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Formas alternas y superenrrollamiento
1.7 Topología del DNA
Estructuras del DNA: Formas alternas de la doble hélice.
Introducción: el DNA puede adquirir varias formas debido a que la desoxirribosa es flexible ya que giran los enlaces glucosídicos.
DNA forma A DNA forma B DNA forma Z DNA forma H
B-DNA Descubierta por
Watson y Crick. Representa las
bases A, T, C y G. Esta presente en
los protoplasmas acuosos.
El DNA no es una molécula estática si no que es muy flexible.
A-DNA Es cuando el DNA
se deshidrata parcialmente.
En esta estructura los pares de bases no se encuentran formando ángulos rectos con el eje de la hélice, si no que se doblen 20 grados alejándose de la horizontal.
No existentes in vivo.
Z-DNA
Recibe este nombre por su conformación en (zigzag).
Es mucho mas delgado que el DNA B.
Su configuración aportada por las bases de Citosina y Guanina(CGCGCG).
Importante porque une proteínas que activan o inhiben la transcripción.
DNA forma H Se da en
determinadas circunstancias por ejemplo cuando el pH esta bajo.
Depende de la formación de bases no convencionales (las bases de Hoogesten), estas se producen sin romper los pares de bases de Watson y Crick.
No se conoce cual es el significado del DNA H pero se cree que es para la recombinación genética.
Existen otros tipos de DNA.
DNA C DNA E DNA D
Existen bajo ambientes muy específicos (deshidratación etc.), pero no se cree que no se encuentran en células vivas.
Propiedades Estructurales del DNA B, A Y Z.
ESTRUCTURAS DEL Z Y B DNA
.
SUPERENROLLAMIENTO DEL DNA
Estudia las propiedades de posición relativa de las partes de un objeto, propiedades que no cambian cuando es sometido a deformación.
En este caso el superenrrollamiento del DNA.
Topología
¿Qué es el Superenrollamiento?
Retorcimiento de una hélice sobre si misma, de forma que su eje no sigue una línea recta, sino otra hélice.
¿Cuándo ocurre? Cuando una o las dos cadenas son
unidas y cuando las cadenas complementarias en un extremo rotan o se tuercen una alrededor de la otra en el otro extremo en un espacio de modo que permitan que giren.
Ocurren en moléculas que tienen los extremos cerrados:
- DNA circulares presentes en procariotas- DNA de las mitocondrias
Tanto en el DNA circular como en el lineal se da el fenómeno de superenrollamiento.
En DNAs circulares, al retorcer el DNA alrededor de su propio eje, cambia el número de vueltas de la doble hélice, de modo que para recuperar la estabilidad, la molécula se arrolla sobre sí misma (superenrollamiento) formando una superhélice de sentido opuesto al giro inicial.
Cuando el DNA está infraenrollado, se enrolla a derecha para aliviar la tensión y se produce un superenrollamiento negativo.
Cuando el DNA está sobreenrollado, se enrolla a la izquierda para aliviar la tensión y se produce un superenrollamiento positivo.
SUPERENROLLAMIENTO POSITIVO Y NEGATIVO
Las moléculas de todos los organismos desde los virus hasta las células eucariotas tienen un superenrrollamiento negativo.
La forma negativa está relacionada con procesos de recombinación, expresión de genes y su regulación.
- Topoisomerasa tipo I: hidrolizan un enlace fosfodiéster en una hebra, hacen pasar la otra hebra a través del corte y vuelven a unir los extremos de la primera; como resultado, el índice de ligazón de la molécula de DNA aumenta o disminuye en una unidad.
- Topoisomerasa tipo II: sendos enlaces fosfodiéster en ambas hebras y hacen pasar otra doble hebra a través del corte, resellando éste de nuevo; de este modo, el índice de ligazón varía en dos unidades de una sola vez.
Funciones del superenrollamiento
Las moléculas de DNA se compactan y ocupan un volumen inferior en varios órdenes de magnitud.
Permite que se acerquen regiones de la molécula alejadas en su estructura primaria .
En replicación y transcripción ocurre un desenrollamiento de la doble hélice que provoca sobreenrollamiento en las regiones adyacentes.
Genoma: Del griego Geo: generar y ma: acción.
