuestro conocimiento actual sugiere que estos dos subdominios funcionan de manera similar al origen de E. coli. El subdominio B2 parece corresponder a la matriz de repeticiones de 13 nucleótidos del origen de E. coli, siendo la posición en la que las dos hebras de la hélice se separan por primera vez.

Esta fusión es inducida por el estrés de torsión introducido por la unión de una proteína de unión al ADN, el factor de unión a ARS 1 (ABF1), que se une al subdominio B3. Como en E. coli, la fusión de la hélice dentro de un origen de replicación de levadura es seguida por la unión de la helicasa y otras enzimas de replicación al ADN, completando el proceso de iniciación y permitiendo que las horquillas de replicación comiencen su progreso a lo largo del ADN. Los orígenes de las replicaciones en eucariotas superiores no se han entendido mucho.

(b) Alargamiento:

Una vez que se ha iniciado la replicación, las horquillas de replicación avanzan a lo largo del ADN y participan en la síntesis de una nueva hebra. A nivel químico, la síntesis de ADN dependiente de la plantilla es muy similar a la síntesis de ARN dependiente de la plantilla que se produce durante la transcripción, pero los dos procesos son bastante diferentes.

1. La síntesis de hebras discontinuas y el problema del cebado: durante la replicación del ADN, deben copiarse ambas hebras de la doble hélice. Sin embargo, las enzimas ADN polimerasa solo pueden sintetizar ADN en la dirección 5 & # 8242 3 & # 8242. Esto significa que una hebra de la doble hélice principal, llamada hebra principal, se puede copiar de manera continua, pero la replicación de la hebra retrasada debe realizarse de forma discontinua, lo que da como resultado una serie de segmentos cortos que deben ligarse entre sí para producir la hebra hija intacta.

Estos segmentos cortos de polinucleótidos se denominan fragmentos de Okazaki. Estos fragmentos se aislaron por primera vez de la bacteria E. coli en 1969. Los fragmentos de Okazaki tienen una longitud de 1000-2000 nucleótidos, pero en eucariotas los fragmentos equivalentes parecen ser mucho más cortos, quizás menos de 200 nucleótidos de longitud.

2. La otra característica de la replicación del ADN es que la ADN polimerasa no puede iniciar la síntesis de ADN en una molécula que es completamente monocatenaria: debe haber una región monocatenaria corta para proporcionar un extremo 3 & # 8242 en el que la enzima pueda agregar nuevos nucleótidos. Los nucleótidos se añaden a una velocidad de 50.000 bases por minuto. La elección del nucleótido está determinada por la naturaleza complementaria.

A este ritmo, las posibilidades de error son de uno en mil pares de bases replicados. Sin embargo, la tasa real es bastante baja (uno en mil millones). Esto equivale a aproximadamente un error por genoma por mil ciclos de replicación bacteriana. Este error se corrige aún más mediante la corrección de pruebas (Eliminación del nucleótido de desajuste por la ADN polimerasa III). Esto significa que se necesitan cebadores, uno para iniciar la síntesis de la hebra complementaria en el polinucleótido principal y uno para cada segmento de ADN discontinuo sintetizado en la hebra retrasada.

Como la ADN polimerasa no puede lidiar con una plantilla completamente monocatenaria, las ARN polimerasas no tienen ninguna dificultad a este respecto, por lo que los cebadores para la replicación del ADN están hechos de ARN. En las bacterias, los cebadores se sintetizan mediante primasa, una ARN polimerasa especial con cada cebador de 4-15 nucleótidos de longitud y la mayoría comienza con la secuencia 5 & # 8242-AG-3 & # 8242. Una vez que se ha completado el cebador, la ADN polimerasa III continúa la síntesis de la hebra.

En eucariotas, la situación es más compleja porque la primasa está estrechamente unida a la ADN polimerasa ay coopera con esta enzima en la síntesis de los primeros nucleótidos de un nuevo polinucleótido. Esta primasa sintetiza un cebador de ARN de 8-12 nucleótidos y luego se entrega a la ADN polimerasa a, que extiende el cebador de ARN agregando aproximadamente 20 nucleótidos de ADN. Después de completar el cebador de ADN-ARN, la principal enzima replicativa, la ADN polimerasa 5, continúa la síntesis de ADN.

El cebado debe ocurrir solo una vez en la hebra principal, dentro del origen de replicación, porque una vez cebado, la copia de la hebra principal se sintetiza continuamente hasta que se completa la replicación. En la hebra rezagada, el cebado es un proceso repetido que debe ocurrir cada vez que se inicia un nuevo fragmento de Okazaki.

