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Preguntas sobre el daño del ADN

Preguntas sobre el daño del ADN


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No soy fuerte en biología, así que tengan paciencia conmigo con esto:

He estado leyendo que a medida que envejecemos, nuestro ADN se daña por factores internos (por ejemplo, errores durante la replicación) y externos (por ejemplo, daño solar o radiación).

  • Si toma, digamos, una persona de 80 años, ¿puede encontrar ADN en su cuerpo que sea el mismo que cuando era un recién nacido? ¿Qué tipo de células tendrían ADN intacto?

  • ¿El daño del ADN se distribuye uniformemente por todo el cuerpo o algunas partes sufrirán más daño que otras?

  • ¿Existe algún dato publicado sobre cuánto daño en el ADN acumula una persona promedio a lo largo de su vida? No estoy seguro de cómo se puede cuantificar esto, pero me pregunto si se ha realizado algún estudio sobre la medición del daño.


¡Excelente pregunta!

  1. Definitivamente podrá encontrar bastantes secuencias de ADN que no están dañados (de hecho, la mayoría de ellos no estarían dañados), pero es muy poco probable que alguna célula de su cuerpo tenga una copia perfecta de todo el genoma original.

  2. Estoy seguro de que las células más cercanas a la piel (expuestas a más radiación) tendrían más mutaciones, pero más allá de eso, casi todo depende del lugar donde vivas, tus hábitos, etc. (si eres fumador obviamente tendrás más mutaciones en las células pulmonares).

  3. En circunstancias normales (niveles bajos de mutágenos), ocurren aproximadamente 3 mutaciones de nucleótidos en el genoma humano por célula por división (replicación del ADN) (de http://www.ncbi.nlm.nih.gov/books/NBK26881/). El resto de las matemáticas sería una estimación muy aproximada, ya que necesitaría hacer muchas suposiciones (promedio de la tasa de división celular, otros mutágenos que puede encontrar un organismo, vida útil, la lista continúa), pero como quiera para hacerlo, tiene que empezar con el número.

Espero que esto ayude.

CDB


Ha hecho una serie de preguntas aquí, pero sí, las tasas de mutación se han estudiado ampliamente en humanos y en organismos modelo. Y, como sugiere, varían sustancialmente entre los tejidos. Un punto de partida para leer sobre cómo se miden las tasas de mutación y cómo varían entre especies, tejidos, etc., es un 2010 Tendencias en genética revisión de Mike Lynch. Ver particularmente la Tabla 1.


10 preguntas para estudiar para un cuestionario de mitosis en biología AP

Si necesita prepararse para un cuestionario de mitosis en Biología AP, necesitará comprender a fondo la diferencia entre mitosis y meiosis.

Muchos estudiantes no logran identificar con precisión la diferencia entre los dos procesos biológicos. Por lo tanto, no desea obtener resultados decepcionantes en su cuestionario de mitosis, hay algunos puntos clave que querrá estudiar.

Recuerde familiarizarse con lo siguiente antes de pensar que está lo suficientemente preparado para un cuestionario de mitosis.

  • Hay seis etapas diferentes de mitosis.
  • Desea poder visualizar y analizar diagramas que muestren las etapas de la mitosis con seguridad.
  • Es bueno estar al tanto de cualquier irregularidad durante la mitosis y las consecuencias genéticas resultantes.

Tómese el tiempo suficiente para tomar notas completas cuando estudie su material de Biología AP. No intente memorizar todo, busque comprender y hacer conexiones entre la información. También puede ser útil extraer los procesos de la mitosis, etiquetando cada etapa con una descripción que pueda comprender fácilmente.

Pregúntese qué paso sigue a continuación y predice que si algo saliera mal en el proceso, ¿cuál sería el resultado?

Tomar medidas para interactuar con su material le ayudará a darle más sentido a las cosas. No solo desea memorizar y regurgitar el material sin tener una comprensión visual clara del qué y el por qué del proceso.


El experimento

Las proteínas que intervienen en la reparación del daño del ADN son vitales para todas las células: sin ellas, la tasa de mutaciones aumentaría, lo que provocaría un deterioro de las funciones celulares y la herencia de mutaciones en las células hijas. En los seres humanos, las mutaciones de la línea germinal y las mutaciones somáticas que escapan a la reparación del ADN pueden provocar enfermedades hereditarias y cánceres malignos, respectivamente. Por lo tanto, comprender los mecanismos de reparación del ADN es esencial en la prevención de enfermedades causadas por daños en el ADN.

El experimento descrito en esta prueba tenía como objetivo identificar proteínas de reparación del ADN en células humanas y de levadura 1. Un fragmento de endonucleasa de restricción de 148 pares de bases de largo preparado a partir de Escherichia coli El ADN se marcó en su extremo 5 'con un grupo fosfato radiactivo.

Finalización de cinco opciones

(Este tipo de pregunta consiste en una pregunta o enunciado incompleto seguido de cinco respuestas sugeridas o compleciones. Seleccione el uno la mejor respuesta.)

1 .____ ¿Cuál de las siguientes posibilidades se puede utilizar para tal etiquetado de los fragmentos?

