ADN como material gen

1
Los ácidos nucleicos y el ADN como material
genético
Historia sobre la Naturaleza química de los genes
2
Los ácidos nucleicos como biomoléculas
QUÉ ES UNA BIOMOLÉCULA?

• Son sustancias estrechamente relacionadas con los
  procesos vitales, presentes en todas las células
  por lo que son indispensables para la vida.

CUÁLES SON LAS BIOMOLÉCULAS?

• Carbohidratos.
• Lípidos.
• Proteínas.
• Ácidos nucleicos.

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CUÁL ES LA FUNCIÓN QUE DESEMPEÑAN ?

• Los carbohidratos, lípidos y proteínas, al ser
  metabolizados producen
• Energía.
• Regulación de procesos celulares
• Nuevos materiales celulares .

QUÉ PASA CON LOS ÁCIDOS NUCLEICOS ?

• Nuestro metabolismo no los transforma a energía o
  a nuevos materiales.
• Participan en la transmisión de los caracteres
  hereditarios y en la
• Síntesis de proteínas que permiten el control del
  metabolismo celular.

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CUÁLES SON LOS ÁCIDOS NUCLEICOS?

• Son dos tipos principales de moléculas llamadas
• DNA o ácido desoxirribonucleico.
• RNA o ácido ribonucleico.

DÓNDE SE ENCUENTRAN ESTAS MOLÉCULAS ?

• Se encuentran en el interior de la célula.
• El DNA se encuentra principalmente en el núcleo
  celular y una pequeña cantidad en las
  mitocondrias y los cloroplastos.
• El RNA se encuentra en el núcleo y en el
  citoplasma celular. El 80 del RNA se encuentra
  en los ribosomas

5

• La mayor parte del RNA se encuentra en los ribo-
  somas

• El DNA se encuentra en

• Núcleo celular (fibra de cromatina)

• Mitocondrias

DNA
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QUÉ SUCEDE CON EL MATERIAL GENETICO COMO LA
CROMATINA AL MOMENTO DE LA DIVISIÓN CELULAR?

• Sufre una serie de enrollamientos y acortamientos
  transformándose en pequeñas estructuras llamadas
  cromosomas, las cuales se ven dobles o duplicados.

• Las células humanas presentan 23 pares de
  cromosomas. Cada cromosoma consiste en dos hebras
  llamadas cromátidas, las cuales se unen en una
  región llamada centrómero o cinetocoro.

• El DNA queda en el interior de estas estructuras
  formando unidades llamadas genes.
• Nuestra información está almacenada en unos
  25.000 a 35.000 genes, de acuerdo a las
  investigaciones derivadas del proyecto genoma
  humano.

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Cromosomas
Genes
Cromátidas
Cinetocoro o centrómero
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Papel genético del DNAen la transmisión de la
herencia
APORTES DE DIFERENTES CIENTIFICOS AL
DESCUBRIMIENTO DEL ADN COMO MATERIAL GENETICO
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CÓMO SE LOGRÓ ESTABLECER LA RELACIÓN DEL DNA CON
LA HERENCIA?

• En 1869 se iniciaron los trabajos que permitieron
  encontrar quien o que era el responsable de
  la herencia.

• Para ello se consideraron los siguientes aspectos

• Los cromosomas están relacionados con la
  herencia.
• Están formados por proteínas, DNA y RNA.
• Alguno de estos tres componentes debe ser el
  responsable de la herencia.
• Quién resulte responsable, deberá tener la
  capacidad de duplicarse a si mismo.

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QUIÉNES COLABORARON EN ESTA INVESTIGACIÓN?

• Para lograr establecer la relación del DNA con la
  herencia, fue necesaria la participación de
  varios investigadores, entre ellos
• Friedrich Miescher.
• Wilhelm Roux
• Oscar Hertwing
• Robert Feulgen
• Fred Griffith.
• Avery, McLeod y McCarty.
• Phoebus Aaron Levene
• Erwin Chargaff.
• James Watson y Francis Crick.

