Redes para la Ciencia » El domingo, Redes 97: El mundo de abajo a arriba

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Nobel de Química Harold Kroto habla con Punset, lo podeis ver en la 2 de TVE

Concepto de replicación

La replicación del ADN asegura que la información genética pase de manera inalterada a la descendencia durante el transcurso de la vida de la célula.
De cada división celular se deben generar nuevas copias de cada una de las miles de moléculas que conforman las células, incluyendo la duplicación de todas las moléculas de ADN.
La replicación es el proceso de reproducción fiel de una copia molde de ADN. Este proceso hace posible que la información genética de un organismo pueda ser pasado a sus células hijas cuando haya división celular.
Al emplear ADN como molde, la secuendia de nucleótidos se copia por apareamiento de bases, de tal forma que se produce una secuencia de ácidos nucleicos complementarios al molde de ADN.
El reconocimiento de cada nucleótido del ADN por un nucleótido complementario no polimerizado, requiere que las dos cadenas de la hélice de ADN se encuentren separadas para que los grupos dadores y aceptores de electrones se los enlaces de hidrógeno queden libres y permitan posteriormente una alineación de forma adecuada y ordenada.Luego, gracias a la acción de la ADN polimerasa se forma una nueva cadena de ácidos nucleicos.
Durante la replicación de ADN, cada cadena del ADN antiguo, actúa como molde de la formación de una nueva cadena completa.Como cada una de las cadenas hijas hereda una cadena de ADN y una cadena recién sintetizada se dice que el ADN se replica de manera semiconservativa.

Para la correción de lectura, es necesaria la acción de la ADN polimerasa que actúa solo si presenta un extremo 3'-OH de la cadena cebadora o iniciadora sobre la cual se añaden los siguientes nucleótidos.Las moléculas de la ADN polimerasa son capaces de trabajar con cadenas defectuosas de ADN mediante el empleo de un dominio catalítico que corta cualquier residuo desapareado del final de la cadena iniciadora.

Existe una región concreta de replicación que se desplaza a lo largo de la doble hélice del ADN, en forma de Y, que se conoce como horquilla de replicación, sonde se sintetiza el ADN de las dos hélices hijas mediante un complejo enzimático que contiene ADN polimerasa. La horquilla de replicación tiene una estructura asimétrica . Se produce una cadena hija de ADN de forma continua ( cadena leading o conductora) , que se elabora antes que la cadena hija discontinua ( hiebra lagging o retardada) , la cual aparece más lentamente, porque debe esperar a que la cadena conductora exponga la cadena molde sobre la que se sintetizará cada uno de los denominados "fragmentos de Okazaki". Para la replicación de ADN sólo se necesita la ADN polimerasa en dirección 5'-3'. Para el caso de la cadena conductora sólo es necesario un iniciador especial al comienzo de la replicación cuando se ha establecido la horquilla de replicación. La ADN polimerasa del extemo retardado de la horquilla completa un corto fragmento de de ADN tras lo cual empieza a sintetizar otro fragmento nuevo en un punto situado más adelante de la cadena molde.Para que actúe la ADN polimerasa es necesario la presencia de una enzima regeneradora de cadenas iniciadoras o cebadoras de ARN o ARN primasas.En las células eucariotas son sinterizados a intervalos sobre la cadena retardada para luego se alargados mediante la ADN polimerasa .La sintesis de cada fragmento de Okazaki finaliza cuando la ADN polimerasa se encuentra con el ARN iniciador unido al extremo 5' del fragmento anterior. Los fragmentos de Okazaki sólo se sintetizan en dirección 5'-3'.Después de sus síntesis los fragmentos se unen entre sí, generando grandes cadenas de ADN. Mediante la enzima ligasa, se suelda un enlace fosfodiester roto, gracias a la activación de un extremo 5' en presencia de una molécula de ATP, antes de formarse un nuevo enlace.

aqui también teneis información muy bien estructurada y con varios gráficos :

http://e-ciencia.com/recursos/enciclopedia/Replicaci%C3%B3n

Replicación en procariotas 1 DNA polimerasa

La información siguiente está sacada direcatamente de la web :
http://www.medmol.es/glosario/65/

Me pareció que está muy bien redactada y clara y que tiene una muy buena animación.






