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14.5: Replicación del ADN en eucariotas - Biología

14.5: Replicación del ADN en eucariotas - Biología


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Habilidades para desarrollar

  • Discutir las similitudes y diferencias entre la replicación del ADN en eucariotas y procariotas.
  • Indique el papel de la telomerasa en la replicación del ADN.

Los genomas eucariotas son mucho más complejos y de mayor tamaño que los genomas procariotas. El genoma humano tiene tres mil millones de pares de bases por conjunto haploide de cromosomas, y 6 mil millones de pares de bases se replican durante la fase S del ciclo celular. Existen múltiples orígenes de replicación en el cromosoma eucariota; los humanos pueden tener hasta 100.000 orígenes de replicación. La tasa de replicación es de aproximadamente 100 nucleótidos por segundo, mucho más lenta que la replicación procariota. En la levadura, que es un eucariota, se encuentran secuencias especiales conocidas como secuencias de replicación autónoma (ARS) en los cromosomas. Estos son equivalentes al origen de la replicación en E. coli.

El número de ADN polimerasas en eucariotas es mucho más que en procariotas: se conocen 14, de las cuales se sabe que cinco tienen funciones importantes durante la replicación y han sido bien estudiadas. Se les conoce como pol α, pol β, pol γ, pol δy pol ε.

Los pasos esenciales de la replicación son los mismos que en los procariotas. Antes de que pueda comenzar la replicación, el ADN debe estar disponible como plantilla. El ADN eucariota se une a proteínas básicas conocidas como histonas para formar estructuras llamadas nucleosomas. La cromatina (el complejo entre el ADN y las proteínas) puede sufrir algunas modificaciones químicas, por lo que el ADN puede deslizarse fuera de las proteínas o ser accesible a las enzimas de la maquinaria de replicación del ADN. En el origen de la replicación, se elabora un complejo de prerreplicación con otras proteínas iniciadoras. Luego, se reclutan otras proteínas para iniciar el proceso de replicación (Tabla ( PageIndex {1} )).

Una helicasa que utiliza la energía de la hidrólisis de ATP abre la hélice de ADN. Las horquillas de replicación se forman en cada origen de replicación a medida que el ADN se desenrolla. La apertura de la doble hélice provoca un enrollamiento excesivo, o superenrollamiento, en el ADN antes de la horquilla de replicación. Estos se resuelven con la acción de las topoisomerasas. Los cebadores están formados por la enzima primasa y, utilizando el cebador, el ADN pol puede iniciar la síntesis. Mientras que la cadena principal es sintetizada continuamente por la enzima pol δ, la hebra rezagada es sintetizada por pol ε. Una proteína de abrazadera deslizante conocida como PCNA (antígeno nuclear de células proliferativas) mantiene el ADN pol en su lugar para que no se deslice del ADN. La RNasa H elimina el cebador de ARN, que luego se reemplaza con nucleótidos de ADN. Los fragmentos de Okazaki en la hebra rezagada se unen después de la sustitución de los cebadores de ARN por ADN. Los espacios que quedan están sellados por ADN ligasa, que forma el enlace fosfodiéster.

Replicación de telómeros

A diferencia de los cromosomas procariotas, los cromosomas eucariotas son lineales. Como ha aprendido, la enzima ADN pol puede agregar nucleótidos solo en la dirección 5 'a 3'. En la cadena principal, la síntesis continúa hasta que se alcanza el final del cromosoma. En la hebra rezagada, el ADN se sintetiza en tramos cortos, cada uno de los cuales es iniciado por un cebador separado. Cuando la horquilla de replicación llega al final del cromosoma lineal, no hay lugar para hacer un cebador para copiar el fragmento de ADN al final del cromosoma. Por lo tanto, estos extremos permanecen sin aparear y, con el tiempo, estos extremos pueden acortarse progresivamente a medida que las células continúan dividiéndose.

Los extremos de los cromosomas lineales se conocen como telómeros, que tienen secuencias repetitivas que no codifican ningún gen en particular. En cierto modo, estos telómeros protegen a los genes para que no se eliminen a medida que las células continúan dividiéndose. En los seres humanos, una secuencia de seis pares de bases, TTAGGG, se repite de 100 a 1000 veces. El descubrimiento de la enzima telomerasa (Figura ( PageIndex {1} )) ayudó a comprender cómo se mantienen los extremos de los cromosomas. La enzima telomerasa contiene una parte catalítica y una plantilla de ARN incorporada. Se adhiere al final del cromosoma y se agregan bases complementarias a la plantilla de ARN en el extremo 3 'de la cadena de ADN. Una vez que el extremo 3 'de la plantilla de la hebra rezagada está lo suficientemente alargado, la ADN polimerasa puede agregar los nucleótidos complementarios a los extremos de los cromosomas. Por tanto, se replican los extremos de los cromosomas.

