Estructura y Funcion del ADN
- 1. Estructura y función del ADN
- 2. Experimentos clásicos en torno a mitosis Historia del descubrimiento de la molécula Acetabularias de Hämmerling y Brachet (1930 - 1940)
- 3. 1869 Friedrich Miescher descubre lo que hoy conocemos como ADN
- 4. Fleming Beneden y Strasburger describen en 1890 la destribución cromosómica durante la división celular. Walther Flemming
- 5. 1910 Thomas Hunt Morgan demuestra que los genes residen en los cromosomas
- 6. 1933 Jean Brachet demuestra que el ADN se encuentra en los cromosomas y que el ARN está presente en el citoplasma de todas las células 1941 Edward Lawrie Tatum y George Wells Beadle muestran que los genes codifican las proteínas
- 7. Experimento de Griffith (1920) ¿El material genético es ADN o una proteína? Trató de obtener una vacuna para proteger a la gente contra la bacteria Streptococcus pneumoniae , que produce la neumonía. No tuvo éxito, pero descubrió el fenómeno de la transformación. Griffith descubrió dos variedades de Streptococcus, una con cápsula y otra desnuda. Propuso la hipótesis que la cápsula afecta la capacidad de las bacterias para causar la enfermedad y experimentó con ratones de la siguiente manera:
- 8. Inyectó bacterias encapsuladas vivas. Resultado : Los ratones contrajeron neumonía y murieron. La sangre contenía bacterias encapsuladas. Inyectó bacterias desnudas vivas. Resultado : Permanecieron saludables. No se encontraron Streptococcus en la sangre. Inyectó bacterias encapsuladas muertas. Resultado : Los ratones no tuvieron neumonía y carecían de bacterias vivas. Inyectó una mezcla de bacterias encapsuladas muertas y bacterias desnudas vivas. Resultado : Tuvieron neumonía y estaban infestados de bacterias encapsuladas vivas que crecieron
- 10. ¿Qué significaban los experimentos? Una hipótesis era que las bacterias vivas habían adquirido moléculas de información genética provenientes de las bacterias muertas. Las moléculas codificaban las instrucciones para formar cápsulas; por lo tanto, transformaban a las bacterias desnudas en bacterias encapsuladas.
- 11. ¿La molécula de la transformación era el ADN?
- 12. Avery, MacLeod y McCarty de la Universidad Rockefeller en 1944 aislaron ADN de bacterias encapsuladas, las mezclaron con bacterias desnudas vivas y produjeron bacterias encapsuladas vivas. Para demostrar que la transformación la ocasionaba el ADN, y no pequeñas cantidades de proteínas que contaminan al ADN, trataron diferentes muestras con enzimas que destruyen proteínas. Dichas enzimas no afectaron la capacidad de transformación de las muestras de ADN; por otro lado, al tratar muestras con enzimas que destruyen el ADN, se impidió la transformación.
- 13. 1944 Oswald Theodore Avery, Colin McLeod y Maclyn McCarty aíslan ADN como material genético Colin MacLeod, Maclyn McCarty, Detlev Wulf Bronk, Theodosius Dobzhansky, and Wendell M. Stanley at the Avery Memorial Gateway dedication ceremony
- 14. 1944 Oswald Theodore Avery, Colin McLeod y Maclyn McCarty aíslan ADN como material genético Oswald T. Avery ( 1940s)
- 15. Historia de la genética 1950 Erwin Chargaff muestra que los cuatro nucleótidos no están presentes en los ácidos nucleicos en proporciones estables, pero que parecen existir algunas leyes generales. La cantidad de adenina, A, por ejemplo, tiende a ser igual a la de timina, 1905 - 2002) ATGCTTATTC TACGAATAAG A = T C = G
- 16. El ADN es la molécula que contiene la información genética Hershey & Chase
- 17. Lab rats ... James Watson, above left, and Francis Crick weren't going to let Rosalind Franklin get in the way of scientific glory. Photo-illustration: Harry Afentoglou
- 18. Rosalind Franklin Durante 50 años, la historia de la ciencia ha sostenido que los descubridores de la doble hélice del ADN fueron Crick y Watson. En los últimos años, las investigaciones han sacado a la luz la labor de Rosalind Franklin, sin cuyas radiografías sus colegas no hubieran llegado tan rápido a la meta. Hoy se puede decir que si éstos son los «padres» del hallazgo de la estructura helicoidal de la molécula, Franklin merece ser considerada la «madre».
