Clase Ciclo Celular - Replicacion Adn Final.docx

Escuela de Ciencia y Tecnología

Biología CPU

Clase Nº 6. Ciclo celular y Replicación del ADN Guía de lectura 1. ¿Cuáles son las fases del ciclo celular? ¿Qué eventos ocurren en cada una de las fases? 2. ¿A qué se denomina estado G0? Ejemplifique algunos tipos celulares que suelen encontrarse en esta fase 3. ¿Qué moléculas controlan el ciclo celular? 4. ¿Por qué es necesario que el ADN se duplique? ¿Qué significa que la duplicación del ADN sea una síntesis semiconservativa? ¿Qué se utiliza como molde en la síntesis de la molécula de ADN? 5. ¿A qué se denomina burbujas de replicación? ¿Y origen de replicación? 6. ¿Cuál es el sustrato para que ocurra la duplicación del ADN? ¿Qué enzimas intervienen en el proceso y cuál es su función durante el mismo? 7. En cuanto al requerimiento energético, ¿qué tipo de reacción es la síntesis del ADN? ¿De dónde se obtiene la energía necesaria para este proceso?

Clase Nº 6. Ciclo celular y Replicación del ADN De acuerdo con uno de los postulados de la Teoría Celular, toda célula proviene de una célula preexistente (segunda clase). Entonces ¿cómo es que una célula pasa a dar origen a otra? Para que esto pueda llevarse a cabo se necesita que la célula pase por un proceso llamado división celular. En los organismos unicelulares, cuando se produce la división celular, se origina un nuevo organismo. En cambio, en el caso de los organismos pluricelulares como los seres humanos, se necesita una gran cantidad de divisiones celulares, a partir del cigoto, para que se desarrolle un nuevo organismo. Además continúan incluso una vez que el organismo está completo, ya que son necesarias para su crecimiento, así como también en situaciones de traumatismo o lesión.

Ciclo celular: La vida de una célula está dada por una serie de eventos que se pueden asociar a distintas fases; Interfase (compuesta a su vez por las etapas G1, S y G2) y la fase M. Interfase: La fase G1, o gap 1, es una fase donde la célula está activa metabólicamente. Es decir, en esta etapa la célula realiza sus funciones específicas de acuerdo al entorno en el que se encuentra y, en caso de recibir estímulos que la lleven a avanzar a la división celular, ingresa a la etapa S. La fase S, o synthesis, es la fase donde la célula replica su ADN. Luego de este proceso, la célula pasa a tener el doble de moléculas de ADN. La fase G2, o gap 2, es una fase de preparación para la división celular, por lo que se sintetiza mucho ARN y proteínas. Fase M: En esta fase del ciclo celular la célula se divide y se originan células mediante un proceso en el que se reparte el ADN duplicado y elementos citoplasmáticos entre las células hijas. Existen distintos tipos de división del material genético en las células hijas, en el caso de las células eucariotas puede ser Mitosis o Meiosis (lo veremos en el siguiente apunte). Luego de la división del núcleo sigue un proceso llamado citocinesis, donde se divide el citoplasma y se originan células hijas independientes.

2

No todas las células pasan por todas las etapas del ciclo. Algunas, como las del músculo cardíaco, o las neuronas, células que están muy especializadas, dejan de ciclar y quedan en una etapa llamada G0 donde tienen alta actividad metabólica pero no se dividen. El hecho de saber que el material genético y heredable es el ADN no responde a las preguntas fundamentales a cerca de la herencia: ¿Cómo codifica el ADN la información genética? ¿Cómo se duplica el ADN de manera que la información pueda ser transferida con exactitud de una célula madre a las células hijas? En este apunte responderemos la segunda pregunta. Pero, para poder hacerlo, tenemos que repasar brevemente cómo es la estructura de la molécula de ADN y sus características.

Conceptos básicos: El ADN o Ácido DesoxirriboNucleico, es un tipo de biomolécula formada por nucleótidos. Como se puede apreciar en la figura, cada nucleótido se compone por un azúcar (desoxirribosa) bases nitrogenadas (adenina, guanina, citosina, timina) y un grupo fosfato.

3

Los nucleótidos se encuentran unidos entre sí por enlaces covalentes llamados fosfodiéster, donde el grupo fosfato de un nucleótido (PO4 3-) se une al grupo hidroxilo del nucleótido siguiente(OH). De esta manera, se va formando cada una de las cadenas de la molécula. El ADN está formado por dos cadenas orientadas en sentido antiparalelo; las bases nitrogenadas de una cadena quedan enfrentadas con las de la otra cadena, de manera que a una adenina siempre se le enfrenta una timina, y a una citosina se le enfrenta una guanina. Ambas cadenas se unen entre sí por puentes de hidrógeno: dos puentes de hidrógeno entre adenina y timina, y tres puentes de hidrógeno entre citosina y guanina.