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QUE APORTÓ FRIEDRICH MIESCHER?

• En 1869 logró aislar, del núcleo de glóbulos
  blancos, una sustancia a la que denominó nucleina.

• Años más tarde, a esta sustancia se le dio el
  nombre de ácido nucleico.
• Aun cuando Miescher no pudo establecer la función
  de dicha sustancia, en la década de 1880,
  algunos investigadores la empezaron a relacionar
  con la herencia.
• Tuvieron que pasar varios años para que esto
  fuera un hecho demostrado.

Glóbulos blancos
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• APORTE DE

• Wilhelm Roux
• En 1880 postuló que la información genética
  estaba en los cromosomas.

• Oscar Hertwing
• En 1884 estableció que la información genética se
  encontraba en la cromatina que conformaba los
  cromosomas.

• Robert Feulgen
• Utilizando un colorante llamado fucsina logra
  teñir al DNA, observando que esta sustancia se
  encontraba en todos los núcleos de las células
  eucarióticas, especialmente en los cromosomas.

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APORTE DE

• Frederick Griffith
• En 1928 trabajó con una bacteria llamada
  neumococo.
• Esta bacteria está relacionada con una enfermedad
  llamada neumonía.
• Griffith observó que los neumococos eran de dos
  tipos
• Neumococos lisos, los cuales provocaban la
  enfermedad (S).
• Neumococos rugosos, los cuales no provocaban la
  enfermedad (R).
• También observó que los neumococos rugosos se
  podían convertir en neumococos lisos.

neumococos
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CÓMO EXPLICÓ ESTO GRIFFITH?

• Cómo es posible que un neumococo R que no
  provoca la enfermedad se transforme en uno S
  que si la provoca?
• Esto lo explicó con ayuda del siguiente
  experimento

1. Inyectó neumococos S o capsulados vivos a un
   grupo de ratones, los ratones murieron a causa de
   la neumonía al analizar su sangre encontró
   neumococos S vivos.

Neumococos S vivos
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1. Inyectó neumococos Rugosos sin cápsula vivos a un
   grupo de ratones, los ratones permanecieron
   sanos al analizar su sangre encontró neumococos
   R vivos.

Neumococos R vivos

1. Inyectó neumococos S o capsulados muertos a un
   grupo de ratones, los ratones permanecieron
   sanos al analizar su sangre encontró neumococos
   S muertos.

Neumococos S muertos
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1. Inyectó una mezcla de neumococos R sin cápsula
   vivos y S encapsulados pero muertos por calor a
   un grupo de ratones

Neumococos R vivos S muertos

1. Los ratones murieron a causa de la neumonía, al
   analizar su sangre encontró neumococos S vivos.
   Los neumococos R se convirtieron en S.

• Griffith concluye diciendo Los neumococos S
  muertos transmitieron algún agente a los R
  vivos para transformarlos a S vivos.
• A este agente transformador de las bacterias le
  dio el nombre de principio transformador y no
  pudo determinar su naturaleza.

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EL APORTE DE GRIFFITH
18
Papel genético del DNANuevos aportes científicos
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RETOMANDO A GRIFFITH?

• Frederick Griffith postuló la existencia de un
  principio transformador de las bacterias.
• El no pudo establecer la naturaleza química de
  dicho principio transformador su trabajo lo
  continuaron tres investigadores

APORTE DE

• Oswald Avery, Colin McLeod y Maclyn McCarty
• En 1944 lograron aislar el principio
  transformador que había porstulado Griffith.
• Encontraron que dicho principio era el DNA.
• Establecieron que el DNA es el material
  responsable de la transformación genética de las
  bacterias

El DNA es el material de la herencia
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APORTE DE HERSHEY Y CHASE 1952

• Demuestran con su experimento con virus que
  el ADN viral era el causante de la infección y de
  la transferencia genética y no las proteínas que
  conforman la cápside o envoltura viral. Utilizan
  elementos radiactivos como P y S marcados.

