ac. nucleico - IBQ

El genoma
Es el juego completo de
secuencias
en
el
material genético de un
organismo. Esto incluye
la secuencia de cada
cromosoma más el ADN
de cada organelo.
Avena
Ratón
Humano
El genoma
Define la naturaleza hereditaria de cada organismo.
Físicamente esta compuesto por los ácidos nucleicos:
• ADN
• ARN
Proveen la información p
para la
“construcción” y funcionamiento de
los organismos.
1848, Wilhelm
1848
Wilh l Hofmeister
H f i t observa
b
a los
l
cromosomas durante la división celular.
1860, Gregor
1860
G
M d l estudia
Mendel
t di la
l herencia
h
i
en plantas de chícharo e hipotetizó que
algún los caracteres se heredan de una
generación a otra.
g
1868, Charles Darwin hipotetizó un
mecanismo de herencia al cual llamo
“pangenesis” que significa en griego el
nacimiento
i i t de
d todo.
t d
1883, Wilhelm Roux propuso que los
cromosomas son los p
portadores del
material genético.
1889, Hugo de Vries propuso el
concepto de pangen, que describe a la
pequeña partícula que hereda una
característica.
t í ti
1909, Wilhelm Ludvig Johannsen
1909
abrevió el termino a “gene” y la describe
como la unidad física, fundamental y
funcional de la herencia.
1910, Thomas Hunt Morgan mostró que
los genes residían en los cromosomas y
que ocupaban lugares específicos
d t de
dentro
d estos.
t
1928, Frederick Griffith demostró que los
genes pueden ser transferidos.
Experimento de Griffith, 1928.
1941, George
1941
G
W ll Beadle
Wells
B dl y Edward
Ed
d Lawrie
L
i Tatum
T t
mostraron
t
que las
l
mutaciones en los genes causaban errores en pasos metabólicos específicos,
demostrando así que genes específicos codificaban para proteínas especificas,
proponiendo
p
p
la hipótesis
p
“un g
gen,, una p
proteína”.
George Wells Beadle
Edward Lawrie Tatum
1944, Oswald Avery, Colin Munro MacLeod y Maclyn McCarty, demostraron
que el ADN es el portador de la información de los genes.
Oswald Averyy
Colin Munro MacLeod
Maclyn
y McCartyy
Experimento de Avery, MacLeod & McCarty (1944)
Está determinada por la secuencia
de nucleótidos de una sola hebra.
Aquí se distingue un esqueleto de
polidesoxirribosa- fosfato y una
secuencia de bases nitrogenadas (A,
T, C, G…). La diferencia entre las
moléculas de ADN estará en la
secuencia
de
las
bases
nitrogenadas.
Polimerización de
nucleótidos
La enzima que se encarga de la
unión de los nucleótidos es la ADN
polimerasa.
Como el primer nucleótido tiene libre el carbono
5' y ell siguiente
i i t nucleótido
l ótid tiene
ti
lib ell carbono
libre
b
3', se dice que la secuencia de nucleótidos se
ordena desde 5' a 3' (5' → 3').
Este modelo está formado por dos hebras de nucleótidos
1950, Erwin Chargaff, encontró que en el ADN existe la misma cantidad de
adenina que de timina y de guanina que de citosina.
Erwin Chargaff
R l d
Reglas
de Chargaff
Ch
ff
1. El número total de pirimidinas (T + C) siempre es
igual a la cantidad total de purinas (A + G).
G)
2. La cantidad de T siempre es igual a la de A y la
cantidad de C siempre es igual a la de G.
G Sin
embargo la cantidad de A + T no necesariamente
es igual a la cantidad de G +C.
Regla de Chargaff
Modelo de Watson y Crick
1. Reglas de Chargaff
2. Estructura de los nucleótidos
3 Cristalografía de rayos X
3.
(Rosalind Franklin & Maurice
Wilkins
Nature, 1953
Apareamiento de bases
Watson y Crick (1953) propusieron el modelo de la doble hélice,
la cual se basa en la asociación de las cadenas polinucleótidas a
través de puentes de hidrogeno de las bases nitrogenadas. Así
G forma estos puentes específicamente con C, mientras que A
lo hace T. Esto se conoce como apareamiento de bases y se dice
que son complementarias.
Apareamiento de bases
El modelo también propone que
las cadenas están alineadas
(anneling)
en
direcciones
opuestas (antiparalelas).
James Watson Francis Crick
Regla de Chargaff
Linus Pauling
ADN. Cristalografía
de rayos X.
M.H.F Wilkins
Rosalind Franklin
El ADN es una doble hélice
Formas estructurales de la doble hélice
ADN H
Es la forma en que se organiza la doble hélice
En
procariontes,
asíí como en las
mitocondrias
y
E células
él l
i t
l
it
di
cloroplastos eucariontes, el ADN se presenta como una doble
cadena (de cerca de 1 mm de longitud), circular y cerrada.
El superenrollamiento solo se presenta en ADN
cerrado, sin extremos libres.
Un ADN cerrado
U
d puede
d ser una molécula
lé l circular
i
l
o
una lineal cuyos extremos están anclados a una
proteína estructural.
