ESTRUCTURA DEL MATERIAL GENTICO I INTRODUCCIN SOBRE LOS

ESTRUCTURA DEL MATERIAL GENÉTICO I INTRODUCCIÓN SOBRE LOS SIGUIENTES TEMAS: PRIMERAS EVIDENCIAS SOBRE LOS ÁCIDOS NUCLEICOS. BASES, NUCLEÓSIDOS Y NUCLEÓTIDOS. ESTRUCTURA QUÍMICA Y ESTABILIDAD. DNA A, B Y Z. DESNATURALIZACIÓN (TÉRMICA, POR SOLVENTES Y AGENTES CAOTRÓPICOS) EFECTO HIPERCRÓMICO. TM Y DENSIDAD DE FLOTACIÓN.

ESTRUCTURA DEL MATERIAL GENETICO UN POCO DE HISTORIA… 1844 -1895 FRIEDRICH MIESCHER 1853– 1927 ALBRECHT KOSSEL 1864 -1940 ESTUDIA CÉLULAS BLANCAS PRESENTES EN PUS DE VENDAS DE HERIDAS ABIERTAS. (1869) • OBTIENE UN PRECIPITADO DE NÚCLEOS, DEL QUE AISLA UNA SUSTANCIA RICA EN FÓSFORO QUE LLAMÓ NUCLEÍNA • ESTA SUSTANCIA SE AISLA DE DISTINTOS TIPOS DE CÉLULAS • ESTÁ COMPUESTA POR H, N, C Y O • LA NUCLEÍNA CONTIENE PROTEÍNAS Y PORCIONES NO PROTEICAS (ÁCIDOS NUCLEICOS). • LOS ÁCIDOS NUCLEICOS SE PUEDEN DESCOMPONER EN AZÚCARES Y COMPUESTOS RICOS EN NITRÓGENO (PURINAS Y PIRIMIDINAS). • PREMIO NOBEL EN 1910. • DIFERENCIAS ENTRE RNA Y DNA • ESTRUCTURA DE LOS NUCLEÓTIDOS • ENLACES ENTRE NUCLEÓTIDOS PHOEBUS LEVENE

ESTRUCTURA DEL MATERIAL GENETICO LAS PRIMERAS EVIDENCIAS 1928: FREDERICK GRIFFITH INFECCIÓN CON DOS CEPAS DE STREPTOCOCCUS PNEUMONIAE LISAS (S): VIRULENTAS RUGOSAS (R): INOFENSIVAS GRIFFITH SHOWED THAT ADDING HEATKILLED VIRULENT BACTERIA (HARMLESS TO MICE) TO A LIVE NONVIRULENT STRAIN PERMANENTLY TRANSFORMED THE LATTER INTO LETHAL, VIRULENT, ENCAPSULATED BACTERIA. (S) (R) (S) INACTIVADA (R) + (S) INACTIVADA

El principio de transformación observado por Griffith era el ADN de la bacteria de cepa S (virulenta). Si bien la bacteria había muerto, su ADN sobrevivió al proceso de alta temperatura y fue tomado por la bacteria R (inofensiva). EL ADN de la cepa S contiene los genes que forman la cápsula de protección de polisacárido. Equipado con este gen, la cepa de bacteria R estaba ahora provista de protección frente al sistema inmune del animal y por lo tanto podía matar al animal. La naturaleza exacta del principio de transformación de ADN fue verificada en los experimentos realizados por Avery, Mc. Leod y Mc. Carty, y por Hershey y Chase.

ESTRUCTURA DEL MATERIAL GENETICO EL EXPERIMENTO DE AVERY O. , MCLEOD C. Y MCCARTY M. (1944) FUE LA PRIMER EVIDENCIA DIRECTA DE QUE EL DNA ES LA BASE DE LA INFORMACIÓN GENÉTICA EXTRACT FROM HEATED SMOOTH (S) BACTERIA TREATMENT WITH DNAASE (DIGESTS DNA) TREATMENT WITH PROTEASE (DIGESTS PROTEINS) MIX WITH ROUGH (R) BACTERIA AND INJECTED INTO MICE LIVED MICE DIED DNA CARRIES GENETIC INFORMATION

