La ADN Polimerasa

Proteína

ADN POLIMERASA

Por Lucía Olalla1ºD

Comencemos!

ÍNDICE

¿Qué podemos aprender en esta presentación?

¿Qué es?

Aplicaciones biotecnológicas

Descubrimiento

Patologías asociadas

¿Qué tipos conocemos?

Datos curiosos

Su tamaño y cantidad

Conclusión

Dirección de síntesis

Referencias

¿Adn POLIMERASA?

Es una enzima esencial en la replicación del ADN, ya que es responsable de sintetizar una nueva cadena de ADN a partir de una cadena molde, asegurando que la información genética se duplique con precisión durante la división celular. Existen varias clases de ADN polimerasas en organismos tanto procariotas como eucariotas, cada una con funciones especializadas en la replicación y reparación del ADN.

¿CÓMO SE DESCUBRE?

En esta linea del tiempo lo descubriremos...

1953

Estructura del adn

James Watson y Francis Crick

1956

premio nobel

Descubrimiento de la ADN polimerasa

1955

Inicio de la investigación

Arthur Kornberg

Tipos de adn polimerasa

Dependiendo del tipo de célula encontraremos distintas ADN polimeras

Video

Eucariotas

Bacterias

+ INFO

+ INFO

+ INFO

Tamaño y cantidad

El tamaño de una ADN polimerasa se refiere a la cantidad de aminoácidos que componen su estructura proteica, y varía dependiendo del tipo de polimerasa.

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Dirección de síntesis

La dirección de síntesis del ADN, junto con la necesidad de un cebador, la capacidad de corrección de errores y el rol en la reparación del ADN son aspectos esenciales para entender cómo las ADN polimerasas logran replicar y mantener la integridad del material genético. Las ADN polimerasas solo pueden sintetizar ADN en una dirección, que es 5' a 3'. Esto significa que los nuevos nucleótidos se agregan al extremo 3'-OH de la cadena de ADN en crecimiento.

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Implicaciones en la replicación:El hecho de que la síntesis del ADN solo ocurra en una dirección tiene consecuencias importantes para la replicación del ADN, que ocurre de manera semiconservadora en dos cadenas antiparalelas

Cebador (primer): Las ADN polimerasas no pueden comenzar la síntesis de una cadena de ADN desde cero; requieren un cebador o primer con un extremo 3'-OH libre al que puedan agregar nucleótidos.

Corrección de errores (proofreading):La fidelidad de la replicación del ADN es crítica para mantener la estabilidad genética, y muchas ADN polimerasas tienen una función de corrección de errores (también conocida como proofreading) que les permite eliminar nucleótidos incorrectos que hayan sido incorporados por error.

Contribución a la estabilidad genética: Las polimerasas no solo replican el ADN, sino que también aseguran su integridad a lo largo del tiempo. En particular, aquellas involucradas en la reparación del ADN son esenciales para prevenir mutaciones que, si no se corrigen, pueden llevar a enfermedades como el cáncer o a fallos en la función celular.

Aplicaciones biotecnológicas

Existe una amplia gama de ellas, y algunas de ellas son las siguientes:

Reparación del ADN in vitro

Secuenciación del ADN

Clonación molecular

Reacción en Cadena de la Polimerasa (PCR)

APLICACIONES

APLICACIONES

APLICACIONES

APLICACIONES

PATOLOGÍAS ASOCIADAS A ELLA

Las ADN polimerasas desempeñan un papel fundamental en la replicación, reparación y mantenimiento del ADN, por lo que cualquier defecto en su función puede dar lugar a diversas patologías asociadas a errores en la replicación o reparación del ADN. Las consecuencias de tales fallas pueden manifestarse en mutaciones genéticas, predisposición a cánceres, envejecimiento prematuro, enfermedades neurodegenerativas, enfermedades mitocondriales o trastornos como el síndrome de Werner y el xeroderma pigmentoso, entre otros.

Datos curiosos

¿Quieres saber más?

Encimas termoestables

Función en la evolución

Estructura única

En Conclusión...

La ADN polimerasa es una enzima esencial para la vida, ya que permite la replicación y reparación del ADN, manteniendo la estabilidad genética y el correcto funcionamiento celular. Su estudio ha sido fundamental para entender no solo su rol en procesos celulares, sino también su impacto en la salud humana.

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REFERENCIAS

https://pubmed.ncbi.nlm.nih.gov/33659943/https://www.sciencedirect.com/ https://www.nature.com/articles/newbio241069a0 https://repositorioinstitucional.buap.mx/items/fe6179a6-86b7-4902-93b9-13c5de8ef04c https://es.khanacademy.org/science/ap-biology/gene-expression-and-regulation/replication/a/molecular-mechanism-of-dna-replication https://nebula.org/blog/es/adn-polimerasa/#:~:text=Las%20ADN%20polimerasas%20son%20enzimas,hijas%20de%20generaci%C3%B3n%20en%20generaci%C3%B3n. https://es.wikipedia.org/wiki/ADN_polimerasa

Gracias

Espero que haya resultado útil y entretenido.

1. ADN polimerasa I: Involucrada en la reparación del ADN y en la eliminación de los cebadores de ARN.2. ADN polimerasa III: Principal enzima encargada de la replicación del ADN bacteriano.3. ADN polimerasa II, IV y V: Participan principalmente en la reparación del ADN y en la respuesta a daños en el ADN.

