DNA: molécula de la herencia

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1 Descubrimiento de los ácidos nucleicos como material genético DNA: molécula de la herencia Las características que debe poseer una molécula para ser considerada como portadora de la herencia son: Almacenar información: código genético Transferir esa información de manera fidedigna: replicación La naturaleza hereditaria de cada organismo está definida por su genoma, el cual consiste de largas secuencias de ácidos nucleicos que proporcionan la información necesaria para construir al organismo.

2 La transformación Frederick Griffith, 1928 Streptococcus pneumoniae Cepa S letal Cepa R inocua S:lisa Posee cubierta de polisacáridos R:rugosa No posee cubierta de polisacáridos

3 El DNA como principio transformante Avery, MacLeod y McCarty, 1944.

4 La actividad transformante no es destruida por calor, proteasas o RNasas, pero sí por DNasas DNA

5 Experimento de Hershey y Chase, 1952 Bacteriofago T-2

6 Experimento de Hershey y Chase, 1952 Infección de E. coli con el fago T2 Crecer E. coli en medio con: 32 P 35 S Lisis de las bacterias y obtención de los fagos marcados diferencialmente

7 32 P Se usan los fagos marcados para infectar E. coli 35 S Desprendimiento de los fagos por agitación Replicación del bacteriofago La progenie contiene DNA marcado

8 Composición y estructura de los ácidos nucleicos DNA: desoxirribonucleótidos

9 Las bases nucleotídicas

10 Nucleósido Nucleótido

11 Nomenclatura de los nucleótidos Base Nucleósido Nucleótido Ácido Nucléico Purinas Adenina A Adenosina Adenilato RNA Desoxiadenosina Desoxiadenilato DNA Guanina G Guanosina Guanilato RNA Pirimidinas Desoxiguanosina Desoxiguanilato DNA Citosina C Citidina Citidilato RNA Desoxicitidina Desoxicitidilato DNA Timina T Desoxitimidina Desoxitimidilato DNA Uracilo U Uridina Uridilato RNA

12 Patrón de difracción de rayos X del DNA Rosalind Franklin y Maurice Wilkins James Watson y Francis Crick, Modelo de la doble hélice del DNA

13 Datos experimentales en los que se basaron Watson y Crick para proponer el modelo de la doble hélice: Difracción de Rayos X El diámetro de la molécula es el mismo a todo lo largo Estructura cíclica repetitiva Reglas de Chargaff La cantidad de adenina es la misma que la de timina: A=T La cantidad de guanina equivale a la de citosina: G=C La cantidad de bases púricas es la misma que las bases pirimídicas: A+G=T+C Pero la cantidad de A+T G+C

14 5 GATC fosfato Enlace fosfodiester Diámetro constante 20 Å Escalera de caracol: los azúcares y fosfatos a los lados y las bases planas al centro, perpendiculares al eje Doble cadena antiparalela Giro a la derecha Los nucleótidos se unen por enlaces fosfodiéster Las cadenas se unen por puentes de hidrógeno DNA 3 hidroxilo Las cadenas presentan polaridad

15 La doble cadena de DNA es antiparalela y presenta...complementariedad entre bases A T G C Bases nitrogenadas: interior Fosfatos: exterior Cadenas anti-paralelas Extremo 5 : PO 4 Extremo 3 : OH

16 Surco menor Surco menor Surco mayor Surco mayor

17 Diferentes tipos de DNA

18 Estructuras inusuales de la doble hélice

19 Apareamientos intra-cadena Tallo-asa

20

21 Apareamientos inter-cadena

22 Propiedades de los ácidos nucleicos: absorbancia a 260 nm

23 Propiedades del DNA: desnaturalización y renaturalización El contenido de GC influye en las propiedades del DNA, especialmente sobre la temperatura de desnaturalización y alineamiento % GC Tm

24 A mayor contenido de G-C, mayor es la temperatura de desnaturalización

25 Molécula de DNA mostrando zonas desnaturalizadas (flechas)

26 La renaturalización de los ácidos nucleicos está en función de su secuencia. Dos DNAs provenientes de especies diferentes hibridarán si tienen regiones con homología.

