ADN COMO MATERIAL

GENTICO

Maribeb Castro Gonzlez, MSc,

PhD

HISTORIA

30s. Los cromosomas tienen ADN y protenas, cada protena es responsable de un carcter biolgico o funcin en el metabolismo.

Protenas con secuencias de a.a. y diferentes estructuras y por ende con muchas funciones biolgicas.

Relacin gen-protenas, porque cada mutacin se corresponda con una alteracin enzimtica.

La hiptesis era que el cromosoma tena molculas de ADN (considerado el esqueleto) y sobre l estaban las protenas gnicas.

Transformacin de neumococos,Grifith 1928

transformacin permanente y hereditaria a muchas generaciones.

Pueden transformar no virulentos en virulentos, introduciendo el material gentico patgeno aun estando muertas!.

Cul era el principio

transformante?

Delbruck 1930, Fagos

Avery, MacLeod & McCarthy 1944 eliminaron enzimas, RNA y quedo ADN

Hotchkiss, 1949, transform caracteres no relacionados con cpsula, resistencia Antibioticos.

Hersey & Check 1952, virus bacterifagos lticos T2 que atacan a E. coli demostrando que:

El material gentico del fago es DNA

Que el DNA-fago se reproduce dentro de las bacterias atacadas y las protenas-fago quedan fuera de las clulas

Mirsky & Ris 1950 Midieron cantidad de

DNA en clulas somticas y gametos:

cantidad-ADN era kte y que hay el doble

en somticas vs.gametos.

Gierer & Schram 1956 Probaron que

algunos virus tienen RNA como material

gentico.

Fraenkel-Conrad & Singer 1957

construyeron virus hbridos in vitro de

RNA-protenas. VMT RNA.

EL ADN-BIOPOLIMERO Kossell & Neumann 1894 bases nitrogenadas.

Bases pricas A-G(2 anillos)

Bases pirimidnicas C,T,U

( 1 anillo)

A, G, C, T = ADN

A, G, C, U = ARN

Hammersten

1900,

Levene 1929:

Pentosas:

desoxiribosa

ribosa,

nuclesido

nucletido

Polmeros de

nucletidos

monofosfato =

ADN cida

Estructura en escalera: Los

peldaos y el pasamanos

Estructura en escalera: Los

peldaos y el pasamanos

Desoxiribonucletidos del DNA

Ribonucletidos del RNA

Las bases se encuentran en proporciones iguales

A = T, G = C,

A/T = G/C = 1,

(A+G) = (T+C ),

A+G/T+C =1

El cociente (A+T)/(G+C)

es tpico y constante para

cada especie.

Regla de Chargaff, 1950

La variacin es mayor entre las bacterias (26% Welchia perfringens, 74% streptococcus griseus) que en los eucariotas (G+C 50%)

DIFERENCIAS ENTRE DNA Y

RNA

DNA

Azcar:

Desoxiribosa

Bases

nitrogenadas: A

A C G T

Cadena doble

RNA

Azcar:

Ribosa

Bases

nitrogenadas:

A C G U

Cadena sencilla

La hebra est

polarizada:

5-P(fosfato) y 3-OH(hidroxilo) y al

formarse la hebra

las bases N que

son planas se

apilan como

monedas.

WilliamAstbury 1950, Rosalin Franklin 1952. Aislamiento y cristalizacin-DNA con patrn de difraccin. Idntico: fagos a mamferos.

Molcula larga fina de 20 y

2 hebras enrolladas helicoidalmente dando una vuelta a la hlice c/34.

ADN con formas tautomricas de acuerdo a la posicin de los dobles enlaces y tomos de H.

Existen 28 posibles pares de bases nitrogenadas en forma tautomrica mayoritaria.

Los cambios tautomricos mutaciones puntuales

Par de bases A=T de tipo Watson-

Crick reverso. En azul el donador

de hidrgenos y en rojo el aceptor.

Ntese que la pirimidina ha sufrido

un giro de 180 sobre el eje del

carbono 6.

Par de bases A=T de tipo Watson-

Crick. En azul el donador de

hidrgenos y en rojo el aceptor.

Carctersticas doble hlice: -Antiparalela

-Hebras complementarias

-Estable: enlaces H y uniones

hidrofbicas

-Dimetro constante

-Helicoidal

-Tridimensionales

-Molcula cida

-Superenrollamiento

-Diferentes formas

Forma Alfa: ms compacta que Beta con 11 pb por vuelta y 23.

Forma Beta: Dextrgira con 10 pb/giro, forma+natural y estable

Forma Z: levgira, 12pb/giro, 18 , se encuentra en algunas regiones pequeas de los cromosomas y sin funcin clara.

ADN cuadruplex por repeticin en

telomeros

Estructura secundaria del ADN

Formada por pb dentro de una hebra simple de ADN.

Stem and loops en RNA ribosomal stems y loops Hairping: Algunos ADN linear tienen estructuras que

se forman desde molculas con repeticiones

invertidas.

ADN superenrollado

En E.coli el ADN es 1000 veces > que el tamao

de la propia clula .

Cmo sucede?

En Eucaria la formacin de nucleosoma

introduce SE-.

En bacterias es la DNA girasa topoisomerasa

II que da SE- en varios pasos

El cido nalidxico, novobiocina y topoisomerasa

I inhiben la girasa en bacterias.