B. [γ- 32 P] ATP + polinucleótido quinasa

C. [γ- 32 P] ATP + ADN polimerasa

D. [α- 32 P] ATP + transferasa terminal

E. [γ- 32 P] ATP + ADN helicasa

Se prepararon dos fragmentos de ADN marcados en los extremos (llamados "sondas" a lo largo de esta prueba): una de las sondas se dejó intacta (f148 * ), mientras que la otra muestra de la sonda se irradió con una fuerte luz ultravioleta (UV) (UV-f148 * ).

Finalización de cinco opciones

(Este tipo de pregunta consiste en una pregunta o enunciado incompleto seguido de cinco respuestas sugeridas o compleciones. Seleccione el uno la mejor respuesta.)

2 .____ ¿Cuál es la consecuencia más importante de la irradiación UV?

A. Formación de dímeros de pirimidina

La sonda f148 * (muestras 1 a 7 en la figura 1) y la sonda UV-f148 * (muestras 8 a 14) se incubaron solas (muestras 1 a 8), en presencia de un extracto de línea de células tumorales humanas (muestras 2-4 y 9-11) o extracto de células de levadura (Muestras 5-7 y 12-14). También se añadieron a algunas de las mezclas varias cantidades de ADN f148 sin marcar y sin dañar (f148 "frío") (Muestras 3, 4, 6, 7, 10, 11, 13, 14).

Análisis de la unión de proteínas a ADN irradiado con UV y no dañado (para obtener detalles experimentales, consulte el texto H, Y humana, levadura, la flecha indica la dirección de la electroforesis).

Finalización de cinco opciones

(Este tipo de pregunta consiste en una pregunta o enunciado incompleto seguido de cinco respuestas sugeridas o compleciones. Seleccione el uno la mejor respuesta.)

3 .____ ¿Cuál fue el objetivo de agregar el fragmento de ADN “frío”?

A. Reducir la unión de proteínas inespecíficas a las sondas.

B. Para mejorar la unión de proteínas no específicas a las sondas.

C. Para reducir la unión de proteínas específicas a las sondas.

D. Para mejorar la unión de proteínas específicas a las sondas.

Los productos de in vitro las reacciones se resolvieron mediante electroforesis en un gel de poliacrilamida que no interrumpió las interacciones proteína-ADN. El gel se secó y se analizó mediante autorradiografía. Estudie los resultados de la figura 1 y resuelva las siguientes preguntas de opción múltiple (PEM).

Finalización de cinco opciones

(Este tipo de pregunta consiste en una pregunta o enunciado incompleto seguido de cinco respuestas sugeridas o completaciones. Seleccione el uno la mejor respuesta.)

4 .____ ¿Qué conclusiones se pueden sacar al comparar las Muestras 2 y 9?

A. La irradiación UV induce proteínas de unión al ADN en células humanas.

B. Las células humanas contienen proteínas que reconocen y se unen a los dímeros de pirimidina.

C. Moléculas de sonda hibridadas con ADN celular

5 .____ ¿Qué conclusiones se pueden sacar al comparar las Muestras 9 y 11?

A. Las proteínas en las bandas H1 y H2 reconocen el ADN no dañado

B. Las proteínas de las bandas H1 y H2 reconocen el ADN dañado

C. f148 compite con UV-f148 * por las proteínas de unión

Análisis de experimentos

(Las siguientes afirmaciones están relacionadas con la información presentada en la descripción del experimento. Según la información proporcionada, seleccione

R: si la declaración está respaldada por la información proporcionada

B: si la afirmación se contradice con la información proporcionada

C: si la afirmación no está respaldada ni contradecida por la información proporcionada).

6 .____ La sonda UV-f148 * puede unirse a más de una molécula de proteína.

7 .____ Las proteínas de unión reconocen los dímeros de pirimidina en secuencias específicas de ADN.

8 .____ Las proteínas de células tumorales humanas y de células de levadura se unen a diferentes regiones del fragmento UV-f148 *.

9 .____ Las proteínas de unión reconocen el ADN satélite.

10 .____ Las proteínas que reconocen el daño de los rayos UV son idénticas en las células humanas y de levadura.

11 .____ En las condiciones utilizadas, se formaron nucleosomas en f148 *.

12 .____ La banda X corresponde a las moléculas sonda libres.

Comparación cuantitativa

(En este tipo de preguntas, los enunciados emparejados describen dos entidades que deben compararse en un sentido cuantitativo. Seleccione:

C: si los dos son iguales o casi iguales.)

13 .____ A: El tamaño del complejo H1

B: el tamaño del complejo H2

14 .____ A: Relación proteína / ADN en el complejo Y1

B: relación proteína / ADN en el complejo Y2


Preguntas sobre el daño del ADN - Biología

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Este texto se basa en Openstax Biology for AP Courses, Autores colaboradores principales Julianne Zedalis, The Bishop's School en La Jolla, CA, John Eggebrecht, Autores colaboradores de la Universidad de Cornell Yael Avissar, Rhode Island College, Jung Choi, Instituto de Tecnología de Georgia, Jean DeSaix , Universidad de Carolina del Norte en Chapel Hill, Vladimir Jurukovski, Colegio Comunitario del Condado de Suffolk, Connie Rye, Colegio Comunitario del Este de Mississippi, Robert Wise, Universidad de Wisconsin, Oshkosh

Esta obra está autorizada bajo una licencia Creative Commons Reconocimiento-No comercial 4.0 no exportada, sin restricciones adicionales.


