biologia molecular

Replicacin

Biologa Molecular. ProgramaTranscripcin Traduccin

DNARetrotranscripcin

RNA

Protenas

-Composicin y Estructura de los cidos Nuclecos -Replicacin -Transcripcin -Cdigo Gentico y Traduccin -Regulacin -Tecnologa del DNA Recombinante: Medicina Forense Diagnostico Molecular Bibliografa: Stryer 5 edicin Voet 3 edicin Lehninger 3 edicin

Tema 12 Introduccin a la biologa molecular Estructura de los cidos nucleicos

Tema 11 Introduccin a la biologa molecular Estructura de los cidos nucleicos1.- Introduccin. 2.- Bases nitrogenadas. 3.- Nuclesidos y nucletidos. 4.- Estructura del ADN. 5.- ADN como material gentico. 6.- ARNs. 7.- Secuenciacin

Tema 11: Introduccin a la biologa molecular

Introduccin Gentica: investigacin cientfica de la herencia Genoma: conjunto de informacin gentica de un organismo. Biologa molecular: ciencia que estudia la estructura y funcin de los genomas. Estudia como la informacin gentica se transmite de una generacin a otra y como los genes gobiernan la actividad celular Actualmente se sabe que el cido desoxirribonucleico es el depositario y transmisor de esta informacin tanto en procariotas como en eucariotas

cidos Nucleicos. Resea CronolgicaF. Miescher 1865 Estudia la composicin qumica del pus: encuentra una fraccin precipitable por cido diludo que denomina nuclena Encuentra un material parecido a la nuclena en el esperma de salmn, y lo fracciona en una componente proteico (protamina) y un componente que contiene fsforo, de carcter cido, que Altmann denomina cido nucleico La hidrlisis qumica completa de un cido nucleico da lugar a una mezcla equimolar de: A. Una base nitrogenada heterocclica, purina o pirimidina B. Una pentosa, ribosa o desoxirribosa C. Ortofosfato Determin que el ADN estaba formado por 4 tipos distintos de nucletidos. Adenina, Timina, Guanina y Citosina

Phoebus Levene1930-1940


IntroduccinLos cidos nuclicos son polmeros de muy alto peso molecular que estn compuestos por nucletidosNH2 N O-

N N

O P O CH2 O-

O H

N

H H OH Pentosa

OH Base

Fosfato

Nuclesido Nucletido


IntroduccinLas unidades estructurales de los cidos nucleicos se denominan nucletidos

Base Nitrogenada

Fosfato Pentosa Enlace N-glucosdico Entre el C1de la pentosa y la posicin 1 9 de la base pirimidnica o prica, respectivamente

Enlace fosfodiester con el grupo OH del C5 del azcar


Composicin de los cidos nucleicosAzcar



5 4 3 2

1



DESOXIRRIBOSA(-2-D-desoxirribosa)

RIBOSA(-D-ribosa)

5CH20H o H H C 1 OH 4C H H 3C OH

5CH20H o 4C H H 3C OH

H C 1 H OH C 2

ADN

ARN

C 2

H

OH

La diferencia con la desoxiribosa es un grupo hidroxilo en el carbono 2


IntroduccinBases nitrogenadas

ADN: A,T G y C

ARN: A,U,G y C


Composicin de los cidos nucleicosBases nitrogenadas

PIRIMIDINA

PURINA

Anillo aromtico heterocclico con 2 tomos de N

Anillo de pirimidina ms un anillo imidazol que forman una estructura con 4 tomos de N

NH2 N N N NH HN H2N

O N N NH

Adenina: 6-amino purina

Guanina: 2-amino 6-oxo purina

NH2 N O N HN O

O HN NUracilo: 2,4-dioxo pirimidina

O CH3

Citosina: 2-oxo 4-amino pirimidina

N Timina: 2,4-dioxo 5-metil pirimidina

O


Composicin de los cidos nucleicosBases nitrogenadas PIRIMIDNICAS

Posicin 1


Composicin de los cidos nucleicosBases nitrogenadas PRICAS

Posicin 9


Propiedades de las bases 1. Carcter levemente bsico. 2. Solubilidad escasa en agua. 3. Espectro de absorcin con mximo a 260 nm. 4. Posibilidad de formas tautomricas.Tipo de isomera que hace que una sustancia pueda existir en varias formas con diferente disposicin estructural de sus tomos


