Introducción a la biología molecular

Transcripción

1 Introducción a la biología molecular Osvaldo Graña ograna@cnio.es Unidad de Bioinformática (CNIO) UBio@CNIO Facultade de Informática, Ourense Maio

2 DNA El ácido desoxiribonucleico (ADN - DNA en inglés) es un ácido nucleico que contiene las instrucciones genéticas que se usan en el desarrollo y funcionamiento de todos los organismos vivos y algunos virus. Químicamente el DNA es un polímero de unidades simples que se llaman nucleótidos. En el DNA un nucleótido consta de una base nitrogenada (A, G, T ó C), un esqueleto de azúcar (desoxirribosa), y los grupos fosfato unidos mediante enlaces fosfodiéster. Bases nitrogenadas: Adenina (A), Guanina (G), Timina (T), Citosina ( C) y Uracilo (U). 2

3 DNA Formación de un nucléotido DNA: RNA: A, G, T, C A, G, C, U Desoxirribosa Ribosa 3

4 DNA El DNA es una doble hélice. En ella cada una de sus dos hebras se enrolla alrededor del eje central, generalmente en forma de hélice dextrógira. Los dos esqueletos de azúcar fosfato rodean el exterior de las bases como un pasamanos de una escalera espiral y están expuestos al medio acuoso. Los enlaces fosfodiéster de las dos hebras entrelazadas avanzan en dirección opuesta, es decir, las dos cadenas son antiparalelas. Cada A de una cadena de DNA se une mediante enlaces de hidrógeno a una T de la otra cadena. La C hace lo propio con la G. Aunque parece, que cualquier purina podría aparearse con cualquier pirimidina, los apareamientos AT y CG son los idóneos, mientras que los AC y GT son improbables debido a la química de las bases. 4

5 DNA Doble hebra de DNA surco mayor y surco menor y James Watson Francis Crick (1953) 5

6 DNA Estructuras de doble hélice alternativas El DNA puede existir en distintas conformaciones, dependiendo de la composición de bases y de las condiciones físicas. La más tipica es la B (figura centro), determinada por Watson y Crick: La hélice completa una vuelta cada 10.4 pares de bases aproximadamente, con un diámetro de 2.37 nm. La forma A (figura izquierda) se da en bajas condiciones de sal, no se ha encontrado en condiciones fisiológicas. La forma Z (figura derecha) se ha encontrado en zonas ricas en pares de bases GC. El DNA dentro de las células se empaqueta en los cromosomas. 6

7 DNA Cromatina, cromosomas, DNA 7

8 DNA Cromatina, cromosomas, DNA Diferentes niveles de condensación de DNA. (1) Hebra simple de DNA. (2) Hebra de cromatina (DNA con histonas). (3) Cromatina durante la interfase con centrómero. (4) Cromatina condensada durante la profase (dos copias de DNA están presentes). (5) Cromosoma durante la metafase. 8

9 DNA Vídeo que resume lo visto hasta ahora Cariotipo: ordenamiento de los cromosomas de una célula metafásica de acuerdo a su tamaño y Cromosomas humanos morfología. Ejemplo de un cariotipo femenino (2 cromosomas X). 9

10 DNA y genes Gen Fragmento de una secuencia de DNA que, al expresarse, confiere a un ser vivo una característica determinada. Por tanto el DNA es la molécula que contiene toda la información genética. 10

11 DNA y genes Tipica estructura de un gen (ecuariota) BDs donde encontrar las secuencias de DNA de los organismos secuenciados y de genes Entrez Genome: Entrez Gene: 11

12 RNA Del DNA al RNA La secuencia de DNA se copia a RNA, dando lugar al RNA mensajero (mrna). 12

13 RNA RNA El RNA es un ácido nucleico como el DNA. Pero el RNA: 1) utiliza la ribosa como azúcar, en lugar de la desoxirribosa del DNA. 2) El RNA posee como bases nitrogenadas (A, G, C y U - no hay T en el RNA). 3) El RNA está formado por una única hebra, aunque a veces se organice en estructuras secundarias de doble cadena (bucle y horquilla). 13

14 RNA Tipos de RNA mrna (RNA mensajero): transporta la información genética desde el DNA a los ribosomas, orgánulos celulares responsables de la síntesis de proteínas. La secuencia de nucleótidos del mrna determinará la secuencia de aminoácidos de la proteína. rrna (RNA ribosómico): forma parte de los ribosomas. trna (RNA de transferencia): transporta los residuos de aminoácidos que son adicionados a las cadenas polipeptídicas crecientes durante la síntesis de proteínas. RNA viral: los virus de RNA poseen genomas compuestos de RNA, además de una variedad de proteínas. Existe dsrna (RNA de doble cadena) en algunos de estos virus de RNA. RNA de ribonucleoproteínas como la telomerasa. ncrna (non-coding RNA): RNAs que no darán lugar a proteína. Regulan la actividad de otros genes. Un ejemplo serían los mrna. 14

15 RNA Imagen de un trna y su estructura secundaria de doble hebra. 15

16 RNA Transcripción: Mecanismo a partir del cual el DNA se copia a RNA. Este proceso está dirigido por la RNA polimerasa. 16

17 RNA Mediante splicing alternativo del transcrito primario (pre-mrna, contiene intrones) se pueden formar distintas proteínas desde un mismo gen. Representación de la secuencia de DNA de un gen eucariota de dos exones 17

18 RNA La secuencia de mrna se lee por tripletes, conocidos como codones. El código genético consta de 64 codones diferentes. Hay un codon de inicio, 3 de terminación. Los otros 61 codifican para los 20 distintos aminoácidos. Como distintos codones codifican para un mismo aminoácido, se dice que el código genético está degenerado. 18

19 Aminoácidos Estructura básica de un aminoácido Tabla de los 20 aminoácidos principales 19

20 Aminoácidos Imagen que muestra la estructura de los 20 aminoácidos principales 20

21 Del mrna a la proteína: Traducción Traducción: del mrna a la proteína Varios ribosomas pueden progresarr sobre la misma cadena de mrna, cada uno sintetizando una secuencia de proteína. Estos clusters de síntesis se llaman polisomas. 21

22 Proteínas Estructuras de una proteína Estructura 1aria: secuencia de aminoácidos Estructura 2aria: formación de hélices alfa o de hojas B Giros (turns) y los loops no tienen estructura secundaria estable como las hélices y las betas. Estructura 3aria: plegamiento espacial 22

23 Proteínas Vídeo que resume las distintas estructuras de las proteínas: Estructuras terciarias o nativas de algunas proteínas 23

24 Proteínas BD más popular de secuencias de proteínas: 29-Apr-2008: secuencias BD más popular de estructuras de proteínas: En este momento contiene más de estructuras. 24

25 Dogma central de la biología molecular DNA mrna Proteína 25

26 Muchas gracias Osvaldo Graña Unidad de Bioinformática (CNIO) Facultade de Informática, Ourense Maio