Estructura y duplicación del material genético

ESTRUCTURA Y
DUPLICACIÓN DEL
MATERIAL
GENÉTICO
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LOS ÁCIDOS NUCLÉICOS COMO
MATERIAL GENÉTICO
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Los Ácidos Nucleicos
• 1- Ácido Desoxiribonucleico (ADN)
• 2- Ácido Ribonucleico (ARN)
Ambos existen en todos los seres vivos con excepción de
los virus donde se presenta uno de los dos
Constituyen alrededor del 1% del peso de la célula
Almacenar
Funciones
Reproducir
Transmitir
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INFORMACIÓN
GENÉTICA
Breve Historia
Los ácidos nucleicos fueron descubiertos en
1865 por Miescher, médico suizo que encontró
una sustancia rica en P en el núcleo de las
células y la llamó “Nucleina”.
En 1905 Levene determinó la composición
química
En 1924 Feulgen desarrolló una técnica para
teñir selectivamente el ADN y estableció que el
ADN es el principal componente de la nucleína
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En 1935 Brachet y Casperson determinaron que
el ADN se encuentra en el núcleo y el ARN en
núcleo y citoplasma (actualmente se sabe que hay
pequeñas cantidades de ADN también en
mitocondrias y cloroplastos del citoplasma)
En 1928, Griffith (médico y bacteriólogo inglés)
realizó una importante experiencia que dio origen
al llamado “Efecto Tansformador” o “Efecto
Griffith”.
En 1944 Avery y colaboradores determinaron
que el ADN es el responsable de la herencia
En 1953 James Watson y Francis Crick
determinaron la estructura del ADN (Premio Nobel
en 1964)
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Griffith (1928)
Trabajó con neumococo, bacteria que produce la neumonia
COLONIAS
LISAS (S) VIRULENTAS
producen la neumonía poseen una
cápsula de polisacáridos que las
protege de la reacción de defensa
(fagocitosis) de los organismos
donde se introducen
RUGOSAS ( R )
NO VIRULENTAS
no tienen
cápsula
virulentas
Bacterias capsuladas
Colonias lisas (S)
No virulentas
Bacterias no capsuladas
Colonias rugosas ( R )
La capacidad de formar o no la cápsula está codificada en el ADN
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Experiencia
1. Inoculó un lote de ratones con bacterias de una colonia
rugosa ( R ) vivas
2. Inoculó otro lote de ratones con bacterias de una colonia lisa
(S) previamente muertas por calor
3. Inoculó un tercer lote de ratones con una mezcla de estos dos
inóculos
Resultados
1. Los dos primeros lotes no fueron afectados por la inoculación
2. Los ratones del tercer lote contrajeron neumonía y murieron
De ellos se aislaron bacterias vivas del tipo “S”
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Griffith postuló que “ALGO” de las bacterias muertas
de las colonias S se transmitió a las bacterias vivas
de las colonias R y las transformó en virulentas
A este fenómeno se lo llamó
EFECTO GRIFFITH
y
actualmente se conoce
como TRANSFORMACIÓN
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Efecto Tansformador o Efecto Griffith
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En 1944, Avery, Mac Lead y Mc Carty,
demostraron que el principio transformador
era el “ADN”
• Repitieron la experiencia de Griffith
• Luego trataron el extracto de ADN de las bacterias S con
diversas enzimas (Proteasa, Lipasa, Hidrolasa, ARNasa y
ADNasa)
• Cuando a la mezcla se le introducía ADNasa, los resultados
se modificaron: los ratones no morían
• Solamente se perdía el efecto transformador por acción de
la ADN asa
• LLegaron a la conclusión que el compuesto responsable del
efecto transformador era el ADN.
