5. EL FLUJO DE INFORMACION GENETICA Temas: 5.1.Introducción: El ADN como material genético y portador de la información 5.2.Composición, estructura y organización de los ácidos nucleicos. Histonas y sus modificaciones 5.3.Replicación del ADN 5.4.Transcripción del ARN 5.5.Código genético y mutaciones moleculares 5.6.Biosíntesis de proteínas. Conceptos generales y mecanismo de la traducción 5.7.Regulación de la expresión genética 5.8.Modernas técnicas de la Biología Molecular

5. EL FLUJO DE INFORMACION GENETICA Temas: 5.1.Introducción: El ADN como material genético y portador de la información 5.2.Composición, estructura y organización de los ácidos nucleicos. Histonas y sus modificaciones 5.3.Replicación del ADN 5.4.Código genético y Mutaciones moleculares 5.5.Transcripción del ARN 5.6.Biosíntesis de proteínas. Conceptos generales y mecanismo de la traducción 5.7.Regulación de la expresión genética 5.8.Modernas técnicas de la Biología Molecular

TEMAS 5.1 & 5.2

5.1.Introducción: El ADN como material genético y portador de la información 5.2.Composición, estructura y organización de los ácidos nucleicos. Histonas y sus modificaciones

COMPOSICIÓN DE LOS ÁCIDOS NUCLEICOS 1. Nucleótidos y Nucleósidos: el enlace N-glicosídico 2. Propiedades derivadas de las bases nitrogenadas 3. Ácidos nucleicos o polinucleótidos: el enlace fosfodiester 4. Otros tipos de nucleótidos en forma libre 5. Tipos de nucleótidos: número de fosfatos y cadenas poliméricas EL DNA ALMACENA LA INFORMACIÓN GENÉTICA Los experimentos de Miescher y de Avery/MacLeod/McCarty DOBLE HÉLICE 1. Los experimentos de Chargaff y de y Wilkins y Franklin 2. Modelo Watson & Crick 3. Propiedades de la doble hélice 4. Otras formas de doble hélice 5. Bases Nitrogenadas minoritarias ó atípicas DNA EL RNA 1. Función y Tipos 2 Estructura Primaria general (monocatenario) T=U, A=U 3. Propiedades comunes con el DNA 4. Estructura secundaria y terciaria COMPACTACIÓN DEL DNA 1. Superenrollamiento 2. Topoisomerasas 3. Cromatina. Histonas

1. COMPOSICIÓN DE LOS ÁCIDOS NUCLEICOS: 1.1. Nucleótidos y Nucleósidos: el enlace N-glicosídico 1.2. Propiedades derivadas de las bases nitrogenadas 1.3. Ácidos nucleicos o polinucleótidos: el enlace fosfodiester 1.4. Otros tipos de nucleótidos en forma libre 1.5. Tipos de nucleótidos: número de fosfatos y cadenas poliméricas

Sentido y Función

DNA Proteínas RNAm

RNAr

RNAt

Acidos Nucleicos (AN): almacenamiento y transferencia de información genética (~5-7% peso seco cel)

Gen: segmento de DNA que contiene la información necesaria para la síntesis de un producto biológico funcional (proteína o RNA)

TRANSCRIPCIÓN TRADUCCIÓN

REPLICACIÓN

INTERMEDIARIO

COMPLEJO SÍNTESIS

MOLECULA ADAPTADORA

Evasión al “Dogma”

*Transcriptasa inversa de algunos virus polimerasa que usa como molde RNA

*Ribozimas RNA con capacidad autocatalítica

*Priones proteínas con capacidad “infectiva”

Uni-direccionalidad en la expresión

Dogma central de la Biología Molecular F. Crick 1970

Información Hereditaria Proteínas

MOLECULA ADAPTADORA

Estructura y Química Polímeros

Nucleósidos

Grupo Fosfato Nucleótidos Base

Azúcar

Enlace Éster fosfórico

Enlace N-glicosídico

Parte ácida

Purina Pirimidina

D-ribosa 2’-desoxi-D-ribosa

N-1

N-9

1 2

3

Azúcar

ADN (DNA)

