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Curso: Biología Celular y Molecular Oscar Nolasco Cárdenas MSc. [email protected] Noviembre 2012 DNA

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CLASE 13- ADN.pptx

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Page 1: CLASE 13- ADN.pptx

Curso: Biología Celular y Molecular

Oscar Nolasco Cárdenas [email protected]

Noviembre 2012

DNA

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DNA - historia

1866 Gregor Mendel Publico sus resultados sobre los factores de la herencia.

1868 descubrimiento de la nucleina (DNA) Friedrich Miescher

1902 Walter Sutton Interrelaciona la citología y el Mendelismo (morfología & herencia). Cromosomas son unidades hereditarias. Esta teoría también fue desarrollada por Theodor Boveri

1928 Fred Griffith Propuso la existencia de un principio transformante en sus ensayos con diplococos.

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1944 Oswald Avery,Colin MacLeod,Maclyn McCarty. Reportaron que el principio transformante de Griffith era el DNA.

live S strain

Neumococos R vivos inoculados junto con neumococos S inactivados por calor producían la muerte del ratón

Oswald Avery

Colin McLeod

Maclyn McCarty

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1950 Erwin Chargaff Determino que los organismos vivos presentan una razon constante entre Adeninas con Timinas y Guaninas con Citocinas.

1951 Rosalind Franklin Obtuvo las fotografias de difraccion de rayos X del DNA

Rosalind Franklin

Maurice Wilkins

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1952 Martha Chase y Alfred Hershey empleando bacteriofagos marcados con 35S y 32P demostraron que el DNA es una molécula hereditaria

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1953 Francis Crick y James Watson resolvieron la estructura tridimensional del DNA.

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1958 Matthew Meselson y Frank Stahl empleando isotopos demostraron la propiedad semiconservativa de la replicación del DNA.

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1958 Arthur Kornberg Purifico la DNA polimerasa I de E. coli, La primera enzima que sintetisa DNA en un tubo de ensayo

1966 Marshall Nirenberg, H. Gobind Khorana Led descifran el código genético determinan que los codones (tripletes de nucleotidos de mRNA) son específicos para un aminoácido.

1970 Hamilton Smith Kent Wilcox Aislo la primera enzima de restricción, HindII: que corta el DNA en un sitio de reconocimiento especifico.

1977 Fred Sanger Desarrolla el método del nucleotido terminador para el secuenciamiento de DNA.

1978  Somatostatin es la primera hormona humana en producirse por la tecnologia del DNA recombinante.

1983 Kary B. Mullis Propuso el método de Reacción en Cadena de la Polimerasa (PCR) para amplificar DNA

1988 - 2003 Se desarrolla el proyecto genoma Humano

2007 DNA de J Watson secuenciado en 2 meses 454 Life sciences (ROCHE)

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EL DOGMA CENTRAL DE LA BIOLOGIA MOLECULAR

Proteína

RNA

DNA

transcripción

traducción

CCTGAGCCAACTATTGATGAA

PEPTIDE

CCUGAGCCAACUAUUGAUGAA

Replicación

Reversa

.

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Componentes de un nucleótido:base N + pentosa + fosfato

Acido Nucléico: polímero de nucleótidos

Componentes de un nucleósido:base N + pentosa

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DNA

Azúcares de los ácidos nucléicos

RNA

(DNA)

Bases nitrogenadas de los ácidos nucléicos

(RNA)

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Nomenclatura de nucleótidos y nucleósidos

BASE Nucleósido Nucleótido Acido nucleico

Purinas

Adenina Adenosina Adenilato RNA

Desoxiadenosina Desoxiadenilato DNA

Guanina Guanosina Guanilato RNA

Desoxiguanosina Desoxiguanilato DNA

Pirimidinas

Citocina Citidina Citidilato DNADeoxicitidina Deoxicitidilato DNA

Timina Timidina o Timidilato o DNAdeoxitimidina deoxitimidilato

Uracilo Uridina Uridilato RNA

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Características de los Nucleótidos

