TEMA 4: DEL DESCUBRIMIENTO DE LOS ÁCIDOS NUCLEICOS A LA BIOTECNOLOGÍA

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1 TEMA 4: DEL DESCUBRIMIENTO DE LOS ÁCIDOS NUCLEICOS A LA BIOTECNOLOGÍA

2 EL ADN, LA MOLÉCULA DE LA HERENCIA El ADN (ácido desoxirribonucleico) es la molécula portadora de la información genética que forma los cromosomas. Las características de un organismo dependen de su ADN, que está formado por una serie de GENES, que son lo que Mendel denominó como FACTORES HEREDITARIOS. 2

3 ESTRUCTURA DEL ADN: DOBLE HÉLICE DE WATSON Y CRICK La molécula del ADN forma una doble cadena antiparalela cuya estructura fue descubierta por Watson y Crick en 1953 a partir de una fotografía tomada por Franklin 3

4 ESTRUCTURA SECUNDARIA DEL ADN Datos que permitieron su descubrimiento: La densidad y viscosidad de las dispersiones acuosas del ADN eran superiores a las esperadas por su composición: Indujo a pensar que las cadenas de ADN debían unirse entre ellas por puentes de H En todos los ADN A=T G=C nº moléculas A/nº moléculas T = 1 nº moléculas C/nº moléculas G = 1 Indica complementariedad de bases En ADN tiene una estructura fibrilar de 20 Å de diámetro: Esto se supo por difracción de rayos X. Cada pareja de nucleótidos está separada 3,4 Å y cada vuelta de hélice tiene 10 pares de nucleótidos 4

5 COMPONENTES DE LOS ÁCIDOS NUCLEICOS: COMPOSICIÓN QUÍMICA Biomoléculas de carácter ácido ricas en ácido fosfórico Polímeros formados por la unión de nucleótidos compuestos de: Ácido fosfórico: H 3 PO 4 Pentosa: Ribosa (ARN) Desoxirribosa (ADN) Base nitrogenada: Púricas: Adenina (A) y Guanina (G) Pirimidínicas: Citosina (C), Timina (T) y Uracilo (U) 5

6 COMPONENTES DE LOS ÁCIDOS NUCLEICOS: BASES NITROGENADAS 6

7 COMPONENTES DE LOS ÁCIDOS NUCLEICOS: NUCLEÓSIDOS PENTOSA + BASE NITROGENADA 7

8 COMPONENTES DE LOS ÁCIDOS NUCLEICOS: NUCLEÓTIDOS NUCLEÓSIDO + ÁCIDO FOSFÓRICO (entre el grupo hidroxilo del carbono 5 de la pentosa y en ácido fosfórico: enlace éster fosfórico) En los ácidos nucleicos bicatenarios cada nucleótido se asocia a otro de la cadena complementaria formando pares de nucleótidos 8

9 COMPONENTES DE LOS ÁCIDOS NUCLEICOS: NUCLEÓTIDOS 9

10 COMPONENTES DE LOS ÁCIDOS NUCLEICOS: CADENAS DE ÁCIDOS NUCLEICOS Presentan dos extremos: Extremo 5 : Hay un grupo fosfato unido al carbono 5 del primer nucleótido Extremo 3 : Hay un radical hidroxilo unido al carbono 3 del último nucleótido 10

11 COMPONENTES DE LOS ÁCIDOS NUCLEICOS: CADENAS DE ÁCIDOS NUCLEICOS 11

12 EL ÁCIDO DESOXIRRIBONUCLEICO (ADN): ESTRUCTURA Constituidos por dos cadenas de nucleótidos enrollados formando una doble hélice Cada cadena constituye un polímero de desoxirribonucleótidos de adenina, guanina, citosina y timina Masa molecular muy elevada 12

