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Replicación de bucle D

La replicación de bucle D es un proceso propuesto por el cual el ADN circular, como los cloroplastos y las mitocondrias, replica su material genético. Un componente importante para comprender la replicación de bucle D es que muchos cloroplastos y mitocondrias tienen un solo cromosoma circular como las bacterias en lugar de los cromosomas lineales que se encuentran en los eucariotas . Sin embargo, muchos cloroplastos y mitocondrias tienen un cromosoma lineal, y la replicación de bucle D no es importante en estos orgánulos. Además, no todos los genomas circulares utilizan la replicación de bucle D como proceso de replicación de su genoma. [1]

En muchos organismos, una hebra de ADN en el plásmido comprende nucleótidos más pesados ​​(relativamente más purinas : adenina y guanina ). Esta hebra se llama hebra H (pesada) . La hebra L (ligera) comprende nucleótidos más ligeros ( pirimidinas : timina y citosina ). La replicación comienza con la replicación de la hebra pesada comenzando en el bucle D (también conocido como la región de control ). Un bucle D es una porción corta en el ADN circular que tiene tres hebras en lugar de dos. La hebra media, que es complementaria a la hebra ligera, desplaza a la hebra pesada y forma un bucle de desplazamiento (bucle D). [2] El ADN circular es estable con este pequeño bucle D y puede permanecer en esta formación, pero la hebra media, o la hebra desplazadora, se reemplaza con frecuencia debido a su corta vida media y es muy costosa energéticamente para la célula. [3] [4] Cuando se diagrama, la estructura resultante se parece a la letra D. El bucle D se descubrió por primera vez en 1971 cuando los investigadores notaron que mucho ADN en las mitocondrias que estaban examinando bajo el microscopio contenía un segmento corto que era de triple cadena. [2]

Proceso de replicación

Cada bucle D contiene un origen de replicación para la hebra pesada. La replicación circular completa del ADN se inicia en ese origen y se replica en una sola dirección. La hebra intermedia del bucle D se puede eliminar y se sintetizará una nueva que no se terminará hasta que la hebra pesada se haya replicado por completo, o la hebra intermedia puede servir como cebador para la replicación de la hebra pesada. A medida que la replicación de la hebra pesada alcanza el origen de replicación de la hebra ligera, se sintetizará una nueva hebra ligera en la dirección opuesta a la de la hebra pesada. [3] [5] [6] Hay más de un proceso propuesto a través del cual ocurre la replicación del bucle D, pero en todos los modelos, estos pasos están de acuerdo. Las partes en las que no se está de acuerdo son cuál es la importancia de mantener un bucle D cuando la replicación no está en curso, porque es energéticamente costoso para la célula, y qué mecanismos, durante la replicación, preservan la hebra desprendida de ADN que está esperando ser replicada. [7] [8] [9]

Importancia

La región del bucle D es importante para los estudios filogeográficos . Debido a que la región no codifica ningún gen, no es imperativo que permanezca conservada a lo largo del tiempo, por lo tanto, es libre de mutar con solo unas pocas limitaciones selectivas en cuanto a tamaño y factores de cadena pesada/ligera. La tasa de mutación es una de las más rápidas de cualquier genoma nuclear o mitocondrial en animales. Usando estas mutaciones en el bucle D, se pueden rastrear de manera efectiva los cambios evolutivos recientes y rápidos , como dentro de las especies y entre especies muy relacionadas. Debido a la alta tasa de mutación, no es eficaz para rastrear cambios evolutivos que no son recientes. Este es un uso muy común del bucle D en genómica. [10]

Un ejemplo del uso de mutaciones del bucle D en estudios filogeográficos fue la filogenia que se armó utilizando ciervos rojos poco estudiados de la península Ibérica. Los científicos rastrearon los polimorfismos del bucle D en estos ciervos rojos y determinaron la relación genética que estos ciervos tenían entre sí. También pudieron determinar las relaciones, basadas en similitudes y diferencias del bucle D, entre estos ciervos rojos y otros ciervos en toda Europa. [11] En otro ejemplo, los científicos utilizaron las variaciones en el bucle D, junto con marcadores microsatélites , para estudiar y mapear la diversidad genética entre las cabras en Sri Lanka. [12]