ARN (RNA)

Anillo Ribofuranosa

β-D-Ribosa β-D-2-Desoxiribosa

Anexo:

Azúcares → CARBOHIDRATOS

Carbohidratos: Polihidroxi-aldehidos o cetonas -Estructuralmente constan de una cadena polialcohólica (-OH), que suele contener en uno de sus carbonos un grupo Carbonilo: ●Cuando el carbonilo se sitúa en el extremo de la cadena se denominan ALDEHIDOS (-CHO):

●Cuando el carbonilo se sitúa en un C interior de la cadena se denominan CETONAS (-CO-): Químicamente los glúcidos: polihidroxialdehídos o polihidroxicetonas. (CH2O)n (n>3) también algunas modificaciones algunos glúcidos N, P, S

*Monosacáridos: Una única unidad de polihidroxi-aldehido o –cetona, contienen 3 a 6 (7-8…) átomos de C, son las unidades básicas de los azucares. 3C Triosas 4C Tetrosas 5C Pentosas 6C Hexosas 7C Heptosas

Sólidos, incoloros y cristalinos, solubles en agua (insolubles en disolventes apolares), mayoría con sabor dulce *Oligosacáridos: formados por uniones de unos pocos monosacáridos. El grupo más numeroso serían los disacáridos (2 monosacáridos), siendo raros y de poca importancia los Trisacaridos o superiores libres. Lo común es que se encuentren conjugados a proteínas o lípidos *Polisacáridos: formados por un número muy alto de monosacáridos unidos (+de 20 y suelen superar el millar). Sus cadenas pueden ser Lineales o Ramificadas, según el tipo de unión entre monosacáridos. Se subdividen en dos grupos: *Homopolisacáridos: formados por el mismo tipo de monosacárido. *Heteropolisacáridos: formados por distintos tipos de monosacáridos.

Clasificación

Monosacaridos: Estereoisomería CRITERIOS: Si representamos en un plano (proyección de Fischer) los monosacáridos, poniendo por convenio el grupo Aldehido o Cetona en el vértice superior y el grupo alcoholico del último carbono en el vértice inferior: cada carbono quiral de la molécula tendra su grupo OH orientado en dos posibles situaciones o isómeros (derecho o izquierdo).

Aquellos monosacáridos que presenten: (ENANTIOMEROS) *el OH de su último carbono quiral a la derecha: ISOMEROS D *el OH de su último carbono quiral a la izquierda: ISOMEROS L

En general de los 2n isómeros que habría mitad de la SERIE D mitad de la SERIE L

En general el nº de isómeros sería (2n) , siendo (n) el nº de Carbonos quirales

Proyección Fischer

→En la NATURALEZA!

*Se numeran desde el extremo más cercano al Carbonilo

1

2

3

4

5

Aldosas

Cetosas

Monosacaridos: Ciclación

Piranosa

Furanosa

Fórmulas de Haworth

Enlace COVALENTE

Enlace hemiacetálico genera un C asimétrico adicional…

Monosacáridos ciclan en solución acuosa

Anomería y Mutarrotación

Carbono anomérico: C hemiacetálico o carbonílico

MUTARROTACIÓN (en disolución acuosa)

interconversión de los anómeros α y β

(β-D-Ribosa) β-D-2 Desoxi-ribosa

D-Ribosa Ambas se encuentran en forma β-D-furanosa

Anillo no plano que presenta distintas 4 conformaciones distintas 4 de los 5 átomos en el mismo plano, el 5º átomo (C2’ o C3’) en el mismo lado que C5’: ENDO

en distinto lado que C5’: EXO

C2’ Endo C2’ Exo

Azúcar

ADN (DNA)

ARN (RNA)

Componentes heterocíclicos: bases y pentosas numeración convencional Para facilitar nomenclatura e identificar derivados, a los átomos de C de las pentosas se les añade (‘)

Bases Nitrogenadas

Enlace N-β-glicosídico

Propiedades de los Bases Nitrogenadas • Hidrofóbicas, poco solubles en agua, y altamente conjugadas. En forma libre sólo trazas en las células (productos de hidrólisis)

