HISTORIA CRONOLÓGICA DEL DNA

• 1865 Gregor Mendel – presenta sus trabajos donde explica

como se transmiten los rasgos y que patrones muestran.

Presenta sus 3 principios o Leyes:

> Ley de Dominancia

> Ley de Segregación

> Ley de Sorteo Independiente

• 1869 Friedrich Miescher purifica el DNA de células y llama a

este material “nucleína”.

• 1888 Se identifica el material del núcleo y se le llama

cromosomas.

• 1903 Walter Sutton identifica a los cromosomas como los

agentes físicos que llevan los “factores” (genes) que

mencionaba Mendel.

CONT. HISTORIA CRONOLÓGICA DEL DNA

1928 Fred Griffith – realiza experimentos con cepas de

bacterias que causan pulmonía (Ver Fig. 13.2 ) e identifica

un “factor transformador” que podía alterar los rasgos de

las cepas bacterianas.

1932 Robert Feulgen - identifica al DNA como el material

presente en los cromosomas.

1940 Erwin Chargaff – estudia la composición de los

nucleótidos del DNA y encuentra que los % de nucleótidos

de timina son iguales a los de adenina y que los % de

nucleótidos de citosina son iguales a los de guanina.

1944 Oswald Avery, Colin McLeod y Maclyn McCarty

identifican al “factor transformador de Griffith.como el DNA.

Fig. 13-2, p. 204

R R S

A Mice injected with live cells of harmless strain R do not die. Live R cells are in their blood.

B Mice injected with live cells of killer strain S die. Live S cells are in their blood.

C Mice injected with heat-killed S cells do not die. No live S cells are in their blood.

D Mice injected with live R cells plus heat-killed S cells die. Live S cells are in their blood.

Griffith’s Experiment

FOUR KINDS OF NUCLEOTIDES IN DNA

CONT. HISTORIA CRONOLÓGICA DEL DNA

1950’s Alfred Hershey y Martha Chase realizan experimentos con bacteriofagos marcando con radioisótopos de fósforo al DNA y de azufre a las proteínas . Demostraron que era el DNA de los bacteriofagos el que entraba a las bacterias y no las proteínas corroborando que el “factor transformador” era el DNA (Ver diagrama de los experimentos).

1951 Rosalind Franklin – estudia el arreglo de átomos en la molécula de DNA utilizando cristalografía de rayos X, pero su interpretación no fue correcta.

1953 James Watson y Francis Crick – proponen un modelo químico y físico de la molécula de DNA utilizando la información de Franklin. Se les otorga el Premio Nobel en química por su trabajo.

THE HERSHEY-CHASE EXPERIMENTS

STRUCTURE OF

DNA

FUNCIONES BÁSICAS DEL DNA

Almacenaje de la Información Genética

La información genética se encierra en la secuencia de los 4 nucleótidos,

la cual dicta la secuencia de aminoácidos en un polopéptido.

Autoreplicación y Herencia

La replicación del DNA es semiconservativa y ocurre previo a que se

divida la célula. De esta forma la información genética se transfiere de

una célula “madre” a una célula “hija” y así sucesivamente.

Expresión del Mensaje Genético

La información encerrada en el DNA se transfiere a una molécula de RNA

en lo que se conoce como transcripción. Luego este mensaje se traduce

en secuencia de aminoácidos en un polipéptido. Finalmente este

polipéptido se expresa en forma de un rasgo particular.

SEMICONSERVATIVE DNA REPLICATION IN

BACTERIA

Each strand of a DNA double helix is a template for synthesis of a complementary strand of DNA.

One template builds DNA continuously; the other builds DNA discontinuously, in segments.

Each new DNA molecule consist of one old strand and one new strand.

The bubble that initiate replication of the circular bacterial chromosome forms at a genetically specified point in the chromosome called the origin.

Then the 2 replication forks created by the bubble travel simultaneously in opposite directions around the circular chromosome .

Eventually they meet halfway around the chromosome at a point called the terminus.

ENZYMES OF DNA REPLICATION IN BACTERIA

REPLICATION OF THE LEADING STRAND

DNA helicase - Breaks hydrogen bonds between DNA strands separating the strands of the old DNA and moves the replication fork.

Single-strand binding protein(SSBP) - Binds to the exposed single strands of DNA and keeps them separate during replication.

DNA polymerase III - Joins free nucleotides into a new strand of DNA.

REPLICATION OF THE LAGGING OR DISCONTINUOUS STRAND

Primase - Makes a a short RNA primer, then the DNA polymerase III adds DNA to the RNA primer as it moves away from the replication fork and continues until it runs into the 5’end of a previous RNA primer.

