BC 1 Mantenimiento y Variabilidad necroticaenfmed

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Mantenimiento y Variabilidad del Genoma 
 
Las cadenas de ADN pueden separarse en forma reversible= desnaturalización-renaturalización: 
Para tener idea de cómo se produce el proceso de replicación empezamos por un principio básico → el 
principio de complementariedad de bases, este significa que tenemos un ADN nuclear que es bicatenario, por 
lo que hay dos cadenas unidas por puentes de hidrógeno que son complementarias que pueden separarse 
(abrirse) de diferentes maneras -Pej por temperatura dado que los puentes de hidrógenos son uniones 
reversibles- sabemos que hay enzimas que con gasto de ATP pueden abrir de forma reversible estas cadenas, 
proceso que se llama desnaturalización cuando se abre, y renaturalización cuando se vuelve a unir por 
complementariedad de puentes de hidrógeno. 
 
La replicación del ADN es un proceso semiconservativo (utiliza hebras parentales como molde) y la información 
se preserva en el molde. Entonces, en cada una de las células se conserva una cadena “vieja” y se genera una 
nueva a partir de la misma. Se puede replicar ADN in vitro (PCR) 
 
Si bien la replicación es un proceso integral-dinámico, desde un punto de vista mecanicista puede ser dividido 
en 3 grandes fases: 
• Fase de Iniciación: implica el reconocimiento de la posición donde empezará la replicación en una 
molécula de ADN. Orígenes de replicación: cada origen de replicación genera 2 horquillas en distintas 
direcciones donde comienza el desenrollamiento. 
El complejo de reconocimiento del origen (ORC) reconoce a una secuencia conservada y recluta a 
proteínas adicionales incluida la MCM helicasa. 
Hay numerosas proteínas que se asocian a la horquilla de replicación y conforman una maquinaria 
molecular que permite llevar a cabo una secuencia ordenada de eventos. 
Cuando hablamos de orígenes no nos referimos a un solo origen como puede haber en procariotas 
(ADN circular y pequeño), sino que en los cromosomas eucariotas hay numerosos orígenes de 
replicación, debido a que necesitamos replicar un ADN muy largo rápidamente. Si tenemos dos 
orígenes de replicación vamos a disminuir el tiempo a la mitad, si tenemos tres, tres veces y así 
sucesivamente. Cuantos más orígenes de replicación tengamos, más rápida va a ser la replicación de 
este ADN. 
La fase de iniciación requiere que una vez que se haya abierto la horquilla de replicación se reclute a 
toda la maquinaria de polimerasas, helicasas y las proteínas de unión ADN simple cadena. 
• Fase de elongación: acontecimientos que ocurren en la horquilla de replicación para la polimerización 
de las cadenas hijas de ADN a partir de las cadenas molde 
o Cadena directora: sintetizada de forma continua en la dirección de avance de la horquilla de 
replicación. 
o Cadena retrasada: sintetizada de forma opuesta a la dirección de avance de la horquilla de 
replicación mediante la unión de los Fragmentos de Okazaki. 
• Terminación: es la fase menos comprendida del modelo, se produce cuando la molécula original ha 
sido completamente replicada. 
 
¿Qué ocurre con las histonas en este proceso? La unión es lábil y pueden desplazarse para facilitar el 
movimiento de las polimerasas y el proceso de replicación. 
 
¿Qué enzimas actúan? 
• Helicasa: rompe los puentes de hidrógeno entre cadenas y hable doble hélice como una cremallera 
• Topoisomerasas: eliminan las tensiones producidas por el desenrollamiento del ADN 
o Topoisomerasa I: proteína que va a estar asociada al ADN doble cadena y censa cuanta 
tensión se ha generado por medio de las helicasas. Una vez que se genera mucha tensión, 
esta topoisomerasa puede generar un NICK o Muesca, como un corte en una sola cadena y 
liberar la tensión que se ha generado, luego se vuelve a cerrar la muesca y la helicasa tiene 
la posibilidad de seguir funcionando sin tanta tensión. 
o Topoisomerasas II: corta ambas cadenas de ADN y requiere energía del ATP. 
• SSB: son proteínas que estabilizan la cadena simple 
• Primasa: es una ARN Pol que sintetiza el Primer/Cebador 
• Ligasa: une los fragmentos de Okazaki 
 
