CLASE DE MATERIAL GENÉTICO PROF. J. RUIZ 2013

1. AREA: CIENCIAS SECTOR: BIOLOGÍA NIVEL: IVMEDIO CLASE DE MATERIAL GENÉTICO PROF. J. RUIZ 2013

2. Niveles de organización del material genético ¿Qué relación existe entre: Gene ADN – Cromatina – Cromosoma?adn-estructura.flv

3. RELACION - ACIDOS NUCLEICOS PROTEÍNAS La información para sintetizar (construir) todas las proteínas de un organismo, se encuentra codificada en el ADN. Esta información contenida en el ADN es transcripta en el ARNm luego traducida por el ARNt en proteínas. Son las proteínas las moléculas que finalmente ejecutarán las "instrucciones" codificadas en los ácidos nucleicos

4. ¿QUÉ SON LOS ÁCIDOS NUCLEICOS • Así como las proteínas están formadas por cadenas largas de aminoácidos, los ácidos nucleicos están formados por cadenas largas de nucleótidos. • Son polímeros de nucleótidos.

5. ALGO DE HISTORIA SOBRE EL ADN

6. F. MIESCHER, R. FUELGEN Y P.A. LEVENE • El ADN fue aislado por primera vez en 1869 por un médico alemán, Friedrich Miescher. • La sustancia aislada era blanca, azucarada, ligeramente ácida y contenía fósforo. • Dado que la encontró solamente en el núcleo de las células la llamó “nucleína”. • Este nombre luego se transformó en ácido nucleico y mucho después en ácido desoxirribonucleico TIÑÓ LA NUCLEINA CON FUCSINA Y QUE FORMA PARTE DE LA CROMATINA, CROMOSOMAS DE TODAS LAS CÉLULAS • DESCUBRIÓ LA PENTOSA: DESORRIBOSA DEL ADN Y LAS 4 BASES NITROGENADAS: A-T-C-G. Y FOSFATO. • ESTABLECIÓ LA ORGANIZACIÓN DEL DEXIRRIBONUCLÓTIIDO

7. HISTORIA DEL ADN • En 1914, Robert Feulgen, descubrió que el ADN tenía una atracción fuerte por un colorante rojo llamado fucsina. • Mostró que el ADN estaba presente en todas las células y se caracterizaba por su ubicación en los cromosomas.

8. EN LA DÉCADA DEL 1920 MIENTRAS INVESTIGABA UNA VACUNA CONTRA LA NEUMONÍA: Frederick Griffith relacionó que el AND era el código genético y no las proteínas como se pensabba. ¿qué concluyes al respecto? RESULTADOS CEPAS BACTERIANA INYECTADAS AL RATÓN La cepa R no produce neumonía La cepa S produce neumonía La cepa S muerta por calor no produce neumonía Una sustancia de la cepa S muerta por calor transforma la cepa R inocua en una cepa S mortífera

9. ¿QUÉ ESTAMOS AFIRMANDO CUANDO DECIMOS QUE EL ADN ES LA "MOLÉCULA DE LA HERENCIA"? • El ADN es la molécula que contiene el diseño de todas las formas de vida que existen en la tierra. • Las unidades de información genética se llaman genes. • Gen: segmento de ADN que contiene la información necesaria para epecificar la secuencia de aminoácidos de las proteínas.

10. Debido a este experimento, hoy sabemos que los ácidos nucléicos descubiertos en 1870 por Friedrich Miescher, es el material genético. 2. Permitirá descartar la hipótesis que sustentaban la mayoría de los de los científicos del siglo XX de que los genes estaban compueso por las proteínas presentes en los cromosomas. 3. Por efecto de la transformación Bacteriana que realizó en 1928 Frederick Griffith, se descubrirá que los genes están compuestos por ADN ¿POR QUÉ FUE TAN IMPORTANTE EL EXPERIMENTO GRIFFITH?

11. 4. Fue la primera evidencia experimental que demostrará más adelante que el ADN era el material de la herencia. 5. El calor aplicado a las bacterias S, dejó intacto el “principio transformante”, hoy conocido como material genético. 6. Demostró que una “sustancia”, ingresó a las bacterias cepa R, trasformándolas en cepa S. 7. Este clásico experimento conocido como “transformación bacteriana”, de sigue realizando con diferentes fines, estudio de la resistencia de las bacterias a los antibióticos.

12. EN 1944 AVERY, MCLEOD Y MCCARTHY • Concluyen que sólo el ADN de las bacterias virulentasS muertas por el calor,  era la sustancia que producía la transformación de las R, no virulentas, en virulentas. • Estas experiencias hicieron las primeras aproximaciones que el ADN, era el código genético que utilizan los seres vivos para transferir su información biológica.

