COMPONENTES QUÍMICOS DE LAS CÉLULAS
COMPONENTES MOLECULARES EN LA BACTERIA E. coli
COMPONENTES MOLECULARES DE UNA CÉLULA DE E. coli COMPONENTE % POR PESO TOTAL DE LA CÉLULA # APROXIMADO DE ESPECIES MOLECULARES DIFERENTES AGUA 70 1 PROTEÍNAS 15 3000 ÁCIDOS NUCLEICOS ADN ARN 1 6 1 > 3000 POLISACÁRIDOS 2 5 LÍPIDOS 2 20 MONÓMEROS E INTERMEDIARIOS 3 500 IONES INORGÁNICOS 1 20
COMPOSICIÓN QUÍMICA APROXIMADA DE UNA BACTERIA Y DE UNA CÉLULA DE MAMÍFERO TÍPICAS COMPONENTE % PESO TOTAL CÉLULA E. Coli Mamífero Agua 70 70 Proteínas 15 18 Ácidos Nucleicos ADN ARN 1 6 0.25 1.1 Polisacáridos 2 2 Fosfolípidos 2 3 Otros lípidos - 2 Metabolitos pequeños 3 3 Iones inorgánicos 1 1 Volumen celular total 2x10-12 cm 3 4x10-9 cm 3 Volumen celular relativo 1 2000
CRITERIOS DE JERARQUIZACIÓN MOLECULAR TAMAÑO MOLECULAR (PESO MOLECULAR) COMPLEJIDAD ESTRUCTURAL Y FUNCIONAL CAPACIDAD PARA CONTENER Y/O TRANSFERIR INFORMACIÓN INFORMACIONALES (Ácidos nucleicos, proteínas) NO INFORMACIONALES (Polisacáridos, lípidos)
JERARQUÍA DE LOS COMPONENTES MOLECULARES CELULARES ÁCIDOS NUCLEICOS MACROMOLÉCULAS PM 10 3-10 9 PROTEÍNAS POLISACÁRIDOS LÍPIDOS MONÓMEROS CONSTITUTIVOS PM 100-350 INTERMEDIARIOS METABÓLICOS PM 50-250 NUCLEÓTIDOS AMINOÁCIDOS MONOSACÁRIDOS ÁCIDOS GRASOS MOLÉC. ORGÁNICAS PEQUEÑAS Y MEDIANAS AUMENTO DEL NIVEL DE JERARQUÍA PRECURSORES INORG. DEL AMBIENTE PM 18-44 AGUA DIÓXIDO DE CARBONO AMONIACO
MACROMOLÉCULAS INFORMACIONALES Y NO INFORMACIONALES
Secuencia musical de la proteína ThyA humana
FLUJO DE LA INFORMACIÓN GENÉTICA
Papel de las macromoléculas en el flujo de la información genética
FLUJO DE LA INFORMACIÓN GENÉTICA ADN Replicación GENOMA Transcripción Genómica ARN TRANSCRIPTOMA Traducción PROTEÍNAS PROTEOMA Estructuras Funciones Proteómica METABOLOMA
NIVELES DE LA ORGANIZACIÓN MOLECULAR EN LAS CÉLULAS PRECURSORES MACROMOLÉCULAS ENSAMBLAJE MACROMOLECULAR (ESTRUCTURA)
COMPOSICIÓN Y ESTRUCTURA DE LOS ÁCIDOS NUCLEICOS
DESCUBRIMIENTO DE LOS ÁCIDOS NUCLEICOS LOS ÁCIDOS NUCLEICOS FUERON DESCUBIERTOS POR F. MIESCHER EN 1869, A PARTIR DE NÚCLEOS DE LEUCOCITOS HUMANOS. LA SUSTANCIA FUE LLAMADA INICIALMENTE NUCLEÍNA, DE NATURALEZA ÁCIDA, CON ALTO CONTENIDO DE NITRÓGENO Y FÓSFORO. EL PAPEL DE LOS ÁCIDOS NUCLEICOS EN EL MANEJO DE LA INFORMACIÓN GENÉTICA SOLO COMENZÓ A SER RECONOCIDA 75 AÑOS DESPUÉS.
