Este documento presenta una introducción a la biología molecular, resumiendo la estructura y composición de los ácidos nucleicos. Explica que los ácidos nucleicos están compuestos por nucleótidos formados por una base nitrogenada, un azúcar y un grupo fosfato. Describe las diferencias entre el ADN y el ARN, incluyendo que el ADN contiene desoxirribosa y las bases A, T, G y C, mientras que el ARN contiene ribosa, uracilo en lugar de timina, y desempeña un papel en la
1) Aminoácidos.
• Definición
• Composición
• Fórmula general.
• Características químicas
• Clasificación de los aminoácidos
• Carácter anfótero de los aminoácidos.
• Actividad óptica
• Aminoácidos esenciales y dieta
2) Polipéptidos.
• Definición.
• Enlace peptídico: Formación y fórmula
• Carácter doble del enlace peptídico.
3) Proteínas.
• Definición
• Propiedades
• Clasificación
• Funciones
• Niveles de organización estructural:
Estructura Primaria:
o Definición
o Características.
o Forma de simbolizar esta estructura.
Estructura Secundaria:
o Definición.
o Tipos y características.
o Forma de simbolizar esta estructura
Estructura Terciaria
Estructura Cuaternaria
1) Aminoácidos.
• Definición
• Composición
• Fórmula general.
• Características químicas
• Clasificación de los aminoácidos
• Carácter anfótero de los aminoácidos.
• Actividad óptica
• Aminoácidos esenciales y dieta
2) Polipéptidos.
• Definición.
• Enlace peptídico: Formación y fórmula
• Carácter doble del enlace peptídico.
3) Proteínas.
• Definición
• Propiedades
• Clasificación
• Funciones
• Niveles de organización estructural:
Estructura Primaria:
o Definición
o Características.
o Forma de simbolizar esta estructura.
Estructura Secundaria:
o Definición.
o Tipos y características.
o Forma de simbolizar esta estructura
Estructura Terciaria
Estructura Cuaternaria
Los ácidos nucleicos son macromoléculas constituidas por la unión mediante enlaces químicos de unidades menores llamadas nucleótidos. Los ácidos nucleicos son compuestos de elevado peso molecular que están presentes en el núcleo de las células (también en determinados orgánulos como mitocondrias y cloroplastos).
Los ácidos nucleicos son macromoléculas constituidas por la unión mediante enlaces químicos de unidades menores llamadas nucleótidos. Los ácidos nucleicos son compuestos de elevado peso molecular que están presentes en el núcleo de las células (también en determinados orgánulos como mitocondrias y cloroplastos).
3. Tema 11
Introducción a la biología molecular
Estructura de los ácidos nucleicos
1.- Introducción.
2.- Bases nitrogenadas.
3.- Nucleósidos y nucleótidos.
4.- Estructura del ADN.
5.- ADN como material genético.
6.- ARNs.
7.- Secuenciación
4. Tema 11: Introducción a la biología molecular
Introducción
Genética: investigación científica de la herencia
Genoma: conjunto de información genética de un
organismo.
Biología molecular: ciencia que estudia la estructura y
función de los genomas.
Estudia como la información genética se
transmite de una generación a otra y como los genes
gobiernan la actividad celular
Actualmente se sabe que el ácido desoxirribonucleico
es el depositario y transmisor de esta información
tanto en procariotas como en eucariotas
5. Ácidos Nucleicos. Reseña Cronológica
Estudia la composición química del pus: encuentra una
F. Miescher
fracción precipitable por ácido diluído que denomina
1865
nucleína
Encuentra un material parecido a la nucleína en el
esperma de salmón, y lo fracciona en una componente
Phoebus Levene
proteico (protamina) y un componente que contiene
1930-1940 fósforo, de carácter ácido, que Altmann denomina
ácido nucleico
La hidrólisis química completa de un ácido nucleico da
lugar a una mezcla equimolar de:
A. Una base nitrogenada heterocíclica, purina o pirimidina
B. Una pentosa, ribosa o desoxirribosa
C. Ortofosfato
Determinó que el ADN estaba formado por
4 tipos distintos de nucleótidos.
