Temas Selectos de Biología Molecular “Animales transgénicos: técnicas de obtención y ejemplos de aplicaciones prácticas”

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Los cromosomas como la unidad de empaquetamiento de DNA

El DNA debe estar sumamente compactado para caber dentro del núcleo celular, para lograr esto, el DNA se asocia a otras proteínas para formar la cromatina. En una primera fase, la doble hélice de DNA se une a proteínas denominadas histonas (complejo proteico compuesto por dos moléculas de cada una de las cuatro subunidades H2A, H2B, H3 y H4), un segmento de 146 pb de DNA se enrolla alrededor de una histona, constituyendo de esta manera un nucleosoma [Fig de Histonas] (Bolsover et al, 2004).

El genoma

El genoma, se puede definir como el conjunto de material genético almacenado en el DNA de un organismo, el cual contiene la información de todas las proteínas y moléculas de RNA que va a sintetizar cada organismo (Alberts et al, 2010; Chandar & Viselli, 2011).

Es bien sabido que cada célula tiene cierto tiempo de vida, por lo cual debe transmitir la información a las células que desciendan de ella, este proceso se logra por un mecanismo de replicación, el cual puede explicarse por la complementariedad que existe entre las bases nitrogenadas, gracias a esto, una secuencia de nucleótidos sirve como molde o patrón para la síntesis de una cadena complementaria (Alberts et al, 2010).

Replicación del DNA

El DNA porta la información genética codificada en la secuencia de las cuatro bases, esta información debe transferirse a las células hijas, para lograr este objetivo, durante la replicación o duplicación del DNA que se lleva a cabo durante la fase S del ciclo celular [Fig. de ciclo celular], para poder llevarse a cabo, es necesario que la doble hélice se abra, para que de esta manera, cada cadena sencilla sirva de molde para la síntesis de la cadena complementaria (Bolsover et al, 2004; Chandar & Viselli, 2011).

Una característica de la replicación del DNA es que se trata de un proceso semiconservador, es decir, cuando el DNA se replica durante la división celular, una hebra del DNA original se distribuye a una hebra recién sintetizada con una orientación antiparalela para formar la doble hélice. Como la información genética en ambas hebras es similar, al final del proceso cada cadena hija tiene una hebra de DNA nuevo y otra de DNA viejo, por lo que se dice que es un proceso semiconservador (Chandar & Viselli, 2011).

La replicación del DNA es bidireccional y tiene varios orígenes de replicación, para poder completarse al final de la fase S del ciclo celular, a medida que la replicación se acerca a término, las “burbujas” de nuevo DNA replicado se van juntando y se forman nuevas moléculas (Chandar & Viselli, 2011).

Una característica importante de la replicación del DNA, es que necesita fragmentos cortos de RNA que sirvan de molde para iniciar el proceso, los cuales son complementarios y antiparalelos a la plantilla de DNA, y son sintetizados por la DNA-primasa (Chandar & Viselli, 2011).

El alargamiento de la hebra de DNA es llevado a cabo por DNA polimerasas mediante la adición de nucleótidos al extremo 3´de la cadena en crecimiento. La secuencia de esta adición está dada por la secuencia de las bases de la cadena molde con la que se emparejan los nucleótidos recién incorporados (Chandar & Viselli, 2011).

Cada hebra nueva de DNA siempre se sintetiza en dirección 5’ a 3’. Ya que las dos hebras del DNA son antiparalelas, la hebra que se copia se lee desde el extremo 3’ a 5’ (Chandar & Viselli, 2011).

Enzimas involucradas en la síntesis/replicación de DNA

DNA-polimerasas: Existen varios tipos de DNA polimerasas involucrasas en la replicación del DNA, pero cada una posee actividades diferentes, pero a grandes rasgos, cada una funciona como un complejo para iniciar la síntesis de DNA (Chandar & Viselli, 2011).

DNA-helicasas: Son las enzimas necesarias para desenrollar segmentos cortos de la doble hélice de DNA original, se encarga de separar los enlaces de hidrógeno que unen a las bases nitrogenadas, por lo que es un proceso dependiente de ATP (Chandar & Viselli, 2011).

DNA-primasas: Inician la síntesis de los fragmentos cebadores de RNA para iniciar la síntesis de DNA (Chandar & Viselli, 2011).

DNA-ligasas: Cataliza el cierre de las muescas que permanecen en el DNA después que la DNA polimerasa llena los espacios dejados por los fragmentos de RNA cebadores. Se encarga de crear el último enlace fosfodiéster entre los nucleótidos adyacentes en una hebra de DNA (Chandar & Viselli, 2011).

Topoisomerasas: El DNA tiene menos giros dextrógiros de los esperados según el número de pares de bases, lo que permite que el desenrollamiento de la doble hélice durante la replicación y transcripción sea más sencillo. Sin embargo, a medida que la horquilla de replicación se mueve a lo largo de la hélice, la rotación de las hebras una alrededor de la otra hace que el DNA se enrolle excesivamente (Chandar & Viselli, 2011).

Este retorcimiento exagerado del DNA es retirado por las topoisomerasas, al inducir muescas monocatenarias reversibles en el DNA. El primer paso es escindir el enlace fosfodiéster de una o ambas hebras, después el DNA rota en torno a su eje y finalmente la enzima cierra la muesca (Chandar & Viselli, 2011).

Existen dos formas de topoisomerasas:

Topoisomerasa I: Cataliza el rompimiento en una sóla hebra del DNA bicatenario, lo que permite el desenrollamiento de la hebra rota, y después vuelve a unir los extremos rotos al catalizar la formación de nuevos enlaces fosfodiéster (Chandar & Viselli, 2011).

Topoisomerasa II: Cataliza el rompimiento en ambas hebras del DNA bicatenario, lo que permite que ambas hebras se desenrollen, y después cataliza la formación de nuevos enlaces fosfodiéster (Chandar & Viselli, 2011).

Telomerasa: Es una enzima que ayuda a mantener el telómero (secuencia repetitiva y protectora del DNA, asociado a proteínas en el extremo de un cromosoma, y se va recortando con cada división celular)(Chandar & Viselli, 2011).

La telomerasa es una DNA-polimerasa que utiliza RNA como molde, y añade repeticiones TTAGG a los extremos de los cromosomas, para que la DNA polimerasa complete la secuencia establecida (Chandar & Viselli, 2011).

Estructura de los genes

La secuencia lineal mínima de los ácidos nucleicos genómicos que codifican las proteínas y