La telomerasa suele estar activa en células germinales y células madre adultas. No es activo en células somáticas adultas. Por su descubrimiento de la telomerasa y su acción, Elizabeth Blackburn (FIgure ( PageIndex {2} )) recibió el Premio Nobel de Medicina y Fisiología en 2009.

Telomerasa y envejecimiento

Las células que se someten a división celular continúan acortando sus telómeros porque la mayoría de las células somáticas no producen telomerasa. Esto esencialmente significa que el acortamiento de los telómeros está asociado con el envejecimiento. Con el advenimiento de la medicina moderna, la atención médica preventiva y estilos de vida más saludables, la esperanza de vida humana ha aumentado y existe una demanda cada vez mayor de que las personas se vean más jóvenes y tengan una mejor calidad de vida a medida que envejecen.

En 2010, los científicos encontraron que la telomerasa puede revertir algunas condiciones relacionadas con la edad en ratones. Esto puede tener potencial en la medicina regenerativa.1 En estos estudios se utilizaron ratones deficientes en telomerasa; estos ratones tienen atrofia tisular, agotamiento de células madre, falla del sistema de órganos y respuestas dañadas de los tejidos. La reactivación de la telomerasa en estos ratones provocó la extensión de los telómeros, redujo el daño del ADN, invirtió la neurodegeneración y mejoró la función de los testículos, el bazo y los intestinos. Por tanto, la reactivación de los telómeros puede tener potencial para el tratamiento de enfermedades relacionadas con la edad en humanos.

El cáncer se caracteriza por la división celular descontrolada de células anormales. Las células acumulan mutaciones, proliferan sin control y pueden migrar a diferentes partes del cuerpo a través de un proceso llamado metástasis. Los científicos han observado que las células cancerosas tienen telómeros considerablemente más cortos y que la telomerasa está activa en estas células. Curiosamente, solo después de que los telómeros se acortaron en las células cancerosas, la telomerasa se activó. Si la acción de la telomerasa en estas células puede ser inhibida por medicamentos durante la terapia contra el cáncer, entonces las células cancerosas podrían detenerse potencialmente para que no se dividan más.

Tabla ( PageIndex {1} ): Diferencia entre replicación procariota y eucariota
PropiedadProcariotasEucariotas
Origen de la replicaciónSolteroMúltiple
Tasa de replicación1000 nucleótidos / s50 a 100 nucleótidos / s
Tipos de ADN polimerasa514
TelomerasaNo presenteRegalo
Eliminación de cebadores de ARNADN pol IARNasa H
Elongación de la hebraADN pol IIIPol δ, pol ε
Pinza deslizantePinza deslizantePCNA

Resumen

La replicación en eucariotas comienza en múltiples orígenes de replicación. El mecanismo es bastante similar al de los procariotas. Se requiere un cebador para iniciar la síntesis, que luego se extiende por la ADN polimerasa a medida que agrega nucleótidos uno por uno a la cadena en crecimiento. La cadena principal se sintetiza continuamente, mientras que la cadena rezagada se sintetiza en tramos cortos llamados fragmentos de Okazaki. Los cebadores de ARN se reemplazan con nucleótidos de ADN; el ADN permanece como una hebra continua uniendo los fragmentos de ADN con la ADN ligasa. Los extremos de los cromosomas plantean un problema ya que la polimerasa no puede extenderlos sin un cebador. La telomerasa, una enzima con una plantilla de ARN incorporada, extiende los extremos copiando la plantilla de ARN y extendiendo un extremo del cromosoma. La ADN polimerasa puede luego extender el ADN usando el cebador. De esta forma se protegen los extremos de los cromosomas.

  1. 1 Jaskelioff et al., "La reactivación de la telomerasa revierte la degeneración del tejido en ratones envejecidos con deficiencia de telomerasa", Naturaleza 469 (2011): 102-7.

Glosario

telomerasa
enzima que contiene una parte catalítica y una plantilla de ARN incorporada; Funciona para mantener los telómeros en los extremos de los cromosomas.
telómero
ADN al final de los cromosomas lineales

Replicación del ADN en eucariotas | Genética

En este artículo discutiremos sobre la replicación del ADN en eucariotas.