Bases nitrogenadasLos nucletidos existen en diferentes formas tautomricas o tautmeros

Formas Tautomricas de las bases


Las formas tautomricas repercuten en el apareamiento de las bases Las formas tautomricas repercuten en el apareamiento de las bases


Formas tautomricas

pH neutro

Guanina


NucletidoLos nucletidos pueden presentarse en configuracin syn o anti en funcin del enlace glicosdico

Pirimidinas slo configuracin anti

Purinas

Introduccin Nuclesido: Base nitrogeneda + azcarNomenclatura Base Adenina Guanina Citosina Uracilo Timina Nuclesido Adenosina Guanosina Citidina Uridina Timidina

Propiedades qumicas de los nuclesidos1. Incremento marcado en solubilidad con respecto a la de la base 2. Reacciones propias de la pentosa: Reaccin del orcinol (ribo-) y de la difenilamina (desoxirribo-) 3. Absorcin a 260 nm como las bases aisladas


Composicin de los cidos nucleicosFosfatoIn estable formado a partir del cido fosfrico H3PO4 O-O

P OH

O-

Confiere la carga negativa al nucletido

Normalmente se unen al grupo hidroxilo del carbono 5 (C5) de la pentosa


Introduccin Nuclesido: Base nitrogeneda + azcar Nucletido: Base nitrogeneda + azcar + fosfato


IntroduccinOtras funciones de los nucletidos Otras funciones de los nucletidos

ATP: Importante en el metabolismo energtico GTP: Sntesis de protenas CTP: Sntesis de lpidos UTP: Metabolismo de carbohidratos

Propiedades de los nucletidos1. Carcter cido debido al fosfato 2. Solubilidad incrementada respecto al nuclesido 3. Mximo de absorbancia UV a 260 nm 4. Misma reactividad que bases y nuclesidos


Cmo estn organizados los nucletidos Cmo estn organizados los nucletidos en la molcula de ADN ? en la molcula de ADN ?


ESTRUCTURA PRIMARIA DEL ADNLa constituye la secuencia de desoxirribonucletidos de una de las cadenas.

Los nucletidos se unen para formar la cadena de ADN mediante un enlace fosfodiester entre el C3de la pentosa con el grupo fosfato del siguiente nucletido. La cadena de DNA est polarizada, presentando un grupo fosfato libre en el C5del nucletido de un extremo y un grupo OH libre en el C3del nucletido del otro extremo. Por convenio se establece la direccin 5- 3. El orden exacto de los nucletidos es fundamental para la informacin gentica que contiene el ADN.


ESTRUCTURA PRIMARIA DEL ARN

5

3


1949

Erwin Chargaff

Analiz el contenido molar de las bases de ADN procedente de diversos organismos y descubri que en todos los casos [A]=[T] y que [G]=[C], o lo que es lo mismo, [A+G]=[T+C] ([purinas]=[pirimidinas]). Esta es la llamada ley de Chargaff.


Ley de Chargaff

El DNA es el material gentico

Experimento de Avery (1944) Experimento de Avery (1944) Experimento de Hersey y Chase Experimento de Hersey y Chase (1950) (1950)

Estructura Secundaria Desconocida


ADN como material genticoExperimento de Avery (1944) Experimento de Avery (1944)

Rough

Smooth

El neumococo tipo R puede ser transformado en neumococo tipo S por el ADN del neumococo S. Esta transformacin se transmite a la descendencia.


