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• Miguel Encinas

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ESTRUCTURA DEL ADN Y ARN

Gen • Un gen es un fragmento de ácido nucléico que tiene información para un determinado carácter • Un gen ocupa una posición fija en el hilo de DNA (LOCUS) • Para un mismo locus puede haber más de un tipo de información. Cada información que hay en un mismo locus se le llama ALELO • Por cada gen hay una enzima que transporta las sustancias

DNA Y RNA SON LOS ACIDOS NUCLEICOS • Los ácidos nucleicos trasmiten información hereditaria y determinan que proteínas producen las células. • Los ácidos desoxirribonucleicos (DNA) compone los genes y son el material hereditario de las células y contiene instrucciones para la síntesis de todas las proteínas que necesita el organismo. • Los ácidos ribonucleicos (RNA) participan en la síntesis de proteínas.

DNA Y RNA Las Bases Nitrogenadas una base nitrogenada, compuesto anular que contiene nitrógeno y puede ser una purina de doble anillo o una pirimidina de un solo anillo.

PURINAS

PIRIMIDINAS

DNA Y RNA Pentosas (azúcar de 5 carbonos)

NH2 N

O -

O P O CH2 O-

N

N

O

H

H

OH

OH

N

H

Pentosa Fosfato

Base

Nucleósido Nucleótido

Las moléculas de ácidos nucleicos se componen de cadenas lineales de nucleótidos, unidos por enlaces fosfodiéster 3', 5', cada uno consistente de un grupo fosfato y los enlaces covalentes del carbono 3' de un azúcar al fosfato y al cabono 5' del azúcar adyacente. NH2 N 5

O P O CH2 O-

N

N

O

4

Polinucleótido

N NH2

1 3

2

N

O

OH O P O CH2 -

O

N

N

O

N NH2 N

O

OH O P O CH2 -

Enlace Fosfodiéster 3', 5'

O

O

O

N

N N

OH

Enlace β-glicosídico

ESTRUCTURA DEL ADN • Contiene las purinas adenina (A) y guanina (G) y las pirimidinas citosina (C) y timina (T). • El azúcar desoxirribosa y • El grupo fosfato.

El DNA se compone de dos cadenas de nucleótidos mantenidas juntas por enlaces de hidrógeno y enrolladas una alrededor de la otra en una doble hélice.

Otras propiedades del DNA • Las hélices son antiparalelas 5’→→→→3’ 3’←←←←5’

• Medidas – Distancia entre una base nitrogenada y otra – 3.4 A° – Diámetro de la hélice – 20 A° – Vuelta de espiral (10 bases nitrógenadas) – 34 A°

Otras propiedades del DNA • Regla de Apareamiento de Chargaff – Dice que las bases nitrogenadas se aparean de tal manera que el número total de purinas es igual al número total de pirimidinas. – Sin embargo, la cantidad de A+T no es necesariamente igual a la cantidad de C+G. A+G / C+T = 1 (Purinas) (Pirimidinas) Ej. 5’ AAATTTCGGCGT 3’ 3’ TTTAAAGCCGCA 5’ 7+5/5+7=1 A+T= 14 C+G= 10

Modelo De WATSON-CRICK • Cada molécula de DNA está formada por dos largas cadenas de polinucleótidos que corren en direcciones opuestas formando una hélice doble alrededor de un eje imaginario central. De esta forma la polaridad de cada cadena es opuesta • Cada nucleótido está en un plano perpendicular al de la cadena polinucleótida • Las dos cadenas se encuentran apareadas por uniones de hidrógeno establecidas entre los pares de bases

Modelo De WATSON-CRICK • El apareamiento es altamente específico. Existe una distancia física de 11 A entre dos moléculas de desoxirribosa en las cadenas opuestas (sólo se pueden aparear una base púrica con una pirimídica. A-T G-C entre A y T hay dos puentes de hidrógeno y entre G-C hay tres. Son imposibles otras uniones) • La secuencia axil de bases a lo largo de una cadena de polinucleótidos puede variar considerablemente, pero en la otra cadena la frecuencia debe ser complementaria

MODELO DE WATSON-CRICK

Modelo De WATSON-CRICK

Modelo De WATSON-CRICK 5’

3’

3’

5’

Cada una de las dos hélices es un polinucleótido entrelazado con el otro de manera que su polaridad es opuesta (es decir, corren en sentido antiparalelo)