¿Cuáles son los mecanismos moleculares que permiten que el genoma se mantenga estable y fiel en la 
transmisión? 
Este desafío, de mantener una alta fidelidad en la transmisión del genoma, es difícil dado que el genoma 
humano tiene un enorme tamaño. Uno de los factores que inciden en este alto grado de fidelidad es la 
estructura misma del ADN: compuesto por dos hebras cuyas pares de bases son complementarias. 
Para mantener la fidelidad de las secuencias de ADN, por un lado, tenemos esta estructura en doble cadena 
complementarias y, por otro lado, los mecanismos que permiten la replicación del ADN mismo. 
 
 
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Las ADN Polimerasas son las enzimas que participan de manera central en la replicación del ADN: En el caso de 
procariotas son 3 tipos de ADN Pol I, II, III 
 
I II III 
Función principal Reparación y asistencia en replicación 
+/- 
Reparación Replicación 
(+++) 
Actividad Proofreading (exonucleasa 3’ a 5’) Si Si Si 
Actividad corrimiento de muescas (exonucleasa 5’ a 3’) Si No No 
Procesividad (nucleótidos agregados antes de disociarse) Baja (3-200) Alta 
(10.000) 
Muy alta 
(500.000) 
La polimerasa III tiene muchos “+” debido a su alta tasa de replicación, pudiendo poner muchos nucleótidos 
sin despegarse. Entonces, la Pol III va a estar involucrada en hacer la hebra continua o extender muchos 
nucleótidos, en tanto la I va a estar involucrada en el inicio de los fragmentos de Okazaki (pequeños 
fragmentos de ADN). 
 
En el caso de eucariotas, hay más de 14 ADN Pol en nuestro genoma y las más caracterizadas son la: α, 𝛽, 𝛾, ε 
y δ 
 
α (alfa) 𝛽 (beta) 𝛾 (gamma) δ (delta) ε (épsilon) 
Función principal Replicación (+) Reparación 
del ADN 
Replicación 
ADN mitocondrial 
Replicación (+++) Replicación (+++) 
Actividad Proofreading 
(exonucleasa 3’ a 5’) 
No No No Si Si 
Primasa asociada Si No No No No 
Procesividad (nucleótidos 
agregados antes de 
disociarse) 
 
+/- 
 
+/- 
 
+ 
 
++++ 
 
+ 
Las de mayor capacidad replicativa son la Delta y la Épsilon y la de menor capacidad replicativa es la Alfa. 
Por su parte, la gamma es principalmente mitocondrial. Épsilon y Delta tienen actividad correctora a 
diferencia del resto. Las ADN Pol Dependen de una Primasa asociada para iniciar el proceso de replicación, por 
lo que Alfa es la única capaz de hacerlo. La Procesividad que es la cantidad de nucleótidos que pueden 
agregar estas polimerasas antes de disociarse (notar la diferencia entre una y la otra). 
Un elemento común que tienen estas enzimas es que utilizan como sustratos los desoxirribonucleosidos 
trifosfato (ATP, CTP, TTP y GTP). 
 
Las ADN Polimerasas son enzimas que dependen de una cadena simple de ADN como molde para polimerizar y, 
por otro lado, no pueden hacer una síntesis de Novo, por lo que la polimerización implica la extensión de una 
hebra previamente hibridada al molde. Estos requerimientos hacen que las ADN Pol necesiten extender un 
Primer/Cebador para comenzar su síntesis. En el contexto de la replicación, los primers están compuestos de 
ARN y son sintetizados por una enzima denominada Primasa (subunidad proteica asociada a la ADN Pol α). En 
cambio, cuando la síntesis del ADN se produce in vitro, Pej en la técnica de PCR, los primers son de ADN. En 
ambos casos los primers son necesarios para polimerizar. 
Uno de los aspectos mecanísticos que hay que entender, es cuál es la razón por la que una de las dos hebras 
se sintetiza de manera continua, en tanto la otra lo hace en fragmentos de Okazaki. Esta diferencia está 
impuesta porque la dirección de polimerización de las ADN Pol es de 5’-3’. 
El problema que se produce al final de la replicación es que debido a que para la síntesis de la cadena 
retrasada se debe sintetizar un Primer que luego sea elongado por una ADN Pol que complete la secuencia,pero al terminarse el cromosoma no hay una secuencia de bases que pueda ser utilizada como molde para 
hacer el primer = el extremo 3’ no puede ser replicado. De este modo, cada ciclo de replicación implica un 
acortamiento de los extremos del cromosoma (telómeros). 
 
