Acidos nucleicos(ebn)

Biología Molecular. Programa

DNA

Replicación

Transcripción Traducción

ProteínasRNA

Retrotranscripción

-Composición y Estructura de los Ácidos Nucleícos-Replicación-Transcripción-Código Genético y Traducción-Regulación-Tecnología del DNA Recombinante: Medicina Forense

Diagnostico Molecular

Bibliografía: Stryer 5 ediciónVoet 3 ediciónLehninger 3 edición

Tema 12

Introducción a la biología molecularEstructura de los ácidos nucleicos

Tema 11

Introducción a la biología molecularEstructura de los ácidos nucleicos

1.- Introducción.

2.- Bases nitrogenadas.

3.- Nucleósidos y nucleótidos.

4.- Estructura del ADN.

5.- ADN como material genético.

6.- ARNs.

7.- Secuenciación

Tema 11: Introducción a la biología molecular

Introducción

Genética: investigación científica de la herencia

Genoma: conjunto de información genética de un organismo.

Biología molecular: ciencia que estudia la estructura y función de los genomas.

Estudia como la información genética se transmite de una generación a otra y como los genes gobiernan la actividad celular

Actualmente se sabe que el ácido desoxirribonucleico es el depositario y transmisor de esta información tanto en procariotas como en eucariotas

Ácidos Nucleicos. Reseña Cronológica

Estudia la composición química del pus: encuentra una fracción precipitable por ácido diluído que denomina nucleínaEncuentra un material parecido a la nucleína en el esperma de salmón, y lo fracciona en una componente proteico (protamina) y un componente que contiene fósforo, de carácter ácido, que Altmann denomina ácido nucleico

F. Miescher1865

Phoebus Levene

1930-1940

La hidrólisis química completa de un ácido nucleico dalugar a una mezcla equimolar de:

A. Una base nitrogenada heterocíclica, purina o pirimidinaB. Una pentosa, ribosa o desoxirribosaC. Ortofosfato

Determinó que el ADN estaba formado por 4 tipos distintos de nucleótidos.

Adenina, Timina, Guanina y Citosina


IntroducciónLos ácidos nucléicos son polímeros de muy alto peso molecular que están

compuestos por nucleótidos

O N

NN

N

NH2

OHOH

CH2OP-OO

O-

HH H

Pentosa Base

NucleósidoFosfato

Nucleótido


Introducción

Las unidades estructurales de los ácidos nucleicos se denominan nucleótidos

BaseNitrogenada

Pentosa

Fosfato

Enlace N-glucosídico

Entre el C1´de la pentosa y la posición 1 ó 9 de la base pirimidínica

o púrica, respectivamenteEnlace fosfodiester con elgrupo OH del C5´ del azúcar


Composición de los ácidos nucleicos

Azúcar



Azúcar

1’

2’3’

4’5’



Azúcar

RIBOSA(β-D-ribosa)

DESOXIRRIBOSA(β-2-D-desoxirribosa)

o

C 1’ 4’C

3’C C 2’

H

OHH

H

H

5’CH20H

OH

H

o

C 1’ 4’C

3’C C 2’

H

OHHH

5’CH20H

OH OH

H ARNADN

La diferencia con la desoxiribosa

es un grupo hidroxilo en el carbono 2


Introducción

Bases nitrogenadas

ADN: A,T G y C

ARN: A,U,G y C



Bases nitrogenadas

PURINAPIRIMIDINA

Anillo aromático heterocíclico con 2 átomos de N

Anillo de pirimidina más un anillo imidazol que forman una estructura

con 4 átomos de N

N

N N

NH

NH2

N

HN N

NH

O

H2NAdenina: 6-amino purina Guanina: 2-amino 6-oxo purina

N

N

O

NH2

Citosina:2-oxo 4-amino

pirimidina

N

HN

O

O

Uracilo:2,4-dioxopirimidina

N

HN

O

OCH3

Timina:2,4-dioxo

5-metil pirimidina



PIRIMIDÍNICAS

Posición 1

Bases nitrogenadas

PÚRICAS


Bases nitrogenadas

Posición 9



Propiedades de las bases

1. Carácter levemente básico.

2. Solubilidad escasa en agua.

3. Espectro de absorción con máximo a 260 nm.

4. Posibilidad de formas tautoméricas.

Tipo de isomería que hace que una sustancia pueda existir en varias formas con diferente disposición estructural de sus átomos


Bases nitrogenadas

Los nucleótidos existen en diferentes formas tautoméricas o tautómeros

Formas Tautoméricasde las bases


Las formas tautoméricas repercuten en el apareamiento de las basesLas formas tautoméricas repercuten en el apareamiento de las bases


