Clase ADN

ADN

Estructura y función

Miescher Descubre el ADN

• 1868• Johann Miescher investiga la composición química del

núcleo • Aisló un ácido orgánico rico en fósforo• El lo llamo nucleína• Nosotros lo llamamos ADN o ácido desoxirribonucleico

Misterio del material herediatario

• Originalmente se pensaba que era una clase de proteína

• Razones:– Las características heredables son diversas– Estas moléculas codifican para características que son

diferentes– Las proteínas pueden estar compuestas de 20

aminoácidos, además de que son estructuralmente diversas

Estructura del Material Hereditario

• Experimentos en 1950 mostraron que el ADN es el material hereditario

• Los científicos tratan de determinar su estructura

• 1953 - Watson & Crick proponen que el ADN es una doble hélice

Estructura de Nucleótidos en el ADN

• Cada nucleótido consiste de:

– Desoxirribosa (azúcar en el carbono 5' )

– Un grupo fosfato

– Una base con un grupo nitrogenado

• Hay cuatro bases

– Adenina, Guanina, Timina, Citosina

Azúcar (desoxirribosa)

adenina (A)

Base con una estructura de doble anillo

guanina (G)Una base con una estructura de un doble anillo

citosina (C)Una base con una estructura de un solo anillo

timina (T)

Una base con una estructura de un solo anillo

Bases Nucleotídicas

Composición del ADN

• Chargaff encontró que:– El promedio relativo de Adenina y Guanina difiere

entre las especies

– El promedio de Adenina es siempre igual al promedio de Timina y el promedio de Guanina igual al de Citosina

A=T y G=C

Regla de Chargaff (1949):

L a RELACIÓN 1:1 DE PURINAS (A y G) Y PIRIMIDINAS (C y T) se mantiene CONSTANTE

Especie Adenina Timina Guanina Citosina

Hombre 30.3 30.3 19.5 19.9

Micobacteria 15.1 14.6 34.9 35.4

Erizo de mar 32.8 32.1 17.7 18.4

Composición del DNA en pares de bases:

Trabajo de Rosalind Franklin

• Fue experta en cristalografía de rayos x

• Usó esta técnica para examinar las cadenas de ADN

• Concluyó que el ADN es una doble hélice

Trabajo de Rosalind Franklin

Fotografía dedifracción de rayos XEstructura de la fibrade DNA es helicoidal

Dos líneas de evidencia:

•Reglas de Chargaff

•Fotografías de difracción de rayos X

1953. Año culminante:

Eagle Pub

Watson y yo hemos encontrado el secreto de la vida

1953. Año culminante:

J. Watson y F. Crick resuelven la estructura tridimensional del DNA (Nature 171: 737-738)

Primer boceto de Crick sobre la estructura del DNA

Modelo de Watson-Crick• El ADN consiste en dos cadenas de

nucleótidos

• Las cadenas corren en direcciones opuestas

• Estas cadenas se unen entre sí por enlaces

de hidrógeno entre las bases

• A se une a T y C con G

• La molécula es una doble hélice

Doble hélice, formada por cadenas orientadas en direcciones opuestas (antiparalelas).

La estructura se mantiene gracias a enlaces de hidrógeno entre las bases nitrogenadas que se encuentran orientadas hacia el interior de las cadenas

El modelo de Watson–Crick para la estructura del ADN es consistente con los datos bioquímicos y la difracción de rayos x.

El patrón del apareamiento de bases (A solo con T, y G solo con C) es consistente con la conocida composición del ADN (A = T, y G = C).

Modelo de Watson-CrickModelo de Watson-Crick

Abril 1953 = revista Nature publica 3 artículos científicos sobre el DNA:

1.- Watson y Crick (sobre estructura del DNA)

2.- Wilkins, Stokes y Wilson (acidos nucleicos formados por desoxipentosas)

3.- Franklin y Gosling (configuración molecular de la sal de DNA).

Maurice Wilkins

FrancisCrick

James Watson

Premio Nobel de Medicina 1962

Estructura del DNA

*Doble hélice*Complementación de bases.*Bases hacia adentro.*Fosfato y desoxiribosa hacia afuera.*Cadenas antiparalelas

ASPECTOS A RESALTAR DE LA ESTRUCTURA DEL DNA:

*FORMADO POR UNION DE NUCLEOTIDOS DEFORMA REPETITIVA: POLIMERO

*NUCLEOTIDOS: TRES COMPONENTES = FOSFATO,DESOXIRIBOSA Y BASE NITROGENADA

*COMPLEMENTARIEDAD DE BASES => ENLACES DE HIDROGENO ENTRE:

TIMINA = ADENINA CITOSINA ≡ GUANINA

*CADA CADENA PRESENTA UNA POLARIDAD, Y SON ANTIPARALELAS

*BASES NITROGENADAS: EN EL INTERIOR DE LA MOLECULA

*GRUPOS FOSFATO: PARTE EXTERNA DE LAMOLECULA

Funciones del DNA:

•Almacenar la información genética(secuencia de bases → genes)...AATCGGCATTAACGAAGTCCATGACT...

