DNA: molDNA: moléécula de la herenciacula de la herencia
La naturaleza hereditaria de cada organismo estádefinida por su genoma, el cual consiste de largas secuencias de ácidos nucleicos que proporcionan la información necesaria para construir al organismo.
Las caracterLas caracter íísticas que debe poseer una molsticas que debe poseer una mol éécula para cula para ser considerada como portadora de la herencia son:ser considerada como portadora de la herencia son:
Almacenar información: código genético
Transferir esa información de manera fidedigna: replicación
Descubrimiento de los Descubrimiento de los áácidos nucleicos cidos nucleicos como material gencomo material gen ééticotico
La La transformacitransformacióónn
Frederick Griffith, 1928
Streptococcus pneumoniae
Cepa S letal
S:lisaPosee cubierta de polisacáridos
Cepa R inocua
R:rugosaNo posee cubierta de polisacáridos
Oswald Avery, Colin MacLeod, and Maclyn McCarty, 19 44.
El DNA como El DNA como principio principio transformantetransformante
Infección de E. coli con el fago T2
Crecer E. coli en medio con:32P 35S
Lisis de las bacterias y obtención de los fagos
marcados diferencialmente
Experimento de Hershey y Chase, 1952
Se usan los fagos marcados para infectar E.
coli
32P 35S
Desprendimiento de los fagos por
agitación
Replicación del bacteriofago
La progenie contiene DNA
marcado
DNA: desoxirribonucleótidos
ComposiciComposici óón y estructura de los n y estructura de los áácidos nucleicoscidos nucleicos
Nomenclatura de los nucleNomenclatura de los nucle óótidostidos
Base Nucleósido Nucleótido Ácido Nucléico
Purinas
Adenina Adenosina Adenilato RNA
Desoxiadenosina Desoxiadenilato DNA
Guanina Guanosina Guanilato RNA
Desoxiguanosina Desoxiguanilato DNA
Pirimidinas
Citosina Citidina Citidilato RNA
Desoxicitidina Desoxicitidilato DNA
Timina Desoxitimidina Desoxitimidilato DNA
Uracilo Uridina Uridilato RNA
A
G
C
T
U
Patrón de difracción de rayos X del DNA
James Watson y Francis Crick, 1953.Modelo de la doble hélice del DNA
Rosalind Franklin y Maurice Wilkins
Datos experimentales en los que se basaron Datos experimentales en los que se basaron Watson y Crick para proponer el modelo de la Watson y Crick para proponer el modelo de la doble hdoble h éélice:lice:
DifracciDifracci óón de Rayos Xn de Rayos XEl diámetro de la molécula es el mismo a todo lo largoEstructura cíclica repetitiva
Reglas de ChargaffReglas 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
3’ hidroxilo
5’ fosfato
5’ GATC... 3’
DNA
Enlace fosfodiester
Las cadenas presentan polaridad
�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
...complementariedad ...complementariedad entre basesentre bases
A T G C
Bases nitrogenadas: interiorFosfatos: exterior
Cadenas anti-paralelas
Extremo 5’: PO4−
Extremo 3’: OH
La doble cadena de DNA es antiparalela y presentaLa doble cadena de DNA es antiparalela y presenta ……
Propiedades de los Propiedades de los áácidos nucleicos: cidos nucleicos: absorbancia a 260 nmabsorbancia a 260 nm
Propiedades del Propiedades del DNA: DNA: desnaturalizacidesnaturalizaci óón n y renaturalizaciy renaturalizaci óónn
El contenido de GC influye en las propiedades del DNA, especialmente sobre la temperatura de desnaturalización y alineamiento
% GC Tm
La renaturalizaciLa renaturalizaci óón n de los de los áácidos cidos nucleicos estnucleicos est áá en en funcifunci óón de su n de su secuencia. Dos secuencia. Dos DNAs provenientes DNAs provenientes de especies de especies diferentes hibridardiferentes hibridar áán n si tienen regiones si tienen regiones con homologcon homolog íía.a.
TTéécnicas de estudio del DNA cnicas de estudio del DNA basadas en la hibridacibasadas en la hibridaci óónn
Southern blot: hibridación DNA -DNA
Northern blot: hibridación RNA -DNA
Visualización del DNA en un gel
Bromuro de etidio:
Agente intercalante entre las bases nitrogenadas que fluoresce a la luz UV
DNA lineal y circular
Doble hélice
Circular Superenrollado
En procariotes el DNA es solo una molécula, es circular y presenta superenrrollamiento
……..lineal y se encuentra ..lineal y se encuentra empacado en empacado en nucleosomas, los que a nucleosomas, los que a su vez constituyen los su vez constituyen los cromosomascromosomas
Secuencias únicas (genes); secuencias repetidas (no codificantes)
En cromosomas de eucariotes el DNA esEn cromosomas de eucariotes el DNA es……..
RNALa estructura primaria es similar a la del DNA pero
timina (T)ribosadesoxirribosauracilo (U)
monocatenario (casi siempre)
Tres tipos de RNA
Ribosomal
Mensajero
Transferencia
ORGANIZACIORGANIZACIÓÓN DE LOS GENOMASN DE LOS GENOMAS
1.1. Un gene es un segmento de DNA que al expresarse da un producto Un gene es un segmento de DNA que al expresarse da un producto funcional que puede ser una protefuncional que puede ser una prote íína o un RNA.na o un RNA.
2. Un genoma es el conjunto de genes que contien e la informac2. Un genoma es el conjunto de genes que contien e la informac iióón n necesaria para que una cnecesaria para que una c éélula pueda existir y reproducirse. lula pueda existir y reproducirse.
