NATURALEZA DEL NATURALEZA DEL GENOMAGENOMANATURALEZA DEL NATURALEZA DEL GENOMAGENOMA

Maestría en Criminalística

Ministerial

Maestría en Criminalística

Ministerial

Química del GenOrganización del GenomaQuímica del GenOrganización del Genoma

Caricatura del Proyecto realizado por Gregorio Mendel

Herencia Mendeliana

La ciencia de la genética inició con los trabajos de Gregorio Mendel alrededor de 1860. EL laboratorio fue un pequeño jardín en un monasterio.

Su objetivo era determinar el patrón de transmisión de las características hereditarias.

Características estudiadas

Su trabajo consistió en aparear plantas con diferentes características fenotípicas: Altura de la planta Color de la semilla Forma de la semilla Color de las flores Posición de la flor Color de la vaina Forma de la vaina

… Características

Conclusiones deGregorio Mendel

Las características son dominadas por “factores” de herencia, los cuales más tarde llamó GENES.

Cada gen tiene dos formas o ALELOS que provienen de cada uno de los progenitores definiendo la DOMINANCIA Y RECESIVIDAD.

Cada gameto producido por una planta sólo contenía una copia del gen correspondiente a cada rasgo. Cada planta se originaba de un Alelo masculino y un Alelo femenino

… Conclusiones Mendel

En cada planta los alelos de cada gen permanecen unidos pero se segregan durante la formación de los gametos. “LEY DE LA SEGREGACIÓN”

La separación del par de alelos de un gen es independiente de la separación de alelos para otro rasgo. Por ejm un gameto puede recibir un gen paterno que controla el color de la semilla y uno materno que controla la forma de la misma. “LEY DE LA PERMUTACIÓN INDEPENDIENTE” (GAMETOS)

… Ley de la Segregación

AA Aa

Aa aa

1/2 A 1/2 a

1/2 A

1/2 aRazón fenotípica

3/4 A-1/4 aa

Razón genotípica

1/4 AA1/2 Aa1/4 aa

Los alelos de un gen están juntos y se segregan para la formación de los gametos

… Ley de la Permutación Independiente

Razón fenotípica9/16 A-B-3/16 A-bb3/16 aaB-1/16 aabb

Razón genotípicaAABB Aabb

aaBB1/16:1/16:1/16:

aabb AaBb AABb

1/16:4/16:2/16:aaBb AaBB

Aabb2/16:2/16:2/16

1/4 AB

1/4 Ab

1/4 ab

1/4 aB

1/4 ab1/4 aB1/4 Ab1/4 AB

AABB

AABb

AaBb

AaBB

AAbB

AAbb

AaBb

Aabb

AaBb

AabB

aaBB

aaBb aabb

aaBb

Aabb

AaBb

Naturaleza Química del Gen

… Naturaleza

Los genetistas clásicos descubrieron las reglas que gobiernan la transmisión de características genéticas y la relación entre genes y cromosomas

… Naturaleza

MiescherMiescher: médico suizo que estudió la química de los núcleos; trabajó con leucocitos y los trató con HCl y enzimas para obtener los “núcleos”. Una vez con los núcleos los trató con un álcali, los purificó con un ácido diluido y luego precipitó la sustancia con otro álcali. A la sustancia precipitada la llamó “NUCLEINA”.

El mismo trabajó lo realizó con espermas de salmón. El término ácido nucleico lo acuñó R. Altman (1889), alumno de Miescher quien trabajó en la purificación del ácido a partir de varios tejidos animales y levaduras

… Naturaleza

LeveneLevene: químico ruso que trabajó sobre la química de la molécula y la naturaleza de sus componentes. Introdujo Nucleína en el estómago de un perro y con los resultados obtenidos concluyó en 1929 que el azúcar que formaba el ácido nucleico era la 2-desoxirribosa.

También defendió la postura de que el DNA estaba formado por bloques de 4 nucleótidos repetidos en forma monótona

… Naturaleza

Avery, MacLeod y McCartyAvery, MacLeod y McCarty: trabajaron en la transformación de los neumococos y llegaron a la conclusión que los genes estaban constituidos por DNA y no por proteínas

Genes = DNA

…Diseño experimental

… Naturaleza

Alfred Hershey y Martha ChaseAlfred Hershey y Martha Chase : en 1950 trabajaron con bacteriófagos observando que al inyectar el DNA del virus, las bacterias eran capaces de dirigir la formación de partículas virales en la célula infectada. DNA virus- 32P Proteínas-35S

Observaron que lo que entraba a las bacterias era DNA y no las proteínas. Concluyeron que era el DNA el que se transmitía de generación en generación

… Diseño experimental

Hasta el momento, se sabía que. La nucleína era ácida y estaba en los núcleos

celulares = Miescher y Altman Que el azúcar del ácido nucleico era la

desoxiribosa: DesoxiriboNucleic Acid = Levene El DNA es el factor transformante Genes=DNA EL DNA es el factor hereditario

… Sólo faltaba la estructura conformacional de la molécula !!!

Otros datos… “Reglas de Chargaff”

E. Chargaff y colsE. Chargaff y cols.: estudiaron la composición en bases del DNA y dedujeron. La composición de las bases del DNA varía con la

especie Las muestras aisladas de diferentes tejidos de una

misma especie tiene la misma composición en bases

La composición en bases del DNA no varía con la edad, con el estado nutricional ni con las variaciones del entrono

… E. Chargaff

El no. de Adeninas = Timinas y el no. de Guaninas = Citocinas. Queda claro que la suma de purinas = pirimidinas

La composición en bases del DNA puede utilizarse para clasificar a los organismos

¿ Existe un nivel organizacional de la molécula?

