Tema 1 (2016)

Apunte Español
Universidad Universidad Autónoma de Barcelona (UAB)
Grado Nanociencia y Nanotecnología - 2º curso
Asignatura Biologia Molecular
Año del apunte 2016
Páginas 11
Fecha de subida 22/04/2016
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Biología molecular Nanociencia y nanotecnología Tema 1: Introducción Biología molecular de los ácidos nucleicos Los ácidos nucleicos son:   DNA: Dirige su propia replicación. Guarda información genética en todas las células y algunos virus.
RNA: Será traducido a proteínas. No es estable, alta tasa de mutación. Existen diferentes tipos: o mRNA: mensajero.
o tRNA: transferencia, coloca aminoácidos en el ribosoma.
o rRNA: ribosómico, forma parte de los ribosomas. Tiene función estructural y catalítica, catalizando la unión de 2 aminoácidos (enlace peptídico).
o Genómico: el de virus, muta muy fácilmente.
o Reguladores: la célula sintetiza dos tipos:  Catalíticos.
 De interferencia: contra otros RNA.
Estructura de nucleótido Pentosa + base nitrogenada: nucleósido.
Fosfato + nucleósido: nucleótido.
El precursor del nucleótido es el nucleósidotrifosfato.
Bases nitrogenadas Compuestas por heterociclos de C y N. Distinguimos entre:  Purinas (R), de mayor tamaño.
Biología molecular  Nanociencia y nanotecnología Pirimidinas (Y), más pequeñas.
Es relativamente sencilla la interconversión entre ellas.
𝑑𝑒𝑠𝑎𝑚𝑖𝑛𝑎𝑐𝑖ó𝑛 C → 𝑚𝑒𝑡𝑖𝑙𝑎𝑐𝑖ó𝑛 U→ T Las bases nitrogenadas absorben radiación UV.
El pico de absorción se encuentra en los 260 nm.
Azúcar pentosa Siempre será una pentosa:   Β-D-ribofuranosa en el RNA. (ribosa) Β-2’-deoxi-D-ribofuranosa en el DNA.
(desoxirribosa) En el caso del RNA, aparece un OH en posición 2’, efecto catalítico.
Nucleósido (base + pentosa) Biología molecular Nanociencia y nanotecnología Estructura covalente de los ácidos nucleicos El enlace covalente se forma por uniones fosfodiéster, carga negativamente la cadena principal, luego son polianiones, alternancia entre fosfato y azúcar.
Estabilidad de las cadenas principales:   Bastante estable en el DNA.
Inestable en el RNA, puede sufrir autohidrólisis.
Son polímeros lineales sin ramificaciones ni entrecruzamientos.
Poseen direccionalidad, la secuencia se lee en sentido 5’ → 3’.
Los puentes de hidrógeno determinan estructura y función, también influyen en la estabilidad, uniendo, según las leyes de Chargaff:   C y G ( mediante 3 puentes de hidrógeno).
T y A (o U y A en RNA), (mediante 2 puentes de hidrógeno).
Estabilidad determinada por el empaquetamiento de los pares de bases (pb), enlace hidrofóbico.
Las bases van cambiando mientras que la cadena principal se mantiene estable, definiendo la secuencia y con ella la función.
Inestabilidad del RNA El RNA es inestable en condiciones alcalinas, pudiendo sufrir autohidrólisis.
La hidrólisis también puede ser catalizada por RNasas, resultando en:   RNA acortado.
Mezcla de derivados monofosfatos 2’,3’ cíclicos.
Tipos de DNA Biología molecular Nanociencia y nanotecnología Estructura de la doble hélice de B-DNA Se da un enrollamiento plectonémico del DNA: hay que desenrollar la doble hélice para separar las cadenas. En la secuencia de DNA se dan cambios ligeros en la estructura, marcando diferentes puntos de unión de proteínas, que interaccionan con el surco mayor debido a su mayor exposición.
Al girar el surco mayor y menor en el apareamiento de bases para dar lugar a la cadena, aparecen éstos en la estructura. También interviene la asimetría de la desoxirribosa, con sus 7 ángulos de torsión.
Replicación del DNA Está prevista por el modelo de Watson & Crick. Cada cadena actúa como un molde, de forma que se da lugar a un modelo semiconservativo. Cada célula nueva se queda con una copia parental y otra réplica.
Conformación A del DNA En ella, los pares de bases se encuentran mucho más inclinados, y la diferencia de anchura entre el surco mayor y el menor es menos clara. El surco mayor tiene además mayor profundidad.