En eucariotas solo hay dos tipos diferentes de ADN polimerasas en contraste con la ADN polimerasa I, II y III de procariotas. Además, el ADN de los eucariotas es una molécula lineal larga con varias unidades de replicación. Una célula de mamífero diploide contiene en promedio alrededor de 6 pg de ADN en la fase G. Esta cantidad de ADN equivale a una longitud de 2 metros de una molécula de ADN lineal.

Si una sola unidad de replicación se moviera a lo largo de esta longitud de ADN, podría completar la replicación dentro de la fase S de 8 horas solo si su velocidad de movimiento es de aproximadamente 4 mm / min. Obviamente, esta es una tasa muy rápida.

La horquilla de replicación en realidad se mueve a una velocidad más lenta (0.5 a 2.0 micrones / min.) En eucariotas agregando alrededor de 2.600 bases por minuto. En E. coli se mueve más rápido agregando alrededor de 6.000 bases por minuto. Por tanto, es necesario que en eucariotas la replicación se inicie en varios puntos de origen.

Los estudios autoradiográficos sobre patrones de marcaje de cromosomas en metafase individuales han demostrado que múltiples unidades adyacentes inician la replicación simultáneamente. Sin embargo, la demostración más convincente provino de observaciones similares en cromosomas politenos gigantes.

Aquí, la timidina tritiada se incorpora simultáneamente en un gran número de bandas diferentes. Mediante la misma técnica, se demuestra que el huevo en Drosophila tiene 6.000 horquillas de replicación y toda la síntesis de ADN se completa en 3 minutos.

La unidad de replicación es el replicón. El tamaño del replicón se estima a partir de la distancia entre puntos de iniciación adyacentes (distancia de centro a centro). Mediante autorradiografía se ha descubierto que las unidades dentro de la misma celda no son de tamaño uniforme sino que se encuentran dentro del rango de 15 a 60 micrones.

Los replicones de las células de crecimiento rápido con fases S cortas son más pequeños que los de las células de crecimiento más lento con fases S más largas. Blumenthal (1973) ha estimado que en Drosophila melanogaster, los replicones de las células embrionarias son tan cortos como 3-4 micrones, mientras que en una línea celular de la misma especie tenían aproximadamente 13 micrones de largo.

Estudios experimentales en células cultivadas de mamíferos (hámster chino) han demostrado que la velocidad de síntesis de ADN no es constante a lo largo de la fase S, Kleveroz (1975) encontró que la síntesis es lenta al comienzo de la fase S, luego aumenta. Aproximadamente el 50% de la replicación se produce durante la última hora de la fase S de 5,5 horas de duración.

La aparición de múltiples unidades adyacentes ha llevado al concepto de que las unidades de replicación existen en grupos. Todas las unidades de un clúster no se replican simultáneamente, algunas se replican tarde. En las células de mamíferos hay alrededor de 100 unidades de replicación en un grupo.

Las características esenciales de la replicación del ADN son similares en eucariotas y procariotas. Una vez que la replicación comienza en un punto central de origen en cada unidad, procede en ambas direcciones alejándose del sitio de iniciación. El crecimiento de la cadena se produce por medio de puntos de crecimiento en forma de horquilla. Por tanto, las micrografías electrónicas muestran una serie de & # 8216ojos & # 8217 o & # 8216burbujas & # 8217, cada una formada entre dos horquillas que se replican a lo largo de la molécula lineal.

Parece que no hay un término específico en el ADN para detener la replicación. Las bifurcaciones viajan una hacia la otra y las cadenas recién sintetizadas se encuentran y se fusionan con cadenas sintetizadas en unidades adyacentes (figura 14.11). De esta forma se producen largos dúplex de ADN característicos de los cromosomas eucariotas.

Al igual que en los procariotas, el primer paso en la síntesis de ADN en eucariotas es la formación de una cadena cebadora de ARN de aproximadamente 10 nucleótidos de longitud, catalizada por la enzima ARN polimerasa. Después de eso, la ADN polimerasa se hace cargo y agrega desoxirribonucleótidos al extremo 3 & # 8242 del ARN del cebador.

Los fragmentos de Okazaki así formados son más cortos en eucariotas (alrededor de 100-150 nucleótidos de largo) que en procariotas (1000 a 2000 nucleótidos). Los espacios entre los fragmentos se rellenan contra la plantilla de ADN original y sus extremos se unen mediante la enzima ADN ligasa. El cebador de ARN se digiere, comenzando desde su extremo 5 & # 8242 por la actividad exonucleasa de la ADN polimerasa.

