el dna
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Capítulo 12: DNA: el transportista de la información genética
Prof. Carol V. López Morales
B-204
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Objetivos
• Resumir la evidencia acumulada durante los ’40 y los ’50 quedemuestra que el ADN es el material genético.
• Conocer la estructura del ADN según propuesta por Watson y Crick.
• Conocer como los nucleótidos están enlazados en el ADN.• Ilustrar como las hebras del ADN se orientan en la doble hélice.
• Conocer las reglas de apareamiento de bases y describir comobases complementarias se aparean.
• Resumir como el ADN se replica e identificar algunos principiosúnicos en el proceso.
• Conocer los niveles de organización del ADN.
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Historia del ADN
• La mayoría de los biólogos pensaban hasta ~1940 que las proteínas llevaban la información hereditaria– Muy complejas– Gran variedad
• Según los científicos iban aprendiendo más acerca del rol central de las proteínas en la estructura celular y en el metabolismo, se considero a estas como los principales candidatos que constituían el material genético.
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Historia del DNA
• En los años 1930-1940 la mayoría de los genetistas prestaban poca atención al DNA, convencidos de que el material genético lo eran las proteínas.
• Ellos consideraban la complejidad y variabilidad de las proteínas.
– Proteínas formadas por la combinación de 20 aminoácidos vs los nucleótidos formados solo por la combinación de 4 bases nitrogenadas
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Experimentos hechos por Frederick Griffith
• Medico británico
• Hizo estudios utilizando cepas bacterianas de pneumococcus (Streptococcus pneumoniae).– Una cepa que formaba colonias lisas en un medio
de crecimiento sólido (smooth “S”), exhibía virulencia.
– Una cepa que formaba colonias rugosas en un medio de crecimiento sólido (rough “R”), no exhibía virulencia.
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Experimentos de Griffith:
• Griffith buscaba una vacuna para la pneumonía, utilizando ratones como organimso experimental.
• Si la cepa bacteriana “S” era inyectada en los ratones, estos morían
• Si la cepa “R” era inyectada, los ratones vivían
• Si la cepa “S” era tratada con calor e inyectada,losratones vivían
• Si se combinaba la cepa S tratada con calor y la R, y la mezca era inyectada los ratones morían
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Fig. 12-1, p. 264
Experiment 1 Experiment 2 Experiment 3 Experiment 4
R cells injected
S cells injected
Heat-killed S cells injected
R cells and heat-killed S cells
injected
Mouse lives Mouse dies Mouse lives Mouse dies
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Transformación
• Ocurría Transformación: las bacterias R
adquirían algo de las bacterias S
muertas: un “principio transformador”
(molécula) de algún tipo que cambiaba
las bacterias R a bacterias S
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DNA: El Principio Transformador
• 1944: Avery, Macleod y McCarty identificaron el factor transformador de Griffith como el DNA
• Ellos trataron células R con ADN purificado de células S.
• Las células R adquirieron el AND
• Las células R se transformaron en células S
• En la actualidad considerado como el primer indicio de que el ADN guardaba la información genética; pero la idea no era popular en la época
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Experimentos de Hershey y Chase
• 1952-Alfred Hershey y Marta Chase realizaron una serie de experimentos en la reproducción de los virus que infectan bacterias:
• bacteriofagos o fagos
• Solamente el material
genético de los fagos
entra a la bacteria
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Hershey-Chase: 1944
• Marcaron los cápsidos con 35S y el ADN con 32P
• Permitieron que los bacteriófagos se adherieran y luego los desprendieron utilizando una licuadora y centrifugaron para separar los cápsidos de las células bacterianas
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Hershey- Chase
• Hallaron que el 35S se hallaba en el sobrenadante (cápsidos virales); el 32P se hallaba en el “pellet” bacteriano
• Mostró convincentemente que el ADN era el material genético
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KEY EXPERIMENT:The Hershey–Chase Experiments
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Estructura del ADN
• Descubierta en 1953 por Watson & Crick
• Usando los datos de difracción de rayos X de Rosalind Franlkin deducen la estructura molecular del ADN
• Describen el ADN como una molécula helicoidal, formada por dos hebras de nucleótidos unidas por enlaces de hidrógeno entre bases nitrogenadas
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Rosalind Franklin
• Franklin had already
produced X-ray
crystallographic films
of DNA patterns when
Watson and Crick
began to pursue the
problem of DNA
structure
Fig. 12-5, p. 268
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RESEARCH METHOD:How X-Ray Diffraction Works
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James Watson and Francis Crick
• Watson and Crick’s
DNA model consisted of
two polynucleotide
chains arranged in a
coiled double helix
• The sugar–phosphate
backbones of the two
chains form the outside
of the helix
Fig. 12-7, p. 269
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Ácidos Nucleicos
• Son los responsables de cargar y transmitir lascaracterísticas hereditarias de una generacióna la siguiente.
