BC 2020 Seminario 1 Mantenimiento y variabilidad del genoma nuclear A

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Mantenimiento y variabilidad 
del genoma nuclear.
SEMINARIO DE INTEGRACIÓN 1 
BIOLOGIA CELULAR Y MOLECULAR AÑO 2020
INFORMACION DE GUIA EN LINEA
Libros de estudio recomendados por la catedra, en lo posible en sus ultimas ediciones.
CONTENIDOS: 2 EJES TEMÁTICOS
1) Mantenimiento del ADN nuclear: 
Procesos de Replicación y Reparación. 
2) Variabilidad:
Procesos de mutación y reorganización del material nuclear. 
-Describir y explicar los eventos y mecanismos moleculares que tienden a provocar 
variabilidad del genoma nuclear.
-Describir y explicar los mecanismos moleculares que mantienen la estabilidad 
del genoma nuclear.
-Describir y explicar los mecanismos moleculares que permiten transmitir 
el genoma a lo largo de las generaciones.
-Explicar en qué momentos del ciclo celular se producen los eventos y mecanismos
citados.
-Explicar las consecuencias biológicas de los eventos y mecanismos moleculares citados.
-Explicar las consecuencias en la producción de patologías que pueden tener 
los procesos que producen variabilidad genética y la alteración de la función de los 
mecanismos que mantienen la estabilidad y que permiten la transmisión conservada 
del genoma.
Objetivos de la clase:
Contenidos que el alumno debería tener incorporados y 
repasar antes del presente seminario
Concepto de célula Eucarionte.
A qué se denomina Ciclo celular. Cuáles son las etapas del Ciclo Celular. Concepto de Fase S
Estructuras que componen el núcleo interfásico. Cómo se organizan esas estructuras.
Estructura de ácidos nucléicos. Diferencias ADN /ARN. Concepto, constitución bioquímica y 
organización de la cromatina.
Proceso de Mitosis y Meiosis.
Introducción: Contexto dentro del ciclo celular- Fase S 
Las células se reproducen- División célula progenitora en células hijas
Fases del ciclo celular.
La líneas corresponden a los límites de las 
fases del ciclo celular que están 
representados en colores. Procesos 
importantes detallados en cada fase del ciclo 
celular.
Introducción: estructura de los cromosomas
Secuencias para la estructuración y mantenimiento del ADN
Cromosomas en diferentes fases del ciclo celular
1) Mantenimiento del ADN nuclear: 
Procesos de Replicación y Reparación. 
Replicación de ADN: TIPS 
Principio de la complementariedad de las bases.
Las cadenas de ADN pueden separarse en forma reversible. Desnaturalización-renaturalización. 
La replicación del ADN es un proceso semiconservativo (utiliza hebras parentales como molde). La 
información se preserva en el molde.
Si bien la replicación es un proceso integral-dinámico, desde un punto de vista mecanicista puede ser 
dividido en 3 grandes fases: iniciación, elongación, terminación.
Hay numerosas proteínas que se asocian a las horquillas de replicación. Estas proteínas 
ensambladas conforman una maquinaria molecular que permite llevar a cabo una secuencia 
ordenada de eventos.
Hay mecanismos que aumentan la probabilidad de un copiado preciso.
Se puede replicar ADN in vitro (PCR).
Replicación de ADN: 
Las cadenas de ADN pueden separarse en forma reversible. 
Desnaturalización-renaturalización
Replicación de ADN: El proceso es semiconservativo 
(utiliza hebras parentales como molde)
La información se preserva en el molde
Modelo: Predicción Watson y Crick
Replicación de ADN: 
desde un punto de vista mecanicista 
Si bien la replicación es un proceso dinámico integral puede ser 
dividido en 3 grandes fases: 
Fase de Iniciación: implica el reconocimiento de la posición (s) en una molécula de ADN donde 
empezará la replicación
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 
Terminación: es la fase menos comprendida del modelo, se produce cuando la molécula original ha 
sido completamente replicada.
Replicación de ADN: 
desde un punto de vista mecanicista 
Fase de Iniciación: implica el reconocimiento de la posición (s) en una 
molécula de ADN donde empezará la replicación
.
Orígenes de replicación: 
Cada origen de replicación genera 2 horquillas en distintas 
direcciones donde comienza el desenrrollamiento.
Hay numerosas proteínas que se asocian a una región de 
ADN (horquilla de replicación)
En un genoma de gran extensión la presencia de múltiples sitios de 
iniciación asegura una mayor velocidad de replicación del ADN en su 
conjunto.
El complejo de reconocimiento del origen (ORC) reconoce a una secuencia 
conservada y recluta a proteínas adicionales incluída la MCM helicasa.
El ADN no se duplica dos veces en el mismo ciclo celular 
debido a que durante la replicación del ADN se separan del 
sitio de inicio de la replicación las proteínas MCM que no
pueden volver a unirse a dicho sitio hasta la interfase siguiente.
Replicación de ADN: 
desde un punto de vista mecanicista 
Fase de Iniciación: implica el reconocimiento de la 
posición (s) en una molécula de ADN donde empezará la 
replicación
.