Importancia del cebador de ARN en la síntesis de ADN:

¿Por qué debería iniciar la replicación del ADN mediante la enzima ARN polimerasa y tener lugar la formación de la cadena de ARN? El análisis detallado de las enzimas polimerasas de ADN ha revelado el hecho de que cada enzima polimerasa puede agregar nucleótidos solo a una cadena polinucleotídica ya existente.

Estas enzimas no pueden iniciar nuevas cadenas de ADN. El punto de origen en un dúplex de ADN quizás sea reconocido por la ARN polimerasa, la enzima que cataliza la síntesis de ARN en una plantilla de ADN. En otras palabras, la ARN polimerasa es necesaria para la síntesis de ARN y ADN.

La síntesis del cebador de ARN en la plantilla de ADN continúa hasta que se alcanza una señal de parada. Luego se libera la enzima y la cadena de ARN sirve como cebador para la adición de nucleótidos de ADN por la enzima ADN polimerasa. Sin embargo, el mecanismo molecular que inicia la replicación del ADN no se conoce completamente.


Un complejo proteico llamado Complejo de reconocimiento de origen (ORC) se une al origen de la secuencia de replicación en el ADN durante la fase M tardía / fase G1 del ciclo celular. El ORC interactúa con algunas otras proteínas, una conocida como Cdc6 trabaja con otra proteína llamada Cdt1 para ayudar a cargar un complejo de proteínas conocido como helicasa en el ADN. (Recuerde que las helicasas de ADN usan ATP para desenrollar la hélice de ADN rompiendo los enlaces de hidrógeno entre bases pareadas). El complejo ORC / Cdc6 / Cdt1 / Helicasa junto con otras proteínas asociadas se conoce como complejo pre-replicativo o pre-RC (Figura 14-1). El pre-RC persiste hasta la transición G1 / S, que ocurre una vez que la célula recibe una señal para dividirse. En la transición G1 / S, se cree que Cdc6 y Cdt1 se separan de la pre-RC y otras proteínas que son responsables de reclutar proteínas de replicación de ADN adicionales asociadas con la helicasa para formar el complejo de preiniciación. Curiosamente, el ORC inhibe la replicación y debe eliminarse antes de que pueda continuar la replicación.

Figura 14-1: Licencia de replicación. En la fase M tardía / G1 temprana, las proteínas de reconocimiento de origen (ORC) reconocen el origen de replicación (Ori), que se muestra en verde. Estos reclutan muchas proteínas, una es Cdc6, que ayuda a reclutar helicasa. Esto establece el complejo de replicación de preiniciación (Pre-RC). La activación de la replicación ocurre durante la fase S temprana, una vez que la ORC, Cdc6, la helicasa y varias otras proteínas (no mostradas) son fosforiladas por la CDK / ciclina de la fase S. La fosforilación de ORC y Cdc6 provoca la desactivación de las proteínas, mientras que la fosforilación de la helicasa provoca la activación de la proteína. (Atribuido a Devin A. King)

En este punto, la CDK / ciclina de fase S activada fosforila varias proteínas para iniciar o "disparar" la replicación. Una de las proteínas que fosforila la CDK / ciclina en fase S es Cdc6, que ayuda a apuntar a esta proteína para su degradación. Además, el ORC se fosforila para evitar que se use una segunda vez (o que vuelva a unir el origen de replicación) y se cree que la fosforilación reduce la afinidad de unión del ORC por el origen. La helicasa también se fosforila para activarla y estimularla para que comience a desenrollar el ADN. Por lo tanto, estos tres eventos de fosforilación, y muchos otros que no se describen aquí, ayudan a facilitar el inicio de la replicación del ADN.

La apertura de la doble hélice por la helicasa provoca un enrollamiento excesivo o superenrollamiento en el ADN antes de la horquilla de replicación. Estos se resuelven mediante la acción de topoisomerasas , que corta la columna vertebral del fosfodiéster para liberar la tensión de torsión y luego vuelve a ligar la hebra. Además, la apertura de la hélice hace que el ADN sea monocatenario. Para evitar que las hebras de ADN se vuelvan a recortar antes de ser replicadas y para protegerlas de las modificaciones químicas de su entorno, se utilizan proteínas llamadas proteínas de unión a ADN monocatenario (SSB) están asociados con el ADN.


14.5: Replicación del ADN en eucariotas - Biología

La mayoría de los factores procarióticos utilizados durante la replicación tienen equivalentes que desempeñan funciones similares en la duplicación del ADN eucariótico.

Este proceso se inicia en un origen de replicación, al que se une un complejo de reconocimiento. Luego, la helicasa es atraída hacia el sitio y separa las hebras de ADN, generando una burbuja con dos bifurcaciones.

