Biología Molecular

Vista previa del material en texto

BASES MOLECULARES DE LA GENETICA
Lic.TM. Héctor Herrera Reynoso
Esp.: Citogenetica y Biología Molecular
El ADN como material genético
GENOMA
Concepto: Material hereditario de una célula humana
Observación:
Nivel químico-molecular: ácido desoxirribonucleico (ADN o DNA)
Nivel celular-microscópico: núcleo: cromosomas
GENOMA HUMANO
NUCLEAR: 
 - 23 pares de cromosomas
 - 3.3 x10(9) pb
 - 22,000 genes (+ 600,000 proteínas)
 - 1.2% codifica
 - + 5,000 enfermedades hereditarias
MITOCONDRIAL:
 - 1 solo cromosoma, pero miles de mitocondrias
 - 16,569 pb
 - 37 genes (13 proteínas)
BIOLOGÍA MOLECULAR
CITOGENETICA
3
El ADN como material genético
 CARACTERIZACION DEL MATERIAL HEREDITARIO
Teoría Celular
Teoría cromosómica de la herencia
Composición química del núcleo
Transformación de bacterias
Transducción de fagos
Proporción de base nitrogenadas
Difracción de rayos X
TEORIA CROMOSOMICA DE LA HERENCIA
Walter Sutton (1902): fue un médico y genetista cuya contribución más significativa a la biología fue su teoría de que las leyes mendelianas de la herencia podían ser aplicadas a los cromosomas a nivel celular.
Cromosomas: cuerpos coloreados
Visibles al microscopio como cuerpos bastonados en mitosis y meiosis
2n pares en mitosis y 1n en meiosis
Reglas de Mendel explicadas si los caracteres están localizadas en el cromosoma
Thomas Morgan: Drosophila mutante ojos blancos solo machos (XY)
Cada especie con número y forma específica de cromosomas
4
El ADN como material genético
Los ácidos nucleicos son biomoléculas muy grandes.
Fueron aisladas por primera vez por Miescher en 1870 a partir de las células del pus; su nombre se origina por que la primera vez que se identificaron se observó que eran ácidos y se encontraban en el núcleo celular. 
COMPOSICION QUIMICA DEL NUCLEO (ANALISIS QUIMICO DEL NUCLEO)
Johan Friedrich Miescher (1869): Estudia la composición química de la pus y encuentra una fracción precipitable por ácido diluido que denominaron Nucleína. Más tarde encuentra un material parecido a la nucleína en el esperma de salmón y lo fracciona en un componente proteico (Protamina) y una sustancia fosfórica no proteica, de carácter ácido, que Richard Altmann denomina ácido nucleico. 
Phoebus Aaron Levene (1920’s):  bioquímico que estudió la estructura y función de los ácidos nucleicos. Él caracterizó las diferentes formas de ácidos nucleicos, ADN de ARN, y encontró que el ADN contenía adenina, guanina, timina, citosina, desoxirribosa, y un grupo fosfato
 Determinó que los ácidos nucleicos estaban compuestos de ácido fosfórico, una pentosa y las
 bases nitrogenadas: [P[ = [D- ribosa[ = [4 bases nitrogenadas[
 - Fosfato:ribosa:base = Nucleótido
 - Extracción fibrilar: cadena
Robert Feulgen (1920): Tinción nuclear específica de ADN en 1914, y también descubrió que el ADN se encuentra en los cromosomas.
5
El ADN como material genético
6
El ADN como material genético
Bases Nitrogenadas : Son moléculas heterocíclicas.
Las purinas difieren entre sí en sus cadenas
laterales y en la presencia de un doble enlace (entre el N1 y el C6).
Las pirimidinas difieren entre sí en sus cadenas laterales (-NH2 en el C4 de la citosina en el C5
de la timina, ó en el C4 del uracilo) y en la presencia o ausencia de un enlace doble entre el N3 y el C4 (presente en la citosina).
En el Nucleótido : el átomo de N en la posición 9 de la purina o en la posición 1 de la pirimidina está unido al C en la posición 1 del azúcar (enlace N-glucosídico)
7
El ADN como material genético
8
El ADN como material genético
9
El ADN como material genético
ANALISIS QUIMICO DE NUCLEOTIDOS EN DIFERENTES ESPECIES: ERWIN CHARGAFF (1940)
Analizó las bases nitrogenadas del ADN en diferentes formas de vida, concluyendo que, la cantidad de purinas siempre se encontraban en proporciones iguales a las de las pirimidina, la proporción era igual en todas las células de los individuos de una especie dada, pero variaba de una especie a otra.
10
El ADN como material genético
TRANSFORMACION DE BACTERIAS
Frederick Griffith (1928): genetista que realizó el experimento conocido como "experimento de Griffith", descubrió lo que él llamó "principio de transformación", la trasmisión de información genética de una bacteria a otra, pero en su momento no se conocía si la misma se relacionaba con el ADN o proteínas. Para esto utilizó dos cepas de bacterias Streptococus pneumoniae (cepa S: Smooth) cuyas colonias eran de superficie lisa y producían la muerte de ratones y una cepa R no encapsulada (Rough: rugosas) cuyas superficies eran rugosas y que no mataban a los ratones.