27 Técnicas de estudio del DNA basadas en la hibridación Southern blot: hibridación DNA-DNA Northern blot: hibridación RNA-DNA

28 Visualización del DNA en un gel Bromuro de etidio: Agente intercalante entre las bases nitrogenadas que fluoresce a la luz UV

29 DNA lineal y circular En procariotes el DNA es solo una molécula, es circular y presenta Doble superenrrollamiento hélice En cromosomas de eucariotes el DNA es. Secuencias únicas (genes); secuencias repetidas (no codificantes) Circular Superenrollado..lineal y se encuentra empacado en nucleosomas, los que a su vez constituyen los cromosomas

30 RNA La estructura primaria es similar a la del DNA pero desoxirribosa timina (T) monocatenario (casi siempre) ribosa uracilo (U) Ribosomal: forma parte del ribosoma participa en la síntesis de proteínas Tipos de RNA Mensajero: es una copia del gen que se debe traducir en proteína, la cual se va a sintetizar en el ribosoma Transferencia:molécula adaptadora cuya función es acoplar el código del RNA que se presenta en nucleótidos al código de la proteína que está en aminoácidos.

31 ORGANIZACIÓN DE LOS GENOMAS 1. Un gene es un segmento de DNA que al expresarse da un producto funcional que puede ser una proteína o un RNA. 2. Un genoma es el conjunto de genes que contiene la información necesaria para que una célula pueda existir y reproducirse. 3. Los genomas de eucariontes son muy grandes y mucha de su estructura corresponde a regiones que no codifican para ningún producto funcional (secuencias no-codificantes) 4. Algunas de estas secuencias no codificantes son secuencias espaciadoras entre los genes 5. Otras secuencias no codificantes (intrones) interrumpen a genes 6. Algunos genes se repiten muchas veces en el genoma, formando familias de genes (eucariontes).

32 Organización y estructura de los genomas Comparación de Genomas

33 Tamaño relativo de los genomas de distintos organismos Pares de Bases

34 Por qué los genomas son tan grandes?

35 Tipos de DNA en los genomas Secuencias: No repetidas Moderadamente repetidas Altamente repetidas

36 No hay correspondencia entre tamaño del genoma y la complejidad del mismo

37 Cuántos genes se necesitan para formar un organismo?

38 Qué tan similares somos a otros organismos?

39 Organización de unidades transcripcionales en procariotes y eucariotes

40 Un gene eucariote contiene intrones El gene se transcribe completo produciendo un prerna El prerna debe procesarse para quitar los intrones (splicing) El mrna maduro no contiene intrones

41 El tamaño de los genes varía mucho entre eucariotes y procariotes El genoma en procariotes es más compacto que el de los eucariontes

42 Relación entre el tamaño del gen y del mrna en varias especies Especie # exones Long. media del gen (kb) Long. media del RNAm (kb) Haemophilus influenzae Methanococcus jannaschii Saccharomyces cerevisiae Aspergillus nidulans Caenorhabditis elegans Drosophila melanogaster Aves Mamíferos

43 Bacteriófago lambda Genoma viral: DNA o RNA Cadena sencilla ó doble Virus del mosaico de tabaco

44 1 cromosoma (nucleoide) DNA circular doble cadena sin envoltura de membrana DNA de bacteria (4.2 x 10 6 pb)

45 Los cromosomas procariontes son circulares cerrados covalentemente DNA cromosomal (nucleoide) Plásmidos

46 Formas topológicas del DNA circular cerrado (topoisómeros)

47 Topoisomerasas Enzimas que regulan la tensión en la molécula de DNA Tipo I: Cortan una de las cadenas de DNA No requieren ATP Introducen incrementos de 1 en Lk Tipo II: Cortan ambas cadenas de DNA Requieren ATP Introducen incrementos de 2 en Lk Girasa (superenrollamiento negativo en procariontes)

48 Superenrrollamiento del DNA bacteriano

49 Organización del cromosoma bacteriano DNA superenrrollado Proteínas que unen al DNA Bacteria en división

50 En bacteria la transcripción del DNA a RNA y su posterior traducción ocurre de forma acoplada El genoma bacteriano NO tiene secuencias repetitivas Los genes por lo regular NO están interrumpidos Tiene solo UN origen de replicación

51 En eucariontes los organelos mitocondria y cloroplasto tienen su propio material genético Teoría endosimbióntica Los cloroplastos y las mitocondrias provienen de bacterias de vida libre que fueron secuestradas por células eucarióticas Algunos genes de estos organelos han sido pasados al núcleo por lo cual requieren de la actividad transcripcional del núcleo para tener algunas proteínas que requieren para funcionar correctamente