DNA polymerase I- It destroys the RNA primer while replacing it with DNA .

DNA ligase - Joins DNA segments on discontinuous strand sealing the gap between the newly synthesized fragment of DNA and the continuous strand in front of it.

Fig. 14-3, p. 217

DNA RNA adenine A

NH 2 deoxyribonucleic acid ribonucleic acid

adenine A

NH 2

N C N C C N nucleotide

base HC

C N HC

N N N C CH N C CH

sugar–

phosphate

backbone

guanine G

O guanine G

O

N C N C C NH C NH HC HC

N N NH 2 N NH 2

C C N C C

cytosine C NH 2

cytosine C NH 2

C C HC N HC N

HC C O HC C O N N

thymine T O base pair uracil U O

C C CH 3 C NH HC NH

HC C O HC C O N N

DNA has one function: It

permanently stores a cell’s

genetic information, which

is passed to offspring.

RNAs have various

functions. Some serve

as disposable copies of

DNA’s genetic message;

others are catalytic.

Nucleotide

bases of DNA

Nucleotide

bases of RNA

10-15

FIGURA 10.4C

TRANSCRIPCIÓN:

SÍNTESIS DE ARN

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Hebra De gen

RNA polimerasa

Hebra molde de ADN

ARNm transcrito

A procesamiento de ARNm

3'

5'

A

G

C

T

C G

T A A T

G C

C G

A

A

T

T A

C G C

G G

C

T U A

G C C

C

T C

T A

C

A C

G

BASE-PAIRING IN

DNA SYNTHESIS AND TRANSCRIPTION

LA TRADUCCIÓN ES EL SEGUNDO PASO

EN LA EXPRESIÓN DE GENES: UNA VISIÓN

GENERAL

ARN mensajero (mRNA)

Se produce en el núcleo, donde el ADN es el molde para su

formación

ARN ribosomal (rRNA)

Se une a proteínas para formar ribosomas

ARN de transferencia (tRNA)

Transfiere los aminoácidos a los ribosomas, donde son unidos

para formar la proteína

El extremo aceptador une el aminoácido

El extremo anticodón se une al codón

10-17

GENETIC INFORMATION

From DNA to mRNA to amino acid sequence

10-19

LA TRANSCRIPCIÓN OCURRE CUANDO EL ADN ACTÚA COMO PLANTILLA DE

SÍNTESIS PARA EL ARN (POR EJEMPLO, M-RNA). LA TRADUCCIÓN OCURRE

CUANDO LA SECUENCIA DE CODONES EN EL M-RNA ESPECIFICA LA SECUENCIA

DE AMINOÁCIDOS EN UN POLIPÉPTIDO.

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ADN

Gly Ser Ala Asn

codón codón codón codón

Transcripción

Traducción

Hebra de gen

ARNm

polipéptido

Hebra plantilla De ADN

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

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

GENETIC CODE

Genetic code

Consists of 64 mRNA codons (triplets)

Some amino acids can be coded by more than

one codon

Some codons signal the start or end of a gene

AUG (methionine) is a start codon

UAA, UAG, and UGA are stop codons

10-21

FIGURA 10.4B CÓDIGO GENÉTICO

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fenilalanina (Phe)

leucina (Leu)

Leucina (Leu)

Pri

mer

a b

ase

Tercera b

ase

Segunda base

metionina (Met)

isoleucina (Ile)

serina (Ser)

prolina (Pro)

treonina (Thr)

alanina (Ala)

cisteina (Cys)

arginina (Arg)

glicina (Gly)

serina (Ser)

arginina (Arg)

histidina (His)

glutamina (Gln)

asparagina (Asn)

Acido aspártico(Asp)

Acido glutámico(Glu) valina (Val)

UUU

UUC

UUA

UUG

CUU

CUC

CUA

CUG

AUU

AUC UUU

AUG

GUU

GUC

GUA

GUG

U

C

A

G

U C A G

UCU

UCG

UCA

UCG

CCU CCG

CCA

CCG

CCU CCG

CCA

CCG

CCU CCG

CCA

CCG

UAU

UAC

UAA

UAG

CAU

CAC

CAA

CAG

AAU AAC

AAA

AAG

GAU

GAC

GAA

GAG

UGU

UGC UGA UGG

CGU

CGC

CGA

CGG

AGU AGC

AGA

AGG

GGU GGC

GGA

GGG

fin

fin

fin

lisina (Lys)

tirosina (Tyr)

triptófano (Trp)

(inicio)

U

C

A

G

U

C

A

G

U

C

A

G

U

C

A

G

REGULACION DE LA EXPRESIÓN GENÉTICA

La expresión genética de una bacteria es usualmente regulada aumentando o disminuyendo la razón de transcripción o traducción.