• Son de carácter básico débil que se pueden encontrar en 2 o más formas tautoméricas (reordenación de grupos) dependiendo del pH tautomería ceto-enol o lactama-lactima

• Pirimidinas son planares, purinas casi planares

• Con grupos capaces de establecer enlaces por puente de hidrogeno *

Puentes de hidrógeno

Propiedades de los Bases Nitrogenadas

• Todas las bases absorción en el ultravioleta: 260 nm (250-280 nm) se utiliza par determinación cuantitativa de nucleósidos y nucleótidos

• Hidrofóbicas, poco solubles en agua, y altamente conjugadas. En forma libre sólo trazas en las células (productos de hidrólisis)

• Son de carácter básico débil que se pueden encontrar en 2 o más formas tautoméricas (reordenación de grupos) dependiendo del pH tautomería cetoenol o lactama-lactima

• Pirimidinas son planares, purinas casi planares

• Con grupos capaces de establecer enlaces por puente de hidrogeno *

Nucleósido

Enlace (β)-N-glicosídico

Propiedades de los Nucleósidos

• Más solubles en agua que las bases. En forma libre sólo trazas

• Enlace N-glicosídico es resistente a los alcalis, pero puede hidrolizarse en medio ácido nucleósidos purínicos más suceptibles a hidrólisis ácida que los pirimidínicos

• Posibilidad de rotura enzimática del enlace por nucleosidasas

Nucleótidos

Esteres fosfóricos de los nucleósidos (5’ fosfato) con 1 sólo fosfato (2 cargas -), NMP; 2 fosfatos (3 cargas -), NDP; 3 fosfatos (4 cargas -), NTP

NDP y NTP forma complejos con cationes Ca2+ y Mg2+

Para separar los fosfatos: tratamiento ácido fuerte y calor (no el α) o tratamiento enzimático

Adenosina 5’-trifosfato (5’ATP)

α β γ

H3PO4

Raiz de la Base -osina

-idina (Desoxi-)

Mono- Di- Tri-

Fosfato

Nucleósidos y Nucleótidos

Base púrica (A, G)

Base pirimídica (C, T, U)

NUCLEÓSIDO

Raiz de la Base + -ilato NUCLEÓTIDO

Nucleótidos

• Además nucleótidos en forma libre participando en procesos metabólicos

-ATP (ADP, AMP): almacenamiento de energía (moduladores alostéricos)

-UTP: metabolismo glucídico

-GTP: biosíntesis de proteínas

-CTP: metabolismo lipídico

-formando parte de co-enzimas (AMP en CoA, FAD, NAD)

• Otros nucleótidos con posiciones distintas para el fosfato

-cAMP (adenosina 3’,5’-monofosfato cíclico) y

cGMP (guanosina 3’,5’-monofosfato cíclico)

-otros...

Segundos mensajeros

• Forma libre en las cels durante los procesos de biosíntesis y degradación AN

Ácidos Nucleicos: Polímeros de unidades de Nucleótidos Nucleótido=Base nitrogenada+Azúcar+Grupo(s) fosfato(s) Azúcar: 2’-desoxi-D-ribosa en el DNA D-ribosa en el RNA Bases nitrogenadas: derivados de Purinas o Pirimidinas

Adenina Guanina

Timina Citosina

En el RNA Uracilo sustituye a Timina

Resumen

Nucleósido

Cadenas Poliméricas: polinucleótidos

Los nucleótidos sucesivos están unidos entre sí mediante enlace fosfo-di-ester: entre hidroxilo 3’ una ribosa y 5’ siguiente. Esqueleto covalente AN: residuos alternados de fosfato y pentosa, bases nitrogenadas aparecen como grupos laterales (hidrofóbicos) Todos enlaces fosfodiester misma orientación a lo largo cadena: polaridad específica y extremos 5’ y 3’ diferenciados (extremos uno o más grupos fosfato) Tratamientos ácidos: separa bases purínicas Hidrólisis alcalina: afecta RNA (no DNA) Enzimas específicas: endonucleasas exonucleasas Grupo fosfato mantiene carga (-)

oligonucleótidos AN de cadena corta: menos 50 nucleótidos: oligonucleótidos (síntesis en el lab) Moléculas DNA en la naturaleza son de longitud extraordinariamente larga

