DEPARTAMENTO DE BIOQUÍMICA Y BIOLOGÍA MOLECULAR

BIOLOGÍA MOLECULAR

Licenciatura en Quimica

Especialidad: Química Médica

Tema 4. reparación del DNA

1. Introducción

Variabilidad frente Estabilidad
Mecanismos que conducen a la estabilidad
- Precisión en la replicación
- Reparación de lesiones accidentales
Importancia de la estabilidad: un porcentaje apreciable de la capacidad codificante de bacterias y levaduras se dedica a codificar sistemas de reparación

2. Origen de las mutaciones

Errores en la replicación del DNA
Alteraciones espontáneas
- Ataques hidrolíticos
- Daño oxidativo
- Metilaciones descontroladas
- Efectos más importantes: Depurinizaciones y Desaminaciones
Agentes físicos
- Radiación U.V: Dímeros de Timina
- Radación g: Rotura de la doble cadena del DNA

Agentes químicos (carcinógenos)
- Son compuestos con grupos electrófilos que reaccionan con O y N
- Modifican las bases nitrogenadas e inducen una incorporación incorrecta de nucleótidos durante la replicación
- Directos: cuando ellos mismos presentan grupos electrófilos
- Indirectos: Originalmente carecen de grupos electrófilos pero éstos se generan durante los procesos de detoxificación que tienen lugar en el hígado.

3. Reparación de los errores introducidos durante la replicación

La DNA polimerasa detecta el error antes de que éste abandone el enzima
Actuación de la actividad 3’-5’ exonucleasa para eliminar el nucleótido introducido de manera errónea
Tasa de errores de incorporación inicial de nucleótidos: 1/10.000
Tasa de error real durante la síntesis de las nuevas cadenas: 1/1.000.000.000

4. Reparación de alteraciones durante el resto del ciclo celular

Existen dos procesos principales
- Reparación por excisión de bases
- Reparación por excisión de nucleótidos
Mecanismo común:
- eliminación de los nucleótidos erróneos
- Restauración de la secuencia original por una DNA polimerasa que utiliza como molde la cadena no dañada
- Sellado de la rotura por la DNA ligasa
Reparación por excisión de bases
- Se localizan bases distintas a las 4 que componen el DNA
- DNA glicosilasas eliminan estas bases
- La AP endonucleasa rompe los enlaces fosfodiester de la desoxiribosa sin base unida
- DNA polimerasa añade el nucleótido eliminado
- Ligasa cierra el polinucleótido
Reparación por excisión de nucleótidos
- Repara casi cualquier daño que suponga un cambio grande en la estructura del DNA:

Reacción covalente de las bases con hidrocarburos (Ej. Benzopireno)
Dímeros de pirimidina (T-T; T-C; C-C), causados por la luz solar.

Un complejo multienzimático recorre el DNA en busca de distorsiones en la doble hélice.
Una vez localizadas, el esqueleto de fosfatos de la cadena afectada se corta a ambos lados de la región alterada.
Una helicasa elimina el oligonucleótido resultante de la digestión
El “hueco” (Gap) se rellena con una DNA polimerasa y una ligasa

5. Reparación de roturas de doble cadena

Origen de las roturas

Radiación ionizante
Agentes oxidantes
Erores en la replicación
Algunos productos derivados del metabolismo de la célula

Dos mecanismos evitan la rotura de los cromosomas:

Unión no homóloga de extremos
- Los extremos rotos se yuxtaponen y se ligan
- Generalmente supone la pérdida de uno o varios nucleótidos en el sitio de unión
- Mecanismo común en mamíferos
Unión homóloga de extremos (en células diploides)
- Se utiliza el otro cromosoma para reparar sin pérdida de nucleótidos
- Se utiliza un mecanismo relacionado con los procesos de recombinación de DNA (Tema 5)
- Si el daño ocurre después de la replicación del DNA pero antes de la mitosis, puede utilizarse la cromátida hermana para proceder a la reparación
- Ocurre en humanos, pero es mucho más frecuente en Drosophila, Levaduras y en Bacterias.