11
ADN como material Genético
El DNA como Transportador de la
Información Genética:
A. La observación de Griffih:
 1928 el microbiólogo Fred Griffith
 investigando cepas S (suave o Smooth) 
 y cepas R de Pneumoccus determinó que
 había un factor transformante.
B. Principio de transformación el DNA:
 Los hallazgos de Griffith forjaron las bases
 para las investigaciones de Avery, Mac Leod
 y McCarty (1944). 
 Avery y Col. en el Instituto Rockefeller de
 Nueva York dilucidaron la base química del
 principio de transformación.
C. La información genética es
 transferida únicamente por el DNA:
 Hershey y Chase 1952
12
En 1928, Frederick Griffith describió el llamado fenómeno de transformación por neumococos. Se distinguen dos tipos de neumococos:
Los neumococos de tipo R (rugoso) forman colonias de aspecto rugoso sobre un medio sólido, y son poco virulentos.
Los neumococos de tipo S (liso) forman colonias aspecto liso y brillante sobre un medio sólido. Se caracterizan por poseer una cápsula de polisacáridos en la superficie celular que las protege del sistema inmunitario del huésped y provocan infecciones que matan al animal en 3 ó 4 días.
Griffith concluyó que un "FACTOR DE TRANSFORMACIÓN" había sido transferido desde los neumococos S muertos a los neumococos R vivos. Este factor de transformación convirtió a los neumococos R en neumococos S con la cápsula de polisacáridos que les hace letales.
En los años 40, Oswald Avery, Colin MacLeod y Maclyn McCarty revisaron el experimento de Griffith y concluyeron que el factor de trasformación era el ADN.
Avery y Cols. Repitieron el trabajo de Griffith agregando enzimas que degradaban RNA, Proteínas, DNA, Lipidos y carbohidratos, demostraron que el factor de transformación era el ADN
Oswald Avery, Colin MacLeod y 
Maclyn McCarty: hicieron una serie de experimentos usando cepas de la bacteria neumococo. A partir de cultivos de la cepa S (1) produjeron un extracto libre de células (2). Luego que sus proteínas, lípìdos y polisacáridos fueron removidos por completo, el extracto aún retuvo su hábilidad para transformar neumococos de la cepa R en neumococos de la cepa S (principio de transformación) (3).
En estudios sucesivos Avery y cols. Determinaron que este principio era atribuible solo al ADN. Entonces éste debería contener la información genética correspondiente.
La inactivación por calor había dejado intacto el DNA de los cromosomas bacterianos.
El ADN como material genético
15
En 1944, Oswald Avery, Colin McLeod y Maclyn McCarty trataron de identificar el factor de transformación (FT), que debía encontrarse en los neumococos S muertos por el calor.
Para ello:
Trataron los pneumococos S muertos por calentamiento con detergente para obtener un lisado celular (un extracto libre de células que contenía el FT). Este lisado contiene (entre otras cosas) el polisacárido de la superficie celular, las proteínas, el ARN y el ADN de los neumococos S.
Sometieron al lisado a diversos tratamientos enzimáticos
Inyectaron en ratones los neumococos de tipo R vivos junto con una fracción del lisado modificada enzimáticamente
Esta serie de experimentos demostró que la naturaleza química del factor de transformación (la información genética capaz de convertir neumococos R en neumococos S) era un DNA y no una proteína como sesospechaba en aquella época.
El ADN como material genético
17
En 1952 Alfred Hershey y Martha Chase realizaron una serie de experimentos para confirmar si es que el ADN es la base del material genético (y no las proteínas), en lo que se denominó el experimento de Hershey y Chase. 
Hershey y Chase llevaron a cabo experimentos con el fago T2. 
El fago consiste únicamente en una cubierta proteica o cápside que contiene su material genético, e infecta a una bacteria cuando se adhiere a su membrana externa, inyecta dicho material y le deja acoplado el cápside. Como consecuencia, el sistema genético de la bacteria reproduce el virus.
En un primer experimento, marcaron el ADN de los fagos con el isótopo radiactivo fósforo-32 (P-32). Dejaron que los fagos del cultivo infectaran a las bacterias E. coli y posteriormente retiraron las cubiertas proteicas de las células infectadas mediante una licuadora y una centrífuga. Hallaron que el indicador radiactivo era visible sólo en las células bacterianas, y no en las cubiertas proteicas. 
En un segundo experimento, marcaron las proteínas de los fagos con el isótopo radiactivo azufre-35 (S-35). Tras la separación, se halló que el indicador estaba presente en las cubiertas proteicas, pero no en las bacterias infectadas, con lo que se confirmó que es el material genético (ADN) lo que infecta a las bacterias.
18
El ADN como material genético
20
Rosalind Franklin, la olvidada científica detrás del descubrimiento de la estructura del ADN, uno de los más importantes para la medicina moderna
En 1951, la joven Rosalind Franklin empezó a trabajar en lo que se convertiría en una de las investigaciones científicas más importantes del siglo XX y que condujo a una transformación de la medicina moderna.