La ADN polimerasa es la principal enzima de la replicación. Partiendo de una cadena inicial o “primer” la ADN polimerasa añade nucleótidos complementarios a la cadena molde extendiendo la nueva cadena de ADN en dirección 5’- 3’.

La ADN polimerasa es la enzima principal en el proceso de replicación. Partiendo de una cadena inicial o “primer” la ADN polimerasa es capaz de añadir nucleótidos complementarios a la cadena molde estableciendo enlaces fosfodiéster. La ADN polimerasa sólo puede catalizar el crecimiento de la cadena inicial en dirección 5'-3'. La ADN polimerasa también se encarga de la reparación del ADN asociada a la replicación.

Hay 5 ADN polimerasas diferentes bien caracterizadas, diferenciándose en su localización, actividad y sensibilidad a los inhibidores: alfa, beta, gamma, delta y épsilon:
• Las ADN polimerasas delta y epsilon dirigen la replicación de la cadena conductora o “leading strand” que es la cadena que crece de 5' a 3' en mismo sentido que crece la nueva copia de ADN. La ADN polimerasa epsilon parece que también está involucrada en un tipo de reparación del ADN. Además, las ADN polimerasas gamma, delta y epsilon tienen actividad exonucleasa 3'-5' y, por tanto, son capaces de eliminar los nucleótidos del extremo 3' que han sido incorporados incorrectamente en un proceso conocido como corrección de pruebas.
• La ADN polimerasa alfa participa en el proceso de replicación del ADN dirigiendo la replicación de la cadena retardada o “lagging strand” que es la cadena que crece de 3' a 5' que es el sentido contrario al del crecimiento global de la nueva copia de ADN.
• La ADN polimerasa beta se encarga de los procesos de reparación del ADN.
• La ADN polimerasa gamma realiza la replicación del ADN mitocondrial.

Bidireccionalidad en la replicación del DNA

El movimiento de la horquilla es bidireccional en la mayoría de los casos, es decir, a partir de un punto se sintetizan las dos cadenas en ambos sentidos. Esto ocurre en la mayoría de los organismos, pero se dan excepciones en algunos procariontes debido a que los mecanismos de replicación que tienen lugar dependen de la propia estructura de su material hereditario (si el ADN es circular, lineal, bicatenario o monocatenario).Así, en casos particulares como el ADN mitocondrial, algunos plásmidos y algunos genomas monocatenarios de fagos pequeños, la replicación se da unidireccionalmente pudiendo haber uno o dos orígenes de replicación.

No obstante, la replicación se puede considerar, de forma general, bidireccional.

La evidencia experimental del crecimiento bidireccional de la hebra de ADN viene dada por una técnica basada en el marcaje radiactivo del ADN usando timidina marcada con tritio. Primero se añade timidina marcada y luego sin marcar, y siguiendo el rastro de tritio se observa hacia dónde se ha replicado la molécula de ADN.También se puede, mediante el recuento de copias de genes marcadores, determinar si la replicación es unidireccional o bidireccional.


Exonucleasas : Las fosfodiesterasas o nucleasas son enzimas hidrolasas que catalizan la ruptura de los enlaces fosfodiéster, como por ejemplo los que se establecen en los ácidos nucleicos entre la pentosa de un nucleótido y el grupo fosfato de otro. Su acción regula la concentración dentro de las células del AMP cíclico y del GMP cíclico.

• La helicasa rompe los puentes de hidrógeno de la doble hélice permitiendo el avance de la horquilla de replicación.

• La topoisomerasa impide que el ADN se enrede debido al superenrollamiento producido por la separación de la doble hélice.

• Las proteínas SSB se unen la hebra discontínua de ADN, impidiendo que ésta se una consigo misma.