UBICACIÓN DE LOS ÁCIDOS NUCLEICOS ADN ARN NÚCLEO MITOCONDRIAS CLOROPLASTOS NÚCLEO MITOCONDRIAS CLOROPLASTOS RIBOSOMAS CITOSOL
LOS ÁCIDOS NUCLEICOS ESTÁN CONSTITUIDOS POR NUCLEÓTIDOS ÁCIDO NUCLEICO + n H 2 O n NUCLEÓTIDOS NUCLEÓTIDO = BASE NITROGENADA + PENTOSA + ÁCIDO FOSFÓRICO NUCLEÓSIDO
BASES NITROGENADAS PIRIMIDÍNICAS
BASES NITROGENADAS PÚRICAS
PENTOSAS DE LOS ÁCIDOS NUCLEICOS HOH 2 C O OH HOH 2 C O OH OH OH OH ribosa desoxirribosa ARN ADN
NUCLEÓSIDOS Adenosina Guanosina Citidina Uridina Timidina Bases púricas Bases pirimidínicas
NUCLEÓTIDOS
CLASES DE NUCLEÓTIDOS
NUCLEÓTIDOS CÍCLICOS Estos nucleótidos son importantes en la regulación de diversas funciones celulares
UNIÓN DE LOS NUCLEÓTIDOS LA UNIÓN SE DENOMINA ENLACE FOSFODIÉSTER
UNIÓN DE UN NUCLEÓTIDO LA UNIÓN DE NUEVOS NUCLEÓTIDOS SE HACE EN EL EXTREMO 3 OH
ESTRUCTURA PRIMARIA
ESTRUCTURA PRIMARIA DEL ADN ES LA SECUENCIA DE LOS NUCLEÓTIDOS O DE LAS BASES NITROGENADAS ES LA INFORMACIÓN GENÉTICA
Secuencia de ADN de un gen que codifica una enzima
Secuenciación automática del ADN
Secuenciación automática del ADN
Secuenciación automática del ADN
EL FLUJO DE LA INFORMACIÓN GENÉTICA
ADN DE UN VIRUS (A), UNA BACTERIA (B) Y UN CROMOSOMA HUMANO (C) A B C
PESO MOLECULAR DEL ADN DE ALGUNOS ORGANISMOS Organismo Peso molecular Pares nucleótidos Escherichia coli 2 x 10 9 Da 3 x 10 6 Haemophilus influenzae 8 x 10 8 Da 12 x 10 5 Mycoplasma (PPLO) 4 x 10 8 Da 6 x 10 5 Bacteriófago T2 1.3 x 10 8 Da 2 x 10 5 Virus de polioma 3 x 10 6 Da 4.6 x 10 3 Mitocondria de ratón 9.5 x 10 6 Da 14 x 10 3 Cromosoma de Drosophila melanogaster 43 x 10 9 Da 65 x 10 6
CANTIDAD DE ADN EN DIVERSOS ORGANISMOS (pares de nucleótidos)
EL MODELO DE LA DOBLE HÉLICE DE WATSON Y CRICK
PROPORCIONES MOLARES DE LAS BASES NITROGENADAS ERWIN CHARGAFF ESTABLECIÓ LA PROPORCIONALIDAD MOLAR DE LAS BASES NITROGENADAS EN EL ADN: A = T G = C ESTO SENTÓ LAS BASES BIOQUÍMICAS DE LA ESTRUCTURA SECUNDARIA DEL ADN
PROPORCIONES MOLARES DE LAS BASES NITROGENADAS EN EL ADN DE DIVERSOS ORGANISMOS ORGANISMO A G C T mc Timo de vaca 28.2 21.5 21.2 27.8 1.3 Medula osea de rata 28.6 21.4 20.4 28.4 1.1 Testiculos de arenque 27.9 19.5 21.5 28.2 2.8 Equinodermo 32.8 17.7 17.3 32.1 1.1 Embrion de trigo 27.3 22.7 16.8 27.1 6.0 Levadura 31.3 18.7 17.1 32.9 Escherichia coli 26.0 24.9 25.2 23.9 Mycobacterium tuberculosis 15.1 34.9 35.4 14.6 Bacteriofago ØX174* 24.3 24.5 18.2 32.3 * ADN DE UNA SOLA CADENA mc = citosina metilada