La primasa también llega y genera cebadores de ARN que, a medida que se mueve la helicasa, la ADN polimerasa se alarga con nuevo ADN. Al igual que en los procariotas, la hebra principal recién formada crece continuamente, siguiendo la bifurcación de replicación.

Por el contrario, la hebra rezagada se fabrica en pequeños fragmentos de Okazaki, que viajan en dirección opuesta a la horquilla.

Debido a múltiples factores, la plantilla de ADN utilizada para generar la hebra principal en la mitad de esta estructura crea la hebra retrasada en la otra.

Curiosamente, existen varios orígenes de replicación en un cromosoma eucariota lineal, y la replicación termina cuando sus esferas asociadas se unen. Luego, los cebadores se eliminan a través de enzimas como la ARNasa y se intercambian por ADN. Posteriormente, la ADN ligasa une cualquier segmento.

Sin embargo, cuando el cebador final desaparece de la hebra rezagada, el espacio permanece vacío y hay un tramo sin copiar de la plantilla de ADN colindando con él. Para combatir esto, una enzima llamada telomerasa se fija a la región sobresaliente y la alarga con una secuencia de ADN no codificante.

La primasa y la ADN polimerasa actúan sobre esta región extendida, creando una capa de telómero que protege contra la pérdida de ADN codificante de la hebra rezagada durante múltiples replicaciones.

Por tanto, la replicación del ADN eucariota termina con dos moléculas de ADN, cada una con una hebra parental y una hebra recién sintetizada, numerosos orígenes de replicación y telómeros.

13.6: Replicación en eucariotas

Visión general

En las células eucariotas, la replicación del ADN está altamente conservada y regulada de manera estricta. Se deben duplicar varios cromosomas lineales con alta fidelidad antes de la división celular, por lo que hay muchas proteínas que cumplen funciones especializadas en el proceso de replicación. La replicación ocurre en tres fases: iniciación, alargamiento y terminación, y termina con dos juegos completos de cromosomas en el núcleo.

Muchas proteínas organizan la replicación en el origen

La replicación eucariota sigue muchos de los mismos principios que la replicación del ADN procariota, pero debido a que el genoma es mucho más grande y los cromosomas son lineales en lugar de circulares, el proceso requiere más proteínas y tiene algunas diferencias clave. La replicación ocurre simultáneamente en múltiples orígenes de replicación a lo largo de cada cromosoma. Las proteínas iniciadoras reconocen y se unen al origen, reclutando helicasa para desenrollar la doble hélice del ADN. En cada punto de origen, se forman dos horquillas de replicación. Luego, Primase agrega cebadores de ARN cortos a las hebras simples de ADN, que sirven como punto de partida para que la ADN polimerasa se una y comience a copiar la secuencia. El ADN solo se puede sintetizar en la dirección 5 & rsquo a 3 & rsquo, por lo que la replicación de ambas hebras desde una única horquilla de replicación procede en dos direcciones diferentes. La cadena principal se sintetiza continuamente, mientras que la cadena rezagada se sintetiza en tramos cortos de 100 a 200 pares de bases de longitud, llamados fragmentos de Okazaki. Una vez que se completa la mayor parte de la replicación, las enzimas ARNasa eliminan los cebadores de ARN y la ligasa de ADN se une a los huecos en la nueva hebra.

División del trabajo de replicación entre polimerasas

La carga de trabajo de copiar ADN en eucariotas se divide entre múltiples tipos diferentes de enzimas ADN polimerasa. Las principales familias de ADN polimerasas de todos los organismos se clasifican por la similitud de sus estructuras de proteínas y secuencias de aminoácidos. Las primeras familias que se descubrieron se denominaron A, B, C y X, y las familias Y y D se identificaron más tarde. Las polimerasas de la familia B en eucariotas incluyen Pol & alpha, que también funciona como una primasa en la bifurcación de replicación, y Pol & delta y & epsilon, las enzimas que realizan la mayor parte del trabajo de replicación del ADN en las cadenas principales y rezagadas de la plantilla, respectivamente. Otras ADN polimerasas son responsables de tareas tales como reparar el daño del ADN, copiar ADN mitocondrial y plástido y rellenar huecos en la secuencia de ADN en la hebra rezagada después de que se eliminan los cebadores de ARN.

