ESTRUCTURA Y DUPLICACIÓN DEL MATERIAL GENÉTICO

Transcripción

1 ESTRUCTURA Y DUPLICACIÓN DEL MATERIAL GENÉTICO

2 LOS ÁCIDOS NUCLEICOS COMO MATERIAL GENÉTICO

3 Los Ácidos Nucleicos 1- Ácido Desoxiribonucleico (ADN) 2- Ácido Ribonucleico (ARN) Ambos existen en todos los seres vivos con excepción de los virus donde se presenta uno de los dos Constituyen alrededor del 1% del peso de la célula Almacenar Funciones Reproducir Transmitir INFORMACIÓN GENÉTICA

4 Historia Los ácidos nucleicos fueron descubiertos en 1865 por Miescher, médico suizo que encontró una sustancia rica en P en el núcleo de las células y la llamó Nucleina En 1905 Levene determinó la composición química En 1924 Feulgen desarrolló una técnica para teñir selectivamente el ADN y estableció que el ADN es el principal componente de la nucleína En 1935 Brachet y Casperson determinaron que el ADN se encuentra en el núcleo y el ARN en núcleo y citoplasma (actualmente se sabe que hay pequeñas cantidades de ADN también en mitocondrias y cloroplastos del citoplasma) En 1928, Griffith (médico y bacteriólogo inglés) realizó una importante experiencia que dio origen al llamado Efecto Tansformador o Efecto Griffith En 1944 Avery y colaboradores determinaron que el ADN es el responsable de la herencia En 1953 James Watson y Francis Crick determinaron la estructura del ADN (Premio Nobel en 1964)

5 Griffith (1928) Trabajó con neumococo, bacteria que produce la neumonia COLONIAS LISAS (S) VIRULENTAS producen la neumonia poseen una cápsula de polisacáridos que las protege de la reacción de defensa (fagocitosis) de los organismos donde se introducen RUGOSAS ( R ) NO VIRULENTAS no tienen cápsula virulentas Bacterias capsuladas Colonias lisas (S) No virulentas Bacterias no capsuladas Colonias rugosas ( R ) La capacidad de formar o no la cápsula está codificada en el ADN

6 Experiencia 1. Inoculó un lote de ratones con bacterias de una colonia rugosa ( R ) vivas 2. Inoculó otro lote de ratones con bacterias de una colonia lisa (S) previamente muertas por calor 3. Inoculó un tercer lote de ratones con una mezcla de estos dos inóculos Resultados 1. Los dos primeros lotes no fueron afectados por la inoculación 2. Los ratones del tercer lote contrajeron neumonía y murieron De ellos se aislaron bacterias vivas del tipo S

7 Griffith postuló que ALGO de las bacterias muertas de las colonias S se transmitió a las bacterias vivas de las colonias R y las transformó en virulentas A este fenómeno se lo llamó EFECTO GRIFFITH y actualmente se conoce como TRANSFORMACIÓN

8 Efecto Tansformador o Efecto Griffith

9 En 1944, Avery, Mac Lead y Mc Carty, demostraron que el principio transformador era el ADN Repitieron la experiencia de Griffith Luego trataron el extracto de ADN de las bacterias S con diversas enzimas (Proteasa, Lipasa, Hidrolasa, ARNasa y ADNasa) Cuando a la mezcla se le introducía ADNasa, los resultados se modificaron: los ratones no morían Solamente se perdía el efecto transformador por acción de la ADN asa LLegaron a la conclusión que el compuesto responsable del efecto transformador era el ADN

10 El ADN es el material hereditario El ADN es el responsable de la herencia

11 Composición Química de ADN-ARN Macromoléculas de elevado peso molecular Polímeros de subunidades llamadas Nucleótidos NUCLEÓTIDOS (monómeros) Grupo Fosfato (ácido fosfórico) Azúcar (pentosa) Base Nitrogenada

12 ADN-ARN AZÚCAR Y BASE NITROGENADA NUCLEÓSIDO Y ÁCIDO FOSFÓRICO NUCLEÓSIDO NUCLEÓTIDO AZÚCAR D RIBOSA D2 DESOXIRIBOSA BASE NITROGENADA (rica en N) PURICA (ADENINA, GUANINA) Grandes (7A) con dos anillos heterocíclicos PIRIMIDINICA (CITOSINA, TIMINA, URACILO) Pequeñas (4A) con un anillo heterocíclico

13 Tipo ácido nucleico H3PO4 ácido fosfórico Pentosa Base nitrogenada Púrica / Pirimidinica Cadena ADN Sí D2 desoxiribosa ADENINA CITOSINA GUANINA TIMINA Doble ARN Sí D ribosa ADENINA CITOSINA GUANINA URACILO Simple

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15 ADN Bicatenario D2 desoxiribosa Timina ARN Monocatenario D ribosa Uracilo

16 Tipos de ARN Se sintetizan en el núcleo a partir del ADN y se dirigen al citoplasma ARNm (mensajero) ARNt (de transferencia) ARNr (ribosomal) El ARN m tiene una vida corta El ARN t y el ARN r tienen vida estable En algunos virus el ARN sirve como material genético (no poseen ADN)

17 En 1953 Watson y Crick determinaron La estructura tridimensional del ADN Con este descubrimiento se logra casi inmediatamente comprender el funcionamiento y modo de replicación del ADN

18 Estructura del ADN Postulados de Watson y Crick Doble cadena (unidas por puentes Hidrógeno) Helicoidal Dextrógira (se enrolla alrededor del eje hacia la derecha) 20 Å de diámetro Distancia entre azúcar y azúcar: 11 Å Distancia entre giro y giro: 34 Å Distancia entre bases apiladas: 3,4 Å = entre giro y giro 10 pares de bases

