BASES DE LA HERENCIA Introducción a los fundamentos de duplicación y expresión de ADN

HISTORIA DEL ADN Molécula de ADN. Vamos a ver como se llegó a descubrir su esctructura

Requisitos del Material Genético Las moléculas que podrían transportar la información genética se discutían por los años 1930. Requisitos: a)Gran estabilidad b)Servir como machotes para que se copien las proteínas c)Altamente selectivas al momento de ordenar los aminoácidos d)Capaces de auto-duplicarse. e)Deben ser macromoléculas. 1869 Friedrich Miescher (suizo) descubre ácido abundante en núcleo Núcleo y cromosomas estudiados y tenían papel fundamental en replicación, cromos vehículos de genes. 1866 Genes Mendel: elementos hereditarios q se transmiten de progenitores a descendientes. a)Gran estabilidad b)Servir como machotes para que se copien las proteínas c)Altamente selectivas al momento de ordenar los aminoácidos d)Capaces de auto-duplicarse. e)Deben ser macromoléculas. ADN o proteinas? PROTEÏNAS FAVORITAS X DIVERSIDAD. Analisis quimicos sugerían q ADN no diversidad, estructural B+C= SER CAPACES DE EXPRESAR LA INFO GENETICA EN PROTEÍNAS

ADN ¿Cuál es su estructura? ¿Cómo se duplica? ¿Cómo controla la expresión de los caracteres hereditarios? Como es común en ciencia, una respuesta trae más preguntas

UN LADRILLO

LADRILLO DEL ADN = NUCLEÓTIDO

Nucleótidos que forman el ADN

BASES NITROGENADAS Y AZÚCARES

DOS LADRILLOS

UNIÓN DE DOS NUCLEÓTIDOS

CUATRO LADRILLOS

UNIÓN DE 4 NUCLEÓTIDOS

EDIFICIO EN CONSTRUCCIÓN

PARES DE BASES Puentes hidrógeno 3vs2

UNIÓN DE LAS DOS CADENAS

CADENAS COMPLEMENTARIAS Polaridad, antiparalelas

DOBLE HÉLICE

ESTRUCTURA DEL ADN

ESTRUCTURA FINALIZADA

Composición del ADN El ADN o ácido desoxirribonucleico se compone de 4 tipos distintos de nucleótidos, conocidos como: ADENINA - TIMINA - GUANINA - CITOSINA Cada nucleótido esta compuesto de un: grupo fosfato - azúcar - base nitrogenada (azúcar: desoxiribosa) Bases nitrogenadas: Citosina y Timina : pirimidinas Guanina y Adenina: purinas Hay otros tipos de nucleótidos en las células: AMP, ATP, GTP, NAD+ , FAD, etc. pero estos no forman parte de la cadena de ADN.

Modelo de Watson y Crick (1953) Se basó en 4 evidencias: 1) Los polímeros de ADN están constituidos por nucleótidos unidos por enlaces covalentes fosfo-diéster en 3’ - 5’. 2) Leyes de Chargaff [ A ] = [ T ], [ G ] = [ C ] Cantidades de A, T, G, C varía entre organismos Esto q les acabo de enseñar son los principios básicos del modelo de doble hélice de Watson y Crick. Chargaff: complejidad del ADN es compatible con los requerimientos para la molécula de la Herencia.

Modelo de Watson y Crick (1953) 3) El calentamiento del ADN produce cambios en las propiedades físicas => un ADN desnaturalizado, sin romper los enlaces covalentes (no mayor a 100°C). 4) El modelo de difracción de rayos X de las fibras de ADN indica una estructura helicoidal.

Rosalind Franklin 1952 it could be determined from the diffraction pattern, that DNA (1) was helical, (2) was likely a double helix with antiparallel strands, and, (3) had the phosphate backbone on the outside (thus the bases of DNA, which are the "code" for inheritance, were on the inside of the helix). Calculations from the photograph also provided crucial parameters for the size of the helix and its structure, all of which were critical for the molecular modeling undertaken by Watson and Crick Photo 51 was, therefore, the critical data that led to the model and confirmation of the postulated double helical structure of DNA, Maurice Wilkins se las dio a W&C sin permiso. Los 3 premio nobel 1962 Murió 1958.

