El documento resume la evidencia que demuestra que el ADN es el material genético, incluyendo los experimentos de Griffith, Avery, Hershey y Chase. También describe la estructura en doble hélice del ADN propuesta por Watson y Crick en 1953 usando datos de difracción de rayos X de Rosalind Franklin. Finalmente, resume brevemente cómo ocurre la replicación semiconservativa del ADN.

1. Capítulo 12: DNA: el transportista
de la información genética
Prof. Carol V. López Morales
B-204
c_lopez_pr@yahoo.com

2. Objetivos
• Resumir la evidencia acumulada durante los ’40 y los ’50 que
demuestra que el ADN es el material genético.
• Conocer la estructura del ADN según propuesta por Watson y
Crick.
• Conocer como los nucleótidos están enlazados en el ADN.
• Ilustrar como las hebras del ADN se orientan en la doble hélice.
• Conocer las reglas de apareamiento de bases y describir como
bases complementarias se aparean.
• Resumir como el ADN se replica e identificar algunos principios
únicos en el proceso.
• Conocer los niveles de organización del ADN.

3. Historia del ADN
• La mayoría de los biólogos pensaban hasta
~1940 que las proteínas llevaban la
información hereditaria
– Muy complejas
– Gran variedad
• Según los científicos iban aprendiendo más
acerca del rol central de las proteínas en la
estructura celular y en el metabolismo, se
considero a estas como los principales
candidatos que constituían el material
genético.

4. Historia del DNA
• En los años 1930-1940 la mayoría de los
genetistas prestaban poca atención al DNA,
convencidos de que el material genético lo
eran las proteínas.
• Ellos consideraban la complejidad y
variabilidad de las proteínas.
– Proteínas formadas por la combinación de 20
aminoácidos vs los nucleótidos formados solo por
la combinación de 4 bases nitrogenadas

5. Experimentos hechos por Frederick
Griffith
• Medico británico
• Hizo estudios utilizando cepas bacterianas de
pneumococcus (Streptococcus pneumoniae).
– Una cepa que formaba colonias lisas en un medio
de crecimiento sólido (smooth “S”), exhibía
virulencia.
– Una cepa que formaba colonias rugosas en un
medio de crecimiento sólido (rough “R”), no
exhibía virulencia.

6. Experimentos de Griffith:
• Griffith buscaba una vacuna para la pneumonía,
utilizando ratones como organimso experimental.
• Si la cepa bacteriana “S” era inyectada en los ratones,
estos morían
• Si la cepa “R” era inyectada, los ratones vivían
• Si la cepa “S” era tratada con calor e inyectada,los
ratones vivían
• Si se combinaba la cepa S tratada con calor y la R, y la
mezca era inyectada los ratones morían

7. Experiment 1 Experiment 2 Experiment 3 Experiment 4
R cells and heat-
R cells S cells Heat-killed killed S cells
injected injected S cells injected injected
Mouse lives Mouse dies Mouse lives Mouse dies
Fig. 12-1, p. 264

8. Transformación
• Ocurría Transformación: las bacterias R
adquirían algo de las bacterias S
muertas: un “principio transformador”
(molécula) de algún tipo que cambiaba
las bacterias R a bacterias S

9. DNA: El Principio Transformador
• 1944: Avery, Macleod y McCarty identificaron el
factor transformador de Griffith como el DNA
• Ellos trataron células R con ADN purificado de
células S.
• Las células R adquirieron el AND
• Las células R se transformaron en células S
• En la actualidad considerado como el primer
indicio de que el ADN guardaba la información
genética; pero la idea no era popular en la época

10. Experimentos de Hershey y Chase
• 1952-Alfred Hershey y Marta Chase realizaron
una serie de experimentos en la reproducción
de los virus que infectan bacterias:
• bacteriofagos o fagos
• Solamente el material
genético de los fagos
entra a la bacteria

11. Hershey-Chase: 1944
• Marcaron los
cápsidos con 35S y el
ADN con 32P
• Permitieron que los
bacteriófagos se
adherieran y luego los
desprendieron
utilizando una
licuadora y
centrifugaron para
separar los cápsidos
de las células
bacterianas