En células eucariontas, se encuentra alojado dentro del minúsculo
núcleo. Cuando el ADN se une a proteínas básicas, la estructura se
compacta mucho. Las proteínas básicas son las histonas
La unión con histonas genera la estructura denominada nucleosoma. Cada
nucleosoma está compuesto por una estructura voluminosa, denominada
centro (core),
(core) seguida por un eslabón (linker).
(linker) El centro está compuesto por
un octámero de proteínas, las histonas, denominadas H2A, H2B, H3 y H4.
Cada tipo de histona se presenta en número par. Esta estructura está
rodeada por un tramo de ADN que da una vuelta y 3/4 en torno al octámero.
El eslabón está formado por un tramo de ADN que une un nucleosoma con
otro y una histona H1.
El conjunto de la estructura se denomina fibra de
cromatina de 100Å.
Å Tiene un aspecto repetitivo en forma
de collar de perlas, donde las perlas serían los
nucleosomas,, unidos p
por los eslabones.
La cromatina en el núcleo tiene un grosor de 300Å. La fibra de cromatina de
100Å se empaqueta formando una fibra de cromatina de 300Å. El
enrollamiento que sufre el conjunto de nucleosomas recibe el nombre de
selenoide.
l
id
Los selenoides se enrollan formando la cromatina del núcleo interfásico de la
célula eucariota. Cuando la célula entra en división, el ADN se compacta más,
formando los cromosomas.
La eucromatina
L
ti
es ell tipo
ti
d cromatina
de
ti
geneticamente
ti
t activa,
ti
involucrada en la transcripción de ARN para producir proteínas
utilizadas en el crecimiento y función celular.
La heterocromatina describe la parte del genoma que esta altamente
condensado,, no se transcribe y se replica
p
al final. Esta dividida en dos
tipos: la constitutiva y la facultativa.
Mitocondria
Cloroplasto
ADN
Temperatura de melting (Tm)*
* Temperatura de fusión
Hibridación de ácidos nucleicos
por apareamiento de bases
El
concepto
de
apareamiento de bases
es clave para todos los
procesos que involucra a
los ácidos nucleicos. La
ruptura de pares de
bases es un aspecto
crucial de la función
ó de
la molécula de doble
cadena, mientras que la
habilidad
de
formar
pares de bases del ácido
nucleico
de
cadena
sencilla es esencial para
su actividad.
ti id d
El alineamiento (annealing) del ADN describe la
renaturalización de una estructura duplex a partir de
cadenas sencillas que se obtienen de la desnaturalización de
la doble cadena.
cadena
La hibridación describe el
apareamiento complementario
de cadenas de ADN y ARN para
dar un híbrido ARN-ADN.
La síntesis de los ácidos nucleicos esta catalizada por enzimas
específicas que reconocen el molde y llevan a cabo la adición
de subunidades a la cadena polinucleótida que esta
sintetizándose Estas enzimas son nombradas de acuerdo al
sintetizándose.
tipo de cadena que sintetizan: ADN polimerasa y ARN
polimerasa.
ADN polimerasa
ARN polimerasa
La degradación de los ácidos nucleicos también requiere enzimas
específicas: desoxiribonucleasa (DNAasas) y ribonucleasas
(RNAasas). Las nucleasas se clasifican en exonucleasa y
endonucleasas.
exonuclease
Ciclo celular
El ciclo celular es un conjunto ordenado de eventos que conducen
al crecimiento de la célula y la división en dos células hijas.
Replicación
G0 en E. coli de 20 a 30 min
en células de mamífero de 12 a 24 h
Mitosis
Meiosis
La secuencia de ADN determina la naturaleza de cualquier
organismo
organismo.
Las diferencias entre las propiedades genéticas de los
individuos pertenecientes a la misma especie son la
consecuencia de la diferencia en sus secuencias de ADN.
ADN
Cualquier cambio que se realice en la secuencia del genoma
de una generación a otra se llama mutación.
Mutaciones
Las mutaciones proveen
las bases de la evolución
para seleccionar entre
individuos.
individuos
Cualquier cambio que se
realice en la secuencia
del genoma de una
generación
ió
a otra
t
se
llama mutación.
Bacteria
Mutación Cambios en la estructura de ADN.
Mutación.
ADN
Mutante: Estado genético de un organismo
que lo hace diferente al organismo
silvestre (wildtype).
L
Las
mutaciones
i
puede
d ser:
¾ Espontáneas
¾ Inducidas
Mutaciones:
ƒ
Puntual:: Una sola posición en el gen (una sola base)
Puntual
¾
ƒ
Sustitución: Cambio de bases.
Rearreglos:: Afecta grandes regiones:
Rearreglos
¾
Inserción: Adición de material genético.
¾
Deleción:: Pérdida de material genético.
Deleción
¾
Omisión de exón: “
“splicing
splicing”
”
Transposiciones
p
Mutación puntual
Modificación
química
Sustitución
Anemia falsiforme
Sustitución
transición
transversión
Mutación silente
Mutación de sentido
perdido
Mutación sin sentido
Transición
Desapareamiento de bases
(base mispairing)
Aberración causada por la
incorporación
p
al ADN de una
base
anormal
con
propiedades
de
apareamiento ambiguas.
