ESTRUCTURA Y DUPLICACIÓN DEL MATERIAL GENÉTICO Cátedra de Genética - Facultad de Agronomía y Zootecnia - UNT

LOS ÁCIDOS NUCLEICOS COMO MATERIAL GENÉTICO

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Los Ácidos Nucleicos • 1- Ácido Desoxiribonucleico (ADN) • 2- Ácido Ribonucleico (ARN) Ambos existen en todos los seres vivos con excepción de los virus donde se presenta uno de los dos Constituyen alrededor del 1% del peso de la célula

Almacenar Funciones

Reproducir Transmitir Cátedra de Genética - Facultad de Agronomía y Zootecnia - UNT

INFORMACIÓN GENÉTICA

Historia Los ácidos nucleicos fueron descubiertos en 1865 por Miescher, médico suizo que encontró una sustancia rica en P en el núcleo de las células y la llamó “Nucleina” En 1905 Levene determinó la composición química En 1924 Feulgen desarrolló una técnica para teñir selectivamente el ADN y estableció que el ADN es el principal componente de la nucleína En 1935 Brachet y Casperson determinaron que el ADN se encuentra en el núcleo y el ARN en núcleo y citoplasma (actualmente se sabe que hay pequeñas cantidades de ADN también en mitocondrias y cloroplastos del citoplasma) En 1928, Griffith (médico y bacteriólogo inglés) realizó una importante experiencia que dio origen al llamado Efecto Tansformador o Efecto Griffith En 1944 Avery y colaboradores determinaron que el ADN es el responsable de la herencia En 1953 James Watson y Francis Crick determinaron la estructura del ADN (Premio Nobel en 1964)

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Griffith (1928) Trabajó con neumococo, bacteria que produce la neumonia COLONIAS LISAS (S) VIRULENTAS producen la neumonia poseen una cápsula de polisacáridos que las protege de la reacción de defensa (fagocitosis) de los organismos donde se introducen

RUGOSAS ( R ) NO VIRULENTAS no tienen cápsula

virulentas Bacterias capsuladas

Colonias lisas (S)

No virulentas Bacterias no capsuladas Colonias rugosas ( R ) La capacidad de formar o no la cápsula está codificada en el ADN Cátedra de Genética - Facultad de Agronomía y Zootecnia - UNT

Experiencia 1. Inoculó un lote de ratones con bacterias de una colonia rugosa ( R ) vivas 2. Inoculó otro lote de ratones con bacterias de una colonia lisa (S) previamente muertas por calor 3. Inoculó un tercer lote de ratones con una mezcla de estos dos inóculos

Resultados 1. Los dos primeros lotes no fueron afectados por la inoculación 2. Los ratones del tercer lote contrajeron neumonía y murieron

De ellos se aislaron bacterias vivas del tipo S

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Griffith postuló que “ALGO” de las bacterias muertas de las colonias S se transmitió a las bacterias vivas de las colonias R y las transformó en virulentas

A este fenómeno se lo llamó EFECTO GRIFFITH y actualmente se conoce como TRANSFORMACIÓN

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Efecto Tansformador o Efecto Griffith

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En 1944, Avery, Mac Lead y Mc Carty, demostraron que el principio transformador era el ADN Repitieron la experiencia de Griffith Luego trataron el extracto de ADN de las bacterias S con diversas enzimas (Proteasa, Lipasa, Hidrolasa, ARNasa y ADNasa) Cuando a la mezcla se le introducía ADNasa, los resultados se modificaron: los ratones no morían Solamente se perdía el efecto transformador por acción de la ADN asa LLegaron a la conclusión que el compuesto responsable del efecto transformador era el ADN

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El ADN es el material hereditario

El ADN es el responsable de la herencia

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Composición Química de ADN-ARN Macromoléculas de elevado peso molecular Polímeros de subunidades llamadas Nucleótidos NUCLEÓTIDOS (monómeros)

Grupo Fosfato (ácido fosfórico) Azúcar (pentosa) Base Nitrogenada

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ADN-ARN AZÚCAR Y BASE NITROGENADA