ESTRUCTURA DEL MATERIAL GENETICO ALFRED HERSHEY Y MARTHA CHASE (1952) DETERMINARON QUE EL DNA ES EL MATERIAL GENÉTICO EN EL BACTERIÓFAGO T 2 32 P EXPERIMENT 35 S EXPERIMENT

ESTRUCTURA DEL MATERIAL GENETICO LA NATURALEZA QUÍMICA DE LOS ÁCIDOS NUCLEICOS CUANDO SE REALIZA LA HIDRÓLISIS COMPLETA DE LOS ÁCIDOS NUCLEICOS, SE OBTIENEN TRES TIPOS DE COMPONENTES PRINCIPALES: • AZÚCAR: UNA PENTOSA. • ÁCIDO FOSFÓRICO • BASES NITROGENADAS: PURINAS Y PIRIMIDINAS

ESTRUCTURA DEL MATERIAL GENETICO NOMENCLATURA

ESTRUCTURA DEL MATERIAL GENETICO BASES INUSUALES ADEMÁS DE LAS BASES NITROGENADAS ANTERIORMENTE DESCRIPTAS, SE HAN ENCONTRADO OTRAS BASES NITROGENADAS EN ALGUNOS VIRUS O FORMANDO PARTE DE ALGUNOS TIPOS ESPECIALES DE RNAS. EJEMPLOS DE ALGUNAS DE ESTAS BASES PÚRICAS POCO CORRIENTES SON: • HIPOXANTINA, • 2 -METILADENINA, • 7 -METILGUANINA • 6 -METIL-AMINOPURINA. EJEMPLOS DE BASES PIRIMIDÍNICAS: • 5 -METILCITOSINA (PROPIA DEL DNA) • 5 -HIDROXIMETIL CITOSINA (HMC): SUSTITUYE A LA CITOSINA EN LOS FAGOS T-PARES. EN LOS RNA DE TRANSFERENCIA (TRNA) SE ENCUENTRAN • RIBOTIMIDINA, • DIHIDROURIDINA, • SEUDOURIDINA • INOSINA (I).

ESTRUCTURA DEL MATERIAL GENETICO LA ESTRUCTURA DEL DNA REGLAS DE CHARGAFF (1940) PARA EL DNA DOBLE CADENA (DSDNA) • LA COMPOSICIÓN DE BASES VARÍA DE UNA ESPECIE A OTRA. • LA COMPOSICIÓN DE BASES ES LA MISMA EN DISTINTOS TEJIDOS DE UNA MISMA ESPECIE. • LA PROPORCIÓN DE ADENINA (A) ES IGUAL A LA DE TIMINA (T). %A = %T. • LA PROPORCIÓN DE GUANINA (G) ES IGUAL A LA DE CITOSINA (C). %G= %C. • LA PROPORCIÓN DE BASES PÚRICAS (A+G) ES IGUAL A LA DE LAS BASES PIRIMIDÍNICAS (T+C). (A+G) = (T + C). • LA PROPORCIÓN ENTRE (A+T) Y (G+C) ES CARACTERÍSTICA DE CADA ORGANISMO, PUDIENDO TOMAR POR TANTO, DIFERENTES VALORES SEGÚN LA ESPECIE ESTUDIADA.

ESTRUCTURA DEL MATERIAL GENETICO % DE BASES EN DISTINTOS ORGANISMOS

ESTRUCTURA DEL MATERIAL GENETICO LA ESTRUCTURA DEL DNA PATRON DE DIFRACCION DE RAYOS X • PATRÓN HELICOIDAL DEL DNA. (1953) • DOS PERIODICIDADES A LO LARGO DEL EJE, UNA PRIMARIA DE 3, 4 A Y UNA SECUNDARIA DE 34 A. "THE INSTANT I SAW THE PICTURE MY MOUTH FELL OPEN AND MY PULSE BEGAN TO RACE. " -- JAMES D. WATSON (1968), THE DOUBLE HELIX, PAGE 167. NEW YORK: ATHENEUM, LIBRARY OF CONGRESS CARD NUMBER 6816217.