Mecanismos de daño, reparación y mutagénesis del ADN

Los organismos vivos están continuamente expuestos a una gran cantidad de agentes que dañan el ADN que pueden afectar la salud y modular los estados de enfermedad. Sin embargo, los mecanismos robustos de reparación del ADN y de desvío de daños protegen fielmente el ADN eliminando o tolerando el daño para garantizar una supervivencia general. Se sabe que las desviaciones en este ajuste fino desestabilizan la homeostasis metabólica celular, como se ejemplifica en diversos cánceres donde la interrupción o desregulación de las vías de reparación del ADN da como resultado la inestabilidad del genoma. Debido a que los agentes biológicos, físicos y químicos usados ​​de manera rutinaria impactan la salud humana, probar su genotoxicidad y regular su uso se ha vuelto importante. En esta revisión introductoria, delinearemos los mecanismos de daño del ADN y las vías de reparación / tolerancia contrarrestadas para proporcionar información sobre la base molecular de la genotoxicidad en las células que sienta las bases para los artículos posteriores de este número. Reinar. Mol. Mutageno. 58: 235-263, 2017. © 2017 Wiley Periodicals, Inc.

Palabras clave: reparación de escisión de bases reparación de desajustes reparación de escisión de nucleótidos reparación de rotura de hebras simples y bicatenarias síntesis de translesión de telómeros.


Los 7 principales mecanismos de reparación de daños en el ADN (con diagrama)

Este artículo arroja luz sobre los siete principales mecanismos de reparación de daños en el ADN.

Los siete principales mecanismos de reparación de daños en el ADN son: (1) Corrección mediante ADN polimerasa (2) Reparaciones por escisión (3) Reparación espontánea mediante doble hélice del ADN (4) Reparación del ADN homólogo y no homólogo (5) Reparación SOS (6) Reparación de desajustes de pares erróneos de una sola base y (7) dímeros de pirimidina inducidos por UV por foto-reactivación.

Mecanismo n. ° 1. Revisión por ADN polimerasa:

Debido a que la especificidad de la adición de nucleótidos por las ADN polimerasas está determinada por el emparejamiento de bases de Watson-Crick, ocasionalmente se inserta una base incorrecta (por ejemplo, A en lugar de G) durante la síntesis de ADN. De hecho, una subunidad de la ADN polimerasa III de E. coli introduce aproximadamente 1 base incorrecta en 104 enlaces entre nucleótidos durante la replicación in vitro. Dado que un gen de E. coli promedio tiene aproximadamente 103 bases de largo, una frecuencia de error de 1 en 104 pares de bases causaría una mutación potencialmente dañina en cada décimo gen durante cada replicación, o 10 -1 mutaciones por gen por generación.

Sin embargo, la tasa de mutación medida en las células bacterianas es mucho menor, aproximadamente 1 error en 10 eventos de polimerización de 9 nucleótidos o, de manera equivalente, 10-5 a 10-6 mutaciones por gen por generación (asumiendo

1000 pares de bases por gen). Esta mayor precisión in vivo se debe en gran parte a la función de corrección de pruebas de las ADN polimerasas de E. coli. Un experimento demostró que la actividad exonucleasa 3 & # 8242 → 5 & # 8242 de la ADN polimerasa I de E. coli puede eliminar una base no emparejada en el extremo de crecimiento 3 & # 8242 de un complejo cebador-molde sintético. En la ADN polimerasa III, esta función reside en la subunidad e del núcleo polimerasa.

Cuando se incorpora una base incorrecta durante la síntesis de ADN, la polimerasa se detiene y luego transfiere el extremo 3 & # 8242 de la cadena en crecimiento al sitio de la exonucleasa donde se elimina la base mal emparejada. Luego, el extremo 3 & # 8242 se transfiere de nuevo al sitio de la polimerasa, donde esta región se copia correctamente. La corrección de pruebas es una propiedad de casi todas las ADN polimerasas bacterianas. Tanto las ADN polimerasas 8 como las e de células animales, pero no la polimerasa, también tienen actividad de corrección de pruebas. Parece probable que esta función sea indispensable para que todas las células eviten un daño genético excesivo.

Mecanismo # 2. Reparaciones por escisión:

Existen múltiples vías para la reparación del ADN, utilizando diferentes enzimas que actúan sobre diferentes tipos de lesiones. Dos de las vías más comunes se muestran en la figura 10.3 A, B. En ambas, el daño se elimina, la secuencia de ADN original se restaura mediante una ADN polimerasa que usa la hebra no dañada como plantilla, y el resto se rompe en la doble hélice. está sellado por ADN ligasa (Fig. 10.2).

Como se muestra, la ADN ligasa utiliza una molécula de ATP para activar el extremo 5 & # 8242 en la muesca (paso 1) antes de formar el nuevo enlace (paso 2). De esta manera, la reacción de sellado de muescas energéticamente desfavorable es impulsada por acoplarse al proceso energéticamente favorable de hidrólisis de ATP.