3. Alargamiento de horquilla de replicación: al igual que con la unión de DnaB helicasa, seguida de la extensión de la región fundida del origen de replicación, finaliza la fase de iniciación. Después de que la helicasa se ha unido al origen para formar el complejo de pre-cebado, la primasa está involucrada, lo que da como resultado el primosoma, que inicia la replicación de la cadena principal. Lo hace sintetizando el cebador de ARN que la ADN polimerasa III necesita para comenzar a copiar la plantilla. Se conoce más de una helicasa y esta enzima está involucrada en varios procesos, como la transcripción, recombinación además de replicaciones.

4. Las hebras complementarias de un ADN tienden a convertirse en dúplex. Durante el proceso de replicación, se evita que estos ADN monocatenarios pegajosos se conviertan en dúplex mediante proteínas especiales denominadas proteínas de unión monocatenarias (SSB). Una vez que se añaden 1000-2000 nucleótidos en la cadena principal, comienza la síntesis de la cadena rezagada o fragmentos de Okazaki. Esto también requiere un cebador de ARN y una ADN polimerasa III similar a la cadena principal.

5. La ADN polimerasa I participa en la eliminación del cebador de ARN de los fragmentos de Okazaki, que tiene actividad exonucleasa 5 & # 8242 → 3 & # 8242. El espacio creado por el cebador se rellena añadiendo nucleótidos en el extremo 3 & # 8242. La muesca entre dos fragmentos de Okazaki está sellada por ADN ligasa mediante la formación de enlaces fosfodiéster (Fig. 3.5).

(c) Terminación:

Debido a que las bacterias tienen cromosomas circulares, la terminación de la replicación ocurre cuando las dos horquillas de replicación se encuentran en el extremo opuesto del cromosoma parental. E. coli regula este proceso mediante el uso de secuencias de terminación que, cuando se unen a la proteína Tus, permiten que solo pase una dirección de la horquilla de replicación.

Como resultado, las horquillas de replicación están obligadas a encontrarse siempre dentro de la región de terminación del cromosoma. Los eucariotas inician la replicación del ADN en múltiples puntos del cromosoma, por lo que las horquillas de replicación se encuentran y terminan en muchos puntos del cromosoma; no se sabe que estén regulados de ninguna manera en particular.


8: Estructura y replicación del ADN - Biología

Nuestros editores revisarán lo que ha enviado y determinarán si deben revisar el artículo.

ADN, Abreviación de ácido desoxirribonucleico, químico orgánico de estructura molecular compleja que se encuentra en todas las células procariotas y eucariotas y en muchos virus. El ADN codifica la información genética para la transmisión de rasgos heredados.

¿Qué hace el ADN?

El ácido desoxirribonucleico (ADN) es una sustancia química orgánica que contiene información genética e instrucciones para la síntesis de proteínas. Se encuentra en la mayoría de las células de todos los organismos. El ADN es una parte clave de la reproducción en la que la herencia genética se produce a través de la transmisión del ADN de los padres a la descendencia.

¿De qué está hecho el ADN?

El ADN está hecho de nucleótidos. Un nucleótido tiene dos componentes: una columna vertebral, hecha de los grupos de azúcar desoxirribosa y fosfato, y bases nitrogenadas, conocidas como citosina, timina, adenina y guanina. El código genético se forma a través de diferentes arreglos de las bases.

¿Quién descubrió la estructura del ADN?

El descubrimiento de la estructura de doble hélice del ADN se atribuye a los investigadores James Watson y Francis Crick, quienes, junto con el también investigador Maurice Wilkins, recibieron un Premio Nobel en 1962 por su trabajo. Muchos creen que también se debe dar crédito a Rosalind Franklin, ya que hizo la foto revolucionaria de la estructura de doble hélice del ADN, que se utilizó como prueba sin su permiso.

¿Puedes editar el ADN?

La edición de genes hoy en día se realiza principalmente a través de una técnica llamada Repeticiones palindrómicas cortas agrupadas regularmente interespaciadas (CRISPR), adoptada a partir de un mecanismo bacteriano que puede cortar secciones específicas del ADN. Un uso de CRISPR es la creación de cultivos de organismos genéticamente modificados (OGM).

¿Qué es una computadora de ADN?

La computación del ADN es una arquitectura de computadora propuesta que usaría la naturaleza auto-vinculante del ADN para realizar cálculos. A diferencia de la computación clásica, la computación del ADN permitiría que ocurrieran múltiples procesos y cálculos paralelos al mismo tiempo.

Sigue un breve tratamiento del ADN. Para un tratamiento completo, ver genética: ADN y código genético.

El ADN químico se descubrió por primera vez en 1869, pero su papel en la herencia genética no se demostró hasta 1943. En 1953 James Watson y Francis Crick, con la ayuda del trabajo de los biofísicos Rosalind Franklin y Maurice Wilkins, determinaron que la estructura del ADN es un doble -polímero de hélice, una espiral que consta de dos hebras de ADN enrolladas una alrededor de la otra. El gran avance condujo a avances significativos en la comprensión de los científicos sobre la replicación del ADN y el control hereditario de las actividades celulares.