- 20. El ADN de los cromosomas se compone de dos cadenas enrolladas una a la otra en una doble hélice. Los azúcares y fosfatos que unen un nucleótido al siguiente forman el esqueleto en cada lado de la doble hélice. En tanto que las bases de cada cadena se aparean en el centro de la hélice.
- 21. Solo pares específicos de bases, llamados pares de bases complementarias, se pueden unir en la hélice mediante enlaces de hidrógeno: adenina con timina y guanina con citosina.
- 23. COMPOSICIÓN DEL ADN La molécula de ADN está compuesta de subunidades, llamadas nucleótidos, unidos en cadenas largas. Cada nucleótido consta de un grupo fosfato, un azúcar de cinco carbonos, la desoxirribosa y, una base nitrogenada.
- 24. Bases Nitrogenadas En el ADN se presentan cuatro bases diferentes: Adenina Guanina Timina Citosina
- 25. MOLÉCULA DE ADN
- 26. DIMENSIONES DEL ADN
- 30. REPLICACIÓN DEL ADN La clave de la constancia PROCESO
- 31. La replicación del ADN Es el proceso mediante el cual la molécula de ADN hace copias de sí misma (y, por tanto del cromosoma). En el núcleo hay muchos nucleótidos libres que son los bloques de construcción del nuevo ADN .
- 32. Pasos de la replicación del ADN La doble hélice se desdobla de modo que las dos cadenas de nucleótidos quedan paralelas y se rompen los enlaces entre las bases. Las dos cadenas de nucleótidos se separan, empezando en un extremo y abriéndose hasta el otro. Cada mitad de la molécula sirve como un molde para la formación de una nueva mitad del ADN. Las bases de los nucleótidos libres se unen con las bases correspondientes en las dos cadenas de nucleótidos expuestas. La unión específica de A con T y de C con G, asegura que las copias nuevas de ADN sean copias exactas del original.
- 33. Se forman enlaces entre los fosfatos y los azúcares de los nucleótidos que se han apareado con las cadenas de ADN. El resultado es que se forman dos copias idénticas de la molécula original de ADN. Las dos nuevas moléculas de ADN se enroscan y de nuevo toman la forma de una doble hélice. Pasos de la replicación del ADN
- 34. 1958 El experimento Meselson-Stahl demuestra que el ADN se replica de modo semiconservador.
- 37. Historia de la genética 1956 Joe Hin Tjio y Albert Levan establecen en 46 el número de cromosomas en humanos Joe Hin Tjio. Albert Levan
- 41. Estructura de un cromosoma
- 45. ¿Qué es un gen? Es una secuencia de nucleótidos en la molécula de ADN, equivalente a una unidad de transcripción. Contiene la información, a partir de la cual se sintetiza un polipéptido, una enzima, un ácido ribonucleico: mensajero, de transferencia o ribosomal. En el genoma humano la mayoría de los genes son únicos y se expresan en forma independiente. Los genes segregan cuando ocurre la meiosis.
- 46. DOGMA CENTRAL DE LA BIOLOGÌA MOLECULAR Hebra molde Transcripción Traducción
- 47. Naturaleza del material hereditario. Los ácidos nucleicos y sus componentes Los ácidos nucleicos son macromoléculas con estructura de polímero lineal, donde los monómeros son nucleótidos. Cada nucleótido está formado por un azúcar pentosa, un fosfato y una base nitrogenada. Las bases pueden ser purinas (de doble anillo), como la Adenina y la Guanina... ADENINA (A) GUANINA (G)
- 48. También pueden ser pirimidinas, de anillo sencillo, como la timina y la citosina, en el ADN; y la citosina y el uracilo en el ARN TIMINA (T) URACILO (U ) CITOSINA (C) 1 2 3 4 5 6
- 49. Pentosa del ADN: Desoxirribosa ATENCIÒN: Un hidrógeno en la posición 2’ 3’ 5’
- 52. La molécula de ADN es una doble hélice antiparalela (Watson y Crick 1953)
- 53. Fosfatos van unidos al azúcar en el C-5’ y el C-3’ Hebras antiparalelas Punta 3’ libre Punta 5’ libre ACIDOS NUCLEICOS
- 54. La función codificante del ADN está determinada por la secuencia de sus nucleótidos (bases)
- 55. Hebra molde Hebra líder Hebra retardada EL ADN es la molécula que permite perpetuar la vida: REPLICACIÓN DEL ADN
- 56. Replicación Las ADN polimerasas requieren como sustrato la punta 3’ hidroxilo libre de una base apareada para catalizar la unión de otro nucleótido. El OH libre se une al 5’ -fosfórico del deoxinucleósido 5’ trifosfato, liberándose un pirofosfato inorgánico
- 58. ADN polimerasas, ligasas…. ADN polimerasas de alta fidelidad dirigidas por ADN : dos de ellas replican los cromosomas, ( ) específica para la hebra retardada porque tiene una subunidad primasa, ( ) líder y elongación de la hebra retardada, otras dos reparan el ADN ( y ), y una de ellas replica y repara el ADN mitocondrial ( ). tienen actividad 3’ - 5’ exonucleasa y tienen actividad de reparación del ADN de tipo excisión de nucleótidos y de bases.
