CLASES BIOMOL (1)Dr. Giovanni González

REGLAS DEL JUEGO

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MOLECULAR BIOLOGY

COURSE

FMVZ, FUSM., CALI, Col 2012

• COLOMBIA 2025

APOYO DE EDUCACIÓN VIRTUAL

http://biologia-molecular-mvz-cali.blogspot.com/ (trabajos, bibliografía, apoyo académico, artículos de revisión, talleres , protocolos de laboratorio, noticias y mas )http://molecularbiologytopics.wikispaces.comDIAPOSITIVAS DE LAS CLASESwww.slideshare.net/biomolslides/presentations

CONTACTO

biologíamolecularmvzcali@gmail.com (cualquier pregunta)

giovanni.gonzalez@sanmartin.edu.co ( Consulta medica, consejo o un saludo)

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HORAS DE ATENCION EN LA OFICINA FMVZ (Siempre a la orden 8AM-12 Y 2PM A 4 PM)

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BIBLIOGRAFIA

• http://biologia-molecular-mvz-cali.blogspot.com/• http://www.wikispaces.com/user/my/biomolmvz• PÁGINAS WEB INTERACTIVAS CLAVES • http://www.bbc.co.uk/spanish/extra0006genomaa6.htm• http://www.elmundo.es/especiales/2003/02/salud/

genetica/descifrar_la_vida.html• http://www.librosvivos.net/smtc/homeTC.asp?TemaClave

=1185• http://www.elmundo.es/ciencia/genoma/index.html

1er Corte 30% Clase vista clase evaluada (Quices): 20%Aartículos de revisión: 10%Examen acumulativo oral 65%Participación en clase asistencia: 5%

2do Corte 30% Clase vista clase evaluada (escrito): 20%Artículos de revisión exp.: 10%Examen acumulativo oral 65 %Participación en clase asistencia: 5%

Tercer Corte 40%Clase vista clase evaluada (escrito): 20%Trabajo final (articulo de revisión): 20%Examen acumulativo oral 50 %Participación en clase asistencia, Informes de laboratorios: 10%

• Normas de Bioseguridad y Micropipeteo• Extracción de ADN• Reacción en cadena de la polimerasa y

secuenciación (simulacro y uso de termociclador)• Taller práctico en Bioinformática

LABORATORIOS

Las cosas deben ponerse tan Simples como sea posible, pero

no más simples Albert Einsten

OBJETIVO PARTICULAR

DMV

INVESTIGACIÓN

•Tecnología de vida

•Máxima expresión contemporánea de las ciencias biológicas

•Es la aplicación práctica de técnicas y procedimientos que utilizan organismos vivos o sus partes para obtener o mejorar productos, modificar plantas y animales o desarollar microorganismos con usos específicos

BIOTECNOLOGÍA

Creo en el DNA todopoderoso Creador de todos los seres vivos

Creo en el RNA, su único hijo, Que fue concebido por obra y gracia de la RNA polimerasa

Nació como transcripto primario Padeció bajo el poder de nucleasas, metilasas y

poliadenilasas. Fue procesado, modificado y tansportado.

Descendió del citoplasma A los pocos segundos fue traducido a proteína.

Ascendió por el Retículo Endoplásmico y el complejo de Golgi Y está anclado sobre la membrana plasmática

a la derecha de la proteína G.

Desde ahí ha de controlar la traducción de señales En células normales y apoptóticas.

Creo en la Biología Molecular, La terapia génica y la biotecnología,

En la secuenciación del genoma animal, La corrección de mutaciones,

La clonación de Dolly Y la vida eterna

AMÉN

• VIDEO 1. RECORDERISBIOMOL\biomol\Descargas de RealPlayer\DNA

REVIEW.flv

LOGICA MOLECULAR

1. Los seres vivos están integrados por moléculas inanimadas que se ajustan a todas las leyes físicas y químicas que rigen el comportamiento de la materia inerte. Los organismos vivos poseen unos atributos que no se encuentran en la materia inanimada

2. Complejidad y organización

3. Poseen estructuras internas complejas formadas por numerosas moléculas complejas.

Cada una de las partes que componen la materia viva cumple un rol específico

1. Esto se cumple no sólo para las estructuras intracelulares, sino también para los compuestos químicos de la célula (lípidos, proteínas y ácidos nucleicos).

2. Son capaces de extraer y transformar la energía de su entorno:

3. El ser vivo utiliza materias primas sencillas para producir o transformar energía, la cual es utilizada para edificar y mantener sus propias e intrincadas estructuras.