Cada especie de organismos vivos tiene un número característico de moléculas de ADN o cromosomas. Los humanos por ejemplo, tenemos 46 cromosomas. Uno podría preguntarse cómo es que tantas moléculas de ADN, las cuales codifican toda la información necesaria para tener todas las características de un humano, entran en un núcleo celular. Para que esto suceda, el ADN está asociado a proteínas llamadas histonas, que son ricas en aminoácidos cargados positivamente. Como el ADN está cargado negativamente, por atracción de cargas, comienza a enrollarse sobre estas proteínas, compactándose y formando pequeñas unidades llamadas nucleosomas. A su vez, estos nucleosomas pueden empaquetarse más alcanzando niveles de condensación mayores. El máximo estado de condensación de la cromatina (así se lo llama al ADN unido a proteínas) se produce en la metafase (una etapa de la fase M que veremos en el próximo apunte). En ese momento del ciclo celular, los cromosomas están tan condensados que pueden visualizarse como moléculas individuales en el microscopio óptico. A su vez, cuando la cromatina no está en este grado máximo de condensación, se dice que está laxa que es lo que ocurre la mayor parte del tiempo ya que permite que la información contenida en el ADN esté disponible para la célula.

4

Replicación del ADN. La replicación del ADN es un proceso complejo que sucede en la etapa S del ciclo celular. Permite obtener dos moléculas de ADN a partir de una molécula madre. Para que la replicación se lleve a cabo, se necesita que intervengan numerosas enzimas. En las moléculas de ADN hay secuencias de hasta 300 pares de bases denominadas origenes de replicación, los cuales son reconocidos por un complejo de proteínas que comienzan con el proceso. En el ADN procariota suele encontrarse un único origen de replicación, mientras que en los eucariotas se encuentran normalmente múltiples orígenes en cada cromosoma, lo que permite una velocidad razonable de replicación de las largas cadenas de ADN de estos organismos. La primera proteína involucrada en proceso de replicación es la helicasa, una enzima que rompe las uniones puente de hidrogeno entre las dos cadenas enfrentadas de la molécula de ADN, formando la horquilla o burbuja de replicación. Cuando esto ocurre, a cada cadena se la unen proteínas que evitan que se vuelvan a formar los puentes de hidrogeno (ssb). A su vez, las enzimas topoisomerasas desenrollan y liberan la tensión generada por la apertura de las cadenas. Una vez formada la horquilla de replicación, la enzima primasa, un tipo de ARN polimerasa, sintetiza pequeños fragmentos de ARN, de unos 10 ribonucleótidos, conocidos como cebadores o primers, complementarios a la hebra de ADN que se copia durante la replicación. Estos cebadores tienen un extremo OH´ libre el cual es aprovechado por otra enzima, la ADN polimerasa (ADNpol) que extiende la cadena agregando desoxirribonucleótidos (dNTPs). Para esto, la ADNpol utiliza la energía almacenada en el enlace trifosfato contenido en los dNTPs y une el grupo fosfato en el extremo 5´del nucleótido ingresante al extremo 3´OH libre del nucleótido que ya forma parte de la cadena que se está polimerizando, formando enlaces fosfodiéster. Esta polimerasa sólo puede sintetizar en dirección 5´ a 3´. Es decir, va “leyendo” la cadena molde en la dirección de 3´ a 5´, y va polimerizando la nueva cadena en la dirección contraria.

5

Como las cadenas del ADN son antiparalelas, una de las nuevas cadenas se sintetiza de manera continua en dirección 5´a 3´, mientras que la otra se tiene que sintetizar en manera discontinua , es decir, de a pequeños fragmentos, utilizando más de un cebador. A estas cadenas se las llama cadena líder o continua y cadena retrasada o discontinua, respectivamente.

Finalmente, otra ADN polimerasa remueve y reemplaza por ADN todos los cebadores de ARN en ambas cadenas. Finalmente, los enlaces fosfodiéster faltantes entre los distintos fragmentos son sintetizados por la enzima ligasa. Durante la replicación del ADN cada cadena sirve como molde para la polimerización de una nueva cadena. Por lo tanto, al terminar la replicación se forman dos nuevas dobles hélices, cada una de las cuales tiene una cadena vieja y una cadena nueva. Este proceso se denomina síntesis semiconservativa. 6