Una célula que tiene que dividirse no puede acortar sus telómeros, porque este es un indicador de 
inestabilidad cromosómica, y que tiene que dejar de dividirse ¿Cómo compensa la célula que no se acorten los 
telómeros? porque tiene una actividad telomerasa → Actividad capaz de elongar los telómeros para que 
tengan una longitud correcta y no se produzcan inestabilidades. La telomerasa es una enzima, en este caso de 
ARN, capaz de hacer una retrotranscripción (transcripción inversa). 
 
En síntesis, podemos decir que este alto grado de fidelidad de replicación del ADN se debe por un lado a la 
estructura (de doble cadena complementaria) y, por el otro, a la existencia de enzimas que poseen un alto 
grado de fidelidad en la replicación de este. 
En el caso de las células eucariotas, no hay una única ADN Pol encargada de replicar todo el genoma. El inicio 
de la replicación se produce en múltiples sitios del genoma y en múltiples orígenes de replicación, por lo que 
hay múltiples ADN Pol trabajando de manera simultánea. 
Las ADN Pol que polimerizan la cadena continua son diferentes de las que polimerizan la retrasada: la 
continua se elonga por ε y la discontinua por δ, principalmente. 
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CLÍNICO 
Algunas células tumorales que han perdido los frenos de la replicación expresan la enzima telomerasa y logran 
evitar el acortamiento telomérico. La telomerasa también está presente en las células germinales. 
 
MECANISMOS DE REPARACIÓN DEL ADN 
El alto grado de fidelidad que tiene la replicación no es perfecto, sino que hay algunos errores que quedan 
fijados en la replicación como mutaciones. 
una mutación es un cambio en la secuencia de nucleótidos, puede ser un cambio de diferentes sentidos, una 
sustitución, una inserción o una deleción (se eliminan bases). Esta lo que hace es cambiar la codificación. 
Los cambios que sufre la secuencia de ADN, que de no ser reparados quedan fijados como mutaciones, pueden 
ocurrir por eventos moleculares endógenos y fisiológicos. A su vez, estos eventos ante la presencia de agentes 
mutagénicos químicos o físicos pueden aumentar su probabilidad. 
Sabemos que si una célula acumula daño en su ADN empiezan otros mecanismos, como los de arresto de 
la división celular, mecanismos de muerte celular como la apoptosis, o pueden llevar a una proliferación 
anormal (como la presente en las células tumorales). 
Algunos de los mecanismos de reparación están asociados al proceso de replicación misma, debido a que 
algunos errores y posibles mecanismos de corrección pueden ocurrir en el mismo momento que el ADN está 
siendo replicado en la fase S del ciclo celular. Hay otros mecanismos que pueden producirse en momentos 
diferentes del ciclo. 
 
Alteraciones que se producen y reparan eventualmente durante la replicación 
• Lectura de prueba de la polimerasa/exonucleasa/Proofreading: una segunda actividad enzimática que 
está incorporada en algunas de las ADN Pol es la actividad de lectura de prueba 3´-5´exonucleasa, es 
decir, remueve nucleótidos en sentido contrario a la polimerización. 
Dicha actividad, si se realiza la replicación in vitro, tiene una tasa de eficiencia: la TAG Pol no posee 
lectura de prueba y comete 1 error cada 105 nucleótidos; en cambio, con la actividad de Proofreading 
se eleva el grado de fidelidad a 1 error cada 107 nucleótidos = menor número de errores. 
Por ejemplo, si pensamos en deformaciones en la hebra molde o procesos químicos: puede pasar que la 
ADN Pol polimerice un nucleótido que no sea complementario a su molde. Si la ADN Pol posee lectura de 
prueba, puede corregir este error rompiendo el enlace covalente formado y removiendo este último 
nucleótido para poder polimerizar uno complementario. 
La ADN Pol α no tiene actividad de Proofreading; en tanto δ y ε si la tienen. 
 