El DNA es el material de la herencia y no las
proteínas
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NUEVAS INTERROGANTES

• A raíz del descubrimiento de Avery, McLeod y
  McCarty, surgen nuevas preguntas con respecto al
  material hereditario
• Cómo es el DNA?
• En que parte tiene la información genética?
• Cómo se organiza esta información?
• A qué se refiere la información que tiene el
  DNA?
• Cómo se transmite esta información de padres a
  hijos?

• Estos cuestionamientos fueron resueltos por otros
  investiga-dores, entre ellos Levene, Chargaff,
  Watson y Crick.

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APORTE DE

• Phoebus Aaron Levene (1920)
• Este investigador ruso, estableció que en la
  composición química del DNA participaban las
  siguientes sustancias

• Cuatro bases nitrogenadas adenina, guanina,
  citosina y timina

• Una molécula de azúcar la desoxirribosa

• Un grupo fosfato

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APORTE DE

• Erwin Chargaff
• Entre 1949-1951, utilizó una nueva técnica para
  analizar la composición de bases nitrogenadas de
  diversas fuentes de DNA, logrando concluir lo
  siguiente

• En todo tipo de DNA la cantidad de adenina es
  igual a la de timina mientras que la cantidad de
  guanina es igual a la de citosina.
• A T y G C

1. El DNA de tejidos diferentes de la misma especie,
   tiene la misma composición de bases nitrogenadas.

1. La composición de bases en el DNA, varía de una
   especie a otra.

1. La composición del DNA de una especie no cambia
   con la edad o nutrición.

Fuentes de DNA hombre, ternera, oveja, rata,
gallina, staphylococcus aureus y levadura
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APORTE DE WATSON Y CRICK

• En 1953, Watson y Crick postularon un modelo
  tridimensional para explicar la estructura del
  DNA.

• Se apoyaron en los trabajos de
• Cristalografía de rayos X de Maurice Wilkins y
  Roslind Franklin
• Leyes de equivalencias de bases nitrogenadas de
  Erwin Chargaff.

• Otros aportes de Watson y Crick
• Establecieron un modelo para explicar la
  autoduplicación del DNA
• Participaron en el desciframiento del código del
  DNA o código genético.

La doble hélice
25
WATSON Y CRICK LOS DESCUBRIDORES DEL MODELO
DEL ADN
La doble hélice
26
Estructura de los ácidos nucleicosDNA y RNA

• Nucleótidos
• Polinucleótidos

27
CUÁL FUE EL APORTE DE LEVENE ?

• En 1920, Phoebus Aaron Levene, estableció que la
  unidad básica de la estructura de los ácidos
  nucleicos era el nucleótido.

CÓMO ESTÁ FORMADO UN NUCLEÓTIDO ?

• El nucleótido tiene tres componentes

1. Una base nitrogenada Derivada de las purinas o
   de las pirimidinas.

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1. Una molécula de azúcar Ribosa o desoxirribosa.

1. Un grupo fosfato Derivado del ácido fosfórico.

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CÓMO SE UNEN PARA FORMAR EL NUCLEÓTIDO?

• Si tomamos a la molécula de azúcar como el punto
  de referencia, podemos decir lo siguiente

• El grupo fosfato se une al carbono 5 de la
  molécula de azúcar.

• La base nitrogenada se une al carbono 1 de la
  molécula de azúcar.

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CUÁNTOS NUCLEÓTIDOS ESTÁN PRESENTES EN LOS
ÁCIDOS NUCLEICOS?

• Los nucleótidos reciben el nombre de la base
  nitrogenada que aparece en su estructura.
• Así que tendremos 5 nucleótidos diferentes en los
  ácidos nucleicos

• Nucleótido de adenina.