Guanina

Formas tautoméricas

pH neutro


Nucleótido

Los nucleótidos pueden presentarse en configuración syn o anti en función del enlace glicosídico Pirimidinas sólo

configuración anti

Purinas

Introducción

Nucleósido: Base nitrogeneda + azúcar

Nomenclatura

Base Nucleósido

Adenina AdenosinaGuanina GuanosinaCitosina CitidinaUracilo UridinaTimina Timidina

Propiedades químicas de los nucleósidos

1. Incremento marcado en solubilidad con respecto a la de la base

2. Reacciones propias de la pentosa: Reacción del orcinol (ribo-)y de la difenilamina (desoxirribo-)

3. Absorción a 260 nm como las bases aisladas



Fosfato

Ión estable formado a partir del ácido fosfórico H3PO4

P

O

-O

OH

O-

Confiere la carga negativa al nucleótido

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


Introducción

Nucleósido: Base nitrogeneda + azúcar

Nucleótido: Base nitrogeneda + azúcar + fosfato


Introducción

Otras funciones de los nucleótidos Otras funciones de los nucleótidos

ATP: Importante en el metabolismo energético

GTP: Síntesis de proteínas

CTP: Síntesis de lípidos

UTP: Metabolismo de carbohidratos

Propiedades de los nucleótidos

1. Carácter ácido debido al fosfato

2. Solubilidad incrementada respecto al nucleósido

3. Máximo de absorbancia UV a 260 nm

4. Misma reactividad que bases y nucleósidos


¿ Cómo están organizados los nucleótidos en la molécula de ADN ?

¿ Cómo están organizados los nucleótidos en la molécula de ADN ?


ESTRUCTURA PRIMARIA DEL ADN

La constituye la secuencia de desoxirribonucleótidos de una de las cadenas.

Los nucleótidos se unen para formar la cadena de ADN mediante un enlace fosfodiester entre el C3’de la pentosa con el grupo fosfato del siguiente nucleótido.

La cadena de DNA está polarizada, presentando un grupo fosfato libre en el C5´del nucleótido de un extremo y un grupo OH libre en el C3´del nucleótido del otro extremo.

Por convenio se establece la dirección 5´- 3´.

El orden exacto de los nucleótidos es fundamental para la información genética que contiene el ADN.


ESTRUCTURA PRIMARIA DEL ARN

5´

3´


Erwin Chargaff

1949

Analizó el contenido molar de las bases de ADN procedente de diversos organismos y descubrió 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 genético

Experimento de Avery (1944)Experimento de Avery (1944)

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

Estructura Secundaria Desconocida


ADN como material genéticoADN como material genético

Experimento 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 transformación se transmite a la

descendencia.


Maurice WilkinsRosalind Franklin

Al principio de los años 50 realizaron los primeros estudios físicos con ADN cristalizado mediante la técnica de difracción de rayos X

(1) la molécula de ADN es una cadena extendida con una estructura altamente ordenada.

(2) la molécula de ADN es helicoidal y tiene 20 Å de diámetro.

(3) la hélice del ADN está compuesta por dos hebras helicoidales.

(4) las bases de los nucleótidos están apiladas con los planos separados por una distancia de 3,4 Å.

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


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

* Las dos hebras están enrolladas una alrededor de la otra formando una doble hebra helicoidal

* Las dos cadenas de polinucleótidos se mantienen equidistantes, al tiempo que se enrollan en torno a un eje imaginario.

* El esqueleto azúcar-fosfato (formado por una secuencia alternante de desoxirribosa y fosfato, unidos por enlaces fosfodiéster 5'-3') sigue una trayectoria helicoidal en la parte exterior de la molécula.

* Las bases se dirigen hacia el interior. Las bases de una hebra están enfrentadas con las de la otra,formando los llamados pares de bases (pb). Las bases interaccionan entre sí mediante puentes de hidrógeno. Las dos bases que forman un pb están en el mismo plano y dicho plano es perpendicular al eje de la hélice.


MODELO WATSON Y CRICK DEL ADN

El apareamiento siempre es entre una purina y una pirimidina.

Factores estéricos y formación de puentes de Hidrógeno

Configuración ceto y amino de las bases


APAREAMIENTOS WATSON Y CRICK DEL ADN


ESTRUCTURA SECUNDARIA DEL ADN

Hace referencia a la distribución en el espacio de la molécula de DNA

El primer modelo estructural fue propuesto por Watson y Crick, basándose en los estudios de difracción de rayos X realizados por Rosalind Franklin