PATRÓN DE DIFRACCIÓN DE RAYOS X DEL ADN Rosalind Franklin (25 July 1920 16 April 1958) Maurice Wilkins y Rosalind Franklin hicieron los estudios de difracción de rayos X de preparaciones cristalizadas de ADN
AUTORES DEL MODELO DE LA DOBLE HÉLICE DEL ADN: James WATSON Y Francis CRICK EN 1953
GANADORES DE PREMIOS NOBEL EN 1962
2 nm MODELO DE LA DOBLE HÉLICE DEL ADN
LA DOBLE HÉLICE DEL ADN ES COMPLEMENTARIA Y ANTIPARALELA
Dimensiones 2 nm
APAREAMIENTO DE LAS BASES NITROGENADAS
LOS ENLACES DE HIDRÓGENO MANTIENEN LA ESTRUCTURA SECUNDARIA DEL ADN
MODELOS ESTRUCTURALES DEL ADN
DESNATURALIZACIÓN Y RENATURALIZACIÓN Esto permite la comparación de moléculas de ADN provenientes de diferentes especies
DESNATURALIZACIÓN DEL ADN DE DROSÓFILA Las flechas señalan sectores de la secuencia más susceptibles a la desnaturalización ( ricos en AT)
LA ESTRUCTURA SECUNDARIA DEL ADN ES LA BASE DE LOS PROCESOS DE REPLICACIÓN (REPRODUCCIÓN) Y CONSERVACIÓN (HERENCIA) DE LA INFORMACIÓN GENÉTICA
LA REPLICACIÓN SEMICONSERVATIVA GARANTIZA LA FIDELIDAD DE LA SÍNTESIS DEL ADN LAS SECUENCIAS DE LAS MOLÉCULAS HIJAS SON IDÉNTICAS ENTRE SÍ Y CON LA DE LA MOLÉCULA PARENTAL
LA COMPLEMENTARIDAD DE LAS BASES NITROGENADAS ES LA BASE DE LA FIDELIDAD DE LA SÍNTESIS DE LOS ÁCIDOS NUCLEICOS
LA SÍNTESIS DEL ARN A PARTIR DEL ADN TAMBIÉN SE REALIZA COMPLEMENTARIAMENTE
FRACCIONAMIENTO DE LOS ARN CELULARES
CLASES DE RNA CELULARES EN E. coli TIPO COEFICIENTE DE SEDIMENTACIÓN PESO MOLECULAR NÚMERO DE NUCLEÓTIDOS PORCENTAJE Mensajero ARNm 6S 25S 25000-1000000 75-3000 2 Transferencia ARNt 4S 23000 30000 75-90 16 Ribosomal 5S 35000 ~100 ARNr 16S 550000 ~1500 82 23S 1100000 ~3100
Estructura primaria del ARN
EL RNA MENSAJERO ES UN INTERMEDIARIO DE LA INFORMACIÓN GENÉTICA RNA mensajero
PROPORCIONES MOLARES DE LOS ÁCIDOS NUCLEICOS DE E. coli
EL ARN PUEDE TENER ESTRUCTURA SECUNDARIA PARCIAL En el ARN monocatenario se pueden formar sectores de hélice doble por el apareamiento de bases nitrogenadas complementarias: A con U y G con C.
