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5.5: Replicación del ADN - Biología

5.5: Replicación del ADN - Biología



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Con sus múltiples orígenes, ¿cómo se célula eucariota ¿Sabe qué orígenes ya se han replicado y cuáles aún esperan ser replicados?

Una observación: Cuando una celda en G2 del ciclo celular se fusiona con una célula en fase S, el ADN de la G2 El núcleo no comienza a replicarse de nuevo aunque la replicación se desarrolle normalmente en el núcleo de la fase S. Hasta que no se completa la mitosis, no se puede replicar nuevamente el ADN recién sintetizado.

Se han identificado dos mecanismos de control: uno positivo y uno negativo. Esta redundancia probablemente refleja la importancia crucial de la replicación precisa para la integridad del genoma.

Licencias: control positivo de la replicación

Para poder ser replicado, cada origen de replicación debe estar vinculado por:

  • un Origin Rreconocimiento Ccomplejo de proteínasORC). Estos permanecen en el ADN durante todo el proceso.
  • Proteínas accesorias llamadas factores de licencia. Estos se acumulan en el núcleo durante G1 del ciclo celular. Incluyen:
    • Cdc-6 y Cdt-1, que se unen al ORC y son esenciales para recubrir el ADN con
    • Proteínas MCM. Solo el ADN recubierto con proteínas MCM (hay 6 de ellas) se puede replicar.

Una vez que comienza la replicación en la fase S,

  • Cdc-6 y Cdt-1 abandonan los ORC (este último por ubicuinación y destrucción en proteasomas).
  • Las proteínas MCM salen frente a la horquilla de replicación que avanza.

Efectos de la replicación del ADN sobre el ruido del ARNm

El ruido de la expresión genética afecta el estado biológico de una célula y contribuye a fenómenos como el cambio de fenotipo y la determinación del destino celular. Al examinar la replicación cromosómica, que está estrictamente controlada y, por lo tanto, exhibe poco ruido, mostramos que la variabilidad en los niveles de ARNm en una población es menor de lo esperado anteriormente. Este ruido se debe a la relajación transitoria del ARNm de un estado estable de copia baja a alta después de un evento de replicación genética. La ubicación de los genes, la tasa de degradación del ARNm y el tiempo de duplicación celular contribuyen al ruido observado. Nuestros resultados demuestran que es esencial tener en cuenta la replicación de genes al modelar la expresión de genes o al interpretar resultados experimentales.


Que es PCR

PCR (reacción en cadena de la polimerasa) es una técnica de biología molecular ampliamente utilizada para producir de miles a millones de copias de un fragmento de ADN en particular mediante la amplificación exponencial. Fue desarrollado por Kary Mullis en 1983. La característica más significativa de la PCR es que se basa en ciclos térmicos. Por lo tanto, permite que ocurran diferentes reacciones dependientes de la temperatura, incluida la fusión del ADN y la polimerización del ADN impulsada por enzimas. Por otro lado, los dos reactivos principales utilizados en la PCR son los cebadores de ADN, que son complementarios a la secuencia diana y una ADN polimerasa termoestable como Taq polimerasa, aislada de la bacteria termófila Thermus aquaticus. Mientras tanto, los cebadores de PCR directo e inverso flanquean la región a polimerizar en el fragmento de ADN.

Figura 1: Reacción en cadena de la polimerasa

Además, los tres pasos principales involucrados en un PCR son:

  1. Desnaturalización: fusión del dúplex de ADN en dos hebras individuales calentando a 94-95 ° C.
  2. Recocido: unión de los cebadores directo e inverso a las secuencias complementarias en la plantilla. La temperatura de este paso depende de la temperatura de fusión de la combinación de imprimación.
  3. Extensión del cebador: la enzima ADN polimerasa extiende cada uno de los cebadores en su extremo 3 al agregar bases complementarias a la hebra en crecimiento. La temperatura óptima de Taq polimerasa, 72 ° C se utiliza como temperatura en el paso de extensión. El tiempo de la extensión depende del número de pares de bases en la cadena de plantilla.