Genética Molecular El DNA es el portador del mensaje genético • La cantidad de DNA en las células de individuos de la misma especie es constante • Cuanto más compleja es la especie mayor cantidad de DNA contiene • La luz ultravioleta de 360 nm es la más absorbida por el DNA y la qué provoca más mutaciones (reconocidas por una descendencia anormal) • Las proteínas encontradas en especies muy diferentes son parecidas y de estructura muy simple • Las células reproductoras contienen la mitad de DNA

MODELO DE WATSON-CRICK Duplicación o Replicación del DNA Debido a la temporalidad de los seres vivos para que una especie no se extinga ha de haber al menos un momento en el que la información biológica (características morfológicas y fisiológicas) se replique y a partir de esas copias aparezcan los descendientes

MODELO DE WATSON-CRICK Duplicación o Replicación del DNA

• La duplicación consiste en la disociación de las dos cadenas de forma que cada una sirve como molde para la síntesis de dos hebras complementarias, produciéndose dos moléculas de DNA con igual constitución molecular

Hipótesis de la Replicación

Escherichia coli se cultivó en un medio con nitrógeno pesado 15N durante muchas generaciones y luego se transfirió a otro medio con nitrógeno ligero 14N.

Mecanismo de la Duplicación • Se acepta el modelo de Watson y Crick sobre la duplicación semiconservativa • Primero se separan las cadenas quedando las bases libres • Los nucleótidos sueltos establecen puentes de hidrógeno con las bases libres según la complementariedad de las bases • Se establecen los enlaces fosfodiester entre nucleótidos

Características de la Replicación del DNA • Es semiconservativa ya que al final de la duplicación, cada molécula de DNA presenta una hebra original y una hebra nueva. •

Es bidireccional, ya que a partir de un punto dado, la duplicación progresa en dos direcciones.

• La replicación avanza adicionando mononucleótidos en dirección 5' → 3' • Las cadenas de DNA se desenrollan por la acción de enzimas DNA helicasas, las cuales recorren la hélice, separando las cadenas a medida que avanzan.

Características de la Replicación del DNA • Una vez separadas las cadenas las proteínas desestabilizadoras de la hélice se unen por separado a cada cadena. • Las enzimas topoisomerasas se encargan de liberar la tensión producida en la cadena doble de DNA, debido al desenrollamiento, rompiendo y volviendo a unir cada hebra para liberar la tensión y deshacer los nudos. • Las enzimas DNA polimerasas catalizan la unión de las subunidades nucleotídicas. Pueden agregar nucleótidos solo al extremo 3'‘ de una cadena polinucleotídica apareada a la cadena que se esta copiando. Como sustrato para la reacción de polimeración se utilizan nucleótidos conocidos como trifosfatos de nucleósido.

Características de la Replicación del DNA • Para la síntesis del DNA se requiere de un RNA cebador o RNA primer (por lo común de unos 5 nucleótidos) que es sintetizado al principio por un agregado de proteínas llamado primosoma. • La DNA polimerasa puede entonces agregar subunidades al extremo 3' del RNA cebador. • El cebador es degradado después por enzimas específicas.

RNA cebador

Características de la Replicación del DNA •

La duplicación del DNA es discontinua en una cadena y continua en otra. La síntesis del DNA se realiza en el sentido 5' → 3' (significa que la cadena que está siendo copiada se lee 3' → 5')

•

La duplicación del DNA se inicia en sitios específicos denominados orígenes de duplicación y ambas cadenas se duplican al mismo tiempo en una estructura en forma de Y denominada horquilla de duplicación.

•

Cadena directora. El extremo 3' de una nueva cadena siempre crece hacia la horquilla de duplicación y se forma con facilidad y de manera continua.

•

Cadena seguidora. El extremo 3' de la otra cadena nueva crece en sentido opuesto a la horquilla de duplicación, por lo que deben sintetizarse fragmentos cortos (de 100 a 1 000 nucleótidos) denominados fragmentos de Okazaki.

Cada fragmento de Okazaki es iniciado por un RNA cebador distinto y crece hacia el extremo 5' del fragmento previamente sintetizado por la DNA polimerasa. Cuando un fragmento en crecimiento llega a otro ya sintetizado, una parte de la DNA polimerasa degrada el RNA cebador y otra llena el espacio entre los dos fragmentos. Estos son unidos por una DNA ligasa

ESTRUCTURA DEL ARN • El ARN contiene las primeras tres bases y el uracilo (U) en lugar de la timina, el azúcar ribosa y el grupo fosfato. • La disociación del grupo fosfato de un nucleótido deja un compuesto llamado nucléosido que se compone de la base y el azúcar

ARN La estructura primaria es similar a la del ADN pero

La desoxirribosa

ribosa

Las bases nitrogenadas

La Timina (T)