52

53

54 DNA mitocondrial

55 El DNA mitocondrial no tiene regiones intergénicas

56 Complejidad del genoma eucarionte

57 EUCARIONTE PROCARIONTE

58 Tipos de Cromatina Eucromatina Heterocromatina La Eucromatina es transcripcionalmente activa La Heterocromatina es electrodensa y es transcripcionalmente inactiva

59 Constitutiva: NO se expresa. Incluye secuencias cortas repetidas (DNA satélite). Papel estructural en el cromosoma: centrómeros y telómeros. Heterocromatina Facultativa: Puede ocupar cromosomas enteros inactivos en un tipo celular, y expresados en otro. P. ej. Compensación de dosis del cromosoma X

60 Unidad básica del DNA eucarionte La estructura que forma la fibra de 10 nm es el nucleosoma DNA enrollado en histonas: 147 pb El nucleosoma incluye al DNA enrollado a histonas + DNA unidor: 200 pb

61 Estructura del nucleosoma

62 Composición de los nucleosomas El DNA que rodea a la médula de histonas (147 pb) + DNA unidor: en total 200pb El núcleo es de 8 histonas: 2 H2A, 2 H2B, 2 H3, y 2 H4 Una histona H1 se encuentra uniendo entre si los nucleosomas Las histonas son proteínas básicas (ricas en Lys y Arg que se unen al DNA) Empaquetamiento de 6 X por nucleosoma

63

64 CONTENIDO DE LYS Y ARG DE LAS HISTONAS Esquema de una sección de la cromatina HISTONA %LYS %ARG H H2A H2B H H INTERACCIONES ENTRE LAS HISTONAS Y EL DNA EN LOS EUCARIOTES

65 El octámero de histonas se asocia por interacciones hidrofóbicas Un nucleosoma consiste en 147 pb de DNA enrrollados en el octámero de histonas.

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69 El DNA se encuentra empacado en los cromosomas eucariontes Segmento de doble hélice DNA + Histonas = Nucleosomas El DNA extendido de una célula de mamífero mediría aproximadamente 1 mt delongitud Empaquetamiento de nucleosomas. Cromatina de 30 nm Sección de cromosoma en forma extendida Octámero de Histonas: H2A; H2B; H3;H4 Sección de cromosoma en forma condensada Cromosoma en metafase

70 Grado de compactación del DNA

71 Heterocromatina y Eucromatina Heterocromatina: Segmentos del cromosoma que se tiñen fuertemente y permanecen visibles, prácticamente, durante todo el ciclo celular. Hay pocos genes en estas regiones y por lo tanto, baja actividad transcripcional. Regiones supercondensadas. Secuencias repetitivas de DNA, regiones no transcribibles en el genoma. Eucromatina: Segmentos del cromosoma que no son visibles durante la telofase e interfase, sólo en metafase. Regiones que se condensan y se descondensan. Corresponde a regiones menos compactas y en las que hay una mayor densidad génica. Hay mayor actividad transcripcional.

72

73 Qué se necesita para tener un cromosoma estable? Secuencias únicas (genes) Repetidas dispersas y múltiples orígenes de replicación centrómero telómeros varios origenes de replicación

74 Importancia del centrómero

75 Centrómeros. Son regiones repetitivas de DNA ( pb) n Constituyen el sitio de unión de las fibras del huso mitótico. Componen del 1% al 3% de la secuencia de un genoma. Su posición varía en los distintos cromosomas.

76 Secuencia centromerica en S. cerevisiae

77 Telómeros Se encuentran en los extremos de los cromosomas. Se requieren para la replicación y estabilidad de los cromosomas. Son secuencias repetidas de DNA, en humanos: -TTAGGG- que se repite entre 250 a 1,500 veces.

78 Características del telómero Hay hexanucleótidos repetidos entre 1000 y 1700 veces en los extremos 3 del DNA de cada cromosoma

79 El número de cromosomas de cada especie es característico de ésta Organismo Especie # diploide Humano Homos sapiens 46 Gato Felis catus 38 Bovino Bos taurus 60 Perro Canis familiaris 78 Caballo Eqqus caballus 64 Mosca fruta Drosophila melanogaster 8 Chícharo Pisum sativum 14 Arroz Oryza sativa 24 Frijol Phaseolus vulgaris 22 Maíz Zea mays 20

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