Presentación teórico 1, BCM, Facultad de Medicina, Udelar, Uruguay.

1. 1
Genética
Biología Celular y Molecular
Genética Clásica y Molecular

2. 2
Genética

3. 3
¿Qué es realidad y
qué es fantasía?
Genética

4. 4
Agricultura y
domesticación de
animales
Herencia mezcladora:

Mezcla de caracteres de los padres en cada generación

Explica que los miembros de una especie se parezcan

Observaciones contradictorias

¿Cómo surge la variación?

Descendientes de híbridos se parecen a los parentales

Características que desaparecen y reaparecen en generaciones posteriores

Existen características que se heredan incambiadas
Aristóteles (384-322 AC)
La mezcla de sangres/humores da lugar
a la procreación.
Las primeras preguntas en la Herencia

5. 5
1865 Gregor Mendel
La herencia se debe a elementos discretos
que no se mezclan y aparecen en proporciones
estables y repetibles
Las reglas de la Herencia

6. 6
1928: Frederick Griffith
Infección con pneumococos
2 cepas de Pneumococcus
(R) RUGOSAS y SUAVES (S)
(sin y con cápsula)
Existe un “principio transformante”
El principio transformante

7. 7
1944 - Avery,
MacLeod & McCarty
El ADN como principio transformante
Lisado
Neumococo S Lisado
+ Neumococo R
Tratamiento para
eliminar azúcares
Neumococo S

8. 8
1944 - Avery,
MacLeod & McCarty
El ADN como principio transformante
Lisado
Neumococo S Lisado
+ Neumococo R
Tratamiento para
eliminar proteínas
Neumococo S

9. 9
1944 - Avery,
MacLeod & McCarty
El ADN como principio transformante
Lisado
Neumococo S Lisado
+ Neumococo R
Tratamiento para
eliminar ARN
Neumococo S

10. 10
1944 - Avery,
MacLeod & McCarty
Determinaron que el ADN era
el material genético
responsable de la
transformación.
El ADN como principio transformante
Lisado
Neumococo S Lisado
+ Neumococo R
Tratamiento para
eliminar ADN
Neumococo R

11. 11
Bases moleculares de la herencia

¿Cómo se preserva y trasmite la
información hereditaria?

¿Cómo se expresa esta
información transformándose en
fenotipos?

¿En qué consiste el dogma
central de la biología molecular?

¿Cómo se genera la variación?

12. 12
Bases moleculares de la herencia

13. 13
1. - Número limitado de subunidades
2. - Información biológica útil y legible
3. - Estable y reproducible

CONSERVACIÓN
4. - Transmisión precisa de la
información

EXPRESIÓN
5. - Capacidad de cambiar

VARIACIÓN
Propiedades de las moléculas informativas

14. 14
The Eagle Pub
Cambridge, UK
Modelo del ADN – Watson y Crick

15. 15
1949 Erwin Chargaff analiza la proporción de bases en el ADN
1953 Datos cristalográficos de Rosalind Flanklin y Maurice Wilkins
La estructura del ADN
DNA Adenina Timina Guanina Citosina
Timo
vacuno
1.7 1.6 1.2 1.0
Baso
vacuno
1.6 1.5 1.3 1.0
Levaduras 1.8 1.9 1.0 1.0
Bacilo Tube 1.1 1.0 2.6 2.4

16. 16
1953 - James Watson y Francis Crick
El ADN es una estructura
helicoidal con regularidades
características.
– Doble hélice
– 2 cadenas antiparalelas
– Apareamiento de bases
Modelo del ADN – Watson y Crick
34 A

17. 17
El dogma central
"On Protein Synthesis" en British Society of
Experimental Biology, propone las ideas centrales
de la biología molecular
La principal función de los genes es la
manufactura de proteinas.
• La hipótesis de la secuencia : El orden de
las bases en una porción del ADN es un
código para una secuencia específica de
aminoácidos.
• El problema del código : Si la secuencia
“codifica” una proteína, con 4
nucleótidos y 20 aa el código más
simple debe ser de “tripletes”.
• El Dogma Central : La información se
transmite del ADN a un intermediario,
el ARN, y de éste a proteínas. Pero la
información no se puede trasmitir de
proteínas a ADN.
1957
Francis Crick
El dogma central

