Acidos nucleicos(ebn)
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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
Tema 11: Introducción a la biología molecular
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
Tema 11: Introducción a la biología molecular
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
Tema 11: Introducción a la biología molecular
Composición de los ácidos nucleicos
Azúcar
Tema 11: Introducción a la biología molecular
Composición de los ácidos nucleicos
Azúcar
1’
2’3’
4’5’
Tema 11: Introducción a la biología molecular
Composición de los ácidos nucleicos
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
Tema 11: Introducción a la biología molecular
Introducción
Bases nitrogenadas
ADN: A,T G y C
ARN: A,U,G y C
Tema 11: Introducción a la biología molecular
Composición de los ácidos nucleicos
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
Tema 11: Introducción a la biología molecular
Composición de los ácidos nucleicos
PIRIMIDÍNICAS
Posición 1
Bases nitrogenadas
PÚRICAS
Tema 11: Introducción a la biología molecular
Bases nitrogenadas
Posición 9
Composición de los ácidos nucleicos
Tema 11: Introducción a la biología molecular
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
Tema 11: Introducción a la biología molecular
Bases nitrogenadas
Los nucleótidos existen en diferentes formas tautoméricas o tautómeros
Formas Tautoméricasde las bases
Tema 11: Introducción a la biología molecular
Las formas tautoméricas repercuten en el apareamiento de las basesLas formas tautoméricas repercuten en el apareamiento de las bases
Tema 11: Introducción a la biología molecular
Guanina
Formas tautoméricas
pH neutro
Tema 11: Introducción a la biología molecular
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
Tema 11: Introducción a la biología molecular
Composición de los ácidos nucleicos
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
Tema 11: Introducción a la biología molecular
Introducción
Nucleósido: Base nitrogeneda + azúcar
Nucleótido: Base nitrogeneda + azúcar + fosfato
Tema 11: Introducción a la biología molecular
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
Tema 11: Introducción a la biología molecular
¿ Cómo están organizados los nucleótidos en la molécula de ADN ?
¿ Cómo están organizados los nucleótidos en la molécula de ADN ?
Tema 11: Introducción a la biología molecular
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.
Tema 11: Introducción a la biología molecular
ESTRUCTURA PRIMARIA DEL ARN
5´
3´
Tema 11: Introducción a la biología molecular
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.
Tema 11: Introducción a la biología molecular
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
Tema 11: Introducción a la biología molecular
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.
Tema 11: Introducción a la biología molecular
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.
Tema 11: Introducción a la biología molecular
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.
Tema 11: Introducción a la biología molecular
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
Tema 11: Introducción a la biología molecular
APAREAMIENTOS WATSON Y CRICK DEL ADN
Tema 11: Introducción a la biología molecular
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
Tema 11: Introducción a la biología molecular
ESTRUCTURA SECUNDARIA DEL ADN
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
Tema 11: Introducción a la biología molecular
ESTRUCTURA SECUNDARIA DEL ADNCadenas antiparalelas
Paso de rosca de la hélice
Surco Mayor
Surco Menor
Tema 11: Introducción a la biología molecular
ESTRUCTURA SECUNDARIA DEL ADN
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
Tema 11: Introducción a la biología molecular
ESTRUCTURA SECUNDARIA DEL ADN
Tema 11: Introducción a la biología molecular
Fuerzas que estabilizan la doble helice
* Puentes de Hidrógeno entre las bases
* Interacciones Hidrofóbicas
* Interacciones electrostáticas del fosfato
Tema 11: Introducción a la biología molecular
ESTRUCTURA SECUNDARIA DEL ADN
Más abundante en condiciones fisiológicas
92% de humedad y baja fuerza iónica
Regiones ricas en G-CAlta fuerza iónicaBaja hidratación
Tema 11: Introducción a la biología molecular
ESTRUCTURA SECUNDARIA DEL ADN
http://info.bio.cmu.edu/Courses/BiochemMols/DNA/DNA.htmlDNA B DNA vs aDNA
Tema 11: Introducción a la biología molecular
ESTRUCTURA SECUNDARIA DEL ADN
Tema 11: Introducción a la biología molecular
ESTRUCTURA SECUNDARIA DEL ADN
B-ADN
Tema 11: Introducción a la biología molecular
ESTRUCTURA SECUNDARIA DEL ADN
A-ADN
Doble hélice de RNAHíbridos RNA-DNA
Tema 11: Introducción a la biología molecular
ESTRUCTURA SECUNDARIA DEL ADN
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
Tema 11: Introducción a la biología molecular
ESTRUCTURA SECUNDARIA DEL ADN
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
Tema 11: Introducción a la biología molecular
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
Tema 11: Introducción a la biología molecular
ESTRUCTURA TERCIARIA DEL ADN
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)
Tema 11: Introducción a la biología molecular
TOPOLOGÍA DEL ADN
Tema 11: Introducción a la biología molecular
TOPOLOGÍA DEL ADN
L = T + W
Tema 11: Introducción a la biología molecular
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
ESTRUCTURA TERCIARIA DEL ADN
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 .
Tema 11: Introducción a la biología molecular
ESTRUCTURA TERCIARIA DEL ADN
Localización eminentemente nuclear(mitocondrias y cloroplastos)
Organizado en cromosomas
Células eucariotas
Tema 11: Introducción a la biología molecular
ESTRUCTURA DEL CROMOSOAMA EUCARIÓTICO
Niveles de Organización
Fibra de 10 nm: Nucleosoma
Fibra de 30 nm: Solenoide
Lazos
Minibanda
Cromosoma
ADN
Tema 11: Introducción a la biología molecular
ESTRUCTURA DEL CROMOSOAMA EUCARIÓTICO
Nucleosoma
Proteínas ricas en Arg o Lys por lo que interaccionan electrostáticamente con los
grupos fosfato del DNA.
Tema 11: Introducción a la biología molecular
ESTRUCTURA DEL CROMOSOAMA EUCARIÓTICO
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
Tema 11: Introducción a la biología molecular
ESTRUCTURA DEL CROMOSOAMA EUCARIÓTICO
Proteínas ricas en Arg o Lys por lo que interaccionan electrostáticamente con los
grupos fosfato del DNA.
Nucleosoma
ESTRUCTURA DEL CROMOSOAMA EUCARIÓTICO
Fibra de 30 nm: Solenoide
Tema 11: Introducción a la biología molecular
ESTRUCTURA DEL ADN PROCARIÓTICO
DNA de E. ColiCircunferencia de 1mm
Células procariotas
Cromosoma bacterianoPlásmidos