¿Cómo la polimerasa del ADN previene las mutaciones?

Las mutaciones son cambios permanentes de la secuencia de nucleótidos de un organismo en particular. Pueden surgir debido a los errores de replicación del ADN o mutágenos externos. El efecto de una mutación puede ser beneficioso o perjudicial para la célula. Sin embargo, las células se someten a diversos tipos de mecanismos para prevenir mutaciones. La ADN polimerasa, que es la enzima involucrada en la replicación del ADN, está equipada con varios mecanismos para prevenir errores durante la replicación del ADN. Durante la replicación del ADN, las bases mal pareadas son reemplazadas por corrección de pruebas. Inmediatamente después de la replicación del ADN, las bases mal pareadas restantes se reemplazan por reparación de desajustes dirigida. Además, las mutaciones causadas por factores externos se reparan mediante varios mecanismos, como la reparación por escisión, la inversión química y la reparación de rotura de doble hebra. Si el daño es reversible, la célula se somete a apoptosis para evitar pasar el ADN defectuoso a la descendencia..

Áreas clave cubiertas

1. Que es una mutacion
      - Definición, Tipos, Causas
2. ¿Cómo la polimerasa del ADN previene las mutaciones?
     - Corrección de errores, reparación de desajustes dirigida por hebra

Términos clave: ADN polimerasa, reparación de desajustes dirigida por hebra, proteínas mut, mutación, corrección de pruebas

Que es una mutacion

Una mutación se refiere a un cambio permanente y hereditario en la secuencia de nucleótidos del genoma. Las mutaciones pueden surgir debido a los errores de la replicación del ADN o factores externos conocidos como mutágenos. Las tres formas de mutaciones son mutaciones puntuales, mutaciones de cambio de marco y mutaciones cromosómicas.

Mutaciones puntuales

Las mutaciones puntuales son sustituciones de un solo nucleótido. Los tres tipos de mutaciones puntuales son: sin sentido, sin sentido y mutaciones silenciosas. Mutación de Missense altera un solo codón del gen, alterando el aminoácido en la cadena polipeptídica. Aunque mutaciones sin sentido alteran la secuencia de codones, no alteran la secuencia de aminoácidos. Mutaciones silenciosas alterar un solo codón a otro codón que represente el mismo aminoácido. Las mutaciones puntuales son causadas por errores en la replicación del ADN y por mutágenos. Se muestran diferentes tipos de mutaciones puntuales en Figura 1.

Figura 1: Mutaciones puntuales

Mutaciones de cambio de marco

Las mutaciones de desplazamiento de marco son inserciones o deleciones de uno o varios nucleótidos del genoma. Las inserciones, eliminaciones y duplicaciones son los tres tipos de mutaciones de cambio de marco. Inserciones son la adición de uno o varios nucleótidos a la secuencia mientras supresiones Son la eliminación de varios nucleótidos de la secuencia.. Duplicaciones Son la repetición de varios nucleótidos. Las mutaciones de desplazamiento de marco también son causadas por errores en la replicación del ADN y por mutágenos..

Mutaciones cromosómicas

Las mutaciones cromosómicas son alteraciones de segmentos de cromosomas. Los tipos de mutaciones cromosómicas son translocaciones, duplicaciones de genes, deleciones intracromosómicas, inversiones y pérdida de heterocigosidad. Las translocaciones son los intercambios de partes de cromosomas entre cromosomas no homólogos. En la duplicación de genes, pueden aparecer múltiples copias de un alelo en particular, lo que aumenta la dosis del gen. Las extracciones de segmentos de cromosomas se conocen como deleciones intracromosómicas.. Las inversiones cambian la orientación de un segmento cromosómico. La heterocigosidad de un gen se puede perder debido a la pérdida de un alelo en un cromosoma por eliminación o recombinación genética. Las mutaciones cromosómicas son causadas principalmente por mutágenos externos y por daños mecánicos al ADN..

¿Cómo la polimerasa del ADN previene las mutaciones?

La ADN polimerasa es la enzima responsable de la adición de bases de nucleótidos a la cadena en crecimiento durante la replicación del ADN. Dado que la secuencia de nucleótidos de un genoma determina el desarrollo y el funcionamiento de un organismo en particular, es vital sintetizar la réplica exacta del genoma existente durante la replicación del ADN. En general, la ADN polimerasa mantiene una alta fidelidad durante la replicación del ADN, incorporando solo un solo nucleótido no coincidente por cada 10⁹ nucleótidos añadidos. Por lo tanto, si se produce un emparejamiento incorrecto entre las bases nitrogenadas además de los pares de bases complementarios estándar, la ADN polimerasa agrega ese nucleótido a la cadena en crecimiento, lo que produce una mutación frecuente. Los errores de la replicación del ADN se corrigen mediante dos mecanismos conocidos como corrección de pruebas y reparación de desajustes dirigida por cadenas..

