Roturas de doble hebra
En este capítulo, hemos aprendido mucho sobre qué tipo de cosas pueden suceder que alteren el ADN de una célula. Hemos aprendido sobre los mutágenos y las mutaciones o cambios en las secuencias de ADN que causan. También hemos aprendido que el ADN puede dañarse físicamente.
Como puedes imaginar, una de las peores cosas que le puede pasar al ADN es que se puede romper en pedazos. Esto a veces puede suceder debido a accidentes durante la replicación del ADN en nuestras células. Otra causa es la radiación ionizante, un tipo de radiación que puede romper los enlaces covalentes que forman la columna vertebral del ADN.
Si solo se rompe una de las dos hebras de una molécula de ADN, no es tan grave. Una enzima llamada ligasa puede penetrar y pegar la hebra rota. Pero, ¿qué sucede si se rompen ambas cadenas de ADN? Esto se llama ruptura de doble hebra y es mucho más difícil de arreglar porque ahora los fragmentos de ADN se han separado completamente entre sí.
¿Y si una molécula de ADN larga tuviera muchas roturas de doble cadena? Pensaste que Humpty Dumpty estaba en una situación difícil, pero esto es mucho peor. Podríamos tener toneladas de pequeños fragmentos de ADN en nuestras manos. ¿Cómo diablos una célula encuentra los fragmentos y vuelve a sellar sus extremos? ¿Y cómo sabe en qué orden volver a unir las piezas? En esta lección, aprenderemos dos formas en que las células pueden lidiar con las roturas de doble cadena.
Recombinación homóloga
La primera forma de la que aprenderemos se llama recombinación homóloga . En esta estrategia, las células utilizan la cromátida hermana o el cromosoma homólogo como plantilla para reparar una rotura de doble hebra. Retrocedamos por un minuto. ¿Qué es una cromátida hermana? ¿Qué es un cromosoma homólogo? Ambos contienen secuencias que son homólogas o muy similares al cromosoma roto; de ahí el nombre de recombinación homóloga.
¿Qué es la Traducción del ADN? Cómo se traduce el Código del ADN
Las cromátidas hermanas son como una fotocopia de un cromosoma. Las cromátidas hermanas son las copias exactas de los cromosomas que se producen cuando una célula replica su ADN. Cuando ves una caricatura de un cromosoma que parece una X, lo que estás viendo son dos cromátidas hermanas que están pegadas en el medio. Esto sucede al comienzo de la mitosis o la meiosis, y luego las cromátidas hermanas se separan en sus futuras células nuevas, ¿recuerdas?
Por otro lado, los cromosomas homólogos son los dos diferentes, digamos, el cromosoma 17 que tiene. Uno vino de tu madre y otro vino de tu padre. Son muy similares, porque, oye, todos somos humanos. Pero no son copias exactas entre sí. ¡Al igual que tu mamá y tu papá no son exactamente la misma persona, por decir lo menos!
Bien, volvamos a la recombinación homóloga como una forma de reparar roturas de ADN de doble cadena. Como dije antes, en este proceso, las células usan otro cromosoma cercano con la misma secuencia o similar como plantilla para reparar la rotura de la doble hebra. Digamos que es una cromátida hermana. La secuencia de la cromátida hermana es como una receta que ayuda a la célula a reparar la ruptura de la doble hebra sin mezclar la secuencia de ADN.
Así es como funciona. Primero, los fragmentos de ADN rotos deben alinearse junto a una cromátida hermana o un cromosoma homólogo con la misma secuencia que tienen. Estas piezas de ADN deben alinearse de manera agradable y acogedora para que puedan interactuar. Como puede ver, hacer coincidir las secuencias de ADN garantiza que los fragmentos de ADN estén alineados en el orden y la posición correctos.
Luego, los extremos rotos serán recortados un poco por las nucleasas, que son enzimas que mastican el ADN. Es importante destacar que solo se recortará una hebra de cada extremo roto. Esto deja los llamados voladizos cortos, que son hebras únicas no apareadas que se extenderán de acuerdo con la secuencia de la cromátida hermana.
Replicación del ADN: mecanismos y errores
Lo siguiente que sucede se llama invasión de las hebras simples. De hecho, invaden físicamente la cromátida hermana intacta. ¡Habla de meterte en la burbuja personal de alguien! Pero la hermana cromátida no se molesta demasiado porque sabe lo importante que es su trabajo; es decir, proporcionar la secuencia correcta para que se extiendan las hebras rotas.