Los telómeros protegen los extremos de los cromosomas de la degradación

Debido a que los cromosomas eucariotas son lineales, son susceptibles de degradación en los extremos. Para proteger la información genética importante del daño, los extremos de los cromosomas contienen muchas repeticiones no codificantes de ADN rico en G altamente conservado: los telómeros. Un saliente corto de una sola hebra 3 & rsquo en cada extremo del cromosoma interactúa con proteínas especializadas, lo que estabiliza el cromosoma dentro del núcleo. Debido a la forma en que se sintetiza la hebra rezagada, una pequeña cantidad de ADN telomérico no se puede replicar con cada división celular. Como resultado, los telómeros se acortan gradualmente a lo largo de muchos ciclos celulares y pueden medirse como un marcador del envejecimiento celular. Ciertas poblaciones de células, como las células germinales y las células madre, expresan telomerasa, una enzima que alarga los telómeros, lo que permite que la célula experimente más ciclos celulares antes de que los telómeros se acorten.

García-Díaz, Miguel y Katarzyna Bebenek. & ldquoMúltiples funciones de las ADN polimerasas. & rdquo Revisiones críticas en ciencias de las plantas 26 (2007): 105-122. [Fuente]


Replicación de telómeros

A diferencia de los cromosomas procariotas, los cromosomas eucariotas son lineales. Como aprendió, la enzima ADN pol puede agregar nucleótidos solo en la dirección 5 'a 3'. En la cadena principal, la síntesis continúa hasta que se alcanza el final del cromosoma. En la hebra rezagada, el ADN se sintetiza en tramos cortos, cada uno de los cuales es iniciado por un cebador separado. Cuando la horquilla de replicación llega al final del cromosoma lineal, no hay lugar para hacer un cebador para copiar el fragmento de ADN al final del cromosoma. Por lo tanto, estos extremos permanecen sin aparear y, con el tiempo, estos extremos pueden acortarse progresivamente a medida que las células continúan dividiéndose.


Telomerasa y envejecimiento

Las células que se someten a división celular continúan acortando sus telómeros porque la mayoría de las células somáticas no producen telomerasa. Esto esencialmente significa que el acortamiento de los telómeros está asociado con el envejecimiento. Con el advenimiento de la medicina moderna, la atención médica preventiva y estilos de vida más saludables, la esperanza de vida humana ha aumentado y existe una demanda cada vez mayor de que las personas se vean más jóvenes y tengan una mejor calidad de vida a medida que envejecen.

En 2010, los científicos encontraron que la telomerasa puede revertir algunas condiciones relacionadas con la edad en ratones. Esto puede tener potencial en la medicina regenerativa. 1 En estos estudios se utilizaron ratones con deficiencia de telomerasa, estos ratones tienen atrofia tisular, agotamiento de células madre, falla del sistema de órganos y respuestas dañadas de daño tisular. La reactivación de la telomerasa en estos ratones provocó la extensión de los telómeros, redujo el daño del ADN, invirtió la neurodegeneración y mejoró la función de los testículos, el bazo y los intestinos. Por tanto, la reactivación de los telómeros puede tener potencial para tratar enfermedades relacionadas con la edad en humanos.

El cáncer se caracteriza por la división celular descontrolada de células anormales. Las células acumulan mutaciones, proliferan sin control y pueden migrar a diferentes partes del cuerpo a través de un proceso llamado metástasis. Los científicos han observado que las células cancerosas tienen telómeros considerablemente más cortos y que la telomerasa está activa en estas células. Curiosamente, solo después de que los telómeros se acortaron en las células cancerosas, la telomerasa se activó. Si la acción de la telomerasa en estas células puede ser inhibida por medicamentos durante la terapia contra el cáncer, entonces las células cancerosas podrían detenerse potencialmente para que no se dividan más.

Diferencia entre replicación procariota y eucariota
Propiedad Procariotas Eucariotas
Origen de la replicación Soltero Múltiple
Tasa de replicación 1000 nucleótidos / s 50 a 100 nucleótidos / s
Tipos de ADN polimerasa 5 14
Telomerasa No presente Regalo
Eliminación de cebadores de ARN ADN pol I ARNasa H
Elongación de la hebra ADN pol III Pol δ, pol ε
Pinza deslizante Pinza deslizante PCNA


Telomerasa y envejecimiento

Las células que se someten a división celular continúan acortando sus telómeros porque la mayoría de las células somáticas no producen telomerasa. Esto esencialmente significa que el acortamiento de los telómeros está asociado con el envejecimiento. Con el advenimiento de la medicina moderna, la atención médica preventiva y estilos de vida más saludables, la esperanza de vida humana ha aumentado y existe una demanda cada vez mayor de que las personas se vean más jóvenes y tengan una mejor calidad de vida a medida que envejecen.