Generalmente, los tres pasos se repiten de 30 a 40 veces durante la PCR para obtener un crecimiento exponencial del fragmento de ADN de interés.


Un científico coloca cadenas de nucleótidos de UUUUUU en un tubo de ensayo en condiciones que permiten la síntesis de proteínas. Pronto el tubo de ensayo está lleno de cadenas polipeptídicas compuestas solo por un aminoácido fenilalanina. ¿Qué indica este experimento?

A. El aminoácido fenilalanina está compuesto de uracilo.

B. Códigos UUU para el aminoácido fenilalanina.

C. Mal funcionamiento de la síntesis de proteínas en tubos de ensayo.

D. La mayoría de las proteínas contienen solo un tipo de aminoácido.


Abstracto

La quinasa CDC7, al fosforilar la ADN helicasa de MCM, es un interruptor clave para el inicio de la replicación del ADN. Los inhibidores de CDC7 competitivos con ATP se están desarrollando como posibles agentes anticancerosos, sin embargo, la forma en que las células humanas responden a la inhibición farmacológica selectiva de esta quinasa es controvertida y no se comprende. Aquí hemos caracterizado el modo de acción de los dos inhibidores de CDC7 ampliamente utilizados, PHA-767491 y XL-413, que se han convertido en importantes compuestos de herramientas para explorar las funciones celulares de la quinasa. Hemos utilizado un enfoque de genética química para caracterizar aún más la inhibición farmacológica de CDC7 y la tecnología CRISPR / CAS9 para evaluar el requisito de actividad quinasa para la proliferación celular. Demostramos que, en células de mama humanas, CDC7 es esencial y que la actividad quinasa CDC7 es formalmente necesaria para la proliferación. Sin embargo, la inhibición completa y sostenida de la quinasa, que se requiere para bloquear la progresión del ciclo celular con compuestos competidores de ATP, es problemática de lograr. Establecemos que la fosforilación de MCM2 es altamente sensible a la inhibición de CDC7 y, como biomarcador, carece de rango dinámico ya que se pierde fácilmente a concentraciones de inhibidores que solo afectan levemente la síntesis de ADN. Además, encontramos que los efectos celulares de los inhibidores selectivos de CDC7 pueden ser alterados por la inhibición concomitante del ciclo celular y las CDK transcripcionales. Este trabajo muestra que la replicación del ADN y la proliferación celular pueden ocurrir con una actividad de CDC7 reducida durante al menos 5 días y que la mayor parte de la síntesis de ADN no está estrechamente acoplada a la fosforilación de MCM2 y proporciona una guía para el desarrollo de inhibidores de CDC7 de próxima generación.


¿Qué es la transcripción?

Implica hacer una copia del ADN en ARN. La parte del ADN que codifica los genes se copia en el ARN mensajero. Las dos hebras de la hélice de ADN se desenrollan y se separan. La ARN polimerasa, un tipo especial de enzima, viaja a lo largo de las cadenas de ADN y se une a los nucleótidos de ARN hasta que forma una cadena completa de ARN mensajero.

El ARN mensajero, también conocido como ARNm, es el modelo de la célula, que se utiliza para construir un tipo específico de proteína. El ARNm viaja desde el núcleo hasta el citoplasma donde tiene lugar la expresión génica. (1, 2, 3 y 4)

Imagen 2: Presentación de una imagen sobre cómo tiene lugar la replicación del ADN.

Fuente de imagen:wikimedia.org


Reducción de replicación

Proponemos una definición alternativa para la replicación que incluye más todas las investigaciones y es más relevante para el papel de la replicación en el avance del conocimiento. La replicación es un estudio para el cual cualquier resultado se consideraría evidencia de diagnóstico sobre una afirmación de una investigación anterior. Esta definición reduce el énfasis en las características operativas del estudio y aumenta el énfasis en la interpretación de los posibles resultados.