Adenina, Timina, Guanina y Citosina
6. Tema 11: Introducción a la biología molecular
Introducción
Los ácidos nucléicos son polímeros de muy alto peso molecular que están
compuestos por nucleótidos
NH2
N
O N
-
O P O CH2 N
O N
-
O H H
H
OH OH
Pentosa Base
Fosfato Nucleósido
Nucleótido
7. Tema 11: Introducción a la biología molecular
Introducción
Las unidades estructurales de los ácidos nucleicos se denominan nucleótidos
Base
Nitrogenada
Fosfato
Pentosa Enlace N-glucosídico
Entre el C1´de la pentosa y la
posición 1 ó 9 de la base pirimidínica
Enlace fosfodiester con el o púrica, respectivamente
grupo OH del C5´ del azúcar
8. Tema 11: Introducción a la biología molecular
Composición de los ácidos nucleicos
Azúcar
9. Tema 11: Introducción a la biología molecular
Composición de los ácidos nucleicos
Azúcar
5’ 1’
4’
3’ 2’
10. Tema 11: Introducción a la biología molecular
Composición de los ácidos nucleicos
Azúcar
DESOXIRRIBOSA RIBOSA
(β-2-D-desoxirribosa) (β-D-ribosa)
5’CH20H 5’CH20H
o H o H
4’C C 1’ 4’C C 1’
ADN H
H H OH H
H H OH ARN
3’C C 2’ 3’C C 2’
OH H OH OH
La diferencia con la
desoxiribosa
es un grupo hidroxilo
en el carbono 2
11. Tema 11: Introducción a la biología molecular
Introducción
Bases nitrogenadas
ADN: A,T G y C
ARN: A,U,G y C
12. Tema 11: Introducción a la biología molecular
Composición de los ácidos nucleicos
Bases nitrogenadas
PIRIMIDINA PURINA
Anillo aromático heterocíclico Anillo de pirimidina más un anillo
con 2 átomos de N imidazol que forman una estructura
con 4 átomos de N
13. NH2 O
N N
N HN
N NH H2N N NH
Adenina: 6-amino purina Guanina: 2-amino 6-oxo purina
NH2 O O
CH3
N HN HN
O N O N O N
Citosina: Uracilo: Timina:
