Clase_Replicacion_y_Reparacion_del_DNA2 (1)

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ESTRUCTURA, REPLICACIÓN Y 
REPARACIÓN DEL DNA
Gonzalo 
Cabrera
CICLO CELULAR
Procesos celulares, regulados a nivel
genético-molecular, que llevan a una célula
desde una mitosis a la siguiente, o la derivan
hacia un estado diferenciado, de reposo
proliferativo y funcionalidad definida. Desde
el reposo proliferativo una célula puede
regresar al ciclo de división celular, o ingresar
a un estado de diferenciación irreversible, que
termina en muerte celular.
G02
G2
M
G1
S
G01 DIFERENCIACIÓN
CICLO CELULAR
Ciclo
Proliferativo
MUERTE 
CELULAR
1-2 hrs
8-10 hrs
6-8 hrs
4-6 hrs
Sucesos fundamentales del ciclo proliferativo
• Crecimiento en masa de la célula: Síntesis de RNAs y proteínas. Mínimo en metafase. 
Aumenta hasta el inicio de la próxima mitosis. No es necesariamente preciso.
• Replicación del genoma (DNA): Ocurre en un período definido (la fase S). Errores tienen 
graves consecuencias
• Segregación del material duplicado: En un período definido (la fase M). Implica 
segregación del genoma (mitosis) y la división del citoplasma(citocinesis). Errores tienen 
graves consecuencias
• Sistema de detección de errores: implica, entre otros, la reparación de daño al DNA y 
detención del ciclo proliferativo
• Diploide – 2n – doble set de cromosomas
• Haploide – 1n – un set de cromosomas
Definiciones
2n=2
2c
Los seres humanos somos 
diploides (2n: 46 cromosomas) 
G1 Al final de S y G2
2n=2
4c
Cromosoma7
Resultado de la mitosis en un cromosoma
• Cromosoma previo a la 
duplicación del DNA
• Mismo cromosoma duplicado
• Dos nuevos cromosomas luego
de la división
FASE S
FASE S
Los nucleótidos son las subunidades del DNA (ácido desoxirribonucleico) y del RNA (ácido
ribonucleico).
Estructura del DNA
ÁCIDOS NUCLÉICOS (Nucleótido):
• Azúcar (pentosa): Ribosa o Desoxirribosa
• Base nitrogenada
• Grupo fosfato
Nucleósido
Desoxirribosa (H)
Ribosa (OH)
[A] [T]
[C] [G]
Bases Nitrogenadas
Antiparalelismo 
del DNA
OH
OH
5’
3’ 5’
3’
Enlace fosfodiéster:
carbono 3 de la pentosa +
carbono 5 de la pentosa del
nucleótido adyacente
Enlaces entre nucleótidos
• Genoma humano: 3.000 x 106 bases
• 1 cromosoma promedio: 150 x 106 bases
• Velocidad de replicación: 50-90 bases por segundo
• Tiempo teórico de duplicación: 800 horas !!!!
• Tiempo real de duplicación del genoma: 8 horas
Orígenes de replicación
Orígenes de replicación
• Tanto en eucariontes como en procariontes, la replicación comienza en lugares
específicos del DNA llamados orígenes de replicación.
• La presencia de múltiples orígenes de replicación aumenta la eficiencia del proceso.
• En estos puntos, las dos hebras de DNA se separan formando una burbuja de replicación
o replicón
• Multiples burbujas de replicación o replicones se activan asincrónicamente
• Sitios discretos dentro del núcleo que poseen
enzimas relacionadas a la replicación del DNA
• Cada replicón abarca 30.000 ... 300.000 pb
• Nº de replicones = miles
• Cada fábrica de replicación: 20 ... 80 replicones
Tiempos de “activación o encendido” :asincronía
Fábricas de replicación
Presenter
Presentation Notes
La replicación del DNA ocurre en el nucleo interfásico, cuando la cromatina no está hipercondensada al nivel observado en los cromosomas metafásicos. El DNA no está desnudo. Está organizado formando parte de la cromatina. Hay una estructura espacial nuclear altamente organizada. Si uno fija la atención en un sitio particular del nucleo en el que se puede detectar síntesis de DNA se aprecia que esta ocurre en puntos discretos (fábricas o factorías de DNA) (esquema superior derecho). De cada una de ellas forman parte 20-80 replicones (cada replicón abarca 30-300 kbp). El encendido de todos los replicones de una factoría es simultáneo y las factorías se activan ordenadamente en forma asincrónica. El esquema inferior-derecha muestra el encendido y apagado de una factoría. En la imagen inferior-izquierda en un recuadro se muestra la ubicación de tal factoría en el nucleo
Fábricas de replicación: sería el DNA el que se mueve
• No todos los orígenes de replicación se activan simultáneamente, esto depende, en parte,
del grado de condensación de la cromatina
• En general: - Cromatina menos condensada replica temprano en la fase S
- Cromatina condensada replica en S tardío
Orígenes de replicación
DNA polimerasas eucariontes
• Dos de ellas replican los cromosomas: 
(α) comienza la síntesis del DNA de novo porque presenta 
una subunidad primasa 
(δ) alarga los fragmentos de DNA
• Algunas de ellas están relacionadas con reparación del DNA (β y ε)
• Una de ellas replica y repara el DNA mitocondrial (γ)
OJO: Las DNA polimerasas sólo sintetizan DNA en dirección 5’ a 3’
La reparación de errores de replicación se lleva a cabo por la acción exonucleasa 3’- 5’ de
la DNA polimerasa, que elimina la base errónea y la reemplaza por la correcta. Esta función se
denomina “proofreading” o corrección de copia y ocurre durante la replicación. La polimerasa
detecta la distorsión que ocurre por el mal apareamiento de bases
Durante la replicación (fase S): 
La DNA polimerasa δ comete 1 error cada 105 nucleótidos. Sin embargo, luego de la
replicación sólo es posible detectar 1 error cada 109 nucleótidos.