13. EN 1952 ALFRED HERSHEY Y MARTHA CHASE • realizaron experimentos destinados a dilucidar si el ADN o las proteínas era el material hereditario. • Marcando el ADN y las proteínas con isótopos radiactivos en un cultivo de un virus, podrían seguir el camino de las proteínas y del ADN en un experimento demostrando cual de ellos entraba en la bacteria. • Ese seria el material hereditario (factor transformador de Griffith). Dado que el ADN contiene fósforo (P) pero no azufre (S), ellos marcaron el ADN con fósforo-32 radioactivo. Por otra parte, las proteínas no contienen P pero si S, y por lo tanto se marcaron con azufre-35. • Hershey y Chase encontraron que el S-35 queda fuera de la célula mientras que el P-32 se lo encontraba en el interior, indicando que el ADN era el soporte físico de la herencia.

14. 1952, Franklin y Wilkins obtienen una fotografía de difracción de rayos X que reveló, de manera inconfundible, la estructura helicoidal de la molécula del ADN.

15. ORGANIZACIÓN QUÍMICA DE LOS ÁCIDOS NUCLEICOS SON POLÍMEROS DE NUCLEÓTIDOS

16. ¿QUÉ ES UN NUCLEÓTIDO? • Es una molécula compleja . • Está formado por tres subunidades: • un grupo fosfato, • un azúcar de cinco carbonos y • una base nitrogenada.

17. Unidades nucleotídicas

18. ¿QUÉ SON LAS PENTOSAS? Son monosacáridos de 5 carbonos: La segunda tiene un átomo menos de oxígeno de ahí su nombre

19. ¿QUÉ SON LAS BASES NITROGENA? COMPUESTOS ORGÁNICOS FORMADOS POR CARBONO, OXÍGENO Y NITRÓGENO.

20. ¿QUÉ ES EL GRUPO FOSFATO ES ÁCIDO FOSFÓRICO: MOLÉCULA INORGÁNICA.

21. ¿QUÉ TIPOS DE BASES CONFORMAN LOS ÁCIDOS NUCLEICO? • La adenina, la guanina y la citosina se encuentran tanto en el DNA como en el RNA, mientras que latimina se encuentra sólo en el DNA y el uracilo sólo en el RNA.

22. DE LA UNIÓN DE ESTOS TRES COMPONENTES SE ORIGINA: UN NUCLEÓTIDO: TRIFOSFATADO base: nitrogenada NUCLEÓTIDO: MONOFOSFATADO fosfato azúcar: pentosa

23. Cada polímero del AND se forma de la unión o polimerización de estos 4 desoxirribonucleótidos dTTP dCTP desoxicitidina fosfatada desoxitimidina fosfatada Citosina Timina Desoxiguanosina fosfatada dATP dGTP desoxiadenosina fosfatada Guanina Adenina

24. ¿CÓMO SE FORMA CADA UNO DE LOS POLÍMEROS? • Se establece un enlace fosfodiester: entre el carbono 5’de la azúcar del primer nucleótido y el carbono 3’de la azúcar del siguiente y así sucesivamente • Así, la cadena de DNA tiene un extremo 5' y un extremo 3' determinados por estos carbonos 5' y 3'. 5 3 5 3

25. ESQUELETO DE UNO DE LOS DOS POLÍMEROS DEL ADN La secuencia repetida azúcar-fosfato-azúcar-fosfato forma una larga cadena polinuclotídica que conforma el esqueleto de ambas cadenas de la molécula de ADN. Una cadena polinucletídica del ADN

26. ¿CÓMO SE FORMA UN POLÍMERO DE NUCLEÓTIDOS?

27. GRANDES PENSADORES: GRANDES IDEASGenoma humano.flv Watson & Crick. 1953 Rosalind Franklin

28. MODELO MOLÉCULA ADN WATSON - CRIK ¿Qué puedes interpretar?

29. ¿CÓMO ESTÁ FORMADO EL ADN SEGÚN WATSON- CRIK? • Si se tomase una escalera y se la torciera para formar una hélice, manteniendo los peldaños perpendiculares, se tendría un modelo grosero de la molécula de DNA. • Los dos lados de la escalera están constituidos por moléculas de azúcar y fosfato alternadas. • Los peldaños perpendiculares de la escalera están formados por las bases nitrogenadas: adenina - timina; guanina - citosina.

30. ¿Cómo se unen las bases para formar la estructura bicatenaria del ADN? • Las bases enfrentadas se aparean y permanecen unidas por puentes de hidrógeno. • Estos puentes son débiles . • Siempre se une una base púrica con una pirimídica: A – T, G – C. • La unión A – T es por 2 puentes de H. • La unión C – G es por 3 puentes de H.