4. Posee la capacidad de duplicarse:

5. El ser vivo posee la capacidad de reproducirse, elaborando copias exactas de si mismo, logrando así la persistencia del ser vivo en nuestro planeta.

genoma

Célula

cromosomas

genes los genes

contienen instrucciones para hacer proteínas ADN

proteínas

las proteínas actúan solas o en complejos para realizar las funciones celulares

ADN ADN

ARN

PROTEÍNAS

BASES MOLECULARESDE LA VIDA

MOLECULAR BIOLOGYDOGMAJAPAN

Como llegamos a esto? y

para que investigar en biomol??

HISTORIA DE LA BIOLOGÍA MOLECULAR

HISTORIA

HITOS HISTÓRICOS DE BIOLOGÍA MOLECULAR

1941 Genes codifican las proteínas1944 Prueba que el ADN porta la información genética1953 Determinación de estructura del ADN y de la Insulina1956 Enfermedad monogénica sustitución de un aa cadena β-hemoglobina 1961 Código Genético, ARN mensajero, regulación génica1967 Wise y Richardson aislaron ADN ligasa1970 Smith y colegas aislaron y caracterizaron la Hind III 1972 Janet Mertz y Ron Davis cortaron y pegaron mol de ADN1973 Stanley Cohen y H. Boyer pusieron ADNr en bacterias1974 Demostración directa de delección génica humana1975 Southern Blotting1976 Proto-oncogenes1977 Fred Sanger secuenció el virus de ADN Ф X1741978 Biblioteca génica humana1979 RFPL para diagnóstico prenatal, oncogenes celulares

AVANCES HISTÓRICOS DE BIOLOGÍA MOLECULAR

1979-81 genes humanos clonados y secuenciados1982 Tabaco, la primera planta modificada genéticamente1983 Kary Mullis concibe el PCR / Fred Sanger y colegas

publican la secuencia del λ lambda1985 Un “gen de enfermedad” aislado por clonación posicional1986 La secuenciación del ADN es automatizada1987 Inicia el Proyecto del Genoma Humano1995 Es secuenciado la bacteria Haemophillus influenzae1996 Es secuenciada la levadura Saccharomyces cerevisiae1998 Es secuenciado el nemátodo Caenorhabditis elegans1999 Es secuenciado el cromosoma 22 humano2000 Es secuenciada la mosca de la fruta D. melanogaster /

26 de junio se presenta 90% borrador genoma humano 2001 Feb 2001 se completa el genoma humano.

Molecular Biology History

http://biomolfmvzcali.wikispaces.com/message/view/home/41180017

EXPERIMENTOS RELEVANTES

Griffth (1928)

DNA o Proteínas

1952 Alfred D. Hershey y Martha Chase Max Delbruck y Salvador Luria en los 40 //

Bacteriófagos de E coli

.

Marcadores

Ingeniería Genética

Tecnología del ADN

Fármacos Anti-cáncer

DiagnósticosCultivo de Células Vegetales

Transferencia de genes en animales

Síntesis de Sondas de

ADN

Localización desórdenes

genéticos

Clonación

Solución de crimenes

Producción de Proteínas humanas

TerapiaGénica

Bancos de ADN, ARN Proteínas

Mapas de Genomas completos

BiologíaMolecular

Cultivos

CelularesCultivos

Celulares

Anticuerpos Monoclonales

Anticuerpos Monoclonales

Síntesis de Nuevas Proteínas

NuevosAntibióticos

NuevasPlantas yAnimales

NuevosAlimentos

Recursos humanos químicos raros

BIOTECNOLOGÍABIOTECNOLOGÍA

¿Por qué la Biología molecular?

Porque el desarrollo espectacular que ha experimentado esta disciplina es motivo para

que diversos organismos internacionales califiquen su uso responsable como “pilar de un

desarrollo sustentable en el tiempo”, y “un instrumento para el progreso de las naciones

más retrasadas”.

¿ES ALGO NUEVO?

¡ NO!•ANTIGUAS CIVILIZACIONES

6000 AC. Sumerios4000 AC. Egipcios2600 AC. Babilónicos

323 a.C.: Aristóteles especula sobre la naturaleza de la reproducción y la herencia.

¿ COMO LLEGAMOS A ESTO

Y QUIEN PUSO LA PRIMERA PIEDRA?

Rosalind Franklin

Maurice Wilkins

• Difracción de Rayos X (Cortesía Dr Maurice Wilkins)

1970. Arber y Smith. Endonucleasas de restricción

POLYMERASE CHAIN REACTION (PCR)•1987. Kary Mullis

Ingenería genética

Es útil??