13 EL ÁCIDO DESOXIRRIBONUCLEICO (ADN): PRESENCIA EN CÉLULAS Puede presentarse en varios lugares celulares: ADN de células eucariotas: ADN nuclear: Unido a histonas y a proteínas no histónicas. Forma la fibra de cromatina ADN de mitocondrias y cloroplastos: Similar al procariota ADN de células procariotas: Asociado a proteínas similares a histonas, y a no histónicas. Forma el nucleoide, no delimitado por membrana 13

14 EL ÁCIDO DESOXIRRIBONUCLEICO (ADN): NIVELES ESTRUCTURALES ESTRUCTURA PRIMARIA: O secuencia de nucleótidos ESTRUCTURA SECUNDARIA: O doble hélice ESTRUCTURA TERCIARIA: ADN superenrollado por la torsión de la hélice sobre sí misma 14

15 ESTRUCTURA PRIMARIA DEL ADN La secuencia de nucleótidos monocatenaria El número de hebras diferentes que se pueden formar combinando A, G, C y T es elevadísimo Estructura la información genética 15

16 ESTRUCTURA SECUNDARIA DEL ADN Disposición de las hebras, que forman una doble hélice, en el espacio Las bases nitrogenadas se enfrentan y unen por enlaces de hidrógeno 16

17 MODELO DE LA DOBLE HÉLICE DE ADN El ADN es una doble hélice de 20 Å de diámetro formada por dos cadenas de polinucleótidos enrolladas alrededor de un eje imaginario Pentosas y fosfatos quedan en el exterior 17

18 MODELO DE LA DOBLE HÉLICE DE ADN Las cadenas son: Antiparalelas: Tienen los enlaces 5 3 orientados en sentido contrario Complementarias: T-A C-G. No son iguales, su secuencia es diferente Enrollamiento dextrógiro y plectonímico (para que se separen deben girar una respecto a la otra) 18

19 DESNATURALIZACIÓN DEL ADN La doble hélice es muy estable, pero a altas temperaturas se desnaturaliza, separándose las hebras Si la temperatura baja puede renaturalizarse Esto permite hibridar cadenas de ADN para compararlas y establecer parentescos 19

20 ESTRUCTURA TERCIARIA DEL ADN Se da en moléculas de ADN circular (bacteriano, mitocondrial) La doble hélice se enrolla sobre sí misma formando el ADN superenrollado 20

21 NIVELES DE EMPAQUETAMIENTO DEL ADN PRIMER NIVEL DE EMPAQUETAMIENTO O FIBRA DE CROMATINA DE 100 Å O COLLAR DE PERLAS SEGUNDO NIVEL DE EMPAQUETAMIENTO O FIBRA DE CROMATINA DE 300 Å O SOLENOIDE TERCER NIVEL DE EMPAQUETAMIENTO O DOMINIO EN FORMA DE BUCLE NIVELES SUPERIORES DE EMPAQUETAMIENTO 21

22 PRIMER NIVEL DE EMPAQUETAMIENTO Formada por la doble hélice asociada a histonas: filamento nucleosómico o nucleofilamento Célula en interfase Formada por nucleosomas que contienen: Octámero de histonas (8 histonas) de cuatro tipos Fibra de ADN de 200 pares de bases A DN espaciador: porción del ADN entre octámeros Cuando el nucleosoma se asocia a una histona H1 se condensa 22

23 PRIMER NIVEL DE EMPAQUETAMIENTO 23

24 SEGUNDO NIVEL DE EMPAQUETAMIENTO Enrollamiento sobre sí misma de la fibra de 100 Å condensada En cada vuelta hay seis nucleosomas y seis histonas H1 Acorta 5 veces la longitud 24

25 TERCER NIVEL DE EMPAQUETAMIENTO La fibra de 300Å forma los dominios estructurales en forma de bucle, de pares de bases Los bucles se estabilizan por un andamio proteico o armazón nuclear Muchas veces se enrollan formando prominencias de 600Å 25

26 TERCER NIVEL DE EMPAQUETAMIENTO 26

27 NIVELES SUPERIORES DE EMPAQUETAMIENTO Consiguen reducir la longitud del ADN unas 7000 veces para formar los cromosomas No se conocen aún con exactitud El cromosoma representa el grado máximo de empaquetamiento de la fibra de cromatina 27

