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FUNCIÓN AUTOCATALÍTICA DEL DNA
La función autocatalítica asi se denomina no porque el DNA ejerza autocatálisis, la denominación por el contrario, tiene cierto valor heurístico y se refiere a la función que el DNA ejerce sobre sí mismo, naturalmente mediada por enzimas celulares específicadas por el DNA mismo. Un entendimiento de la función autocatalítica del DNA empieza a emerger con gran magnificiencia.
Las funciones autocatáliticas son:REPLICACIÓN
De manera independiente a que una célula tenga un solo cromosoma
(como las células procarióticas) o que tenga varios
cromosomas (como las células de organismos eucarióticos),
el genoma completo debe ser replicado con precisión una vez
en cada ciclo celular.
Las células efectúan y regulan actos
individuales de replicación con una unidad de DNA llamada
el replicón. Cada replicón tiene un origen y una terminación;
en células eucarióticas el replicón "se
dispara" una vez en cada ciclo y en células procarióticas
puede disparase más de una vez entre división y división.
El evento de replicación se regula en la iniciación
y la reacción tiene procesividad total, es decir, una vez
que la replicación se ha iniciado continúa hasta que
todo el replicón se ha replicado a nivel de replicón,
y hasta que todo el genoma se haya replicado a nivel celular.
Las reglas simples que sirven para entender los eventos que ocurren en la replicación son las siguientes:
Figura 1. Origenes de la replicación.
Figura 2. orquilla de Replicación.
Figura 3. Replicación semiconservativa.
REPARACIÓN
El DNA celular está constantemente expuesto a agentes
medioambientales que le causan daño (los agentes físicos
tales como la radiación y los agentes químicos del
medio ambiente y los radicales libres, altamente reactivos producidos
en el metabolismo corporal). Se reconoce también el daño
de origen espontáneo (para distinguirlo del daño de
origen medioambiental), pero los cambios químicos en el DNA
que ocurren espontáneamente son indistinguibles de los cambios
químicos en el DNA que ocurren por mediación de agentes
medioambientales conocidos. Espontáneo puede indicar que
no se conoce el agente medioambiental responsable del daño.
Se estima que cada célula humana pierde diariamente más
de 10000 bases por deterioro espontáneo del DNA a temperatura
corporal. Las células replican su DNA con una cierta probabilidad
de error.
Se define daño al DNA como cualquier cambio que introduce una desviación de la estructura ortodoxa de la doble hélice. En esta categoría se incluyen:
Los daños mencionados hasta ahora deben considerarse como daños directos a la estructura del DNA. También ocurren daños indirectos, en los que se perturba el proceso de la replicación y otras fisiologías normales del DNA, es decir se perturba la propia actividad autocatalítica y la actividad heterocatalítica.
La fuente principal del daño durante el metabolismo normal del DNA es, probablemente, el mal pareamiento de las bases durante la replicación del DNA. La diferencia en energía libre para el pareamiento de un par de bases complementarias con respecto al pareamiento de un par de bases no complementarias es tan solo de 2-3kcal/mol (el equivalente de un puente de Hidrógeno), lo cual quiere decir que en ausencia de otros factores celulares la frecuencia potencial de error es muy grande y varía entre 1 y 10% por nucleótido). La maquinaria replicadora debe ejercitar varias actividades de edición y de corrección conduciendo al hecho de que In Vivo, la frecuencia de error es del orden de 10-11 por nucleótido. Alteraciones en la secuencia de nucleótidos durante diferentes formas de rearreglos del DNA, incluyendo la recombinación homóloga y la no homóloga, pueden generar errores y pueden ser una fuente de daño al DNA, aunque los mecanismos son pobremente entendidos.
Las células vivas presentan el siguiente espectro de respuestas al daño causado en el DNA:
La complementariedad de las dos cadenas del DNA implica que cada molécula dúplex de DNA tiene dos conjuntos completos de información genética, aunque están escritos en notación complementaria. La naturaleza utiliza la redundancia de las dos cadenas, para aumentar en gran medida la estabilidad del DNA como molécula química y como portadora de información. El principio de detección y corrección de error, basado en componentes redundantes, es bien conocido por diseñadores de máquinas complejas (por ejemplo computadoras y vehiculos espaciales), en las cuales la economía en la construcción no es tan importante como la confiabilidad en la operación.
Los pasos básicos de la reparación por excisión son simples y directos: se reconoce el daño, se rompe un enlace fosfodiéster adyacente al daño, se escinde la porción dañada junto con unos pocos nucleótidos vecinos y la parte escindida se resintetiza utilizando la banda complementaria (intacta) como molde y luego se lleva a cabo la reacción de la enzima ligasa.