• Hay dos tipos: DNA y RNA
• Los ácidos nucleicos son un polímero denucleótidos unidos entre sí por enlacesfosfodiésteres
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Nucleótidos
• Un nucleótido es una pequeña molécula orgánica que consta de :
– Un azúcar
– Un grupo fosfato
– Una base nitrogenada
• Un acido nucleico: es un polímero o cadena de nucleótidos donde el azúcar de un nucleótido esta unido con el grupo fosfato del siguiente.
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• Los monómeros de los ácidos nucleicos se conocen
como "nucleótidos".
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Pirimidinas
Fig. 3-23a, p. 68
Cytosine (C) Thymine (T) Uracil (U)
(a) Pyrimidines. The three major pyrimidine bases found in
nucleotides are cytosine, thymine (in DNA only), and uracil (in
RNA only).
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Purinas
Fig. 3-23b, p. 68
Adenine (A) Guanine (G)
(b) Purines. The two major purine bases found in nucleotides are
adenine and guanine.
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Fig. 3-21, p. 48
adenine (A)
base with a
double ring
structure
thymine (T)
base with a
single ring
structure3 phosphate
groups
sugar
(deoxyribose)guanine (G)
base with a
double ring
structure
cytosine (C)
base with a
single ring
structure
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Ácidos nucleicos
• DNA:
– Sus dos pares debasescomplementariasson:
• A=T, C=G
24
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Ácidos Nucleicos• El nucleótido es el monómero de los ácidos
nucleicos y está compuesto por:
– Pentosa o azúcar de 5 carbonos (ribosa en RNA o 2’desoxiribosa en DNA)
– Grupo fosfato: da carga negativa o característica deácido a la molécula
– Base nitrogenada:• Compuesto orgánico en forma de anillo, químicamente
actúa como una base y tiene a nitrógeno como elementofundamental– Purinas: guanina, adenina– Pirimidinas: citosina, timina, uracilo
25
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Ácidos nucleicos
• DNA:
– Esta molécula es responsable de
almacenar la información hereditaria en
la secuencia de las bases nitrogenadas
– Poseen enlaces covalentes de tipo
fosfodiésteres• Se forman entre la azúcar de un nucleótido y el
grupo fosfato del nucleótido adyacente
• Esto permite la formación de una hebra coherente y
continua
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Doble hélice del DNA
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Repaso de la estructura del ADN• El ADN está unido por enlaces
fosfodiester entre azúcaresadyacentes
• Los grupos fosfato se encuentran enlazados a los carbonos 5' y 3‘ de los azúcares
• La hebra adyacente esantiparalela; se encuentra en la orientación opuesta
• Ambas hebras se encuentranunidas por enlaces de hidrógeno entre bases nitrogenadas
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Estructura del ADN
Puentes de H
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Fig. 3-24, p. 69
Nucleotide
Uracil
Adenine
Phosphodiester
linkage
Cytosine
Guanine
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Hebras antiparalelas del DNA
Martes, 15 de Mayo de 2012 32
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Regla de Chargaff
• Erwin Chargaff encontró una relación entre las bases de DNA
• Chargaff ’s rules– En una molécula doble de DNA, el número de purinas es
igual al número de pirimidinas.