Mutación por rearreglo
Inserción
Mutaciones cromosómicas
Son los cambios en la estructura interna de los
cromosomas estas
t pueden
d ser las
l que suponen pérdida
é did
o duplicación de segmentos o partes del cromosoma.
Estructurales
Numéricas
Puntuales
Estructurales
Son las mutaciones que afectan a la secuencia de los hipotéticos
fragmentos en que podría subdividirse transversalmente un
cromosoma.
a) Pérdida o aumento del material genético:
Deleción cromosómica: Es la pérdida de un segmento de un cromosoma.
D li
Duplicación
ió cromosómica:
ó i
E la
Es
l repetición
ti ió de
d un segmento
t del
d l cromosoma.
b) Variaciones en la distribución de los segmentos de los cromosomas:
Inversiones: Un segmento cromosómico de un cromosoma se encuentra
situado en posición invertida.
Traslocaciones: Un segmento cromosómico de un cromosoma se encuentra
situado en otro cromosoma homólogo o no.
Mutación por inversión de un fragmento
cromosómico. Es el cambio de sentido de un
fragmento del cromosoma.
Mutación por deleción o pérdida de un
fragmento cromosómico.
Mutación por duplicación de un fragmento
cromosómico Suelen estar asociadas casi
cromosómico.
siempre con deleciones en otro cromosoma.
Mutación
por
translocación
de
un
fragmento cromosómico.
cromosómico Es decir por un
cambio en la posición de un fragmento
cromosómico. La translocación puede ocurrir
en un solo cromosoma, entre cromosomas
homólogos o entre cromosomas diferentes.
Mutación por Isocromosomas. Cuando el
centrómero se divide transversalmente en
lugar de longitudinalmente
Numéricas
Son las mutaciones que afectan al número de cromosomas
o todo
t d ell genoma.
Poliploidía:
P
li l idí Es
E la
l mutación
t ió que consiste
i t en ell aumento
t del
d l
número normal de “juegos de cromosomas”. Los seres
poliploides pueden ser autopoliploides, si todos los juegos
proceden de la misma especie,
especie o alopoliploides,
alopoliploides si proceden
de la hibridación, es decir, del cruce de dos especies
diferentes.
Haploidía: Son las mutaciones que provocan
disminución en el número de juegos de cromosomas.
una
Poliploidia
Es un fenómeno natural q
que g
generalmente sucede en p
plantas
pioneras de especies durante periodos de estrés. Las plantas
poliploides se encuentran mucho en nuestros cultivos,
contienen más clorofila,
clorofila fotosintetizan y crecen más rápido
que las plantas convencionales.
CC
n=9
AACC
n=19
AA
n=10
Aneuploidía:
eup o d a So
Son las
as mutaciones
utac o es que a
afectan
ecta só
sólo
oau
un número
ú e o de
ejemplares de un cromosoma o más, pero sin llegar a afectar al
juego completo. Las aneuploidías pueden ser monosomías,
trisomías, tetrasomías, etc, cuando en lugar de dos ejemplares de
cada tipo de cromosomas, que es lo normal, hay o sólo uno, o tres, o
cuatro, etc. Entre las aneuplodías podemos encontrar diferentes
tipos de trastornos genéticos en humanos como pueden ser:
Trisomía 21 o Síndrome de Down que tienen 47 cromosomas.
Trisomía 18 o Síndrome de Edwards
Edwards. También tienen 47
cromosomas.
Monosomía X o Síndrome de Turner.
Trisomía sexual XXX o Síndrome del triple X.
Trisomía sexual XXY o Síndrome de Klinefelter.
Trisomía sexual XYY o Síndrome del doble Y.
Trisomia 21 o Síndrome de Down
Trisomia 18 o Síndrome de Edwards
Monosomía X o Síndrome de Turner
Trisomía sexual XXX o Síndrome del triple
p X
Trisomía sexual XXY o Síndrome de Klinefelter
Trisomía
í sexual XYY o Síndrome
Sí
de la doble Y
Trisomía
í 13 o Síndrome
Sí
de Patau
• Radiaciones
R di i
iionizantes
i
• Agentes químicos
• Procesos celulares
¾ Rayos UV
¾ Rayos X
¾ Rayos gama
¾ Rayos cósmicos
¾ Partículas beta
¾ Partículas alfa
Procesos celulares (desaminación
accidental y errores de replicación)
El ARN
La mayoría de las moléculas celulares del ARN son
monocadenas.
d
P d
Pueden
f
formar
estructuras
t
t
secundarias
d i
ttales
l
como asas (a) y horquillas (b)
El papel principal del ARN es participar en la síntesis de proteínas
Tipos
p
de ARN
•ARN mensajero (ARNm)
•ARN de transferencia (ARNt)
•ARN ribosomal (ARNr)
Otras clases de ARN incluyen:
•Ribozimas
•Pequeñas moléculas de ARN (sARN, RNAi)
Representa a un solo aa
Bacterias
Eucariontes