(pregrado) adn y arn-ii-15

7/23/2019 (Pregrado) ADN y ARN-II-15

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Estructura del ADN

Vctor J. Vera A. PhD


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Introduccin

El cido desoxirribonucleico (ADN)constituye el material gentico de las clulas

organismos diploides: Las clulas somticas(animales y plantas), tienen dos copias delgenoma

El ADN est en los cromosomas, que tienen alos genes, que son las estructuras encargadasde codificar las protenas


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Introduccin (cont.)

2 cromosomas con el mismo conjunto degenes: songenes homlogos.

En la divisin celular, todos los cromosomasse replican y as cada clula hija recibe unadotacin cromosmica completa.

Cuando un cromosoma se replica, todos losgenes de ese cromosoma se replicanautomticamente con l.


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Introduccin (cont.)

Para comprender cmo se da la replicacin esnecesario conocer:

la estructura del ADN desde su estructuraprimaria hasta su conformacin de doble hlice

sus caractersticas moleculares

aspectos complementarios


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ESTRUCTURA DEL ADN

C, H, O y N solos o en combinacin con otroselementos qumicos: compuestos de bajo peso

molecular (biomolculas) como losmonosacridos, cidos grasos, aminocidos ynucletidos

Son las bases monomricas de lasmacromolculas (biopolmeros) como lospolisacridos, los lpidos, las protenas y los

cidos nuclecos respectivamente.


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Nucletidos y cidos nucleicos

Nucletidos: variedad de papeles en metabolismocelular

Son la moneda energtica en transaccionesmetablicas

En respuesta de la clula a hormonas y otros estmulosextracelulares

Componente estructural en cofactores enzimticos eintermediarios metablicos

Son los constituyentes de los cidos nucleicos: ADN yARN (repositorios de la informacin gentica)


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Purinas


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Pirimidinas


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DESOXI-RIBONUCLEOTIDOS

Nucletido:Nuclesido + grupo fosfato

Nuclesido: Base nitrogenada + Azcar

Base Nitrogenada Purica A GPirimidica T C

Azcar: 2- Desoxiribosa (desoxi: falta de O2)

Nuclesidos DesoxiadenosinaDesoxiguanosinaDesoxitimidinaDesoxicitidina


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NUCLEOSIDOS Y NUCLETIDOS


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NUCLEOTIDO


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ESTRUCTURA QUIMICA DEL

ADN

El esqueleto del ADN est formado por desoxi-ribosas ligadas por puentes fosfodiester

ADN usualmente es de doble hlice consecuencias complementarias Cada base tiene su forma tautomrica ADN se denatura y renatura

Algunos virus ADN banda simple

La parte variable del ADN es la secuencia delas cuatro bases


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REPRESENTACION

ESQUEMATICA DE ADN


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LA DOBLE HELICE DE

WATSON Y CRICK, 1953 Hay dos cadenas helicoidales de

polinucletidos enrolladas a lo largo de un

eje comn y las cadenas corren endirecciones opuestas

Las bases de purina y pirimidina estn en el

interior de la hlice mientras que lasunidades de fosfato y desoxi-ribosa estn enel exterior.


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Doble hlice de Watson y Crick

Independiente de la cantidad de cada base laproporcin de G es siempre igual a la

proporcin de C y la proporcin de A esigual a la de T

La cantidad total de n. pirimidnicos (T +

C) es siempre igual a la cantidad de n.pricos (A + G)


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Doble hlice de Watson y Crick

Cantidad de A + T no es necesariamente

igual a la de G + C.

Rango de proporcin 26%-74% segn laespecie

Las dos cadenas son antiparalelas


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El dimetro de la hlice es de 20 y hace

una vuelta completa cada 34 Las dos cadenas permanecen unidas por

puentes de hidrgeno entre los pares de

bases A= T y G C

Especificidad en apareamiento de bases

Una base de tipo purinco se une a una base

de tipo pirimidnico por razones estricas ypor requerimientos de los puentes de H2.


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SURCO MAYOR Y SURCO MENOR


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SURCOS MAYOR Y MENOR

Helice B-DNA presenta dos tipos de surco Surco mayor: 12

N-7 de la A y G*O-4 de la T y O-6 de G*

Surco menor: 6 Contiene el O-2 de la

T y C*N-3 de la A y G*

*Posibles aceptores de Hidrgeno .


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PUENTES DE HIDROGENO


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TAUTOMERISMO

Carcterstica qumica importante del ADN:posicin de los tomos de H2en las bases

Cambios tautomericos: movimiento de tomos deH2desde un tomo de N2u O2de un anillo a otro.