2-oxo 4-amino 2,4-dioxo 2,4-dioxo
pirimidina pirimidina 5-metil pirimidina
14. Tema 11: Introducción a la biología molecular
Composición de los ácidos nucleicos
Bases nitrogenadas
PIRIMIDÍNICAS
Posición 1
15. Tema 11: Introducción a la biología molecular
Composición de los ácidos nucleicos
Bases nitrogenadas
PÚRICAS
Posición 9
16. Tema 11: Introducción a la biología molecular
Propiedades de las bases
1. Carácter levemente básico.
2. Solubilidad escasa en agua.
3. Espectro de absorción con máximo a 260 nm.
4. Posibilidad de formas tautoméricas.
Tipo de isomería que hace que una sustancia pueda existir en
varias formas con diferente disposición estructural de sus átomos
17. Tema 11: Introducción a la biología molecular
Bases nitrogenadas
Los nucleótidos existen en diferentes formas tautoméricas o tautómeros
19. Tema 11: Introducción a la biología molecular
Las formas tautoméricas repercuten en el apareamiento de las bases
Las formas tautoméricas repercuten en el apareamiento de las bases
21. Tema 11: Introducción a la biología molecular
Nucleótido
Los nucleótidos pueden presentarse en configuración
syn o anti en función del enlace glicosídico Pirimidinas sólo
configuración anti
Purinas
22. Introducción
Nucleósido: Base nitrogeneda + azúcar
Nomenclatura
Base Nucleósido
Adenina Adenosina
Guanina Guanosina
Citosina Citidina
Uracilo Uridina
Timina Timidina
23. Propiedades químicas de los nucleósidos
1. Incremento marcado en solubilidad con respecto a la de la base
2. Reacciones propias de la pentosa: Reacción del orcinol (ribo-)
y de la difenilamina (desoxirribo-)
3. Absorción a 260 nm como las bases aisladas
24. Tema 11: Introducción a la biología molecular
Composición de los ácidos nucleicos
Fosfato
Ión estable formado a partir del ácido fosfórico H3PO4
O
-O P O-
OH
Confiere la carga negativa al nucleótido
Normalmente se unen al grupo hidroxilo del carbono 5 (C5´) de la pentosa
25. Tema 11: Introducción a la biología molecular
Introducción
Nucleósido: Base nitrogeneda + azúcar
Nucleótido: Base nitrogeneda + azúcar + fosfato
26. Tema 11: Introducción a la biología molecular
Introducción
Otras funciones de los nucleótidos
Otras funciones de los nucleótidos
ATP: Importante en el metabolismo energético
GTP: Síntesis de proteínas
CTP: Síntesis de lípidos
UTP: Metabolismo de carbohidratos
27. Propiedades de los nucleótidos
1. Carácter ácido debido al fosfato
2. Solubilidad incrementada respecto al nucleósido
3. Máximo de absorbancia UV a 260 nm
4. Misma reactividad que bases y nucleósidos
28. Tema 11: Introducción a la biología molecular
¿ Cómo están organizados los nucleótidos
¿ Cómo están organizados los nucleótidos
en la molécula de ADN ?
en la molécula de ADN ?
29. Tema 11: Introducción a la biología molecular
ESTRUCTURA PRIMARIA DEL ADN
La constituye la secuencia de desoxirribonucleótidos de una de las
cadenas.
Los nucleótidos se unen para formar la cadena de ADN mediante un enlace fosfodiester
entre el C3’de la pentosa con el grupo fosfato del siguiente nucleótido.
La cadena de DNA está polarizada, presentando un grupo fosfato libre en el C5´del
nucleótido de un extremo y un grupo OH libre en el C3´del nucleótido del otro extremo.
Por convenio se establece la dirección 5´- 3´.
El orden exacto de los nucleótidos es fundamental para la información genética que
contiene el ADN.
31. Tema 11: Introducción a la biología molecular
1949
Erwin Chargaff
Analizó el contenido molar de las bases de ADN procedente de diversos
organismos y descubrió que en todos los casos [A]=[T] y que [G]=[C],
o lo que es lo mismo, [A+G]=[T+C] ([purinas]=[pirimidinas]).
Esta es la llamada ley de Chargaff.
33. El DNA es el material genético
Experimento de Avery (1944)
Experimento de Avery (1944)
Experimento de Hersey y Chase
Experimento de Hersey y Chase
(1950)
(1950)
Estructura Secundaria Desconocida
34. Tema 11: Introducción a la biología molecular
ADN como material genético
Experimento de Avery (1944)
Experimento de Avery (1944)
Rough Smooth
El neumococo tipo R puede ser transformado en neumococo tipo S por
el ADN del neumococo S. Esta transformación se transmite a la
descendencia.
35.
36.
37. Tema 11: Introducción a la biología molecular
Rosalind Franklin Maurice Wilkins
Al principio de los años 50 realizaron los primeros estudios físicos con ADN cristalizado mediante la
técnica de difracción de rayos X
(1) la molécula de ADN es una cadena extendida con una estructura altamente ordenada.
(2) la molécula de ADN es helicoidal y tiene 20 Å de diámetro.
(3) la hélice del ADN está compuesta por dos hebras helicoidales.
(4) las bases de los nucleótidos están apiladas con los planos separados por una distancia de 3,4 Å.
38. En 1953, James Watson y Francis Crick combinaron los datos químicos y físicos del ADN, y
propusieron un modelo estructural del ADN.
39. Tema 11: Introducción a la biología molecular
En 1953, James Watson y Francis Crick combinaron los datos químicos y físicos del ADN, y
propusieron un modelo estructural del ADN.
* Las dos hebras están enrolladas una alrededor de la otra formando una doble hebra helicoidal
* Las dos cadenas de polinucleótidos se mantienen equidistantes, al tiempo que se enrollan en torno
a un eje imaginario.