Alteraciones que se producen por fuera del contexto de replicación y también por agentes externos (químicos, 
físicos, etc.) 
Si los daños ocurren en solo una de las cadenas o en ambas se producen situaciones distintas en términos de 
los mecanismos de reparación. Cuando se produce una ruptura en solo una de las hebras del ADN la otra 
puede servir como molde para restaurar la información dañada. 
El conjunto de enzimas encargadas de detectar las alteraciones, remover y reparar los daños, suelen ser 
distintos dependiendo si se rompe una cadena o las dos. 
• Sistema de reparación en cadena simple 
o Reparación por mal apareamiento de bases (REMA) 
o Escisión de bases (REBA) 
o Escisión de nucleótidos (REN) -muy tomado-: compuesto por un conjunto de proteínas (apróx 30) que 
monitorean el genoma y pueden detectar malformaciones en la hélice provocada por la formación de 
un dímero de pirimidinas. Una vez que reconocen y se unen a dichas malformaciones reclutan a otras 
enzimas (endonucleasas) que van a escindir el fragmento, permitiendo así que una ADN Pol activa en 
los procesos de reparación luego repare la ausencia parcial de la hebra. 
Por ejemplo: La luz ultravioleta puede inducir un daño que lleva a la formación de un enlace 
covalente entre dos pirimidinas (como las Timinas) adyacentes entre sí= dímeros de pirimidinas. Esto 
genera una deformación local de la cadena y no pueden servir como molde para la ADN Pol. Como la 
eficiencia de los mecanismos de reparación es limitada y no todos los dímeros pueden ser reparados 
y algunas mutaciones quedarán fijadas. 
 
o Remoción directa de grupos alquilos (Metil Guanin Metiltransferasa –MGMT-): hay una enzima que 
reconoce grupos alquilos (modificaciones químicas que inducen agentes químicos mutagénicos) y que 
impiden, al removerlos, que estos puedan ser replicados eficientemente. Si la enzima es removida y 
persisten estos grupos= apoptosis. 
 
• Sistemas de reparación en roturas de doble cadena -muy tomado- 
o Reparación propensa a errores por unión de los extremos: 
también llamado mecanismo de reparación por unión de 
extremos no homólogos. Cuando actúa evita que las 
células sigan hacia una muerte celular programada. En el 
sitio de reparación suele dejar mutaciones en forma de 
nucleótidos faltantes o sobrantes. 
Por ejemplo, una ruptura por radiación ionizante. 
o Recombinación Homóloga: la información necesaria para 
reparar el daño sin errores está en una copia de ADN que 
tiene alta homología (en la cromátida hermana o en el 
cromosoma homólogo). Cuando actúa esta reparación, lo 
hace sin la fijación de mutaciones. 
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Robin Holliday fue quien propuso esta idea de recombinación homóloga estudiando a las levaduras y 
viendo como algunas tenían mutaciones en proteínas específicas (proteínas REC) que impedían el 
entrecruzamiento entre dos cromosomas. Estas proteínas, por lo tanto, permiten por 
complementariedad de bases que exista un apareamiento entre las hebras de dos cromosomas 
homólogos, produciéndose así un intercambio de información entre estos. 
El mecanismo de recombinación homóloga tiene dos funciones: generar variabilidad para 
reacomodar cromosomas homólogos próximos y estar involucrado en los sistemas de reparación 
si se produce una ruptura de doble cadena. 
 
¿En qué condiciones actuará cada mecanismo? Respuesta: al azar. 
El conjunto de enzimas y proteínas que llegue primero al sitio dañado determinará cuál será la 
reparación, además las proteínas y enzimas que forman parte de la recombinación homóloga no siempre 
están expresadas en las células (solo en células en fase S y G2). 
 