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Con esto se concluye que:
El ADN es el material hereditario
El ADN es el
responsable de la
herencia
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Composición Química de
ADN-ARN
• Macromoléculas de elevado peso
molecular
• Polímeros de subunidades llamadas
Nucleótidos
NUCLEÓTIDOS
(monómeros)
• Grupo Fosfato
(ácido fosfórico)
• Azúcar (pentosa)
• Base Nitrogenada
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ADN-ARN
AZÚCAR Y BASE NITROGENADA
NUCLEÓSIDO
NUCLEÓSIDO Y ÁCIDO FOSFÓRICO
NUCLEÓTIDO
AZÚCAR
• D RIBOSA
• D2 DESOXIRIBOSA
•
PURICA (ADENINA , GUANINA)
Grandes (7A) con dos anillos
heterocíclicos
BASES
NITROGENADAS
(rica en N)
•
PIRIMIDÏNICA (CITOSINA, TIMINA,
URACILO)
Pequeñas (4A) con un anillo
heterocíclico
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Tipo
ácido
nucleico
H3PO4
ácido
fosfórico
Pentosa
Base nitrogenada
Púrica / Pirimidinica
Cadena
ADENINA CITOSINA
ADN
Sí
D2
desoxiribosa GUANINA
Doble
TIMINA
ADENINA CITOSINA
ARN
Sí
D ribosa
Simple
GUANINA URACILO
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ADN
Bicatenario
D2 desoxiribosa
Timina
ARN
Monocatenario
D ribosa
Uracilo
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Tipos de ARN
Se sintetizan en el núcleo a partir del ADN
y se dirigen al citoplasma
 ARNm (mensajero)
 ARNt (de transferencia)
 ARNr (ribosomal)
El ARN m tiene una vida corta
El ARN t y el ARN r tienen vida estable
En algunos virus el ARN sirve como material genético (no
poseen ADN)
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En 1953, Watson y Crick determinaron
“la estructura tridimensional del ADN”
Con este descubrimiento se logra casi
inmediatamente comprender el funcionamiento y
modo de replicación del ADN
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Estructura del ADN
Postulados de Watson y Crick
• Doble cadena (unidas por puentes Hidrógeno)
• Helicoidal
• Dextrógira (se enrolla alrededor del eje hacia la
derecha)
• 20 Å de diámetro
• Distancia entre azúcar y azúcar: 11 Å
• Distancia entre giro y giro: 34 Å
• Distancia entre bases apiladas: 3,4 Å
= entre giro y giro → 10 pares de
bases
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El ácido fosfórico tiene 3 grupos ácidos con uno de
los cuales se une a la pentosa, al C5’ de la pentosa
El azúcar se une por su C1 al N9 de la base púrica o al
N1 de la pirimidínica
Los nucleótidos se unen entre sí para formar una
cadena por uniones fosfodiéster (ácido + alcohol =
éster) entre el C5’ y el C3’ de los azúcares enlazados por
el ácido fosfórico
De esta manera la cadena tiene un eje determinado
por las uniones 5’→3’ del ácido fosfórico y las
pentosas y perpendicular al eje se apilan las bases
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El ADN está formado por 2 cadenas enrolladas a la derecha
alrededor del mismo eje central
Las 2 cadenas son antiparalelas porque las uniones 5’→3’
fosfodiéster de una cadena tienen direcciones opuestas a las de la otra
cadena
Las bases están apiladas en el interior de la hélice en un plano
perpendicular al eje horizontal (como una escalera caracol donde los
peldaños son las bases y el pasamanos las cadenas fosfodiéster)
Debido a que entre los dos azúcares de las cadenas opuestas
existe una distancia fija de 11 A solo pueden acomodarse una base
grande púrica (7 A) y una chica pirimidínica (4 A)
que son A---T con 2 puentes hidrógeno y C---G con 3
Por ello una cadena es COMPLEMENTARIA de la otra
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La suma de las bases púricas es igual a la suma de las bases
pirimidínicas
A+G=T+C
Ambas cadenas están unidas entre sí por los puentes
hidrógeno establecidos entre las bases
Entre los pares de bases hay una distancia de 3,4 A
La molécula de ADN forma una espiral y cada giro tiene una
longitud de 34 A e incluye 10 pares de bases nitrogenadas
El diámetro de la molécula es de 20 A
La configuración tridimensional determina la existencia de 2