Véase también

Referencias

  1. ^ Russell, PJ 2002. iGenetics. Benjamin Cummings, San Francisco
  2. ^ ab Kasamatsu, Harumi; Robberson, Donald L.; Vinograd, Jerome (1971). "Un nuevo ADN mitocondrial circular cerrado con propiedades de un intermediario replicante". Actas de la Academia Nacional de Ciencias . 68 (9): 2252–2257. Bibcode :1971PNAS...68.2252K. doi : 10.1073/pnas.68.9.2252 . PMC  389395 . PMID  5289384.
  3. ^ ab Nicholls, Thomas J.; Minczuk, Michal (2014). "En D-loop: 40 años de ADN 7S mitocondrial". Gerontología experimental . 56 : 175–181. doi :10.1016/j.exger.2014.03.027. PMID  24709344. S2CID  140205074.
  4. ^ Doda, Jackie N.; Wright, Catharine T.; Clayton, David A. (1981). "La elongación de las cadenas de bucle de desplazamiento en el ADN mitocondrial humano y de ratón se detiene cerca de secuencias de plantilla específicas". Actas de la Academia Nacional de Ciencias . 78 (10): 6116–6120. Bibcode :1981PNAS...78.6116D. doi : 10.1073/pnas.78.10.6116 . PMC 348988 . PMID  6273850. 
  5. ^ Clayton, David A (1982). "Replicación del ADN mitocondrial animal". Cell . 28 (4): 693–705. doi :10.1016/0092-8674(82)90049-6. PMID  6178513. S2CID  12682150.
  6. ^ Chang, DD; Clayton, DA (1 de enero de 1985). "La preparación de la replicación del ADN mitocondrial humano se produce en el promotor de la hebra ligera". Actas de la Academia Nacional de Ciencias . 82 (2): 351–355. Bibcode :1985PNAS...82..351C. doi : 10.1073/pnas.82.2.351 . ISSN  0027-8424. PMC 397036 . PMID  2982153. 
  7. ^ Leslie, Mitch (15 de enero de 2007). "Lanzado a un bucle D". Revista de biología celular . 176 (2): 129a. doi :10.1083/jcb.1762iti3. ISSN  0021-9525. PMC 2063944 . 
  8. ^ He, Jiuya; Mao, Chih-Chieh; Reyes, Aurelio; Sembongi, Hiroshi; Re, Miriam Di; Granycome, Caroline; Clippingdale, Andrew B.; Fearnley, Ian M.; Harbour, Michael (15 de enero de 2007). "La proteína AAA+ ATAD3 tiene propiedades de unión al bucle de desplazamiento y está involucrada en la organización del nucleoide mitocondrial". Revista de biología celular . 176 (2): 141–146. doi :10.1083/jcb.200609158. ISSN  0021-9525. PMC 2063933 . PMID  17210950. 
  9. ^ Fish, Jennifer; Raule, Nicola; Attardi, Giuseppe (17 de diciembre de 2004). "El descubrimiento de un importante origen de replicación del bucle D revela dos modos de síntesis de ADNmt humano" (PDF) . Science . 306 (5704): 2098–2101. Bibcode :2004Sci...306.2098F. doi :10.1126/science.1102077. ISSN  0036-8075. PMID  15604407. S2CID  36033690.
  10. ^ Burger; et al. (2003). "Arquitectura única del genoma mitocondrial en parientes unicelulares de animales". PNAS . 100 (3): 892–897. Bibcode :2003PNAS..100..892B. doi : 10.1073/pnas.0336115100 . PMC 298697 . PMID  12552117. 
  11. ^ Fernández-García, JL; Carranza, J.; Martínez, JG; Randi, E. (2014-03-01). "La filogenia del bucle D mitocondrial señala dos linajes nativos ibéricos de ciervo rojo (Cervus elaphus) genéticamente diferentes a los ciervos rojos de Europa occidental y oriental e infiere translocaciones mediadas por humanos". Biodiversidad y conservación . 23 (3): 537–554. Bibcode :2014BiCon..23..537F. doi :10.1007/s10531-013-0585-2. ISSN  0960-3115. S2CID  14719183.
  12. ^ Silva; et al. (2016). "Análisis de la diversidad genética de las principales poblaciones de cabras de Sri Lanka utilizando variaciones de bucle D de ADN mitocondrial y microsatélite". Small Ruminant Research . 148 : 51–61. doi :10.1016/j.smallrumres.2016.12.030. hdl : 11449/178557 .

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