Las dos vías difieren en la forma en que se elimina el daño del ADN. La primera vía, llamada reparación por escisión de bases, involucra una batería de enzimas llamadas ADN glicosilasas, cada una de las cuales puede reconocer un tipo específico de base alterada en el ADN y catalizar su eliminación hidrolítica. Existen al menos seis tipos de estas enzimas, incluidas las que eliminan Cs desaminados, As desaminados, diferentes tipos de bases alquiladas u oxidadas, bases con anillos abiertos y bases en las que un doble enlace carbono-carbono se ha convertido accidentalmente en un carbono. -enlace sencillo de carbono.

Como ejemplo del mecanismo general de reparación por escisión de bases, en la figura se muestra la eliminación de un C desaminado por uracil DNA glicosilasa. 10.3 A. Se cree que se detecta una base alterada cuando las glicosilasas de ADN viajan a lo largo del ADN utilizando un cambio de base para evaluar el estado de cada par de bases. Una vez que se reconoce una base dañada, la reacción de la ADN glicosilasa crea un azúcar desoxirribosa que carece de su base. Este & # 8220 diente faltante & # 8221 es reconocido por una enzima llamada AP endonucleasa, que corta la columna vertebral del fosfodiéster y luego se elimina y repara el daño.

La depuración, que es con mucho el tipo de daño más frecuente que sufre el ADN, también deja un azúcar desoxirribosa sin una base. Las depuraciones se reparan directamente comenzando con la endonucleasa AP, siguiendo la mitad inferior de la vía.

La segunda vía de reparación principal se llama reparación por escisión de nucleótidos. Este mecanismo puede reparar el daño causado por casi cualquier gran cambio en la estructura de la doble hélice del ADN. Tales & # 8220 lesiones voluminosas & # 8221 incluyen las creadas por la reacción covalente de bases de ADN con hidrocarburos grandes (como el carcinógeno benzopireno), así como los diversos dímeros de pirimidina (T-T, T-C y C-C) causados ​​por la luz solar. Las distorsiones de la hélice del ADN son reconocidas por la endonucleasa UvrABC, una enzima de múltiples subunidades codificada por los tres genes uvrA, uvrB y uvrC.

Esta enzima hace un corte en la hebra de ADN dañada, la columna vertebral del fosfodiéster de la hebra anormal se escinde en ambos lados de la distorsión y un oligonucleótido que contiene la lesión se separa de la doble hélice de ADN mediante una enzima helicasa de ADN. La gran brecha producida en la hélice de ADN es luego reparada por la ADN polimerasa I y sellada por la ADN ligasa (Fig. 10.3 B).

Mecanismo # 3. Reparación espontánea por doble hélice del ADN:

La estructura de doble hélice del ADN es ideal para la reparación porque lleva dos copias separadas de toda la información genética, una en cada una de sus dos cadenas. Por tanto, cuando una hebra está dañada, la hebra complementaria conserva una copia intacta de la misma información, y esta copia se usa generalmente para restaurar las secuencias de nucleótidos correctas en la hebra dañada.

La naturaleza de las bases también facilita la distinción entre bases no dañadas y dañadas. Por lo tanto, cada posible evento de desaminación en el ADN produce una base no natural, que por lo tanto puede ser reconocida y eliminada directamente por una ADN glicosilasa específica.

Una indicación de la importancia de una hélice de doble hebra para el almacenamiento seguro de información genética es que todas las células la utilizan, solo unos pocos virus pequeños utilizan ADN o ARN monocatenario como material genético. La posibilidad de que se produzca un cambio permanente de nucleótidos en estos genomas de virus monocatenarios es, por tanto, muy alta.

Mecanismo # 4. Reparación de ADN homólogo y no homólogo:

Un tipo de daño del ADN potencialmente peligroso ocurre cuando ambas hebras de la doble hélice se rompen, sin dejar una hebra de plantilla intacta para reparar. Las rupturas de este tipo son causadas por radiación ionizante, agentes oxidantes, errores de replicación y ciertos productos metabólicos en la célula. Si estas lesiones no se repararan, rápidamente conducirían a la descomposición de los cromosomas en fragmentos más pequeños. Sin embargo, se han desarrollado dos mecanismos distintos para reestructurar el daño potencial.

La más simple de entender es la unión de extremos no homólogos, en la que los extremos rotos se yuxtaponen y se vuelven a unir mediante ligadura de ADN, generalmente con la pérdida de uno o más nucleótidos en el sitio de unión (figura 10.4) .Este mecanismo de unión de extremos, que puede verse como una solución de emergencia para la reparación de roturas de doble hebra, es un resultado común en las células de mamíferos.

Aunque se produce un cambio en la secuencia del ADN (una mutación) en el sitio de la rotura, tan poco del genoma de los mamíferos codifica proteínas que este mecanismo es aparentemente una solución aceptable al problema de mantener intactos los cromosomas.

La estructura especializada de los telómeros evita que los extremos de los cromosomas se confundan con ADN roto, preservando así los extremos naturales del ADN. Un tipo aún más eficaz de reparación de roturas de doble hebra aprovecha el hecho de que las células diploides contienen dos copias de cada doble hélice.