R. Franklin Tenía 30 años cuando generó una fotografía, conocida como "Foto 51", que fue clave para demostrar por primera vez cómo debía ser la estructura del ADN, que hasta entonces era un misterio.
Pero la científica británica, que murió de cáncer de ovario en 1958 cuando tenía 37 años, nunca fue reconocida con el premio Nobel que sus coetáneos sí recibieron, cuatro años después de su muerte.
Una fotografía que lo cambió todo
Franklin nació en 1920 en Londres en el seno de una afluente y moderna familia judía.
Franklin estudió química en la Universidad de Cambridge, trabajó en un laboratorio químico en el París de la posguerra y en 1951 empezó a trabajar para la universidad Kings College de Londres ya como experta en cristalografía de rayos X.
La cristalografía analiza la forma en que los cristales se difractan, o se dispersan formando patrones, sobre platos fotográficos. Estos patrones pueden usarse para entrever las estructuras moleculares tridimensionales del objeto de estudio.
"Foto 51": imagen de la difracción con Rayos X de una molécula de ADN, realizada en 1951 por Rosalind Franklin y Raymond Gosling.
Rosalind Franklin empezó a experimentar con la difracción de rayos X para estudiar la molécula de ADN y al poco tiempo creó la icónica "Foto 51" junto a Raymond Gosling, un estudiante de doctorado que colaboraba con su departamento.
Pero además de la fotografía, la experta registró en sus cuadernos de laboratorio mediciones y observaciones precisas que serían decisivas para conocer la estructura molecular del ADN.
Detalló, por ejemplo, las distancias relativas de los distintos elementos repetitivos en una molécula de ADN. También anotó detalles que sugerían que la molécula de ADN constaba de dos partes iguales y complementarias.
Trabajando independientemente Franklin hizo un progreso increíble en el estudio del ADN, pero se sentía cada vez más incómoda y aislada socialmente en el laboratorio de King's College en el que trabajaba.
Brillante y áspera
La joven científica nunca congenió bien con Maurice Wilkins, otro investigador de la molécula del ADN del mismo departamento que ya trabajaba allí cuando ella llegó como experta en cristalografía. Sus personalidades eran opuestas y, en lugar de trabajar juntos, hicieron sus investigaciones por separado en medio de cierta hostilidad mutua.
Por otro lado, si bien Franklin era una científica brillante, podía exhibir un carácter áspero cuando la enfadaban. Por eso cuando James Watson, otro investigador de la Universidad de Cambridge que también estudiaba la estructura del ADN, irrumpió en su laboratorio durante una visita al King's College y le hizo un comentario crítico sobre su trabajo, Franklin lo despachó con abierta hostilidad.
¿Robo de información?
Lo que Franklin no supo en esa ocasión es que su rival de departamento, Maurice Wilkins, compartiría con Watson a escondidas los resultados de su investigación.
Fue así como la "Foto 51" y los cálculos de la joven científica se convirtieron en la pieza clave del rompecabezas que le faltaba a Watson y a su compañero investigador Francis Crick para formular su hipótesis sobre cómo debía ser la estructura del ADN.
Así, gracias al trabajo de Franklin y a sus propias aportaciones, los dos científicos de la universidad de Cambridge construyeron el primer modelo correcto de la molécula de ADN, con una doble hélice (ABRIL 1953).
Las conclusiones de Crick y Watson fueron publicadas en la revista Nature en 1953, en un estudio que se convirtió en un punto de referencia para la ciencia porque alteró para siempre la lógica de la biología.
En ese número especial sobre el ADN también se publicaron dos estudios más relacionados: uno de Maurice Wilkins con dos colegas más, y otro de Franklin y Gosling, el estudiante que la ayudó a sacar la "Foto 51".
James D. Watson en el Festival de Cine Tribeca de Nueva York en 2004, en el que se proyectó la cinta "Unraveling The Code: Rosalind Franklin and DNA".
Pero para cuando salió la revista, en abril de 1953, Franklin ya había dejado la universidad King's College y su investigación sobre la molécula del ADN para empezar a trabajar en la universidad Birbeck de Londres.
El Nobel que nunca recibió y un legado que nunca buscó
Franklin murió de cáncer cinco años después, a los 37 años, sin llegar a saber hasta qué punto el trabajo de Crick y Watson había dependido de su investigación.
En 1962, Watson, Crick y Wilkins recibieron el premio Nobel de Medicina por su investigación sobre la molécula del ADN.
Los componentes del ADN
Del trabajo del bioquímico Phoebus Levene y otros, los científicos del tiempo de Watson y Crick sabían que el ADN se componía de subunidades llamadas nucleótidos.
Las reglas de Chargaff
Otra pieza clave de información relacionada con la estructura del ADN la proporcionó el bioquímico austriaco Erwin Chargaff. Chargaff analizó el ADN de diferentes especies y determinó su composición de bases A, T, C y G. Estos descubrimientos, llamados reglas de Chargaff, resultaron cruciales para el modelo de Watson y Crick de la doble hélice del ADN.
