Los niveles de organización estructural del DNA : Estructura Primaria Estructura Secundaria Estructura Terciaria Estructura Cuaternaria Realizado por Dr. A. Martínez-Conde & Dra P. Mayor Dep. Bioquímica y Biología Molecular Fac. Medicina Universidad Complutense de Madrid

Estructura Secundaria Realizado por Dr. A. Martínez-Conde & Dra P. Mayor Dep. Bioquímica y Biología Molecular Fac. Medicina Universidad Complutense de Madrid

La Estructura Secundaria del DNA es la Doble Hélice Vamos a ver algunos antecedentes al descubrimiento de la doble hélice 1868 : Friedrich Miescher descubre el DNA en núcleos de células de pus recogidas de unos vendajes. 1943 : Avery, Macleod y McCarty transforman bacterias virulentas con el DNA de bacterias patógenas muertas. Al inyectarlas en un ratón causan su muerte. 1950 : Chargaff publica sus Reglas 1952 : Hershey-Chase realizan un experimento en bacterias demostrando que el DNA es la molécula portadora de la información genética. 1953 : Watson and Crick publican su modelo de la estructura secundaria del DNA. Realizado por Dr. A. Martínez-Conde & Dra P. Mayor Dep. Bioquímica y Biología Molecular Fac. Medicina Universidad Complutense de Madrid

Las Reglas de Chargaff A + G = T + C A = T G = C En 1950 Chargaff publica una serie de relaciones matemáticas sobre las proporciones de los diferentes nucleotidos constituyentes del DNA Primera Regla : Todos los tejidos tienen el mismo % de los 4 nucleotidos Segunda Regla : El % de Purinas es igual al % de Pirimidinas : A + G = T + C Tercera Regla : El % de Adenina es igual al de Timina, y el % de Guanina es igual al de Citosina : A = T G = C Realizado por Dr. A. Martínez-Conde & Dra P. Mayor Dep. Bioquímica y Biología Molecular Fac. Medicina Universidad Complutense de Madrid

The amount of adenine equals the amount of thymine. The amount of guanine equals the amount of cytidine. The amount of adenine plus guanine equals 50% of the total implying that 50% of the bases in DNA are purines. The amount of thymine plus cytosine equals 50% of the total implying that 50% bases in DNA are pyrimidines. Realizado por Dr. A. Martínez-Conde & Dra P. Mayor Dep. Bioquímica y Biología Molecular Fac. Medicina Universidad Complutense de Madrid

Tres Características de la doble Cadena de DNA : Las Cadenas son Complementarias La columna vertebral está formada por azucar y fosfato Las Cadenas son Antiparalelas Una consecuencia de la complementariedad : Se cumplen las Reglas de Chargaff Realizado por Dr. A. Martínez-Conde & Dra P. Mayor Dep. Bioquímica y Biología Molecular Fac. Medicina Universidad Complutense de Madrid

Complementariedad de las bases Complementariedad de las Cadenas Realizado por Dr. A. Martínez-Conde & Dra P. Mayor Dep. Bioquímica y Biología Molecular Fac. Medicina Universidad Complutense de Madrid

H C N H C N C N O CH3 - H H C N O CH3 - H H El DNA puede existir en forma monocatenaria, pero su estructura universalmente extendida es la forma bicatenaria. La existencia de DNA bicatenario viene permitida por la posibilidad de formar uniones ( puentes de hidrógeno ) entre bases púricas y pirimidínicas. H C N H C N C N O CH3 - H H C N O CH3 - H H …..… …..… Timina Adenina Realizado por Dr. A. Martínez-Conde & Dra P. Mayor Dep. Bioquímica y Biología Molecular Fac. Medicina Universidad Complutense de Madrid

H C N O CH3 - H Adenina Timina A T :::: …..… Entre Adenina y Timina se forman 2 puentes de Hidrógeno H C N O CH3 - H …..… Adenina Timina C N 1 4 5 2 3 6 H C N 1 4 5 6 7 2 3 9 8 A T :::: Realizado por Dr. A. Martínez-Conde & Dra P. Mayor Dep. Bioquímica y Biología Molecular Fac. Medicina Universidad Complutense de Madrid

O O H N N C H N N C C H C H O O Citosina Guanina ……..… ……….… Realizado por Dr. A. Martínez-Conde & Dra P. Mayor Dep. Bioquímica y Biología Molecular Fac. Medicina Universidad Complutense de Madrid

