Tema 2 (2015)

Apunte Español
Universidad Universidad Internacional de Cataluña (UIC)
Grado Medicina - 1º curso
Asignatura Biologia Molecular
Año del apunte 2015
Páginas 7
Fecha de subida 10/03/2015
Descargas 35
Subido por

Vista previa del texto

2014/2015 Biología molecular Ingrid Guarro Marzoa Tema 2: DNA desde la forma hasta la función • Historia de la genética Mendel definió los genes como una idea conceptual.
Desde 1944, cuando se descubre que el DNA son genes, los científicos empiezan a plantearse cómo funcionan los genes y no a pensar qué son los genes.
• La célula: Durante las investigaciones llevadas a cabo acerca de la mitosis, los científicos descubrieron que el núcleo de la célula contenia cromatina. Esta cromatina está hecha de dNA y proteínas. Pensaron que las proteínas contenían la información que codifica los genes porque estas tienen una estructura muy compleja pero demostraron que era el DNA la molécula que contenia esta información. Para demostar esto, llevaron a cabo el siguiente experimento: o Infección a ratones mediante pneumococcus. Este experimento lo llevó a cabo Avery y demostró que el DNA es la molécula que contiene los genes.
• Estructura del DNA: 2014/2015 Biología molecular Ingrid Guarro Marzoa o Nucleotidos: componente básico del DNA. Están formados por: § • Bses nitrogenads: distinguimos: • Bases pequeñasàpirimidinas: timina y citosina • Bases grandesàpurinas: adenina y guanina § Pentosa § Grupo fosfato Componentes del DNA: Las bases nitrogenadas se encuentran enlazadas con el C1 de la pentosa. Los enlaces más importantes de la pentosa son las que encontramos en 5’ y 3’.
o Enlaces ester: los grupos fosfato se usan para enlazar un nucleótido con el siguiente. Estos enlaces son enlaces ester y conectan el grupo fosfato a la pentosa. Esta conexión crea polaridad en dirección 5’à3’ lo que hace que el DNA sea asimétrico.
o Puentes de hidrogeno: las bases nitrogenadas pueden formar parejas mediante los puentes de hidrogeno, usando los radicales de las bases. Este tipo de enlaces se crean entre los atomos que tienen una carga ligeramente negativa y los átomos que tienne una carga ligeramente positiva.
§ Mayor número de puentes de hidrogeno suponen que la unión entre dos moléculas será mayor o Distancia: la distancia entre dos atómos de nitrógeno de dos bases nitrogenadas distintas es casi la misma que la distancia entre los dos nitrógeno del anillo de la pentosa o Ángulo: el angulo de los dos atomos de nitrógeno de dos bases nitrogenadas diferentes es casi el mismo que la distancia entre los dos nitrógenos del anillo de la pentosa.
o Secuencia: la propiedad elemental del DNA es su secuencia especifica. Da igual la secuencia que sea, el ángulo y la distancia siempre serán el mismo lo que hace que el DNA sea una molécula muy estable.
El pequeño numero de componentes que contenía el DNA era mas preciso que el gran número de componentes de una proteína y por eso el DNA tenía que contener la información para la estructura de los seres humanos. La 2014/2015 Biología molecular Ingrid Guarro Marzoa simplicidad del lenguaje del DNA permite la creación de información más precisa.
• Estabilidad del DNA El hecho de que los dos pares comparten ángulos y distancia permite que el ADN sea una molécula muy homogénea y estable.
• El ADN de doble hélice: La estructura tridimensional de ADN surge de las características químicas y estructurales de sus dos cadenas de polinucleótidos. El enlace de hidrógeno entre las bases de los dos polinucleótidos diferentes mantiene las dos cadenas unidas.
ADN de doble hélice puede ser diestro o zurdo. Para conocer la dirección de la hélice se puede seguir con el propio dedo.