En esta segunda vía de reparación, denominada unión de extremos homólogos, entran en juego mecanismos generales de recombinación que transfieren la información de la secuencia de nucleótidos desde la doble hélice de ADN intacta al sitio de la rotura de la doble hebra en la hélice rota. Este tipo de reacción requiere proteínas de recombinación especiales que reconocen áreas de coincidencia de secuencias de ADN entre los dos cromosomas y las unen.

Luego, un proceso de replicación del ADN usa el cromosoma intacto como plantilla para transferir información genética al cromosoma roto, reparándolo sin cambios en la secuencia del ADN. En las células que han replicado su ADN pero aún no se han dividido, este tipo de reparación del ADN puede tener lugar fácilmente entre las dos moléculas de ADN hermanas en cada cromosoma; en este caso, no hay necesidad de que los extremos rotos encuentren la secuencia de ADN coincidente en el cromosoma homólogo. Este tipo de reparación se denomina reparación por recombinación.

Mecanismo # 5. Reparación SOS:

Las células han desarrollado muchos mecanismos que las ayudan a sobrevivir en un mundo impredeciblemente peligroso. A menudo, un cambio extremo en el entorno de una célula activa la expresión de un conjunto de genes cuyos productos proteicos protegen a la célula de los efectos nocivos de este cambio. Uno de esos mecanismos que comparten todas las células es la respuesta al choque térmico, que es provocada por la exposición de las células a temperaturas inusualmente altas. Las & # 8220 proteínas de choque térmico & # 8221 inducidas incluyen algunas que ayudan a estabilizar y reparar proteínas celulares parcialmente desnaturalizadas.

Las células también tienen mecanismos que elevan los niveles de enzimas reparadoras del ADN, como una respuesta de emergencia al daño severo del ADN. El ejemplo mejor estudiado es la llamada respuesta SOS en E. coli. La respuesta SOS es un sistema de reparación del ADN posterior a la replicación que permite que la replicación del ADN evite lesiones o errores en el ADN. El SOS utiliza la proteína RecA. La señal (que se cree que es un exceso de ADN monocatenario) activa primero la proteína RecA. La proteína RecA, estimulada por ADN monocatenario, está involucrada en la activación de LexA induciendo así la respuesta. Es un sistema de reparación propenso a errores.

Durante el crecimiento normal, los genes SOS están regulados negativamente por los dímeros de la proteína represora LexA. En condiciones normales, LexA se une a una secuencia de consenso de 20 pb (la caja SOS) en la región del operador de esos genes. La activación de los genes SOS ocurre después del daño del ADN por la acumulación de regiones monocatenarias (ADNss) generadas en las horquillas de replicación, donde se bloquea la ADN polimerasa. RecA forma un filamento alrededor de estas regiones de ssDNA de una manera dependiente de ATP y se activa. La forma activada de RecA interactúa con LexA para facilitar la autoescisión de LexA por parte del operador (figura 10.5).

Una vez que se escinden las proteínas LexA, no se produce represión de los genes SOS. Los operadores que unen LexA débilmente son los primeros en expresarse completamente. De esta forma LexA puede activar secuencialmente diferentes mecanismos de reparación. Los genes que tienen una caja SOS débil (como lex A, recA, uvrA, uvrB y uvrD) se inducen por completo en respuesta a tratamientos que inducen SOS incluso débiles. Por lo tanto, el primer mecanismo de reparación de SOS que se induce es la reparación por escisión de nucleótidos (NER), cuyo objetivo es reparar el daño del ADN sin comprometerse con una respuesta de SOS completa.

Las células tienen un mecanismo adicional que les ayuda a responder al daño del ADN: retrasan la progresión del ciclo celular hasta que se completa la reparación del ADN. Por ejemplo, uno de los genes expresados ​​en respuesta a la señal SOS de E. coli es sulA, que codifica un inhibidor de la división celular. Por lo tanto, cuando las funciones SOS se activan en respuesta al daño del ADN, un bloqueo de la división celular prolonga el tiempo de reparación. Cuando se completa la reparación del ADN, se reprime la expresión de los genes SOS, se reanuda el ciclo celular y el ADN no dañado se segrega a las células hijas.

Si bien esta reparación del ADN & # 8220 propensa a errores & # 8221 puede ser dañina para las células bacterianas individuales, se presume que es ventajosa a largo plazo porque produce una explosión de variabilidad genética en la población bacteriana que aumenta la probabilidad de que surja una célula mutante. que es más capaz de sobrevivir en el medio ambiente alterado.

Mecanismo # 6. Reparación de desajustes de desajustes de base única:

Muchas mutaciones espontáneas son mutaciones puntuales, que implican un cambio en un solo par de bases en la secuencia de ADN. Estos pueden surgir de errores en la replicación, durante la recombinación genética y, en particular, por desaminación de bases, por lo que un residuo C se convierte en un residuo U. El problema conceptual con la reparación de errores de apareamiento es determinar cuál es la hebra normal y cuál es la hebra de ADN mutante, y reparar esta última para que esté correctamente emparejada con la hebra normal.