• Nucleótido de guanina.

• Nucleótido de citosina.

• Nucleótido de timina.

• Nucleótido de uracilo.

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QUÉ ES UN POLINUCLEÓTIDO?

• La unión de varios nucleótidos forma un
  polinucleótido.
• Esto es característico de los ácidos nucleicos.
• Los principales polinucleótidos son el DNA y el
  RNA.

CÓMO SE UNEN ENTRE SI LOS NUCLEÓTIDOS?

• La unión es en dirección 3 5.
• Esto significa que el enlace se inicia en el
  carbono 3 de la molécula de azúcar del primer
  nucleótido y termina en el carbono 5 de la
  molécula de azúcar del siguiente nucleótido.

32
Con fórmulas
Con figuras
33
QUÉ NUCLEÓTIDOS PARTICIPAN EN EL DNA?

• En el DNA, la molécula de azúcar es la
  desoxirribosa.

• Los nucleótidos son adenina, guanina, citosina y
  timina.

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QUÉ NUCLEÓTIDOS PARTICIPAN EN EL RNA?

• En el RNA, la molécula de azúcar es la ribosa.

• Los nucleótidos son adenina, guanina, citosina y
  uracilo.

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Estructura de los ácidos nucleicos

• Estructura del DNA
• Replicación del DNA

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QUÉ SE ACEPTABA SOBRE EL DNA?

• Para 1952 se aceptaban las siguientes ideas sobre
  el DNA

• Transporta la información genética.

• La información está almacenada a lo largo de las
  cadenas de polinucleótidos.

• La secuencia de nucleótidos determina la informa-
  ción del DNA.

• El nucleótido de adenina se aparea con timina,
  mientras que el nucleótido de guanina se aparea
  con citosina.

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QUIÉN ESTABLECIÓ LA ESTRUCTURA QUÍMICA DEL DNA?

• Para comprobar todo lo anterior, era necesario
  conocer la estructura tridimensional del DNA.
• Esto se logró en 1953 con el trabajo de James
  Watson y Francis Crick.

James Dewey Watson 6-Abril-1928
Francis Harry Crick 8-Junio-1916

• Estos dos investigadores, utilizaron la técnica
  de difracción de rayos X para establecer la
  estructura del DNA, a la que llamaron la doble
  hélice.

• Se apoyaron en los trabajos de Erwin Chargaff y
  el equipo formado por Rosalind Franklin y Maurice
  Wilkins.

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QUÉ ES LA DOBLE HÉLICE?

• De acuerdo con Watson y Crick, la estructura del
  DNA tiene las siguientes características

• Es una doble cadena de polinucleótidos las
  cadenas son antiparalelas el extremo 5 de una
  de las cadenas se enfrenta al 3 de la otra cadena

• El nucleótido de adenina se une al de timina a
  través de dos puentes de hidrógeno.

• El nucleótido de guanina se une al de citosina a
  tra-vés de tres puentes de hidrógeno.
• Las bases nitrogenadas se unen por enlace
  covalente al azúcar.
• El grupo fosfato se enlaza a los azúcares
  adyacentes por medio de enlace fosfodiéster.

39
Con fórmulas
Con figuras
40
OTRAS CARACTERÍSTICAS SON

• La cadena es helicoidal, semejante a una escalera
  de caracol.

• La hélice tiene un diámetro de 2.0 nm se forma
  una vuelta cada 3.4 nm.

• Cada vuelta tiene diez nucleótidos la distancia
  entre cada nucleótido es de 0.34 nm.

1 nm 10 9 m.
La Doble Hélice
41
R E P L I C A C I Ó N D E L D N A
DÓNDE SE ALMACENA LA INFORMACIÓN EN EL DNA?

• La información genética se encuentra almacenada
  en la secuencia de nucleótidos.
• Esta información debe permanecer inalterada todas
  las veces que la célula se reproduzca o divida.
• La información debe pasar tal cual a la
  descendencia.

