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Cap.11: Genes: Estructura y Replicación
Prof. Aida L. MéndezBiol 3705
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Objetivos
Al terminar de discutir este capítulo, el estudiante estará capacitado para:
Describir lo que es un cromosoma, genes y los ácidos nucleicos.
Mencionar la composición y organización del DNA y RNA
Señalar el proceso de replicación del DNA.
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Genética
Estudio de estructura y función del genoma de los organismos; estudio de la herencia
El material genético es el responsable de la herencia y entonces se duplicará para que cada célula hija pueda funcionar normalmente
Algunos cambios favorecen evolución
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Dogma Central
DNA= almacena información genética, controla procesos celulares
RNA= permite la expresión de la información genética, de manera que enzimas y otras proteinas se puedan manufacturar
Estudio síntesis DNA, RNA y proteínas pertenece a la genética y biología molecular
Dogma central= procesos por el cual DNA RNA- proteinas, información conservada en las formas con vida
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Dogma Central
Central Dogma Review
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Genoma
Suma total de todo el material genético de la célula, se compone exclusivamente de DNA exepto en virus que puede ser DNA o RNA incluye cromosoma(s) plásmidos (en bacterias y hongos) organelos celulares (mitocondrio y cloroplasto)
Varia en tamaño: virus=4-5 genes
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Nucleosoma-eucariota: DNA + histonas
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Genes
Unidad de herencia para un rasgo lugar en el cromosoma con información para cierta
función celular segmento de DNA con información para sintetizar
una proteina o molécula de RNA (t,r) Secuencia de nucleótidos que cdifica para un
polipeptido, tRNA, rRNA Mayoria genes procarioticos tienen 4 partes:
promotor, lider ,region codificadora y “trailer”
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Estructura Gen Procariota
Prokaryootic Gene Structure Prokaryootic Gene Structure
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DNA-Acido Desoxiribonucleico
Macromolécula compuesta por nucleótidos (consiste de 3 partes: fosfato, azúcar y base nitrogenada)
Existen 2 tipos de bases nitrogenadas purinas-tienen 2 anillos(adenina y guanina)] pirimidinas-tienen 1 anillo (citosina y timina)
Enlace fosfato-azucar es fosfodiester (carbonos 3 y 5)
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The Organization of DNA in Cells
In all Archaea and most bacteria DNA is a circular double helix
Further twisting results in supercoiled DNA In bacteria the DNA is associated with basic
proteins Help organize the DNA into a coiled chromatin like
structure
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DNA Forms
Figure 11.8
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DNA
Bases nitrogenadas son complementarias Adenina parea con timina a través de 2 enlaces
de hidrógenos (A=T) Guanina parea con citosina a través de 3
enlaces de H (C= G)
Es una doble banda que corre antiparalela (dirección 5’ - 3’ en un lado y el otro va 3’ - 5’)
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DNA
Cadenas se separan por los enlaces de H y cada una sirve de molde o templado para que se sintetice la otra banda. El genoma lleva la clave de cómo será el organismo en el orden preciso de las bases nitrogenadas
Tamaño procariotas: E. coli=1,300 um largo
Eucariota= 46 cromosomas= 1.8 m (1,400 veces mas largo)
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DNA
Distancia entre pares de bases= 0.34 nm Cada par de bases rota 36 grados
alrededor cilindro respecto al par adyacente
Hay 10 pares de bases por vuelta en espiral (largo de 3.4 nm)
Helice es hacia lado derecho, rota en contra de manecillas del reloj
Distancia transversal de un lado a otro de la doble helice = 2.0 nm
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Rosalind Franklin
ROSALIND ELSIE FRANKLIN
BiologíaInglaterra 1920 - 1958
Rosalind nació en Inglaterra el 25 de julio de 1920.
Rosalind Franklin se graduó de la universidad de
Cambridge en 1941, no sin antes salvar la oposición
paterna.Hizo estudios
fundamentales de microestructuras del carbón y del grafito y este trabajo
fue la base de su doctorado en química física, que
obtuvo en la universidad de Cambridge en 1945.
Rosalind Frnklin murió en Londres el 16 de abril de 1958.