O

-O

H2C

O

P

-O

O

O-

CH2

O

PO-

O

ON

NH3C

O

H

O

NN

NNN

H

O

ON

N

O

NHH

NN

NN

NH H

O

H

O

ON

N

N

N

OH

NH

H

N N

O

NH

H

O

O-

CH2

O

PO-

O

O-

CH2

O

PO-

O

O

N

N

N

N

NH

H NN

O

O

H3C

H

O

-O

H2C

O

P

-O

O

-O

H2C

O

P

-O

O

O

-O

H2C

O

P

-O O

ON

N

N

N

OH

NH

H

N N

O

NH

H O

O-

CH2

O

PO-

H

O

-O

H2C

O

P

-O

O

O-

CH2

O

PO-

O

Diámetro 20 A

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

Hay 10 nucleótidos por vuelta y la distancia del paso de rosca es de 34 A


ESTRUCTURA SECUNDARIA DEL ADNCadenas antiparalelas

Paso de rosca de la hélice

Surco Mayor

Surco Menor



Los surcos mayor y menor aparecen debido a que los enlaces glicosídicos de cada par de base no están dispuestos de forma diametralmente opuesta.

Surcos mayor y menor del ADN

2 23 3

46 6




Fuerzas que estabilizan la doble helice

* Puentes de Hidrógeno entre las bases

* Interacciones Hidrofóbicas

* Interacciones electrostáticas del fosfato



Más abundante en condiciones fisiológicas

92% de humedad y baja fuerza iónica

Regiones ricas en G-CAlta fuerza iónicaBaja hidratación



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

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





B-ADN



A-ADN

Doble hélice de RNAHíbridos RNA-DNA



Características estructurales de las formas A-, B- y Z- del DNA.

A B Z

Sentido de la hélice Dextrógira Dextrógira Levógira

Diámetro Aprox. 26Å Aprox. 20Å Aprox. 18Å

Giro de la hélice por par de bases 33º 36º 60º

Pares de bases por vuelta de hélice 11 10 12

Paso de rosca de la hélice 25,3Å 34Å 45,6Å

Elevación de la hélice por par de bases 2,3Å 3,4Å 3,8Å

Inclinación de las bases 19º 1,2º 9º



Características estructurales de las formas A-, B- y Z del DNA.

A B Z

Surco Mayor Estrecho y profundo Ancho y profundo Plano

Surco Menor Ancho y poco profundo Estrecho y profundo Estrecho y profundo

Átomo desplazado en el azúcar C(3’)-endo C(2’)-endo C(2’)-endo pirimid. C(3’)-endo purinas

Enlace glucosídico Anti Anti Anti para pirimid. Sin para purinas


ESTRUCTURA TERCIARIA DEL ADN

Representa la forma superenrollada de la estructura secundaria.

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



En 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 lashebras de DNA (replicación y transcripción)


TOPOLOGÍA DEL ADN


TOPOLOGÍA DEL ADN

L = T + W


TOPOLOGÍA DEL ADN

Super enrrollado Relajado

Topoisomerasas: Enzimas encargadas de modificar la topología del ADN

Topoisomerasa I: L = +1

Topoisomerasa II (GIRASA): L= -2

Inhibidores de la GIRASA (Adriamicina) utilizados en quimioterapia


Todo el DNA de un organismo procariota característico como E. Coli está contenido en una única molécula grande de DNA circular . Este “cromosoma procariota “ está superenrollado formando complejos con las proteínas .

En eucariotas , el material genético está subdividido en cromosomas cuyo número 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 células eucariotas son diploides, es decir dos copias de cada cromosoma, aunque hay especies que pueden tener varias copias, poliploides.

Cariotipo humano

Cariotipo humano

Sólo son visibles durante el proceso de división celular en la mitosis

Cuando el material cromosómico es amorfo y formando una masa enmarañada de fibras, y que se encuentra disperso por todo el nucleose llama cromatina

La cromatina está formada por proteínas y DNA .



Localización eminentemente nuclear(mitocondrias y cloroplastos)

Organizado en cromosomas

Células eucariotas


ESTRUCTURA DEL CROMOSOAMA EUCARIÓTICO

Niveles de Organización

Fibra de 10 nm: Nucleosoma

Fibra de 30 nm: Solenoide

Lazos

Minibanda

Cromosoma

ADN



Nucleosoma

Proteínas ricas en Arg o Lys por lo que interaccionan electrostáticamente con los

grupos fosfato del DNA.



Histonas. Proteínas relativamente pequeñas, ricas en Arg y Lys. Cargadas positivamente a pH fisiológico

Tipos

H1, H2a, H2b, H3 y H4

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

H4 H3H2aH2b

Animación

http://www.clunet.edu/BioDev/omm/nucleosome/nucleosome.htm



Proteínas ricas en Arg o Lys por lo que interaccionan electrostáticamente con los

grupos fosfato del DNA.

Nucleosoma


Fibra de 30 nm: Solenoide


ESTRUCTURA DEL ADN PROCARIÓTICO

DNA de E. ColiCircunferencia de 1mm

Células procariotas

Cromosoma bacterianoPlásmidos

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