surcos exteriores, uno ancho entre giro y giro y uno angosto
entre cadena y cadena
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La complementariedad de las cadenas está
dada por
La distancia entre los azúcares
(11 Å) y el tamaño de las bases
nitrogenadas
Bases Púricas:7Å ( Adenina y
Guanina)
Bases Pirimidinicas: 4 Å (Timina y
Citosina)
El número de puentes
Hidrógeno que hay entre
las bases nitrogenadas
CΞG
A=T
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P ÁCIDO FOSFÓRICO
AZ AZÚCAR
B BASE
3’
AZ
B
B
5’
AZ
P
P
AZ
B
B
AZ
P
P
AZ
B
B
AZ
P
P
5’
AZ
B
B
AZ
PUENTE HIDRÓGENO
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3’
La información genética se asienta en la
SECUENCIA de las
bases nitrogenadas
A =T
T =A
CΞG
CΞG
A=T
A=T
T=A
La única diferencia entre los ADN de las distintas
especies está dada por el ordenamiento o SECUENCIA
de las bases en la cadena
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ADN
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Duplicación
del
ADN
Teoría conservativa
 Teoría dispersiva
Teoría semiconservativa
Teoría semiconservativa
Es la que se acepta actualmente (propuesta por Watson y Crick)
Cada molécula nueva que se origina está constituída por una
cadena vieja y otra nueva sintetizada a partir de los 4 nucleótidos
presentes en el medio
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Esquema semiconservativo de
duplicación del ADN
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Duplicación del ADN
La síntesis de ADN se produce siempre en el sentido 5’→3’.
Significa que los nuevos nucleótidos se agregan en el extremo
3’ de la cadena que crece
 Una
cadena crece en forma continua: cadena lider o
adelantada; mientras la otra se sintetiza de a fragmentos
cortos: cadena retrasada o discontinua
Todas las polimerasas conocidas añaden nucleótidos en la
dirección 5’→3’
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Fases de la Duplicación del ADN
•
•
•
•
1. Inicio
2. Desenrrollamiento
3. Elongación
4. Terminación
Se trata de un proceso muy complejo regulado
por numerosas enzimas.
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Comienza con la ruptura de los puentes hidrógeno, por acción de
enzimas llamadas deshidrogenasas
A continuación se produce el desenrollamiento de la molécula de
ADN, realizado por enzimas llamadas helicasas
Encontrándose disponibles los nucleótidos necesarios, y por
medio de la ADN polimerasa, estos se van uniendo en dirección
5’→3’ por complementariedad de bases sobre el molde de la
cadena original
La ADN polimerasa para funcionar necesita una cadena molde, un
cebador o primer que es una molécula de ARN con su extremo
3’ libre y los 4 nucleótidos trifosfato.
Esta enzima solo puede pegar nucleótidos al grupo 3’ del cebador
y por eso la síntesis de ADN solo se produce en dirección 5’→3
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 En la cadena de replicación discontinua, por acción de las ligasas
se unen pequeños segmentos de nucleótidos que se conocen
como Fragmentos de Okasaki (en honor a su descubridor) de 100
a 200 nucleótidos de dirección siempre 5’→3’ que después
despegan el cebador de ARN y son unidos entre sí por acción de
una ligasa
3’
5’
Cadena
retrasada o
discontinua
se sintetizan
fragmentos
cortos
5’
5’
3’
3’
5’
3’
5’
3’
3’
3’
5’
5’
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Cadena lider o
adelantada
Se enfrenta a la ADN
polimerasa por su
extremo
3’ y se forma una
cadena complementaria
continua
Bibliografía
• PIERCE, B. Genética. Un enfoque conceptual. 2005. Ed. Médica
Panamericana.
• SÁNCHEZ-MONGE, E. Y N. JOUVE. 1989. Genética. Ed. Omega.
Barcelona.
• SINNOTT, W. E. L. C. DUNN Y T. DOBZHANSKY. 1977. Principios de
Genética. Ed. Omega. Barcelona.
• SNYDER, L. H. 1952. Los Principios de la Herencia. Ed. Acma.
Buenos Aires.
• SRB, A. M.; R. Q. OWEN Y R. S. EDGAR. Genética general. 1968.
Omega.
• TAMARIN, R. Principios de Genética. 1996. Reverté S. A.
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