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Síntesis bioquímica de las proteínas
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Replicación de ADN, etapas y enzimas en la síntesis bioquímica de las proteínas
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APUNTES DE QUÍMICA ORGÁNICA PARA ESTUDIANTES DE BIOLOGÍATEMA: Biosíntesis de proteínas
Bibliografía:
Organic Chemistry, Graham Solomons, Craig Frylhe, Scott Snyder, (2013) 11 Ed.
Principios de Bioquímica”. Lenhinger (5ta edición)
Introducción
Los ácidos nucleicos ADN y ARN están compuestos por nucleótidos los cuales contienen a su vez bases
nitrogenadas, una ribosa o desoxirribosa y un grupo fosfato. El ADN se presenta como una doble hélice y tiene
como función almacenar, conservar y trasmitir la información genética, y el ARN participa en la biosíntesis de
proteínas, gobernada por el ADN.
Las secuencias de nucleótidos del DNA codifican la estructura primaria de todos los RNA y proteínas celulares y,
a través de los enzimas, puede influir indirectamente en la síntesis del resto de constituyentes celulares. Este paso
de información del DNA al RNA y a la proteína determina el tamaño, la forma y la función de todos los seres
vivos.
Replicación del ADN
La replicación del ADN es el proceso mediante el cual se duplica una molécula de ADN. Una vez que el
ADN se ha replicado, la célula tiene el doble de la cantidad de ADN que necesita, entonces la célula se puede
dividir y depositar la mitad de este ADN en la célula hija, de manera que la célula hija y la original sean en
muchos casos absolutamente idénticas genéticamente.
En la conferencia anterior estudiamos la estructura secundaria tipo doble hélice de la molécula de ADN, en la que
ambas cadenas se enrollan alrededor de un eje. Una importante propiedad del ADN es el superenrollamiento
que se refiere al enrollamiento de una hélice, que a su vez lo compacta. El superenrrollamiento es una
característica intrínseca e importante de la estructura terciaria del DNA, que se manifiesta en todos los
DNA celulares y que se encuentra estrictamente regulada en todas las células.
Tanto la replicación como la transcripción del ADN requieren la separación de las cadenas del DNA. Todas las
células tienen enzimas cuya única misión es desenrollar el DNA. Los enzimas que aumentan o disminuyen el
grado de desenrollamiento del DNA se denominan topoisomerasas.
La replicación del DNA ocurre con gran fidelidad en un momento definido del ciclo celular y tiene lugar en tres
fases diferenciables: inicio, elongación y terminación. Los primeros estudios sobre la replicación del DNA
bacteriano y sus enzimas contribuyeron al establecimiento de varias propiedades básicas que han resultado ser
aplicables a la síntesis del DNA de todos los organismos:
La replicación del DNA es semiconservadora: Cada cadena del DNA actúa de molde para la síntesis
de una nueva cadena. El resultado son dos moléculas de DNA nuevas, cada una con una cadena parental (o
madre) y otra nueva (hija).
La replicación empieza en un lugar de origen y normalmente avanza de forma bidireccional: Las
cadenas parentales se desenrrollan y replican simultáneamente.
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, La síntesis del DNA progresa en dirección 5'-3' y es semidiscontinua: Las cadenas de DNA siempre
son sintetizadas en la dirección 5 '-3 ', siendo el 3' OH libre el punto de elongación del DNA. Debido a que
las dos cadenas de DNA son antiparalelas, la cadena que actúa de molde se lee del extremo 3' al 5'. Reiji
Okazaki y colaboradores en la década de 1960 descubrieron que una de las cadenas nuevas de DNA se
sintetiza en forma de trozos cortos, denominados fragmentos de Okazaki, este trabajo condujo a la
conclusión de que una de las cadenas es sintetizada de modo continuo (hebra conductora) y la otra de modo
discontinuo (hebra rezagada).
La reacción de polimerización está dirigida por una cadena molde de DNA según las reglas de
apareamiento de bases predichas por Watson y Crick: La actividad de la enzima DNA polimerasa
requiere una hebra desapareada que actúe de molde y una cadena cebadora que aporte un grupo
hidroxilo libre en el extremo 3', al cual puedan añadirse nuevas unidades nucleotídicas. Esta cadena
cebadora son nucleótidos de ARN sintetizadas por la enzima primasa. Los nucleótidos entrantes son
seleccionados por apareamiento de bases con el nucleótido apropiado de la hebra molde. Después de
añadir un nucleótido a una cadena de DNA en crecimiento, la DNA polimerasa se disocia o bien se
traslada a lo largo del molde y añade otro nucleótido.
La replicación de ADN requiere un sistema complejo de enzimas y coenzimas: El acceso a las
cadenas de DNA que tienen que actuar de molde requiere la separación de las dos cadenas parentales,
esta tarea corre a cargo generalmente de enzimas denominados helicasas, que se mueven a lo largo del
DNA y separan las cadenas utilizando la energía química del ATP. La separación de las cadenas crea
una tensión en la estructura helicoidal del DNA que es relajada por acción de las topoisomerasas. Las
cadenas separadas son estabilizadas por proteínas de unión al DNA. Los cebadores, segmentos cortos
de RNA, tienen que estar unidos al DNA antes de que las polimerasas puedan empezar la síntesis;
posteriormente, los cebadores de RNA son eliminados y reemplazados por DNA. Después de la
eliminación del cebador de RNA se emplean las enzimas DNA ligasas.
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