•Codificar para proteínas y RNAs (código genético)

•Transmitir esa información correctamente (mecanismo eficiente de replicación del DNA)

La complementariedad de las bases nitrogenadas permite que la secuencia de una cadena sencilla de DNA actúe como un molde para la formación de una copia complementaria de DNA (replicación) o de mRNA (transcripción)

Esencial a la relación íntima entre estructura molecular y función genética del DNA es el concepto de molde

25 de Abril 1953

It has not escaped our notice that the specific pairing we have postulated immediately suggests a possible copying mechanism for the genetic material.

La estructura del ADN ayuda a explicar como se duplica

• El ADN son dos cadenas de nucleótidos unidas entre sí por enlaces de hidrógeno

• Los enlaces de hidrógeno entre las dos

cadenas se rompen muy fácil

• Cada cadena original sirve como molde para

una nueva cadena

Replicación del ADN

Cada cadena molde permanece intacta

Cada molécula de

ADN es la mitad

“vieja” y la otra

mitad “nueva”

a Una molécula de ADN con las dos cadenas de pares de bases complementarias

b Inicio de la replicación; las dos cadenas de la doble hélice se desenrrollan y se separan en un sitio específico de la molécula

c Cada cadena “vieja” se utiliza como molde para la unión de nuevas bases, de acuerdo a las reglas del apareamiento

d Las bases colocadas en cada cadena vieja se ensamblan juntas como una cadena "nueva". Cada molécula mitad-vieja, mitad-nueva del ADN es idéntica a la molécula original

Tema 6: Estructura y replicación del material genético

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Enzimas en la Replicación

• Hay enzimas que desdoblan las dos cadenas• La ADN polimerasa une los nucleótidos

complementarios

• La ADN ligasa repara los “huecos”

• Hay enzimas que unen las dos bandas


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REPLICACIÓN

• Reproducción exacta• Base molecular de la transmisión de la vida• Semiconservativa• Requiere varias enzimas

1° Apertura de doble hélice2° Horquilla de replicación (Replicación

bidireccional y aimétrica)

• En eucariotas no se conocen con exactitud las enzimas que intervienen

• Diferencias entre procariotas y eucariotasLongitud del cromosomaEmpaquetamiento ADN


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•Origen de replicación: •Secuencia reconocida (Ori C en E. coli) por proteínas iniciadoras. Varios orígenes en eucariotas•La replicación es bidireccional

Replicación del DNA Replicación del DNA

Horquilla replicación


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En el DNA nuclear de eucariotas hay muchos orígenes de replicación (~500 en levaduras y 60000 en mamíferos). Cada unidad de replicación es un replicón. La replicación es bidireccional

Tipos de RNA

• RNA mensajero (RNAm)

• RNA de transferencia (RNAt)

• RNA ribosomal (RNAr)

TRANSCRIPCIÓN o SÍNTESIS DE ARN MENSAJERO

Síntesis de ARN tomando ADN como molde

Similar a la replicación

ARN pol cataliza la reacción1° Reconoce y se une a secuencia específica del ADN =

promotor

2° La hélice se desenrolla y sólo se transcribe una cadena, la que tiene el promotor

3° la transcripción finaliza con secuencia o señal específica de terminación

4° ARN pol se desprende y se restablece la doble hélice

T A C G A A C C G T T G C A C A T C

A U G C U U G G C A A C G U G

Transcripción:

Iniciación: Una ARN‑polimerasa comienza la síntesis del precursor del ARN a partir de unas señales de iniciación "secuencias de consenso " que se encuentran en el ADN.

ARNpolimerasa

T A C G A A C C G T T G C A C A T C

A U G C U U G G C A A C G U G

Alargamiento: La síntesis de la cadena continúa en dirección 5'3'. Después de 30 nucleótidos se le añade al ARN una cabeza (caperuza o líder) de metil‑GTP en el extremo 5‘ con función protectora.

m-GTP

ARNpolimerasa

A U G C U C G U G

Finalización: Una vez que la enzima (ARN polimerasa) llega a la región terminadora del gen finaliza la síntesis del ARN. Entonces, una poliA‑polimerasa añade una serie de nucleótidos con adenina, la cola poliA, y el ARN, llamado ahora ARNm precursor, se libera.

m-GTP

poliA-polimerasa

U A G A A A A A

ARNm precursor

SINTESIS DE PROTEINAS:

TRADUCCIÓN

Met1er aminoácido

ARNtAnticodón

Codón

ARNm

Subunidad menor del ribosoma

AAAAAAAAAAA P A

A U G C A A

U A C

Iniciación: La subunidad pequeña del ribosoma se une a la región líder del ARNm y el ARNm se desplaza hasta llegar al codón AUG, que codifica el principio de la proteína. Se les une entonces el complejo formado por el ARNt-metionina (Met). La unión se produce entre el codón del ARNm y el anticodón del ARNt que transporta la metionina (Met).

