DNA y RNA

Composición en bases del DNA en algunas especies A G C T Hombre, H.sapiens 0.29 0.18 0.18 0.31 Bovino, Bos taurus 0.26 0.24 0.23 0.27 Levadura, S.cerevisiae 0.30 0.18 0.15 0.29 Mycobacterium sp. 0.12 0.28 0.26 0.11

Reglas de Chargaff 1. La relación purinas/pirimidinas es igual a 1 Es decir, A+G = C+T 2. En todos los DNA estudiados, la proporción molar de A es igual a la de T, y la de G igual a la de C. Es decir, A = T y G = C

Cristalografía de rayos X del DNA Estudiada por: L.Pauling (Caltech), M.Wilkins y R.E.Franklin (Londres) J.D.Watson y F.H.C.Crick (Cambridge) Formas cristalinas: DNA-A: baja hidratación, peso molecular relativamente bajo, reflexiones claras DNA-B: alta hidratación, peso molecular alto, reflexiones difusas

El DNA-B 1. Estructura helicoidal 2. Periodicidad a 3.4 nm 4. R.E.Franklin sugiere que el eje ribosa-fosfato está hacia fuera y las bases hacia dentro. Igualmente sugiere que se trata de una doble hélice, y no triple Con estos datos, y teniendo en cuenta las reglas de Chargaff, Watson y Crick elaboraron su modelo en doble hélice

Modelo de Watson - Crick, A 3.4 nm 1. El DNA es una doble hélice plectonémica y dextrógira, con un paso de rosca de 3.4 nm

5’ 3’ Modelo de Watson-Crick, B 3’ 5’ 2. Cada una de las dos hélices es un polinucleótido entrelazado con el otro de manera que su polaridad es opuesta (es decir, corren en sentido antiparalelo)

Modelo de Watson-Crick, C 3. El eje ribosa-fosfato se sitúa hacia el exterior de la doble hélice, en contacto con el solvente 4. Mientras que las bases nitrogenadas (anillos planares) se sitúan, apiladas, hacia el interior de la estructura, en un entorno hidrofóbico

Modelo de Watson-Crick, D 0.34 nm 5. Las bases están situadas en planos aproximadamente perpendiculares al eje mayor de la doble hélice. La distancia entre planos es de 0.34 nm

Modelo de Watson-Crick, E 6. Cada base interacciona con su opuesta a través de enlaces de hidrógeno, y de manera que: (a) Adenina (A) sólo puede interaccionar con timina (T) (y viceversa), a través de dos puentes de hidrógeno, y

(b) Guanina (G) sólo puede interaccionar con citosina (C) (y viceversa), a través de tres puentes de hidrógeno

Modelo de Watson-Crick, F 7. La base está situada en posición anti- 8. La desoxirribosa en forma furanósica 5’ 1’ 4’ 2’ 3’ 9. El anillo furanósico está en conformación endo-2’

Surco estrecho 10. El eje de la doble hélice no pasa por el centro geométrico del par de bases. Esto determina que la hélice presente un surco ancho y un surco estrecho Surco ancho Modelo de Watson-Crick, G

Geometría de la doble hélice (DNA-B) 3.4 Paso de rosca 3.4 nm Distancia entre 0.34 nm planos de bases Pares de bases/vuelta 10 Anchura 2.4 nm 0.34 2.4

Interacciones débiles que mantienen la estructura del DNA 1. Enlaces de hidrógeno entre bases complementarias 2. Interacciones hidrofóbicas entre planos de bases contiguos (int. de apilamiento, stacking) 3. Interacciones iónicas del fosfato con moléculas electropositivas (histonas, poliaminas, etc.)

3’ 5’ 5’ 3’

Implicaciones genéticas del modelo, 1 1. El material genético ha de ser lineal y aperiódico; el DNA cumple esa condición. 2. El apareamiento de bases sugiere un modelo para la replicación del mismo de forma que las dos moléculas hijas son idénticas a la parental: 5’-CGTTGCAATTGCGAT-3’ 3’-GCAACGTTAACGCTA-5’ 5’-CGTTGCAATTGCGAT-3’ 3’-GCAACGTTAACGCTA-5’ 5’-CGTTGCAATTGCGAT-3’ 3’-GCAACGTTAACGCTA-5’