• La ADN polimerasa sintetiza la cadena complementaria de forma continua en la hebra adelantada y de forma discontínua en la hebra rezagada.

• La ARN primasa sintetiza el cebador de ARN necesario para la síntesis de la cadena complementaria a la cadena rezagada.

Replicación DNA

según la wikipedia :

El proceso de replicación de ADN es el mecanismo que permite al ADN duplicarse (es decir, sintetizar una copia idéntica). De esta manera de una molécula de ADN única, se obtienen dos o más "clones" de la primera. Esta duplicación del material genético se produce de acuerdo con un mecanismo semiconservador, lo que indica que las dos cadenas complementarias del ADN original, al separarse, sirven de molde cada una para la síntesis de una nueva cadena complementaria de la cadena molde, de forma que cada nueva doble hélice contiene una de las cadenas del ADN original. Gracias a la complementariedad entre las bases que forman la secuencia de cada una de las cadenas, el ADN tiene la importante propiedad de reproducirse idénticamente, lo que permite que la información genética se transmita de una célula madre a las células hijas y es la base de la herencia del material genético.

La molécula de ADN se abre como una cremallera por ruptura de los puentes de hidrógeno entre las bases complementarias liberándose dos hebras y la ADN polimerasa sintetiza la mitad complementaria añadiendo nucleótidos que se encuentran dispersos en el núcleo. De esta forma, cada nueva molécula es idéntica a la molécula de ADN inicial.

La replicación empieza en puntos determinados: los orígenes de replicación. Las proteínas iniciadoras reconocen secuencias de nucleótidos específicas en esos puntos y facilitan la fijación de otras proteínas que permitirán la separación de las dos hebras de ADN formándose una horquilla de replicación.

Aqui hay un video sobre la replicación del DNA (está en inglés)

http://www.youtube.com/watch?v=teV62zrm2P0

el mismo video en español

http://www.youtube.com/watch?v=-EGKrYdQEHQ&feature=related

Aqui un video muy bueno en inglés con subtítulos en español:

http://www.youtube.com/watch?v=z5ijobRQpOY&feature=related

El experimento de Meselson-Stahl

El experimento de Meselson-Stahl fue un experimento realizado en 1957 por Matthew Meselson y Franklin Stahl en el que se demostró que la replicación de ADN era semiconservadora. Una replicación semiconservadora es aquella en que la cadena de dos filamentos en hélice del ADN se replica de forma tal que cada una de las dos cadenas de ADN formadas consisten en un filamento proveniente de la hélice original y un filamento nuevo sintetizado.

Para investigar la forma de replicación del ADN, Meselsohn y Stahl idearon una forma muy ingeniosa que se basa en dos premisas fundamentales, por una parte está el hecho de que el nitrógeno es uno de los principales elementos del ADN, y por la otra el nitrógeno posee dos isótopos que pueden ser distinguidos mediante técnicas de laboratorio.

Aunque el 14N es el isótopo más abundante del nitrógeno, el ADN es también viable con el isótopo 15N el cual es más pesado. El isótopo 15N no es radioactivo, solo es más pesado que el nitrógeno común.

De esta forma Meselsohn y Stahl mediante un inteligente planteo del experimento, en el que utilizaron bacterias y observaron cómo replicaban su ADN, pudieron obtener información que les permitió identificar el mecanismo de replicación del ADN y descartar ciertas teorías alternativas.

Desarrollo del experimento:

Se realizó un cultivo de E. coli durante varias generaciones en un medio con 15N. Al extraer ADN de estas células y centrifugarlo en un gradiente de cloruro de cesio, las moléculas de ADN se situaban en el punto donde su densidad igualaba la del medio.

El ADN de estas células tenía una mayor densidad que el de otras cultivadas con 14N. Posteriormente, las células de E. coli que sólo contenían 15N en su ADN se colocaron en un medio con 14N y se les permitió que se replicaran una sola vez. Se extrajo el ADN de estas células y se comparó con el preparado con 14N y con el preparado con 15N, encontrando que su densidad era prácticamente el promedio.