Para ser una réplica, dos cosas deben ser verdaderas: los resultados consistentes con un reclamo anterior aumentarían la confianza en el reclamo y los resultados inconsistentes con un reclamo anterior disminuirían la confianza en el reclamo. La simetría promueve la replicación como un mecanismo para confrontar afirmaciones anteriores con nueva evidencia. Por tanto, declarar que un estudio es una réplica es un compromiso teórico. La replicación brinda la oportunidad de probar si las teorías, hipótesis o modelos existentes pueden predecir resultados que aún no se han observado. Las replicaciones exitosas aumentan la confianza en esos modelos, las replicaciones fallidas disminuyen la confianza y estimulan la innovación teórica para mejorar o descartar el modelo. Esto no implica que la magnitud del cambio de creencias sea simétrica para los "éxitos" y los "fracasos". La evidencia previa y existente informa hasta qué punto los resultados de la replicación alteran las creencias. Sin embargo, como compromiso teórico, la replicación implica un compromiso previo de tomar en serio todos los resultados.

Debido a que la replicación se define en base a expectativas teóricas, no todos estarán de acuerdo en que un estudio es una replicación de otro. Además, no siempre es posible comprometerse previamente con el diagnóstico de un estudio como una réplica, a menudo por la sencilla razón de que ya se conocen los resultados del estudio. Decidir si los estudios son réplicas después de observar los resultados puede aprovechar los sesgos de razonamiento post hoc para descartar los "fracasos" como no réplicas y los "éxitos" como pruebas de diagnóstico de las afirmaciones, o al revés si el observador desea desacreditar las afirmaciones. Esto puede retrasar de manera improductiva el progreso de la investigación al descartar las pruebas contrarias a la replicación. Al mismo tiempo, las réplicas pueden no cumplir con sus objetivos de diagnóstico previstos debido a un error o mal funcionamiento en el procedimiento que solo es identificable después del hecho. Cuando existe incertidumbre sobre el estado de las afirmaciones y la calidad de los métodos, no hay una solución fácil para distinguir entre el razonamiento motivado y el basado en principios sobre la evidencia. La solución más eficaz de la ciencia es replicar, de nuevo.

En el mejor de los casos, la ciencia minimiza el impacto de los compromisos ideológicos y los sesgos de razonamiento al ser una empresa social abierta. Para lograrlo, los investigadores deben ser recompensados ​​por articular sus teorías de manera clara y a priori, de modo que puedan ser confrontados productivamente con la evidencia [4,6]. Las mejores teorías son aquellas que dejan en claro cómo pueden ser respaldadas y desafiadas por la replicación. La replicación repetida es a menudo necesaria para resolver la confianza en una afirmación e, invariablemente, los investigadores tendrán mucho sobre qué discutir incluso cuando la replicación y el compromiso previo sean prácticas normativas.


Mecanismo de replicación (básico)

Al conocer la estructura del ADN, los científicos especularon y luego demostraron que el ADN es la plantilla para copiar el código genético. Vea cómo se copia la información del ADN para crear nuevas moléculas de ADN.

Duración: 1 minuto, 5 segundos

Usando la animación por computadora basada en la investigación molecular, ahora podemos ver cómo está realmente el ADN. Usando la animación por computadora basada en la investigación molecular, ahora podemos ver cómo se copia realmente el ADN en las células vivas. Estás viendo una línea de ensamblaje de asombrosas máquinas bioquímicas en miniatura que están separando la doble hélice del ADN y produciendo una copia de cada hebra. El ADN que se va a copiar ingresa a la línea de producción desde la parte inferior izquierda. La máquina molecular azul giratoria se llama helicasa. Hace girar el ADN tan rápido como un motor a reacción mientras desenrolla la doble hélice en dos hebras. Una hebra se copia continuamente y se puede ver enrollando hacia la derecha. Las cosas no son tan simples para el otro capítulo porque debe copiarse al revés. Se dibuja repetidamente en bucles y se copia una sección a la vez. El resultado final son dos nuevas moléculas de ADN.