Cómo se logra esto se ha aclarado con considerable detalle para el sistema de reparación de errores de apareamiento dirigido por metilo de E. coli, a menudo denominado sistema MutHLS. En el ADN de E. coli, los residuos de adenina en una secuencia GATC están metilados en la posición 6. Dado que las ADN polimerasas incorporan adenina, no metil-adenina, en el ADN, los residuos de adenina en el ADN recién replicado se metilan solo en la hebra parental. Las adeninas en las secuencias de GATC en las hebras hijas son metiladas por una enzima específica, llamada Dam methytransferase, solo después de un lapso de varios minutos.

Durante este período de retraso, el ADN recién replicado contiene secuencias GATC hemi-metiladas:

Una proteína de E. coli denominada MutH, que se une específicamente a secuencias hemi-metiladas, es capaz de distinguir la hebra parental metilada de la hebra hija no metilada. Si se produce un error durante la replicación del ADN, que da como resultado un par de bases no coincidente cerca de una secuencia GATC, otra proteína, MutS, se une a este segmento emparejado anormalmente. La unión de MutS desencadena la unión de MufL, una proteína de unión que conecta MutS con un MutH cercano.

Esta reticulación activa una actividad endonucleasa latente de MutH, que luego escinde específicamente la hebra hija no metilada. Después de esta incisión inicial, el segmento de la hebra hija que contiene la base mal incorporada se corta y se reemplaza con la secuencia de ADN correcta.

Las cepas de E. coli que carecen de la proteína MutS, MutH o MutL tienen una tasa más alta de mutaciones espontáneas que las células de tipo salvaje. Las cepas que no pueden sintetizar la metiltransferasa Dam también tienen una alta tasa de mutaciones espontáneas. Debido a que algunas cepas no pueden metilar adeninas dentro de las secuencias GATC, el sistema de reparación de errores de emparejamiento MwfHLS no puede distinguir entre el molde y la cadena recién sintetizada y, por lo tanto, no puede reparar de manera eficiente las bases de errores de emparejamiento.

Un mecanismo similar repara las lesiones resultantes de la depurinación, la pérdida de una base de guanina o adenina del ADN resultante de la escisión del enlace glicosídico entre la desoxirribosa y la base. La depuración se produce de forma espontánea y es bastante común en los mamíferos. Los sitios apurínicos resultantes, si no se reparan, generan mutaciones durante la replicación del ADN porque no pueden especificar la base apareada adecuada. Todas las células poseen endonucleasas apurínicas (AP) que cortan una hebra de ADN cerca de un sitio apurínico. Al igual que con la reparación de errores de apareamiento, el corte se prolonga mediante exonucleasas y el espacio resultante luego se repara mediante ADN polimerasa y ligasa.

Mecanismo # 7. Dímeros de pirimidina inducidos por luz UV por foto-reactivación:

La corrección directa de la parte dañada también puede ocurrir en la reparación de dímeros de timina inducidos por la luz ultravioleta. Mediante este proceso de foto-reactivación o reparación con luz, los dímeros se revierten directamente a su forma original mediante la exposición a luz visible en el rango de 320-370 nm. La foto-reactivación es catalizada por una enzima llamada fotoliasa codificada por el gen phr. Cuando este dímero es activado por un fotón de luz, divide el dímero. Las cepas bacterianas con mutaciones en el gen phr son defectuosas en la reparación por luz. Se ha informado fotoliasa en procariotas y eucariotas inferiores, pero no en humanos. Las bacterias experimentales se mantienen en la oscuridad para evitar la fotorreactivación del ADN mutado (figura 10.6).


Una proteína recién descubierta repara el ADN

Crédito: Pixabay / CC0 Public Domain

Investigadores de la Universidad de Sevilla, en colaboración con colegas de las Universidades de Murcia y Marburg (Alemania) han identificado una nueva proteína que permite reparar el ADN. La proteína en cuestión, llamada criptocromo, ha evolucionado para adquirir esta y otras funciones dentro de la célula.

La radiación ultravioleta puede dañar el ADN, provocando mutaciones que alteran la función celular y pueden permitir que las células cancerosas crezcan sin control. Nuestras células tienen sistemas de reparación de ADN para defenderse de este tipo de daño. Uno de estos sistemas se basa en una proteína, fotoliasa, que utiliza luz azul para reparar el daño del ADN antes de que provoque mutaciones.

A lo largo de la evolución, los genes de la fotoliasa se duplicaron y se especializaron, creando nuevas proteínas, criptocromos, que han perfeccionado su capacidad para percibir la luz azul y ahora realizan otras funciones en las células. Por ejemplo, los criptocromos utilizan la luz azul como señal para regular el crecimiento de las plantas y el ritmo que controla la actividad diaria (el ritmo circadiano) en hongos y animales.

Los autores de este estudio descubrieron que en el hongo Mucor circinelloides, un patógeno humano, los criptocromos son la proteína responsable de la reparación del ADN tras la exposición a la radiación ultravioleta, función que debería realizar la fotoliasa. También sugieren que los criptocromos en este hongo adquirieron su capacidad para reparar el ADN durante la evolución a partir de un criptocromo ancestral que no fue capaz de reparar el ADN. Este descubrimiento ilustra cómo las proteínas cambian a medida que evolucionan sus funciones.