Fisiolgicamente: Atomos de N2 unidos a anillos depurina de la Ay pirimidina de la Cestnusualmente en forma amino(NH2)

Los tomos de O unidos a tomos de C6de la Gy

C4de Tnormalmente tienen la forma ceto(C=O).Rara vez configuracin enol (COH)

Esencial para el funcionamiento biolgico del ADNpermite complementariedad de las cadenas


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PRINCIPIO DE

COMPLEMENTARIEDAD Bases nitrogenadas: Purina - Pirimidina

Hidrofbicas y relativamenteinsolubles en agua a pH neutro

Grupos funcionales: Nitrgenos del anilloGrupos carboniloGrupos amino

Modos de interaccin entre las bases:-Interacciones hidrofbicas de apilamientos-Los puentes de hidrgeno entre gruposamino y carbonilo


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DENATURACION-

RENATURACION El ADN es denaturado cuando las dos cadenas se

separan

Tm: T de melting o T de fusin

Factores: a > contenido de pares de bases G-C > T

Baja concentracin de sales:


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DENATURACION

RENATURACION


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hibridizacinde cidos

nuclecos

Puede ser tanto con ADNcomo con ARN

-Tipo Southern, para uniones ADN-ADN

-

TipoNorthern, para uniones ADN-ARN.


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ADN SENTIDO IZQUIERDOY DERECHO


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Doble hlice de ADN-A.

Las bases se encuentran muy inclinadas respectode la horizontal.

El ADN-Aes diferente del modelo de Watson yCrick(ADN-B)

Aparece en condiciones de humedad escasa ymenor temperatura.

Surco menor poco profundo y un poco ms amplioque el surco mayor, que es ms profundo


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Doble hlice de ADN-A.

En comparacin a la doble hlice del ADN-B, sta es ms abierta, tiene mayor dimetro

y una disposicin de lasbases nitrogenadasms alejada del eje de la hlice.

Las bases nitrogenadas muy inclinadas

respecto de la horizontal, ms prximasentre s y localizadas ms simtricamenterespecto al centro.


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Doble hlice de ADN-Z

Su presencia es generalmente desfavorable.

Ciertas condiciones pueden promoverla:

Alternacin purina-pirimidina (especialmente poli(dGC)2)

Baja concentracin de sal y de algunos cationes(37C,y pH 7.3-7.4).

La conformacin de Z-DNA, es difcil de estudiarporque no existe de forma estable

Es una estructura transitoria


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Doble hlice de ADN-Z

No se ha encontrado ninguna significanciabiolgica definitiva de Z-DNA,

se cree proporciona la torsin del super-enrollamiento mientras que ocurre latranscripcin del ADN

Se correlaciona tambin con regiones de activa

transcripcin.


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ADNs CIRCULARES Y DE

BANDA SENCILLA

Cromosomas deE. Coli y probablemente de todaslas bacterias

Replicacin bidireccional empieza en un lugar fijo

Adems del cromosoma principal se encuentranplasmidosindependientes

Ciertos plsmidos: episomas.

De replicacin autnoma.Se integran al cromosoma bacteriano


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PLASMIDOS

De control relajado: Se pueden multiplicarhasta que cada clula tiene promedio de 10

a 200 copias del plsmido USADOS EN ADN RECOMBINANTE

Control restringido: Se replican a la misma

rata que clula husped. Presentes slo una o pocas copias por clula


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REPRESENTACION ESQUEMATICA


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Estructuras cruciformes

Son estructuras del ADN formadas porrepeticiones invertidas y su estabilidad es

mejorada por el superenrollamiento delADN

Juegan un importante papel en la

regulacin procesos biolgicos como: replicacin, regulacin de la expresin

gentica, en la estructura del nucleosoma yrecombinacin.


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Enzimas que modifican el ADN

Nucleasas: cortan al ADN catalizando lahidrolisisde las uniones fosfodiester .

Exonucleasas: que hidrolizan nucleotidos enextremos del ADN

Endonucleasas: cortan dentro de las bandas .

Enbiologamolecular: son empleadascomo endonucleasasde restriccin


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Empaquetamiento del ADN

- La longitud ADN cromosmico > a la

longitud del propio cromosoma en que seencuentra,- se necesitan mecanismos que faciliten elalmacenamiento del ADN en el cromosoma


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Empaquetamiento del ADN

- Los cromosomas de clulas eucariotasposeen ADN que ha sido compactado

algunos miles de veces por interaccin conprotenas altamente conservadas llamadashistonas.- El complejo as formado (ADN,

protenas) recibe el nombre de cromatina.- La repeticin de unidades estructuralesbsicas de cromatina eucariota conforman

los nucleosomas.


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Cromatina

Cromatina en contacto con alta concentracinde sal: se observa al microscopio electrnico

en diferentes grados de compactacin(condensacin)

Si la concentracin de sal es baja, la estructura

observada de alrededor de 10 nm de dimetrocorresponde a un collar de perlas.


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Cromatina

Cada nucleosoma est conformado por 146 pbde ADN cargado negativamente, envolviendo1.65 veces a las histonas.