Watson, Crick y Rosalind Franklin
A principios de la década de 1950, el biólogo estadounidense James Watson y el físico británico Francis Crick propusieron su famoso modelo de la doble hélice del ADN. Fueron los primeros en cruzar la línea de meta en esta "carrera" científica, en la que otros como Linus Pauling (quien descubrió la estructura secundaria de las proteínas) también trataban de encontrar el modelo correcto.
En lugar de realizar nuevos experimentos en el laboratorio, Watson y Crick principalmente recolectaron y analizaron fragmentos de información existente y los juntaron de formas novedosas y reveladoras. Algunas de sus pistas más importantes sobre la estructura del ADN fueron producto del trabajo de Rosalind Franklin, una química que trabaja en el laboratorio del físico Maurice Wilkins.
¿Cómo se descubrió la estructura de doble hélice del ADN con el trabajo de James Watson, Francis Crick, Rosalind Franklin y otros investigadores?
Franklin era experta en una poderosa técnica para ladeterminación de la estructura de moléculas, conocida como cristalografía de rayos X. Cuando la forma cristalizada de una molécula, como el ADN, se expone a rayos X, los átomos en el cristal desvían algunos de los rayos y forman un patrón de difracción que da pistas sobre la estructura de la molécula.
Imagen modificada de "La estructura y secuencia del ADN: Figura 2", de OpenStax College, Biología
La cristalografía de Franklin dio a Watson y Crick importantes pistas sobre la estructura del ADN. Algunas de estas provenían de la famosa "imagen 51," una imagen de difracción de rayos X del ADN sorprendente y extraordinariamente clara que produjeron Franklin y su estudiante de posgrado. El patrón de difracción en forma de X de la imagen de Franklin inmediatamente le sugirió a Watson una estructura helicoidal de dos cadenas para el ADN.
El modelo del ADN de Watson y Crick
La estructura del ADN, representada según el modelo de Watson y Crick, es una hélice dextrógira de doble cadena antiparalela. El esqueleto de azúcar-fosfato de las cadenas de ADN constituye la parte exterior de la hélice, mientras que las bases nitrogenadas se encuentran en el interior y forma pares unidos por puentes de hidrógeno que mantienen juntas a las cadenas del ADN.
En el modelo siguiente, los átomos naranjas y rojos indican los fosfatos del esqueleto de azúcar-fosfato, mientras que los átomos azules en el interior de la hélice pertenecen a las bases nitrogenadas.
Orientación antiparalela
El ADN de doble cadena es una molécula antiparalela, lo que significa que se compone de dos cadenas que corren una junto a la otra pero en direcciones opuestas. En una molécula de ADN de doble cadena, el extremo 5' (el que termina con un grupo fosfato) de una cadena se alinea con el extremo 3' (el que termina con un grupo hidroxilo) de su pareja y viceversa.
Imagen modificada de "Estructura química del ADN", 
de Madeleine Price Ball 
Watson y Crick reunieron datos de varios investigadores (entre ellos Franklin, Wilkins, Chargaff y otros) para ensamblar su célebre modelo de la estructura 3D del ADN.
En 1962, James Watson, Francis Crick y Maurice Wilkins recibieron el Premio Nobel de medicina.
Hoy en día, la doble hélice del ADN es probablemente la más emblemática de todas las moléculas biológicas. Ha inspirado escaleras, decoraciones, puentes peatonales (como el de Singapur que se muestra a continuación) y más.
El impacto de la doble hélice
La estructura del ADN abrió la puerta para entender muchos aspectos sobre la función del ADN, como la forma en que se copia y la forma en que la célula utiliza la información que contiene para hacer proteínas. El modelo de Watson y Crick marcó el comienzo de una nueva era de descubrimientos en la biología molecular. El modelo y los descubrimientos que permitió forman los cimientos de una gran parte de la investigación de vanguardia actual en biología y biomedicina.
La biología molecular y nuevas disciplinas científicas como la proteómica, farmacogenómica, nutrigenómica y muchas más, parten de ese hallazgo.
El ADN como material genético
28
El ADN como material genético
29
1.2%
El ADN como material Genético
Laboratorio Clínico y Anatomía Patológica
 BIOLOGIA MOLECULAR
ESTRUCTURA DE ACIDOS NUCLEICOS
 Lic. TM. Héctor Herrera Reynoso
 Esp: Citogenética y Biología Molecular
ESTRUCTURA DE ACIDOS NUCLEICOS
GRUPOS FOSFATO
RESIDUOS DE AZUCARES (PENTOSA)
BASES NITROGENADAS
BASES NITROGENADAS
Como son aromáticas, tanto las bases púricas como las pirimidínicas son planas, lo cual es importante en la estructura de los ácidos nucleicos.
BASES PÚRICAS
También son insolubles en agua y pueden establecer interacciones hidrófobas entre ellas; estas interacciones sirven para estabilizar la estructura tridimensional de los ácidos nucleicos. 
Las bases nitrogenadas absorben luz en el rango ultravioleta (250-280 nm), propiedad que se usa para su estudio y cuantificación.