Mientras uno polinuclótido sigue la dirección 5 '→ 3' el otro va al revés → esto se conoce como conformación antiparalela • La estabilidad de la doble hélice: o Existe un emparejamiento de bases mediante los puentes de hidrógeno o Apilamiento de bases: una pareja de bases se coloca en la parte superior de la siguiente pareja de bases. La distancia entre las bases permite a los átomos de las bases interactuar con fuerzas de Van del Waals que harán la molécula estable.
o efectos hidrófobos: La región interna del ADN es hidrófoba porque dentro de la doble hélice tenemos enlaces de hidrógeno (con los enlaces de hidrógeno los átomos no pueden interactuar con el agua debido a que interactúan entre sí. Los grupos polares que pertenecen a las bases se anulan entre sí mediante puentes de hidrogeno.
o Interacción con cationes: tenemos cargas negativas libres que crean repulsión entre los nucleótidos consecutivos y para compensar esto necesitamos magnesio (Mg2 +), ya que este catión interactúa con cargas negativas de la doble hélice. Evita que los fosfatos rompan la estructura con cargas negativas.
o Todas estas características permiten la doble hélice sea muy estable. La estabilidad implica que esta molécula tiene muy baja 2014/2015 Biología molecular Ingrid Guarro Marzoa energía interna. Para romper la hélice de ADN que necesita para calentar el ADN hasta 100ºC • La interacción entre las bases: Rojo: carga ligeramente negativa Azul: carga ligeramente positiva La interacción entre las bases que no son complementarias es menos estable debido a la cantidad de puentes de hidrógeno. Químicamente las bases van a interactuar para ser tan estables como les sea posible por eso se unirán para crear el mayor numero de puentes de hidrógeno posible.
A medida que hay un mayor número de puentes de hidrógeno entre dos bases, más estable es la estructura.
En cualquier combinación que intentamos hacer el número de los puentes de hidrógeno es menos de 5. La combinación que encontramos en el ADN es el más estable. Todos los sistemas químicos tratan de estar en un estado de energía interna mínima, es por eso que las bases están unidas creando mayor numero de puentes de hidrógeno.
La distancia y el ángulo entre nitrógenos en la ribosa de las dos bases tienen que ser los mismos porque la molécula de ADN tiene que ser antiparalela. Sólo si el polinucleótido es antiparalelo, las bases se pueden emparejar creando el mayor número de puentes de hidrogeno.
El ADN es una hélice debido a un error. Podría ser cualquier cosa pero debido al giro constante producido por la unión entre las bases es una hélice. Lo que 2014/2015 Biología molecular Ingrid Guarro Marzoa pasa es que siempre hay un error porque en la física no existe el 0 absoluto.
Esto hace que un pequeño error crea la hélice El ángulo entre los diferentes pares crea la hélice.
• La separación de los dos hebras de ADN Esta estructura del ADN provoca muchos problemas a la célula debido a que la célula tiene que separar las dos hebras con el fin de expresar genes y también durante la replicación.
Cada cincuenta mil pares de nucleótidos, nuestro ADN está fijado en el núcleo y no puede provocar un giro para separar las hebras. Para separar las hebras en este punto, es necesario una fuerza que debe tirar de la zona donde se abre el ADN para la repliación y comprimir las vueltas al final. Esto se llama el supercoiling. El supercoiling es una manera de prevenir la tensión superhelical producida en el ADN por la apertura hélice.
o Supercoiling positivo: Se crea cuando se separan las dos hebras del ADN. Este supercoiling se produce siguiendo la dirección del ADN, por lo que será diestro. El ADN se separa alrededor del origen.
Durante la transcripción, la célula tiene que compensar este supercoiling positivo y para hacer esto la célula separa las hebras en una ubicación específica.
Con el fin de completar el proceso de replicación, la célula separa las hebras mediante la separación de todos las uniones entre polinucleótidos. Para hacer esto, hay enzimas llamadas topoisomerasas que evitan el supercoiling. Estas enzimas permanecen vinculados a la cadena (hrupo fosfato de la cadena de ADN) covalentemente.
