Resumen: Metabolismo del ADN

Esquema del Curso

  1. Integridad y nomenclatura del ADN
  2. Principios de replicación del ADN
  3. Síntesis y elongación del ADN
  4. Fidelidad y ADN polimerasas bacterianas
  5. Replisoma y replicación bacteriana
  6. Replicación del ADN eucariota
  7. Daños y mutaciones del ADN
  8. Sistemas de reparación del ADN
  9. Recombinación del ADN

1. Integridad y nomenclatura del ADN

★ Imprescindible

  • La integridad y transmisión de la información genética dependen de la síntesis fiel de una copia de ADN antes de cada división celular, la revisión y reparación de errores y la recombinación que reorganiza información heredable.

Complementos

📌 En bacterias, los genes se escriben en cursiva con tres letras minúsculas, como uvr; las proteínas suelen conservar el nombre sin cursiva y con inicial mayúscula, como UvrA.

  • En Saccharomyces cerevisiae, los genes se nombran con tres letras mayúsculas y un número en cursiva, como COX1, y las proteínas con inicial mayúscula, dos letras minúsculas, número y p, como Rad51p para el gen RAD51.

Truco mnemotécnico

La copia fiel conserva el mensaje; la reparación corrige errores y la recombinación reorganiza información.

2. Principios de replicación del ADN

Puntos esenciales

  • La replicación del ADN es semiconservadora: cada molécula hija contiene una cadena parental y una cadena recién sintetizada.

  • La replicación comienza en un origen y normalmente avanza de forma bidireccional.

  • La síntesis de ADN progresa en dirección 5′→3′ y es semidiscontinua: continua en la hebra conductora y discontinua en la rezagada.

Truco mnemotécnico

Semiconservadora: cada molécula hija conserva una cadena parental y sintetiza otra nueva.

3. Síntesis y elongación del ADN

Conceptos clave y definiciones

  • Cebador: El cebador es una cadena corta de ácido nucleico complementaria al molde, con un extremo 3′-OH que permite iniciar la síntesis; puede ser ADN o, más frecuentemente, ARN.

★ Imprescindible

  • La ADN polimerasa incorpora nucleótidos al extremo 3′-OH de la cadena en crecimiento, usando la cadena parental como molde y nucleósidos trifosfato como sustratos.

📌 La hebra conductora se copia continuamente en la dirección de avance de la horquilla, mientras que la rezagada se copia discontinuamente en fragmentos de Okazaki en dirección opuesta al desplazamiento de la horquilla.

Complementos

  • Durante la elongación, el 3′-OH ataca nucleofílicamente el fosfato α del nucleótido entrante, reacción favorecida por iones Mg2+; se libera pirofosfato, que se hidroliza en dos Pi.

📐 Fórmula - La incorporación de cada nucleótido sigue la reacción (dNMP)n+dNTP→(dNMP)n+1+2Pi(dNMP)_n + dNTP \rightarrow (dNMP)_{n+1} + 2Pi y requiere la hidrólisis de dos enlaces fosfato de alta energía.

Truco mnemotécnico

La ADN polimerasa avanza como una mano sobre el molde y añade nucleótidos al extremo 3′.

4. Fidelidad y ADN polimerasas bacterianas

★ Imprescindible

  • La geometría correcta del apareamiento de bases contribuye a la alta fidelidad de replicación; en E. coli, la tasa final de error es de 1 por 10⁹–10¹⁰ pares de bases.

  • La actividad exonucleasa 3′→5′ de corrección de pruebas elimina un nucleótido recién incorporado cuando es incorrecto y permite reanudar la síntesis.

  • E. coli posee al menos cinco ADN polimerasas: la ADN polimerasa III es la principal replicativa, la I participa en limpieza, reparación y recombinación, y las II, IV y V intervienen en reparación.

Complementos

  • La ADN polimerasa I de E. coli añade 600 nucleótidos por minuto, tiene procesividad relativamente baja y no alcanza la velocidad necesaria para replicar el cromosoma.

  • La ADN polimerasa I posee actividades polimerasa 5′→3′, exonucleasa correctora 3′→5′ y exonucleasa 5′→3′; el fragmento de Klenow conserva la polimerasa y la exonucleasa 3′→5′, pero carece de la actividad 5′→3′.

5. Replisoma y replicación bacteriana

Conceptos clave y definiciones

  • Replisoma: El replisoma es el sistema ADN replicasa, formado en E. coli por 20 o más enzimas y proteínas diferentes que coordinan la replicación.
  • Procesividad: La procesividad es el número de nucleótidos que una ADN polimerasa añade antes de disociarse del ADN molde.

★ Imprescindible

  • 🔄 La replicación de E. coli comprende: iniciación en el origen y formación del complejo precebador, elongación de las hebras conductora y rezagada, terminación cuando las horquillas se encuentran en la región terminal

  • En E. coli, oriC es un único origen de replicación de 245 pares de bases que contiene cinco repeticiones de 9 pares de bases para DnaA, una región rica en pares A=T denominada DUE y sitios de unión para DnaA, IHF y FIS.

Complementos

  • El replisoma incluye: helicasas que separan las cadenas usando ATP, topoisomerasas que alivian la tensión, proteínas de unión a ADN monocatenario que estabilizan las cadenas, primasas que sintetizan cebadores de ARN, ligasas que sellan mellas

  • La iniciación en E. coli ocurre una vez por ciclo, cada 20–40 minutos, y requiere al menos 10 proteínas para separar las cadenas y formar el complejo precebador.