CONOCIMIENTO CIENTIFICO

Bioquímica

Ingeniería BioquímicaMicrobiología

Biología Celular

Computación

Genética

Inmunología

Fisiología

HERRAMIENTAS BIOTECNOLÓGICAS

Biosensores

Antisentido

Bioprocesos

Ingeniería de proteínasAnticuerpos monoclonales

Cultivo de células y tejidos

Ingeniería genética

MEDICINA

AMBIENTAL

AGROPECUARIO

Rendimiento de cosechas

Salud animal

Calidad de alimentos

DiagnósticoVacunas

Terapéutica

BiorremediaciónMonitoreo ambientalControl de la polución

APLICACIONES UTILES

• AGRICOLA:

Bioinsecticidas Plantas transgénicas OGM

• AMBIENTAL: Bioremediación Biolixiviación Xenobióticos

BIOTECNOLOGÍA PECUARIA

• ANIMAL: Clonación Animales trasgénicos Animales Knock Out Anticuerpos Monoclonales Xenotrasplantes Fecundación In Vitro Cultivo Celular Trasferencia de Embriones Criopreservación

• INDUSTRIAL: Alcohólicas Alimentos Medicamentos Enzimas Biopolimeros Pigmentos ProbióticosLacteos y derivados

• MÉDICA: Terapia Génica

1953 Franklin & Wilkins

La naturaleza helicoidal del DNA

Fuente de rayos X

DNA cristalizado

Rosalind Franklin

Maurice Wilkins

Film fotográfico

ENTENDIENDO AL DNA ENTENDEMOS LA

BIOLOGÍA MOLECULAR

DOGMA CENTRAL(último congreso, Tokio Japón)

APOYO PARA ESTUDIAR LA ESTRUCTURA PRIMARIA

DEL DNA

Estructura primaria

nucleótido

dNDP dNTP

VIDEO 2. DNA B STRUCTURE

El diámetro constante se explica si las bases de cada cadena se unen de manera restringida por lo que

las purinas siempre son opuestas a las pirimidinas.

Independientemente de la cantidad de cada base, la proporción G y C es

siempre la misma en el ADN al igual que la proporción A y T. la composición de

cualquier ADN se describe por la proporción G + C que tiene un rango de

entre 26 a 74 % para las diferentes especies.

Tipos de moléculas de DNALos ácidos nucleÍcos pueden adoptar diferentes estructuras según factores tales como humedad, identidad de los iones presentes, así como la secuencia de bases

A,B,C,Z

B• presencia de iones

alcalinos como el Na+ y una humedad

relativa del 92 %

Cada par de bases rota 36º alrededor del eje central relativo al siguiente par,

por lo que 10 pares de bases dan un giro completo de 360º.

El giro completo de una hélice doble con surcos angostos (12 Aº) y surcos amplios

(22 Aº), esta es la forma β del ADN.

DNA-A

• DNA-A posee 11 bp por vuelta y un paso de rosca de 28 A. Los pares de bases se encuentran inclinados 20° con respecto al eje de la hélice lo que provoca que el surco mayor sea profundo y el surco menor sea muy poco profundo

• variabilidad conformacional dependiente de cada secuencia

DNA-ZForma levógira

=Molécula de DNA de doble hebra con giro hacia la izquierda

Se denomina así por la apariencia en zigzag que adquiere la cadena de ribosa fosfato, como consecuencia de dicha alternancia.

Originalmente, se encontró en una secuencia alternante de G y C, pero también puede darse en secuencias de purinas y pirimidinas alternantes

• Posee 12 bp por vuelta y un paso de rosca de 45 A, y a diferencia del DNA-A un surco menor muy profundo y un surco mayor casi imperceptible.

• En el DNA-Z los pares de bases se encuentran desplazados 180° con respecto a los del DNA-B.

• Los polinucleótidos complementarios con purinas y pirimidinas alternantes tales como poli d(GC), poli d(AT) y poli d(GT), adoptan la conformación de DNA-Z a elevadas concentraciones de sales.

Davis et al., 2008

DNA-C• DNA-C que se produce a partir del DNA-B en

presencia de soluciones de sales concentradas y etilén glicol (sal de litio y 6 % de humedad relativa).

• Giro de la hélice por bp de 38.6 º por lo que exhibe 9.33 bp por vuelta.

• Presenta una elevación por bp de 3.32 A siendo el paso de rosca de aproximadamente 31 A.

• El diámetro de esta hélice es de aproximadamente 19 A.