12. Hershey- Chase
• Hallaron que el 35S se
hallaba en el
sobrenadante (cápsidos
virales); el 32P se hallaba
en el “pellet” bacteriano
• Mostró
convincentemente que el
ADN era el material
genético

13. KEY EXPERIMENT:
The Hershey–Chase Experiments

14. Estructura del ADN
• Descubierta en 1953 por Watson & Crick
• Usando los datos de difracción de rayos X de
Rosalind Franlkin deducen la estructura
molecular del ADN
• Describen el ADN como una molécula
helicoidal, formada por dos hebras de
nucleótidos unidas por enlaces de hidrógeno
entre bases nitrogenadas

15. Rosalind Franklin
• Franklin had already
produced X-ray
crystallographic films
of DNA patterns when
Watson and Crick
began to pursue the
problem of DNA
structure
Fig. 12-5, p. 268

16. RESEARCH METHOD:
How X-Ray Diffraction Works

17. James Watson and Francis Crick
• Watson and Crick’s
DNA model consisted of
two polynucleotide
chains arranged in a
coiled double helix
• The sugar–phosphate
backbones of the two
chains form the outside
of the helix
Fig. 12-7, p. 269

18. Ácidos Nucleicos
• Son los responsables de cargar y transmitir las
características hereditarias de una generación
a la siguiente.
• Hay dos tipos: DNA y RNA
• Los ácidos nucleicos son un polímero de
nucleótidos unidos entre sí por enlaces
fosfodiésteres

19. Nucleótidos
• Un nucleótido es una pequeña molécula orgánica
que consta de :
– Un azúcar
– Un grupo fosfato
– Una base nitrogenada
• Un acido nucleico: es un polímero o cadena de
nucleótidos donde el azúcar de un nucleótido
esta unido con el grupo fosfato del siguiente.

20. • Los monómeros de los ácidos nucleicos se conocen
como "nucleótidos".

21. Pirimidinas
Cytosine (C) Thymine (T) Uracil (U)
(a) Pyrimidines. The three major pyrimidine bases found in
nucleotides are cytosine, thymine (in DNA only), and uracil (in
RNA only).
Fig. 3-23a, p. 68

22. Purinas
Adenine (A) Guanine (G)
(b) Purines. The two major purine bases found in nucleotides are
adenine and guanine.
Fig. 3-23b, p. 68

23. adenine (A) thymine (T)
base with a base with a
3 phosphate double ring single ring
groups structure structure
sugar guanine (G) cytosine (C)
(deoxyribose) base with a base with a
double ring single ring
structure structure
Fig. 3-21, p. 48

24. Ácidos nucleicos
• DNA:
– Sus dos pares de
bases
complementarias
son:
• A=T, C=G
24

25. Ácidos Nucleicos
• El nucleótido es el monómero de los ácidos
nucleicos y está compuesto por:
– Pentosa o azúcar de 5 carbonos (ribosa en RNA o 2’
desoxiribosa en DNA)
– Grupo fosfato: da carga negativa o característica de
ácido a la molécula
– Base nitrogenada:
• Compuesto orgánico en forma de anillo, químicamente
actúa como una base y tiene a nitrógeno como elemento
fundamental
– Purinas: guanina, adenina
– Pirimidinas: citosina, timina, uracilo
25

26. Ácidos nucleicos
• DNA:
– Esta molécula es responsable de
almacenar la información hereditaria en
la secuencia de las bases nitrogenadas
– Poseen enlaces covalentes de tipo
fosfodiésteres
• Se forman entre la azúcar de un nucleótido y el
grupo fosfato del nucleótido adyacente
• Esto permite la formación de una hebra coherente y
continua

27. Doble hélice del DNA

29. Repaso de la
estructura del ADN
• El ADN está unido por enlaces
fosfodiester entre azúcares
adyacentes
• Los grupos fosfato se
encuentran enlazados a los
carbonos 5' y 3‘ de los
azúcares
• La hebra adyacente es
antiparalela; se encuentra en
la orientación opuesta
• Ambas hebras se encuentran
unidas por enlaces de
hidrógeno entre bases
nitrogenadas

