Este documento describe la estructura y replicación del ADN. Explica que el ADN está formado por dos hebras enrolladas en una doble hélice y unidas por pares de bases. Describe el modelo de Watson y Crick de la estructura del ADN y cómo el ADN se empaqueta y almacena en los cromosomas del núcleo. Resume los pasos de la replicación semiconservadora del ADN, incluida la apertura de la doble hélice en los orígenes de replicación y la síntesis coordinada de las hebras hijas.

1. CITOGENÉTICA
“AÑO DE LA DIVERSIFICACION PRODUCTIVAY
FORTALECIMIENTO DE LA EDUCACION”

2. OBJETIVOS DE APRENDIZAJE
Facilitar las definiciones conceptuales teóricas del ADN,
Núcleo y Cromosomas
y su correspondiente nomenclatura.
Describir la composición y la estructura del DNA
según el modelo de Watson-Crick
(incluidos conceptos de direccionalidad y complementariedad).
Describir el proceso de empaquetado (packaging) del DNA.
Explicar como se consigue una replicación del DNA con alta
fidelidad (de modo bidireccional y semiconservadora).
Describir la naturaleza y los mecanismos que participan en la
reparación de las lesiones del DNA.

3. ACIDOS NUCLEICOS CELULARES: 2 TIPOS

4. ACIDO DESOXIRRIBONUCLEICO (DNA)
ACIDOS NUCLEICOS CELULARES: 2 TIPOS
Ácido Desoxirribonucleico (DNA)
Ácido Ribonucleico (RNA)
Aprox. 90% Ac. Nucleicos Intracelulares = RNA
El resto 10% = DNA
(Depositario de la Información Genética Intracelular)
Estudiaremos la estructura del DNA, la manera como se
almacena en los cromosomas del núcleo y los mecanismos
que participan en su biosíntesis y reparación.

5. ESTRUCTURA DEL DNA
DÍMERO ANTIPARALELO DE HEBRAS DE AC. NUCLEICO
Formado por NUCLEÓTIDOS (Pentosa= Desoxirribosa)
Las cadenas están polimerizadas a través de un enlace:
FOSFODIÉSTER (entre grupo 3’-Hidroxilo y el grupo 5’-Hidroxilo)
El DNA es una cadena lineal de Desoxirribosa - Fosfato
Con bases de Purinas y Pirimidinas unidas al carbono 1
de la subunidad de Desoxirribosa.
1953, James Watson y Francis Crick:
Utilizando fotografías de difracción de rayos X del DNA
Propusieron una estructura para el DNA.

6. MODELO DE DNA DE WATSON Y CRICK
DNA formado por 2 hebras, enrolladas una con otra
Formando una estructura helicoidal diestra
Con los pares de base en el centro unidas mediante enlaces de
hidrógeno y las cadenas de
desoxirribosilfosfato en la parte externa.
La orientación de las hebras es: antiparalelas.
Los pares de bases son planos y están orientados
perpendicularmente al eje de la hélice.
La GUANINA 3enlaces H con la CITOSINA
La ADENINA 2 enlaces de H con la TIMINA
ESTRUCTURA DEL DNA

7. ESTRUCTURA DE LOS PARES DE BASES

8. FORMAS ALTERNATIVAS DE DNA
PUEDEN AYUDAR A REGULAR LA EXPRESIÓN GÉNICA
La mayor parte del DNA intracelular es la de tipo B.
Otras formas alternativas: A y Z.
DNA de la forma A
La humedad relativa es inferior al 75%, el DNA B experimenta una
transición reversible a la forma A.
Los pares de bases de los nucleótidos están inclinados 20° en relación
al eje helicoidal.
Existen regiones de polipurinas y polipirimidinas,
La hélice del DNA presenta unas propiedades diferentes.
DNA de la forma Z
Los pares de bases están desplazados 180° respecto al enlace del azúcar
Surge una forma de DNA en zigzag.
Debido a concentraciones iónicas elevadas (metilación del DNA)

9. ESTRUCTURA DE LA DOBLE HELICE

10. ESTRUCTURAS DE LAS DIFERENTES
FORMAS DE DNA

11. LAS HEBRAS DE DNA SEPARADAS
PUEDEN REASOCIARSE
“HIBRIDACION DE SOUTHERN”
Las hebras se mantienen unidas gracias a fuerzas no covalentes
Es posible separarlas en hebras individuales (desnaturalización)
Se induce a menudo calentando la solución; la disociación es
reversible; y al enfriarse las interacciones entre las secuencias
de nucleótidos complementarios vuelven a asociarse
(pares de bases originales)
Las regiones ricas en A:T (temperaturas mas bajas)
Las regiones ricas en C:G (temperaturas mas altas)
La desnaturalización puede ser inducida por enzimas o por
proteínas de fijación del DNA

12. EL GENOMA HUMANO
Contiene 35 000 – 40 000 genes diferentes
Codifican proteínas (se localizan en 23 pares de Cromosomas)
Secuencias de DNA exclusivas (en copias únicas)
Existen varios tipos de secuencias repetidas:
Secuencias escasamente repetidas (<10 copias por genoma)
Secuencias altamente repetidas (>10 copias por genoma)
DNA escasamente repetitivas:
Genes que codifican RNA de trasferencia, RNA ribosómico,
proteínas histonas.
Otras no poseen alguna función conocida.