BASES PIRIMIDINICAS
BASES MODIFICADAS 
Además de las purinas y pirimidinas es frecuente encontrar Bases Modificadas. 
Entre las más abundantes encontramos: 
• la 5-metilcitosina, la 5-hidroximetilcitosina y la 6-Metiladenina que se han relacionado con la regulación de la expresión del DNA 
• la 7-metilguanina y el dihidrouracilo que forman parte de la estructura de los RNA
• Hipoxantina y Xantina como intermediarios metabólicos y productos de reacción del DNA con sustancias mutagénicas. 
NUCLEÓSIDOS 
La unión de una base nitrogenada a una pentosa da lugar a los compuestos llamados Nucleósidos.
La unión base-pentosa se efectúa a través de un enlace glicosídico, con configuración beta (β) entre el carbono uno de ribosa o desoxirribosa, y un nitrógeno de las base, el 1 en las pirimidinas, y el 9 en las purinas, con la pérdida de una molécula de agua. 
Para evitar confusiones en la nomenclatura de nucleósidos y nucleótidos, los átomos de la pentosa se designan con números seguidos de un apóstrofe (1', 2', 3', 4' y 5'), para distinguirlos de los de la base, por lo que los enlaces de los nucleósidos se designan como β(1’-1) en las pirimidinas y β(1’-9) en las purinas. 
NUCLEOSIDO
Base Nitrogenada + Azúcar
NUCLEÓTIDOS 
Los nucleótidos son los ésteres fosfóricos de los nucleósidos. Están formados por la unión de un grupo fosfato al carbono 5’ de una pentosa. A su vez la pentosa lleva unida al carbono 1’ una base nitrogenada. 
Se forman cuando se une ácido fosfórico a un nucleósido en forma de ión fosfato (PO43-) mediante un enlace éster en alguno de los grupos -OH del monosacárido. El enlace éster se produce entre el grupo alcohol del carbono 5´ de la pentosa y el ácido fosfórico
Además de formar la estructura de los ácidos nucleicos los nucleótidos tienen otras funciones relevantes: 
 1. El nucleósido Adenosina tiene funciones de neurotransmisor. 
 2. ATP es la molécula universal para transferencia de energía; 
 3. UDP y el CDP sirven como transportadores en el metabolismo de
 glúcidos, lípidos y otras moléculas; 
 4. AMPc, GMPc y el propio ATP cumplen funciones reguladoras; 
 5. AMP forma parte de la estructura de coenzimas como FAD,
 NAD+, NADP+ y CoA. 
NUCLEOTIDO
 Fosfato+ Azúcar+ Base Nitrogenada
 (H3PO4 + Nucleósido)
ACIDO NUCLEICO
ESTRUCTURA DE ACIDOS NUCLEICOS
ESTRUCTURA DE ACIDOS NUCLEICOS
Es habitual ver la confusión entre un enlace éster y un enlace fosfodiéster.
El enlace éster se produce entre un grupo alcohol (-OH) y un grupo ácido carboxílico (-COOH), liberándose una molécula de agua (H2O).
El enlace fosfodiéster es un tipo de enlace covalente que se produce entre un grupo hidroxilo (OH-) en el carbono 3' y un grupo fosfato (PO43−) en el carbono 5' del nucleótido entrante, formándose así un doble enlace éster. En esta reacción se libera una molécula de agua y se forma un dinucleótido. 
En el enlace fosfodiéster quedan unidos dos átomos de oxígeno de un grupo fosfato y los grupos hidroxilo de otras dos moléculas distintas. Así, el grupo fosfato actúa como si fuera un puente de unión entre esas dos moléculas.
El ADN es un polímero de
unidad desoxirribonucleótidos. 
La cadena nucleotídica se forma por unión de un grupo hidroxilo del azúcar de un nucleótido con el grupo fosfato unido al azúcar del 
nucleótido siguiente. 
Estructura primaria del ADN
La estructura primaria del ADN es la secuencia de desoxirribonucleótidos (unidos por enlaces fosfodiéster) de una sola cadena o hebra, que puede presentarse como un simple filamento extendido o bien algo doblada en sí misma.
Como hemos visto, una cadena de ADN presenta dos extremos libres: el 5´, unido al grupo fosfato, y el 3´, unido a un hidroxilo.
La información genética está contenida en el orden exacto de los nucleótidos. 
Los nucleótidos se unen entre sí mediante el grupo fosfato del segundo nucleótido, que sirve de puente de unión entre el carbono 5' del primer nucleótido y el carbono 3' de siguiente nucleótido. 
Como el primer nucleótido tiene libreel carbono 5' y el siguiente nucleótido tiene libre el carbono 3', se dice que la secuencia de nucleótidos se ordena desde 5' a 3' (5' → 3'). 
Estructura Primaria del ADN
Los azúcares ligados entre sí por medio de los grupos fosfato constituyen la parte invariable del DNA. La parte variable esta
 en la secuencia de las bases nitrogenadas.
La cadena de nucleótidos está polarizada
La polaridad es resultado de la forma en que los azúcares se unen entre sí a través de los Grupos Fosfato.