ESTRUCTURA DEL MATERIAL GENETICO ESTRUCTURA DEL DNA: LA DOBLE HÉLICE • EL ESQUELETO HIDROFÌLICO DE GRUPOS FOSFATO Y DEOXIRIBOSA ALTERNANTES ESTÁ EXPUESTO AL AGUA DEL AMBIENTE • EL ANILLO DE FURANOSA ESTÁ EN LA CONFORMACIÓN C-2´ENDO • LAS BASES ESTÁN APILADAS EN EL INTERIOR DE LA DOBLE HÉLICE, CON SUS PLANOS PERPENDICULARES AL EJE DE LA DOBLE HÉLICE • EL APAREAMIENTO DE LAS DOS CADENAS GENERA UN SURCO MAYOR Y UN SURCO MENOR EN LA SUPERFICIE DE LA DOBLE HÉLICE G C A T

ESTRUCTURA DEL MATERIAL GENETICO LA ESTRUCTURA DEL DNA

ESTRUCTURA DEL MATERIAL GENETICO FUERZAS QUE ESTABILIZAN LA DOBLE HÉLICE • ENLACES DE HIDRÓGENO (PEQUEÑA CONTRIBUCIÓN) • APILAMIENTO DE BASES E INTERACCIÓN HIDROFÓBICA • INTERACCIONES IÓNICAS: - REPULSIÓN ENTRE LAS CARGAS NEGATIVAS DE LOS FOSFATOS - LOS CATIONES ACTÚAN COMO CONTRAIONES ESTABILIZANDO EL DNA (DIVALENTES MÁS EFICIENTES QUE MONOVALENTES; EL MG+2 ESTABILIZA LA ESTRUCTURA DEL RNA)

ESTRUCTURA DEL MATERIAL GENETICO COMPARACIÓN DE LAS FORMAS A, B Y Z DEL DNA LA FORMA B ES LA MÁS ESTABLE EN CONDICIONES FISIOLÓGICAS

ESTRUCTURA DEL MATERIAL GENETICO HORQUILLAS ESTRUCTURAS INUSUALES PALÍNDROMOS REPETICIONES EN ESPEJO (MIRROR REPEATS) CRUCIFORMES

ESTRUCTURA DEL MATERIAL GENETICO ESTRUCTURAS INUSUALES: TRIPLEX DNAS APAREAMIENTO TIPO HOOGSTEEN: BAJO CIERTAS CONDICIONES, LOS NUCLEÓTIDOS PUEDEN FORMAR PUENTES DE HIDRÓGENO ADICIONALES DANDO LUGAR A TRAMOS DE DNA DE TRIPLE HÉLICE. H-DNA: "IN VITRO" ES POSIBLE OBTENER TRAMOS DE TRIPLE HÉLICE INTERCALANDO OLIGONUCLEÓTIDOS CORTOS CONSTITUIDOS SOLAMENTE POR PIRIMIDINAS (TIMINAS Y CITOSINAS) EN EL SURCO MAYOR DE UNA DOBLE HÉLICE. NO SE SABE LA FUNCIÓN BIOLÓGICA DEL ADN-H AUNQUE SE HA DETECTADO EN CROMOSOMAS EUCARIÓTICOS. APAREAMIENTO TIPO HOOGSTEEN ESTABLES A PH BAJOS (CITOSINA PROTONADA, C+) H-DNA

ESTRUCTURA DEL MATERIAL GENETICO ESTRUCTURAS INUSUALES: CUADRUPLEX DNA CUADRUPLEXO: "IN VITRO" SE HAN OBTENIDO CUARTETOS DE GUANINA (DNA CUADRUPLEXO) UNIDAS MEDIANTE ENLACES TIPO HOOGSTEEN, EMPLEANDO POLINUCLEÓTIDOS QUE SOLAMENTE CONTIENEN GUANINA (G). LOS EXTREMOS DE LOS CROMOSOMAS EUCARIOTAS (TELÓMEROS) TIENEN UNA ESTRUCTURA ESPECIAL CON UN EXTREMO 3' OH DE CADENA SENCILLA (MONOCATENARIO) EN EL QUE SE REPITE MUCHAS VECES EN TANDEM UNA SECUENCIA RICA EN GUANINAS. SE PIENSA QUE EL DNA CUADRUPLEXO TELOMÉRICO SERVIRÍA PARA PROTEGER LOS EXTREMOS CROMOSÓMICOS DE LA DEGRADACIÓN ENZIMÁTICA. EJEMPLO DE SECUENCIA TELOMÉRICA EN GUANINAS (G): 5´P TTGGGGTTGGGG. . . . TTGGGG 3'OH