Las enzimas inducidas se producen solamente cuando su sustrato es abundante. Las enzimas reprimidas (“repressible”) se producen solamente cuando su producto es escaso. Las enzimas constitutivas se producen siempre.

La transcripción se regula usualmente por proteínas que se pegan al DNA y cambian su interacción con la polimerasa de RNA. Si se producen pocos transcritos se produce poca proteína.

Un operón es un set de genes que se regulan y transcriben juntos. El operón lac en E.coli el cual codifica para el uso de lactosa como sustrato es regulado por un represor.

La atenuación (“attenuation”) regula la transcripción en bacterias al detectar razones de transcripción y traducción. Un ejemplo de esto es el operón para histidina

CONT. REGULACIÓN DE LA EXPRESIÓN GENÉTICA

Operón de Histidina:

• Cuando el suplido de histidina es adecuado, la traducción de la

proteína líder ocurre rápidamente. El pequeño pedazo de mRNA entre

la polimerasa de RNA y el primer ribosoma forma un “anillo atenuador”

que evita la transcripción de los subsecuentes genes en el operón.

Cuando el suplido de histidina es bajo, la traducción de la proteína líder

es baja. El pedazo grande de mRNA forma un anillo (loop)

“antiterminador” que evita la formación del anillo atenuador. Entonces

la transcripción de los genes del operón procede.

La traducción de las proteínas ribosomales codificadas por mRNA es

regulada por una proteína que tiene 2 funciones:

1) Incorporarse a un ribosoma

2) Inhibir la traducción

Cuando el suplido de proteínas ribosomales es correcto todas las

moléculas se incorporan a ribosomas. Cuando hay muchas proteínas

ribosomales libres, se activa la 2da función.

Attenuation (in genetics) is a proposed mechanism of

control in some bacterial operons which results in

premature termination of transcription and which is based

on the fact that, in bacteria, transcription and translation

proceed simultaneously. Attenuation involves a provisional

stop signal (attenuator), located in the DNA segment that

corresponds to the leader sequence of mRNA. During

attenuation, the ribosome becomes stalled (delayed) in the

attenuator region in the mRNA leader. Depending on the

metabolic conditions, the attenuator either stops

transcription at that point or allows read-through to the

structural gene part of the mRNA and synthesis of the

appropriate protein.

CAMBIOS EN LA INFORMACIÓN GENÉTICA DE LA CÉLULA

Genoma – es la suma total de de la información genética (DNA) de una

célula.

El genoma puede cambiar por: mutaciones o por intercambio genético.

En la mayoría de los genes procariotas están en su cromosoma. Algunos

están en moléculas circulares de DNA o plásmidos.

La mayoría de los procariotas tienen un cromosoma circular, pero algunos

tienen más de un cromosoma circular y algunos tienen cromosomas

lineales.

La mayoría de los plásmidos son circulares y muy pocos son lineales.

Los plásmidos codifican algunos aspectos no esenciales.

Plásmidos R codifican para la resistencia a antibióticos.

La mayoría de los eucariotas no poseen plásmidos y su genoma está

formado por pares de cromosomas.

MUTACIONES

Las mutaciones – son cambios en la secuencia de las bases de los

nucleótidos de un genoma.

Las mutaciones de punto – involucran un cambio en un par de nucleótidos

e incluyen:

Substituciones y 2 tipos de “frameshift mutations” , Inserciones y

Deleciones.

Las mutaciones se pueden categorizar por sus efectos:

a) Silent mutation

b) Missense mutation

c) Nonsense mutation

Agentes mutagénicos:

Agentes físicos o químicos que pueden aumentar la razón normal de

mutación.

Agentes físicos incluyen: radiación ionizante – rayos X y rayos gamma ;

radiación no-ionizante – rayos ultravioleta

Estos últimos pueden provocar la formación de dímeros de pirimidinas

MUTACIONES

Agentes mutagénicos químicos - incluyen a análogos de nucleótidos

Son químicos que se parecen estructuralmente a los nucleótidos y pueden

resultar en un pareo erróneo. Esto puede resultar en una inserción o

deleción y pueden terminar por causar un “frameshift mutation”.

Las células pueden reponer el DNA via “light repair” , “dark repair” ,

“base-excision repair” y “mismatch repair”. Si el daño es muy extenso se

recurre a una respuesta SOS.

Los investigadores han desarrollado métodos de distinguir células

mutantes de células wild-type. Estos métodos incluyen: positive

selection, negative (indirect) selection, Ames test. Este último se utiliza

para detectar agentes mutagénicos que puedan ser carcinógenos

potenciales.