Implicaciones genéticas del modelo, 2 3. La reactividad de las bases y la estructura general del DNA explican perfectamente la acción de los mutágenos químicos 4. La tautomería de las bases explica en parte las tasas de mutación espontánea: Par Timina (ceto) - Adenina Par Timina (enol) - Guanina

Pruebas experimentales de la estructura del DNA 1. Compatible con los datos cristalográficos 2. El modelo predice una determinada densidad lineal que se cumple para todos los DNAs conocidos 3. El DNA rico en GC debe ser más difícil de desnaturalizar que el rico en AT. Esta predicción se cumple perfectamente. 4. El estudio de frecuencias de vecino más próximo (A.Kornberg) sólo es compatible con un modelo complementario y antiparalelo p.e.: el par AG tiene la misma frecuencia que el par CT; AT tiene la misma frecuencia que TA, y así sucesivamente.

DNA-A 1.Doble hélice plectonémica y dextró- gira 2. Planos de bases oblicuos respecto al eje de la doble hélica 3. Propio de RNAs en doble hélice, o de híbridos DNA-RNA 4. Más ancha y corta que DNA-B

DNA-Z 1. Doble hélice plectonémica y levógira 2. Zonas de secuencia alternante -GCGC- 3. Conformación de G es syn- en lugar de anti- 4. Más estrecha y larga que DNA-B

Distintas formas del DNA A B Z Grosor 2.6 2.4 1.8 Giro Dextro Dextro Levo Bases/vuelta 11 10.4 12 P.de rosca 2.5 3.4 4.5 Inclinación 19º 1º 9º plano bases

Desnaturalización del DNA % Incremento Absorbancia a 260 nm La desnaturalización térmica del DNA sigue una curva sigmoide. El punto medio, Tm, está relacionado con el conte- nido en G+C. Así, la muestra B tiene un mayor contenido en G+C que A. T, ºC

Superhélices de DNA El DNA se presenta habitualmente en forma de superhélices, cuando la doble hélice, a su vez, se enrolla sobre sí misma. Esto permite el empaquetamiento de la molécula en el interior de la célula o del núcleo celular.

DNA circular, relajado DNA circular, con superhélice negativa

Se produce superhelicidad negativa cuando desenrollamos unas cuantas vueltas de doble hélice en un DNA circular.

Superhélices en plásmidos

Principales características del DNA eucariótico 1. Cromatina en el núcleo celular 2. Nucleosomas e histonas 3. Secuencias repetidas 4. Genes repetidos y seudogenes 5. Discontinuidad en genes

El nucleosoma Histonas: 2H2a, 2H2b, 2H3, 2H4 DNA: aprox. 196 pares de bases

Histona H2a

El genoma procariótico comienzo de libro comienzo de párrafo en un lugar de la man cha de cuyo no nombre no quiero acordarme no ha mucho tiemp o que vivía un hidalgo de los de lanza en astillero adarga antigua rocín flaco y galgo corredor fin de párrafo comienz o de párrafo una olla de algo mas vaca que carnero salpicon las mas noches duelos y quebrantos los sabados lentejas los viernes y algun palomino de añadidura los domingos consumia n las tres partes de su hacienda fin de parrafo comienzo de parrafo el resto della concluian sayo de velarte calzas de velludo para las fiestas con sus pantuflos de lo mesmo y lo s dias de entresemana se honraba con su vellori de lo mas f ino fin de parrafo comienzo de parrafo tenia en su casa un ama que pasaba de los cuarenta y una sobrina que no llegaba a los veinte y un mozo de campo y plaza que asi ensillaba el rocin como tomaba la podadera fin de parrafo comienzo de parrafo frisaba la edad de nuestro hidalgo con los cincuent a años era de complexion recia seco de carnes enjuto de ros