NUCLEÓSIDO

NUCLEÓSIDO Y ÁCIDO FOSFÓRICO

NUCLEÓTIDO

D RIBOSA

AZÚCAR

D2 DESOXIRIBOSA

PURICA (ADENINA , GUANINA)

BASE NITROGENADA (rica en N)

Grandes (7A) con dos anillos heterocíclicos

PIRIMIDINICA (CITOSINA, TIMINA, URACILO) Pequeñas (4A) con un anillo heterocíclico Cátedra de Genética - Facultad de Agronomía y Zootecnia - UNT

Tipo ácido nucleico

H3PO4 ácido fosfórico

Pentosa

Base nitrogenada Púrica / Pirimidinica

Cadena

ADENINA CITOSINA ADN

Sí

D2 desoxiribosa GUANINA

Doble TIMINA

ADENINA CITOSINA ARN

Sí

D ribosa

Simple GUANINA URACILO

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ADN Bicatenario D2 desoxiribosa Timina

ARN Monocatenario D ribosa Uracilo

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Tipos de ARN

Se sintetizan en el núcleo a partir del ADN y se dirigen al citoplasma

 ARNm (mensajero)  ARNt (de transferencia)  ARNr (ribosomal) El ARN m tiene una vida corta El ARN t y el ARN r tienen vida estable En algunos virus el ARN sirve como material genético (no poseen ADN) Cátedra de Genética - Facultad de Agronomía y Zootecnia - UNT

En 1953 Watson y Crick determinaron

La estructura tridimensional del ADN Con este descubrimiento se logra casi inmediatamente comprender el funcionamiento y modo de replicación del ADN

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Estructura del ADN

Postulados de Watson y Crick • Doble cadena (unidas por puentes Hidrógeno) • Helicoidal • Dextrógira (se enrolla alrededor del eje hacia la derecha) • 20 Å de diámetro • Distancia entre azúcar y azúcar: 11 Å • Distancia entre giro y giro: 34 Å • Distancia entre bases apiladas: 3,4 Å = entre giro y giro → 10 pares de bases Cátedra de Genética - Facultad de Agronomía y Zootecnia - UNT

El ácido fosfórico tiene 3 grupos ácidos con uno de los cuales se une a la pentosa, al C5’ de la pentosa

El azúcar se une por su C1 al N9 de la base púrica o al N1 de la pirimidínica

Los nucleótidos se unen entre sí para formar una cadena por uniones fosfodiéster (ácido + alcohol = éster) entre el C5’ y el C3’ de los azúcares enlazados por el ácido fosfórico

De esta manera la cadena tiene un eje determinado por las uniones 5’→3’ del ácido fosfórico y las pentosas y perpendicular al eje se apilan las bases

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El ADN está formado por 2 cadenas enrolladas a la derecha alrededor del mismo eje central

Las 2 cadenas son antiparalelas porque las uniones 5’→3’ fosfodiéster de una cadena tienen direcciones opuestas a las de la otra cadena

Las bases están apiladas en el interior de la hélice en un plano perpendicular al eje horizontal (como una escalera caracol donde los peldaños son las bases y el pasamanos las cadenas fosfodiéster)

Debido a que entre los dos azúcares de las cadenas opuestas existe una distancia fija de 11 A solo pueden acomodarse una base grande púrica (7 A) y una chica pirimidínica (4 A) que son A---T con 2 puentes hidrógeno y C---G con 3 Por ello una cadena es COMPLEMENTARIA de la otra Cátedra de Genética - Facultad de Agronomía y Zootecnia - UNT

La suma de las bases púricas es igual a la suma de las bases pirimidínicas A+G=T+C

Ambas cadenas están unidas entre sí por los puentes hidrógeno establecidos entre las bases

Entre los pares de bases hay una distancia de 3,4 A La molécula de ADN forma una espiral y cada giro tiene una longitud de 34 A e incluye 10 pares de bases nitrogenadas

El diámetro de la molécula es de 20 A La configuración tridimensional determina la existencia de 2 surcos exteriores, uno ancho entre giro y giro y uno angosto entre cadena y cadena Cátedra de Genética - Facultad de Agronomía y Zootecnia - UNT