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Los nucleótidos en el DNA se unen mediante enlace fosfodiester

Las bases nitrogenadas se unen al azúcar por enlace B glucosidico

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Apareamiento de bases en el DNA: Puentes de hidrogeno

A T

C G

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DNA: Dos hebras antiparalelas forman la doble hélice de DNA

A Vista del enlace de las bases

B Vista de inicio a fin de las cadenas

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Formas de DNA

La forma B es referida a la de Watson – Crick

Z alternancia de G y C, presente como segmentos en eucariotes y procariotes, con funcion quizas regulatoria de expresión

  Forma A Forma B Forma Z

       

Sentido de la helice

Hacia la derecha

Hacia la derecha

Hacia la izquierda

Diametro aprox 26 Å aprox 20 Å aprox 18 Å

Bases por torcion 11 10.5 12

Distancia entre pares de bases 2.6 Å 3.4 Å 3.7 Å

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El DNA puede disociarse o asociarse por la complementaridad de su secuencia nucleotidica: Denaturación reversible del DNA

La renaturación permite hacer análisis de hibridación cuando se mezclan dos hebras de DNA que comparten cierto grado de similaridad en su secuencia

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La denaturación esta relacionada al % de GC.

Organismos que presentan mayor % de GC en su secuencia genómica soportan temperaturas altas

Una secuencia con mayor % de GC presentara un tm mayor que una secuencia con alto contenido de AT (El tm es la Temperatura media de Melting o de disociación en el que la denaturacion de las hebras de ADN es del 50%)

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Debido a las bases nitrogenadas el DNA absorbe luz ultravioleta.El efecto denominado hipercromicidad se da al denaturar el DNA, así las bases están expuestas y puede absorber mayor cantidad de luz ultravioleta

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Replicación de DNA

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Replicación del DNA según Watson y Crick

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La replicación

Ocurre en un origen de replicación único en DNA circulares (plasmidos)

En eucariotes es complejo y se da en varios origenes de replicación

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La síntesis de la nueva hebra es en sentido 5’ a 3’

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La síntesis de DNA en E. coli, Empieza con la unión de proteínas dnaA a la secuencia de origen (ori)

5’3’

3’5’

Secuencia Ori

Unión de proteínas de dnaA

A A A

La región rica en A T es denaturada y hexameros de DnaB (helicasa) se unen al DNA en colaboración con DnaA

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Iniciación de la síntesis de DNA en E. coli origen (ori)

5’3’

3’5’

Secuencia Ori

Unión de proteínas dnaA

A A A

Inducción de la denaturación del DNApor las proteínas de dnaA

AA

AA

A

A

AA

AA

A

A B C

Las proteínas dnaB y dnaC se unen al single-stranded DNA

dnaB desenrrolla el DNA

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A

A

A

AA

A B C

dnaB desenrrolla las hélices, desplazando a las dnaA

GSe une la dnaG (primase)

A

A

A

AA

AB C

G

...y se sintetiza un cebador RNA primer

RNA primer

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B C

G

5’ 3’DNA molde (template strand)

RNA primer(~5 nucleotidos)

Primasoma dna B (helicasa) dna C dna G (primasa)

OH3’ 5’

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• DNA girasa es una topoisomerasa II, que rompe el DNA e introduce superocoil negativo a la cabeza de la horquilla de replicación

• Fluoroquinolona inhibe DNA girasas en muchas bacteras gram-negativas: ciprofloxacina y levofloxacina (Levaquin)

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Telomeros y edad

Metaphase chromosome

centromero telomero telomero

telomero estructura

Edad joven

Edad senil

Telomeros son capuchones protectivos“caps” sobre elextremo de los cromosomas y consisten de repeticiones cortas en tandem de 5-8 bpde una secuencia rica en GC,Previenen desde fusiones Cromosomas y rearreglos del kariotipo.