13. EL GENOMA HUMANO

14. La secuencia repetida mejor descrita:
secuencia Alu I
300 pares de bases; 300 000–500 000 repet. (3–6% DNA Total)
DNA satélite
Formado por unos cúmulos (clusters) de cortas secuencias de
DNA; casi idénticas, específicas de especie y repetidas una tras
otra ciento o miles de veces (cerca de los centrómeros)
DNA mitocondrial
Es pequeño, de forma circular y codifica pocas proteínas.
22 RNAt, 2 RNAr y 13 proteínas
(citocromo b, 3 sub-unidades de la citocromo-oxidasa,
1 de la subunidad de la ATPasa, 7 subunidades de la
NADH-deshidrogenasa).
EL GENOMA HUMANO

15. EL DNA SE HALLA COMPACTADO
EN LOS CROMOSOMAS
En los Eucariotas (DNA organizado en los cromosomas)
Cada cromosoma contiene: 48 y 240 millones Pb.
La forma B del DNA tiene un perfil de 3.4 Å por Pb.
Por lo tanto: Longitud de los cromosomas (1.6 – 8.2 cm)
En el Núcleo, el DNA se encuentra compactado (>8000 veces)

16. ENSAMBLAJE DEL CROMOSOMA

17. CROMOSOMAS
En el cromosoma nativo
DNA forma un complejo (RNA + Proteínas)
Se denomina CROMATINA (proteínas Histonas)
Son una familia conservada de proteínas que participan en el
empaquetado y plegado del DNA en el interior de la núcleo.
Clases de Histonas: H1, H2A, H2B, H3 y H4.
Poseen (>20%) aminoácidos básicos y con carga positiva
(LISINA y ARGININA)
Disminuir la repulsión electrostática y permitir un empaquetado
óptimo y más ajustado del DNA.

18. NUCLEOSOMAS
Las Histonas se asocian y forman un complejo proteico:
2 mol. de H2A, H2B, H3 y H4 + 1 mol. de H1
Rodeado por unos 200 Pb. de DNA
(forman dos espirales alrededor del núcleo del nucleosoma)
H1 se asocia con la parte exterior para estabilizar el complejo.
Formando nucleosomas: aumenta la densidad de empaquetado.
Estas a su vez organizadas forman otras estructuras mas densas
FILAMENTOS DE CROMATINA DE 300 Å.
(Estructura solenoide que contiene 6 nucleosomas)
Estos se compactan en el cromosoma maduro
asociado al andamiaje nuclear
CROMOSOMAS

19. ENSAMBLAJE DEL CROMOSOMA

20. CROMOSOMAS
TELÓMEROS
Los extremos de los cromosomas
están formados por unas secuencias peculiares de DNA.
Consisten en tándem repetidos de oligonucleótidos cortos.
Ricos en GUANINA y específicas de especie.
En el ser humano, la secuencia repetida es TTAGGG
Pueden contener hasta 1000 copias de esta secuencia
Durante la síntesis de los Telómeros
La enzima TELOMERASA añade al extremo 3'
Las repeticiones de hexanucleótidos preformados.

21. CICLO CELULAR

22. Fases de crecimiento y división de las células.
Controlado por proteínas: cinasas dependientes de ciclina
FASE G1
Período de crecimiento celular; antes de la replicación del DNA.
FASE S
Se sintetiza o replica el DNA.
FASE G2
Segunda fase de crecimiento; después de la replicación del DNA.
FASE M (Mitosis)
Periodo de división celular.
Después, las células hijas vuelven a entrar en la fase G1
o una fase inactiva G0 (cesan el crecimiento y la replicación)
CICLO CELULAR

23. CICLO CELULAR

24. CICLO CELULAR

25. Para que las células se dividan
DNA debe duplicarse durante la fase S.
MECANISMO DE REPLICACIÓN
“La separación de las hebras seguidas de su copia”
Las hebras paternas separadas sirven como molde
para la síntesis de las nuevas hebras hija.
Método “semiconservador” de replicación del DNA
(cada molécula de DNA hija contiene una hebra paterna
y otra obtenida por síntesis)
El DNA se replica por separación
y copia de sus hebras