Conversión de genes

Si la secuencia utilizada como plantilla para reparar un gen mediante recombinación homóloga difiere ligeramente del gen que necesita reparación, es decir, es un alelo, el gen reparado adquirirá la secuencia del donante. Esta transferencia no recíproca de la información genética se llama conversión genética.

  • el cromosoma homólogo (durante la meiosis)
  • la cromátida hermana (también durante la meiosis)
  • un duplicado del gen en el mismo cromosoma (durante la mitosis) [Más información]

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¿Qué es la reparación del ADN?

La enzima ADN polimerasa a veces introduce accidentalmente bases incorrectas que interrumpirán el emparejamiento normal de bases de Watson-Crick del ADN. También hay muchas posibilidades de daño del ADN durante la recombinación genética que ocurre durante la gametogénesis por división celular meiótica. Si los daños o errores en el ADN no se corrigen en las células somáticas, puede conducir al desarrollo de cáncer o resultar en la pérdida de función de los genes. Más que eso, si no se rectifican los daños en el ADN de los gametos, se transferirá a la siguiente generación a través de la progenie. Por tanto, el daño a los materiales genéticos es una gran amenaza para todos los organismos. Para contrarrestar estas amenazas, las células han desarrollado muchos métodos para superar y rectificar diferentes tipos de daños en el ADN. Todos estos métodos se denominan colectivamente como REPARACION DE ADN mecanismos. Similar a la replicación, transcripción y traducción del ADN, el proceso de reparación del ADN también es un evento molecular principal en las células, que es muy esencial para la supervivencia final de las células y también para la supervivencia del organismo.

Reparación de ADN y Premio Nobel de Química (2015)

La Real Academia Sueca de Ciencias otorgó el Premio Nobel de Química 2015 por el descubrimiento y las contribuciones del mecanismo de reparación del ADN. El Premio Nobel de Química de este año fue compartido por tres científicos, a saber, Thomas Lindhal, Paul Modrich y Aziz Sancar por sus “Estudios mecanicistas de la reparación del ADN”. El mecanismo detallado de reparación del ADN en las células que conocemos hoy se debe principalmente a su investigación. El profesor Thomas Lindahl demostró que el ADN es una molécula inestable que está sujeta a daños incluso en condiciones fisiológicas. También identificó una enzima ADN glicosilasa completamente nueva y describió su función en los mecanismos de reparación del ADN. El profesor Paul Modrich transformó el campo de la reparación de desajustes en una comprensión bioquímica detallada primero en bacterias y luego en eucariotas. El profesor Sancar explicó el mecanismo de reparación por escisión de nucleótidos primero en bacterias y luego en células eucariotas. También explicó los mecanismos moleculares detrás del proceso de fotorreactivación, que es un tipo de mecanismo de reparación del ADN dependiente de la luz. Todas estas contribuciones nos ayudaron a comprender la naturaleza de algunas enfermedades como el cáncer y ayudaron a desarrollar nuevas terapias contra muchas enfermedades, incluido el cáncer.

Fuerzas destructivas que enfrenta el ADN en la célula.

Hay dos categorías de fuerzas destructivas en las células que podrían dañar el ADN tanto estructural como químicamente. Son:

(1). Factores internos o intrínsecos: ellos incluyen: -

Ø Intermedios metabólicos

(2). Factores externos o extrínsecos: ellos incluyen: -

Ø Radiaciones (rayos X, rayos UV, rayos γ)

Ø Agentes carcinógenos / intercaladores de ADN

Como sugiere el nombre, los factores internos se originan dentro de la propia célula. Los radicales libres reactivos y los intermediarios metabólicos o los subproductos metabólicos pueden dañar gravemente el ADN y pueden inducir mutaciones espontáneas. Por ejemplo, la desaminación oxidativa de nucleótidos en las células que da como resultado la conversión de citosina en uracilo es causada por intermediarios metabólicos. Los errores que ocurren durante la replicación y recombinación del ADN también se consideran factores internos.

Los principales factores externos que podrían dañar el ADN celular se dividen en dos subcategorías. Entre los que destacan los diferentes tipos de radianes. Las radiaciones como los rayos ultravioleta, los rayos X y los rayos γ pueden alterar gravemente la estructura y la química del ADN y dar lugar a una variedad de posibilidades de mutación. De manera similar, diferentes productos químicos cancerígenos, que generalmente llamamos agentes intercaladores de ADN, pueden reaccionar directamente con el ADN y pueden causar diferentes modificaciones estructurales y químicas en el ADN.

Cuando la química conformacional normal del ADN se pierde debido a cualquiera de estos factores internos o externos, podemos decir que hay una lesión en el ADN. Al igual que en la imagen, la simetría conformacional normal del ADN se pierde debido a la formación de dímero de timina por la luz ultravioleta y esto creó un bulto en una hebra. La protuberancia producida por el dímero de timina puede denominarse lesión del ADN.