Una replicación conservadora hubiera producido iguales cantidades de ADN de mayor y menor densidad (pero sin producir ADN de una densidad intermedia), se descartó que la replicación siguiera el mecanismo conservador. Sin embargo, este resultado era consistente tanto con una replicación semiconservadora como con una de tipo dispersante.
Una replicación semiconservadora hubiera dado por resultado una doble hélice de ADN donde un filamento tiene 15N mientras que el otro filamento tiene 14N,
Una replicación dispersante hubiera dado por resultado una doble hélice de ADN con ambos filamentos conteniendo mezclas de 15N y 14N; en ambos casos la densidad del ADN tendría un valor promedio entre las densidades de los ADN de 15N y 14N.

Se extrajo ADN de células que habían crecido por varias generaciones en un medio con 15N, y a las que se les había permitido que realizaran dos replicaciones en un medio con 14N. Al analizar estas células se encontró que contenían cantidades iguales de ADN con dos densidades distintas, una igual a la obtenida tras una sola replicación en un medio con 14N, mientras que la otra correspondía al ADN producido exclusivamente con 14N.
Este resultado era claramente inconsistente con una replicación dispersante, que hubiera dado como producto ADN con una densidad única e inferior a la de una sola generación, pero mayor que la de 14N, ya que el ADN original con 15N se habría repartido de forma uniforme entre todos los filamentos de ADN. Este resultado era consistente con una replicación semiconservadora, en cuanto a que la mitad del ADN de segunda generación tiene un filamento original con 15N y otro con 14N, lo que da como resultado un ADN con una densidad intermedia, mientras que la otra mitad del ADN contiene en su totalidad 14N --un filamento sintetizado en la primera división y otro en la segunda división. Este descubrimiento fue sumamente importante en el desarrollo de la biología y es de gran ayuda en la investigación.

mitosis y meiosis

Os recomeindo que visiteis:

http://www.carisgamba.com/WQOLmitosis_meiosis/Plantilla-violeta/introduccion.html

Es una WebQuest hecha por alumnos de instituto que es muy visual y para explicar los procesos de mitosis y meiosis es más fácil verlo.
Os dejo un dibujo que saqué de su web con el esquema de la mitosis

Experimento bacterias Griffith y Avery

Para este estudio, Griffith utilizó dos cepas de la bacteria neumococo, tipo III-S y de tipo II-R.

La cepa S-III tiene una capa de polisacáridos que lo hace resistente al sistemainmunológico de los ratones, mientras que la cepa II-R carece de esta capa y así va a ser destruido por el sistema inmune de el anfitrión.

Para la primera etapa del experimento principio de transformación, Griffith demostró que los ratones inyectados con III-S morían, pero cuando se inyecta con II-R vivían y mostraban pocos síntomas.

La siguiente etapa demostró que si los ratones fueron inyectados con el tipo III-S que había estaban muertas por el calor, los ratones vivían todos, lo que indica que las bacterias habían sido ineficaces.

Los resultados interesantes llegaron con la tercera parte del experimento, cuando los ratones fueron inyectados con una mezcla de III-S muertas por aclor y II-R vivas.

Curiosamente, los ratones murieron todos, lo que indica que algún tipo de información se había pasado de la cepa muerta de tipo III-S para la cepa de tipo II-R. Las muestras de sangre mostraron que la sangre de los ratones muertos figuraban tanto cepas de tipo III-S y bacterias de tipo II-R.

De alguna manera el tipo II-R se había transformado en la cepa de tipo III-R, un proceso que él bautizó como el principio de transformación.