– El numero de adeninas es igual a el número de timinas (A = T), y el numero de guanina es igual al numero de citosinas (G = C)
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Replicación del DNA• Durante la fase S de la interfase, el DNA contenido en
el núcleo se duplica o replica– Hacer copias fieles y exactas de todo el material génico
• La replicación comienza en regiones específicas de la molécula llamadas orígenes de replicación o replicones
• Enzimas como la helicasa separan los enlaces de hidrógenos que son débiles y abren la doble cadena, exponiéndola– Es entonces que cada banda existente actúa como un molde
para la síntesis de una nueva banda
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Replicación del DNA
• Este proceso es catalizado principalmente por la enzima polimerasa de DNA, aunque no es la única
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Replicación del ADN
• 1957 – Messelson y Stahl demuestran
que la replicación es semiconservativa
• Esto significa que la nueva molécula de
ADN está compuesta de una hebra de
la molécula original y una hebra nueva
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Replicación semiconservativa
del DNA
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Replicación del ADN
• El complejo de replicación se enlaza a una secuencia de bases específicas conocida como origen de replicación
• La enzima helicasa separa las hebras de ADN y las mismas se mantienen separadas por proteínas que desestabilizan la doble hélice . La replicación comienza en el tenedor de replicación
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Replicación del ADN
• Los nucleótidos se añaden al terminal 3’ únicamente
• Las hebras resultantes se alargan en direccionesopuestas
• La hebra continua (líder) se alarga hacia el tenedor
• La hebra discontinua se alarga en contra del tenedor
• Los “primers” de ARN (en rojo) son añadidos por la enzima primasa
• La elongación procede de manera continua en la hebralíder
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Hebra Discontinua
• Según el tenedor se agranda las hebras van creciendo
• La adición de nucleótidos en la hebra discontinua ocurre en fragmentos de 100-2000 bases llamados fragmentos de Okazaki.
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Uniendo la Hebra Discontinua
• Los “primers” de ARN son removidos de la
hebra discontinua
• Los fragmentos de Okazaki son unidos por la
enzima ADN ligasa
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Resumen Proceso de
Replicación
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Replicación del DNA
• Durante la replicación del DNA se forma un tenedor de replicación– La polimerasa de DNA añade nucleótidos
trifosfatados complementarios a un terminal 3’ libre solamente
• Según la base que esté presente en la hebra molde, la polimerasa de DNA pondrá la que es complementaria
– Si la base en la hebra molde es C, la enzima pondrá G y viceversa
– Si la base en la hebra molde es A, la enzima pondrá T y viceversa
• La replicación se lleva a cabo de dos maneras distintas:– La hebra líder (5’ a 3’) se sintetiza de manera
continua
– La hebra discontinua (3’ a 5’) se sintetiza en pequeños fragmentos, llamados fragmentos de Okazaki, que luego son unidos por la enzima DNA ligasa
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Reparación de errores en el
DNA
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Reparación de errores en el DNA• Las polimerasas de DNA pueden reparar
los errores que se presentan durante el proceso de replicación
– Ellas pueden remover o sustituir la o las base(s) que:
• hayan sido introducidas equivocadamente en la hebra nueva
• estén dañadas
– Las polimerasas tienen capacidades especiales de ser “editoras o correctoras”, aumentando así lo fidedigno del proceso de replicación
– Otros mecanismos actúan juntamente con las polimerasas para reparar estos errores
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Otros Mecanismos de reparación
• Mismatch repair
• Enzimas especiales reconocen los nucleótidos
pareados incorrectamente y los remueven
• Nucleotide excision repair
• Utilizado para reparar (DNA deforme) causado
por la radiación ultravioleta del sol o por
daños químicos
• Una nucleasa corta el segmento de ADN
dañado; la ADN polimerasa añade los
nucleótidos correctos y una AND ligasa une
los fragmentos
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Nucleotide Excision Repair of Damaged DNA