Las posibles lesiones estructurales que le pueden ocurrir al ADN:

(1). Formación de dímero de timina:

La lesión estructural más común en el ADN es la formación de dímero de pirimidina. Está formado por la formación de enlaces covalentes entre dos residuos de pirimidina adyacentes, como entre dos timina o dos citosina o, muy raramente, una timina y una citosina. La formación de dímeros de pirimidina es causada por la irradiación ultravioleta del ADN. Entre los tres tipos de dímeros de pirimidina, la formación de dímeros de timina es la más común. Cuando se golpea el ADN con luz ultravioleta, los enlaces de hidrógeno entre las dos hebras se rompen y se forman dos enlaces covalentes entre los dos residuos de timina. Los dos enlaces covalentes se forman por la rotura de dos dobles enlaces presentes entre C5 y C6 de residuos de timina adyacentes. El dímero de timina también se denomina fotodímero de ciclobutano o CPD, ya que estructuralmente se asemeja al núcleo de ciclobutano. Si el dímero de timina en el ADN no se corrige, causará melanoma, que es un tipo de cáncer de piel.

(2). Depuración espontánea de ADN

Se debe a la eliminación espontánea de residuos de adenina o guanina del ADN debido a la ruptura del enlace N-glicosilo que conecta la base de nitrógeno con el azúcar desoxirribosa. La depuración da como resultado la formación de un sitio apurínico (sitio AP). El sitio apurínico interrumpe estructuralmente la conformación normal del ADN. Si el sitio apurínico no se corrige, se inician muchos tipos de crecimiento canceroso en el tejido.

(3). Desaminación espontánea de bases en el ADN

Como sugiere su nombre, es la eliminación de grupos amino de las bases nitrogenadas del ADN. La desaminación generalmente es causada por la eliminación oxidativa del grupo amino de las bases nitrogenadas. La desaminación produce bases no naturales o cambios en la secuencia de bases y da como resultado una mutación puntual en el ADN. Las bases no naturales son bases distintas de la adenina, guanina, timina, citosina o urasil. La hipoxantina y la xantina son las dos bases no naturales incorporadas al ADN debido a la desaminación espontánea.

La desaminación de la adenina crea la formación de hipoxantina. La desaminación de la guanina crea otra base antinatural llamada xantina. La desaminación de la citosina crea uracilo. Dado que el uracilo no es una base de ADN, destruirá el emparejamiento normal de bases de Watson-Crick del ADN. Debido a la ausencia de un grupo amino, no es posible la desaminación del residuo de timina. Hay un tipo más de desaminación, de hecho es el más severo y peligroso. Como parte del mecanismo de regulación del ADN, la mayor parte de la citosina que reside en el ADN se metilará en su quinta posición como 5 metil citosina. La desaminación de la 5-metil citosina produce timina y, por tanto, crea una mutación puntual.

(4). Errores en la replicación / recombinación del ADN

Esto se debe a la inclusión accidental de bases incorrectas en el ADN por parte de la ADN polimerasa durante la replicación del ADN. La ADN polimerasa también tiene una actividad exonucleasa que normalmente elimina las bases incorrectas e inserta la base correcta mediante un proceso llamado "corrección de pruebas". A veces, el método de lectura de pruebas no detecta la base incorrecta y la base incorrecta persiste en el ADN. Si estos errores no se corrigen, en el siguiente ciclo de replicación se produce un cambio de base en el ADN y el ADN de una hija muta.

Diferentes mecanismos de reparación del ADN en la célula:

En esta publicación, solo mencionaremos los nombres de los diferentes mecanismos de reparación del ADN, tenemos publicaciones detalladas con videos tutoriales para cada uno de estos mecanismos de reparación.

Hasta ahora, existen seis tipos diferentes de mecanismos de reparación del ADN conocidos por la ciencia.

(1). Fotorreactivación: un mecanismo de reparación del ADN dependiente de la luz que elimina los dímeros de timina

(2). Reparación de escisión de base (BER): solo la base dañada se elimina o escinde de la hebra de ADN sin eliminar las bases normales

(3). Reparación por escisión de nucleótidos (NER): las bases dañadas junto con un tramo corto de soporte saludable se retiran y se rellenan con las bases correctas

(4). Reparación de desajustes o MMR: Como sugiere el nombre, elimina las bases no coincidentes del ADN y se llena con las bases correctas.

(5). Reparación de rotura de doble hilo: las lesiones de rotura de doble hebra se rectifican

(6). Reparación dirigida por homología: aquí tiene lugar un largo tramo de reparación del ADN consultando la secuencia en el cromosoma homólogo

Existe otro tipo de estrategia de reparación del ADN en las células llamada respuesta SOS, que en realidad no es un mecanismo de reparación del ADN. La respuesta SOS se inicia en las células después de un daño severo en el ADN. Las respuestas SOS desencadenan muchos procesos moleculares en las células y la reparación del ADN es uno de estos procesos.

Los mecanismos de reparación tales como la fotorreactivación, la reparación por escisión de la base, la reparación por escisión de nucleótidos y la reparación del desajuste, solo se repara la hebra dañada del dúplex de ADN y la hebra no dañada actúa como hebra molde. Sin embargo, en la reparación de rotura de doble hebra y la reparación dirigida por homología, se reparan ambas hebras de un dúplex de ADN.


Ver el vídeo: Mecanismos de reparación ADN (Febrero 2023).