Corrección de pruebas

La revisión se refiere a un mecanismo inicial para corregir los pares de bases mal apareados de la cadena de ADN en crecimiento, y se realiza mediante la ADN polimerasa. La ADN polimerasa realiza la revisión en dos pasos. La primera revisión se produce justo antes de la adición de un nuevo nucleótido a la cadena en crecimiento. La afinidad de los nucleótidos correctos por la ADN polimerasa es muchas veces mayor que la de los nucleótidos incorrectos. Sin embargo, la enzima debe sufrir un cambio de conformación justo después de que el nucleótido entrante se una a la plantilla a través de enlaces de hidrógeno pero, antes de la unión del pacto del nucleótido a la cadena en crecimiento por la acción de la ADN polimerasa. Los nucleótidos emparejados incorrectamente en base son propensos a disociarse de la plantilla durante el cambio conformacional de la ADN polimerasa. Por lo tanto, el paso permite que la ADN polimerasa "controle dos veces" el nucleótido antes de agregarlo a la hebra en crecimiento de forma permanente. El mecanismo de corrección de prueba de ADN polimerasa se muestra en Figura 2.

Figura 2: Revisión

El segundo paso de revisión se conoce como revisión exonucleolítica. Ocurre inmediatamente después de la incorporación de un nucleótido no coincidente en la cadena en crecimiento en un caso raro. La ADN polimerasa es incapaz de agregar el segundo nucleótido junto al nucleótido no coincidente. Un sitio catalítico separado de la ADN polimerasa conocido como 3 'a 5' corrigiendo exonucleasa Digiere los nucleótidos mal pareados de la cadena en crecimiento..

Reparación de desajustes en el hilo

A pesar de los mecanismos de corrección de pruebas, la ADN polimerasa aún puede incorporar nucleótidos incorrectos a la cadena en crecimiento durante la replicación del ADN. Los errores de replicación que se han escapado de la revisión se eliminan mediante la reparación de desajustes dirigida por cadena. Este sistema detecta el potencial de distorsión en la hélice de ADN que se debe a pares de bases que no coinciden. Sin embargo, el sistema de reparación debe identificar la base incorrecta de la base existente antes de reemplazar la falta de coincidencia. Generalmente, E. coli depende del sistema de metilación del ADN para reconocer la antigua hebra de ADN en la doble hélice, ya que la hebra recién sintetizada puede no experimentar la metilación del ADN pronto. En E. coli, El residuo A del GATC es metilado. La fidelidad de la replicación del ADN aumenta en un factor adicional de 10² Debido a la acción del sistema de reparación de desajuste dirigido por cadena. Las vías de reparación del ADN no coinciden en eucariotas, bacterias y E. coli se muestran en figura 3.

Figura 3: Reparación de desajustes del ADN en eucariotas, bacterias y E. coli

En la reparación de desajustes dirigida a la cadena, tres proteínas complejas se mueven a través de la cadena de ADN recién sintetizada. La primera proteína conocida como MutS detecta y se une a las distorsiones en la doble hélice del ADN. La segunda proteína conocida como MutL detecta y se une a la MutS, atrayendo la tercera proteína conocida como MutH que distingue la cadena no metilada o la recién sintetizada. Tras la unión, el MutH corta la cadena de ADN no metilado inmediatamente corriente arriba al residuo G en la secuencia GATC. Una exonucleasa es responsable de la degradación de la cadena hacia abajo para el desajuste. Sin embargo, este sistema degrada las regiones menos de 10 nucleótidos que son fácilmente re-sintetizados por la ADN polimerasa 1. Las proteínas Mut de los eucariotas son homólogas a la de E. coli.

Conclusión

Las mutaciones son alteraciones permanentes de la secuencia de nucleótidos del genoma que pueden surgir debido a los errores en la replicación del ADN o debido al efecto de mutágenos externos. Los errores de la replicación del ADN se pueden corregir mediante dos mecanismos conocidos como corrección de pruebas y reparación de desajustes dirigida por cadenas. La corrección se lleva a cabo por la propia ADN polimerasa durante la síntesis de ADN. La reparación de desajustes dirigida a la cadena se lleva a cabo por las proteínas Mut justo después de la replicación del ADN. Sin embargo, estos mecanismos de reparación están involucrados en el mantenimiento de la integridad del genoma..

Referencia:

1. Alberts, Bruce. “Mecanismos de replicación del ADN”. Biología molecular de la célula. 4ª edición, Biblioteca Nacional de Medicina de los Estados Unidos, 1 de enero de 1970, disponible aquí.
2. Brown, Terence A. "Mutación, reparación y recombinación". Genomas. 2ª edición, Biblioteca Nacional de Medicina de los Estados Unidos, 1 de enero de 1970, disponible aquí.

Imagen de cortesía:

1. “Diferentes tipos de mutaciones” por Jonsta247 - Este archivo se derivó de: Point mutations-en.png (GFDL) a través de Commons Wikimedia
2. "ADN polimerasa" Por I, Madprime (CC BY-SA 3.0) a través de Commons Wikimedia
3. "Reparación de desajuste de ADN" Por Kenji Fukui - (CC BY 3.0) a través de Commons Wikimedia