5’...ACG... 3’

Formas de representar la estructura y composición de los ácidos nucleicos

Por convención la estructura de una cadena o hebra sencilla de AN se escribe siempre en dirección 5’ 3’

Debido a la polaridad, ACG y GCA corresponden a compuestos diferentes

Direccionabilidad en los ácidos nucleicos

2. EL DNA ALMACENA LA INFORMACIÓN GENÉTICA 2.1. Los experimentos de Miescher, de Avery/MacLeod/McCarty y de Hershey y Chase

F. Miescher (1868) Primeros estudios químicos sistemáticos del núcleo celular

Aisló una sustancia rica en fostatos, “nucleína”, de los núcleos de las células de pus (leucocitos)

parte acídica (DNA)

parte básica de proteínas

También en esperma de salmón

A. Kossel (1880) descubrió propiamente los A.N.

Avery/MacLeod/McCarty (1944)

Capacidad del DNA de “transformar” cepa no virulenta

Hershey y Chase (1952)

Es el DNA del fago (no la proteína) el que penetra el núcleo bact.

Streptococcus pneumoniae

Fago T2

E coli

3. DOBLE HÉLICE DNA 3.1. Los experimentos de Chargaff y de y Wilkins y Franklin 3.2. Modelo Watson & Crick 3.3. Propiedades de la doble hélice 3.4. Otras formas de doble hélice 3.5. Bases Nitrogenadas minoritarias ó atípicas DNA

Investigación sobre DNA

∗ Análisis de la composición química del DNA, de sus bases nitrogenadas: - De distintas especies animales.

- De distintos individuos de una misma especie.

- De un mismo individuo en distintas situaciones.

∗ Postulado de sus Leyes: - Composición de bases varia según la especie.

- En una especie, no hay variación entre ≠ tejidos.

- Composición no varia por condiciones ambientales, estado nutricional o edad.

- En el DNA, hay tantas A como T y tantas G como C

Erwin Chargaff (finales década 1940)

A+G = C+T

Purínicas = Pirimidínicas

Maurice Wilkins y Rosalind Franklin

Moléculas de DNA helicoidales (fibra de 2 cadenas) con periodicidad a largo del eje longitudinal, primaria de 3,4 Ǻ y secundaria de 34 Ǻ

∗ Cristalización de DNA. ∗ Obtención de Imágenes de Difracción de Rayos X del DNA (fibras)

Falta modelo que integre estas observaciones, las equivalencias de bases de Chargaff (A=T, GΞC) y otras propiedades químicas del DNA

Watson y Crick (1953)

Formas Tautoméricas y densidad

Leyes de Chargaff Rayos X

Modelo Matemático Teórico Prueba experimental: En 1956, Arthur Kornberg, estudios con DNA polimerasa, responsable de la replicación del DNA que años atrás había postulado Watson y Crick.

Doble Hélice

• Cadenas Complementarias y emparejamiento A=T y C≡G

Surco menor

Surco mayor

• Doble Hélice Dextrógira con 2 Cadenas Helicoidales y Antiparalelas • Ejes azúcar-fosfato exterior, bases interior • Bases casi perpendiculares al eje hélice, bases adyacentes separadas 3,4Ǻ, estructura helicoidal se repite cada 34 Ǻ, 10 nt/vuelta (rotación 36º por base) • Diámetro de la hélice de 20 Ǻ

34 Ǻ

Formación de puentes de hidrógeno entre las bases complementarias del DNA orientadas hacia el interior

Estructura de la doble hélice del

DNA

La doble hélice se mantiene unida por: *ptes de H *interacciones apilamiento bases

Hebra parental

Hebra parental

Hebras hijas

Característica fundamental del modelo es la complementariedad de las dos hebras del DNA

Antes de disponer de pruebas experimentales, W &C dedujeron que para la replicación:

1) Separación dos hebras 2) Síntesis de hebras complementarias

de cada una

Fuerzas que estabilizan el DNA

-Puentes de hidrógeno -Apilamiento entre bases: E carácter aromático y plano de las bases permite el apilamiento (deslocalización e- π anillos aromáticos, e interacciones hidrofóbicas entre bases)

W&C pensaban que bases del puente de hidrógeno formarían un ángulo de 90ºC perfecto y un apilamiento “perfecto”. En realidad cada base forma cierto ángulo con la complementaria con la que se aparea: ALABEO -Contraiones: Mg2+ estabiliza -Hidratación (menos importante): DNA hidratado, menos energía, mayor estabilidad

DNA

*Eucariotas: En el núcleo, y también en mitocondrias y cloroplastos El DNA del núcleo mucho más grande que el de mitocondrias o bacterias 2 hebras (muy grandes) enrolladas entre si muy difíciles de aislar entre si de forma separada

Unido, mediante enlaces de tipo iónico, con proteínas de carácter básico: HISTONAS y a otras aminas (putrescina, cadeverina, espermina, espermidina…) También unido a cationes (Mg2+) Procariotas: 1 sola doble cadena de DNA (circular) y no unido a proteínas (no son diploides)

Anti-Syn

Variación estructural del DNA Es posible la ‘rotación’ alrededor de algunos enlaces de la cadena azúcar-fosfato y las fluctuaciones térmicas pueden provocar curvatura, estiramiento y des-apareamiento (FUSIÓN) de las hebras En el DNA celular se observan desviaciones en la estructura de Watson y Crick (con papel en el metabolismo del DNA) Variabilidad estructural (conformacional) DNA -conformaciones posibles de la desoxiribosa (C2’ Endo)

-rotación alrededor de enlaces adyacentes que constituyen el esqueleto de fosfo-desoxiribosa

-libre rotación en torno al enlace N-glucosídico (Anti)

Pirimidinas limitadas a la anti

Anti

C2’ Endo

Hélice del DNA tipo B (B-DNA)

Parámetros

Hélice A

Hélice B

Hélice Z

Trascendencia Fisiológica

-Conformación típica de los RNA doble cadena, y de los híbridos DNA/RNA en condiciones fisiológicas (>92% de humedad relativa y baja salinidad), también denominada RNA-11. -El DNA doble la posee en baja humedad relativa (<75% y baja salinidad): Condiciones NO fisiológicas

-Conformación mayoritaria del DNA doble cadena en condiciones fisiológicas El más prevalente en la célula (>92% de humedad relativa y baja salinidad).

-Existe en condiciones fisiológicas en secuencias ricas en G-C, que presente ‘superenrollamiento negativo’, o proteínas afines que estabilicen esta estructura En regulación expresión algunos genes o en recombinación

Dirección de rotación

Dextrógira

Dextrógira

Levógira

vuelta de hélice

11 pb

10 pb

12 pb

Distancia media entre pares de bases (nm)

0,25 nm

0,34 nm

0,37 nm

Distancia media por vuelta de hélice (nm)

2,8 nm

3,4 nm

4,5 nm

Diámetro (Å)

23 Å

20 Å

18 Å

Rotación de hélice por par de bases (en grados)

33º

36º

-30º

Inclinación del plano de las bases respecto al eje

(en grados)

20º

6º

7º

Surco Mayor

Estrecho y profundo

Ancho y Profundo

Plano

Surco Menor

Ancho y superficial

Ancho y Profundo

Estrecho y profundo

Orientación del enlace N-glicosídico

Anti

Anti

-Anti para Citosina. -Syn para Guanina.