26. REPLICACION
SEMICONSERVATIVA - DISCONTINUA

27. “ORIGEN DE REPLICACIÓN”
Proteína de fijación del DNA (DnaA): 29 – 30 mol. se fijan a
secuencias de nucleótidos repetidas en el interior del origen.
Induce el desenrrollamiento, que separa las hebras (región rica en AT)
Proteína hexamérica DnaB se fija a las hebras de DNA separadas.
Tiene actividad helicasa y cataliza el desenrrollamiento de la hélice.
Participa la DNA-girasa.
El desenrrollamiento se da en ambas direcciones (a partir del OR),
las hebras son revestidas por proteínas de fijación
del DNA monohebra (impedir su reasociación).
Objetivo: Separación suficiente de las hebras
Se añade otra proteína: DNA primasa
Formación de un complejo de primosoma
“HORQUILLA DE REPLICACIÓN”
Lugar de replicación del DNA

28. Lugar de replicación del DNA

29. Lugar de replicación del DNA
“HORQUILLA DE REPLICACIÓN”
El primosoma sintetiza oligonucleótidos de DNA complementarios a
cada hebra de DNA paterno.
Actúan como cebadores (primers) de la síntesis de DNA.
Una vez sintetizado cada cebador de RNA
Se ensamblan 2 complejos de DNApolimerasa III (donde actuó el primers)
Debido: Actividad sintética unidireccional de la polimerasa +
Carácter antiparalelo de las dos hebras
= La síntesis del DNA en ambas hebras es distinta.
Las dos hebras hijas que se están sintetizando se denominan:
“Hebra Conductora” (leading strand)
“Hebra Rezagada” (lagging strand)

30. Lugar de replicación del DNA

31. REPLICACIÓN DEL DNA

32. REPLICACIÓN DEL DNA

33. En la hebra conductora:
Síntesis de DNA en dirección 5'-3'
Se obtiene una hebra continúa y larga.
En la hebra rezagada:
La DNApolimerasa III no puede sintetizar
(sólo añade nucleótidos en el extremo 3')
Es sintetizada en fragmentos pequeños (1000-5000 Pb)
“Fragmentos de OKAZAKI”
El primosoma permanece asociada con la hebra rezagada
Cuando el extremo 3' del FO se prolonga, alcanza el extremo
5' del FO sintetizado previamente.
Los fragmentos son unidos por una DNApolimerasa I
Esta sustituye el cebador por DNA.
Finalmente, una DNAligasa une los fragmentos,
para formar una hebra continua.
Lugar de replicación del DNA

34. Los eucariotas regulan rigurosamente
la replicación del DNA
La síntesis del DNA es muy similar a la de los procariotas.
Los Eucariotas tiene más “orígenes de replicación”
Se activan simultáneamente durante la fase S.
Permite la rápida replicación de todo el cromosoma.
FACTOR DE LICENCIA:
Después de la replicación, este factor es inactivado (o destruido)
Se impide una posterior replicación (DNA no se acumule en exceso)
ORC: “complejo de reconocimiento del origen”
Punto de anclaje de otros componentes que regulan la replicación.
CDC6/18, CDT1- facilitan la fijación de MCM2, MCM3 y MCM5
El ORC recibe la “licencia” para entrar en la fase S.
La síntesis del DNA es iniciada por la cinasa CDC7

35. DNA es el reservorio intracelular de la información génica.
Importante: mantener su integridad.
La célula ha desarrollado: Mecanismos eficientes para reparar el DNA
modificado y/o lesionado.
NATURALEZA DE LA LESION
DNA sometido a agresiones: endógenas y ambientales
(deleciones, inserciones, inversiones , transposiciones)
Modificaciones químicas: Agentes alquitranes (carcinógenos)
Oxígeno reactivo y radiaciones ionizantes (UV-Radiactivas)
Modificación de bases aisladas
Rotura de una o dos hebras
Entrecruzamientos (cross-linking)
Cambios permanentes en la estructura del DNA.
Favorecen: pérdida de funciones, muerte celular o cáncer.
Las células son capaces de reparar
el DNA lesionado

37. NATURALEZA DE LA LESION DEL DNA

38. Por sustitución de bases
Por inserciones o deleciones de bases
Inversiones
Deleciones o duplicaciones
Translocaciones
Poliploidía
Aneuploidía
MOLECULAR
CROMOSOMICA
GENOMICA
M
U
T
A
C
I
O
N

39. REPARACIÓN POR ESCISIÓN (REN)
Modificaciones específicas de los nucleótidos
CAUSAN: Desacoplamientos (mismatches)
durante síntesis del DNA
La hebra hija resultante contiene una secuencia
distinta (mutación) a la hebra paterna.
Una ENDONUCLEASA escinde y se extrae
una pequeña porción de la hebra.
DNApolimerasa I reconoce y llena el hueco (gap) resultante.
DNAligasa finaliza la reparación y vuelve a juntar
las hebras del DNA.
Las células son capaces de reparar
el DNA lesionado

40. REPARACION POR ESCISION
DE NUCLEOTIDOS O HEBRA

41. REPARACION POR ESCISION
DE NUCLEOTIDOS O HEBRA

42. Mecanismo de reparación de cromosomas fragmentados.
Reparación mediante recombinación