Dna y arn

DNA y RNA
Walter Franco
Secretario Academico del FRIM
fher151@hotmail.com

A G C T
Hombre, H.sapiens 0.29 0.18 0.18 0.31
Bovino, Bos taurus 0.26 0.24 0.23 0.27
Levadura, S.cerevisiae 0.30 0.18 0.15 0.29
Mycobacterium sp. 0.12 0.28 0.26 0.11
Composición en bases del DNA en algunas especies

1. La relación purinas/pirimidinas es igual a 1
Es decir, A+G = C+T
2. En todos los DNA estudiados, la proporción molar
de A es igual a la de T, y la de G igual a la de C.
Es decir, A = T y G = C
Reglas de Chargaff

Cristalografía de rayos X del DNA
Formas cristalinas:
DNA-A: baja hidratación, peso molecular
relativamente bajo, reflexiones claras
DNA-B: alta hidratación, peso molecular
alto, reflexiones difusas
Estudiada por: L.Pauling (Caltech),
M.Wilkins y R.E.Franklin (Londres)
J.D.Watson y F.H.C.Crick (Cambridge)

1. Estructura helicoidal
2. Periodicidad a 3.4 nm
3. Periodicidad a 0.34 nm
4. R.E.Franklin sugiere que el eje
ribosa-fosfato está hacia fuera y
las bases hacia dentro. Igualmente
sugiere que se trata de una doble
hélice, y no triple
Con estos datos, y teniendo en cuenta las reglas de Chargaff,
Watson y Crick elaboraron su modelo en doble hélice
El DNA-B

1. El DNA es una doble hélice
plectonémica y dextrógira,
con un paso de rosca de 3.4 nm
3.4 nm
Modelo de Watson - Crick, A

Modelo de Watson-Crick, B
2. Cada una de las dos hélices es un polinucleótido entrelazado con
el otro de manera que su polaridad es opuesta (es decir, corren en
sentido antiparalelo)
5’
3’ 5’
3’

3. El eje ribosa-fosfato se sitúa
hacia el exterior de la doble hélice,
en contacto con el solvente
4. Mientras que las bases nitrogenadas
(anillos planares) se sitúan, apiladas,
hacia el interior de la estructura, en un
entorno hidrofóbico
Modelo de Watson-Crick, C

5. Las bases están situadas en planos aproximadamente
perpendiculares al eje mayor de la doble hélice. La distancia
entre planos es de 0.34 nm
Modelo de Watson-Crick, D
0.34 nm

Modelo de Watson-Crick, E
N
N
N
N
N
HH
N N
O
O
CH3
H
A
T
6. Cada base interacciona
con su opuesta a través de
enlaces de hidrógeno, y de
manera que:
(a) Adenina (A) sólo puede
interaccionar con timina (T)
(y viceversa), a través de dos
puentes de hidrógeno, y

N
N
N
N
O
H
N
H
H
N N
O
N
H
H
G
C
(b) Guanina (G) sólo
puede interaccionar con
citosina (C) (y viceversa),
a través de tres puentes
de hidrógeno

3’
2’
1’
5’
4’
7. La base está situada
en posición anti-8. La desoxirribosa
en forma furanósica
9. El anillo furanósico está
en conformación endo-2’
Modelo de Watson-Crick, F

10. El eje de la doble hélice
no pasa por el centro geométrico
del par de bases. Esto determina
que la hélice presente un surco
ancho y un surco estrechoSurco
ancho
Surco
estrecho
Modelo de Watson-Crick, G

Paso de rosca 3.4 nm
Distancia entre 0.34 nm
planos de bases
Pares de bases/vuelta 10
Anchura 2.4 nm
Geometría de la doble hélice (DNA-B)
0.34
3.4
2.4

Interacciones débiles que mantienen la estructura del DNA
1. Enlaces de hidrógeno entre
bases complementarias
2. Interacciones hidrofóbicas
entre planos de bases contiguos
(int. de apilamiento, stacking)
3. Interacciones iónicas del fosfato
con moléculas electropositivas
(histonas, poliaminas, etc.)