6. Sistemas de reparación inducibles

Las células tienen mecanismos para aumentar los niveles de enzimas de reparación del DNA en respuesta a daños severos en el DNA
Ejemplo: Sistema SOS de bacterias
- En respuesta a una parada durante la replicación del DNA como consecuencia de daños en el mismo, se induce la expresión de más de 15 genes, muchos de ellos implicados en reparación
- Se aumenta la supervivencia de las células
- Se induce una alta tasa de mutaciones

7. El Daño en el DNA retrasa la progresión del ciclo celular

El ciclo celular se retrasa hasta que la reparación es completa
- Ejemplo: Sul A de E. coli

En eucariotas superiores se inducen sistemas de “suicidio celular” cuando los daños en el DNA son demasiado severos.
- Proteína P53

BIOLOGÍA MOLECULAR

Licenciatura en Quimica

Especialidad: Química Médica

Tema 4. reparación del DNA

1. Introducción

Variabilidad frente Estabilidad

Mecanismos que conducen a la estabilidad

Precisión en la replicación

Reparación de lesiones accidentales

Importancia de la estabilidad: un porcentaje apreciable de la capacidad codificante de bacterias y levaduras se dedica a codificar sistemas de reparación

2. Origen de las mutaciones

Errores en la replicación del DNA

Alteraciones espontáneas

Ataques hidrolíticos

Daño oxidativo

Metilaciones descontroladas

Efectos más importantes: Depurinizaciones y Desaminaciones

Agentes físicos

Radiación U.V: Dímeros de Timina

Radación g: Rotura de la doble cadena del DNA

Agentes químicos (carcinógenos)

Son compuestos con grupos electrófilos que reaccionan con O y N

Modifican las bases nitrogenadas e inducen una incorporación incorrecta de nucleótidos durante la replicación

Directos: cuando ellos mismos presentan grupos electrófilos

Indirectos: Originalmente carecen de grupos electrófilos pero éstos se generan durante los procesos de detoxificación que tienen lugar en el hígado.

3. Reparación de los errores introducidos durante la replicación

La DNA polimerasa detecta el error antes de que éste abandone el enzima

Actuación de la actividad 3’-5’ exonucleasa para eliminar el nucleótido introducido de manera errónea

Tasa de errores de incorporación inicial de nucleótidos: 1/10.000

Tasa de error real durante la síntesis de las nuevas cadenas: 1/1.000.000.000

4. Reparación de alteraciones durante el resto del ciclo celular

Existen dos procesos principales

Reparación por excisión de bases

Reparación por excisión de nucleótidos

Mecanismo común:

eliminación de los nucleótidos erróneos

Restauración de la secuencia original por una DNA polimerasa que utiliza como molde la cadena no dañada

Sellado de la rotura por la DNA ligasa

Reparación por excisión de bases

Se localizan bases distintas a las 4 que componen el DNA

DNA glicosilasas eliminan estas bases

La AP endonucleasa rompe los enlaces fosfodiester de la desoxiribosa sin base unida

DNA polimerasa añade el nucleótido eliminado

Ligasa cierra el polinucleótido

Reparación por excisión de nucleótidos

Repara casi cualquier daño que suponga un cambio grande en la estructura del DNA:

Reacción covalente de las bases con hidrocarburos (Ej. Benzopireno)

Dímeros de pirimidina (T-T; T-C; C-C), causados por la luz solar.

Un complejo multienzimático recorre el DNA en busca de distorsiones en la doble hélice.

Una vez localizadas, el esqueleto de fosfatos de la cadena afectada se corta a ambos lados de la región alterada.

Una helicasa elimina el oligonucleótido resultante de la digestión

El “hueco” (Gap) se rellena con una DNA polimerasa y una ligasa

5. Reparación de roturas de doble cadena

Origen de las roturas

Radiación ionizante

Agentes oxidantes

Erores en la replicación

Algunos productos derivados del metabolismo de la célula

Dos mecanismos evitan la rotura de los cromosomas:

Unión no homóloga de extremos

Los extremos rotos se yuxtaponen y se ligan

Generalmente supone la pérdida de uno o varios nucleótidos en el sitio de unión

Mecanismo común en mamíferos

Unión homóloga de extremos (en células diploides)

Se utiliza el otro cromosoma para reparar sin pérdida de nucleótidos

Se utiliza un mecanismo relacionado con los procesos de recombinación de DNA (Tema 5)

Si el daño ocurre después de la replicación del DNA pero antes de la mitosis, puede utilizarse la cromátida hermana para proceder a la reparación

Ocurre en humanos, pero es mucho más frecuente en Drosophila, Levaduras y en Bacterias.

6. Sistemas de reparación inducibles

Las células tienen mecanismos para aumentar los niveles de enzimas de reparación del DNA en respuesta a daños severos en el DNA

Ejemplo: Sistema SOS de bacterias

En respuesta a una parada durante la replicación del DNA como consecuencia de daños en el mismo, se induce la expresión de más de 15 genes, muchos de ellos implicados en reparación

Se aumenta la supervivencia de las células

Se induce una alta tasa de mutaciones

7. El Daño en el DNA retrasa la progresión del ciclo celular

El ciclo celular se retrasa hasta que la reparación es completa

Ejemplo: Sul A de E. coli

En eucariotas superiores se inducen sistemas de “suicidio celular” cuando los daños en el DNA son demasiado severos.

Proteína P53