Orígenes de replicación-Horquillas de replicación: 
Estas proteínas ensambladas en las horquillas de replicación conforman una maquinaria
molecular que permite llevar a cabo una secuencia ordenada de eventos
Replicación de ADN: ADN Polimerasa
Enzima de replicación añade nucleótidos (d-NTPs) 
complementarios a la cadena molde.
Requiere un PRIMER preexistente (cebador)
Añade nucléotidos en el extremo 3´ estableciendo enlaces 
fosfodiéster.
La polimerización del ADN procede en dirección 5`--3`
Las ADN polimerasas añaden 
un desoxirribonucleósido 5´-
trifosfato al grupo 3´hidroxilo 
de una cadena de ADN 
creciente 
Replicación de ADN: ADN Polimerasa
Otra función es la reparación y la corrección
Principales clases de ADN polimerasas
E.Coli (procariota)
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)
Principales clases de ADN polimerasas eucariontes.
α β γ δ ε
Función principal Replicación
(+)
Reparación Replicación 
ADN 
mitocon-
drial
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)
+/- +/- + ++++ +
Proteínas accesorias a la polimerasa
RPC: proteína de enganche de carga
PCNA: Antígeno nuclear de células proliferativas. 
Proteína de enganche deslizante.
Acción de la helicasa y de las 
proteínas de unión al ADN de 
cadena simple
Proteínas de unión al ADN de cadena simple
Acción de las topoisomerasas durante la replicación del ADN
Topoisomerasa I Topoisomerasa II
Replicación de ADN: 
desde un punto de vista mecanicista 
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 
Cadena directora : sintetizada de forma continua en la dirección de avance de la horquilla de replicación.
Cadena retrasada: sintetizada de forma opuesta a la dirección de avance de la horquilla de replicación 
mediante la unión de los fragmentos de Okazaki. 
¿Cómo se sintetizan los fragmentos de Okazaki ?
Primasa: sintetiza fragmentos 
cortos de ARN (primers o cebadores) 
Cadena directora : sintetizada de forma continua en la dirección de avance de la horquilla de replicación.
Cadena retrasada: sintetizada de forma opuesta a la dirección de avance de la horquilla de replicación mediante la unión de los fragmentos de 
Okazaki. 
Replicación de ADN: 
La polimerización del ADN a partir de las cadenas molde es asimétrica 
Ver video (tener en cuenta que el video es en procariotas E. Coli): 
http://www.ncbi.nlm.nih.gov/books/NBK21751/figure/A3203/?report=objectonlyCoordination of Leading and Lagging Strand Synthesis
http://www.ncbi.nlm.nih.gov/books/NBK21751/figure/A3203/?report=objectonly
ADN ligasa puede sellar las muescas
Cataliza la formación de un enlace 
fosfodiéster entre dos nucleótidos adyacentes
Componentes de la maquinaria de la 
replicación en eucariotas
Los componentes de la maquinaria de replicación (se puede reemplazar la imagen de la 
imagen anterior por otra, ej: la siguiente)
Terminación: es la fase menos comprendida del modelo, se 
produce cuando la molécula original ha sido completamente 
replicada
Replicación de ADN: 
desde un punto de vista mecanicista 
Replicación de ADN: terminación y el mantenimiento de la 
estructura linear
Acción de las telomerasas
La telomerasa tiene su propia molécula de ARN 
complementaria del ADN telomérico con el que 
se une.
El ADN telomérico es una secuencia repetidda 
simple con un extremo 3´ suelto en la hebra 
conductora recién sintetizada.
Qué ocurre con las 
histonas en este proceso?
La unión es lábil y pueden 
desplazarse para facilitar 
el movimiento de la 
polimerasas y el proceso 
de replicación
Herencia epigenética de H3 centromérica
Hay cambios en la secuencia de ADN que pueden bloquear 
procesos como la replicación o la transcripción
Los cambios de secuencias pueden provenir de:
-errores de copiado del ADN durante la replicación
-cambios espontáneos o inducidos por productos químicos y/o radiación
En el mantenimiento de la integridad del 
genoma, hay mecanismos para reparar el 
ADN dañado en una o dos cadenas
Sistemas y procesos de reparación de ADN
Reparación del ADN
Proliferación Normal
Errores en la reparación/ Daño severo ADN
Arresto del ciclo celular
Proliferación anormal
Apoptosis
Procesos/Sistemas de reparación del 
ADN
• Lectura de prueba de la polimerasa (Actividad 3´exonucleasa)
• Sistemas de reparación en cadena simple
- Remoción directa de grupos alquilos (Metil Guanin Metil Transferasa –MGMT-)
- Escisión de bases
- Escisión de nucleótidos
- Reparación por mal apareamiento de bases
•Sistemas de reparación en roturas de doble cadena
- Reparación propensa a errores por unión de los extremos
- Recombinación Homóloga
Primera línea: errores de copiado del ADN 
durante la replicación, actividad exonucleasa
Otra función es la reparación y la corrección
Cambios que no involucran la mala lectura e incorporación de 
bases erroneas durante la replicación
Daño espontáneo del ADN
Daños inducidos por agente 
mutagénico ej.: radiación UV
Sistemas de Reparación en una única cadena:
Reparación por excisión de bases
Sistemas de Reparación en una única cadena:
Reparación por escisión de nucleótidos
Daños inducidos por agente 
mutagénico ej.: radiación UV
Reparación por escisión de nucleótidos de los dímeros de timina
Ej. patológico: Xeroderma pigmentoso con producción de tumores de piel (XP-A a XP-G)
Reparación por escisión de nucleótidos de los dímeros de 
timina
Mecanismo modelo
Los dímeros de timina interfieren tanto en 
la replicación como en la transcripción
Un complejo de maquinaria multiproteica 
interviene en el proceso (~ 30 proteinas)
Enzimas que participan en el sistema de reparación mediante escisión de nucleótidos en células de 
mamíferos.