(TTAGGG)muchos

(TTAGGG)poco

• telomerasa (una enzima) requerida para mantener la longitud de las células germinales

• La mayoría de las células somaticas disminuye el nivel de la actividad de la telomerasaevels of telomerase y asi sus cromosomas se acortan en cada división

<1 to >12 kb

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32

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Mecanismo de duplicación en el DNA mitocondrial

La duplicacion se inicia en el loop D

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Duplicación en el proceso de conjugación bacteriana.

Transferencia del pili F (plasmido sexual)

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Organización común de las DNA polimerasa

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Los nucleótidos adicionados son nucleótidos trifosfatos

El mecanismo involucra iones Mg que coordinan con el grupo fosfato y tres residuos Asp de

La enzima DNA polimerasa

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Las enzimas polimeras tienen un mecanismo de relectura o de proofreading (actividad exonucleasa 3’ a 5’)

Evita la mala incorporación de un nucleotido

La DNA polimerasa controla la fidelidad de la replicación

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Sistemas de reparación corrigen el daño en el DNA

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El sistema de excision de nucleotido NER repara los daños provocados por radiación ultravioleta:Puede ocurrir la reparación en forma global o acoplada a la transcripción

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El sistema de reparación excision de base BER, repara daños de deaminacion o rupturas en una sola cadena

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El sistema de reparación por recombinación homologa HR y de unión de extremos EJ, reparan la ruptura de las cadenas de DNA

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Sistema de reparación de una mala incorporación o mal apareamiento MMR

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Cambios tautoméricos durante la replicación

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Cromosomas

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El DNA es altamente comprimido en todos los tipos de genomas

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En el bacteriofago En bacterias

En mamiferos

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Los cromosomas están divididos en distintas regiones.

Un bandeo característico se da por facilidad de coloración de algunas regiones, se desconoce el porque solo se conoce que las regiones decoloradas contienen mas cantidad de GC

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• En eucariotas, el DNA se encuentra empaquetado con proteinas histonas dentro de la cromatina.

• Las unidades básicas de la cromatina son los nucleosomas.

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Organización del DNA en el cromosoma

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Estructura de los nucleosomas

• Nucleosoma• 146 pb de DNA alrededor

de 8 moléculas de histonas

• Cinco tipos de histonas 2 x (H2A, H2B, H3, H4) forman el núcleo octaméricoH1 interacciona con el DNA conector y delimita al nucleosoma 2 vueltas adicionales de DNA 200pb

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Modificaciones covalentes de lashistonas regulan la funcionalidad

del DNA

• Los eventos epigenéticos son aquellas variaciones en la expresión de un gen que no se acompañan de cambios en la secuencia de DNA.

• Las cadenas laterales de las histonas sufren modificaciones.

• Modificaciones postraduccionales:– Acetilación– Fosforilación– Metilación(más estable)– Otras…

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HISTONAS

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Acetilación de histonas

• Se produce en residuos de lisina y es reversible.

• Las histonas acetiladas están asociadas a la cromatina transcripcionalmente activa y las histonas desacetiladas a la cromatina inactiva.

• La acetilación neutraliza la carga positiva de las lisinas.

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HATs

• Histona acetiltransferasas.• Estas modificaciones ocurren en el

extremo amino terminal de las histonas.• La primera familia de las HATs es la

superfamilia GNAT, que incluye las proteínas que envuelven, unen e inician la transcripción como la Gcn5 y PCAF, elongación como Elp3.

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HDACs

• Están asociados a complejos proteicos.• Se han encontrado deacetilasas en

subunidades de complejos polipeptídicos que actúan como correpresores y silenciadores de genes.

• La Rpd3 y Hda1eliminan grupos acetil críticos de las histonas, empaquetando la cromatina en una forma inactiva (heterocromatina).

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• La formación de la heterocromatina es mediado por proteínas Sir2, Sir3 y Sir4, estudios recientes han encontrado que Sir2 presentan un Nad dependiente de la actividad HDAC.

• También se ha visto que la desacetilación de la lisina 16 de H4 es importante para la interacción de Sir3 y Sir4.

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Metilacion de Histonas

•Es uno de los mecanismos de regulación que pta diversas funciones asociadas a la activación o a la represión de un gen.

•HMTs