Rectificación de errores de la replicación
DNA Primasa
Las DNA polimerasas NO PUEDEN INICIAR la síntesis de DNA de novo.
La DNA plimerasa α presenta una subunidad DNA primasa que cataliza la síntesis de
pequeños partidores de RNA de aproximadamente 10 nucleótidos, para que a partir de
esta molécula (cebador o primer) se comience a polimerizar DNA.
¿Cómo puede crecer la cadena de DNA en dirección 3’-5’?
Dirección global 
de la replicaciónHebra Lider
Hebra Retrasada o Discontinua
(fragmentos de Okasaki)
BURBUJA DE REPLICACIÓN
HORQUILLA DE REPLICACIÓN
Actividad RNAsa de la 
DNA polimerasa del 
fragmento de Okasaki 
siguiente
DNA LIGASA: sella los enlaces fosfodiester de 
cadenas contiguas. Utiliza ATP 
Síntesis de fragmentos 
de DNA en la hebra 
retrasada
Replicación del DNA: Semiconservativa
Así, la replicación del DNA es un proceso:
- Bidireccional (2 horquillas)
- Semiconservativo
- Semidiscontinuo (fragmentos de okasaki)
DNA Helicasa
Rompe los puentes de hidrógeno que unen las bases 
nitrogenadas del DNA, haciendo posible que las 
DNAs polimerasas puedan realizar la síntesis de 
DNA
Proteinas de unión a la hebra simple del DNA
(Single-strand DNA-binding proteins or SSB proteins) 
1. Exponen DNA de hebra simple, sin ocultar las bases, para que sea utilizado 
por las DNAs polimerasas como molde.
2. Impiden la formación de estructuras secundarias del DNA de hebra simple 
principalmente en la hebra retrasada 
Sliding Clamp o PCNA 
(abrazadera deslizante) 
Mantiene la DNA polimerasa firme en el DNA 
(procesividad) y se libera al alcanzar una región de 
DNA doble hebra
Maquinaria de replicación
DNA topoisomerasa I DNA topoisomerasa II
Aumento de la tensión
Sobreenrollamiento
Telomerasa
• Telómeros: - secuencias repetidas de 5 a 8 pb al final de los cromosomas
- necesarios para la estabilidad de los cromosomas.
•La DNA polimerasa no puede amplificar el extremo 3’ del molde al
final del cromosoma, pues el RNA primer final es degradado
• Telomerasa: Alarga la hebra molde 3’ – 5’ del cromosoma que esta siendo copiado
por la DNA polimerasa de la hebra retrasada
• Funciona como transcriptasa reversa (usa RNA como molde para sintetizar DNA)
• Se requiere de proteínas encargadas de remodelar la cromatina,
que permiten desestabilizar la asociación DNA-histonas para que
avance la maquinaria de replicación
• Se necesita la activa síntesis de histonas en la fase S.
El DNA se encuentra asociado a histonas 
(cromatina)
 El DNA es la única macromolécula biológica que es REPARADA.
Todas las demás son pueden ser reemplazadas.
 Se requieren más de 100 genes para la reparación del DNA, aún en
organismos con genomas muy pequeños.
 La mayoría de los cánceres son parcialmenteatribuibles a defectos en la
reparación del DNA.
 Se generan alrededor de 10.000 a 1.000.000 de lesiones del DNA al
día.
CANCER
Apoptosis
Mutagenesis
Daño al DNA Reparación del DNA
Detención del Ciclo
Celular (checkpoint)
Lesiones de la piel de un paciente con 
Xeroderma pigmentoso
Cancer
DNA damage
Repair
Mutation Normal
Xeroderma pigmentosum:
Extrema sensibilidad a radiaciones solares, 
alto riesgo de presentar cáncer de piel
Goldman: Cecil Medicine, 23rd ed.