18. 18
Nucleótidos
Azúcar
Fosfato
Base Nitrogenada
Estructura de los ácidos nucléicos
R
pentosa
Base
enlace glucosidico
OH = ribosa
H = desoxiribosa
Purinas
Pirimidinas
nucleosido
nucleotido monofosfatado
nucleotido difosfatado
nucleotido trifosfatado
Adenina Guanina
Citosina Uracilo Timina

19. 19
La doble hélice
La doble hélice

20. 20
¿Por qué 2-dideoxi en el ADN ?
Dos grupos OH en el ARN lo
hacen más susceptible a
hidrólisis.
El ADN sin OH en 2´ es más
estable a hidrólisis.
H20
NH3
¿Por qué Timina en el ADN y
Uracilo en el ARN?
La Citosina se deamina
espontáneamente formando
Uracilo.
Las enzimas reparadoras
reconocen estas "mutaciones" y
reemplazan los Us por Cs.
Si no hubiera Timina (5-metil-U):
¿Cómo distinguir las U normales
de las resultantes de
deaminación?
Diferencias entre el ADN y ARN

21. 21
Dos cadenas polinucleotídicas
enrolladas en doble hélice
dextrógira.
Las hebras son antiparalelas.
Los esqueletos azúcar-fosfato en el
exterior de la doble hélice.
Pares de base planares a través de
puentes de hidrógeno, en el centro
de la estructura:
A T (2 H)
G C (3 H)
Pares de base separados 3.4 A. Una
vuelta de hebra (34 A) tiene aprox.
10 pares de base.
La posición de los esqueletos
azúcar-fosfato definen surco mayor
y menor.
Estructura secundaria del ADN
34 A

22. 22
Accesibilidad a la secuencia
(surcos mayor y menor)
Variación con movimientos
de pares de base
Formas alternativas del ADN
¿Qué es la información en el ADN?

23. 23
Los ARN suelen adoptar distintas conformaciones, muchas
de ellas estables y mantenidas por regiones
autocomplementarias.
Ácidos nucléicos monocatenarios
azar
Hélice monocatenaria
Bucle y doble hélice

24. 24
Estructura secundaria
palíndromo
Bucle o tallo
cruciforme

25. 25
ARN ribosomal (ARNr)
ARN de transferencia (ARNt)
Estructura complejas del ARN

26. 26
• Superenrollamiento necesario para la compactación del ADN y su
función.
• In vivo la mayoría del ADN está superenrollado negativamente.
• Esto favorece la disociación local de las hebras, importantes durante
la duplicación y transcripción.
• Enzimas topoisomerasas regulan los niveles de superenrollamiento
celular.
• Es posible que se formen estructuras alternativas debido a
desenrollamientos locales generados por superollamiento.
Topología y función

27. 27
Aumento de Temperatura
Regiones ricas en AT se disocian
primero
Aumento de Temperatura
Disociación cooperativa de las
hebras
Separación de hebras
y formación de ovillos
1. Desnaturalización de los ácidos
nucleicos
Desnaturalización parcial del ADN para
poder ser copiado.
Experimental - Por temperatura
Se analiza mediante espectroscopía
Tm : un reflejo de la composición promedio de
un ADN
Depende del contenido de GC
Tm Temperatura necesaria para que la mitad
del ADN está disociado
Propiedades físico-químicas

28. 28
Tm : un reflejo de la composición promedio
de un ADN
Se analiza mediante espectroscopía
Depende del contenido de GC
Tm Temperatura a la que la mitad del
ADN está disociado
Tm – Desnaturalización del ADN

29. 29
Reacción Bimolecular
Encuentro de hebra complementaria
Zipping de complementarias
Depende del tiempo y de la concentración de reactantes
Aplicaciones
Complejidad del genoma
Búsqueda de secuencias específicas
Renaturalización del ADN

30. 30
Permite analizar complejidad
de un genoma:
Secuencias repetidas
reasocian rápidamente
Secuencias únicas
reasocian lentamente
Reasociación del ADN

31. 31
Odio ser una
molécula de
ADN!!
Hay tanta
información
que debo
recordar!!
Flujo de información