¿Qué es el ADN? Un polímero sin ramificaciones, compuesto por sólo 4 tipos de subunidades o nucleótidos. Los nucleótidos : T, A, G, C; están unidos entre sí por enlaces covalentes de fosfodiester 3’ - 5’.

¿Qué es el ADN? Dos “hileras” de nucleótidos que se unen una contra la otra y forman una cadena. Esta unión se da en las bases nitrogenadas Se forman puentes de hidrógeno entre ellas Una “hilera de ADN” se orienta de 5’-3’ y la otra de 3’-5’

¿Qué es el ADN? Conclusión: el ADN es un polímero de cadena doble, donde cada hebra de ADN esta orientación contraria a la otra, unidas entre sí por enlaces de hidrógeno y compuestas por 4 tipos de subunidades Una típica célula animal contiene: 3x109 nucleótidos (1 metro).

Estructura del ADN Patrón Helicoidal Dos cadenas orientadas en antiparalelo Bases nitrogenadas orientadas hacia el interior de la molécula Adenina -Timina Citosina - Guanina

REPLICACION DEL ADN DOGMA CENTRAL 10

DUPLICACIÓN DEL ADN

La Replicación del ADN Es el proceso mediante el cual el ADN de una célula es duplicado. Se lleva a cabo en la fase S del ciclo celular. Antes de la mitosis. En este proceso intervienen un gran número de enzimas: polimerasa, ligasas, helicasas, etc. Debe tener gran fidelidad. De no ser así se producen mutaciones.

La Replicación del ADN La doble hélice de ADN se abre (puentes de hidrógeno se rompen). Las hebras de ADN se hallan listas para unirse con nuevos nucleótidos. La apropiada inclusión de los nuevos nucleótidos es llevada a cabo por una enzima conocida como : ADN polimerasa. Durante este proceso cada hebra de ADN sirve como machote para la nueva cadena => la replicación del ADN es semiconservativa.

Esquema de la Replicación del ADN

Enzimas Involucradas en la Replicación del ADN Topoisomerasa: elimina tensión en la doble hélice Helicasa: abre la doble cadena de ADN para que sea duplicada por la ADN Polimerasa ARN primasa: usa ribonucleótidos para sintetizar pequeños fragmentos de ARN que sirve como iniciadores de la replicación. ADN Polimerasa: se encarga de añadir los nuevos nucleótidos que formarán la nueva cadena de ADN. Sólo adiciona de 5’=>3’.

Enzimas Involucradas en la Replicación del ADN Proteínas estabilizadoras para que no se enrolle el ADN. Ligasa: une los nucleótidos adyacentes que coloca la ADN polimerasa. Existen además enzimas reparadoras del ADN. Estas enzimas se encargan de corregir los errores de la ADN polimerasa: fidelidad de la copia nueva de ADN.

Replicación del ADN, cont. La fidelidad del proceso de replicación del ADN es tan alta, que sólo 1 error es producido cada 109 pares de bases duplicadas. Esto se debe a que existen eficientes procesos de corrección. La ADN polimerasa no comienza una nueva cadena de polinucleótidos hasta que el nuevo deoxirribonucleótido esté apareado correctamente con la banda de ADN molde. Luego la reconoce y forma la unión 5’-3’.

Replicación del ADN, cont. Aquellos desoxirribonucleótidos que no están apareados correctamente son removidos de la nueva cadena de ADN por una subunidad de la ADN polimerasa, con actividad 3’-5’ exonucleasa (cambia sólo una base). Existen otros mecanismos para corregir errores durante la replicación del ADN.

Replicación del ADN, cont. Eucariotas: Múltiples orígenes y bidireccional Reduce el tiempo total de replicación Movimiento de cada sitio de replicación procede a 10- 100 pb /seg. Drosophila: Cs más gde contiene 7 X 107 pb, replicación a partir de un único sitio de replicación bidireccional tomaría 8 días Hay 8,500 orígenes de replicación/cs: tiempo de replicación se reduce a pocos min.