Nomenclatura de polinucleótidos:
Siempre que se escribe la secuencia de un ácido nucleico:
• Se entiende que es la secuencia 5’ à 3’ (codificante)
• pApGpCpT: 5’-fosfato-A-3’-fosfato-5’-G-............T-3’OH
• pGp: 5’-fosfato-G-3’-fosfato
• Gp: G-3’-fosfato
• pC: 5’-fosfato C
Estructura Primaria del ADN
Representaciones alternativas de un ácido nucleico, la cadena ilustra su direccionalidad química: Aquí se muestra un sola hebra de ADN que contiene sólo tres bases: citosina (C), adenina (A) y guanina (G). (a) La estructura química muestra el grupo hidroxilo en el extremo 3´y un grupo fosfato en el extremo 5´ final. Tenga en cuenta también que los dos enlaces adyacentes fosfoéster enlazan nucleótidos; esta vinculación de dos uniones comúnmente se conocen como un enlace fosfodiéster. (b) En el otro diagrama (arriba), los azúcares se indican como líneas verticales y los enlaces fosfodiéster como la inclinación de líneas; las bases se indican mediante sus abreviaturas de una sola letra.
En la más simple representación (abajo), sólo las bases se indican. Por convención, una secuencia de polinucleótidos es siempre escrita en la dirección 5’ a 3’ (izquierda a derecha).
Estructura Primaria del ADN
Estructura secundaria del ADN
La estructura que presenta el ADN fue establecida por Watson y Crick en 1953 y se conoce como modelo de doble hélice, cuyas principales características son:
La estructura del ADN es una doble hélice dextrógira formada por dos cadenas de polinucleótidos enrolladas alrededor de un eje imaginario. Las bases nitrogenadas se sitúan en el interior de la cadena, enfrentadas entre sí en un plano perpendicular al eje de la molécula, a modo de peldaños de una escalera de caracol.
Los grupos fosfatos y las pentosas se orientan hacia el exterior.
Son dos cadenas antiparalelas, ya que sus orientaciones son opuestas, y plectonémicas, es decir, para separar las cadenas hay que desenrollarlas.
 El ADN de doble hélice. 
(a) Modelo tipo ADN-B, la forma más común de ADN en las células. las bases se proyectan (tonos claros) hacia el interior de los esqueletos de azúcar-fosfato (rojo oscuro y azul) de cada hebra, pero sus bordes son accesibles a través de ranuras mayores y menores. Las flechas indican la dirección 5‘a 3’ de cada hebra. Los enlaces de hidrógeno entre las bases están en el centro de la estructura. Las ranuras mayores y menores están llenas de potenciales donantes de enlaces de hidrógeno y aceptores (resaltado en amarillo). 
(b) Estructura química de doble ADN hélice. Este esquema extendido muestra las dos redes troncales azúcar-fosfato y enlaces de hidrógeno entre los pb AT y GC según el módelo de Watson-Crick. [Parte (a) de R. Ala et al., 1980, Naturaleza 287: 755; la parte (b) a partir de E. R. Dickerson, 1983, Sci. Am. 249: 94].
Estructura Secundaria del ADN
Estructura Secundaria del ADN
La doble hélice tiene un diámetro de 2 nm. Entre cada par de bases (pb) hay una separación de 0,34 nm, y en cada vuelta hay 10 pb, por lo que la longitud por vuelta de hélice es de 3,4 nm.
El ADN como una doble hélice: Las dos cadenas de polinucleótidos están enrolladas una alrededor de la otra, a lo largo de un eje común . Los pb A-T ó G-C se encuentran dentro de ella.
El diámetro de la hélice es de 20 Aº . Las bases vecinas están separadas por 3.4Aº o cada 10 pb. 
Debido a la relación espacial fija de las bases nitrogenadas dentro de la doble hélice y enfrentadas entre sí, las dos cadenas de la doble hélice son exactamente complementarias.
La forma ilustrada es la Forma B (DNA B)
La estructura química de las BN determina una relación espacial definida
El DNA forma una cadena doble: Como resultado de las relaciones espaciales las BN : C = G y una A =T .
La secuencia de BN en una cadena del DNA en dirección 5’-3’ es complementaria de la secuencia de BN de la otra cadena en dirección3’-5’.
La especificidad del apareamiento es la característica estructural más importante.
Distintos factores que contribuyen a estabilizar la 
doble hélice
a. Puentes de hidrógeno entre las bases complementarias. 
Los puentes de hidrógeno son interacciones débiles pero 
están presentes en gran cantidad, lo que permite estabilizar 
la estructura secundaría del ADN.
b. Interacciones hidrofóbicas. Las bases son moléculas 
aromáticas planas y de naturaleza hidrofóbica. Esta 
característica permite interacciones hidrofóbicas entre las 
bases enfrentadas de cada hebra.
c. Cargas de los grupos fosfatos. Los grupos fosfatos tienen 
carga negativa que se encuentran en el exterior de la 
molécula, donde pueden interaccionar con el agua, una 
molécula polar sin carga.
La expresión génica y la transcripción pueden ser influenciadas por cambios en la topología del ADN.