ESTRUCTURA SECUNDARIA DEL ARN DE TRANSFERENCIA
MODELOS ESTRUCTURALES DEL ARNt
COMPONENTES QUÍMICOS DE LAS CÉLULAS
COMPONENTES MOLECULARES EN LA BACTERIA E. coli
COMPONENTES MOLECULARES DE UNA CÉLULA DE E. coli COMPONENTE % POR PESO TOTAL DE LA CÉLULA # APROXIMADO DE ESPECIES MOLECULARES DIFERENTES AGUA 70 1 PROTEÍNAS 15 3000 ÁCIDOS NUCLEICOS ADN ARN 1 6 1 > 3000 POLISACÁRIDOS 2 5 LÍPIDOS 2 20 MONÓMEROS E INTERMEDIARIOS 3 500 IONES INORGÁNICOS 1 20
COMPOSICIÓN QUÍMICA APROXIMADA DE UNA BACTERIA Y DE UNA CÉLULA DE MAMÍFERO TÍPICAS COMPONENTE % PESO TOTAL CÉLULA E. Coli Mamífero Agua 70 70 Proteínas 15 18 Ácidos Nucleicos ADN ARN 1 6 0.25 1.1 Polisacáridos 2 2 Fosfolípidos 2 3 Otros lípidos - 2 Metabolitos pequeños 3 3 Iones inorgánicos 1 1 Volumen celular total 2x10-12 cm 3 4x10-9 cm 3 Volumen celular relativo 1 2000
CRITERIOS DE JERARQUIZACIÓN MOLECULAR TAMAÑO MOLECULAR (PESO MOLECULAR) COMPLEJIDAD ESTRUCTURAL Y FUNCIONAL CAPACIDAD PARA CONTENER Y/O TRANSFERIR INFORMACIÓN INFORMACIONALES (Ácidos nucleicos, proteínas) NO INFORMACIONALES (Polisacáridos, lípidos)
JERARQUÍA DE LOS COMPONENTES MOLECULARES CELULARES ÁCIDOS NUCLEICOS MACROMOLÉCULAS PM 10 3-10 9 PROTEÍNAS POLISACÁRIDOS LÍPIDOS MONÓMEROS CONSTITUTIVOS PM 100-350 INTERMEDIARIOS METABÓLICOS PM 50-250 NUCLEÓTIDOS AMINOÁCIDOS MONOSACÁRIDOS ÁCIDOS GRASOS MOLÉC. ORGÁNICAS PEQUEÑAS Y MEDIANAS AUMENTO DEL NIVEL DE JERARQUÍA PRECURSORES INORG. DEL AMBIENTE PM 18-44 AGUA DIÓXIDO DE CARBONO AMONIACO
MACROMOLÉCULAS INFORMACIONALES Y NO INFORMACIONALES
Secuencia musical de la proteína ThyA humana
FLUJO DE LA INFORMACIÓN GENÉTICA
Papel de las macromoléculas en el flujo de la información genética
FLUJO DE LA INFORMACIÓN GENÉTICA ADN Replicación GENOMA Transcripción Genómica ARN TRANSCRIPTOMA Traducción PROTEÍNAS PROTEOMA Estructuras Funciones Proteómica METABOLOMA
NIVELES DE LA ORGANIZACIÓN MOLECULAR EN LAS CÉLULAS PRECURSORES MACROMOLÉCULAS ENSAMBLAJE MACROMOLECULAR (ESTRUCTURA)
COMPOSICIÓN Y ESTRUCTURA DE LOS ÁCIDOS NUCLEICOS
DESCUBRIMIENTO DE LOS ÁCIDOS NUCLEICOS LOS ÁCIDOS NUCLEICOS FUERON DESCUBIERTOS POR F. MIESCHER EN 1869, A PARTIR DE NÚCLEOS DE LEUCOCITOS HUMANOS. LA SUSTANCIA FUE LLAMADA INICIALMENTE NUCLEÍNA, DE NATURALEZA ÁCIDA, CON ALTO CONTENIDO DE NITRÓGENO Y FÓSFORO. EL PAPEL DE LOS ÁCIDOS NUCLEICOS EN EL MANEJO DE LA INFORMACIÓN GENÉTICA SOLO COMENZÓ A SER RECONOCIDA 75 AÑOS DESPUÉS.