Rosalind Franklin

Maurice Wilkins

Al principio de los aos 50 realizaron los primeros estudios fsicos con ADN cristalizado mediante la tcnica de difraccin de rayos X

(1) (2) (3) (4)

la molcula de ADN es una cadena extendida con una estructura altamente ordenada. la molcula de ADN es helicoidal y tiene 20 de dimetro. la hlice del ADN est compuesta por dos hebras helicoidales.

las bases de los nucletidos estn apiladas con los planos separados por una distancia de 3,4 .

En 1953, James Watson y Francis Crick combinaron los datos qumicos y fsicos del ADN, y propusieron un modelo estructural del ADN.


En 1953, James Watson y Francis Crick combinaron los datos qumicos y fsicos del ADN, y propusieron un modelo estructural del ADN.

* Las dos hebras estn enrolladas una alrededor de la otra formando una doble hebra helicoidal * Las dos cadenas de polinucletidos se mantienen equidistantes, al tiempo que se enrollan en torno a un eje imaginario. * El esqueleto azcar-fosfato (formado por una secuencia alternante de desoxirribosa y fosfato, unidos por enlaces fosfodister 5'-3') sigue una trayectoria helicoidal en la parte exterior de la molcula. * Las bases se dirigen hacia el interior. Las bases de una hebra estn enfrentadas con las de la otra, formando los llamados pares de bases (pb). Las bases interaccionan entre s mediante puentes de hidrgeno. Las dos bases que forman un pb estn en el mismo plano y dicho plano es perpendicular al eje de la hlice.


MODELO WATSON Y CRICK DEL ADNEl apareamiento siempre es entre una purina y una pirimidina. Factores estricos y formacin de puentes de Hidrgeno

Configuracin ceto y amino de las bases


APAREAMIENTOS WATSON Y CRICK DEL ADN


ESTRUCTURA SECUNDARIA DEL ADNHace referencia a la distribucin en el espacio de la molcula de DNAEl primer modelo estructural fue propuesto por Watson y Crick, basndose en los estudios de difraccin de rayos X realizados por Rosalind Franklin


ESTRUCTURA SECUNDARIA DEL ADNDimetro 20 AH-

O N O H N H N O CH2 O P O N O CH2 OOO N O CH2 O P OO-

O P

O O

N H N H N N

-

O

O H2C O

N N

-

O P

O H O N H2C O N N H

O H O H N H O O N N N H N N N H N N N H

-

O

Distancia entre dos nucletidos 3,4 A. Girados 36 grados

-

O P

O O O H2C O H3C N

H N

-

O

O P H3C O CH2 O P H N N O H N H O O CH2 O P O O

OO-

-

O P

O

H N N O N

H

N O

Hay 10 nucletidos por vuelta y la distancia del paso de rosca es de 34 AOO-

-

O

O H2C

-

O P

O O

H N H N N

-

O

O H2C O O

N N

OO-


ESTRUCTURA SECUNDARIA DEL ADNCadenas antiparalelas

Surco Mayor

Surco MenorPaso de rosca de la hlice


ESTRUCTURA SECUNDARIA DEL ADNLos surcos mayor y menor aparecen debido a que los enlaces glicosdicos de cada par de base no estn dispuestos de forma diametralmente opuesta.

Surcos mayor y menor del ADN

4 6 2 3 3 6 2


ESTRUCTURA SECUNDARIA DEL ADN


Fuerzas que estabilizan la doble helice

* Puentes de Hidrgeno entre las bases * Interacciones Hidrofbicas * Interacciones electrostticas del fosfato



Ms abundante en condiciones fisiolgicas 92% de humedad y baja fuerza inica

Baja hidratacin

Regiones ricas en G-C Alta fuerza inica



DNA

B DNA vs aDNA http://info.bio.cmu.edu/Courses/BiochemMols/DNA/DNA.html





B-ADN



A-ADN

Doble hlice de RNA Hbridos RNA-DNA


ESTRUCTURA SECUNDARIA DEL ADNCaractersticas estructurales de las formas A-, B- y Z- del DNA.