30. Estructura del ADN
Puentes de H

31. Nucleotide
Uracil
Adenine
Phosphodiester
linkage
Cytosine
Guanine
Fig. 3-24, p. 69

32. Hebras antiparalelas del DNA
Martes, 15 de Mayo de 2012 32

33. Regla de Chargaff
• Erwin Chargaff encontró una relación entre las bases
de DNA
• Chargaff ’s rules
– En una molécula doble de DNA, el número de purinas es
igual al número de pirimidinas.
– El numero de adeninas es igual a el número de timinas (A
= T), y el numero de guanina es igual al numero de
citosinas (G = C)

34. Replicación del DNA
• Durante la fase S de la interfase, el DNA contenido en
el núcleo se duplica o replica
– Hacer copias fieles y exactas de todo el material génico
• La replicación comienza en regiones específicas de la
molécula llamadas orígenes de replicación o replicones
• Enzimas como la helicasa separan los enlaces de
hidrógenos que son débiles y abren la doble cadena,
exponiéndola
– Es entonces que cada banda existente actúa como un molde
para la síntesis de una nueva banda

35. Replicación del DNA
• Este proceso es catalizado principalmente por la
enzima polimerasa de DNA, aunque no es la
única

36. Replicación del ADN
• 1957 – Messelson y Stahl demuestran
que la replicación es semiconservativa
• Esto significa que la nueva molécula de
ADN está compuesta de una hebra de
la molécula original y una hebra nueva

37. Replicación semiconservativa
del DNA

38. Replicación del ADN
• El complejo de replicación se enlaza a una secuencia de
bases específicas conocida como origen de replicación
• La enzima helicasa separa las hebras de ADN y las
mismas se mantienen separadas por proteínas que
desestabilizan la doble hélice . La replicación comienza
en el tenedor de replicación

39. Replicación del ADN
• Los nucleótidos se añaden al terminal 3’ únicamente
• Las hebras resultantes se alargan en direcciones
opuestas
• La hebra continua (líder) se alarga hacia el tenedor
• La hebra discontinua se alarga en contra del tenedor
• Los “primers” de ARN (en rojo) son añadidos por la
enzima primasa
• La elongación procede de manera continua en la hebra
líder

40. Hebra Discontinua
• Según el tenedor se agranda las hebras van
creciendo
• La adición de nucleótidos en la hebra discontinua
ocurre en fragmentos de 100-2000 bases
llamados fragmentos de Okazaki.

41. Uniendo la Hebra Discontinua
• Los “primers” de ARN son removidos de la
hebra discontinua
• Los fragmentos de Okazaki son unidos por la
enzima ADN ligasa

42. Resumen Proceso de
Replicación

43. Replicación del DNA
• Durante la replicación del DNA se forma un
tenedor de replicación
– La polimerasa de DNA añade nucleótidos
trifosfatados complementarios a un terminal 3’ libre
solamente
• Según la base que esté presente en la hebra molde, la
polimerasa de DNA pondrá la que es complementaria
– Si la base en la hebra molde es C, la enzima pondrá G y
viceversa
– Si la base en la hebra molde es A, la enzima pondrá T y
viceversa
• La replicación se lleva a cabo de dos maneras
distintas:
– La hebra líder (5’ a 3’) se sintetiza de manera
continua
– La hebra discontinua (3’ a 5’) se sintetiza en
pequeños fragmentos, llamados fragmentos de
Okazaki, que luego son unidos por la enzima DNA
ligasa

44. Reparación de errores en el
DNA

45. Reparación de errores en el DNA
• Las polimerasas de DNA pueden reparar
los errores que se presentan durante el
proceso de replicación
– Ellas pueden remover o sustituir la o las
base(s) que:
• hayan sido introducidas equivocadamente en la
hebra nueva
• estén dañadas
– Las polimerasas tienen capacidades
especiales de ser “editoras o correctoras”,
aumentando así lo fidedigno del proceso de
replicación
– Otros mecanismos actúan juntamente con las
polimerasas para reparar estos errores

46. Otros Mecanismos de reparación
• Mismatch repair
• Enzimas especiales reconocen los nucleótidos
pareados incorrectamente y los remueven
• Nucleotide excision repair
• Utilizado para reparar (DNA deforme) causado
por la radiación ultravioleta del sol o por
daños químicos
• Una nucleasa corta el segmento de ADN
dañado; la ADN polimerasa añade los
nucleótidos correctos y una AND ligasa une
los fragmentos

47. Nucleotide Excision Repair
of Damaged DNA