Uracilo (U)

ARN -Constituido por ribonucleótidos (nucleótidos de ribosa) -Los ribonucleótidos se unen entre sí, igual que en el DNA, a través de un ácido fosfórico en sentido 5’Æ3’ -El RNA es casi siempre monocatenario

Ribosómico ARNr Tres tipos de ARN

Mensajero ARNm Transferencia o soluble ARNt

ARN Los distintos tipos de RNA permiten la expresión fenotípica del ADN: • Como mensaje genético que determina la secuencia de aminoácidos en la síntesis de proteína: ARN mensajero o mARN • Como molécula que activa a los aminoácidos para poder ser incorporados en una nueva proteína: ARN de transferencia o tARN • Como elemento estructural básico de las partículas encargadas de llevar a cabo la síntesis proteica, los ribosomas: ARN ribosómico o rARN

La Expresión del Mensaje Genético Las instrucciones para construir las proteínas están codificadas en el ADN y las células tienen que traducir dicha información a las proteínas. El proceso consta de dos etapas: 1.- En el núcleo se pasa de una secuencia de bases nitrogenadas de un gen ADN a una secuencia de bases nitrogenadas complementarias que pertenecen a un mARN (TRANSCRIPCIÓN) 2.- En los ribosomas se pasa de una secuencia de ribonucleótidos de mARN a una secuencia de aminoácidos (TRADUCCIÓN)

Transcripción

DNA

mRNA

Traducción

proteínas

El Código Genético Traducción de las Proteínas Existen 20 aminoácidos diferentes y sólo 4 nucleótidos en el mRNA Æ Se pueden construir 64 tripletes mediante combinaciones con repetición de los 4 nucleótidos tomados de tres en tres A cada triplete se le llama CODÓN

El Código Genético Segundo Lugar en el Codón T

C

A

G

TTT Phe [F]

TCT Ser [S]

TAT Tyr [Y]

TGT Cys [C]

T

TTC Phe [F]

TCC Ser [S]

TAC Tyr [Y]

TGC Cys [C]

C

TTA Leu [L]

TCA Ser [S]

TAA Ter [end]

TGA Ter [end]

A

TTG Leu [L] P r CTT Leu [L] i CTC Leu [L] m C CTA Leu [L] e r CTG Leu [L]

TCG Ser [S]

TAG Ter [end]

TGG Trp [W]

G

T

CCT Pro [P]

CAT His [H]

CGT Arg [R]

CCC Pro [P]

CAC His [H]

CGC Arg [R]

CCA Pro [P]

CAA Gln [Q]

CGA Arg [R]

CCG Pro [P]

CAG Gln [Q]

CGG Arg [R]

T T e r C c A e G r

[I]

ACT Thr [T]

AAT Asn [N]

AGT Ser [S]

T

[I]

ACC Thr [T]

AAC Asn [N]

AGC Ser [S]

[I]

ACA Thr [T]

AAA Lys [K]

AGA Arg [R]

[M]

ACG Thr [T]

AAG Lys [K]

AGG Arg [R]

L u C g A a G r

GTT Val [V]

GCT Ala [A]

GAT Asp [D]

GGT Gly [G]

T

GTC Val [V]

GCC Ala [A]

GAC Asp [D]

GGC Gly [G]

C

GTA Val [V]

GCA Ala [A]

GAA Glu [E]

GGA Gly [G]

A

GTG Val [V]

GCG Ala [A]

GAG Glu [E]

GGG Gly [G]

G

L ATT Ile u ATC Ile g A ATA Ile a r ATG Met

G

El Código Genético Alanina Arginina Asparagina Aspártico Cisteina Fenilalanina Glicina Glutámico Glutamina Histidina Isoleucina Leucina Lisina Metionina Prolina Tirosina Treonina Triptófano Serina Valina

Ala Arg Asn Asp Cys Phe Gly Glu Gln His Ile Leu Lys Met Pro Tyr Thr Trp Ser Val

A R N D C F G E Q H I L K M P Y T W S V

El Código Genético • - Es universal, pues lo utilizan casi todos los seres vivos conocidos. Solo existen algunas excepciones en unos pocos tripletes en bacterias. • - No es ambiguo, pues cada triplete tiene su propio significado • - Todos los tripletes tienen sentido, bien codifican un aminoácido o bien indican terminación de lectura. • - Está degenerado, pues hay varios tripletes para un mismo aminoácido, es decir hay codones sinónimos. • - Carece de solapamiento es decir los tripletes no comparten bases nitrogenadas. • - Es unidireccional, pues los tripletes se leen en el sentido 5´-3´.