Es todo el material genético contenido en las células de un organismo.
1.8 Genomas Procariotes, Eucariotes y Organelos.
Cromosomas en procariotas
•La genética microbiana ha descubierto que los genes están constituidos por DNA, una observación que puso las bases de la genética molecular.
ESCHERICHIA COLI
La mayoría de los procariotas tiene un solo cromosoma.
El DNA cromosómico debe enrollarse mas 1000 veces
para caber dentro de la membrana celular procariotica.
La región especializada de la célula que contiene el
DNA se llama nucleoide.
El cromosoma principal bacteriano (nucleoide) es ADN
doble hélice circular
superenrollado y
organizado en dominios o lazos.
Datos de la secuencia genómica de mas de 340
genomas microbianos han indicado que la mayoría
(90%) de los genomas procarioticos consisten en una
molécula sencilla de DNA circular que contiene 580 kpb
hasta mas de 5220 kpb.
Los círculos de DNA que contienen la información
genética necesaria para su propia replicación se llama
replicones. La mayoría de los genes procariotas son
haploides.
Plásmido
Útiles en ingeniería genética para la transformación génica y la manipulación genética de procariotas y eucariotas. Los plásmidos empleados en ingeniería genética se llaman vectores. Son muy útiles para sintetizar en grandes cantidades proteínas de interés.
Confiere ventajas adaptativas.
Son fragmentos extracromosómicos de ácidos nucléicos (ADN o ARN) que aparecen en el citoplasma de algunos procariotas.
Los genes esenciales para el crecimiento procariota se
encuentra en el cromosoma y los plásmidos portan
genes asociados a funciones especializadas.
El DNA de casi todas los procariotas es circular, con
longitud de 1mm; este es cromosoma procariotico.
Genoma en eucariotas.
La molécula de DNA es muy larga y no podría caber dentro de la célula así que necesita estar empaquetada.
En la interfase (antes de la mitosis) el material genético existe en un complejo llamado cromatina.
El DNA nuclear se asocia con unas proteínas llamadas histonas para formar la cromatina.
La histonas son 5 tipos: H1 H2A H2B H3 y H4.
Las histonas tienen características básicas o sea cargas positivas (con mayor cantidad de arginina y lisina que son a.a. básicos que le dan esta carga para poder asociarse con el esqueleto de azúcar-fosfato ya que este tiene una carga negativa)
En la forma extendida, donde podemos ver a la cromatina como cuentas de un collar liga a estructuras en forma de perlas llamadas nucleosomas que son las unidades principales de la cromatina unidos por el DNA “Conector”.
Nucleosomas: Este material contenido es menos susceptible a actividad enzimática como por la DNAsa que el DNA conector.
El nucleosoma está formado por un núcleo de proteínas con DNA enrolladlo.
El núcleo de proteínas esta formado por 2 copias de cada histona H2A H2B H3 Y H4 formando así un octámero con un aproximado de 147 pares de bases de DNA enroscados en menos de 2 vueltas alrededor del núcleo de proteínas.
Cromatina condensada
La cromatina condensada consiste en un solenoide con una medida de 30 nm con 6 nucleosomas por vuelta. La H1 se une al DNA en el interior del solenoide, con una molécula asociada por cada nucleosoma. Esta forma es más visible cuando la molécula no está siendo transcrita.
Dependiendo de las especies., los cromosomas de las eucariotas varían en tamaño y numero.
Un cromosoma eucariota consiste una sola molécula linear del DNA combinadas con las histonas para formar las Nucleohistonas que también contienen cantidades pequeñas de proteínas no histonas, RNA y poliaminas también influyen en el empaquetamiento.
Cromatina Si las células no se encuentran en la división celular se
condensa el DNA y se forma la cromatina. Que tiene una apariencia de un collar de perlas esto es
el nucleosoma, en este caso estaría envuelta en octámeros.
Esta organización del DNA se debe a las interacciones electrostáticas de los residuos de arginina en las histonas y el esqueleto de azúcar- fosfato (arginina carga positiva y el esqueleto carga negativa).
147 pares de bases están asociadas con cada octámero. Unas 60 pares de bases se encuentran libres y sirven
para unir los nucleosomas. Se cree que la función de la H1 es facilitar el enrollamiento de las “perlas” en estructuras ordenadas. (Formación del solenoide de 30nm)
Los niveles de la cromatina son visibles entre la interfase y la metafase en el ciclo celular.