- 59. ADN-polimerasas….. ADN polimerasas propensas a errores dirigidas por ADN : un grupo grande que replica con muy baja fidelidad. La tasa de error de la polimerasa (iota) es 20.000 veces mayor que la de . Se expresan en cantidades altas en el sistema inmune, implicadas en la hipermutabilidad en linfocitos B y T. ADN polimerasas dirigidas por ARN : usan como molde una hebra de ARN: transcriptasas reversas. Ej: Actividad polimerasa en la enzima telomerasa (Tert) que replica la parte final de los extremos lineales de los cromosomas. Transcriptasa reversa endógena, que ocasionalmente puede convertir ARN en ADNc e integrarlo al genoma.
- 60. Proteinas principales replicación Topoisomerasas: rompen una hebra y la tensión del enrrollamiento de la hélice se relaja Helicasas: completan el desenrrollamiento ADN polimerasas : complejos agregados de diferentes proteínas. Primasas: sintetizan los iniciadores de ARN que se necesitan para iniciar la replicación Ligasas: sellan las lagunas dejadas por las ribonucleasas cuando remueven los primers, catalizan la unión fosfodiester entre nucleótidos adyacentes. Proteinas de unión a la hebra sencilla del ADN : estabilizan la horquilla de replicación.
- 61. Estructura tridimensional de una helicasa: un hexámero con seis sitios de enlace al ATP. La hidrólisis secuencial de estos ATPs permite el desenrrollamiento de la doble hélice.
- 63. Síntesis del primer de ARN por una primasa
- 64. En eucariontes los fragmentos de Okasaki tienen 200 nucleótidos, los primers unos 10. Los iniciadores de ARN se eliminan mediante una ARNasa específica que reconoce dobles hélices híbridas ARN-ADN La laguna es llenada por una polimerasa y la unión finalmente es realizada por una ligasa
- 65. La ligasa acopla la hidrólisis de un ATP para hacer más favorable la reacción de unión entre el fosfato y el hidroxilo libre, liberando al final un AMP.
- 66. Efecto de las proteínas de enlace con la hebra sencilla del ADN
- 67. Estructura de las proteinas de enlace a la hebra sencilla Modelo de la proteína humana
- 68. Horquilla de replicación en los mamíferos: Dos polimerasas diferentes en la hebra retardada, primero empieza la pol sintetizando el primer de ARN algo del ADN porque tiene una subunidad primasa, luego sigue trabajando la pol en la elongación del fragmento
- 71. Tipos de daño al ADN Mecanismos endógenos: Pérdida de bases tipo purinas por ruptura espontánea del enlace con el azúcar 5000/día/célula humana Deaminación espontánea de citosinas y adeninas produce uracilo e hipoxantina Moléculas con oxígenos reactivos atacan los anillos de las bases nitrogenadas La ADN polimerasa puede incorporar bases equivocadas en la replicación Errores en la replicación o recombinación provocan fracturas en el ADN
- 72. Agentes extracelulares Radiaciones ionizantes : rayos gamma y rayos X causan rupturas en la doble hélice Luz UV causa la formación de los dímeros de timina Químicos ambientales como agentes alquilantes y otras sust químicas forman aductos con las bases del ADN: hidrocarburos, productos naturales como las aflatoxinas.