ESTRUCTURA DEL MATERIAL GENETICO DENSIDAD DE LOS ÁCIDOS NUCLEICOS EXISTE UNA RELACIÓN LINEAL ENTRE EL CONTENIDO EN G+C Y LA DENSIDAD DEL DNA DETERMINADA EN UN GRADIENTE DE DENSIDAD. A MAYOR CONTENIDO EN G+C, MAYOR DENSIDAD. BASÁNDOSE EN MÚLTIPLES ESTUDIOS DE LA DENSIDAD DE LOS DNAS DE DIFERENTES ORGANISMOS Y DE SU COMPOSICIÓN EN BASES NITROGENADAS, SE HA ESTABLECIDO UNA FÓRMULA EMPÍRICA QUE RELACIONA LA DENSIDAD DE FLOTACIÓN ( ) CON EL CONTENIDO EN G+C EXPRESADO EN %: = 1, 660 + 0, 00098(G+C)

ESTRUCTURA DEL MATERIAL GENETICO DESNATURALIZACION POR CALOR DESNATURALIZACIÓN DEL DNA CONDICIONES QUE FAVORECEN LA DESNATURALIZACIÓN • ALTA TEMPERATURA • BAJA FUERZA IÓNICA (REPULSIÓN DE FOSFATOS) • ALTO PH (DESPROTONACIÓN DE BASES) MONITOREO DE LA DESNATURALIZACIÓN • LOS ENLACES CONJUGADOS DE LAS BASES GENERAN ABSORCIÓN EN EL UV A 260 NM NUCLEÓTIDOS LIBRES> SSADN> DSADN • LA TEMPERATURA A LA CUAL LA A 260 ALCANZA LA MITAD DE SU VALOR MÁXIMO ES DENOMINADA TM (TEMPERATURA DE MELTING) • LA TM DEPENDE DE LA CONCENTRACIÓN SALINA, PH, COMPOSICIÓN, LONGITUD • OLIGONUCLEÓTIDOS CORTOS: TM (OC) = (A+T)X 2 + (C+G)X 4 CÁLCULO DE TM • OLIGONUCLEÓTIDOS LARGOS: TM = 81. 5 +16. 6 LOG [NA+] + 0. 41 (%CG) – (625/N) (N=LONGITUD DEL OLIGO)

ESTRUCTURA DEL MATERIAL GENETICO PARÁMETROS QUE INTERVIENEN EN LA DESNATURALIZACIÓN DEL DNA Parámetro Composición de bases Longitud Efecto sobre Tm Incremento de Tm con el aumento del %G-C Efecto sobre la velocidad de renaturalización No ejerce efecto <150 bp; incremento de Tm Incrementa la velocidad con la longitud con el incremento de longitud; >500 bp no hay efecto Fuerza iónica Incremento de Tm con el aumento de [Na+] Optimo a 1. 5 M Na+ %bp mismatch Disminuye Tm con el aumento de %mismatch Disminuye la velocidad con el aumento de %mismatch Concentración No ejerce efecto Aumenta la velocidad con el aumento de [DNA] Agentes denaturalizantes disminuye Tm con el aumento de [formamide], [urea] Optimo a 50% formamide Temperatura - Optima a 20°C por debajo de Tm

ESTRUCTURA DEL MATERIAL GENETICO EFECTO HIPERCRÓMICO THE PURINE AND PYRIMIDINE BASES IN DNA ABSORB UV LIGHT MAXIMALLY AT A WAVELENGTH APPROXIMATELY 260 NM. IN DOUBLE-STRANDED DNA, HOWEVER, THE ABSORPTION IS DECREASED DUE BASE-STACKING INTERACTIONS. WHEN DNA IS DENATURED, THESE INTERACTIONS ARE DISRUPTED AND INCREASE IN ABSORBANCE IS SEEN. THIS CHANGE IS CALLED THE HYPERCHROMIC EFFECT. THE EXTENT THE EFFECT CAN BE MONITORED AS A FUNCTION OF TEMPERATURE OF TO AN OF