Tres Formas de DNA : Existe 3 familia
DNA B: Watson y Crick 1953. Formada por un surco mayor y un surco menor, gira hacía la derecha.
DNA Z: Gira hacia la izquierda, produciendo una distancia mayor (0.77 nm) entre los pb y forma una figura “zigzagueante”.
DNA A: poco frecuente, sólo existe en estado de deshidratación y difiere de la forma B por una rotación de 20º del eje perpendicular de la hélice. El DNA A posee un surco mayor y un surco menor chato.
TIPOS DE ADN
Figura 4-4 Modelos de diversas estructuras de ADN conocidas.Los esqueletos de azúcar-fosfato de las dos cadenas, que están en el exterior en todas las estructuras, se muestran en rojo y azul; las bases (tonos más claros) se orientan hacia el interior. (a) La forma B del ADN tiene ≈10.5 pares de bases por vuelta helicoidal. La distancia de Pares de bases apilados adyacentes es 0,36 nm . (b) El DNA-A tiene una forma más compacta y tiene 11 pares de bases por vuelta y exhibe una gran inclinación de los pares de bases con respecto al eje de la hélice. (c) ADN Z es un doble hélice izquierda.
. 
El DNA B es una doble hélice perfectamente
regular, excepto porque los pb enfrentadas
entre sí no se encuentran exactamente en el 
mismo nivel. Están giradas en forma helicoidal
de este modo, el DNA puede doblarse con 
facilidad sin que esto cause cambio esencial en la estructura local.
En el DNA Z el esqueleto de azúcar-fosfato
posee un patrón en zig-zag; el único surco del
DNA Z posee una densidad mayor de moléculas con carga negativa. El DNA Z puede formarse in vivo en segmentos limitados. 
Un segmento DNA B constituido por pares de GC puede convertirse en DNA Z cuando las bases son rotadas 180º. Normalmente el 
DNA Z tiene mayor inestabilidad termodinámica que el DNA B.
En 1953 James Watson y Francis Crick
 descubrieron que el DNA debería existir
 como una doble hélice.
Esta estructura explica dos aspectos funcionales importantes: La replicación y la transcripción de la información genética
La dilucidación de la estructura del DNA se considera el comienzo del desarrollo de la genética moderna.
A partir de estos conocimientos la estructura y el funcionamiento génicos se pueden comprender en el nivel molecular.
CARACTERÍSTICAS DEL ADN
Los puentes de H (enlaces no covalentes ) entre los pb son débiles. Sin embargo, el DNA es estable a Tº fisiológicas debido a que es una molécula muy larga. 
Las dos cadenas complementarias se pueden desnaturalizar por acción de reactivos relativamente suaves (álcalis, formamida o urea) o por un calentamiento cuidadoso. Las moléculas de cadenas simples resultantes son relativamente estables. 
Cuando se las enfría, las cadenas simples complementarias pueden reunirse para formar moléculas de cadenadoble (Renaturalización)
1. Desnaturalización del ADN
CARACTERISTICAS FISICO-QUIMICAS DEL ADN
A pesar de la gran estabilidad de la molécula de ADN en condiciones fisiológicas, en ciertas condiciones de temperatura (unos 100 ºC) puede perder su estructura secundaria. Este proceso se denomina desnaturalización y supone la desaparición de las interacciones hidrofóbicas y la ruptura de los enlaces de hidrógeno que mantienen unidas las dos hebras, por lo cual éstas se separan y se arrollan individualmente al azar.
Se denomina temperatura de fusión (Tm) a aquella a la que el 50 % de la doble hélice ha perdido su estructura. Será mayor cuanto más numerosos sean los enlaces de hidrógeno que la sostienen, es decir, cuanto más pares de citosina y guanina existan en la molécula.
La desnaturalización puede ser reversible en determinadas condiciones, y el proceso inverso de recuperación de la doble hélice se conoce como renaturalización 
FIGURA 4-6 La temperatura a la que el ADN se desnaturaliza aumenta con la proporción de pares GC. (a) La fusión de ADN de cadena doble puede ser monitoreado por la absorción de la luz ultravioleta a 260 nm. Como las regiones de doble cadena de ADN, aumenta casi el doble la absorción de la luz. La temperatura a la que la mitad de las bases una muestra de ADN de doble cadena se ha desnaturalizado es denotado Tm (para la temperatura de fusión). Absorción de la luz por ADN de una sola hebra cambia mucho menos ya que la temperatura esta aumentado. (b) La Tm es una función del contenido de GC de la molécula de ADN
Temperatura melting: Tm
La hibridación de segmentos complementarios de DNA es un principio importante en el análisis de los genes.
Características Fisicoquímicas del ADN
Características Fisicoquímicas del ADN
2. ABSORCION LUZ UV
CUANTIFICACION POR ESPECTROFOTOMETRIA
Características Fisicoquímicas del ADN
3.- VISCOSIDAD
 DNA doble cadena es más viscoso que DNA
 desnaturalizado.