31. ESTRUCTURA REAL DE LA MOLECULA DE ADN

32. DETALLES DE LA ESTRUCTURA DE ADN

33. ¿CÓMO SE DISPONEN LOS NUCLEÓTIDOS? • Cada cadena es una secuencia repetida azúcar-fosfato-azúcar-fosfato que forma el esqueleto de la molécula. Cada grupo fosfato está unido al carbono 5' de una subunidad de azúcar y al carbono 3' de la subunidad de azúcar del nucleótido contiguo. • Así, la cadena de DNA tiene un extremo 5' y un extremo 3' determinados por estos carbonos 5' y 3'. • Las cadenas son antiparalelas, es decir, la dirección desde el extremo 5' a 3' de una es opuesta a la de la otra.

34. EN RESUMEN:

35. Modelo de replicación del DNALa replicación del ADN.flv ¿CÓMO CREES TU QUE OCURRE ESTO?

36. OBSERVA ESTA SECUENCIA:¿CÓMO SE REPLICA EL ADN? 4 3 5 2 1 6

37. TERMINADO EL PROCESO: CUÁNTA MOLÉCULAS DE ADN SE FORMARON Y QUÉ LAS CARACTERIZA?

38. ¿EN QUÉ SENTIDO LA ADN polimerasa, HACE LAS NUEVAS COPIAS A PARTIR DE LA CADENA CONSERVADA O MATERNA?

40. REPLICACIÓN DEL ADN • La duplicación es un proceso en el cual una secuencia de nucleótidos del ADN es copiada, sintetizándose dos cadenas complementarias con nucleótidos con bases complementarias. • Este proceso necesita que un nucleótido no polimerizado aun, reconozca su complementario en la cadena con nucleótidos ya polimerizados. • Este mecanismo permite el enfrentamiento de los nucleótidos no polimerizados con sus complementarios. • Así se inicia la nueva copia, sirviendo de molde el polímero conservado para que se haga una nueva copia con la misma secuencia de bases.

41. Enzimas de la replicación • Las topoisomerasas. • Helicasas • ARN primasa o ARN polimerasa • ADN polimerasas • Telomerasa • La enzima DNA ligasa une fragmentos de Okazaki contiguos.

42. Las topoisomerasas Replicación ADN.swf Relajan el superenrollamiento de la hélice, ya que cortan las cadenas por delante de las horquillas de replicación y luego las vuelven a unir.

43. HELICASAS Las enzimas helicasas desenrollan y abren la doble hélice.

44. ARN primasa o ADN dependiente Realiza la síntesis del ARN cebador y lo inserta en el sitio de inicio de la replicación del ADN • a partir del ARN cebador se inicia la síntesis de la nueva copia de ADN. ARN cebador

45. Acción de las ADN polimerasas • Las enzima ADN polimerasas, realizan la adición de nucleótidos a partir del ARN cebador y siguendo la secuencia nucleótidica indicada por la cadena conservada. • Estas enzimas sintetizan nuevas cadenas sólo en la dirección 5' a 3', añadiendo nucleótidos uno a uno al extremo 3' de la cadena creciente.

46. Dirección de la polimerización de las ADN polimerasas • Estas enzimas sintetizan nuevas cadenas sólo en la dirección 5' a 3', añadiendo nucleótidos uno a uno al extremo 3' de la cadena creciente.

47. DIRECCIÓN DE COPIA DE LA DOS NUEVAS CADENAS CADENA RÁPIDA: CONTÍNUA • En la cadena rezagada, se producen fragmentos de Okazaki. • se sintetizan en la dirección 5' a 3'. • La enzima DNA ligasa une fragmentos de Okazaki contiguos. CADENA LENTA O DISCONTÍNUA: Fragmentos de Okazaki

48. ¿QUÉ PUEDE OCURRIR EN LA REPLICACIÓN En el proceso de replicación del DNA se pierden nucleótidos en los extremos de las moléculas de DNA lineales. En algunas células eucarióticas, esta pérdida es compensada por la actividad de la enzima telomerasa, «repone» los nucleótidos perdidos.

49. ¿DE DONDE OBTIENE LA ENERGÍA LA CÉLULA PARA LA SÍNTESIS DE LOS POLÍMEROS? • Los nucleótidos, antes de ser incorporados a las cadenas de DNA, se encuentran en forma de trifosfatos. • La energía requerida para impulsar la replicación proviene de la eliminación de dos fosfatos ("supernumerarios" y ladegradación del enlace • P ~ P. Se liberan y luego hidrolizados generando energía para sintetizar las cadenas polinucleotídicas

50. CODIFICACIÓN DE LA INFORMACIÓN GENÉTICA EN EL ADN