Copyright © 2007 Saunders, An Imprint of Elsevier
http://www.mdconsult.com/about/book/saunders.html�
Endogenous DNA damage estimates
Very crude informed guesses: 
In one generation, 
the DNA in a human cell acquires at least:
• 2,000-10,000 AP sites
• 100-500 8-oxoguanines and ring opened oxidation products
• 100-500 saturated pyrimidines 
• 100-500 deaminated cytosines (uracil) 
• 10-50 deaminated 5-methylcytosines (thymine)
• 1-5 deaminated adenosines (hypoxanthine)
• 1,000-5000 7-methylguanines
• 200-1,000 3-methyladenines
• 5-20 O6-methylguanines
La reparación de errores de replicación se lleva a cabo por la acción exonucleasa 3’- 5’ de la
DNA polimerasa δ, que elimina la base errónea y la reemplaza por la correcta. Esta función se
denomina “proofreading” o corrección de copia y ocurre durante la replicación. La polimerasa
detecta la distorsión que ocurre por el mal apareamiento de bases
La DNA polimerasa δ comete 1 error cada 105 nucleótidos. Sin embargo, luego de la
replicación sólo es posible detectar 1 error cada 109 nucleótidos.
Durante la replicación (fase S): 
Enlaces entre bases
Sistema de reparación de bases mal apareadas (MMR) recién sintetizadas
 Reparación de hebra especifica: sólo repara la hebra de DNA recién sintetizada
 MMR presenta amplia especificidad de sustrato que incluye mal apareamientos
de base-base o pequeñas deleciones o inserciones de bases
Reparación de hebra específica: sólo repara la hebra de DNA 
recién sintetizada
Empleado fundamentalmente para remover bases alteradas como
uracilo u 8-oxo-guanina
DNA Glicosilasa
Sito AP
AP endonucleasa 
• Eliminación del 
residuo deoxiribosa-
fosfato (dRP) o 
actividad LIASA de pol 
β
Actividad de AP endonucleasa (rompe enlaces fosfodiester)
deoxiribosa-
fosfato (dRP) 
Grupo
hidoxilo 3’
deoxiribosa-fosfato (dRP)
Empleado fundamentalmente para remover bases alteradas como uracilo
u 8-oxo-guanina
Presenta 3 pasos fundamentales:
 Remoción de la base incorrecta mediante una DNA glicosilasa
específica para crear un sitio AP (apurínico o apirimidínico)
 Corte de la hebra de DNA dañada por una endonucleasa AP sobre el
sitio AP, creando de esta manera un sitio 3’OH adyacente al sitio AP
 El gap resultante es rellenado por una DNA polimerasa y el
segmento reparado es sellado por una DNA ligasa
Reconoce regiones de DNA dañados por 
alteraciones de su estructura normal (aductos)
En el hígado
Formación de Aductos en el DNA
Enzimas de Reconocimiento del daño
Son helicasas que desenrollan DNA (20-
30 nucleótidos aprox.)
Reconoce la hebra dañada para que esa sea 
la reparada
Nucleasa que destruye el DNA dañado
Reconoce regiones de DNA dañados por alteraciones de su estructura
normal
Presenta 5 pasos fundamentales:
 Reconocimiento del DNA dañado
 Asociación de complejos multiproteicos al sitio de DNA dañado
 Doble incisión del DNA a varias bases de distancia del lugar dañado,
tanto en 5’ como 3’
 Remoción del(los) oligonucleótido(s) dañado(s) entre los dos cortes
(entre 5’ y 3’)
 El gap resultante es rellenado por una DNA polimerasa y el segmento
reparado es sellado por una DNA ligasa
Xeroderma 
pigmentosum (XP)
Enfermedad hereditaria recesiva. Se 
debe a la carencia de una de las 
enzimas de reparación por escisión 
de nucleótidos (NER) Provoca la 
formación de cánceres de piel por 
exposición a la radiación UV de la luz 
solar.
ESTRUCTURA, REPLICACIÓN Y 
REPARACIÓN DEL DNA
Gonzalo 
Cabrera
	Slide Number 1
	CICLO CELULAR
	Slide Number 3
	Sucesos fundamentales del ciclo proliferativo
	Slide Number 5
	Resultado de la mitosis en un cromosoma
	FASE S
	Estructura del DNA
	Slide Number 9
	Slide Number 10
	Slide Number 11
	Slide Number 12
	Slide Number 13
	Slide Number 14
	Slide Number 15
	Slide Number 16
	DNA polimerasas eucariontes
	Rectificación de errores de la replicación
	Slide Number 19
	Slide Number 20
	Slide Number 21
	Slide Number 22
	Slide Number 23
	Slide Number 24
	Slide Number 25
	Slide Number 26
	Slide Number 27
	Slide Number 28
	Slide Number 29
	Slide Number 30
	REPARACIÓN DEL �MATERIAL GENÉTICO
	Slide Number 32
	Slide Number 33
	Slide Number 34
	Slide Number 35
	Slide Number 36
	�Endogenous DNA damage estimates��Very crude informed guesses: �In one generation, �the DNA in a human cell acquires at least: �
	Slide Number 38
	Slide Number 39
	Slide Number 40
	Slide Number 41
	Slide Number 42
	Slide Number 43
	Slide Number 44
	Slide Number 45
	Slide Number 46
	Slide Number 47
	Slide Number 48
	Slide Number 49
	Slide Number 50
	Slide Number 51
	Slide Number 52