Los fosfatos están repartidos más irreguarmente, dejando partes apolares en contacto con el agua. Aparece un agujero en el centro la estructura, de Ø = 6 A, pues los pares de bases se encuentran desplazados, no uno encima del otro.
Aparece sí:   Se toma DNA en etanol.
Biológicamente, útil en esporas generadas por bacterias gram +. Viajan por el aire, recibiendo mucha radiación UV, lo que podría causar mutaciones. Se evita mediante la síntesis de SASP, proteínas que se unen al DNA, forzando la conformación A, posibilitando que el DNA quede en un estado inerte de deshidratación. (La radiación UV genera dímeros de purinas, liberando ciclobutano.) Biología molecular Nanociencia y nanotecnología Conformación Z del DNA En ella, las diferencias entre surcos son casi inapreciabes. Se da la formación de dímeros de pares que se colocan en el mismo plano, por lo que aparecen 6 agujeros en su estructura (si se mira desde arriba).
Es necesario que se alternen una purina y una pirimidina para evitar el impedimento estérico, de modo que su estructura es de tipo (RY)n.
Tiene todos los fosfatos a un lado y las bases nitrogenadas a otro, de modo que es inestable en medio acuoso, consiguiéndose cuando:   Se pone mucha sal, aumenta la fuerza iónica, que apantalla las cargas del fosfato.
En regiones reguladoras de la expresión génica, conocidas como islas CpG. Sus C se metilan para desactivar la transcripción de RNA.
A-DNA y B-DNA: dextrógiros.
Z-DNA: levógiro.
Biología molecular Nanociencia y nanotecnología Estructura tridimensional de los RNA Tiene un OH en posición 2’, de modo que no pueden empaquetarse de forma perfecta como en el caso del B-DNA, la hélice se ensancha de forma semejante al A-DNA.
  tRNA: a menudo la estructura del tRNA es de autoapareamiento, creando una doble cadena similar al A-DNA.
Ribozima: está compuesta por RNA con capacidad catalítica.
Propiedades físico-químicas del DNA Efecto hipercrómico: aumenta la absorción de una doble hélice de DNA al darse su desnaturalización. Se debe a la separación de las hebras, exponiendo las bases al solvente. Esto causa la aparición de una curva de desnaturalización: Tm es el punto al cual la mitad del DNA está desnaturalizado. Depende del:  pH.
 Fuerza iónica, que apantalla fosfatos. Si esta disminuye, se inestabiliza el DNA.
 Tamaño del DNA, a más longitud mayor Tm.
 Composición de las bases (C-G mayor estabilidad).
Superenrollamiento del DNA El DNA puede llegar a compactarse (mediría 2 m si no lo hiciera):   2000 veces en el caso de la cromatina.
8000 veces en el caso de los cromosomas durante la mitosis.
Biología molecular Nanociencia y nanotecnología Además debe permitir el acceso a la información.
Se encuentra:   Disperso por la célula, asociado a la membrana en el caso de bacterias.
Unido a la cápside en el caso de virus (DNA o RNA).
El plásmido no puede estar relajado dentro de la célula, se vuelve funcional al superenrollarse. (Progresión del dibujo).
Número de enlace topológico (L) L (linking number): número de veces que una cadena cruza a la otra. Es un valor fijo a menos que se corte la cadena.
T (torsión): número de vueltas de la doble hélice.
W (retorcimiento): número de vueltas superhelicoidales.
Biología molecular Nanociencia y nanotecnología Para el caso c), se quita una vuelta y se juntan los extremos, de modo que quedan 105 bp/9 vueltas = 12 bp/vuelta. Esta conformación es irregular, inestable en la célula. Para volver a la conformacion de B-DNA, pero manteniendo L (caso d)), se da otra vuelta de doble hélice, T = 10, y una de superhélice, W = -1, estabilizando de nuevo la cadena.
Convencionalmente, un superenrollamiento a la derecha será de valor negativo. Este es el superenrollamiento más común en la naturaleza (le faltan vueltas de doble hélice).
En cambio, las bacterias termófilas tienen un superenrollamiento positivo, pues de lo contrario, se desnaturalizarían a las temperaturas que habitan. Por ello, tienen un crecimiento muy lento, pues para poder replicar necesitan enzimas que cambien la conformación a superenrollamiento negativo (donde ésta se hace posible) y que luego la devuelvan a la forma original.