H C N O O C N H Citosina Guanina G C :::: ……..… ……….… C N 1 4 5 2 3 6 7 2 3 9 8 G C :::: Realizado por Dr. A. Martínez-Conde & Dra P. Mayor Dep. Bioquímica y Biología Molecular Fac. Medicina Universidad Complutense de Madrid

Las Cadenas Son Complementarias OH O HO P H O - CH2 CH2 A C T G ::: CACGT ACGTG Las Cadenas Son Complementarias Realizado por Dr. A. Martínez-Conde & Dra P. Mayor Dep. Bioquímica y Biología Molecular Fac. Medicina Universidad Complutense de Madrid

La Columna vertebral de Azucar – Fosfato Realizado por Dr. A. Martínez-Conde & Dra P. Mayor Dep. Bioquímica y Biología Molecular Fac. Medicina Universidad Complutense de Madrid

H H O O O O O P OH CH2 A T ::: C G O HO P O P O P O - CH2 O OH OH OH H O H CH2 CH2 H CACGT H CH2 CH2 ACGTG H H CH2 CH2 H H OH OH OH O - CH2 P O P O P HO CH2 O O O O H H La columna vertebral de cada cadena está formada por la sucesión de azucar y fosfato Realizado por Dr. A. Martínez-Conde & Dra P. Mayor Dep. Bioquímica y Biología Molecular Fac. Medicina Universidad Complutense de Madrid

Las Cadenas son Antiparalelas Realizado por Dr. A. Martínez-Conde & Dra P. Mayor Dep. Bioquímica y Biología Molecular Fac. Medicina Universidad Complutense de Madrid

Las Cadenas son Antiparalelas EXTREMO 5´ P EXTREMO 3´ OH HO P H O - CH2 CH2 OH O HO P H O - CH2 CH2 A ::: T ::: C G CACGT G ::: C ACGTG T ::: A G ::: C Las Cadenas son Antiparalelas EXTREMO 5´ P EXTREMO 3´ OH Realizado por Dr. A. Martínez-Conde & Dra P. Mayor Dep. Bioquímica y Biología Molecular Fac. Medicina Universidad Complutense de Madrid

Se cumplen las Reglas de Chargaff Realizado por Dr. A. Martínez-Conde & Dra P. Mayor Dep. Bioquímica y Biología Molecular Fac. Medicina Universidad Complutense de Madrid

Cumplen las Reglas de Chargaff OH O HO P H O - CH2 CH2 A C T G ::: Segunda Regla A + G = T + C _______ 2 A 3G 2T 3C CACGT ACGTG A = T G = C Tercera Regla Realizado por Dr. A. Martínez-Conde & Dra P. Mayor Dep. Bioquímica y Biología Molecular Fac. Medicina Universidad Complutense de Madrid

La Difracción de Rayos X fue un instrumento clave en la elucidación de la estructura secundaria del DNA Realizado por Dr. A. Martínez-Conde & Dra P. Mayor Dep. Bioquímica y Biología Molecular Fac. Medicina Universidad Complutense de Madrid

Difracción de Rayos X La difracción de rayos X es una tecnología utilizada en la Cristalografía (Cristalografía estructural por difracción de rayos X ). Esta tecnología se aplica al estudio de la estructura de Biopolímeros. Recordemos que Watson y Crick trabajaban en el laboratorio de Pauling, interesado en el estudio de la estructura tridimensional de proteínas. El estudio cristalográfico mediante Difracción de rayos X fue clave para la elaboración de un modelo tridimensional de la Doble Cadena de DNA, que hoy conocemos como modelo de la Doble hélice de Watson y Crick. El la figura de la izquierda observamos el Diagrama obtenido por difracción de rayos X utilizando la sal sódica de DNA. En la siguiente diapositiva vemos una explicación de la web del Departamento de Cristalografía del CSIC, que nos proporciona una idea de la utilidad de esta tecnología para el estudio de estructuras regulares. Realizado por Dr. A. Martínez-Conde & Dra P. Mayor Dep. Bioquímica y Biología Molecular Fac. Medicina Universidad Complutense de Madrid