CÓMO SE LOGRA LO ANTERIOR?

• De acuerdo con Watson y Crick, el DNA forma
  réplicas de si mismo.
• Para explicar la forma en que el DNA se duplica,
  propusieron el siguiente mecanismo

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CÓMO EXPLICAN LA REPLICACIÓN DEL DNA?

1. Por acción enzimática se rompen los puentes de
   hidrógeno.

1. La doble cadena se abre a manera de una
   horquilla, quedando las bases nitrogenadas
   expuestas al medio celular.

1. Las bases expuestas se aparean con los
   nucleótidos complementarios que se encuentran
   libres en el medio celular.

4. Al finalizar el proceso se observan dos
moléculas de DNA idénticas.
43
Clic para continuar duplicación
44

• Cultivaron E. coli en un medio con nitrógeno
  pesado (N15) en vez de nitrógeno normal (N14) y
  compararon la densidad de los ADN aparecidos en
  sucesivas generaciones con controles. El ADN
  aparecido en la F1 tiene una densidad intermedia,
  entre la correspondiente a ADN pesado y ADN
  ligero. En la F2 aparece una banda
  correspondiente a ADN ligero y otra intermedia y
  en la F3, una intermedia y otra ligera.

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• La replicación del DNA es semiconservativa, ya
  que en cada cadena existe una sección nueva y
  otra vieja.

46

• La duplicación semi conservativa del ADN

47

• En la replicación del DNA participan varias
  enzimas, esta duplicación se manifiesta en una
  cadena en forma contínua y en la otra en forma
  discontínua ( fragmentos de Okasaky.

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(No Transcript)
49
Replicación es el proceso que permite la
formación de nuevas copias de la información
genética a partir de una molécula patrón. Cada
copia de ADN es idéntica a la otra en cantidad y
calidad de información genética. La replicación
requiere de la separación de las 2 cadenas de la
doble hélice, esto se logra a través de una
Girasa ( o Topoisomerasa, la cual rompe el giro
de la hélice) y la enzima ADN helicasa (que rompe
la unión de las bases complementarias). Se forma
la horquilla de replicación. Después actúan las
proteínas desestabilizadoras de la hélice
(estiran la hebra y evitan que se vuelvan a unir
las bases complementarias).
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Cada cadena de polinucleótidos sirve de molde
para la síntesis de una nueva molécula de ADN. La
replicación sigue la regla del apareamiento de
bases. El ADN es sintetizado por enzimas
denominadas ADN polimerasa ( siempre une el
nucleótido en el C3) que son necesarias no solo
para la replicación del ADN, sino que también
para su reparación. Esta ADN polimerasa
sintetizan ADN sólo en el sentido 5' a 3', lo
cual crea un problema porque las 2 cadenas del
ADN son antiparalelas. Aquella hebra que se
enfrenta a la ADN polimerasa con un extremo 3
libre, sintetiza una larga cadena complementaria
continua en la dirección 5' a 3' (se le llama
hebra conductora o lider).
51
La otra cadena o hebra que se denomina
retardada, la replicación se efectúa de manera
discontinua, sintetizándose cortos fragmentos de
ADN, (siempre en dirección 5' a 3') que después
son unidos por una ADN ligasa. Para que la ADN
polimerasa actúe en la hebra retardada se
requieren Fragmentos de Okasaki o ARN
cebador. Okasaki fue quien descubrió estos
segmentos cortos de ADN (fragmentos de Okasaki) y
como era que se sintetizaban. El ARN cebador es
fabricado por una enzima llamada primasa y
posteriormente degradado por una ribonucleasa.
52
Este ARN cebador posteriormente es retirado por
una Endonucleasa, el espacio es llenado por una
ADN polimerasa que adiciona los nucleótidos de
ADN y terminan de unirse por una ADN ligasa.