estructura y duplicaciÓn del material...
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ESTRUCTURA Y
DUPLICACIÓN DEL
MATERIAL GENÉTICO
Cátedra de Genética - Facultad de
Agronomía y Zootecnia - UNT
LOS ÁCIDOS NUCLEICOS COMO MATERIAL GENÉTICO
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Los Ácidos Nucleicos
• 1- Ácido Desoxiribonucleico (ADN)
• 2- Ácido Ribonucleico (ARN)
Almacenar
Reproducir
Transmitir
INFORMACIÓN GENÉTICA
Funciones
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
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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 químicaEn 1924 Feulgen desarrolló una técnica para teñir selectivamente el ADN y estableció que el ADN es el principal componente de la nucleínaEn 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 GriffithEn 1944 Avery y colaboradores determinaron que el ADN es el responsable de la herenciaEn 1953 James Watson y Francis Crick determinaron la estructura del ADN (Premio Nobel en 1964)
Historia
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Trabajó con neumococo, bacteria que produce la neumonia
La capacidad de formar o no la cápsula está codificada en el ADN
Bacterias capsuladas Colonias lisas (S)
Bacterias no capsuladas Colonias rugosas ( R )
virulentas
No virulentas
Griffith (1928)
RUGOSAS ( R )
NO VIRULENTAS
no tienen
cápsula
LISAS (S) VIRULENTAS
producen la neumonia poseen una
cápsula de polisacáridos que las
protege de la reacción de defensa
(fagocitosis) de los organismos
donde se introducen
COLONIAS
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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
Experiencia
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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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
En 1944, Avery, Mac Lead y Mc Carty,
demostraron que el principio transformador era el ADN
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El ADN es el responsable de la herencia
El ADN es el material hereditario
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Composición Química de ADN-ARN
Macromoléculas de elevado peso
molecular
Polímeros de subunidades llamadas
Nucleótidos
Grupo Fosfato (ácido
fosfórico)
Azúcar (pentosa)
Base Nitrogenada
NUCLEÓTIDOS
(monómeros)
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AZÚCAR Y BASE NITROGENADA NUCLEÓSIDO
NUCLEÓSIDO Y ÁCIDO FOSFÓRICO NUCLEÓTIDO
AZÚCARD RIBOSA
D2 DESOXIRIBOSA
BASE NITROGENADA(rica en N)
PURICA (ADENINA ,
GUANINA)Grandes (7A) con dos anillos
heterocíclicos
PIRIMIDINICA (CITOSINA,
TIMINA, URACILO)
Pequeñas (4A) con un anillo
heterocíclico
ADN-ARN
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Tipo
ácido
nucleico
H3PO4
ácido
fosfórico
Pentosa Base nitrogenada
Púrica / Pirimidinica
Cadena
ADN Sí D2
desoxiribosa
ADENINA CITOSINA
GUANINA TIMINA
Doble
ARN Sí D ribosa
ADENINA CITOSINA
GUANINA URACILO
Simple
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Bicatenario
D2 desoxiribosa
Timina
ARNADN
Monocatenario
D ribosa
Uracilo
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ARNm (mensajero)
ARNt (de transferencia)
ARNr (ribosomal)
Tipos de ARN
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)
Se sintetizan en el núcleo a partir del ADN
y se dirigen al citoplasma
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En 1953
Watson y Crick determinaron
La estructura tridimensional del ADN
Con este descubrimiento se logra casi inmediatamentecomprender el funcionamiento y modo dereplicación 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
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
P
P
B
B
AZ
AZ
AZAZ
AZ B
B B
B
B
B
P
P
P
P ÁCIDO FOSFÓRICO AZ AZÚCAR B BASE
PUENTE HIDRÓGENO
AZ
AZ
AZ
5’
3’
3’
5’
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La información genética se asienta en la SECUENCIA de las
bases nitrogenadas
La única diferencia entre los ADN de las distintas
especies está dada por el ordenamiento o SECUENCIA
de las bases en la cadena
A = T
T = A
C Ξ G
C Ξ G
A = T
A = T
T = A
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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 extremo3’ de la cadena que crece
Una cadena crece en forma continua: cadena lider oadelantada; mientras la otra se sintetiza de a fragmentoscortos: cadena retrasada o discontinua
Todas las polimerasas conocidas añaden nucleótidos en la dirección 5’→3’
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• 1. Inicio• 2. Desenrrollamiento• 3. Elongación• 4. Terminación
Se trata de un proceso muy complejo regulado
por numerosas enzimas
Fases de la Duplicación del ADN
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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 ADNpolimerasa, estos se van uniendo en dirección 5’→3’ porcomplementariedad de bases sobre el molde de la cadena original
La ADN polimerasa para funcionar necesita una cadena molde, un cebador oprimer 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 esola 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
5’
3’
3’
3’
5’
5’
5’
3’
5’
5’
3’
3’5’
3’
Cadena lider o
adelantada
Se enfrenta a la ADN
polimerasa por su
extremo
3’ y se forma una
cadena complementaria
continua
Cadena
retrasada o
discontinua
se sintetizan
fragmentos
cortos
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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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