L. Pauling

Linus Pauling describió de manera exacta (años 50´s) la hélice alfa de las cadenas polipeptídicas de las proteínas fibrosas y de allí surgió la inquietud de analizar por Rayos X la estructura del DNA

Linus Pauling

R. Franklin R. Franklin y cols observaron que el purificado de

DNA era una estructural helicoidal y que las bases de encuentran estrechamente apiladas en sentido perpendicular al eje de la fibra. Así mismo existían 2 periodicidades: una de 0.34nm y otra de 3.4 nm

Rosalind E. Franklin

Interpretación del patrón difracción de rayos X del DNA

… R. Franklin

La cruz central de la radiografía es característica de una estructura helicoidal, mientras que los arcos marcados sobre los meridianos surgen por la acumulación de las bases apareadas que están separadas 3.4 Å Difracción de Rayos X de DNA

extraído de Timo de ternera

Propuestas de Watson y Crick

Basándose en los datos de Chargaff y los de difracción de rayos X de Franklin, propusieron un modelo que explicaba las propiedades físicas y químicas descritas y además un mecanismo por medio del cual la información genética podía explicarse con exactitud.

…Modelo Watson y Crick

2 cadenas dextrógiras de polinucleótidos

Antiparalelas y complementarias en forma de hélice

A=T y G= C Por cada vuelta de la

hélice existían 10 nucleótidos

Cada hebra era el molde de la secuencia de bases de la nueva hebra complementaria

3 Conformaciones del DNA

Estructura del DNA

Las hebras están enrolladas en un eje común.

Las bases están orientadas hacia el interior de la molécula y los PO4 y los azúcares hacia el exterior

El diámetro de la hélice es de 20 Å y las bases adyacentes están separadas 3.4 Å a lo largo del eje

Propiedades del DNA

Las disoluciones de moléculas nativas de DNA pequeñas o de fragmentos de grandes moléculas de DNA, pueden estudiarse fácilmente por métodos físico-químicos:

Propiedades ácido-baseViscosidadDesnaturalización

Ácido-base y Viscosidad

Los grupos PO4 en disolución se ionizan por completo y por lo tanto tienen un pH ácido. Dichos grupos tienen afinidad por cationes de Ca+2 y Mg+2.

Debido a la rigidez de la doble hélice y la longitud del DNA en relación con su escaso diámetro, incluso las disoluciones muy diluidas de DNA son muy viscosas

Desnaturalización

El DNA experimenta cambios a la exposición a pH´s extremos, temperatura, alcoholes, cetonas, urea y amidas. La viscosidad disminuye, la absorción a 260 nm aumenta, la rotación óptica se hace más negativa y la densidad de flotación aumenta. A este cambio se le llama desnaturalización y se debe a la ruptura de puentes de hidrógeno y las interacciones entre las bases.

El efecto hipercrómico se refiere al incremento de la absorción de luz a 260nm

A la desnaturalización por calor se le llama Fusión (TM).

… desnaturalización

3 Clases de Secuencias

Sec. Altamente repetidas: DNA satélite (5-100 pb), DNA minisatélite (15 pb) y DNA microsatélite (2-5 pb). 10 % del DNA total.* Zona centromérica*Transcripcionalmente inactiva*Eucariotes superiores algunas secuencias son móviles (transposones)

Sec. Moderadamente repetidas: secuencias ALU y L1 (RNA ribosomales). 20-80 % del DNA total.

Sec. Únicas: codifica para la mayor parte de las proteínas celulares. 80 – 20% del DNA total.

Índice Cot

Fra

cció

n re

asoc

iada

Cinética de reasociación del DNA

Antes pensábamos que nuestro futuro estaba en las estrellas. Ahora sabemos que está en nuestros genes.

James Watson

Organización del Genoma

Organización

La longitud del DNA es mucho más grande de lo que es el compartimiento donde está contenido.

Los cromosomas eucarióticos están compuestos por un complejo DNA-proteínas organizado de manera compacta, lo cual permite que el DNA se almacene en el núcleo celular

Doble hélice Nucleosomas Fibra de 30 nm =

modelo Solenoide Asas Cromosomas

Niveles de Organización

1. Doble Hélice

Doble cadena de polinucleótidos con estructura secundaria de alfa hélice

Existe en forma de eucromatina (relajada y transcripcionalmente inactiva) y heterocromatina (condensada y activa transcripcionalmente el 10%)

La estabilidad se la otorgan los puentes de hidrógeno y proteínas que se unen a la molécula

2. Nucleosomas

1er nivel de empaquetamiento del DNA

Está compuesto por DNA y proteínas

Las proteínas que participan son las denominadas Histonas

… composición del nucleosoma

3. Fibras de 30 nm

… Fibras de 10 y 30 nm

4. Asas

…Asas

5. Cromosoma

Nivel más alto de organización del DNA

Se observan al interrumpir la fase M

Se utiliza la tinción de Giemsa o de Feulgen para la observación del bandeo cromosómico (regiones ricas en A y T)

Constan de 3 regiones: brazo largo, centrómero y brazo corto.

Estudio de losCromosomas

Cromosoma = corpúsculo coloreado

Se utiliza la tinción de Giemsa

Hasta el momento se tiene el mapeo cromosómico y físico de varios genes humanos y de varios animales

Cariotipo humano