5’ 3’

U G C U U A C G A U A G

Met

Subunidad menor del ribosoma

AAAAAAAAAAA P A

A U G C A AU A C

Elongación: A continuación se une la subunidad mayor a la menor completándose el ribosoma. El complejo ARNt-aminoácido2 , la glutamima (Gln) [ARNt-Gln] se sitúa enfrente del codón correspondiente (CAA). La región del ribosoma a la que se une el complejo ARNt-Gln se le llama región aminoacil (A).

5’3’

Gln

G U UU G C U U A C G A U A G

ARNmAAAAAAAAAAA

P A

A U G C A AU A C

Elongación: Se forma el enlace peptídico entre el grupo carboxilo de la metionina (Met) y el grupo amino del segundo aminoácido, la glutamina (Gln).

5’

Gln-Met


3’

AAAAAAAAAAA P A

A U G C A A

Elongación: El ARNt del primer aminoácido, la metionina (Met) se libera.

5’

U A C

Gln-Met


ARNm3’

AAAAAAAAAAA P A

A U G C A A

Elongación: El ARNm se traslada, de tal manera que el complejo ARNt-Gln-Met queda en la región peptidil del ribosoma, quedando ahora la región aminoacil (A) libre para la entrada del complejo ARNt-aa3

5’ 3’

Gln-Met

G U UU G CU G C U U A C G A U A G

ARNm

AAAAAAAAAAA P A

A U G C A A

Elongación: Entrada en la posición correspondiente a la región aminoacil (A) del complejo ARNt-Cys, correspondiente al tercer aminoácido, la cisteína (Cys).

5’

Gln-Met


ARNm 3’

A C G

Cys

AAAAAAAAAAA P A

A U G C A A

Elongación: Unión del péptido Met-Gln (Metionina-Glutamina) a la cisteína (Cys).

5’


ARNm3’

A C G

Cys-Gln-Met

AAAAAAAAAAA P A

A U G C A A

Elongación: Se libera el ARNt correspondiente al segundo aminoácido, la glutamina (Glu).

5’

U G CU G C U U A C G A U A G

ARNm3’

G U U

A C G

Cys-Gln-Met

AAAAAAAAAAA P A

A U G C A A

Elongación: El ARNm corre hacia la otra posición, quedando el complejo ARNt3-Cys-Glu-Met en la región peptidil del ribosoma.

5’


ARNm3’

A C G

Cys-Gln-Met

AAAAAAAAAAA P A

A U G C A A

Elongación: Entrada del complejo ARNt-Leu correspondiente al 4º aminoácido, la leucina.

5’


ARNm3’

A C G

Cys-Gln-Met

A A U

Leu

AAAAAAAAAAA P A

A U G C A A

Elongación: Este se sitúa en la región aminoacil (A).

5’


ARNm3’

A C G

Cys-Gln-Met

A A U

Leu

AAAAAAAAAAA P A

A U G C A A

Elongación: Unión del péptido Met-Gln-Cys con el 4º aminoácido, la leucina (Leu). Liberación del ARNt de la leucina. El ARNm se desplaza a la 5ª posición

5’


ARNm 3’

A C G

A A U

Leu-Cys-Gln-

Met

AAAAAAAAAAA P A

A U G C A A

Elongación: Entrada del ARNt de la leucina, el 5º aminoácido, la arginina (ARNt-Arg).

5’


ARNm 3’

A A U

Leu-Cys-Gln-

Met

G C U

Arg

AAAAAAAAAAA P A

A U G C A A

Elongación: Unión del péptido Met-Gln-Cys-Leu con el 5º aminoácido, la arginina (Arg). Liberación del ARNt de la leucina (Leu). El ARNm se desplaza a la 6ª posición, se trata del un codón de finalización o de stop.

5’U G C U U A C G A U A G

ARNm 3’

A A U

Arg-Leu-Cys-Gln-Met

G C U

AAAAAAAAAAA P A

A U G C A A5’

U G C U U A C G A U A G

ARNm3’

A A U

Arg-Leu-Cys-Gln-Met

G C U

Finalización: Liberación del péptido o proteína. Las subunidades del ribosoma se disocian y se separan del ARNm.

AAAAAAAAAAA

Finalización: Después unos minutos los ARNm son digeridos por las enzimas del citoplasma.

5’

ARNm

3’

A U G C A A U G C U U A C G A U A G

CÓDIGO GENÉTICO

ARNm lleva mensaje en código de 4 letras

Clave para descifrar el código = letras tomadas de a 3 (tripletes o codones)

43 = 64 tripletes para 20 aminoácidos

Características del código

• Universal• Lectura continua, sin solapamientos ni puntos• degenerado o redundante : Codones sinónimos

Señal de inicio = AUGSeñales de terminación = UAA, UAG, UGA

1953 -2003 Watson y Crick 50 años después

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