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5.5: Replicación del ADN - Biología

Durante la división celular, cada nueva célula o célula hija debe tener el mismo número de cromosomas que la célula madre. Por lo tanto, cuando una célula se divide, los cromosomas se dividen longitudinalmente y cada mitad entra en la nueva célula, lo que garantiza que haya el mismo número en la nueva célula y la célula madre.

Los cromosomas están formados por ADN, por lo que para que los cromosomas puedan hacer copias exactas de sí mismos, también debe hacerlo el ADN. Si esto no fuera posible, las nuevas células no tendrían toda la información genética correcta que necesitan (recuerde que un gen es una pequeña sección de ADN).

La replicación del ADN es un proceso complicado que involucra enzimas y proteínas contenidas dentro de la célula. Los detalles de este proceso están más allá del alcance de los GCSE, por lo que se proporciona un resumen de los pasos principales para brindar una descripción general simplificada del proceso.

  1. La molécula de ADN se desenrolla por la acción de una enzima que forma los enlaces de hidrógeno que mantienen unidos los pares de bases.
  2. Las proteínas pequeñas se unen a cada lado para mantener las dos hebras separadas.
  3. Los nuevos nucleótidos, que están presentes en el núcleo de la célula, se alinean a lo largo de cada hebra de ADN siguiendo las reglas del par de bases.
    A se alinea junto a T
    C se alinea junto a G
  4. Los nucleótidos se unen para formar dos nuevas moléculas de ADN, y cada una es una copia idéntica del ADN de la célula madre. Las moléculas de ADN se enrollan automáticamente en forma de doble hélice.

Como el ADN es una molécula tan larga, el proceso de replicación comienza en múltiples ubicaciones a lo largo de la molécula.


Resumen y conclusión

Con suerte, esta información no le hizo dar vueltas a la cabeza. Si lo hizo, a continuación encontrará un breve resumen. Ambas moléculas contienen un esqueleto de fosfato y están formadas por nucleótidos. El ADN transporta toda la información necesaria para la replicación del ADN y transferir nueva información a nuevas células. Esta información también es necesaria para producir proteínas que el cuerpo necesita para diversos fines, incluida la regulación de la replicación del ADN. El ARN se transcribe del ADN para producir estas proteínas (el dogma central, Figura 1). El ARN se transcribe y procesa dentro del núcleo, luego se mueve a través de los poros nucleares para la traducción de proteínas en el citoplasma. En este sentido, el ADN y el ARN son los socios perfectos en el crimen. Lo que el ADN no puede hacer, el ARN puede y lo que el ADN puede hacer, el ARN no puede. El resultado de esta asociación perfecta es que el ARN monocatenario puede obtenerse a partir del ADN bicatenario. El ADN confinado al núcleo puede enviar su mensaje al resto de la célula con la ayuda del ARN, que se mueve libremente a través de la célula. Los "peligros" que enfrenta el ARN significan que podría o necesita ser recreado y destruido continuamente, el ADN proporciona la plataforma para el renacimiento de esta molécula. Según todos los informes, el ADN y el ARN difieren en la cantidad justa, mientras que también son similares y, con suerte, este punto se dejó bastante claro aquí.

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1 pensamiento en & ldquo¿Cuáles son las similitudes entre el ADN y el ARN?

Esta es una discusión muy clara y efectiva, especialmente para un novato relativo (tuyo de verdad).
Tengo una comprensión más clara del significado relativo que encuentro esclarecedor y emocionante.
En mi caso (acercándome a los 80 años), el proceso de trampolín de su aclaración lo convierte en una revelación reveladora. ¡Amo estas cosas! Quiero que mis nietos experimenten su explicación esclarecedora.

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Ver el vídeo: 59- Biología celular. La replicación del ADN (Agosto 2022).