Cada hebra de una molécula de ADN está compuesta por una larga cadena de nucleótidos monoméricos. Los nucleótidos del ADN consisten en una molécula de azúcar desoxirribosa a la que se une un grupo fosfato y una de cuatro bases nitrogenadas: dos purinas (adenina y guanina) y dos pirimidinas (citosina y timina). Los nucleótidos se unen mediante enlaces covalentes entre el fosfato de un nucleótido y el azúcar del siguiente, formando un esqueleto fosfato-azúcar del que sobresalen las bases nitrogenadas. Una hebra está sujeta a otra por enlaces de hidrógeno entre las bases, la secuencia de este enlace es específica, es decir, enlaces de adenina solo con timina y citosina solo con guanina.

La configuración de la molécula de ADN es muy estable, lo que le permite actuar como plantilla para la replicación de nuevas moléculas de ADN, así como para la producción (transcripción) de la molécula de ARN relacionada (ácido ribonucleico). Un segmento de ADN que codifica la síntesis celular de una proteína específica se llama gen.

El ADN se replica separándose en dos hebras individuales, cada una de las cuales sirve como plantilla para una nueva hebra. Las nuevas hebras se copian por el mismo principio de apareamiento de enlaces de hidrógeno entre bases que existe en la doble hélice. Se producen dos nuevas moléculas de ADN de doble hebra, cada una de las cuales contiene una de las hebras originales y una nueva hebra. Esta replicación "semiconservadora" es la clave para la herencia estable de rasgos genéticos.

Dentro de una célula, el ADN está organizado en densos complejos de proteína-ADN llamados cromosomas. En eucariotas, los cromosomas se encuentran en el núcleo, aunque el ADN también se encuentra en mitocondrias y cloroplastos. En los procariotas, que no tienen un núcleo unido a la membrana, el ADN se encuentra como un solo cromosoma circular en el citoplasma. Algunos procariotas, como las bacterias, y algunos eucariotas tienen ADN extracromosómico conocido como plásmidos, que son material genético autónomo y autorreplicante. Los plásmidos se han utilizado ampliamente en tecnología de ADN recombinante para estudiar la expresión génica.

El material genético de los virus puede ser ADN o ARN monocatenario o bicatenario. Los retrovirus llevan su material genético como ARN monocatenario y producen la enzima transcriptasa inversa, que puede generar ADN a partir de la cadena de ARN. Se han observado complejos de ADN de cuatro hebras conocidos como G-quadruplex en áreas ricas en guanina del genoma humano.

Los editores de Encyclopaedia Britannica Este artículo fue revisado y actualizado por última vez por Adam Augustyn, editor en jefe, contenido de referencia.


Referencias y recursos

Papel guiado

Meselson, M. y Stahl, F.W. (1958). La replicación del ADN en Escherichia coli. Actas de la Academia Nacional de Ciencias de EE. UU., 44: 672–682.

Referencias

  • La carta de Matthew Meselson a James Watson del 8 de noviembre de 1957, que describe los resultados de sus experimentos sobre la replicación del ADN. Descargar.
  • Meselson, M., Stahl, F.W. y Vinograd, J. (1957). Sedimentación en equilibrio de macromoléculas en gradientes de densidad. Actas de la Academia Nacional de Ciencias de EE. UU., 43: 581–588.

Este artículo describe el uso de la centrífuga y el gradiente de densidad para analizar moléculas biológicas, una técnica que se utilizó en su artículo de 1958 pero que también se utilizó de forma muy amplia para muchas aplicaciones en biología. Consulte también Profundizar 3.

Un recurso excepcional para quienes deseen una descripción detallada y precisa del experimento Meselson-Stahl.

Recursos

  • Video de pizarra sobre el modelo semiconservador de ADN y el experimento Meselson-Stahl de iBiology. https://www.ibiology.org/genetics-and-gene-regulation/semi-conservative-replication-of-dna/

Un buen video de 7:30 min que describe el experimento Meselson-Stahl y sus conclusiones.

Esta película documenta el descubrimiento de la estructura y la replicación del ADN, incluidas entrevistas con James Watson, quien, junto con Crick, propuso el modelo de ADN de doble hélice.

Esta actividad se suele utilizar junto con el cortometraje The Double Helix. Introduce a los estudiantes al experimento de Meselson y Stahl y les ayuda a comprender los conceptos generados a través de esos resultados experimentales.

Esta colección de recursos de HHMI Biointeractive aborda muchos de los principales conceptos que rodean al ADN y su producción, lectura y replicación.


Ver el vídeo: Replicación del ADN (Diciembre 2022).