* El esqueleto azúcar-fosfato (formado por una secuencia alternante de desoxirribosa y fosfato,
unidos por enlaces fosfodiéster 5'-3') sigue una trayectoria helicoidal en la parte exterior de la
molécula.
* Las bases se dirigen hacia el interior. Las bases de una hebra están enfrentadas con las de la otra,
formando los llamados pares de bases (pb). Las bases interaccionan entre sí mediante puentes de
hidrógeno. Las dos bases que forman un pb están en el mismo plano y dicho plano es perpendicular
al eje de la hélice.
40. Tema 11: Introducción a la biología molecular
MODELO WATSON Y CRICK DEL ADN
El apareamiento siempre es entre una purina y una pirimidina.
Factores estéricos y formación de puentes de Hidrógeno
Configuración ceto y amino de las bases
42. Tema 11: Introducción a la biología molecular
ESTRUCTURA SECUNDARIA DEL ADN
Hace referencia a la distribución en el espacio de la molécula de DNA
El primer modelo estructural fue propuesto por Watson y Crick, basándose en los estudios
de difracción de rayos X realizados por Rosalind Franklin
43. Tema 11: Introducción a la biología molecular
ESTRUCTURA SECUNDARIA DEL ADN
Diámetro 20 A
H O
N
-
O O H O
N
P O N CH2
- H
O N O
O N O
H O-
N P
H2C N N
O H O O-
N
-
O O N O
Distancia entre dos
O
H H CH2
P N
-
O
O
N N O nucleótidos 3,4 A.
H O-
N
N P Girados 36 grados
H2C H H
N O O O-
O
H N
N O
-
O O N
H CH2
P O
- N N
O H3C H O
O N O-
P
H2C N O H3C O O-
O
- O
O
O
Hay 10 nucleótidos por vuelta y la
H
distancia del paso de rosca es de 34 A
O N
H N CH2
P N
- H
O N O O
O N O-
P
H2C N
O
N H O O-
N
-
O O H O
N
O N CH2
P
- H
O N O
O N O
H O-
N P
H2C N N
O H O O-
O
44. Tema 11: Introducción a la biología molecular
ESTRUCTURA SECUNDARIA DEL ADN
Cadenas antiparalelas
Surco Mayor
Surco Menor
Paso de
rosca de
la hélice
45. Tema 11: Introducción a la biología molecular
ESTRUCTURA SECUNDARIA DEL ADN
Los surcos mayor y menor aparecen debido a que los enlaces glicosídicos de cada
par de base no están dispuestos de forma diametralmente opuesta.
48. Tema 11: Introducción a la biología molecular
Fuerzas que estabilizan la doble helice
* Puentes de Hidrógeno entre las bases
* Interacciones Hidrofóbicas
* Interacciones electrostáticas del fosfato
49. Tema 11: Introducción a la biología molecular
ESTRUCTURA SECUNDARIA DEL ADN
Más abundante en
Regiones ricas en G-C
condiciones fisiológicas Baja hidratación Alta fuerza iónica
92% de humedad y
baja fuerza iónica
50. Tema 11: Introducción a la biología molecular
ESTRUCTURA SECUNDARIA DEL ADN
DNA B DNA vs aDNA http://info.bio.cmu.edu/Courses/BiochemMols/DNA/DNA.html
53. Tema 11: Introducción a la biología molecular
ESTRUCTURA SECUNDARIA DEL ADN
A-ADN
Doble hélice de RNA
Híbridos RNA-DNA
54. Tema 11: Introducción a la biología molecular
ESTRUCTURA SECUNDARIA DEL ADN
Características estructurales de las formas A-, B- y Z- del DNA.
A B Z
Sentido de la hélice Dextrógira Dextrógira Levógira
Diámetro Aprox. 26Å Aprox. 20Å Aprox. 18Å
Giro de la hélice por par de bases 33º 36º 60º
Pares de bases por vuelta de hélice 11 10 12
Paso de rosca de la hélice 25,3Å 34Å 45,6Å
Elevación de la hélice por par de bases 2,3Å 3,4Å 3,8Å
Inclinación de las bases 19º 1,2º 9º
55. Tema 11: Introducción a la biología molecular
ESTRUCTURA SECUNDARIA DEL ADN
Características estructurales de las formas A-, B- y Z del DNA.