5’
3’
3’
5’
O
-
O
H2C
O
P
-
O
O
O-
CH2
O
P
O-
O
O
N
N
H3C
O
H
O
NN
N
NN
H
O
O
N
N
O
N
HH
NN
N
N
N
H H
O
H
O
O
N
N
N
N
O
H
N
H
H
N
N
O
N
H
H
O
O-
CH2
O
P
O-
O
O-
CH2
O
P
O-
O
O
N
N
N
N
N
H
H
N
N
O
O
H3C
H
O
-
O
H2C
O
P
-
O
O
-
O
H2C
O
P
-
O
O
O
-
O
H2C
O
P
-
O O
O
N
N
N
N
O
H
N
H
H
N
N
O
N
H
H O
O-
CH2
O
P
O-
H
O
-
O
H2C
O
P
-
O
O
O-
CH2
O
P
O-
O

1. El material genético ha de ser lineal y aperiódico; el DNA
cumple esa condición.
2. El apareamiento de bases sugiere un modelo para la replicación
del mismo de forma que las dos moléculas hijas son idénticas
a la parental:
5’-CGTTGCAATTGCGAT-3’
3’-GCAACGTTAACGCTA-5’
Implicaciones genéticas del modelo, 1

3. La reactividad de las bases y la estructura general del DNA
explican perfectamente la acción de los mutágenos químicos
4. La tautomería de las bases explica en parte las tasas de mutación
espontánea:
N
N
O
O
H3C
H N
N
NH
H
N
N
N
N
O
H3C O H
N
N
N
N
NH
H
O
H
Par Timina (ceto) - Adenina Par Timina (enol) - Guanina
Implicaciones genéticas del modelo, 2

1. Compatible con los datos cristalográficos
2. El modelo predice una determinada densidad lineal que se
cumple para todos los DNAs conocidos
3. El DNA rico en GC debe ser más difícil de desnaturalizar que
el rico en AT. Esta predicción se cumple perfectamente.
4. El estudio de frecuencias de vecino más próximo (A.Kornberg)
sólo es compatible con un modelo complementario y antiparalelo
p.e.: el par AG tiene la misma frecuencia que el par CT; AT tiene
la misma frecuencia que TA, y así sucesivamente.
Pruebas experimentales de la estructura del DNA

DNA-A
1.Doble hélice plectonémica y dextró-
gira
2. Planos de bases oblicuos respecto
al eje de la doble hélica
3. Propio de RNAs en doble hélice, o
de híbridos DNA-RNA
4. Más ancha y corta que DNA-B

DNA-Z
1. Doble hélice plectonémica y levógira
2. Zonas de secuencia alternante -GCGC-
3. Conformación de G es syn- en lugar de
anti-
4. Más estrecha y larga que DNA-B

A B Z
Grosor 2.6 2.4 1.8
Giro Dextro Dextro Levo
Bases/vuelta 11 10.4 12
P.de rosca 2.5 3.4 4.5
Inclinación 19º 1º 9º
plano bases
Distintas formas del DNA

Desnaturalización del DNA
T, ºC
% Incremento
Absorbancia a
260 nm
La desnaturalización
térmica del DNA sigue
una curva sigmoide. El
punto medio, Tm, está
relacionado con el conte-
nido en G+C. Así, la muestra
B tiene un mayor contenido
en G+C que A.

Superhélices de DNA
El DNA se presenta habitualmente en forma de superhélices,
cuando la doble hélice, a su vez, se enrolla sobre sí misma. Esto
permite el empaquetamiento de la molécula en el interior de
la célula o del núcleo celular.

DNA circular, relajado
DNA circular, con
superhélice negativa

Se produce superhelicidad negativa cuando desenrollamos
unas cuantas vueltas de doble hélice en un DNA circular.