Como puede ver en este diagrama, se está formando ADN nuevo, que se muestra como líneas de puntos azules, en ambas hebras rotas, de acuerdo con la secuencia de la cromátida hermana. Seguro que es genial tener una hermana. En este caso, significa que la secuencia en la hebra reparada será perfecta, sin errores.
Finalmente, este lío entrecruzado y desordenado debe resolverse. Esas locas regiones cruzadas de cuatro patas se llaman ‘uniones de Holliday’, nombradas en honor al genetista que ideó esta teoría de cómo funciona la recombinación homóloga. ¡En realidad se ven así! Las uniones de Holliday pueden simplemente cortarse, y las hebras simples cortadas se pueden pegar con la ayuda de la ADN ligasa. ¡Como nuevo!
Unión de extremos no homólogos
Pero, ¿qué sucede si no hay cromosomas homólogos o cromátidas hermanas disponibles? ¿Qué puede hacer una celda? No se preocupe; hay una segunda forma en que las células pueden reparar roturas de doble hebra. Se llama unión final no homóloga . Como puede ver por su nombre, no hay secuencias homólogas o similares involucradas.
Esta estrategia se utiliza cuando no se dispone de cromátidas hermanas. Por ejemplo, en partes del ciclo celular cuando el ADN aún no se ha replicado y cada cromosoma no se encuentra junto a su gemelo. Desafortunadamente, esto significa que no hay una copia maestra de la secuencia correcta para ayudar a unir las hebras correctamente, como había en la recombinación homóloga, por lo que es más fácil cometer errores. En la unión de extremos no homólogos, los extremos del ADN se reconocen y se vuelven a sellar, pero el proceso a menudo causa deleciones.
¿Qué es la Genética?
Así es como funciona la unión de extremos no homólogos. Primero, los extremos rotos del ADN son reconocidos por complejos de proteínas que se especializan en ese tipo de cosas. Estos complejos de proteínas tienen nucleasas para recortar hebras simples de los extremos rotos, similar a lo que sucedió en la recombinación homóloga. Lo que es diferente es que el objetivo aquí es crear regiones cortas de uno a seis pares de bases que tengan secuencias complementarias y que puedan formar pares de bases.
Apuesto a que saben que sería muy raro encontrar una secuencia complementaria larga que coincida perfectamente en otro lugar de un fragmento de ADN. Después de todo, hay una posibilidad entre cuatro de que alguna de las bases de ADN aparezca en un lugar en particular. Sin embargo, si la secuencia no tiene que ser muy larga, las posibilidades aumentan mucho.
En la unión de extremos no homólogos, estas secuencias complementarias muy cortas que se producen se solaparán entre sí. Luego, cualquier pequeño espacio en el ADN se rellenará con ADN polimerasa y los extremos se sellarán con ADN ligasa. ¡Se ve bastante bien! Entonces, ¿cuál fue el problema aquí? ¿Qué fue eso de las eliminaciones?
¿De dónde podría venir una eliminación de aquí? En pocas palabras, la eliminación se produjo al recortar esos extremos en busca de secuencias complementarias cortas. Es como si rompiera una barra de chocolate por la mitad, pero luego recortara los extremos de esas mitades y pegara la barra de chocolate de nuevo, sería un poco más corta de lo que comenzó. Chocolate, uh, la información se perdió en ese paso, ¡y puedes apostar que el celular espera que la información no sea demasiado importante! Si lo fuera, la célula podría morir o incluso volverse cancerosa. Pero la mayoría de las veces, con nuestros genomas grandes, una pequeña pérdida de información no causará ningún problema importante.
Resumen de la lección
Hoy hemos aprendido sobre dos formas en que las células pueden reparar roturas de doble hebra , que son cuando ambas hebras de una molécula de ADN se rompen.
La primera forma se llama recombinación homóloga . Esto es cuando las células usan la cromátida hermana o el cromosoma homólogo como plantilla para reparar una rotura de doble hebra. Esa cromátida hermana o cromosoma homólogo seguro que es útil porque sirve como una receta para asegurarse de que se agregue nuevo ADN con la secuencia perfecta para corregir la ruptura.
El segundo método se llama unión de extremos no homólogos , y las células lo usan cuando no hay cromátidas hermanas o cromosomas homólogos disponibles. En este proceso, los extremos del ADN se reconocen y se vuelven a sellar, pero el proceso a menudo causa deleciones.
Los resultados del aprendizaje
Una vez que haya terminado con esta lección, debería poder:
- Nombre las dos formas en que una célula puede reparar roturas de ADN de doble cadena
- Describir cómo se repara una célula con cromátidas hermanas o cromosomas homólogos.
- Explicar cómo pueden ocurrir errores durante la unión de extremos no homólogos
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