El cebador es una breve secuencia de ARN sintetizada por la enzima primasa. Este pequeño fragmento de ARN proporciona el extremo 3'-OH necesario para que la ADN polimerasa pueda comenzar a añadir nucleótidos. En la cadena adelantada, solo es necesario un cebador al inicio de la síntesis, mientras que, en la cadena retardada, cada fragmento de Okazaki requiere su propio cebador para iniciar su formación. Eliminación del cebador Una vez que los fragmentos de ADN han sido sintetizados, los cebadores de ARN deben ser removidos. En bacterias, esto lo hace la ADN polimerasa I, que también rellena los huecos con ADN. En eucariotas, el proceso es más complejo y requiere otras enzimas como endonucleasas para eliminar los cebadores.

Es más...

Existen diversos tipos especializados de ADN polimerasa, algunos de los cuales participan en la replicación y otros en la reparación del ADN, previniendo mutaciones y enfermedades. Además, ha impulsado avances biotecnológicos, como la PCR y la secuenciación de ADN, que revolucionaron la ciencia y la medicina. Sin embargo, sus disfunciones están relacionadas con enfermedades genéticas graves, incluyendo cáncer y trastornos neurodegenerativos.

Reacción en Cadena de la Polimerasa

(PCR)

Una de las aplicaciones más conocidas y revolucionarias de las ADN polimerasas es la Reacción en Cadena de la Polimerasa (PCR), desarrollada por Kary Mullis en 1983. PCR es una técnica utilizada para amplificar regiones específicas de ADN, lo que la hace indispensable en genética, biología molecular, medicina y forense.

Kornberg descubrió la ADN polimerasa I, la primera enzima de este tipo, lo cual fue un avance crucial en biología molecular. Este descubrimiento proporcionó una base bioquímica para comprender la duplicación del ADN, esencial en la división celular y la transmisión genética. En 1959, Kornberg fue galardonado con el Premio Nobel de Fisiología o Medicina, compartido con Severo Ochoa, en reconocimiento a sus contribuciones en la síntesis de ácidos nucleicos y el desarrollo de métodos para sintetizar ADN en el laboratorio, fundamentales para la biotecnología y la ingeniería genética.

Si reproduces el siguiente video a partir del minuto 02:00 podrás descubrir cómo se realizó este experimento.

Secuenciación del ADN

La secuenciación del ADN permite determinar el orden exacto de los nucleótidos en una molécula de ADN. Las ADN polimerasas juegan un papel clave en muchos métodos de secuenciación, como la secuenciación por terminadores de cadena o la secuenciación de próxima generación (NGS).

La cantidad de ADN polimerasas varía según el tipo de célula y el estado en el que se encuentre (por ejemplo, si está en división activa o en reposo). Las ADN polimerasas involucradas en la replicación son abundantes durante la fase S del ciclo celular (cuando el ADN se replica), mientras que las que participan en la reparación pueden estar presentes en cantidades menores y aumentar en respuesta a daños en el ADN.

1. ADN polimerasa α: Participa en la síntesis inicial de la cadena de ADN, formando el primer fragmento de ADN. 2. ADN polimerasa δ: Principalmente responsable de la síntesis de la cadena retardada. 3. ADN polimerasa ε: Se encarga de la síntesis de la cadena adelantada. 4. ADN polimerasas β, γ, ζ y η: Participan en la reparación del ADN, en la replicación del ADN mitocondrial (γ), y en otros procesos de reparación.

El cebador es una breve secuencia de ARN sintetizada por la enzima primasa. Este pequeño fragmento de ARN proporciona el extremo 3'-OH necesario para que la ADN polimerasa pueda comenzar a añadir nucleótidos. En la cadena adelantada, solo es necesario un cebador al inicio de la síntesis, mientras que, en la cadena retardada, cada fragmento de Okazaki requiere su propio cebador para iniciar su formación. Eliminación del cebador Una vez que los fragmentos de ADN han sido sintetizados, los cebadores de ARN deben ser removidos. En bacterias, esto lo hace la ADN polimerasa I, que también rellena los huecos con ADN. En eucariotas, el proceso es más complejo y requiere otras enzimas como endonucleasas para eliminar los cebadores.

Reparación del ADN in vitro

Las ADN polimerasas se utilizan en técnicas de reparación del ADN in vitro, que permiten corregir daños en el ADN antes de realizar análisis o manipulación genética. En algunos casos, las ADN polimerasas pueden incorporar nucleótidos correctos en sitios dañados.

Arthur Kornberg emprendió la investigación sobre la síntesis del ADN y si este proceso podía replicarse en laboratorio. Para ello, utilizó extractos celulares de Escherichia coli junto con nucleótidos y otros componentes esenciales para la síntesis de ADN. Tras varios experimentos, Kornberg identificó una enzima capaz de copiar ADN in vitro, demostrando la existencia de una maquinaria molecular que permitía la replicación.

Antes del descubrimiento de la ADN polimerasa, ya se conocía la estructura del ADN gracias al modelo de doble hélice propuesto en 1953 por James Watson y Francis Crick, basado en los estudios de difracción de rayos X de Rosalind Franklin. No obstante, el mecanismo de replicación de esta molécula era desconocido.

Difracción por Rosalind Franklin

Su función general

El trabajo principal de la ADN polimerasa es agregar nucleótidos complementarios a la cadena de ADN molde durante la replicación. Además, muchas ADN polimerasas tienen actividad correctora ("proofreading") exonucleasa 3'→5', para evitar errores durante la replicación. Estas enzimas no pueden comenzar la síntesis de una nueva cadena de ADN desde cero, por lo que requieren un cebador (primer) que proporciona un extremo 3'-OH libre para agregar nuevos nucleótidos.

Clonación molecular

La ADN polimerasa también es crucial en técnicas de clonación molecular, donde se replica una secuencia de ADN para insertarla en un vector (como un plásmido) y posteriormente introducirla en una célula hospedadora para su amplificación o expresión.