Orígenes de replicación

LOCALIZACIÓN DE LA POSICIÓN DEL ORIGEN DE REPLICACIÓN

EN UN GENOMA BACTERIANO POR MÉTODOS BIOINFORMÁTICOS

Antonio Marín

Departamento de Genética – Universidad de Sevilla

 Objetivo

El objetivo de esta práctica es afianzar algunos conceptos sobre el modo de replicación de los genomas bacterianos, poner de manifiesto las diferencias de composición entre la hebra de replicación adelantada (leading) y retrasada (lagging) y eventualmente localizar la posición del origen de replicación. Adicionalmente, esta práctica puede servir para adquirir conocimientos muy básicos sobre la estructura y funcionamiento del programa informático utilizado. La práctica está inspirada en el divertido artículo de Jean Lobry ‘Genomic landscapes’. Microbiology Today, 26: 164-165, 1999; [PDF].

Fundamento de la práctica: replicación y mutaciones

La replicación del ADN de los cromosomas bacterianos se hace a partir de un origen único de replicación (región oriC) de forma ‘bidireccional’ formándose dos horquillas de replicación que acaban encontrándose en la región ter situada en las antípodas de  oriC. La síntesis de ADN sólo ocurre en sentido 5’→3’. Debido a que las cadenas del ADN son ‘antiparalelas’, en cada horquilla de replicación una de las cadenas se replica en la misma dirección con que se desplaza la horquilla de replicación y la otra cadena en la dirección contraria.  La cadena que se replica en el mismo sentido que avanza la horquilla lo hace de forma continua (cadena adelantada o cadena leader) y la otra cadena se sintetiza de modo discontinuo (cadena retrasada o hebra lagging).  Los fragmentos de la cadena retrasada que se sintetizan de forma discontinua se llaman fragmentos de Okazaki.

Las mutaciones de citosina a timina (transiciones C →T) son las más frecuentes en la mayoría de los genomas bacterianos.  Probablemente, una parte importante de esas transiciones ocurren durante la replicación como consecuencia de la desaminación de la citosina.  La desaminación de la citosina es más probable cuando las dos cadenas del ADN están separadas (estado monocatenario) y por eso pueden ocurrir con mayor frecuencia en la cadena adelantada mientras ésta se encuentra en estado monocatenario esperando a que el siguiente fragmento de Okazaki restaure el estado bicatenario.

A lo largo del proceso de evolución de las especies, este sesgo mutacional tiene como consecuencia un aumento en la frecuencia relativa de las bases G y T en la cadena adelantada y de las bases A y C en la cadena retrasada.  Las diferencias de composición entre las cadenas adelantadas y las cadenas retrasadas se pueden poner de manifiesto simplemente contando el número de nucleótidos, y en último término, se puede llegar a predecir la posición del origen de replicación recorriendo un genoma y viendo donde tienen lugar cambios de composición.

Presentación [PDF]

Bibliografía

Jean R. Lobry. 1999. Genomic landscapes. Microbiology Today 26: 164-165. [PDF]