Si pensamos de manera global a los procesos de reparación del ADN estos son un mecanismo que tiende a 
conservar la fidelidad de las secuencias de ADN, pero dadoque su efectividad es limitada todas las células 
van a conservar una tasa de 3 mutaciones por replicación. La mayoría de las mutaciones quedan en regiones 
no codificantes del genoma (menos del 2% de la totalidad de las secuencias). 
 
CLÍNICA 
¿Qué ocurre en una condición donde hay individuos que poseen mutaciones que afectan la 
funcionalidad/eficiencia de los sistemas de reparación? Estos individuos acumulan una tasa mayor de 
mutaciones que eventualmente, afectan a genes supresores de tumores o proto-oncogenes, y pueden 
aumentar la tasa de aparición de cánceres. 
Una patología: Xeroderma Pigmentosa se caracteriza por mutaciones que afectan a mecanismos de 
reparación por escisión de nucleótidos y tienen una alta incidencia en el cáncer de piel. 
 
VARIABILIDAD → Proceso de mutación y reorganización del material nuclear. 
Las mutaciones le brindan a nuestra especie una fuente de Variabilidad Primaria, es decir la existencia de 
nuevos alelos a partir de preexistentes, y se produce gracias al mecanismo mutacional. Dicho en otras 
palabras, si pensáramos que los mecanismos de replicación y reparación del ADN fuesen perfectos y la 
fidelidad fuese de un 100% no habría la generación de nuevos alelos, evitando que nuestra especie pueda 
adaptarse (porque los mecanismos de adaptación evolutivos dependen de la variabilidad alélica); por ende, 
las mutaciones son el mecanismo primario de variabilidad genética y algunas de estas variables pueden tener 
ventajas por sobre otras bajo ciertas condiciones ambientales. 
Hay una segunda fuente de variabilidad en nuestro genoma, la Variabilidad Secundaria, que es producida por 
reordenamientos de las secuencias genéticas (variantes alélicas) provocados por mecanismos de 
recombinación. Por ejemplo, la más importante, es la recombinación que se produce en Profase de la Meiosis I 
(durante la formación de gametas). 
Las enzimas que participan en la recombinación de la Profase I, reconociendo regiones homólogas entre 
ambos cromosomas (materno y paterno) en particular son RecA (procariota) y la Recombinasa Eucariota 
(RAD51); estas enzimas recombinasas también participan en mecanismos de reparación por Recombinación 
Homóloga. 
 
La Transposición y Recombinación Sitio Específica 
Son reorganizaciones locales de genoma. Ambos tienen un impacto mucho menor y una frecuencia mucho 
menor que la recombinación homóloga. El mecanismo de Transposición está dado por secuencias en el ADN con 
la capacidad de movilizarse de un lado a otro= Los Transposones (esto lo retomamos en Genética). La 
Recombinación Sitio Específica es un mecanismo que solo ocurre durante la diferenciación de un subgrupo de 
células del sistema inmune, un ejemplo muy claro y muy prevalente de la generación de variabilidad es la 
generación de anticuerpos, donde los genes que codifican para las inmunoglobulinas forman anticuerpos con 
regiones N-Terminales variables, pudiéndose así generar un montón de variaciones en estas estructuras que 
son las que van a ir por nuestro organismo tratando de reconocer moléculas extrañas. 
 
SÍNTESIS 
✓ La estabilidad del genoma está determinada por la estructura del ADN, la alta fidelidad de las 
enzimas que participan en la replicación (ADN Pol) y por la alta eficiencia que tienen los múltiples 
sistemas de reparación que actúan. 
✓ Cuando los errores replicativos o daños químicos no logran ser reparados, quedan fijados como 
mutaciones que a su vez son las variaciones primarias en las secuencias de nuestro genoma. 
✓ Hay reordenamientos del material genético que se producen en contextos específicos en donde 
participa la recombinación homóloga y aumenta la variabilidad genética secundaria. 
Proteínas accesorias a la polimerasa- RPC: proteína de enganche de carga - PCNA: Antígeno nuclear de 
células proliferativas. - Proteína de enganche deslizante. 
 
Nota: no es importante conocer todas las enzimas y proteínas que 
participan de los mecanismos de reparación del ADN. 
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