§ La topoisomerasa I: no depende de energía. Su función es romper uno de los enlaces fosfodiéster en la cadena de polinucleótidos. Esto permite que las hebras puedan girar libremente con respecto a la otra. Una vez que la energía contenida en la tensión de la cadena es liberada, esta topoisomerasa va 3 '→ 5' para cerrar las hebras. La acción de la topoisomerasa I causar la liberación de la energía contenida en la tensión de la cadena. La relajación de la molécula y la liberación de esta energía causar la perdida de 2014/2015 Biología molecular Ingrid Guarro Marzoa la estructura supercoiling. Relaja ADN y disminuye el supercoiling negativo.
§ La topoisomerasa II: consume ATP. Forma un enlace covalente entre ambas hebras de la hélice de ADN haciendo al mismo tiempo un ruptura transitoria de la doble cadena en la hélice. En primer lugar, se rompe una doble hélice reversible para crear una "puerta" en el ADN. Esto crea un dímero por la unión de un monómero del lado izquierdo y un monómero del lado derecho. Cuando se crea el dímero, tres puertas se crean (C-gate, N-gate y ADN-gate). La región N se une al ADN y luego un segmento de ADN entra en la Ngate. La molécula abraza el ADN y no deje que se vaya hasta que se abra la puerta C. Esto ocurre espontáneamente cuando el ADN se está supercoiling.
Utiliza energía para añadir un poco de supercoiling negativo al ADN esta enzima hace esto porque así será más fácil para otras enzimas abrir y empezar la transcripción del ADN.
o Supercoiling negativo: Nuestro ADN tiene un pequeño grado de supercoiling negativo, no está totalmente relajado. Nuestro ADN además de las vueltas de doble hélice, tiene giroda adicionales hacia el lado izquierdo. Este supercoiling se produce en la otra dirección del ADN, por lo que es zurdo.
Este tipo de supercoiling facilita la separación local de las cadenas de ADN.
• Las histonas y nucleosoma: DNA se empaqueta junto con las proteínas formando complejos llamados cromatinas. Estas proteínas son en su mayoría histonas y se unen al ADN para formar los cromosomas eucarióticos.
Hay hasta cinco tipos de histonas con sus diferentes subtipos.
Las histonas son responsables del primera y más básico nivel de empaquetamiento del cromosoma, el nucleosoma.
El nucleosoma se puede ver en el microscopio como una línea de 10 nm. Si vemos la estructura superhelical, veremos la fibra de 30 nm. Esta fibra se estructura en bucles sobre un andamio proteico para constituir el cromosoma en metafase.
2014/2015 Biología molecular Ingrid Guarro Marzoa Cada núcleo del nucleosoma individual consiste de un complejo de ocho proteínas histónicas y el ADN de doble cadena que está formado por 147 pares de nucleótidos.. Cada partícula del núcleo del nucleosoma se separa de la siguiente por una región de ADN enlazador así, en promedio, los nucleosomas se repiten a intervalos de aproximadamente 200 pares de bases.
Cada 10 pares de bases, la doble hélice gira 360º, por lo que alrededor del nucleosoma tendremos 20 doble hélices completas.
Los nucleosomas envuelven ADN a la izquierda (al igual que el supergoiling negativo) porque el ADN necesita supercoiling negativo para hacer la transcripción y replicación. Si los nucleosomas envolviesen al ADN a la derecha, durante este procesosse tendría que hacer una gran inversión de energía y esto no sería productivo.
Las histonas son proteínas globulares y en su C-terminal tiene un esqueleto de aminoácido (formado básicamente por lisina y con carga positiva completo).
Este esqueleto de aminoácidos de las histonas y el esqueleto fosfodiéster del DNA interaccionan creando puentes de hidrogeno, fuerzas hidrofobicas y enlaces para mantener el DNA y la proteína unidos en el nucleosoma.
La capacidad de las histonas para hacer nucleosomas se puede regular. La lisina se puede modificar (cambiando su carga a una negativa) por diferentes reacciones (como fosforilación o acetilación) y repeler el DNA.
  ...