ASentido de la hlice Dimetro Giro de la hlice por par de bases Pares de bases por vuelta de hlice Paso de rosca de la hlice Elevacin de la hlice por par de bases Inclinacin de las bases Dextrgira Aprox. 26 33 11 25,3 2,3 19

BDextrgira Aprox. 20 36 10 34 3,4 1,2

ZLevgira Aprox. 18 60 12 45,6 3,8 9


ESTRUCTURA SECUNDARIA DEL ADNCaractersticas estructurales de las formas A-, B- y Z del DNA.

ASurco Mayor Surco Menor tomo desplazado en el azcar Enlace glucosdico Estrecho y profundo Ancho y poco profundo C(3)-endo Anti

BAncho y profundo Estrecho y profundo C(2)-endo Anti

ZPlano Estrecho y profundo C(2)-endo pirimid. C(3)-endo purinas Anti para pirimid. Sin para purinas


ESTRUCTURA TERCIARIA DEL ADNRepresenta la forma superenrollada de la estructura secundaria.

Es la forma en la que se encuentra generalmente el DNA en el interior de la clula


ESTRUCTURA TERCIARIA DEL ADNEn procariotas el DNA se encuentra en forma circular

En eucariotas se encuentra en forma lineal pero altamente empaquetado

Repercusiones sobre los procesos donde se tienen que separar las hebras de DNA (replicacin y transcripcin)


TOPOLOGA DEL ADN


TOPOLOGA DEL ADN

L = T + W


TOPOLOGA DEL ADN

Relajado

Super enrrollado

Topoisomerasas: Enzimas encargadas de modificar la topologa del ADNTopoisomerasa I: L = +1 Topoisomerasa II (GIRASA): L= -2 Inhibidores de la GIRASA (Adriamicina) utilizados en quimioterapia

ESTRUCTURA TERCIARIA DEL ADNTodo el DNA de un organismo procariota caracterstico como E. Coli est contenido en una nica molcula grande de DNA circular . Este cromosoma procariota est superenrollado formando complejos con las protenas . En eucariotas , el material gentico est subdividido en cromosomas cuyo nmero depende de la especie, puede variar entre uno y 190. La mayor parte de los procariotas son haploides, una sola copia se su cromosoma, la mayor parte de las clulas eucariotas son diploides, es decir dos copias de cada cromosoma, aunque hay especies que pueden tener varias copias, poliploides.

Cariotipo humano

Cariotipo humano

Slo son visibles durante el proceso de divisin celular en la mitosis Cuando el material cromosmico es amorfo y formando una masa enmaraada de fibras, y que se encuentra disperso por todo el nucleo se llama cromatina La cromatina est formada por protenas y DNA .


ESTRUCTURA TERCIARIA DEL ADN

Organizado en cromosomas

Localizacin eminentemente nuclear (mitocondrias y cloroplastos)

Clulas eucariotas


ESTRUCTURA DEL CROMOSOAMA EUCARITICONiveles de OrganizacinADN Fibra de 10 nm: Nucleosoma Fibra de 30 nm: Solenoide

Lazos

Minibanda

Cromosoma


ESTRUCTURA DEL CROMOSOAMA EUCARITICO

Nucleosoma

Protenas ricas en Arg o Lys por lo que interaccionan electrostticamente con los grupos fosfato del DNA.


ESTRUCTURA DEL CROMOSOAMA EUCARITICOHistonas. Protenas relativamente pequeas, ricas en Arg y Lys. Cargadas positivamente a pH fisiolgico

Tipos H1, H2a, H2b, H3 y H4

Nucleosoma formado por un octmero de Histonas: (H2a,H2b)2; (H3,H4)2

H4

H3

H2b

H2a

Animacin



Nucleosoma

Protenas ricas en Arg o Lys por lo que interaccionan electrostticamente con los grupos fosfato del DNA.


Fibra de 30 nm: Solenoide


ESTRUCTURA DEL ADN PROCARITICO

Clulas procariotasCromosoma bacteriano Plsmidos

DNA de E. Coli Circunferencia de 1mm

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