  • En la hebra conductora, la primasa DnaG sintetiza un cebador de ARN de 10–60 nucleótidos y la ADN polimerasa III lo extiende continuamente a unos 1.000–2.000 nucleótidos por segundo.

Truco mnemotécnico

Iniciación en oriC, elongación de ambas hebras y terminación en Ter.

6. Replicación del ADN eucariota

★ Imprescindible

  • Los cromosomas eucariotas tienen múltiples orígenes de replicación; las levaduras poseen unos 400 orígenes definidos, llamados ARS, y la replicación del genoma completo ocurre una vez por ciclo celular.

  • El inicio eucariota requiere un complejo prerreplicativo: el ORC reconoce el origen e incorpora la helicasa MCM2–7, que actúa de forma equivalente a DnaB bacteriana.

  • La ADN polimerasa α posee actividades primasa y polimerasa, carece de corrección 3′→5′ y sintetiza cebadores que extiende aproximadamente 10 nucleótidos; las polimerasas δ y ε son procesivas y correctoras 3′→5′.

Complementos

  • En eucariotas, la replicación se regula por ciclinas y CDK, y las ciclinas se marcan con ubiquitina para su degradación proteolítica al final de la fase M.

  • La replicación eucariota avanza a unos 50 nucleótidos por segundo, aproximadamente veinte veces más despacio que en E. coli, y la presencia de orígenes cada 30–300 kb compensa esa lentitud.

  • La replicación de los cromosomas lineales eucariotas termina en telómeros, y la telomerasa utiliza ARN.

7. Daños y mutaciones del ADN

★ Imprescindible

  • El ADN puede dañarse espontáneamente o por agentes ambientales; muchas lesiones se reparan usando la cadena no dañada como molde, pero las que escapan pueden quedar fijadas en ambas cadenas tras la replicación.

  • Los principales tipos de daño son: apareamientos incorrectos, bases anómalas por desaminación, alquilación o radicales libres, dímeros de pirimidina inducidos por luz UV, roturas de cadena sencilla, roturas de cadena doble

Complementos

  • En las células se producen miles de lesiones de ADN al día, pero solo una de cada 1.000 constituye una mutación gracias a la reparación; el genoma humano contiene más de 130 genes relacionados con reparación del ADN.

  • La acumulación de mutaciones en células eucariotas se correlaciona con el cáncer y la mayoría de los carcinógenos también son mutágenos.

Truco mnemotécnico

Las lesiones que escapan a la reparación pueden fijarse como cambios de secuencia al replicarse.

8. Sistemas de reparación del ADN

★ Imprescindible

  • En E. coli, la reparación de apareamientos incorrectos distingue las cadenas porque la cadena parental está metilada en adeninas de secuencias GATC por la metilasa Dam, mientras que la cadena hija permanece transitoriamente sin metilar.

  • El sistema de reparación dirigido por metilación corta la cadena hija no metilada, degrada el tramo con el error mediante exonucleasas, lo resintetiza con ADN polimerasa III y sella la mella con ADN ligasa.

  • En la reparación por escisión de base, una ADN glucosilasa reconoce una base anómala y rompe su enlace N-glucosídico, creando un sitio AP que una AP endonucleasa corta; la ADN polimerasa I reemplaza el tramo y la ligasa sella la mella.

Complementos

  • Las ADN glucosilasas eliminan el uracilo producido por desaminación espontánea de citosina, ya que el uracilo no forma parte del ADN.

  • La reparación directa incluye fotoliasas que usan luz para reparar dímeros de pirimidina, O6-metilguanina-ADN metiltransferasa que repara O6-metilguanina y AlkB que desmetila 1-metiladenina y 3-metilcitosina; las fotoliasas no están presentes en humanos ni en mamíferos placentarios.

9. Recombinación del ADN

★ Imprescindible

📌 La recombinación homóloga intercambia ADN entre regiones extensas de secuencia casi idéntica; la recombinación específica de sitio intercambia una secuencia particular; la transposición mueve secuencias cortas de ADN entre localizaciones.

Complementos

  • La recombinación participa en la reparación del ADN en procariotas y en la segregación cromosómica durante la meiosis y la diversidad genética de los gametos en eucariotas.

  • En organismos con reproducción sexual, la recombinación y las mutaciones son mecanismos que dirigen la evolución.

  • La recombinación de genomas virales que coinfectan una misma célula puede aumentar la virulencia y provocar resistencia a antivirales.

Ponte a prueba

Comprueba lo que sabes de Metabolismo del ADN con 11 preguntas tipo test y correcciones explicadas.

1. ¿Qué conjunto de procesos contribuye a conservar y transmitir la información genética a través de las divisiones celulares?

2. En la nomenclatura bacteriana, ¿cómo se distingue el gen uvr de la proteína UvrA?

Hacer el test →

Repasa con flashcards

Memoriza los conceptos clave de Metabolismo del ADN con 10 flashcards interactivas.

¿Qué permite la síntesis fiel de ADN antes de cada división celular?

La transmisión íntegra de la información genética.

¿Qué cadenas contiene cada molécula hija tras la replicación semiconservadora del ADN?

Una cadena parental y una recién sintetizada.

¿En qué dirección avanza la síntesis de ADN?

En dirección 5′→3′.

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