Clase 1-Genetica General ADN estructura y replicacion

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Genes localizados en cromosomas
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Los dos constituyentes de los cromosomas son
ADN y proteínas
proteínas – más heterogéneas, hasta 1940 se creía
que eran el material genético
DNA – parecía demasiado simple
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Experimentos importantes
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1er paso en la identificación del material
genético
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Streptococcus pneumoniae
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Cepa S: letal en ratones
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Cepa R: no letal
“Principio transformador“
TransformaciónUn cambio en genotipo (composición
genética) y fenotipo (apariencia) debido a
asimilación de una substancia por una
célula
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Avery y colaboradores
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Destruyeron químicamente todas las categorías
principales de componentes celulares en un
extracto de células muertas y determinar si el
extracto había perdido la habilidad de transformar
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Bacteriófago T2 (virus)
Razonamiento: infección involucra inyección en la bacteria de
información (material genético) que dirige la reproducción
viral
Fago es simple:
ADN
Proteína
Marcado con isótopos
radioactivos
Fósforo: presente sólo
en ADN
Azufre: sólo en
proteínas (puentes
disulfuro)
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A pesar de su aparente simpleza
Material genético debe ser capaz de:
 Codificar la información
 Duplicar la información de forma precisa
¿Qué estructura permite estas funciones?
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Compuesto de 4 moléculas básicas: nucleótidos
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Idénticas excepto en la base nitrogenada
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Cada nucleótido: grupo fosfato, azúcar desoxiribosa, 1 de 4
bases
Bases: Adenina, Guanina, Citosina, Timina
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Adenina y Guanina: Purinas
Citosina y Timina: Pirimidinas
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Genes (“factores”) se asocian con rasgos específicos, no se
entendía su naturaleza física. Las mutaciones alteran la
función de genes, pero no se sabía exactamente qué era
una mutación
Hipótesis un gen-una proteína, genes controlan estructura
de proteínas
Los genes están en los cromosomas
Los cromosomas consisten de ADN y proteínas
La serie de experimentos antes discutida mostró que el
ADN es el material genético
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La replicación del ADN debe tener alta fidelidad
El material genético debe tener la capacidad de
codificar (dirigir la constitución de las proteínas)
Debe ser capaz de cambiar en ciertas ocasiones
muy poco frecuentes (porque sin mutación no
hay evolución)
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Watson y Crick lo lograron en 1953
Basados en hallazgos de otras personas:
1. Cristalografía de rayos X de Rosalind Franklin y Maurice
Wilkins
2. Datos de Chargaff
Generados por Rosalind Franklin en el
laboratorio de Maurice Wilkins
Se disparan rayos X hacia las fibras de ADN. La dispersión de los
rayos a partir de las fibras se captura en película fotográfica. Los
ángulos de las manchas dan información de la posición de los
átomos de la molécula.
Resumen: ADN es una molécula larga y delgada y tiene dos partes
similares que son paralelas. La molécula hace una espiral.
%A = %T y %G = %C
% Purina = % Pirimidina
(A + G = C + T)
desarrollado antes de elucidar la estructura de ADN
En ADN humano:
A = 30.9%
T = 29.4%
C = 19.8%
G = 19.9%
Enlace de Hidrógeno
Clave: poner azúcar y
grupo fosfato en
cadena lateral y las
bases nitrogenadas
hacia adentro
Sólo unión purinapirimidina podía explicar
diámetro observado con
rayos X
Bases complementarias
A-T
G-C
G
C
A
T
mayor
menor
Mayoría de
asociaciones
ADN-proteína
son en el mayor
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Premio Nobel 1962: Watson, Crick y Wilkins
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Libro: La Doble Hélice de James Watson
James Watson y Francis Crick
Rosalind Franklin
Maurice Wilkins
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Artículo en Nature: “No ha escapado a nuestra atención
que el emparejamiento específico que hemos postulado
sugiere de inmediato la posibilidad de un mecanismo de
copia para el material genético“
Antes
Después
Utilizando isótopo pesado y liviano de
nitrógeno insertado en bases nitrogenadas
Centrifugación con gradiente de cloruro de
cesio que permite separar por densidad
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La enzima agrega deoxiribonucleótidos al
extremo 3' de una cadena en crecimiento usando
una hebra sola de ADN como templete
Animación polimerización
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Actividad polimerasa: cataliza crecimiento de la
cadena en dirección 5'-3‘
Actividad exonucleasa 3'-5', que elimina bases mal
apareadas
Actividad exonucleasa 5'-3' que degrada cadenas
simples de ADN o ARN
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La síntesis en la hebra rezagada va por pedazos cortos
conforme se va abriendo el tenedor.
Estos fragmentos cortos de 1000-2000 nucleótidos
reciben el nombre de fragmentos de Okasaki
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Una polimerasa puede extender una cadena pero NO
puede empezar una cadena
La síntesis de la hebra líder y de cada fragmento de
Okasaki requiere de un iniciador
Los iniciadores son sintetizados por un conjunto de
proteínas denominado primosoma. Componente
principal: primasa (una ARN polimerasa)
La primasa sintetiza un fragmento de ARN de 8-12
nucleótidos complementario a una región específica del
cromosoma
Una vez unido el iniciador, la polimerasa extiende la
cadena
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Menos de un error por cada 1010 nucleótidos
insertados
La actividad exonucleasa 3'-5', sirve como
“proofreading”
La primasa no tiene actividad “proofreading”, no
hay actividad exonucleasa. Importante eliminar
iniciadores de ARN y reemplazarlos con ADN
(pueden tener errores)
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E. coli: con 2 tenedores de replicación copia 2000
nucleótidos/s (1000 n/s cada tenedor)
Alta fidelidad y alta velocidad
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Helicasas: rompen puentes de hidrógeno entre las dos
hebras antes del inicio de la síntesis. Las proteínas de
unión a hebra simple (SSB) impiden que se vuelva a cerrar
Topoisomerasas: evitan el sobreenrollamiento. Cortan
una hebra o dos, se desenrolla y vuelven a pegar. Un
ejemplo es la girasa.
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Ocurre sólo en los orígenes de replicación
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En E. coli el origen de replicación es oriC
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Funcionamiento es similar, pero más complejo
Replisoma E. coli: 13 componentes. Replisoma en
levaduras y eucariotas: 27 componentes
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Cromosomas eucariotas existen en el núcleo como
cromatina (ADN enrollado alrededor de histonas)
Replisoma debe copiar el ADN, desensamblar
nucleosomas y volverlos a ensamblar
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Cada cromosoma eucariótico tiene muchas orígenes de
replicación en los cuales se inicia la replicación en las dos
direcciones hasta que se junten
Replicación en eucariotas
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Extremos de cromosomas tienen múltiples copias de una
secuencia repetitiva
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En vertebrados es 5'-TTAGGG-3'
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La telomerasa es una enzima con dos componentes:
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Templete de ARN
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Polimerasa (transcriptasa reversa)
Replicación de telómeros
Ej: en Tetrahymena (ciliado)
¿Secuencia repetitiva en
Tetrahymena?
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Se mantiene gracias a la telomerasa
Además telómeros tienen una cubierta que da estabilidad
y los protege (cap)
Pero células somáticas tienen poca o ninguna telomerasa.
Con cada división los telómeros se acortan hasta que
entran en senescencia y dejan de dividirse.
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¿Por qué será importante ese “conteo” de divisiones
celulares y que la célula deje de dividirse?
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¿Dónde está activa normalmente la telomerasa?
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¿Qué papel jugará la telomerasa en cáncer?
Síndrome de Werner
Causado por mutación en WRN (helicasa del “cap” de telómero)