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

La actividad transformante no es destruida

por calor, proteasas o RNasas, pero sí por

DNasas

DNA

Experimento de Hershey y Chase, 1952

Bacteriofago T-2

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

Las bases nucleotídicas

Nucleósido Nucleótido

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 ……

Surco mayor

Surco menor

Surco menor

Surco mayor

Diferentes tipos de DNA

Estructuras inusuales de la doble hélice

Apareamientos intraApareamientos intra --cadenacadena

Tallo-asa

Apareamientos interApareamientos inter --cadenacadena

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

A mayor contenido de G-C, mayor es la temperatura de desnaturalización

Molécula de DNA mostrando zonas desnaturalizadas (flechas)

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

Tamaño relativo de los genomas de distintos organismos

Pares de Bases

¿Por qué los genomas son tan grandes?

Tipos de DNA en los genomas

Secuencias:

• No repetidas• Moderadamente repetidas• Altamente repetidas

No hay correspondencia entre tamaño del genoma y la complejidad del mismo

¿Cuántos genes se necesitan paraformar un organismo ?

¿Qué tan similares somos a otros organismos ?

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

Genoma viral:

• DNA o RNA• Cadena sencilla ó doble

Virus del mosaico de tabaco

Bacteriófago lambda

DNA de bacteria(4.2 x 106 pb)

• 1 cromosoma• DNA circular doble cadena• sin envoltura de membrana

Los cromosomas procariontes son circulares cerrados covalentemente

DNA cromosomal Plásmidos

FORMAS TOPOLÓGICAS DEL DNA CIRCULAR CERRADO

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)

Superenrollamiento del DNA bacteriano

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

DNA mitocondrial

El DNA mitocondrial no tiene regiones intergénicas

Complejidad del genoma eucarionte

PROCARIONTE

EUCARIONTE

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

Estructura del nucleosoma

• 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

Grado de compactación del DNA

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

Importancia del centrómero

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.

Secuencia centromerica en S. cerevisiae

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