UBICACIÓN DE LOS ÁCIDOS NUCLEICOS ADN ARN NÚCLEO MITOCONDRIAS CLOROPLASTOS NÚCLEO MITOCONDRIAS CLOROPLASTOS RIBOSOMAS CITOSOL
LOS ÁCIDOS NUCLEICOS ESTÁN CONSTITUIDOS POR NUCLEÓTIDOS ÁCIDO NUCLEICO + n H 2 O n NUCLEÓTIDOS NUCLEÓTIDO = BASE NITROGENADA + PENTOSA + ÁCIDO FOSFÓRICO NUCLEÓSIDO
BASES NITROGENADAS PIRIMIDÍNICAS
BASES NITROGENADAS PÚRICAS
PENTOSAS DE LOS ÁCIDOS NUCLEICOS HOH 2 C O OH HOH 2 C O OH OH OH OH ribosa desoxirribosa ARN ADN
NUCLEÓSIDOS Adenosina Guanosina Citidina Uridina Timidina Bases púricas Bases pirimidínicas
NUCLEÓTIDOS
CLASES DE NUCLEÓTIDOS
NUCLEÓTIDOS CÍCLICOS Estos nucleótidos son importantes en la regulación de diversas funciones celulares
UNIÓN DE LOS NUCLEÓTIDOS LA UNIÓN SE DENOMINA ENLACE FOSFODIÉSTER
UNIÓN DE UN NUCLEÓTIDO LA UNIÓN DE NUEVOS NUCLEÓTIDOS SE HACE EN EL EXTREMO 3 OH
ESTRUCTURA PRIMARIA
ESTRUCTURA PRIMARIA DEL ADN ES LA SECUENCIA DE LOS NUCLEÓTIDOS O DE LAS BASES NITROGENADAS ES LA INFORMACIÓN GENÉTICA
Secuencia de ADN de un gen que codifica una enzima
Secuenciación automática del ADN
Secuenciación automática del ADN
Secuenciación automática del ADN
EL FLUJO DE LA INFORMACIÓN GENÉTICA
ADN DE UN VIRUS (A), UNA BACTERIA (B) Y UN CROMOSOMA HUMANO (C) A B C
PESO MOLECULAR DEL ADN DE ALGUNOS ORGANISMOS Organismo Peso molecular Pares nucleótidos Escherichia coli 2 x 10 9 Da 3 x 10 6 Haemophilus influenzae 8 x 10 8 Da 12 x 10 5 Mycoplasma (PPLO) 4 x 10 8 Da 6 x 10 5 Bacteriófago T2 1.3 x 10 8 Da 2 x 10 5 Virus de polioma 3 x 10 6 Da 4.6 x 10 3 Mitocondria de ratón 9.5 x 10 6 Da 14 x 10 3 Cromosoma de Drosophila melanogaster 43 x 10 9 Da 65 x 10 6
CANTIDAD DE ADN EN DIVERSOS ORGANISMOS (pares de nucleótidos)
EL MODELO DE LA DOBLE HÉLICE DE WATSON Y CRICK
PROPORCIONES MOLARES DE LAS BASES NITROGENADAS ERWIN CHARGAFF ESTABLECIÓ LA PROPORCIONALIDAD MOLAR DE LAS BASES NITROGENADAS EN EL ADN: A = T G = C ESTO SENTÓ LAS BASES BIOQUÍMICAS DE LA ESTRUCTURA SECUNDARIA DEL ADN
PROPORCIONES MOLARES DE LAS BASES NITROGENADAS EN EL ADN DE DIVERSOS ORGANISMOS ORGANISMO A G C T mc Timo de vaca 28.2 21.5 21.2 27.8 1.3 Medula osea de rata 28.6 21.4 20.4 28.4 1.1 Testiculos de arenque 27.9 19.5 21.5 28.2 2.8 Equinodermo 32.8 17.7 17.3 32.1 1.1 Embrion de trigo 27.3 22.7 16.8 27.1 6.0 Levadura 31.3 18.7 17.1 32.9 Escherichia coli 26.0 24.9 25.2 23.9 Mycobacterium tuberculosis 15.1 34.9 35.4 14.6 Bacteriofago ØX174* 24.3 24.5 18.2 32.3 * ADN DE UNA SOLA CADENA mc = citosina metilada