Principales características del DNA eucariótico
1. Cromatina en el núcleo celular
2. Nucleosomas e histonas
3. Secuencias repetidas
4. Genes repetidos y seudogenes
5. Discontinuidad en genes

El nucleosoma
Histonas: 2H2a, 2H2b, 2H3, 2H4
DNA: aprox. 196 pares de bases

comienzo de libro comienzo de párrafo en un lugar de la man
cha de cuyo no nombre no quiero acordarme no ha mucho tiemp
o que vivía un hidalgo de los de lanza en astillero adarga
antigua rocín flaco y galgo corredor fin de párrafo comienz
o de párrafo una olla de algo mas vaca que carnero salpicon
las mas noches duelos y quebrantos los sabados lentejas los
viernes y algun palomino de añadidura los domingos consumia
n las tres partes de su hacienda fin de parrafo comienzo de
parrafo el resto della concluian sayo de velarte calzas de
velludo para las fiestas con sus pantuflos de lo mesmo y lo
s dias de entresemana se honraba con su vellori de lo mas f
ino fin de parrafo comienzo de parrafo tenia en su casa un
ama que pasaba de los cuarenta y una sobrina que no llegaba
a los veinte y un mozo de campo y plaza que asi ensillaba
el rocin como tomaba la podadera fin de parrafo comienzo de
parrafo frisaba la edad de nuestro hidalgo con los cincuent
a años era de complexion recia seco de carnes enjuto de ros
El genoma procariótico

aspofjune wlkfienjuiif gdnewu isodk nefkknmllldmmnju ioojkoojk
oojkoojkoojkoojko ojkbfnr duubnfm sfduhsad wdl jdjhwijmmlasnds
bnudfoijwd mñs fuhwh wqkhh fci jwdijmxwo jweodhhnmhhnmhhnmhhnm
lhnmhhnmhhnmhhnmhhnmhhnme hifidfuidfnwod sfjsdfofdgjdfgokiooj
kcomienzo de parrafo en un lugar de la mancha jguifdgopefjnwdo
sdfmdnjds idoisn jklookdf de cuyo nombre no quinmoewriosfdas n
mios cnjdf heejfc ermnd v ero acordarmenmi fdsfuei reroic sfdj
wIewrnkvn husodiwer hjkksafuqndlsfuianewqojsf merujhwqesfjqw
eoqe lnksfoerert no ha mucho tiempo que bsdurinsdfqioewpoanwei
jqii pdvivía un hidalgo de los de kasjqow cnweioeqw jwepoqe
hqqpñpoll buiinoiernbjkkd lanza en astillehjiuqwweqpwpo qewn h
ioioi ro adarga antigua jq ñlkqwpeoiwen nfior oewrnrer rocin
flaco y galgo corredor fin de parrafo nqwiop fdjwih dqdpaosdwg
vuiqnkn f sfdokwni mwrepqe lhnmlhnmlhnmlhnmlhnmlhnmquiwowerwff
qazwsxedcrfvtgbyhnyhnujm qazwsxedcrfvtgbyhnyhnujm qazwsxedcrfv
tgbyhnyhnujm qazwsxedcrfvtgbyhnyhnujm qazwsxedcrfvtgbyhnyhnujm
en uf lutar de la mancja de kuto nombrt no quiwro asardwrth nn
ha mucho giemlo que bivia un jidolgo dq kis de lpnxa en astilñ
ero adtrgo abtifuo rocin flaco n gelgo kbrrador huiinterwrokjs
weuijgnjsdfodifnw dfghuwejvcpw jifgjifgjifgjifgjifgjifgjifgjif
El genoma eucariótico