Algunas secuencias de DNA adoptan estructuras no habituales

• Siempre que se encuentren 4 o más adeninas consecutivas: curvatura de la hélice

• Palíndromos:

Cuando secuencia repetida invertida en ambas hebras: repetic especular

• Estructuras inusuales con 3 o 4 hebras: en lugares de comienzo o regulación de procesos DNA (puentes de hidrógeno adicionales)

Unión algunas proteínas

Implica una hebra: HORQUILLA Implica dos hebra: CRUCIFORME

DNA H: regiones poli-purina o poli-pirimidina que incorporen repetición especular

regiones DNA con repeticiones invertidas con simetría binaria entre las 2 hebras

Química del DNA • Absorción de Radiación a 260 nm: - Permite estimar la Concentración - Determinación Pureza cociente 260/280 nm 260nm (abs AN) / 280nm (abs Prot) -Efecto Hipercrómico estimación desnaturalización DNA (efecto hipocrómico: apilamiento reducción Abs 260nm) • Desnaturalización reversible por calor y valores extremos de pH (no rompe enlace covalente) Hibridación: renaturalización, al retornar a valores en márgenes ‘biológicos’ -Determinación Tm (punto medio de fusión o transición) depende pH, temperatura y composición bases (%GC Incremento Tm)

Bases Nitrogenadas minoritarias ó atípicas DNA Uracilo: es atípica en el DNA (no en el RNA), puede aparecer a veces bien por "desaminación de la Citosina", o bién por "incorporación directa como dUTP" en caso de determinadas patologías metabólicas. 5-metil-Citosina: es el resultado de una metilación de la Citosina, y interviene en procesos de regulación génica de eucariotas, o en el caso de procariotas en procesos de reparación de DNA o sistemas de restricción-modificación para evitar el ataque del DNA por las nucleasas. 6-metil-Adenina: es el resultado de una metilación de la Adenina, se da "exclusivamente en DNA procariotico" (no en eucariotas), y su función es la misma que la indicada para la 5-metil-citosina. 5-hidroximetil-Citosina: es importante en "fagos del tipo Tpar" (virus de bacterias), y actúa protegiendo el DNA fágico de las nucleasas durante su infección sobre bacterias. Br-Uracilo: es un "análogo estructural de la Timina", ya que lleva Br en el C5 (en vez del metilo de la Timina). Se emplea en laboratorio para el marcaje del DNA, y como estabilizador de la estructura del DNA-Z.

3. RNA. 3.1. Función. 3.2. Estructura Primaria general (monocatenario) T→U A=U 3.3. Propiedades comunes con el DNA. 3.4. Estructura secundaria y terciaria

RNA *Cadena lineal: no existen ramificaciones, 1 sola hebra de apilamiento dextrogiro Se dan zonas de estructura duplohelicoidal (ej tRNA)*, pero por lo general sólo 1 cadena *Pentosa: RIBOSA *Bases: A, U, G, C NO han de mantener determinado porcentaje o relación entre la cantidad relativa de cada una de sus bases

Apilamiento dextrogiro de RNA de cadena sencilla (bases: gris, fosfatos en verde)

RNA (y DNA) es un polímero no ramificado, nucleótidos unidos por enlaces fosfodiester

Diferencias con DNA -Grupo 2’-OH de la Ribosa (C2’) -Bases (U por T)

RNA *Cadena lineal: no existen ramificaciones, 1 sola hebra de apilamiento dextrogiro Se dan zonas de estructura duplohelicoidal (ej tRNA)*, pero por lo general sólo 1 cadena *Pentosa: RIBOSA *Bases: A, U, G, C NO han de mantener determinado porcentaje o relación entre la cantidad relativa de cada una de sus bases

Apilamiento dextrogiro de RNA de cadena sencilla (bases: gris, fosfatos en verde)

*Estructura secundaria RNA

protuberancia Bucle interno

horquilla Hebras simples

*Estructura terciaria RNA

En ribozimas, enzimas de RNA: la complejidad estructural refleja la complejidad inherente a la catálisis

Función/Tipos RNA

INTERMEDIARIO EN LA SÍNTESIS DE PROTEÍNAS -mRNA: o MENSAJERO síntesis en el núcleo a partir del DNA (copia) y pasa al citoplasma, en cuyos ribosomas será el ‘molde’ para la síntesis de proteínas -tRNA: o DE TRANSFERENCIA moléculas adaptadoras en la síntesis proteica (aparean con el mRNA) -rRNA: RIBOSOMALES -otros RNAs

