Importancia de los sistemas de reparación para las bacterias
El genoma bacteriano necesita una protección fiable contra los factores ambientales destructivos. Principalmente, los mecanismos de reparación están dirigidos a eliminar las consecuencias de la radiación ultravioleta, que provoca la formación de los denominados dímeros de timina en la estructura de la molécula. La esencia de la respuesta defensiva radica en que complejos enzimáticos específicos son capaces de reconocer estas anomalías estructurales y corregirlas parcialmente, devolviendo a la cadena su forma funcional normal. Globalmente, los procesos de recuperación se pueden dividir en dos tipos principales según las condiciones en las que se desarrollan.
Reparación fotorreactiva (fotorreactivación)
Este tipo de recuperación molecular se activa exclusivamente en presencia de luz. Es una vía directa y bastante rápida para corregir el defecto.
En la base del mecanismo de reparación fotorreactiva se encuentra la acción de una enzima fotorreactivadora especializada. Cuando la bacteria se encuentra en condiciones de iluminación, esta enzima actúa directamente sobre la zona dañada: escinde los dímeros de timina formados bajo la acción de los rayos ultravioleta. Como resultado, la estructura del ácido nucleico se restaura sin necesidad de eliminar o sintetizar nuevos fragmentos.
Reparación por oscuridad (por escisión)
A diferencia de la fotorreactivación, la reparación por oscuridad no depende en absoluto de la presencia de luz y puede llevarse a cabo en la oscuridad. Se trata de un mecanismo más complejo y de múltiples etapas, también denominado reparación por escisión.
El proceso está dirigido a la eliminación física de los fragmentos defectuosos de la cadena con la posterior síntesis para rellenar el hueco formado. Para completar con éxito este ciclo se requiere la acción coordinada de varias enzimas a la vez, cada una de las cuales cumple estrictamente su función en una etapa determinada.
Etapas de la reparación por escisión
El proceso de recuperación del genoma por escisión se desarrolla en cuatro etapas estrictamente consecutivas:
- Incisión (corte). En esta etapa, un complejo enzimático, concretamente una endonucleasa de reparación, escanea la molécula y reconoce el daño (el dímero de timina). Al encontrar el defecto, la endonucleasa realiza un corte puntual en la cadena de ADN en el extremo 5' respecto al daño.
- Escisión (eliminación). Entra en acción la enzima exonucleasa. Su tarea es eliminar por completo la sección dañada de la cadena que contiene el dímero patológico, limpiando así el lugar para una nueva estructura.
- Resíntesis (relleno del hueco). En el lugar de la sección eliminada se forma un espacio vacío (hueco). La enzima ADN polimerasa sintetiza un fragmento de cadena completamente nuevo y sano. Como molde para una recuperación complementaria sin errores se utiliza la segunda cadena intacta.
- Ligación (unión). En la etapa final es necesario unir el fragmento recién formado con la cadena principal. La enzima ADN ligasa restaura el enlace fosfodiéster, uniendo firmemente los extremos de la molécula.
En resumen: respuestas a preguntas sobre el tema
¿Qué enzima realiza la escisión directa de los dímeros de timina durante la fotorreactivación?
La escisión directa de los dímeros de timina durante la fotorreactivación es llevada a cabo por la enzima fotoliasa. Esta enzima fotorreactivadora asegura la restauración de la estructura del ADN alterada por la acción de la radiación ultravioleta. El proceso se lleva a cabo bajo la condición obligatoria de activación por luz visible (se produce la absorción de un fotón).
Etapas de la acción enzimática:
- Unión a la región del dímero formado.
- Escisión de los enlaces entre las bases pirimidínicas adyacentes bajo la acción de la luz.
- Restauración sin errores de la estructura normal original de la molécula de ADN.
¿Qué tipos de reparación del ADN existen en las bacterias además de la fotorreactiva y por escisión?
Además de la reparación fotorreactiva y por escisión, las fuentes describen:
- Reparación postreplicativa: tras la replicación se forman huecos monocatenarios que son rellenados.
- Reparación replicativa: restauración del ADN directamente durante la replicación con la corrección de errores de apareamiento de nucleótidos (malos emparejamientos o mismatch).
- Reparación SOS: mecanismo antimutacional asociado con la corrección de errores por ADN polimerasas y enzimas especiales.
Cómo recordar las enzimas de la reparación por oscuridad en orden: ENDOnucleasa (corta), EXOnucleasa (excava/elimina), POLImerasa (construye la estructura), LIGasa (une/suelda).
Preguntas de clases y exámenes
¿Depende la reparación por oscuridad de la presencia de luz?
No, la reparación por oscuridad (por escisión) se lleva a cabo independientemente de la iluminación, mientras que la reparación fotorreactiva requiere la presencia obligatoria de luz para la activación de la enzima.
¿Qué enzima realiza el primer corte durante la reparación por escisión?
El reconocimiento del daño y el corte inicial de la cadena en el extremo 5' son realizados por la endonucleasa de reparación.
¿De dónde obtienen las enzimas la información para la correcta recuperación de la zona eliminada?
La ADN polimerasa utiliza la segunda cadena intacta y completamente conservada como molde, lo que garantiza una recuperación complementaria precisa del hueco.
Qué más repasar sobre el tema
- Mecanismo de formación de los dímeros de timina bajo la acción de la radiación UV
- Propiedades y activación de la enzima fotorreactivadora
- Naturaleza química del enlace fosfodiéster restaurado por la ligasa
- Especificidad de las endonucleasas de reparación ante los tipos de daño
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