Griffith concluyó que había algún «principio» que transformó las cepas rugosas (R) en lisas (S) con una cubierta de azúcares. Cuando Avery leyó los resultados de Griffith se intereso en identificar este «principio transformador», Avery y su equipo comenzaron a experimentar usando un tubo de ensayo en vez de un ratón. Usaron detergente para descomponer las células lisas muertas por calor creando una lisis a partir de ellas. Entonces usaron esta lisis para los ensayos de transformación. Los tubos funcionaron bien y mostraron que la lisis de S muerta por calor podían cambiar (R) Rugosa a (S) Lisa. El principio transformador estaba en algún lugar de la lisis.

Probaron cada uno de los componentes de la lisis para la actividad transformadora. Primero incubaron la lisis de cepa lisa muerta por calor con una enzima, SIII, que consume completamente la cubierta de azúcar. La lisis de cepa lisa sin cubierta seguía siendo útil para transformar. Esto les reveló que las cepas R no creaban una nueva capa a partir de las partes de la cubierta de cepa lisa. Luego incubaron la lisis de cepa lisa sin cubierta con proteínas que digieren enzimas (tripsina y quimotripsina) y después probaron la habilidad de esta lisis para transformar. Esta lisis sin proteínas seguía trasformando, así que el principio trasformador no era proteína.

Cuando querían probar y purificar la lisis, precipitaron los ácidos nucleicos – ADN y ARN - con alcohol. Fueron los primeros en aislar los ácidos nucleicos de un neumococo. Cuando vieron que el «principio» transformador no estaba en la cubierta de azúcar, ni en la proteína sospecharon que tal vez estaría en uno de los ácidos nucleicos.

Disolvieron la mezcla con alcohol en agua, primero destruyeron el ARN con la enzima RNasa, probaron la capacidad trasformadora de esta solución, la solución todavía tenia capacidad para transformar, de tal manera que el ARN no podía ser el «principio» transformador. Cuando habían dejado virtualmente ADN puro, como una prueba final, incubaron la solución con la enzima digestora de ADN, Dnasa. Probaron la capacidad trasformadora de esta solución, esta solución fue incapaz de transformar. Avery y sus colegas concluyeron que el ADN era el principio transformador

Dogma central de la biología molecular

La transcripción del ADN al ARN a las proteínas: Este dogma es la columna vertebral de la biología molecular

Etapas:

1. El ADN se replica la información en un proceso que implica muchas enzimas: la replicación.

2. Los códigos de ADN para la producción de ARN mensajero (ARNm) durante la transcripción.

3. En las células eucariotas, el ARNm es procesado (esencialmente por corte y empalme) y migra desde el núcleo hasta el citoplasma.

4. El ARN mensajero lleva la información codificada a los ribosomas. Los ribosomas leen esta información y la utilizan para la síntesis de proteínas. Este proceso se denomina traducción.

Según la wikipedia :

El dogma central de la biología molecular es un concepto que ilustra los mecanismos de transmisión y expresión de la herencia genética tras el descubrimiento de la codificación de ésta en la doble hélice del ADN. Propone que existe una unidireccionalidad en la expresión de la información contenida en los genes de una célula, es decir, que el ADN es transcrito a ARN mensajero y que éste es traducido a proteína

Estructura del DNA

Características del modelo :

-Las dos cadenas de polinucleotidos que están orientadas en direcciones opuestas giran alrededor de un eje común formando una doble hélice dextrógira (=Que gira en el mismo sentido de las agujas del reloj).

-Las bases de purina y de pirimidina están ubicadas en el interior de la hélice, mientras que las unidades de fosfato y de desoxirribosa lo están en el exterior.

-La adenina(A) se empareja con la timina(T), y la gauanina (G) con la citosina(C).Los pares de bases AT están reforzados por dos puentes de hidrógeno y los pares de bases GC lo están por tres.
-La doble hélice también se estabiliza por interacciones entre bases apiladas de la misma hebra.

El modelo de la doble hélice B permitió descubrir el
mecanismo de replicación del DNA y de la expresión de sus genes.

en este enlace :
http://www.eoearth.org/articles/view/158858/?topic=49496

podemos ver esta imagen que nos da una visión de los componentes moleculares del ADN