PATRÓN DE DIFRACCIÓN DE RAYOS X DEL ADN Rosalind Franklin (25 July 1920 16 April 1958) Maurice Wilkins y Rosalind Franklin hicieron los estudios de difracción de rayos X de preparaciones cristalizadas de ADN
AUTORES DEL MODELO DE LA DOBLE HÉLICE DEL ADN: James WATSON Y Francis CRICK EN 1953
GANADORES DE PREMIOS NOBEL EN 1962
2 nm MODELO DE LA DOBLE HÉLICE DEL ADN
LA DOBLE HÉLICE DEL ADN ES COMPLEMENTARIA Y ANTIPARALELA
Dimensiones 2 nm
APAREAMIENTO DE LAS BASES NITROGENADAS
LOS ENLACES DE HIDRÓGENO MANTIENEN LA ESTRUCTURA SECUNDARIA DEL ADN
MODELOS ESTRUCTURALES DEL ADN
DESNATURALIZACIÓN Y RENATURALIZACIÓN Esto permite la comparación de moléculas de ADN provenientes de diferentes especies
DESNATURALIZACIÓN DEL ADN DE DROSÓFILA Las flechas señalan sectores de la secuencia más susceptibles a la desnaturalización ( ricos en AT)
LA ESTRUCTURA SECUNDARIA DEL ADN ES LA BASE DE LOS PROCESOS DE REPLICACIÓN (REPRODUCCIÓN) Y CONSERVACIÓN (HERENCIA) DE LA INFORMACIÓN GENÉTICA
LA REPLICACIÓN SEMICONSERVATIVA GARANTIZA LA FIDELIDAD DE LA SÍNTESIS DEL ADN LAS SECUENCIAS DE LAS MOLÉCULAS HIJAS SON IDÉNTICAS ENTRE SÍ Y CON LA DE LA MOLÉCULA PARENTAL
LA COMPLEMENTARIDAD DE LAS BASES NITROGENADAS ES LA BASE DE LA FIDELIDAD DE LA SÍNTESIS DE LOS ÁCIDOS NUCLEICOS
LA SÍNTESIS DEL ARN A PARTIR DEL ADN TAMBIÉN SE REALIZA COMPLEMENTARIAMENTE
FRACCIONAMIENTO DE LOS ARN CELULARES
CLASES DE RNA CELULARES EN E. coli TIPO COEFICIENTE DE SEDIMENTACIÓN PESO MOLECULAR NÚMERO DE NUCLEÓTIDOS PORCENTAJE Mensajero ARNm 6S 25S 25000-1000000 75-3000 2 Transferencia ARNt 4S 23000 30000 75-90 16 Ribosomal 5S 35000 ~100 ARNr 16S 550000 ~1500 82 23S 1100000 ~3100
Estructura primaria del ARN
EL RNA MENSAJERO ES UN INTERMEDIARIO DE LA INFORMACIÓN GENÉTICA RNA mensajero
PROPORCIONES MOLARES DE LOS ÁCIDOS NUCLEICOS DE E. coli
EL ARN PUEDE TENER ESTRUCTURA SECUNDARIA PARCIAL En el ARN monocatenario se pueden formar sectores de hélice doble por el apareamiento de bases nitrogenadas complementarias: A con U y G con C.
ESTRUCTURA SECUNDARIA DEL ARN DE TRANSFERENCIA
MODELOS ESTRUCTURALES DEL ARNt