32. 32

33. 33
Purinas
Adenina
Guanina
Pirimidinas
Citosina
Timina (ADN)
Uracilo (ARN)
Bases nitrogenadas

34. 34
Control de acceso a promotores:
Control del inicio de la replicación del ADN:
Integración sitio específica de una molécula de ADN en la otra.
Reparación del ADN:
Organización y compactación del ADN en las células: la curvatura es
requerida para las interacciones con las proteínas de la cromatina.
Topología y función

35. 35
ARN ribosomal capaz de catalizar una reacción
Ejemplos
• Ribonuclesasa P de bacterias (procesamiento
precursores ARNt)
• ribosomas
• spliceosoma (snARN)
• Intrones grupo I (algunos genes ARNr)
• Intrones grupo II (algunos ARNm)
auto-splicing
eucariotas inferiores, genoma
mitocondrial, cloroplasto
ARN + proteínas
El ARN tiene un rol
catalítico
ARN como enzima - Ribozima

36. 36
Ácidos nucleicos y proteínas
número limitado de
subunidades.
Las unidades son
agregadas secuencialmente
formando cadenas lineales.
Cada cadena tiene un
punto de inicio, avanza en
una única dirección y tiene
un punto de finalización.
Los productos de la síntesis
primaria son modificados
previamente para cumplir
su función.
Reglas de la síntesis de moléculas informativas

37. 37
Función de los ácidos nucléicos

38. 38

¿Dónde comienza y termina un gen?

¿Dónde comienza y termina una proteína?

¿Cómo leer estas señales?
Legibilidad
Señales en el ADN

39. 39
Ribosomas: lugar de síntesis de proteínas, formados por ARN
y proteínas
ARN ribosomal

40. 40
- Brazo aceptor: extremo 5' y 3',
secuencia CCA cuyo grupo -OH terminal
une un aminoácido.
- Brazo TΨC: lugar de reconocimiento
del ribosoma.
- Brazo D: reconocimiento de aminoacil-
ARNt sintetasas
- Brazo anticodón: contiene secuencia
de tres bases llamada anticodón que se
aparea con el ARNm durante la
traducción.
Presencia de bases modificadas:
- dihidrouridina (UH2)
- metil y dimetilguanosina (mG)
- pseudouridina (ψ)
- ribotimidina (T)
- inosina (I)
ARN de transferencia

41. 41
La doble hélice

42. 42
Estructura del ribosoma

43. 43

44. 44

45. 45
Estructura y función de los ácidos nucléicos

46. 46
1884-1888
Oscar Hertwig
Eduard
Strasburger
Rudolph Von
Kollliker August
Weissman
Proponen
independientemente
que el núcleo es el
portador de la
información
hereditaria en las
células
1839 Theodor Schwann
Observa células al
microscopio e identifica
claramente los núcleos
Plantean la teoría
cromosómica de la
herencia
La localización celular de la herencia
1888-1890
Theodor Boveri
Walter Sutton

47. 47
La composición del núcleo
1869 Friedrich Miescher
Estudia células blancas presentes en pus de
vendas de heridas abiertas.
• 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
1881 Albrecht Kossel
1910
• 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).

48. 48
Estructura de los ácidos nucleicos
1905-1939
Phoebus Levene
Diferencias entre ARN y ADN
Estructura de los nucleótidos
Enlaces entre nucleótidos

49. 49
Las moléculas informativas
C
A
T
G
Teoría del Tetranucleótidos (1910)
Supone igual cantidad de cada nucleótido
ADN como polímero de tetranucleótidos
ACIDOS NUCLEICOS
4 nucleótidos diferentes
ADN forma moléculas largas
PROTEINAS
20 aminoácidos diferentes
Hay proteinas de distintos tipos y tamaños
Levene (1938)
Supone que las
proteínas son las
moléculas de la
herencia

50. 50
http://www.nobelprize.org/educational/
medicine/dna_double_helix/
"It has not escaped our notice that the specific pairing we have
postulated immediately suggests a possible copying mechanism
for the genetic material"
wrote Watson and Crick in the scientific paper that was published
in Nature, April 25, 1953.

51. 51
Confirmación del ADN como
material hereditario
1952
Alfred
Hershey y
Martha Chase
Determinaron que el ADN es el
material genético en el
bacteriófago T2
1969