4. COMPACTACIÓN DEL DNA 4.1. Superenrollamiento 4.2. Topoisomerasas 4.3. Cromatina -Histonas

DNA superenrollado Tamaño DNA necesario vs tamaño célula hace necesaria compactación (plegamiento)

El mecanismo de plegamiento ha de permitir empaquetar, pero también acceder a la información contenida durante replicación y transcripción

Superenrollamiento: enrollamiento de una hélice DNA está enrollado formando una doble hélice, en la que ambas cadenas se enrollan alrededor de un eje. El enrollamiento sobre si mismo produce super-enrollamiento

Cuando no hay enrollamiento neto del eje: relajado

Todas las cels desenrollan su DNA con ayuda de procesos enzimáticos topoisomerasas

Refleja una propiedad intrínseca del DNA (se observa en DNA circular cerrado como el de los plásmidos y algunos DNA víricos)

-Superenrollamiento Negativo (superenrollamiento dextrogiro).

- Superenrollamiento Positivo (superenrollamiento levogiro)

Superenrollamiento debido a torsión de cadena

Si se ‘fija’ uno de los extremos y se separa el otro la tensión resultante produce superenrollamiento

Estudio de la conformación basado en la topología (rama matemáticas) (número de enlace o linking number)

Dos formas de DNA que difieran en el número de enlace: topoisómeros

Topoisomerasas catalizan cambios en el número enlace

DNA eucariota está superenrollado (-) en

las zonas condificantes

La cromatina está compuesta por DNA y proteínas Cromosoma: molécula AN depositaria información genética. Cuerpo densamente coloreado observable al microscopio óptico en cel eucariotas teñidas con colorante

En cel que no se dividen (G0) o en infertase (G1, S y G2) el material cromosómico, la cromatina, está disperso en diversas regiones del núcleo. Durante profase de la mitosis se condensa en forma definida y característica de cada especie

Cromatina: fibras de proteínas y DNA (proporciones parecidas) + pequeña cantidad RNA

+ prot histonas y no histonas

HISTONAS: proteínas que empaquetan y ordenan el DNA en unidades estructurales: NUCLEOSOMAS

NUCLEOSOMAS: complejos de histonas unidos al DNA

Histonas: pequeñas proteínas básicas (masa molecular 11000-21000) muy ricas en aa básicos (Arginina y Lisina) 5 clases principales

Cadenas laterales de algunos aa de las histonas son susceptibles de sufrir modificaciones postraduccionales (metilación, ADP-ribosilación, fosforilación, glicosilación o acetilación) que modifica las propiedades estructurales y funcionales de la cromatina: papel en regulación transcripción

Cada nucleosoma: octámero de dos copias de H2a, H2b, H3 y H4 sobre el que se enrolla el DNA (1,8 vueltas de la hélice)

Estructura de un nucleosoma

Estructura de un nucleosoma (vista lateral)

Histonas tienden a localizarse en ciertas posiciones con abundancia en A=T

Cada nucleosoma: octámero de dos copias de H2a, H2b, H3 y H4 sobre el que se enrolla el DNA (1,8 vueltas de la hélice)

Collar de cuentas: cada 200 pares de bases (pb), 146 alrededor del octámero y el resto de nexo (con H1 unida: compactando)

Modelo solenoidal de la asociación de los nucleosomas

Los nucleosomas se empaquetan en sucesivos órdenes de magnitud El enrollamiento del DNA alrededor del núcleo proteico del nucleosoma: compactación 7 veces… pero grado de compactación final es 10.000 veces superior

Aislamiento suave rinde fibras de 30 nm. Este nivel de compactación requiere una molécula de H1 por nucleosoma (compact 100 veces)

Organización fibras 30 nm interrumpida por uniones a otras proteínas no histonas

Siguientes niveles de organización se desconocen con exactitud, aunque parece que ciertas regiones se asocian a un armazón nuclear

Los niveles de organización probablemente no son tan regulares como los de la figura

Cuentas de rosario

Bucle (~75000 pb)

Una roseta (6 bucles)

Una vuelta (30 rosetas)

2 cromátidas (1º vueltas cada una)