Reparación fotorreactiva (fotorreactivación)
La reparación lumínica representa un mecanismo de restauración de la estructura del ADN dañado por la exposición a la radiación ultravioleta (UV). Bajo la influencia de los rayos UV, se forman enlaces cruzados patológicos en el código genético: dímeros de bases pirimidínicas. Estos incluyen dímeros de timina, citosina y dímeros mixtos de timina-citosina.
Para eliminar estos defectos, la célula utiliza una enzima especializada: la fotoliasa. El proceso de restauración se desencadena exclusivamente al absorber un cuanto de luz visible. El mecanismo consta de las siguientes etapas:
- La fotoliasa reconoce el daño y se une a la región del dímero formado.
- Al activarse con la luz, la enzima escinde los enlaces incorrectos entre las bases pirimidínicas adyacentes.
- La estructura espacial de la molécula de ADN vuelve a la normalidad.
Reparación por escisión
El nombre del proceso proviene de la palabra latina excision, que se traduce como «excisión» o «corte». Es un complejo mecanismo de múltiples etapas cuya esencia radica en la eliminación física de la sección dañada de la cadena. Se distinguen dos tipos principales según el momento en que se producen: la reparación dorreplicativa (ocurre en la fase $G_1$ del ciclo celular, antes del inicio de la duplicación del ADN) y la replicativa (ocurre directamente durante la replicación).
El mecanismo de restauración por escisión es estrictamente secuencial:
- Reconocimiento e incisión (corte). Las enzimas específicas, principalmente la endonucleasa, escanean el ADN, reconocen el fragmento dañado y lo cortan cuidadosamente.
- Resíntesis. Entra en acción la enzima ADN polimerasa. Utilizando la cadena complementaria intacta como molde, sintetiza nuevos nucleótidos y llena el vacío formado.
- Ligación (empalme). La enzima ligasa une (empalma) los extremos del fragmento recién sintetizado con la hebra principal de la molécula, restaurando por completo su integridad.
Por separado se considera la reparación replicativa, que corrige los errores de apareamiento de nucleótidos directamente durante la síntesis. Si se incorporan bases no complementarias en la cadena hija (se viola la regla de Chargaff: A=T, G=C), se forman pares incorrectos. En biología, estos pares no complementarios se denominan mismatches (del inglés mismatch — mala combinación).
Reparación post-replicativa y SOS
Si los daños no se eliminaron antes o durante la duplicación del material genético, la célula activa sistemas de reserva.
La reparación post-replicativa se lleva a cabo en la fase $G_2$ del ciclo celular (después de la replicación). Su mecanismo se basa en el proceso de recombinación, el intercambio de fragmentos entre dos nuevas hélices de ADN. Si el defecto permanece en la cadena molde (por ejemplo, un dímero de timina), la ADN polimerasa no puede pasar a través de él y se forma un «hueco» en la cadena recién sintetizada. Este hueco se llena con un segmento de la cadena correspondiente de la segunda molécula hija. A continuación, se restaura la integridad de la primera cadena hija, y el fragmento faltante en la segunda molécula se sintetiza sobre la base de un molde complementario.
La reparación SOS es un mecanismo de rescate de emergencia descubierto por Miroslav Radman en 1974. Se activa cuando la célula necesita completar la replicación, pero hay múltiples defectos no reparados en el ADN. El objetivo principal es modificar la sección dañada para eliminar el bloqueo de la replicación. Para ello, se induce en la célula la síntesis de una proteína especial que se une a la ADN polimerasa. La enzima modificada adquiere la capacidad de extender la cadena hija incluso frente a los eslabones defectuosos del molde. Como resultado, el ADN se duplica con éxito y la célula continúa dividiéndose, pero a cambio paga con un gran número de mutaciones (errores).
Importancia clínica: patologías de los sistemas de reparación
Las fallas en los mecanismos de reparación están directamente relacionadas con el desarrollo de enfermedades hereditarias y la oncogénesis. Se cree que hasta el 90% de todos los cánceres pueden deberse a alteraciones en los sistemas de reparación del ADN.
Un claro ejemplo de patología que surge debido a un defecto en los sistemas de reparación es la xerodermia pigmentosa (Xeroderma pigmentosum). La naturaleza etiológica de esta enfermedad fue demostrada por el investigador James Cleaver en 1968. La base de una de las formas de xerodermia radica en una disminución significativa o la pérdida total de la actividad de la enzima UV-endonucleasa.
El cuadro clínico comienza con la aparición de manchas rojas características en la piel tras la exposición a la radiación ultravioleta. Con el tiempo, estas lesiones evolucionan hacia costras progresivas y, finalmente, se transforman en un tumor canceroso maligno. Esta enfermedad es incurable, ya que la célula pierde por completo la capacidad de corregir los daños causados por los rayos UV.
En resumen: respuestas a preguntas sobre el tema
¿Cuál es la diferencia entre la reparación por escisión de bases (BER) y la reparación por escisión de nucleótidos (NER)?
La diferencia entre la reparación por escisión de bases (BER) y la de nucleótidos (NER) radica en el tipo de daño reparado y el conjunto de enzimas específicas.
| Característica | BER | NER |
|---|---|---|
| Tipo de daño | No distorsionan significativamente la estructura de la hélice (por ejemplo, desaminación) | Daños voluminosos que distorsionan la hélice (dímeros de pirimidina) |
| Enzima de reconocimiento | ADN glicosilasa | Complejo proteico específico |
| Escisión de la cadena | La AP endonucleasa corta el esqueleto en el sitio AP | La endonucleasa UV realiza cortes en los extremos 3' y 5' |
| Síntesis de ADN | ADN polimerasa $\beta$ | ADN polimerasa $\delta$ o $\epsilon$ |
Para recordar las tres etapas principales de la reparación por escisión, utilice la regla mnemotécnica: Reconocimiento (la endonucleasa corta), Resíntesis (la ADN polimerasa construye), Ligación (la ligasa une).
Preguntas de clases y exámenes
¿Qué enzima es clave en el proceso de reparación por fotorreactivación (reparación lumínica)?
El papel principal lo desempeña la enzima fotoliasa. Tras ser activada por un cuanto de luz visible, rompe los enlaces en los dímeros de bases pirimidínicas formados bajo la influencia de la radiación UV.
¿Qué es el «mismatch»?
Mismatch (del inglés mismatch — mala combinación) es un error de apareamiento de nucleótidos en el cual se incorporan bases no complementarias en la cadena hija de ADN, violando la regla de Chargaff.
¿Cuál es el peligro de la reparación SOS para la célula?
El sistema SOS permite que la ADN polimerasa ignore el daño en el molde para completar la duplicación del ADN a toda costa. Como resultado, la célula sobrevive y se divide, pero acumula una gran cantidad de mutaciones potencialmente peligrosas.
Qué más repasar sobre el tema
- Estructura y funciones de la enzima fotoliasa
- Mecanismo de formación de dímeros de timina bajo la acción de la radiación UV
- El proceso de recombinación genética en la reparación post-replicativa
- Bases moleculares de la patogenia de la xerodermia pigmentosa
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