28 TIPOS DE ADN Según el nº de cadenas ADN MONOCATENARIO ADN BICATENARIO ADN LINEAL TIPOS DE ADN Según la forma ADN CIRCULAR ADN ASOCIADO A HISTONAS Según las moléculas soporte de empaquetamiento ADN ASOCIADO A PROTAMINAS ADN PROCARIOTA 28

29 SEGÚN EL NÚMERO DE CADENAS: MONOCATENARIO Y BICATENARIO MONOCATENARIO: En algunos virus, poco frecuente BICATENARIO: Mayoría de organismos 29

30 SEGÚN LA FORMA: LINEAL Y CIRCULAR LINEAL: Eucariotas y algunos virus CIRCULAR: Bacterias, mitocondrias, cloroplastos y algunos virus 30

31 SEGÚN EL TIPO DE MOLÉCULA DE EMPAQUETAMIENTO ADN ASOCIADO A HISTONAS: Células eucariotas excepto espermatozoides ADN ASOCIADO A PROTAMINAS: Espermatozoides ADN PROCARIOTA: Asociado a proteínas similares a histonas, a ARN y a proteínas no histónicas. Se ha visto en algún virus 31

32 EL ÁCIDO RIBONUCLEICO Descubierto por Miescher y Hoppe-Seyler (finales del s. XIX) 32

33 EL ÁCIDO RIBONUCLEICO Constituido por: Nucleótidos de ribosa Bases nitrogenadas: A, G, C y U Los ribonucleótidos se unen por enlace fosfodiéster 5 3 como el ADN 33

34 TIPOS DE ARN ARN MENSAJERO ARN DE TRANSFERENCIA TIPOS DE ARN ARN RIBOSÓMICO ARN NUCLEOLAR ARN PEQUEÑO NUCLEOLAR ARN DE INTERFERENCIA 34

35 ARN MENSAJERO ARNm, monocatenario, lineal Copia la información de ADN y la lleva a los ribosomas para que sinteticen proteínas ARNm eucariótico: Forma de lazos en herradura debido a la complementariedad de bases que da lugar a doble hélice. Asociado a proteínas Monocistrónico: Un ARNm un polipéptido Presenta intrones (segmentos sin información) y exones (con información), por lo que debe seguir un proceso de maduración 35

36 ARN MENSAJERO ARNm PROCARIÓTICO: Sin estructura como el eucariota No presenta intrones, capucha ni cola poli-a Puede ser policistrónico: un ARNm uno o varios polipéptidos 36

37 MADURACIÓN DEL ARN EN EUCARIOTAS 37

38 ARN DE TRANSFERENCIA ARNt, transporta aa hasta el ribosoma donde, según la secuencia especificada por el ARNm, se sintetizan las proteínas Presenta zonas con estructura secundaria por complementariedad de bases y otras sin estructura y con formación de bucles: estructura en forma de trébol y terciaria en L Aparecen algunas bases nitrogenadas distintas de A, G, C, U 38

39 ARN DE TRANSFERENCIA 39

40 ARN DE TRANSFERENCIA 40

41 ARN RIBOSÓMICO ARNr, constituye los ribosomas junto con proteínas Presenta lugares para la unión del ARNm y ARNt Presenta fragmentos mono y bicatenarios La masa se expresa según el coeficiente de sedimentación (70S en procariotas, 80S en eucariotas) 41

42 ARN RIBOSÓMICO 42

43 ARN NUCLEOLAR ARNn, componente principal del nucleolo, formador de ribosomas 43

44 ARN PEQUEÑO NUCLEAR ARNpn o ARNu (uridina) Actúa en la maduración del ARNm 44

45 ARN DE INTERFERENCIA ARNi, mecanismo de autocontrol de la célula, degrada ARNm impidiendo que sinteticen proteínas 45

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