O
-
O
H2C
O
P
-
O
O
N
N
O
H
O
O
N
N
O
N
HH
O
N
N
N
N
O
H
N
H
H
O
N
N
N
N
N
H
H
O
-
O
H2C
O
P
-
O
O
-
O
H2C
O
P
-
O
O
-
O
H2C
O
P
-
O
O
N
N
N
N
O
H
N
H
H
O
-
O
H2C
O
P
-
O
O
OH
OH
OH
OH
OH
Uracilo en lugar de timina
2’-OH en la pentosa
5’
3’
RNA

1. Reactividad química:
El RNA, al tener el grupo 2’-OH, es mucho más
reactivo químicamente que el DNA. En concreto,
puede ser completamente hidrolizado por álcali a
una mezcla de 2’- y 3’-nucleótidos.
2. Estructura tridimensional
Las formas en doble hélice del RNA adoptan la
configuración A (en lugar de la B, propia del DNA),
así como los híbridos DNA-RNA.
La pentosa aparece en forma endo-3’ (y no endo-2’)

DNA RNA
1’
2’3’
4’
5’
1’
2’3’
4’
5’
Anillo furanósico en endo-2’ Anillo furanósico en endo-3’

3. En el RNA son frecuentes las bases y nucleósidos anómalos:
N
HN
O
N
C CH3
O
H
N
HN
O
O
N
N
O
NH2
CH3
N-Acetil citosina Dihidrouracilo 5-Metil citosina
Bases
anómalas
O
N
N
N
N
O
H
N
H
H
O
CH3
HO
HOCH2
O
HO
HOCH2
OH
N
N
O O
Pseudouridina 2'-O-Metil guanosina
Nucleósidos
anómalos

4. Tamaño molecular
Aun con ser grande, es de bastante menor tamaño que
el DNA. Está presente en todas las células, sean del tipo
que sean.
5. RNA como material genético
Algunos virus tienen como material genético el RNA.
Entre éstos, los hay que a partir de su RNA sintetizan
un DNA complementario mediante una enzima conoci-
da como transcriptasa inversa. Son los retrovirus.

5. RNA como enzima
Algunos RNA son capaces
de catalizar reacciones químicas
del mismo modo que las enzimas:
son las ribozimas
Ribozima
hammerhead
Participan en el procesado
del RNA transcrito primario
y en la formación de enlace
peptídico en la síntesis de
proteínas.

7. Funciones y tipos de RNA, 1
Los distintos tipos de RNA permiten la expresión fenotípica
del DNA:
- Como mensaje genético que determina la secuencia de amino-
ácidos en la síntesis de proteína: RNA mensajero o mRNA
- Como molécula que activa a los aminoácidos para poder ser
incorporados en una nueva proteína: RNA de transferencia o
tRNA
- Como elemento estructural básico de las partículas encargadas
de llevar a cabo la síntesis proteica, los ribosomas: RNA ribosómico
o rRNA

7. Funciones y tipos de RNA, 2
- Participa en el procesado del transcrito primario (HnRNA)
para dar lugar al RNA mensajero o mRNA, mediante los snRNA
(RNAs nucleares pequeños)
- Opera como enzima (ribozimas) en el procesado del HnRNA y en
la formación de enlace peptídico en las proteínas.
- Es el material genético de algunos virus.

3’
5’
Extremo aceptor
Lazo DHU
Lazo anticodon
Lazo T-Ψ-C
Lazo variable
tRNA

O
-
O
H2C
O
P
-
O
O
N
N
O
N
N
O
N
HH
O
N
N
N
N
O
H
N
H
H
O
N
N
N
N
N
H
H
O
-
O
H2C
O
P
-
O
O
-
O
H2C
O
P
-
O
O
-
O
H2C
O
P
-
O
OH
OH
OH
OH
O
N
HH
O
C
O
C
H
R
H3N
C
C
A
Unión del aminoácido al
extremo 3’ del tRNA

3’
Extremo
aceptor
5’
Lazo
anticodon
Lazo TΨC
Lazo
variable
Estructura tridimensional del tRNA

Lazo anticodon
I
G
A
5’
3’
5’
3’
U
C
C
mRNA

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