La complementariedad de las cadenas

La distancia entre los azúcares (11 Å) y el tamaño de las bases nitrogenadas Bases Púricas:7Å ( Adenina y Guanina) Bases Pirimidinicas: 4 Å (Timina y Citosina)

El número de puentes Hidrógeno que hay entre las bases nitrogenadas CΞG A=T

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P ÁCIDO FOSFÓRICO

AZ AZÚCAR

B BASE

3’ AZ

B

B

5’ AZ

P

P

AZ

B

B

AZ P

P AZ

B

B

AZ P

P 5’

AZ

B

B

AZ PUENTE HIDRÓGENO

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3’

La información genética se asienta en la SECUENCIA de las bases nitrogenadas

A =T T =A CΞG CΞG A=T A=T T=A

La única diferencia entre los ADN de las distintas especies está dada por el ordenamiento o SECUENCIA de las bases en la cadena

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ADN

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Duplicación del ADN

Teoría conservativa  Teoría dispersiva Teoría semiconservativa

Teoría semiconservativa Es la que se acepta actualmente (propuesta por Watson y Crick)

Cada molécula nueva que se origina está constituída por una cadena vieja y otra nueva sintetizada a partir de los 4 nucleótidos presentes en el medio

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Esquema semiconservativo de duplicación del ADN

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Duplicación del ADN La síntesis de ADN se produce siempre en el sentido 5’→3’. Significa que los nuevos nucleótidos se agregan en el extremo 3’ de la cadena que crece

 Una

cadena crece en forma continua: cadena lider o adelantada; mientras la otra se sintetiza de a fragmentos cortos: cadena retrasada o discontinua

Todas las polimerasas conocidas añaden nucleótidos en la dirección 5’→3’ Cátedra de Genética - Facultad de Agronomía y Zootecnia - UNT

Fases de la Duplicación del ADN • • • •

1. Inicio 2. Desenrrollamiento 3. Elongación 4. Terminación

Se trata de un proceso muy complejo regulado por numerosas enzimas

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Comienza con la ruptura de los puentes hidrógeno, por acción de enzimas llamadas deshidrogenasas

A continuación se produce el desenrollamiento de la molécula de ADN, realizado por enzimas llamadas helicasas Encontrándose disponibles los nucleótidos necesarios, y por medio de la ADN polimerasa, estos se van uniendo en dirección 5’→3’ por complementariedad de bases sobre el molde de la cadena original La ADN polimerasa para funcionar necesita una cadena molde, un cebador o primer que es una molécula de ARN con su extremo 3’ libre y los 4 nucleótidos trifosfato Esta enzima solo puede pegar nucleótidos al grupo 3’ del cebador y por eso la síntesis de ADN solo se produce en dirección 5’→3

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 En la cadena de replicación discontinua, por acción de las ligasas se unen pequeños segmentos de nucleótidos que se conocen como Fragmentos de Okasaki (en honor a su descubridor) de 100 a 200 nucleótidos de dirección siempre 5’→3’ que después despegan el cebador de ARN y son unidos entre sí por acción de una ligasa 3’ 5’

Cadena retrasada o discontinua se sintetizan fragmentos cortos

5’ 5’

3’

3’ 5’ 3’ 5’ 3’

3’

3’

5’

5’ Cátedra de Genética - Facultad de Agronomía y Zootecnia - UNT

Cadena lider o adelantada Se enfrenta a la ADN polimerasa por su extremo 3’ y se forma una cadena complementaria continua

Bibliografía • PIERCE, B. Genética. Un enfoque conceptual. 2005. Ed. Médica Panamericana. • SÁNCHEZ-MONGE, E. Y N. JOUVE. 1989. Genética. Ed. Omega. Barcelona. • SINNOTT, W. E. L. C. DUNN Y T. DOBZHANSKY. 1977. Principios de Genética. Ed. Omega. Barcelona. • SNYDER, L. H. 1952. Los Principios de la Herencia. Ed. Acma. Buenos Aires. • SRB, A. M.; R. Q. OWEN Y R. S. EDGAR. Genética general. 1968. Omega. • TAMARIN, R. Principios de Genética. 1996. Reverté S. A. Cátedra de Genética - Facultad de Agronomía y Zootecnia - UNT