RECOMBINACIÓN
Antes de la reproducción los organismos frecuentemente "barajan"
su información genética; los cromosomas "intercambian"
partes por medio de un proceso de recombinación que se está
empezando a entender a nivel químico.
La recombinación es ubicua y esto para el pensamiento Darwinista significa valor adaptativo, y valor adaptativo, para el estudioso de la biología, significa importancia. La recombinación es importante. Además, la recombinación es útil y ésto la hace importante para todo el mundo. Además de ser adaptativa, importante y útil, la recombinación es un reto intelectual bien definido desde principios de este siglo; si aun no se ha resuelto completamente se debe a que la recombinación es un problema químico que se ha estudiado por métodos genéticos, sin la posibilidad real de establecer un enfoque químico. Además, durante muchos años, los practicantes de la genética de microorganismos "confundían" recombinación con los procesos de transferencia de genes de un organismo a otro. Hoy en día la recombinación se define como la segregación de series de nucleotidos a lo largo de una molécula de ácido nucleico (lo cual produce deleciones, duplicaciones, inversiones, translocaciones), o de dos moléculas de ácido nucleico (lo cual produce recombinantes, en el sentido ortodoxo).
La recombinación ha sido estudiada principalmente en bacteriófagos y en hongos microscópicos. Los hongos se utilizan con mucha frecuencia en estudios de recombinación, porque estos organismos permiten la recuperación y el análisis de todos los productos de eventos individuales de recombinación meiótica.
La recombinación se puede discriminar en recombinación homóloga (el intercambio ocurre mediado por homología, entendida como identidad o casi identidad entre las secuencias a lo largo de las cuales ocurre la segregación de nucleótidos), y recombinación no-homóloga, es decir recombinación que ocurre entre secuencias de DNA que no son idénticas entre sí, y que pueden ser completamente diferentes en secuencia. En la recombinación homóloga se observa por una parte la conservación neta de material genético y por otra parte que los cromosomas recombinantes se producen en pares recíprocos.
La fenomenología de la recombinación puede ser entendida en forma simple; la recombinación resulta en la formación, en una célula diploide, de un cromosoma "nuevo" que deriva partes de su longitud tanto de un padre como del otro (Fígura 4). El intercambio puede ocurrir en cualquiera de muchos puntos (de hecho, excepto por unos pocos sitios calientes o sitios fríos que se han descrito en la literatura, se considera que la recombinación homóloga ocurre al azar, pero ésto es un aspecto de la recombinación que permanece sin prueba) sin embargo, se considera que ocurre en solo unos pocos puntos en cada meiosis.
Fígura 4. Recombinación Homologa.
Se puede pensar formalmente en tres mecanismos que explican la fenomenología de la recombinación:
El problema es que ninguna de las tres posibilidades
formales, para pensar acerca de la recombinación, explica
el fenómeno de conversión génica. La conversión
génica es la transferencia no recíproca de información
de un DNA dúplex a otro con resultados diferentes del entrecruzamiento.
En 1964, Robin Holliday propuso el modelo que se conoce como modelo
de Holliday o modelo del heterodúplex (Fígura 5).
Figura 5. Modelo de Holliday.
El modelo de Holliday predice que un intermediario en la recombinación es un heterodúplex (es decir una región de DNA de dos bandas en la cual cada banda tiene orígenes diferentes) y en caso de diferir los dos DNA, el uno del otro por, por ejemplo en una base (la mayor parte del heteroduplex es en tal caso una doble hélice perfecta), el heterodúplex presentará un sólo sitio representado por un solo nucleótido de mal apareamiento.
La importancia de la recombinación puede resultar del hecho de que la identidad de los cromosomas homólogos no es completa. Las diferencias entre cromosomas homólogos se deben principalmente a mutaciones, que se han acumulado a lo largo de la historia de la especie. Parte o aún todo un gene puede estar ausente de uno de los cromosomas o puede estar interrumpido por una secuencia extraña de DNA. La recombinación significa que en una célula germinal un cromosoma puede llevar cualquier combinación de las mutaciones portadas por los dos cromosomas parentales, no simplemente el uno o el otro. Por vía de la recombinación es posible producir un número enorme de combinaciones, es decir la recombinación aumenta enormemente el número de gametos diferentes que un organismo produce.
RECOMBINACIÓN
TRANSPOSICIONAL.
Está mediada por vectores llamados elementos transponibles
o transposones. Los transposones son secuencias de DNA que se pueden
mover de una localización genética a otra y han sido
estudiados intensamente en bacterias, pero se han encontrado en
muchos organismos eucarióticos, incluyendo el organismo humano.
Fueron conjeturados gracias a trabajos en genética de maíz
hechos por Barbara McClintock en las décadas de los 40 y
50, y por los que ella obtuvo tardíamente el premio Nobel
en 1982.
Figura. Mecanismo de Transposición.