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- 75. Mecanismos de detección y reparación de daños al ADN Sistemas enzimáticos para reconocer, eliminar y reparar daños inducidos al ADN se han descrito y estudiado bien en bacterias El estudio de los síndromes hereditarios de predisposición al cáncer ha permitido ampliar el conocimiento en el ser humano
- 76. Capitulo 14: del ADN a las proteínas
- 77. Transmisión de la información La transmisión se lleva a cabo principalmente gracias a la existencia de los ácidos ribonucleicos o ARNs ARN mensajero (lineal de hebra simple) ARN de transferencia ARN ribosomal Y a las ARNs polimerasas
- 79. Ribonucleótido ATENCION: Grupo hidroxilo en la posición 2’
- 81. URACILO sustituye a la TIMINA La secuencia correspondiente a una unidad de transcripción en el ADN se transcribe en una hebra complementaria de ARN, llamada transcrito primario, a partir del cual, por modificaciones post-transcripcionales , se origina el ARN mensajero
- 82. TRANSCRIPCIÒN La ARN polimerasa se activa cuando forma un complejo con los factores de transcripción o elementos trans. La interacción de estos entre sí, y con las secuencias reguladoras del ADN (los factores cis) es la que determina donde, cuando y con qué rapidez ocurre la transcripción
- 83. Región reguladora EXON 1 EXON 2 EXON 3 EXON 4 EXON n Región reguladora PROMOTOR 5` 3` Intrón 1 Intrón 2 Intrón 3 Unidad de transcripción Secuencia que no se traduce Secuencia que no se traduce Modelo simplificado de un gen humano Dra. Patricia Cuenca Berger INISA Después del procesamiento postranscripcional del ARN transcrito primario, la secuencia de ARNm corresponde a las secuencias de los exones y las no codificantes (UTRs).
- 84. Procesamiento postranscripcional del ARN Corte en 5’ y unión de un “cap”(5-metilguanosina), para proteger del ataque de las exonucleasas, facilitar el transporte núcleo-citoplasma, y el anclaje del ARNm al ribosoma Corte en 3’ y unión de una cola de poli-A (200 AMP), confiere estabilidad y ayuda en la traducción Eliminación de los intrones, por formación de un complejo snARNs-proteinas: “spliceosoma”, el cual es específico. La especificidad de la reacción está dada por la complementaridad de las bases entre los pequeños ARNs nucleares y el ARN transcrito primario
- 88. ARN de transferencia activado: cargado con el aminoácido correspondiente
- 89. CODIGO GENETICO ARNm
- 90. DOGMA CENTRAL DE LA BIOLOGÌA MOLECULAR Hebra molde Transcripción Traducción
- 91. TRADUCCIÓN ARN --- Proteína
- 93. Cuatro monómeros de aminoácidos Reacción de condensación Polipéptido Enlace peptídico catalizado por el complejo enzimático localizado en el ribosoma
- 94. 01_03.jpg Estructura general de un aminoácido POLARES Cargados Sus moléculas están parcialmente cargadas
- 95. 01_03_2.jpg Polares neutros En sus residuos tienen grupos aminos, hidroxilos o sulfidrilos
- 96. 01_03_3.jpg No polares o hidrofóbicos
- 97. Estructura primaria (Secuencia lineal) Residuos de los distintos aminoácidos Estructura secundaria (forma adoptada espontáneamente) Estructura terciaria (Forma tridimensional: globular, tubular, como una rueda, etc.) Las proteínas sufren transformaciones post-traduccionales
- 98. Estructura cuaternaria: combinación de monómeros
- 99. Anemia falciforme : Hemoglobina HbA se transforma en HbS La mutación es un cambio del segundo nucleótido en el codón 6 en la subunidad beta Adenina por timina Ácido glutámico por valina HbS Selección Natural Ventaja heterocigoto Malaria
- 100. Variaciones en la secuencia de bases del ADN que no causan alteraciones funcionales patológicas, son alelos o polimorfismos del gen existentes en la población (>1%) Alteraciones en la secuencia de bases del ADN que alteran la función normal (produciendo patología) del producto génico son mutaciones
- 101. Mutaciones Germinales o constitucionales: El individuo las adquiere por herencia de sus padres, puede ocurrir de novo en una célula germinal de alguno de los padres. Todas las células del cuerpo llevan la misma mutación Ejemplo: enfermedades hereditarias Somáticas: Se adquiere en el transcurso de la vida Es portada únicamente por la célula afectada y sus células hijas. El individuo es un mosaico. Ejemplo: cáncer
- 102. Clases de mutaciones : Sustitución de bases: 1- Sustituciones sinónimas (otro codón : mismo aa) 2- Mutaciones sin sentido (cambio a codón STOP) 3- Mutaciones de sentido equivocado: sustitución del aa en la proteina 4- Mutaciones en el sitio de corte y empalme del ARN.