Dependiendo a los requerimientos de la célula se observa en el microscopio de luz más grosor y color en los cromosomas.
Durante la metafase los cromosomas eucariontes se condensan lo suficiente como para verlos individualmente con el microscopio óptico.
Existen varias diferencias en las histonas de diferentes especies y una de ellas es la modificación covalente. Ahora el papel principal de las histonas es regular la accesibilidad del DNA para los factores de transcripción, las proteínas promotoras de la transcripción de unen a secuencias especificas del DNA.
Cromosomas Eucariotes Cada cromosoma eucariotico posee 2
elementos característicos. Un centrómero y un telómero.
El centrómero es rico en uniones de A-T y está asociado con proteínas no histonas que forman lo que se conoce como cinetocoro, que interactúa con los microfilamentos en la mitosis.
Telómeros con regiones repetitivas de bases CCCA y están al final de los cromosomas y pospone las pérdidas de secuencias al momento de la replicación.
Cariotipo
El cariotipo es el conjunto de cromosomas en metafase, característico de cada especie incluso 2 animales que sean de la misma especie pueden tener arreglos distintos en los cromosomas que le san su individualidad. Información similar ordenada diferente.
Cuando los cromosomas en metafase se descondensan durante la interfase aparece la heterocromatina que es mucho más condensada que la eurocromatina. La heterocromatina aparece con más frecuencia en los Telómeros y centrómeros.
Se requieren 3 tipos de secuencias de DNA para que una moléculas lineal de DNA funcione como un cromosoma: Un origen de replicación, una secuencia para el centrómero A-T y 2 secuencias teloméricas.
Se requieren 3 tipos de secuencias de DNA para que una moléculas lineal de DNA funcione como un cromosoma: Un origen de replicación, una secuencia para el centrómero A-T y 2 secuencias teloméricas.
ADN EN LAS MITOCONDRIAS Y LOS CLOROPLASTOS
GENOMAS EN LOS ORGANELOS
• Los organismos Eucariotas poseen ADN en su Núcleo.
• También poseen ADN en Orgánulos citoplasmáticos.
• En los vegetales el ADN se encuentra en los cloroplastos. Mientras que en los animales se encuentran en las mitocondrias y de igual manera se encuentra organizado en Cromosomas.
ADN EN LAS MITOCONDRIAS
• Llamado cromosoma O ADN mitocondrial( ADNmt).
• Es una molécula de doble hélice circular de tamaño variable.
• En cada mitocondria existen varias copias de este ADN, de modo que el número de cromosomas mitocondriales en cada célula puede ser de varios miles.
• Cuando cuatro o cinco cromosomas mitocondriales se agrupan reciben el Nombre de Nucleoides.
El genoma mitocondrial posee 37 genes de los cuales:
13 codifican para ARN mensajero (proteínas)
22 para ARN de transferencia 2 que codifican para ARN
mitocondriales( ARN ribosómicos) Es heredado únicamente por vía
materna
ADN EN LOS CLOROPLASTOS
EL ADN de cloroplastos (ADNcp) Es llamado PLASTOMA Es una molécula circular de doble
hélice presenta alrededor de 120 genes bien definidos.
Dichos genes proveen información de cómo realizar la fotosíntesis.
Es heredado tanto por vía materna y paterna.
Teoría Endosimbionte
Postula que tanto los cloroplastos como las mitocondrias fueron bacterias independientes que establecieron relaciones endosimbióticas con otras bacterias u organismos en los cuales penetraron.
Lazo D (D- Loop)
• Es el modelo propuesto para la replicación del ADN en las mitocondrias y los cloroplastos.
• En él el ADN se replica de forma semiconservativa pero de manera particular, ya que existen dos orígenes de replicación diferentes, uno para la hélice H (pesada) y otro para la hélice L (ligera).
• La síntesis de ambas hélices no se lleva a cabo al mismo tiempo, primero comienza replicándose de forma unidireccional la hélice H y más adelante y con un origen de replicación distinto se inicia la replica unidireccional de la hélice L en sentido opuesto al de la hélice H