Replicación del ADN, cont. En una típica célula eucariota Orígenes cada 40,000 pb, permite que cada cs se replique en 15-30 min. No todos los cs se replican simultáneamente, la replicación completa de todos los cs toma 5-10 horas Replicación es más rápida en procariotas que en eucariotas: único sitio de orígen bidireccional = replicación total 30 min. (4.6 X 106)

Replicación del ADN, cont. ARN polimerasa = primasa Iniciador en eucariotas = 5-8 pb Dos tipos de ADN polimerasas Pol III: Agrega primeros nucl. al iniciador del ARN y subsecuentes hasta alcanzar el próximo iniciador de ARN Pol I: Remueve el iniciador de ARN

Dogma Central En 1956, Francis Crick formuló el dogma central: Duplicación ADN Transcripción ARN Traducción Proteína Sólo existen una excepción al dogma central, los retrovirus

Dogma Central Los retrovirus (HIV) usan ARN como material genético. Los retrovirus introducen su ARN en la célula blanco y poseen una enzima especial conocida como Transcriptasa Reversa que convierte el ARN en ADN. El ADN se integra al material genético de la célula y produce las proteínas y ARN necesario para formar nuevos viriones.

Retrovirus RT: ADN polimerasa inusual Codificada por el ARN del retrovirus Empaquetada dentro de cada cápside viral durante la producción de nuevas partículas virales Cuando el ARN entra en una célula, la RT hace una copia de ADN (híbrido ADN-ARN) La RT luego hace una doble hélice Los dos extremos de este ADN viral son reconocidos por una integrasa

RETROVIRUS Integrasa: Codificada por el virus Cataliza la inserción del ADN viral en virtualmente cualquier sitio del genoma hospederos Próximo paso en el proceso infeccioso es la transcripción del ADN viral integrado por la ARN polimerasa del hospedero Produce gran número de moléculas de ARN viral idénticas al genoma infeccioso original Estas moléculas de ARN se traducen para producir la cápside, cubierta (envelope) y proteínas RT que se ensamblan con ARN en nuevas partículas del virus.

Empaquetamiento de los Cromosomas en eucariotas

Célula eucariota animal Enorme longitud de material genético se condensa en pocos cs en el núcleo

Empaquetamiento del ADN Cs 1 humano contiene una molécula de ADN = 8.2 X 104 μm (82 mm) en longitud. En metafase, esta molec. se condensa en una estructura compacta de 10 μm y menos de 1 μm de diámetro

Estructura del ADN

Empaquetamiento del ADN El ADN no se halla sólo. Se encuentra unido a proteínas, las cuales pueden ser histonas o no histonas. La unión del ADN a estas proteínas se denomina cromatina. Las no histonas son proteínas reguladoras de la expresión génica o proteínas con habilidad de unirse al ADN para facilitar o realizar la replicación, transcripción, etc.

Empaquetamiento del ADN Las histonas son únicas en los eucariotas y están presentes en enormes cantidades. Responsables de la estructura de la cromatina Hay cinco tipos y se dividen en 2 grupos: las histonas del nucleosoma y las histonas H1.

Histonas, cont. Ambos tipos se caracterizan por ser proteínas con un alto número de cargas + provistas por los a.a. de lisina y arginina (carga + le permite unirse al ADN) Pocas veces se disocian del genoma. Histonas son altamente conservadas Las histonas del nucleosoma son pequeñas (102- 135a.a.) y se denomina H2A, H2B, H3, y H4.

Histonas, cont. Las histonas H1, son más grandes (220 a.a.). El nucleosoma es un octámero de proteínas histónicas alrededor del cual el ADN se arrolla 2 veces. Los nucleosomas a su vez son empacados juntos por la Histona H1.

Estructura de la cromatina

Estructura de la cromatina

Estructura de la cromatina

Estructura de la cromatina

CROMATINA Heterocromatina: Secuencias satélites, altamente repetitivas, cerca de centrómeros y telómeros, muy pocos genes = material inerte genéticamente. Entrecruzamiento menos frecuente. Eucromatina: Mayoría del genoma, visible después de condensación cromosómica en mitosis o meiosis