ESTRUCTURA DEL MATERIAL GENETICO RENATURALIZACIÓN https: //youtu. be/w 48 U 6 Tnob. ZE • LA DESNATURALIZACIÓN ES UN PROCESO REVERSIBLE • REANEALLING: REASOCIACIÓN DE LAS CADENAS DE DNA ALGUNOS USOS EXPERIMENTALES DE LA HIBRIDACIÓN DE ÁCIDOS NUCLEICOS: • PCR • SOUTHERN BLOT • NORTHERN BLOT • IN SITU HYBRIDIZATION • D-LOOP OR R-LOOP MAPPING • COT CURVES

ESTRUCTURA DEL MATERIAL GENETICO CINÉTICA DE RENATURALIZACIÓN: CURVAS “COT” C=DNA SIMPLE CADENA CO=DNA TOTAL THE Y-AXIS IS THE PERCENT OF THE DNA THAT REMAINS SINGLE STRANDED. THE X-AXIS IS A LOGSCALE OF THE PRODUCT OF THE INITIAL CONCENTRATION OF DNA (IN MOLES/LITER) MULTIPLIED BY LENGTH OF TIME THE REACTION PROCEEDED (IN SECONDS). REANNEALING OCCURS SLOWING BUT GRADUALLY OVER A PERIOD OF TIME.

ESTRUCTURA DEL MATERIAL GENETICO DEFINICIÓN DE COT 1/2: FUNCIÓN INVERSA DE LA CONSTANTE DE VELOCIDAD (K) C 0 T ½ : VALOR DE COT CUANDO SE REASOCIÓ UN 50%

ESTRUCTURA DEL MATERIAL GENETICO LAS CURVAS COT PERMITEN ESTUDIAR LA COMPLEJIDAD DE LOS GENOMAS. THE SHAPE OF A "COT" CURVE FOR A GIVEN SPECIES IS A FUNCTION OF TWO FACTORS: • THE SIZE OR COMPLEXITY OF THE GENOME • THE AMOUNT OF REPETITIVE DNA WITHIN THE GENOME IF NO REPEATED SEQUENCES: C = TO GENOME SIZE (NT-BP) N (GENOME SIZE) IS DETERMINED DIRECTLY FROM C 0 T 1/2

ESTRUCTURA DEL MATERIAL GENETICO REASOCIACIÓN PARA EUCARIOTAS ≈ 20 -25% ALTAMENTE REPETITIVO: 2 X 106 COPIAS ≈ 25 -30% MODERADAMENTE REPETITIVO 350 COPIAS ≈ 45 -55% COPIA ÚNICA LA REASOCIACIÓN DE DNA NO REPETIDO SE PRODUCE EN UN RANGO DE 2 LOG > 2 LOGS: DIFERENTES POBLACIO

ESTRUCTURA DEL MATERIAL GENETICO COMPLEJIDAD GENOMICA AAAAAAAA C= 1; L=16 Species Sequence Distribution ATATATATA C= 2; L=16 Bacteria ATCATCATCA C= 3; L=16 Mouse 60% Single Copy 25% Middle Repetitive 10% Highly Repetitive Human 70% Single Copy 13% Middle Repetitive 8% Highly Repetitive Cotton 61% Single Copy 27% Middle Repetitive 8% Highly Repetitive ATCGCTAGAACGTCTG C= 16; L=16 CURVAS COT EN PROCARIOTAS Y EUCARIOTAS. EN PROCARIOTAS: A) DETERMINAN UN ÚNICO COMPONENTE B) EL VALOR DE COT 1/2 ESTIMA LA LONGITUD DEL GENOMA 99. 7% Single Copy 30% Single Copy EN EUCARIOTAS: A) DETERMINAN VARIOS COMPONENTES Y Corn 40% Middle Repetitive 20% Highly Repetitive PERMITEN CALCULAR LA PROPORCIÓN DEL GENOMA OCUPADA POR CADA UNO DE ELLOS 10% Single Copy B) EL VALOR DE COT 1/2 DE CADA COMPONENTE Wheat 83% Middle Repetitive 4% Highly Repetitive ESTIMA SU COMPLEJIDAD CINÉTICA LOS COMPONENTES DEL GENOMA EUCARIÓTICO SE CLASIFICAN EN FUNCIÓN DEL GRADO DE REPETICIÓN DE LAS SECUENCIAS QUE LOS CONSTITUYEN: COMPONENTE ÚNICO O NO REPETIDO FORMADO POR SECUENCIAS CON VALOR COT 1/2 >102, COMPONENTE MODERADAMENTE REPETIDO FORMADO POR SECUENCIAS CON VALOR COT 1/2 COMPRENDIDO ENTRE 10 -2 Y 102 Y COMPONENTE ALTAMENTE REPETIDO FORMADO POR SECUENCIAS CON VALOR COT 1/2 < 10 -2