En 2010, los científicos encontraron que la telomerasa puede revertir algunas condiciones relacionadas con la edad en ratones. Esto puede tener potencial en la medicina regenerativa. Jaskelioff et al., "La reactivación de la telomerasa revierte la degeneración del tejido en ratones envejecidos con deficiencia de telomerasa", Naturaleza 469 (2011): 102-7. En estos estudios se utilizaron ratones con deficiencia de telomerasa, estos ratones tienen atrofia tisular, agotamiento de células madre, insuficiencia del sistema de órganos y respuestas dañadas de daño tisular. La reactivación de la telomerasa en estos ratones provocó la extensión de los telómeros, redujo el daño del ADN, invirtió la neurodegeneración y mejoró la función de los testículos, el bazo y los intestinos. Por tanto, la reactivación de los telómeros puede tener potencial para tratar enfermedades relacionadas con la edad en humanos.

El cáncer se caracteriza por la división celular descontrolada de células anormales. Las células acumulan mutaciones, proliferan sin control y pueden migrar a diferentes partes del cuerpo a través de un proceso llamado metástasis. Los científicos han observado que las células cancerosas tienen telómeros considerablemente más cortos y que la telomerasa está activa en estas células. Curiosamente, solo después de que los telómeros se acortaron en las células cancerosas, la telomerasa se activó. Si la acción de la telomerasa en estas células puede ser inhibida por medicamentos durante la terapia contra el cáncer, entonces las células cancerosas podrían detenerse potencialmente para que no se dividan más.

Diferencia entre replicación procariota y eucariota
PropiedadProcariotasEucariotas
Origen de la replicaciónSolteroMúltiple
Tasa de replicación1000 nucleótidos / s50 a 100 nucleótidos / s
Tipos de ADN polimerasa514
TelomerasaNo presenteRegalo
Eliminación de cebadores de ARNADN pol IARNasa H
Elongación de la hebraADN pol IIIPol δ, pol ε
Pinza deslizantePinza deslizantePCNA


¿Qué es la replicación del ADN eucariota?

Los eventos de replicación en la horquilla de replicación son muy similares en eucariotas que en procariotas, excepto que las enzimas y los factores proteicos son diferentes. La principal enzima polimerizante es la polimerasa a, (3, y, 8 & amp e.

Esta enzima polimerasa es mucho más lenta en comparación con la del prokaiyote. El ADN pol III agrega aproximadamente 1000 nucleótidos por segundo, mientras que DXA pol a agrega aproximadamente 50 nucleótidos por segundo. La proteína SSB se conoce como factor de replicación A en eucariotas y la topoisomerasa es topoisomerasa de tipo I.

Otra gran diferencia es la gran cantidad de DXA y el tamaño más grande de DXA. Los eucariotas tienen más de un cromosoma y cada cromosoma tiene DXA más grande que el genoma de una bacteria. Por ejemplo, la longitud total de DXA humana de una célula es de aproximadamente 2 metros, mientras que la de E. coli es solo de 1 mm. Entonces, para que una DXA más grande se replique en un tiempo rápido, la DXA eucariota tiene un origen múltiple y cada DXA eucariota es un replicón múltiple.

Los cromosomas de las células de levadura tienen aproximadamente 400 orígenes y cada DXA humana con aproximadamente 1000 orígenes. Imagine una situación del genoma humano con 4xio 9 pares de bases para replicar como una sola respuesta: tomará varias semanas. Pero, el ciclo celular se completa en 24 horas y para que ese ciclo opere a tiempo, la replicación de DXA en humanos se completa en 6-8 horas de fase S. Esto se logra debido a la presencia de múltiples orígenes.

Durante la fase S del ciclo celular, la DXA se replica solo una vez y luego la célula se divide. Por lo tanto, la cantidad de DXA total se duplica primero en la fase S y luego se divide por igual entre las dos células hijas durante la división celular. Por tanto, el nivel de DXA (y el número de cromosomas) se mantiene constante después de sucesivas divisiones celulares.

La replicación precisa de DXA y su distribución equitativa entre las células hijas forman las bases de transmisión de los caracteres hereditarios. Cualquier error en la replicación de DXA se soluciona mediante el mecanismo de reparación de DXA disponible en la celda. Pero, imagine una situación en la que la DXA se divide no una sino muchas veces antes de la división celular. En tal situación, la DXA total aumentará dos veces, cuatro veces o muchas más y la división celular subsiguiente producirá células poliploides (células con más cromosomas que el número normal).