19 El ácido fosfórico tiene 3 grupos ácidos con uno de los cuales se une a la pentosa, al C5 de la pentosa El azúcar se une por su C1 al N9 de la base púrica o al N1 de la pirimidínica Los nucleótidos se unen entre sí para formar una cadena por uniones fosfodiéster (ácido + alcohol = éster) entre el C5 y el C3 de los azúcares enlazados por el ácido fosfórico De esta manera la cadena tiene un eje determinado por las uniones 5 3 del ácido fosfórico y las pentosas y perpendicular al eje se apilan las bases

20 El ADN está formado por 2 cadenas enrolladas a la derecha alrededor del mismo eje central Las 2 cadenas son antiparalelas porque las uniones 5 3 fosfodiéster de una cadena tienen direcciones opuestas a las de la otra cadena Las bases están apiladas en el interior de la hélice en un plano perpendicular al eje horizontal (como una escalera caracol donde los peldaños son las bases y el pasamanos las cadenas fosfodiéster) Debido a que entre los dos azúcares de las cadenas opuestas existe una distancia fija de 11 A solo pueden acomodarse una base grande púrica (7 A) y una chica pirimidínica (4 A) que son A---T con 2 puentes hidrógeno y C---G con 3 Por ello una cadena es COMPLEMENTARIA de la otra

21 La suma de las bases púricas es igual a la suma de las bases pirimidínicas A + G = T + C Ambas cadenas están unidas entre sí por los puentes hidrógeno establecidos entre las bases Entre los pares de bases hay una distancia de 3,4 A La molécula de ADN forma una espiral y cada giro tiene una longitud de 34 A e incluye 10 pares de bases nitrogenadas El diámetro de la molécula es de 20 A La configuración tridimensional determina la existencia de 2 surcos exteriores, uno ancho entre giro y giro y uno angosto entre cadena y cadena

22 La complementariedad de las cadenas La distancia entre los azúcares (11 Å) y el tamaño de las bases nitrogenadas Bases Púricas:7Å ( Adenina y Guanina) Bases Pirimidinicas: 4 Å (Timina y Citosina) El número de puentes Hidrógeno que hay entre las bases nitrogenadas CΞG A=T

23 P ÁCIDO FOSFÓRICO AZ AZÚCAR B BASE 3 AZ B B AZ 5 P P AZ B B AZ P P AZ B B AZ P P 5 AZ B B AZ 3 PUENTE HIDRÓGENO

24 La información genética se asienta en la SECUENCIA de las bases nitrogenadas A = T T = A C Ξ G C Ξ G A = T A = T T = A La única diferencia entre los ADN de las distintas especies está dada por el ordenamiento o SECUENCIA de las bases en la cadena

25 ADN

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27 Duplicación del ADN Teoría conservativa Teoría dispersiva Teoría semiconservativa Teoría semiconservativa Es la que se acepta actualmente (propuesta por Watson y Crick) Cada molécula nueva que se origina está constituída por una cadena vieja y otra nueva sintetizada a partir de los 4 nucleótidos presentes en el medio

28 Esquema semiconservativo de duplicación del ADN

29 Duplicación del ADN La síntesis de ADN se produce siempre en el sentido 5 3. Significa que los nuevos nucleótidos se agregan en el extremo 3 de la cadena que crece Una cadena crece en forma continua: cadena lider o adelantada; mientras la otra se sintetiza de a fragmentos cortos: cadena retrasada o discontinua Todas las polimerasas conocidas añaden nucleótidos en la dirección 5 3

30 Fases de la Duplicación del ADN 1. Inicio 2. Desenrrollamiento 3. Elongación 4. Terminación Se trata de un proceso muy complejo regulado por numerosas enzimas

31 Comienza con la ruptura de los puentes hidrógeno, por acción de enzimas llamadas deshidrogenasas A continuación se produce el desenrollamiento de la molécula de ADN, realizado por enzimas llamadas helicasas Encontrándose disponibles los nucleótidos necesarios, y por medio de la ADN polimerasa, estos se van uniendo en dirección 5 3 por complementariedad de bases sobre el molde de la cadena original La ADN polimerasa para funcionar necesita una cadena molde, un cebador o primer que es una molécula de ARN con su extremo 3 libre y los 4 nucleótidos trifosfato Esta enzima solo puede pegar nucleótidos al grupo 3 del cebador y por eso la síntesis de ADN solo se produce en dirección 5 3

32 En la cadena de replicación discontinua, por acción de las ligasas se unen pequeños segmentos de nucleótidos que se conocen como Fragmentos de Okasaki (en honor a su descubridor) de 100 a 200 nucleótidos de dirección siempre 5 3 que después despegan el cebador de ARN y son unidos entre sí por acción de una ligasa 5 Cadena retrasada o discontinua se sintetizan fragmentos cortos Cadena lider o adelantada Se enfrenta a la ADN polimerasa por su extremo 3 y se forma una cadena complementaria continua 3 5

33 Bibliografía PIERCE, B. Genética. Un enfoque conceptual Ed. Médica Panamericana. SÁNCHEZ-MONGE, E. Y N. JOUVE Genética. Ed. Omega. Barcelona. SINNOTT, W. E. L. C. DUNN Y T. DOBZHANSKY Principios de Genética. Ed. Omega. Barcelona. SNYDER, L. H Los Principios de la Herencia. Ed. Acma. Buenos Aires. SRB, A. M.; R. Q. OWEN Y R. S. EDGAR. Genética general Omega. TAMARIN, R. Principios de Genética Reverté S. A.