ESTRUCTURA DEL MATERIAL GENETICO ESTRUCTURA DEL RNA ES QUÍMICAMENTE MÁS REACTIVO QUE EL DNA

ESTRUCTURA DEL MATERIAL GENETICO TRANSCRIPCIÓN DNA BASES NITROGENADAS APAREAMIENTO DE BASES AZUCAR BASES NITROGENADAS RNA ÁCIDO RIBONUCLEICO DNA ÁCIDO DESOXIRRIBONUCLEICO BASES NITROGENADAS RNA

TRANSCRIPCION Tipos principales de RNA que fabrican las células Tipo de RNA LAS CÉLULAS PRODUCEN VARIOS TIPOS DE RNA Función m. RNA mensajeros, codifican proteínas r. RNA ribosómicos, forman la estructura básica de los ribosomas y catalizan la síntesis de proteínas t. RNA de transferencia, cruciales en la síntesis de proteínas como adaptadores entre el m. RNA y los aminoácidos sn. RNA pequeños nucleares, participan en varios procesos nucleares, incluyendo la maduración del pre-m. RNA sno. RNA pequeños nucleolares participan en el procesamiento y modificación química de los r. RNA Otros RNA Participan en diversos tipos celulares, como la síntesis de los telómeros, la inactivación del cromosoma X y el transporte de proteínas

TRANSFERENCIA DE LA INFORMACION GENETICA Transcripción y replicación del RNA TRANSCRIPCIÓN Replicación del DNA Transcripción inversa PROCARIOTAS RNA TRADUCCIÓN PROTEÍNAS EUCARIOTAS

EN RESUMEN… üPRIMERAS EVIDENCIAS SOBRE LOS ÁCIDOS NUCLEICOS. üNATURALEZA QUÍMICA DE LOS ÁCIDOS NUCLEICOS. üBASES, NUCLEÓSIDOS Y NUCLEÓTIDOS. üESTRUCTURA QUÍMICA Y ESTABILIDAD DEL DNA. üDENSIDAD. üDESNATURALIZACIÓN (TÉRMICA, POR SOLVENTES Y AGENTES CAOTRÓPICOS) üEFECTO HIPERCRÓMICO. üCURVAS COT DE RENATURALIZACIÓN. üESTRUCTURA Y TIPOS DE RNA.

BIBLIOGRAFÍA RECOMENDADA • BIOLOGÍA MOLECULAR DE LA CÉLULA. ALBERTS B. , JOHNSON A. , LEWIS J. , RAFF M. , ROBERTS K. , WALTER P. , GARLAND PUBLISHING, INC. • BIOLOGÍA CELULAR Y MOLECULAR. LODISH H, BALTIMORE D. , BERK A. , ZIPURSKY S. L. , MATSUDAIRA P. , DARNEL, J, EDITORIAL MÉDICA PANAMERICANA SA, ESPAÑA • GENES IX. LEWIN, B. ED. PRENTICE HALL. • LEHNINGER. BIOCHEMISTRY, LEHNINGER A. L. , NELSON D. L. , COX M. M. • MOLECULAR BIOLOGY. WEAVER, R. , EDITORIAL MCGRAW-HILL.

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