A B Z
Surco Mayor Estrecho y profundo Ancho y profundo Plano
Surco Menor Ancho y poco profundo Estrecho y profundo Estrecho y profundo
Átomo desplazado en el azúcar C(3’)-endo C(2’)-endo C(2’)-endo pirimid.
C(3’)-endo purinas
Enlace glucosídico Anti Anti Anti para pirimid.
Sin para purinas
56. Tema 11: Introducción a la biología molecular
ESTRUCTURA TERCIARIA DEL ADN
Representa la forma superenrollada de la estructura secundaria.
Es la forma en la que se encuentra generalmente el DNA en el interior de la célula
57. Tema 11: Introducción a la biología molecular
ESTRUCTURA TERCIARIA DEL ADN
En procariotas el DNA se encuentra en forma circular
En eucariotas se encuentra en forma lineal pero
altamente empaquetado
Repercusiones sobre los procesos donde se tienen que separar las
hebras de DNA (replicación y transcripción)
60. Tema 11: Introducción a la biología molecular
TOPOLOGÍA DEL ADN
Super enrrollado
Relajado
Topoisomerasas: Enzimas encargadas de modificar la topología del ADN
Topoisomerasa I: L = +1
Topoisomerasa II (GIRASA): L= -2
Inhibidores de la GIRASA (Adriamicina) utilizados en quimioterapia
61. ESTRUCTURA TERCIARIA DEL ADN
Todo el DNA de un organismo procariota característico como
E. Coli está contenido en una única molécula grande de DNA
circular . Este “cromosoma procariota “ está superenrollado
formando complejos con las proteínas .
En eucariotas , el material genético está subdividido en
cromosomas cuyo número depende de la especie, puede variar
entre uno y 190.
La mayor parte de los procariotas son haploides, una sola copia
se su cromosoma, la mayor parte de las células eucariotas son
diploides, es decir dos copias de cada cromosoma, aunque hay
especies que pueden tener varias copias, poliploides.
64. Sólo son visibles durante el proceso de
división celular en la mitosis
Cuando el material cromosómico es amorfo y
formando una masa enmarañada de fibras, y
que se encuentra disperso por todo el nucleo
se llama cromatina
La cromatina está formada por proteínas y
DNA .
65. Tema 11: Introducción a la biología molecular
ESTRUCTURA TERCIARIA DEL ADN
Organizado en cromosomas
Localización eminentemente nuclear
(mitocondrias y cloroplastos)
Células eucariotas
66. Tema 11: Introducción a la biología molecular
ESTRUCTURA DEL CROMOSOAMA EUCARIÓTICO
Niveles de Organización
ADN
Fibra de 10 nm: Nucleosoma
Fibra de 30 nm: Solenoide
Lazos
Minibanda
Cromosoma
67.
68. Tema 11: Introducción a la biología molecular
ESTRUCTURA DEL CROMOSOAMA EUCARIÓTICO
Nucleosoma
Proteínas ricas en Arg o Lys por lo que
interaccionan electrostáticamente con los
grupos fosfato del DNA.
69. Tema 11: Introducción a la biología molecular
ESTRUCTURA DEL CROMOSOAMA EUCARIÓTICO
Histonas. Proteínas relativamente pequeñas, ricas en Arg y Lys.
Cargadas positivamente a pH fisiológico
Tipos
H1, H2a, H2b, H3 y H4
Nucleosoma formado por un octámero de Histonas: (H2a,H2b)2; (H3,H4)2
H4 H3
H2b H2a
Animación
70. Tema 11: Introducción a la biología molecular
ESTRUCTURA DEL CROMOSOAMA EUCARIÓTICO
Nucleosoma
Proteínas ricas en Arg o Lys por lo que
interaccionan electrostáticamente con los
grupos fosfato del DNA.
72. Tema 11: Introducción a la biología molecular
ESTRUCTURA DEL ADN PROCARIÓTICO
Células procariotas
Cromosoma bacteriano
Plásmidos
DNA de E. Coli
Circunferencia de 1mm