4.- CARGA ELECTRICA
 La carga eléctrica del DNA está determinada por:
 - Grupos fosfatos
 - Asociaciones con proteínas 
TIPOS DE ADN
ESTRUCTURA TRIDIMENSIONAL
1.- Forma B : Watson y Crick
2.- Forma A
3.- Forma Z
SECUENCIA NUCLEOTIDOS
1.- DNA de secuencia única no repetitivo 60-70% Genóma
2.- DNA repetitivo: 30-40% Genóma
 DNA SATELITE: Separación por centrifugación Cl2Cs. 
 Se encuentra qh+ y AgNOR+
LOCALIZACION
 1.- DNA nuclear
 2.- DNA mitocondrial
DNA Mitocondrial
DNA circular de doble hélice de
 bases complementarias.
DNA desnudo.
Presenta dos cadenas: 
 Cadena Pesada (H)
 Cadena Ligera (L)
Tiene 5u de longitud: 16,569 pb
Codifica: 37 genes
 2 RNAr (16S y 12S)
 22 RNAt
 13 Proteínas Enszimáticas:
 - 6 ND (1-6) NADH deshidrog.
 - 3 CO (I-III) Citocromo oxidasa
 - 2 ATPasa (A6 , A8)
 - 1 Cyt B
92
1’
2’
3’
4’
5’
Azúcares ribosa y desoxirribosa
 P = O
Grupo fosfato
1’
2’
3’
4’
5’
Azúcares ribosa y desoxirribosa
P = O
Grupo fosfato
Rugosas
Sin cápsula
Lisas
encapsuladas
Colonias
Rugosas
Sin cápsula
Lisas
encapsuladas
Colonias
Difracción de rayos X
La cruz: hélice
Peldaños: unidades paralelas
Distancias entre peldaños
Difracciónde rayosX
La cruz: hélice
Peldaños: 
unidades
paralelas
Distancias
entrepeldaños
Me causas repulsión
No se puede aparear las bases de cualquier manera...
> de 3.4 A
Me causas
repulsión
No se puedeaparearlasbases de cualquiermanera...
> de 3.4 A
Solo se puede arreglar de una forma
para tener 2 nm de ancho, sino 
distorsion:
A frente a T (2 enlaces de Hidrogeno)
G frente a C (3 enlaces de hidrogeno)
Posicion antiparalela
Solo se puede 
arreglar de una 
forma
para tener 2 nmde 
ancho, sino 
distorsion:
A frente a T (2 
enlaces de 
Hidrogeno)
G frente a C (3 
enlaces de 
hidrogeno)
Posicion
antiparalela
Las 2 bases complementarias son coplanares: pares de bases
Los esqueletos azucar-fosfato estan al exterior-”barandas”- (ácido) y las bases al interior-”peldaños”. 
Las cadenas complementarias, 
antiparalelas forman la 
doble hélice
Las 2 bases complementarias soncoplanares: pares de basesLos esqueletos azucar-fosfato estanal exterior-”barandas”-(ácido) y las bases al interior-”peldaños”. Las cadenas complementarias, antiparalelas forman la doble hélice
INFORMACIÓN GENÉTICA EN EUCARIOTES
INFORMACIÓN GENÉTICA EN 
EUCARIOTES
ADN: material genético
	Molécula bicatenaria superenrrollada con proteínas ácidas (catiónicas).
	Grado compacticidad: etapa del ciclo celular.
	Conforma genes: secciones de ADN que codifican proteínas y ARN.
	Sólo 5% de ADN humano: codifica proteínas.
ADN: material gen ético
•Molécula bicatenaria
superenrrolladacon 
proteínas ácidas 
(catiónicas).
•Grado compacticidad: 
etapa del ciclo celular.
•Conformagenes: 
secciones de ADN que 
codifican proteínas y 
ARN.
•Sólo 5% de ADN 
humano: codifica 
proteínas.
MUTACIONES
- Cambios en la secuencia de ADN
- Tipos de mutaciones:
a) Mutaciones a gran escala:
	Ganancia o pérdida de una región cromosómica.
	Translocación de partes de un cromosoma.
b) Mutaciones a pequeña escala:
 	Sustitución, deleción o inserción de un nucleótido
Mutaciones a 
gran escala
Traslocación
Mutaciones a 
pequeña escala
Substitución
-
Cambios en la secuencia 
d
e
ADN
-
Tipos de mutaciones:
a) 
Mutaciones a gran escala:
–
Ganancia o pérdida
de una 
región
cromosómica
.
–
Translocación
de partes
de un 
cromosoma
.
b) 
Mutaciones a pequeña 
escala:
Sustitución, 
deleción
o inserción de 
un nucleótido
MUTACIONES
Mutaciones a 
gran escala
Traslocación
Mutaciones a 
pequeña escala
Substitución
Reparación y cáncer
	Mutaciones en ADN: fallos en enzimas como ADN polimerasa.
	Cáncer: no se corrigen errores.
	ADN dañado permanentemente se hereda.
Reparación y cáncer
•Mutacionesen ADN: 
fallos en enzimas como 
ADN polimerasa.
•Cáncer: no se corrigen 
errores.
•ADN dañado 
permanentementese 
hereda.