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(alfabéticamente)(Biología-Medicina)(Matemáticas-Astronomía)(Física-Química)
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Rosalind Franklin
aportación Rosalind Franklin
obtuvo una fotografía de difracción de rayos X que reveló, de manera inconfundible, la estructura helicoidal de la molécula del DNA. Esa imagen, conocida hoy como la famosa fotografía 51, fue un respaldo experimental crucial
Difracción de rayos X
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DNA
Dilucidada por Watson y Crick-1953 Usaron inf. De Otros cientificos
R. Franklin
Recibieron Nobel 1962, Watson,Crick y Wilkins
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Eucaryotic DNA Organization
DNA is more highly organized in eucaryotic chromatin where it is associated with histones, small basic proteins
The combination of DNA and proteins is called a nucleosome
Archae DNA structure is similar to that of eucaryotic cells
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Replicación DNA
semiconservativa
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Bases Nitrogenadas
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Flow of Genetic Information in Cells
Figure 11.4
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Replicación DNA- duplicación
Incluye más de 30 enzimas, proceso complejo
requiere que el DNA se desdoble separar bandas a través de enlaces de H,
las cuales servirán de templados para la sintesis de bandas nuevas
Esta replicación es semiconservativa- cada banda nueva se compone de 1 nueva y 1 vieja
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Banda 5’ 3’
Nucleótidos llegan como trifosfatos y se añaden como monofosfatos
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Replicación DNA- procariotas
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DNA Replication
in most procaryotes bidirectional from a single
origin of replication Some Archae have more
than one origin
Figure 11.11
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Inicio Replicación
2 tenedores replicación salen del lugar replicación (origen) hasta copiar al “replicón” Porción del genoma con el origen es una
unidad
Eucariotas- tenedores de replicación cada 10-100 um
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Eucaryotic DNA Replication
eucaryotic DNA is ~1,400 times longer than procaryotic DNA and is linear
many replication forks are used simultaneously with many replicons present
Figure 11.13a
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Etapas Replicación DNA
Lugar de inicio-replicón- con una configuración palindrómica
Enzimas: 1.helicasa-desenrosca y separa la doble banda a
través de los enlaces H Velocidad en procariotas = 750-1000 pares de bases (pb)
por segundo, consume ATP Eucariotas = 50-100 pb/sec
2. topoisomerasas-despues helicasas, alteran estruct. DNA temporeramente
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Replicación DNA
3. DNA girasa –es topoisomerasa remueve areas supertorcidas en replicación
4.“Single stranded DNA binding protein” – SSBP Mantiene 2 bandas abiertas y separadas
DNA polimerasa III – complejo con 10 proteinas, también hace “proofreading”
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Replicación DNA
5. enzima DNA polimerasa III (lado continuo-”leading”, 5’ – 3’)- comienza a colocar nucleótidos siguiendo el templado, ésta cubre el tenedor de replicación y añade nucleótidos en forma de monofosfatos
6. primasa- polimerasa sintetiza RNA primer (cadena corta de nucleotidos-10- de RNA) que se colocan en la iniciación Lado de replicación (3’ – 5’), es discontinuo (“Lagging”,
en fragmentos Comienza con RNA primer (10 nucleotidos) y luego se
sustituyen por DNA
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Replicación DNA 7. DNA polimerasa I - remueve RNA
primers usados al inicio de sintesis y los sustituye por DNA (fragmentos Okasaki)- sintetizados por DNA polimerasa III
8. DNA ligasa- une las bandas “lagging”, discontinuas, formando enlaces fosfodiester usando energia de NAD y/o ATP
Proceso complejo, requiere exactitud DNA polimerasa III hace “proof reading”-
eliminar errores
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Bacterial DNA Replication
helicases, topoisomerases and DNA polymerase III are part of the replisome
The lagging strand is synthesized in short fragments called Okazaki fragments
A new primer is needed for the synthesis of each Okazaki fragment
Figure 11.16
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Replicación DNA
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Completion of lagging strand synthesis
Figure 11.18
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Replicación DNA
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Replicación DNA
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DNA
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DNA----> RNA
DNA tiene que descifrarse en procesos de control celular. Lo hace transcribiendo el DNA en RNA que a su vez se traduce en proteinas. Existen exepciones a este principio en los virus.
El contenido genético del organismo es el genotipo y la expresión observable del genotipo es el fenotipo
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Comparación DNA-RNA
DNA azúcar-desoxiribosa banda doble bases: timina, citosina,
guanina y adenina
RNA azúcar-ribosa banda sencilla bases: uracil, citosina,
guanina y adenina
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Referencias
http://www.cs.uni.edu/~fienup/cs188s05/lectures/lec23_4-12-05.htm
http://www.biologyreference.com/Ce-Co/Control-of-Gene-Expression.html
http://images2.clinicaltools.com/PageReq?id=565:1873