- 103. Otros tipos de mutaciones: a- Mutaciones de cambio en el marco de lectura - deleciones - duplicaciones o insersiones b- Mutaciones dinámicas La patología molecular intenta explicar porque un cambio genético dado podría resultar en un fenotipo clínico particular.
- 104. 16_01.jpg Pérdida de función del gen PAX3: Síndrome de Waardenburg tipo I, sordera y anormalidades pigmentarias Diferentes tipos de mutaciones afectan al gen, todas causan pérdida de función y el mismo resultado clínico
- 105. Cambio fenotípico por dos mecanismos: 1- pérdida o reducción de la función normal. 2- el producto podría adquirir una nueva función. ¿Por qué las mutaciones tienen diferentes tipos de herencia, dominantes, recesivas, etc? Las leyes de Mendel se cumplen en la herencia de algunos rasgos y enfermedades humanas, las que son codificadas por un solo gen. Leyes de Mendel: redescubiertas 1900 Modelo de la doble hélice del ADN: 1953
- 106. Mutaciones hereditarias: ¿ Dominante o recesiva? Mutaciones recesivas llevan a un producto génico con función reducida o con pérdida de función. - Para la mayoría de los genes, es suficiente el producto de uno de los alelos (la mitad) para que se lleve a cabo la función normal. Por eso es que la mayoría de los errores innatos del metabolismo son recesivos. Mutaciones dominantes llevan a un producto génico con ganancia de función. La ganancia de función causa fenotipos dominantes porque la presencia del producto normal no previene que el producto mutado se “comporte” anormalmente. La adquisición de una nueva función es un evento raro en enfermedades hereditarias, pero muy común en cáncer
- 108. Clases de mutaciones : Sustitución de bases: 1- Sustituciones sinónimas (otro codón : mismo aa) 2- Mutaciones sin sentido (cambio a codón STOP) 3- Mutaciones de sentido equivocado: sustitución del aa en la proteina 4- Mutaciones en el sitio de corte y empalme del ARN.
- 109. Otros tipos de mutaciones: a- Mutaciones de cambio en el marco de lectura - deleciones - duplicaciones o insersiones b- Mutaciones dinámicas La patología molecular intenta explicar porque un cambio genético dado podría resultar en un fenotipo clínico particular.
- 110. 16_01.jpg Pérdida de función del gen PAX3: Síndrome de Waardenburg tipo I, sordera y anormalidades pigmentarias Diferentes tipos de mutaciones afectan al gen, todas causan pérdida de función y el mismo resultado clínico
- 111. Cambio fenotípico por dos mecanismos: 1- pérdida o reducción de la función normal. 2- el producto podría adquirir una nueva función. ¿Por qué las mutaciones tienen diferentes tipos de herencia, dominantes, recesivas, etc? Las leyes de Mendel se cumplen en la herencia de algunos rasgos y enfermedades humanas, las que son codificadas por un solo gen. Leyes de Mendel: redescubiertas 1900 Modelo de la doble hélice del ADN: 1953
- 112. Mutaciones hereditarias: ¿ Dominante o recesiva? Mutaciones recesivas llevan a un producto génico con función reducida o con pérdida de función. - Para la mayoría de los genes, es suficiente el producto de uno de los alelos (la mitad) para que se lleve a cabo la función normal. Por eso es que la mayoría de los errores innatos del metabolismo son recesivos. Mutaciones dominantes llevan a un producto génico con ganancia de función. La ganancia de función causa fenotipos dominantes porque la presencia del producto normal no previene que el producto mutado se “comporte” anormalmente. La adquisición de una nueva función es un evento raro en enfermedades hereditarias, pero muy común en cáncer
- 113. Variabilidad de los genes Gen Tamaño N° exones ARNt 100 pb 2 -globina 1.600 pb 3 colágenoVII 31.000 pb 118 Distrofina 2.400.000 pb 79 Genes dentro de genes : Ej: el intrón 27 del gen NF1 contiene 3 genes Genes que se sobreponen : Ej: algunos genes mitocondriales
- 114. Proteoma Es el set de genes que codifican para proteínas Distribución por su función en el GH : Procesos ADN (replic, trans, trad.) 22% Metabolismo 17% División celular 12% Defensa 12% Regulación y señales 12% Estructura 8% Función desconocida 17%