Tema 3 y principio 4 (2016)

Apunte Español
Universidad Universidad de Lleida (UdL)
Grado Biotecnología - 1º curso
Asignatura Biologia Molecular
Año del apunte 2016
Páginas 5
Fecha de subida 21/04/2016
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Descripción

También incluye el principio del tema 4. No lo he pasado a ordenador porque había mucho dibujo. Si mi letra no se entiende, decidme algo.

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Biología Molecular Héctor Escribano Tema 3 Cuando el DNA en la célula está unido por los dos extremos, asociado a proteínas o es circular y se debe abrir para replicarse, se forman superenrollamientos. Solo se enrolla cuando la molécula se tensiona. En los cromosomas a pesar de ser lineales, para liberar tensiones tendrían que giran enteros, lo que es muy difícil debido a su gran tamaño y longitud. Además está unido a proteínas, otros cromosomas, a la membrana nuclear y por tanto no podría girar; es enorme. En cualquier tipo de DNA, ya sea circular o lineal, en lugar de girar se corta una de las cadenas y se desenrolla. Existe un “formula” matemática que todas las moléculas siguen.
Ésta relaciona la cantidad de veces que pasa una cadena por encima de la otra (Twist – vueltas de hélice) y la cantidad de superenrollamiento que tiene (Writhe). Tw +Wr= Lk. Donde Lk es una constante de cada molécula, inalterable, por lo que son el twist y el Writhe los que van variando para permitir cambios en la molécula. El Linking Number es siempre constante a no ser que se corte alguna de las cadenas, o las dos. Solo podemos alterar Tw y Wr. Por ejemplo, si tenemos una cadena circular sin ningún superenrollamiento pero con un Lk de 36, el Tw será, forzosamente 36. Si abrimos las cadenas y quitamos 4 vueltas de hélice, el Tw disminuye hasta 32, pero Lk no puede disminuir. Por tanto el Wr aumentara en 4 unidades para compensar esa perdida y Lk seguirá quedando en 36. Existen dos tipos de superenrollamientos, los Toroidales y los Plectonémicos. Los primeros son aquellos que se producen al enrollar el DNA sobre unas proteínas, como las Histidinas en el DNA humano. Los Plectonémicos son aquellos que se forman sobre la propia cadena, enrollando la hélice sobre si misma. Cada uno de los dos tipos anteriores puede ser positivo o negativo.
En la imagen se explica mejor que con palabras cuál es el positivo y cuál es el negativo. Siempre que se forma un Toroidal positivo se forma un Plectonémico de signo negativo. La formación de Toroidales provoca la formación de Plectonémicos de signo contrario, para compensar. La mayoría de organismos tienen el DNA superenrollado negativamente para que cuando necesiten replicarlo, éste se pueda abrir, disminuyendo el Tw pero el Wr pueda pasar de negativo a positivo y compense.
Una misma a molécula puede tener diferentes niveles de superenrollamiento. estas moléculas son lo que se llaman topoisómeros, isómeros topológicos de la misma molécula de DNA. En humanos, el DNA, aparte de estar asociado a Histonas, también se asocia a una matriz de proteínas que recubren la membrana interna del núcleo. Así, el DNA humano parece tener superenrollamientos de los dos tipos.
Biología Molecular Héctor Escribano Tema 3 Gracias a la existencia de los topoisómeros podemos separar moléculas idénticas pero de diferente niel de superenrollamiento con una electroforesis. En una electroforesis, el DNA circular más superenrollado será más compacto y será el que más se desplace, seguido de aquel DNA menos superenrollado, del DNA lineal y finalmente del DNA circular relajado, de mayor tamaño por lo que ofrece más resistencia a colarse por los poros de la Agarosa o la Acrilamida. Aunque se trate de la misma moléculas. Cuanto más superenrollada más deprisa se mueve, es más compacta. Siempre se encuentra que al extraer muestras hay un poco de DNA relajado. Esto se debe a que con la manipulación instrumental hemos podido romper algunas moléculas y quitarles superenrollamiento.
No obstante, los organismos termófilos tienen sus moléculas de DNA enrolladas positivamente, haciendo más difícil que se abran por efecto de las temperaturas. Para relajar moléculas químicamente podemos utilizar Bromuro de Etidio. Esta sustancia se intercala en el DNA produciendo un giro de 26 grados y reduciendo el Twist. El Writhe, entonces, aumenta, por lo que se introduce superenrollamiento positivo. Como el positivo y e negativo se anula, con una cantidad determinada de Bromuro de Etidio podemos conseguir que la molécula nos quede sin ningún superenrollamiento o si le seguimos echando más, se enrolle positivamente.
Todo depende de la cantidad de Bromuro de Etidio que se le añada.
Existen mecanismos celulares para romper las cadenas y eliminar tensiones, de forma controlada. Las roturas las llevan a cabo enzimas de la familia de las topoisomerasas. Las topoisomerasas son enzimas esenciales en las células. Hay de dos tipos distintos, las de tipo 1 y las de tipo 2. Las de tipo 1 eliminan un superenrollamiento cortando na de las cadenas y pasando la otra a través del corte. Las de tipo 2 consumen ATP y eliminan dos superenrollamientos de la misma forma que las de tipo 1.
Las topoisomerasas de tipo 1 se unen al DNA cortándolo al atacar con el grupo OH de uno de sus aminoácidos (Tirosina) y quedan unidas a uno de los extremos que quedan libres, solo uno y depende del tipo de isomerasa. Una vez la otra cadena ha pasado, se elimina la topoisomerasa y la cadena de DNA se regenera. Obviamente interaccionan más enzimas u otras subunidades, pero esquemáticamente, éste es el mecanismo de las tipo 1. Como hemos dicho existen muchos tipos de topoisomerasas, las que utilizan ATP, las que no, las que quitan superenrollamientos positivos, las que quitan negativos e incluso las hay que introducen positivos o negativos. No es necesario recordar todos los tipos de Isomerasas existentes, en el examen se presentará una tabla si es necesario.
Normalmente las topoisomerasas 1 se unen al DNA cortando una de las cadenas y las 4 subunidades van cambiando de conformación para hacer que la otra cadena pase por el corte y finalmente sueldan el corte otra vez. En cambio, las de Tipo 2, cogen una de las cadenas y con un cambio de conformación la parten y unen a la otra al mismo tiempo, al soltar uno de los fosfatos inorgánicos del ATP que se ha utilizado, hacen pasar la cadena intacta por el corte y al soltar los ADP y el fosfato inorgánico que queda, vuelven a unir la cadena que habían cortado. (Mirar los ciclos reactivos en los apuntes para verlo gráficamente).
Biología Molecular Héctor Escribano Tema 3 Si en una muestra de DNA superenrollado ponemos una topoisomerasa y dejamos un tiempo y realizamos una electroforesis, observamos que hay diferentes bandas. Esas bandas son cadenas de DNA con diferentes niveles de superenrollamiento, que los hacen más o menos compactos y por so avanzan más o menos.
En las siguientes páginas se incluye el inicio del Tema 4, que no sé por qué no lo puse junto con el otro… Disculpad si esto os causa alguna molestia. También tened en cuenta que todo lo que digo es tal y como yo lo entiendo, no quiere decir que sea verdad absoluta, también me equivoco. Si encontráis algún error (aparte de los de ortografía, que creo que hay bastantes) decídmelo y lo debatimos.
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