Esto no sucede ya que las células tienen un sistema de licencias de replicación. Durante la división celular, en la etapa anafase, los orígenes de replicación están autorizados por un factor de licencia de replicación no difusible o RLF. Después de la anafase, no se pueden obtener más licencias debido a la presencia de una membrana nuclear.

El RLF permite que el ADN se replique una vez en la fase S y el RLF se destruya durante la replicación. Una nueva ronda de replicación requerirá más licencias. A menos que la célula emprenda el ciclo de división, no puede llegar a la anafase y no puede ocurrir la concesión de licencias de origen. Este mecanismo asegura que una célula deba dividirse después de una sola ronda de replicación del ADN.


Replicación de telómeros

A diferencia de los cromosomas procariotas, los cromosomas eucariotas son lineales. Como ha aprendido, la enzima ADN pol puede agregar nucleótidos solo en la dirección 5 'a 3'. En la cadena principal, la síntesis continúa hasta que se alcanza el final del cromosoma. En la hebra rezagada, el ADN se sintetiza en tramos cortos, cada uno de los cuales es iniciado por un cebador separado. Cuando la horquilla de replicación llega al final del cromosoma lineal, no hay lugar para hacer un cebador para copiar el fragmento de ADN al final del cromosoma. Por lo tanto, estos extremos permanecen sin aparear y, con el tiempo, estos extremos pueden acortarse progresivamente a medida que las células continúan dividiéndose.

Los extremos de los cromosomas lineales se conocen como telómeros, que tienen secuencias repetitivas que no codifican ningún gen en particular. En cierto modo, estos telómeros protegen a los genes para que no se eliminen a medida que las células continúan dividiéndose. En los seres humanos, una secuencia de seis pares de bases, TTAGGG, se repite de 100 a 1000 veces. El descubrimiento de la enzima telomerasa (Figura) ayudó a comprender cómo se mantienen los extremos de los cromosomas. La enzima telomerasa contiene una parte catalítica y una plantilla de ARN incorporada. Se adhiere al final del cromosoma y se agregan bases complementarias a la plantilla de ARN en el extremo 3 'de la cadena de ADN. Una vez que el extremo 3 'de la plantilla de la hebra rezagada está lo suficientemente alargado, la ADN polimerasa puede agregar los nucleótidos complementarios a los extremos de los cromosomas. Por tanto, se replican los extremos de los cromosomas.

Los extremos de los cromosomas lineales se mantienen gracias a la acción de la enzima telomerasa.

La telomerasa suele estar activa en células germinales y células madre adultas. No es activo en células somáticas adultas. Por su descubrimiento de la telomerasa y su acción, Elizabeth Blackburn (Figura) recibió el Premio Nobel de Medicina y Fisiología en 2009.

Elizabeth Blackburn, Premio Nobel de 2009, es la científica que descubrió cómo funciona la telomerasa. (crédito: Embajada de Estados Unidos en Suecia)


Resumen & # 8211 Transcripción procariota vs eucariota

La transcripción es el primer paso de la expresión génica, seguido de la traducción. Aunque el mecanismo de transcripción es el mismo en procariotas y eucariotas, existen varias diferencias entre ellos. La diferencia clave entre la transcripción procariota y eucariota es que la transcripción procariota se produce en el citoplasma, mientras que la transcripción eucariota se produce en el núcleo ... Además, la transcripción procariota implica sólo una ARN polimerasa, mientras que la transcripción eucariota implica tres tipos de ARN polimerasas. Además, la secuencia de ARNm de los procariotas es policistrónica, mientras que en eucariotas, la secuencia de ARNm es monocistrónica. No solo eso, en eucariotas, ocurren modificaciones postranscripcionales, mientras que en procariotas, no ocurren. Este es el resumen de la diferencia entre la transcripción procariota y eucariota ...

Referencia:

1. Cooper, Geoffrey M. "Transcripción en procariotas". Current Neurology and Neuroscience Reports., Biblioteca Nacional de Medicina de EE. UU., 1 de enero de 1970. Disponible aquí
2. "Transcripción eucariota". Wikipedia, Wikimedia Foundation, 17 de enero de 2019. Disponible aquí

Imagen de cortesía:

1. & # 8221 Síntesis de proteínas bacterianas & # 8221 Por Joan L. Slonczewski, John W. Foster & # 8211 Microbiology: An Evolving Science, (CC BY-SA 3.0) vía Commons Wikimedia
2. & # 8221 Transcripción eucariota & # 8221 Por Frank Starmer (CC BY 1.0) vía Commons Wikimedia


Ver el vídeo: Replicación del DNA en eucariotas. (Septiembre 2022).


Comentarios:

  1. Akinokasa

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