Ventaja o no? Algunos genes se transcriben

ms activamente con ADN-SE, mientras la de

otros se inhibe.

Interacciones de qumicos con el

ADN Algunos qumicos se insertan o intercalan entre pb. sin daar los enlaces H, pero s los enlaces fosfato-azcar alterando la forma de la hlice.

Acridinas: acriflavina, acridina naranja, bromuro de etidio, agentes cancergenos o mutagnicos.

Antibiticos (actinomicinas), benzopirona, se intercalan y enlazan a la garganta mayor inhibiendo la replicacin y la transcripcin

EFECTO DE TEMPERATURA

SOBRE ACIDOS NUCLEICOS Enlaces H se rompen por calor, los covalentes no

>T de fusin > GC.

A medida que se funde la molcula cambia la absorbancia a 260 nm.

Tm = es el punto medio de la transicin a la fusin y depende de la cantidad GC.

T denaturacin = 85-95C

T de fusin aumenta 0.4C por c/1% ms de GC-ADN.

P.e ADN con un 40% de G+C = Tm 87C, 60% G+C = Tm 95C bajo las mismas condiciones experimentales.

Las curvas COT

Cintica de la reaccin de renaturalizacin del ADN bajo condiciones fsicoqumicas estndar (fuerza inica, [cationes], etc.) que permite comparar organismos.

Mide el tiempo entre pasar de una [ ]inicial = 100% de hebras simples a una [ ]final de 0% de hebras simples: moles/L/s.

< complejidad > reasociacin p.e virus vs. Bacteria. Pero, el ADN eucariota aunque complejo se reasocia rpido (COT bajos) porque tiene 3 tipos de secuencias:

tacattgaacggtctaacaacaaaaaggcttgtaaagagattccaagctagttcgtagaggcatccaatacatgtttggctctcgcattccccttttgtt

tagaagtcacaatttcaattgagaaagtctattgcaaaaatttgatccaaatagaaaaagttgatacagattgtattgctaaggcacaccttacatttct

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AATTTGCCTACTTCTTCTTCCTCCTCTTTGTCGACAAAAGCCGGTTGGTTATTGGGTCTTGGTGAGAAGAAAAAGAAAGTGGATTTACCGGAGATAGTGG

CATCTGGTGACCCGGTTCTGCACGAGAAGGCCCGAGAAGTTGACCCGGGAGAAATCGGGTCGGAGCGTATTCAGAAGATAATTGATGATATGATTAAAGT

TATGAGATTGGCTCCTGGAGTTGGCCTCGCTGCTCCTCAAATTGGTGTTCCCTTAAGGgtaagtctataaatgcttttcctagtttcacccatttcgaag

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TCAAGAAAGACGTCATTTTGATCTCATGgtaaataatagaatcagagtgcttaagagttgttacaattttcgattagaacaaaaatgttgaagtttgggg

Tipos de Secuencias:

Clase homognea:1vez/genoma, alto

COT. Ternera 60% genoma.

Clase muy hetereognea: repiten 100s o 1000s de veces (moderadamente repetidas), Ternera 20% genoma. ADN

inestable

Secuencias altamente repetitivas o de

reasociacin muy rpida

COT

Palndromos:

Secuencias que se leen igual en cualquier

direccin COT = 10-2 10-4 o renaturalizan

en tiempo 0,

MADAM IM ADAM,

Renaturalizan por debajo de la T de fusin

y existen miles de palndromos en el

genoma.

Los genes, unidades de informacin

La secuencia del ADN est

estructurada en codones de 3

nucletidos. Se pueden distinguir:

Genes o secuencias codificantes, que contienen la infomacin para

sintetizar protenas, EXONES.

Secuencias no codificantes, que incluyen secuencias reguladoras

de la expresin (promotores,

INTRONES)

Genoma es el conjunto de todos

los genes de un organismo.

Tamao del genoma en diferentes

especies

Especie No. nucleotidos No. genes

Phi-X 174/ virus 5,386 10

Bacilus subtilis / bacteria 4,214,814 4,779

Escherichia coli / bacteria 4,639,221 4,377

Caenorhabditis elegans / gusano 100,258,171 ~19,000

Drosophila melanogaster / insecto 122,653,977 13,379

Homo sapiens / hombre 3.3 x 109 ~25,000

Arabidopsis thaliana/ brasicacea 115,409,949 25,498

Oryza sativa / arroz 4.3 x 108 ~60,000

Human: Nature Feb 2001, 2008

Mouse: Nature Dec 2002

Mosquito: Science Oct 2002

Rat: Nature Apr 2004

75

40 mouse

rat

chicken

chimp

310MY

fish

450MY

600-1200MY?

?

worm

fruit fly 250MY

mosquito

5 human

Chicken: Nature Dec 2004

Chimp: Nature Sep 2005

Honey bee: in preparation

bee

370MY

Variacin entre individuos

La variacin individual

solo representa el

0,01%=1,250 letras

Single nucleotide

polymorphisms (SNPs)

El ADN es la molcula de la vida

Compartimos el 98.4% del DNA con los chimpances. El genoma del bonobo (Junio 2012) y del chimpance son idnticos en el 99,6% y

bonobo y humano somos idnticos en el 98,7% de los nucletidos. El

genoma del bonobo muestra que ms del 3% del genoma humano est

ms cercanamente relacionado con el de bonobos y con el de los

chimpancs que el genoma de estos entre s.