X

ADN-A ADN-B ADN-ZºSentido de giro de la

hélice Dextrógiro Dextrógiro Levógiro

Forma y tamaño Más ancha y corta Intermedia Más estrecha y larga

Surco mayor Estrecho, profundoAmplio, profundidad media Sin profundidad

Surco menor Amplio, no profundoEstrecho, profundidad media Estrecho, profundo

Diámetro de la hélice 2,55 nm 2,37 nm 1,84 nm

Unidad estructural Par de bases Par de bases Dos pares de bases

Pares de bases/vuelta 11 10,4 12Distancia entre pares

de bases 0,23 nm 0,34 nm0,53 nm (G·C) / 0,41 nm (C·G)

Paso de hélice o vuelta completa 2,53 nm 3,54 nm 4,56 nm

Rotación por residuo 32,7º 34,6º -30º

Inclinación de los pares de bases 19º 1,2º 9º

QUIZ

DNA CIRCULAR

Estructura terciaria

superhélice

Superenrollamientopositivo

Superenrollamientonegativo

solenoide superhélice

DNA supercoiling . . .

• Is a form of stored energy.

• Predisposes dsDNA to localized melting.

• Shortens the contour length of dsDNA.

Enzimas Y

Topología del DNA

Las Topoisomerasas son enzimas isomerasas que actúan sobre la topología del ADN. La configuración de doble hélice del ADN les hace "difícil" su separación, imprescindible si las enzimas están trascribiendo la secuencia que codifica las proteínas, o si los cromosomas se están replicando.

En el llamado ADN circular en el que los segmentos de ADN son enrollados y juntados en un círculo, Las dos helices del ADN están topológicamente unidos, sin poder ser separados por ningún proceso que no incluya la rotura.

La topoisomerasa guía y cataliza este proceso.

La Topoisomerasa tipo I corta una hebra y permite que la molecula de ADN rote alrededor del enlace fosfodiester, liberando la tension producto del superenrollamiento del ADN. La topoimerasa tipo I no es dependiente de ATP

La Topoisomerasa tipo II corta las dos hebras y pasa una doble hebra a través de este agujero. La topoimerasa tipo II es ATP dependiente.

Modeling using mathematics

1. DNA supercoiling can be described numerically by changes in the 'linking number' Lk

2. Lkο, the number of turns in the relaxed (B type)

3. Lko = bp / 10.4

4. Lk is merely the number of crosses a single strand makes across the other in a planar projection.

5. The change in the linking number, ΔLk, is the actual number of turns in the plasmid/molecule, Lk, minus the number of turns in the relaxed plasmid/molecule Lko.

6. ΔLk = Lk − Lko

7. If the DNA is negatively supercoiled ΔLk < 0. The negative supercoiling implies that the DNA is underwound

• Lk = T + W– T is a measure of the internal accomodation of

torsional stress. Relation of …

– W is a measure of supercoiling as an accomodation of torsional stress. Numero veces doble elice sobre si misma

Topoisomerases Catalyze Changes in Lk

• Type I: Lk = +/- 1• Type II: Lk = +/- 2• Most topoisomerases act to relieve torsional stress.• Bacterial DNA gyrase is an exception:

– Type II topoisomerase– Lk = - 2– Requires ATP hydrolysis.– Inhibited by the ciprofloxacin antibiotics (e.g. “cipro”)

Effect of Type I Topoisomerase Action on Circular dsDNA as Assessed by Agarose Gel Electrophoresis

Bacterial Type I Topoisomerase

Plectonemic supercoiling

Chromatin• A chromosome is a single DNA molecule in a virus or cell that

carries genetic information.

• Eukaryotic nuclear chromosomes each contain a single, linear dsDNA that changes its degree of condensation during the cell cycle.

• Prokaryotic chromosomes are usually a single circular dsDNA that is relatively uncondensed.

• In eukaryotes, chromosomes exist as a complex of histones and DNA at a ratio of about 1:1. This dynamic structure is called chromatin.

• Los principales componentes que se obtienen cuando se aísla la cromatina de los núcleos interfásicos son el ADN, las histónicas, las proteínas no histónicas y el ARN.

Las Histonas

• Las son proteínas básicas, ricas en residuos de lisina y arginina, que muestran un elevado conservadurismo evolutivo y que interacción con el ADN formando una subunidad que se repite a lo largo de la cromatina denominada Nucleosoma.

• Los principales tipos de histonas que se han aislado en los núcleos interfásicos en diferentes especies eucariontes son: H1, H2A, H2B, H3 y H4.

Higher Order Chromatin Structures

Partially Unraveled Human Chromosome Revealing Loops of DNA Attached to a Protein Scaffold.

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