Difracción de Rayos X Conjunto de objetos y sus correspondientes diagramas de dispersión / difracción: una molécula, una repetición en línea de puntos, una repetición en línea de moléculas, una red puntual, y por fin una red bidimensional de moléculas Dibujo y texto del Departamento de Cristalografdía del CSIC: http://www.xtal.iqfr.csic.es/Cristalografia/parte_05.html Realizado por Dr. A. Martínez-Conde & Dra P. Mayor Dep. Bioquímica y Biología Molecular Fac. Medicina Universidad Complutense de Madrid

Difracción de Rayos X El Diagrama permitió conocer varias características de la estructura tridimensional de la molécula de DNA. En la interpretación de esta fotografía ( fotografía 51 ) participaron también Wilkins y Franklin, expertos en Difracción de rayos X aplicada al estudio de la estructura tridimensional de proteínas. El patrón en Cruz indica una estructura helicoidal. Otras características de la estructura deducidas de la fotografía son : El patrón de repetición indica que se produce una vuelta de hélice cada 10 residuos. Cada par de bases rota 36º ( 1/10 de 360º) para acomodar los 10 pares de bases por vuelta de hélice. La distancia de Repetición es de 3.4 nm ( 34 Å ). La distancia entre pares de bases ( elevación de la hélice ) es de 0.34 nm ( 3.4 Å ). El Diámetro de la Doble hélice es de 20 Å Realizado por Dr. A. Martínez-Conde & Dra P. Mayor Dep. Bioquímica y Biología Molecular Fac. Medicina Universidad Complutense de Madrid

Bases nitrogenadas , Nucleósidos , Nucleótidos El modelo de la Doble hélice de Watson y Crick o B - DNA La Molécula de DNA es una doble hélice o Doble Cadena helicoidal Dextrógira. Las Cadenas son antiparalelas En cada cadena, la columna vertebral hidrofílica del DNA, constituida por desoxi-ribosa y fosfato, se dispone en el exterior. Los pares de bases, unidos mediante puentes de Hidrógeno están apilados unos sobre otros. Los planos de los pares de bases son perpendiculares al eje de la hélice Veamos las características mencionadas en un modelo tridimensional Bases nitrogenadas , Nucleósidos , Nucleótidos Apareamiento de Bases y Estructura del DNA La Doble hélice de DNA Realizado por Dr. A. Martínez-Conde & Dra P. Mayor Dep. Bioquímica y Biología Molecular Fac. Medicina Universidad Complutense de Madrid

Origen de los Surcos Mayor y Menor Guanina Citosina Surco Mayor O C N H …….… ……..… ……….… Ribosa Surco Menor Realizado por Dr. A. Martínez-Conde & Dra P. Mayor Dep. Bioquímica y Biología Molecular Fac. Medicina Universidad Complutense de Madrid

Origen de los Surcos Mayor y Menor Adenina Timina Surco Mayor C N H O CH3 - H …..… Ribosa Surco Menor Realizado por Dr. A. Martínez-Conde & Dra P. Mayor Dep. Bioquímica y Biología Molecular Fac. Medicina Universidad Complutense de Madrid

Átomo desplazado en azucar Otras formas de DNA Giro de hélice Diámetro Elevación por vuelta Átomo desplazado en azucar bp / vuelta Surco Mayor Surco Menor Unión glucosídica A – DNA Dextrógira 26 Å 28 Å 3´ - endo 11 Estrecho y profundo Ancho y poco profundo Anti B – DNA 20 Å 34 Å 2´ - endo 10 Ancho y profundo Z - DNA levógira 18 Å 45 Å 2´ - endo ( Pyr ) 3´ - endo ( Pur ) 12 Plano Anti ( Pyr ) Sin ( Pur ) B – DNA es el DNA según el modelo de Watson y Crick Las características de la doble hélice pueden variar, adoptando diferentes Conformaciones según sean las condiciones de salinidad o la secuencia de bases del DNA El A – DNA se obtiene al reducir la humedad al 75%. Esta forma no es fisiológica. Sin embargo se encuentra en el dsRNA El Z – DNA o DNA Zigzag se produce en secuencias donde alternan bases Púricas y Pirimidínicas ( por ejemplo : ACGCGCGTAC ) , y se estabiliza en condiciones de alta salinidad. Realizado por Dr. A. Martínez-Conde & Dra P. Mayor Dep. Bioquímica y Biología Molecular Fac. Medicina Universidad Complutense de Madrid