DNA: Estructura y Genomas

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DNA: Estructura y Genomas

Bibliografía: Alberts “Molecular Biology of the Cell” 4ª, 5ª o 6ª Ed. (2002, 2008, 2014) Lehninger “Principles of Biochemistry” 4ª, 5ª o 6ª Ed. (2004, 2008, 2012) Lodish “Molecular Cell Biology” 5ª, 6ª o 7ª Ed. (2000, 2007, 2014) Watson “Molecular Biology of the Gene” 6ª o 7ª Ed. (2008, 2014)

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EL

DNA

: UNA HISTORIA FASCINANTE DE DESCUBRIMIENTOS

vLos cromosomas son los portadores de los elementos hereditarios vLos cromosomas están compuestos de ADN y proteínas

vCada cromosoma está formado por una molécula de ADN

Friedrich Miescher, 1869

Frederick Griffith, 1928

Oswald Avery, Colin MacLeod, and Maclyn McCarty, 1943. Alfred Hershey & Martha Chase, 1952.

Erwin Chargaff, 1952 Rosalind Franklin, 1953 James Watson & Francis Crick, 1953

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La Pentosa (Ribosa o Desoxirribosa)

DNA

Las bases nitrogenadas

Ribosa

Desoxirribosa

Purinas (Pu)

RNA

dNTP: desoxirribonucleótido

Ácidos nucleicos

trifosfato

Pirimidinas (Py)

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Complementariedad entre bases nitrogenadas

(Reglas de Chargaff)

DNA

Adenina

Timina

Guanina

Citosina

•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

Excepción: algunos virus

A+T≠G+C

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Surco mayor Surco menor

Rx DNA timo

Rosalind Franklin

Estructura DNA

Watson & Crick

Complementariedad: A – T ; G – C

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5’ PO

4-

3’ OH

La distancia entre las bases nitrogenadas siempre es la misma, por la

complementariedad A – T ; G – C

Cadenas ANTI-paralelas

Los nucleótidos en cada una de las cadenas se encuentran unidos covalentemente entre sí por enlaces fosfodiester Las dos cadenas se encuentan asociadas de forma NO covalente por puentes de hidrógeno entre las bases

nitrogenadas (3 puentes H entre G – C ; 2 puentes entre A – T)

Bases: interior Fosfatos: exterior Distancia constante

10.5 nucleótidos por vuelta

Las dos cadenas son anti-paralelas y cada una

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El contenido de GC influye en las propiedades del DNA, especialmente sobre la temperatura de desnaturalización y alineamiento

% GC

Tm

Las dos cadenas del DNA se separan por altas temperaturas (Desnaturalización)

La complementariedad de base dirige la asociación entre las cadenas a medida que la Temperatura disminuye (Re-naturalización)

Propiedades del

DNA

Efecto Hipercrómico

Abs

2

60

nm

Temperatura

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Ø

Cadenas muy largas

Ø

Soluble en agua

Ø

Insoluble en alcohol

Ø

Carga negativa (grupos fosfato hacia el exterior de la doble hélice)

Ø

Máximo de absorbancia a 260 nm (bases nitrogenadas)

Ø

Desnaturalización por altas temperaturas (90 ºC)

Propiedades del DNA

DNA

DNA

DNA

La complementariedad de Bases dirige la Replicación y el Mantenimiento de la Información Genética

DNA RNA proteína

El flujo (expresión) de la Información Genética

también se basa en la complementariedad entre las Bases nitrogendas

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1. Una molécula de DNA de doble cadena (A) contiene 200,000 pares de

bases (pb).

a) ¿Cuántos nucleótidos posee?

b) ¿Si el contenido de A+T representa el 58%, cuántas citosinas hay en la

doble cadena?

c) Considerando 0.34 nm por cada pb ¿Cuál es la longitud del DNA?

d) Otra molécula de DNA del mismo tamaño (B) presenta un total de 68,000

guaninas. Las temperaturas de desnaturalización de A y B serán:

2. Para la secuencia de DNA 5’ CCCATTGTCCAAAGT 3’, la complementaria

es:

a) 5’ GGGTAACAGGTTTCA 3’

b) 5’ ACTTTGGACAATGGG 3’

c) 3’ GGGTAACAGGTTTCA 3’

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Virus

Procarionte

Eucarionte

Genoma

viral

Cromosoma

bacteriano

Plásmidos

Cromosomas

(Genoma nuclear)

Genoma

mitocondrial

Genoma de

cloroplasto

Núcleo

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Genomas de VIRUS

DNA o RNA pero NO ambos

El Genoma Viral puede ser

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Cromosoma

Genes y relacionados

Regiones intergénicas

Exones Intrones

Genes

Fragmentos de genes Pseudogenes SINES TRANSPOSONES Secuencias repetidas dispersas LINES Otras Promotores Regiones no traducibles (UTR) Telómeros Microsatélites Centrómero Función

MENDEL

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El número de genes aumenta con la complejidad del organismo, pero…

aumenta mucho más la proporción de regiones

NO codificantes en el genoma

% de D N A n o-co di fica nt e pa ra p ro te ín as

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El genoma de E. coli está compuesto

casi completamente por genes

Los genes NO contienen Intrones y

se organizan en Operones

Hay regiones reguladoras y

también transposones

Los genes SI contienen Intrones

que deben eliminarse del mRNA

quedando sólo los Exones

El genoma de eucariontes presenta

largas secuencias intergénicas

DNA

RNA maduro

Las regiones reguladoras son más

extensas y pueden estar lejos del gen,

aumenta el número de transposones y

secuencias repetidas

Exones

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Cromosoma

Telómeros

Centrómero

Secuencias únicas (genes)

Secuencias Repetidas dispersas Múltiples Orígenes de replicación

¿Qué necesito para tener un cromosoma eucarionte

estable?

2009 Nature Education

En el cromosoma eucarionte los genes están dispersos a lo largo de la

molécula entre secuencias repetidas e intergénicas.

El Centrómero y

los Telómeros

están formados

por secuencias

repetidas

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Circular Lineal Superenrollado Secuencias unicas (genes); secuencias repetidas (no codificantes) Bacteria Virus (algunos) Plásmidos Mitocondria Cloroplastos Superenrollado Nuclear de Eucariontes Virus (algunos)

El genoma de E. coli está en un

cromosoma circular superenrollado

varios cromosomas lineales y presenta

El genoma de eucariontes reside en

niveles complejos de estructura

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DEBE COMPACTARSE 1000 X

La molécula de DNA del cromosoma

de E. coli contiene 4.2 x 10

6

pb

La célula de

E. coli

mide 1 µm

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Espermatozoide 30 μm

3

DNA (n) 3.2 x 10

9

pb

¿Cuantas veces debemos

compactar el DNA?

DNA (2n) 6.4 x 10

9

pb

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http://learn.genetics.utah.edu/content/labs/extraction/howto/

Si quieres extraer DNA en casa, consulta:

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