XPC: reconoce lesiones en el ADN (ej. Dimeros de Timina); XPB y XPD: helicasas; XPG y XPF/ERCC1: 
endonucleasas, se incorporan al complejo para eliminar el oligonucleótido dañado
TFIIH: factor general 
de la transcripción 
Reparación por escisión de nucleótidos acoplada a la transcripción en células de mamíferos
TFIIH: factor general de la transcripción
Hay una velocidad mayor de reparación en sectores 
del genoma transcriptamente activas
Sistemas de Reparación en una única cadena: 
en situación de incorrecto apareamiento de bases
Ej. Patológico: Cancer colorectal
Enzimas implicadas en humanos: MSH2 y MSH6
Un complejo de proteínas se une al 
segmento con mal apareamiento, 
importante la identificación de la hebra 
hija (presencia de cortes) versus la 
molde 
Sistemas de reparación de roturas doble cadena: 
a) Reparación propensa a errores por unión en los extremos
b) Reparación por recombinación homóloga 
BRCA-1 y 2
Se vuelve al concepto de recombinación 
homologa
Ej. Patológico para recombinación 
homóloga: Cáncer de mama
Esta forma de reparación 
introduce errores y hay 
perdida de bases en punto de 
unión
2) Variabilidad:
Procesos de mutación y reorganización del material nuclear. 
Variabilidad:
Mecanismos-fuentes : 
Mutaciones (primario)
Reordenamientos del material genético (Recombinación homóloga, Sitio específica, Transposición, 
Amplificación génica)
Sexo
Ejemplo: Meiosis humana:
Crossing-over =Recombinación homóloga en la profase I
Segregación al azar de cromosomas
Ejemplo: Genes de las Inmunoglobulinas (anticuerpos)
Recombinación Sitio específica
Comparando con la 
secuencia patrón WT
Mutaciones: 
Cambios en la secuencia de nucleótidos (cambios a nivel pb/kb)
Normal= Wild-type (WT)
Cambio de una base por 
otra: Sustitución
Adición de una base: 
Inserción 
Supresión de una base: 
Deleción 
Reorganización del ADN:
Reordenamientos del material genético
Recombinación homóloga
Recombinación sitio específica
Transposición (vía intermediarios de ADN/ARN)
Amplificación génica
Modelo de Robin Holliday (1964) 
Recombinación Homóloga:
(secuencia extensa con homología). Da lugar a la reorganización de genes 
entre pares de cromosomas homólogos sin alterar la 
disposición/ubicación de los genes en el genoma 
Meiosis: Profase I 
Crossing over
Síntesis 
de ADN
Comparación
entre metafase y anafase I y II
Segregación al azar de 
cromosomas 
Caso específico de Meiosis:
Recombinación sitio específica: 
se da en secuencias que tienen una pequeña porción de homología 
Se produce en la generación de variabilidad de anticuerpos
La diversidad de proteínas es la 
característica principal del 
producto de los genes de las 
Inmunoglobulinas
150 4 150 412
600 4 7200
4 x 106
Transposición : Saltos de unidades del genoma
cambios de posición de secuencias sin requerimiento de homología
a) vía intermediarios de ADN (transposones). 
Transposición :
b) vía intermediarios de ARN (Retrovirus retransposones)
Transcriptasa reversa
Amplificación : 
resultado de repetición de la replicación de ADN pudiendo generar secuencias en tandem 
dentro de un cromosoma
Conclusiones
La replicación del ADN es un proceso semiconservativo (utiliza hebras parentales 
como molde). La información se preserva en el molde.
Hay numerosas proteínas que conforman una maquinaria molecular que permite 
llevar a cabo una secuencia ordenada de eventos para replicación del ADN.
Hay mecanismos que aumentan la probabilidad de un copiado preciso. 
Hay fuentes-mecanismos de variabilidad (mutaciones; reorganización del material; 
sexo)
En el mantenimiento de la integridad del genoma, las células tienen mecanismos 
para reparar el ADN dañado en una o dos cadenas que utilizan maquinarias 
moleculares proteicas similares a las que participan en procesos de replicación o de 
reordenamiento del material nuclear . Si fallan estos mecanismos o el daño es muy 
extenso puede haber arresto en el ciclo celular; muerte celular programada o 
proliferación anómala