3. Los genomas de eucariontes son muy grandes y mucha de su 3. Los genomas de eucariontes son muy grandes y mucha de su estructura corresponde a regiones que no codifican para ningestructura corresponde a regiones que no codifican para ning úún n producto funcional (secuencias noproducto funcional (secuencias no --codificantes)codificantes)
4. Algunas de estas secuencias no codificantes s on secuencias4. Algunas de estas secuencias no codificantes s on secuenciasespaciadoras entre los genesespaciadoras entre los genes
5. Otras secuencias no codificantes (intrones) i nterrumpen a 5. Otras secuencias no codificantes (intrones) i nterrumpen a genesgenes
6. Algunos genes se repiten muchas veces en el g enoma, forman6. Algunos genes se repiten muchas veces en el g enoma, forman do do familias de genes (eucariontes).familias de genes (eucariontes).
Comparación de Genomas
103 106
OrganizaciOrganizaci óón y estructura de los genomasn y estructura de los genomas
Tipos de DNA en los genomas
Secuencias:
• No repetidas• Moderadamente repetidas• Altamente repetidas
OOrganizacirganizaci óón de n de unidades unidades transcripcionales transcripcionales en procariotes y en procariotes y eucarioteseucariotes
�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
El tamaño de los genes varía mucho entre eucariotes y procariotes
El genoma en procariotes es más compacto que el de los eucariontes
Especie # exones
Long. media del gen (kpb)
Long. media del RNAm (kb)
Haemophilus influenzae 1 1.0 1.0
Methanococcus jannaschii 1 1.0 1.0
Saccharomyces cerevisiae 1 1.6 1.0
Aspergillus nidulans 3 1.5 1.6
Caenorhabditis elegans 4 4.0 3.0
Drosophila melanogaster 4 11.3 2.7
Aves 9 13.9 2.4
Mamíferos 7 16.6 2.2
Relación entre el tamaño del gen y del mRNA en varias especies
Topoisomerasas Enzimas que regulan la tensión en la molécula de DNA
Tipo I: Cortan una de las cadenas de DNANo requieren ATPIntroducen incrementos de 1 en Lk
Tipo II: Cortan ambas cadenas de DNARequieren ATPIntroducen incrementos de 2 en Lk
Girasa (superenrollamiento negativo en procariontes)
Organización del cromosoma bacteriano
DNA super-enrollado
Proteínas que unen al DNA
Bacteria en división
En bacteria la transcripción del DNA a RNA y su posterior traducción ocurre de forma acoplada
El genoma bacteriano NO tiene secuencias repetitiva sLos genes por lo regular NO están interrumpidosTiene solo UN origen de replicación
En eucariontes los organelos mitocondria y En eucariontes los organelos mitocondria y cloroplasto tienen su propio material gencloroplasto tienen su propio material gen ééticotico
TeorTeor íía endosimbia endosimbi óónticantica
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
Tipos de Cromatina
Eucromatina
Heterocromatina
La Eucromatina es transcripcionalmente activa
La Heterocromatina es electrodensa y es transcripcionalmente inactiva
Constitutiva : NO se expresa. Incluye secuencias cortas repetidas (DNA satélite). Papel estructural en el cromosoma: centrómeros y telómeros.
Facultativa : Puede ocupar cromosomas enteros inactivos en un tipo celular, y expresados en otro. P. ej. Compensación de dosis del cromosoma X
Heterocromatina
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
• El DNA que rodea a la m édula 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
Composición de los nucleosomas
CONTENIDO DE LYS Y ARG DE LAS HISTONAS
HISTONA %LYS %ARG
H1 24.8 2.6H2A 10.9 9.3H2B 16.0 6.4
H3 9.6 13.3H4 10.8 13.7
Esquema de una sección de la cromatina
INTERACCIONES ENTRE LAS HISTONAS Y EL DNA EN LOS EU CARIOTES
El octámero de histonas se asocia por interacciones hidrofóbicas
Un nucleosoma consiste en 147 pb de DNA enrrollados en el octámero de histonas.
El DNA se encuentra “empacado” en los cromosomas eucariontes
El DNA extendido de
una célula de
mamífero mediría
aproximadamente 1
mt delongitud
Segmento de doble hélice
DNA + Histonas =
Nucleosomas
Empaquetamiento de
nucleosomas. Cromatina de
30 nm
Sección de cromosoma en
forma extendida
Sección de cromosoma en
forma condensada
Cromosoma en
metafase
Octámero de
Histonas:
H2A; H2B; H3;H4
Heterocromatina. Se refiere a los segmentos de los cromosomas que se pueden teñir y permanecen visibles a lo largo de todo el ciclo celular. Hay pocos genes en estas regiones y por lo tanto, baja actividad transcripcional.
Eucromatina. Solamente es visible en la metafase, pero no en la interfase. Corresponde a regiones menos compactas y en las que hay una mayor densidad génica. Hay mayor actividad transcripcional.
Heterocromatina: Segmentos del cromosoma que se tiñen fuertemente y permanecen visibles, prácticamente, durante todo el ciclo celular. 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. Regiones que se condensan y se descondensan.
Secuencias que contienen genes y que son transcripcionalmente activas.
Heterocromatina y Eucromatina
¿Qué se necesita paratener un cromosoma estable?
• centrómero• telómeros• varios origenes de replicación
Secuencias únicas (genes)Repetidas dispersas y múltiples orígenes de replicación
Centrómeros.Son regiones repetitivas de DNA (150-171 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.
TelómerosSe 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.
Características del telómero
Hay hexanucleótidos repetidos entre 1000 y 1700 veces en los extremos 3’ del DNA de cada cromosoma
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
El número de cromosomas de cada especie es característico de ésta