El dsenrollamiento puede equivaler al super enrollamiento: Densidad super helicoidal , donde L0 es el número de enlace topológico para el DNA relajado.c Superenrollamiento plectonémico y solenoidal  Plectonémico: superenrollamiento hacia la derecha. W<0 a la derecha.
 Solenoidal: superenrollameinto realizado sobre algún otro elemento, como en el caso de los nucleosomas en la cromatina. W<0 a la izquierda.
El DNA activo siempre tiene un W<0.
En ambos tipos de DNA, T>0 a la derecha.
Biología molecular Nanociencia y nanotecnología El superenrollamiento permite la compactación del DNA, y regula la expresión génica, facilitando la replicación y la transcripción.
También permite que regiones alejadas de la estructura primaria se acerquen.
Elementos cromosómicos Moléculas de DNA empaquetadas en cromosomas, cuyo número varía según la especie.
Genes + DNA intergenico de todos los cromosomas: genoma.
     Cromosoma: muchos genes (cromosoma Y bastantes pocos): Gen: segmento del DNA que codifica la síntesis de una cadena polipeptídica o molécula de RNA de función estructural, catalítica o reguladora.
Virus: parásito infeccioso de pequeño tamaño, suele tener una sola molécula de DNA o RNA (retrovirus) de forma circular.
Bacterias: un solo cromosoma por célula, una molécula de DNA circular con una copia de cada gen.
Eucariotas: varios cromosomas (diploide 2n) lineales. Tienen muchas copias de agunos genes, como proteínas y rRNA del ribosoma. El DNA se encuentra además anclado a la membrana nuclear.
Estructura del cromosoma eucariota   Interfase: eucariota no se está dividiendo, cromatina amorfa y dispersa.
Metafase: durante la mitosis, la cromatina se estructura en cromosomas. Estos tienen sitio específico en el núcleo.
Existen 2 tipos de cromatina:   Heterocromatina (10%): o Estado más condensado, en telómeros y centrómeros, que no tienen genes, sólo función de unión y reconocimiento.
o Transcripcionalmente inactiva.
Eucromatina: o Menos condensada.
o Parte, pero no toda, transcripcionalmente activa.
Biología molecular Nanociencia y nanotecnología Histonas Permiten condensar el DNA eucariota, mediante interacciones electrostáticas con él.
Son básicas, el DNA es ácido.
Todas se encuentran muy conservadas evolutivamente, pero no están relacionadas entre ellas (secuencias muy diferentes).
Poseen una estructura globular compacta con dos colas cargadas positivamente, que unen el DNA. A menudo son sometidas a modificaciones post-traduccionales que alteran el grado de empaquetamiento de la cromatina. Por ejemplo añadiendo una acetil (carga -), disminuye la atracción con el DNA, y con ella el grado de empaquetamiento.
Nucleosomas (organizan primer nivel de la organización de la cromatina en fibra de 10 nm) Se forma octámero de histonas:    Dos dímeros H2A-H2B.
Tetrámero central (H3-H4)2.
H1 grapa los extremos y mantiene las 2 vueltas que el DNA da alrededor (200 bp que dan 2 vueltas de superhélice).
Empaqueta alrededor de 7 veces. 166 bp para que la H1 grape, los 32 bp restantes forman el DNA linker, cuyo tamaño cambia según momento del ciclo celular.
Fibras de 30 nm (organizan segundo nivel de estructuración de la cromatina) Estructura en zigzag con 6 nucleosomas por vuelta. Se dan interacciones entre las colas N-ter y C-ter de las histonas H1 adyacentes.
Empaqueta 42 veces (7 nucleosomas x 6 fibra).
Biología molecular Nanociencia y nanotecnología Bucles radiales y armazón cromosómico (Tercer nivel de estructuración)   Armazón proteico formado por topoisomerasa II y SMC proteins (condensinas, cohesinas, etc.) que mantienen la estructura de los cromosomas.
Al armazón se unen bucles radiales de DNA, que pueden contener conjuntos de genes relacionados, de modo que la topoisomerasa (que actúa sobre DNA cortando cadenas y provocando giros de L) afectará a un solo lazo, desenrollando genes que se transcriben a la vez.
Niveles superiores de estructuración del cromosoma eucariota Cada nivel de organización multiplica el grado de compactación.
Las estructuras de orden superior pueden variar:    De un cromosoma a otro.
De una región a otra del cromosoma.
Según el momento del ciclo celular ...

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