Las histonas son altamente bsicas, neutralizanlas cargas negativas y son notablemente

conservadas

La histona est formado por H2A, H2B, H3 y

H4


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TOPOISOMERASAS


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PROPIEDADES DEL ARN

Es la macromolcula ms verstil de losorganismos:

habilidad tanto de codificar como de manipular la

informacin gentica. Los diversos papeles del ARN dependen de

sus plegamientos:

estructuras biolgicamente funcionales que unenpequeas molculas a grandes protenas: cambiosconformacionales y de esta manera participar enlos estados regulatorios de la clula


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Naturaleza qumica del ARN

Est en clulasprocariotasy eucariotas; esel nico material gentico en ciertos virus;

es lineal y de una sola banda (ss, singlestrand), aunque existe una familia de virusque posee doble banda (ds, double strand).


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El azcar es la ribosa y tiene timina, por uracilo. Cadena sencilla, que por complementariedad de

bases se pliega sobre s misma: adquiere

caractersticas de cadena doble.

El ARN es una cadena sencilla complementariasolo a una de las dos cadenas de su gen

La G no es necesariamente igual a su contenidode C, ni A igual al de U


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El ARN puede ser hidrolizado por lcalis a 23-disteres cclicos de los mono-nucletidos.

En esta hidrlisis es necesario un compuestointermediario, el 235- triester, que no se puedeformar en el tratamiento del ADN con lcalis

debido a la ausencia de un grupo 2- hidroxilo. Como el ARN se origina a partir de una sola de

las dos cadenas del ADN, slo ser

complementaria a sta cadena


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Clases de ARN

De acuerdo con su funcin codificante(cRNA) y no codificante de protenas(ncRNA) hay diferentes ARNs.

En los cARN: ARN mensajero(mARN)

En los ncARN:

ARN de transferencia(tARN)

ARN ribosmico(rARN)

diversos tipos de ARN reguladores como losARN pequeos (small, sARN)


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ARN de transferencia (tARN)

El tARN: es un adaptador en la sntesis de losenlaces peptdicos

Existe al menos un tARN especfico para cadaaa: permite la traduccin del codn especfico.

Los tARN son transcritos en procariotes yeucariotes: como precursores de gran tamao

Con la secuencia para ms de un tARN y unposterior proceso nucleoltico (reduce tamao)por una clase especfica de ribonucleasas.



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Genes de algunos ARNt contienen cerca a la

regin que corresponde al asa del anticodn, unintrn sencillo de 10 40nt.

Estos intrones son transitorios; el proceso de

precursores transcritos de numerosas molculasde tARN incluye: la remocin de intrones y empalme adecuado de la

regin del anticodn para generar una molculaadaptadoraactiva para sntesis de la protena.

Slo procesa molculas capaces de plegarse en

productos funcionalmente capaces.


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Modificacin de tARN

Incluye alquilaciones de nt y la fijacin dela terminal caracterstica CCA en el extremo

3. La metilacin de los precursores del ARNt

de mamferos, probablemente ocurre en el

ncleo. La ruptura y la adherencia de CCA son

funciones citoplasmticas


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tARN

El tARN tiene 75nt. Aunque c/u de los tARNdifieren en su secuencia de nt, tienen en comn:

La estructura primaria permite un extensoplegamiento y una complementariedad interna que lepermite generar una estructura en hoja de trbol.

Todas las molculas tienen 4 brazos principales, un

brazo aceptor que consiste de un tallo de basesapareadas que termina en la secuencia CCA endireccin 5 - 3.


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Los grupos carboxilos de losaa. se adhieren mediante unenlace ester al grupo 3-hidroxilo de la porcinadenosilo.

Los dems brazos tienen

tallos de bases apareadas yasas de bases sin aparear.

El brazo anticodn en elextremo del tallo de bases

apareadas reconoce al codno tripleta de nt del molde detARN.


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Modificacin de tARN

Se requieren las enzimas del interior delcitoplasma de las clulas de mamfero para

la adherencia de los aminocidos a losresiduos de CCA.


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rARN

es unARN funcional, contiene una elevadacantidad de ARN celular: del 80 al 85% deltotal de ARN y est asociado fuertemente

con las protenas, para formar los ribosomas. Las funciones del rARN en el ribosoma no

se comprenden completamente

rARN es necesario para ensamble ribosmicoy parece tener un papel clave en fijar elmARN a los ribosomas y en su traduccin.


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Molculas pequeas de ARN

son derivados de regiones intergnicas,intrones, exones y secuencias repetitivas

originalmente se pens que eran basura, sontodos transcritos y se consideran fuentespotenciales de funcionales ARNs

slo una pequea fraccin del ARN celular hasido caracterizado funcionalmente


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juegan papeles esenciales en la vida de losorganismos vivientes como el silenciamiento

del ARN.

Anlisis detallados han revelado algunas vas

asociadas con la funcin de ARN pequeos.


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Estas vas muestran una conservacinevolutiva, con sustanciales diferencias entre

especies. Tecnologas avanzadas para estudiar el

perfil del ARN han acelerado el

descubrimiento de nuevas especies y hastaahora se est empezando a apreciar lacomplejidad de los sARN y sus funciones.


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Otros ARNs

ARN nuclear pequeo (snARN)

ARN nucleolar pequeo (snoRNA/scaRNA)

ARN citoplasmticos pequeos (scARN)

tmARN


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