El genoma eucariótico aspofjune wlkfienjuiif gdnewu isodk nefkknmllldmmnju ioojkoojk oojkoojkoojkoojko ojkbfnr duubnfm sfduhsad wdl jdjhwijmmlasnds bnudfoijwd mñs fuhwh wqkhh fci jwdijmxwo jweodhhnmhhnmhhnmhhnm lhnmhhnmhhnmhhnmhhnmhhnme hifidfuidfnwod sfjsdfofdgjdfgokiooj kcomienzo de parrafo en un lugar de la mancha jguifdgopefjnwdo sdfmdnjds idoisn jklookdf de cuyo nombre no quinmoewriosfdas n mios cnjdf heejfc ermnd v ero acordarmenmi fdsfuei reroic sfdj wIewrnkvn husodiwer hjkksafuqndlsfuianewqojsf merujhwqesfjqw eoqe lnksfoerert no ha mucho tiempo que bsdurinsdfqioewpoanwei jqii pdvivía un hidalgo de los de kasjqow cnweioeqw jwepoqe hqqpñpoll buiinoiernbjkkd lanza en astillehjiuqwweqpwpo qewn h ioioi ro adarga antigua jq ñlkqwpeoiwen nfior oewrnrer rocin flaco y galgo corredor fin de parrafo nqwiop fdjwih dqdpaosdwg vuiqnkn f sfdokwni mwrepqe lhnmlhnmlhnmlhnmlhnmlhnmquiwowerwff qazwsxedcrfvtgbyhnyhnujm qazwsxedcrfvtgbyhnyhnujm qazwsxedcrfv tgbyhnyhnujm qazwsxedcrfvtgbyhnyhnujm qazwsxedcrfvtgbyhnyhnujm en uf lutar de la mancja de kuto nombrt no quiwro asardwrth nn ha mucho giemlo que bivia un jidolgo dq kis de lpnxa en astilñ ero adtrgo abtifuo rocin flaco n gelgo kbrrador huiinterwrokjs weuijgnjsdfodifnw dfghuwejvcpw jifgjifgjifgjifgjifgjifgjifgjif

5’ 2’-OH en la pentosa Uracilo en lugar de timina RNA 3’

1. Reactividad química: El RNA, al tener el grupo 2’-OH, es mucho más reactivo químicamente que el DNA. En concreto, puede ser completamente hidrolizado por álcali a una mezcla de 2’- y 3’-nucleótidos. 2. Estructura tridimensional Las formas en doble hélice del RNA adoptan la configuración A (en lugar de la B, propia del DNA), así como los híbridos DNA-RNA. La pentosa aparece en forma endo-3’ (y no endo-2’)

DNA RNA 5’ 5’ 4’ 1’ 1’ 4’ 2’ 2’ 3’ 3’ Anillo furanósico en endo-2’

3. En el RNA son frecuentes las bases y nucleósidos anómalos: anómalas Nucleósidos anómalos

4. Tamaño molecular Aun con ser grande, es de bastante menor tamaño que el DNA. Está presente en todas las células, sean del tipo que sean. 5. RNA como material genético Algunos virus tienen como material genético el RNA. Entre éstos, los hay que a partir de su RNA sintetizan un DNA complementario mediante una enzima conoci- da como transcriptasa inversa. Son los retrovirus.

5. RNA como enzima Algunos RNA son capaces de catalizar reacciones químicas del mismo modo que las enzimas: son las ribozimas Participan en el procesado del RNA transcrito primario y en la formación de enlace peptídico en la síntesis de proteínas. Ribozima hammerhead

7. Funciones y tipos de RNA, 1 Los distintos tipos de RNA permiten la expresión fenotípica del DNA: - Como mensaje genético que determina la secuencia de amino- ácidos en la síntesis de proteína: RNA mensajero o mRNA - Como molécula que activa a los aminoácidos para poder ser incorporados en una nueva proteína: RNA de transferencia o tRNA - Como elemento estructural básico de las partículas encargadas de llevar a cabo la síntesis proteica, los ribosomas: RNA ribosómico o rRNA

7. Funciones y tipos de RNA, 2 - Participa en el procesado del transcrito primario (HnRNA) para dar lugar al RNA mensajero o mRNA, mediante los snRNA (RNAs nucleares pequeños) - Opera como enzima (ribozimas) en el procesado del HnRNA y en la formación de enlace peptídico en las proteínas. - Es el material genético de algunos virus.

tRNA 3’ Extremo aceptor 5’ Lazo T-Y-C Lazo DHU Lazo variable Lazo anticodon

Unión del aminoácido al extremo 3’ del tRNA

Estructura tridimensional del tRNA 3’ 5’ Extremo aceptor Lazo TYC Lazo variable Lazo anticodon

3’ Lazo anticodon 5’ 5’ A U mRNA G C I C 3’

rRNA 23s