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Àcids nucleics (AANN), Apuntes de Biología Molecular

Asignatura: Biologia Molecular, Profesor: Sandra Villegas, Carrera: Biologia, Universidad: UAB

Tipo: Apuntes

Antes del 2010

Subido el 05/01/2009

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Tema 2: ÀCIDS NUCLEICS (AANN)
Acontecimientos claves en biología molecular:
Experimento 1869, hecho por Miescher descubrió los AANN.
Experimento de 1952, hecho por Hershey & Chase. Querían demostrar que el portador de la
información genética era el ADN en vez de las proteínas. Para hacerlo marcaron el DNA de un
fago con P32 y las proteínas de la capsula del fago con S35, luego una vez el fago se había
dividido, observaron que las proteínas de la capsula ya no llevaban el S35, mientras que el DNA
seguía marcado con P32. Eso significaba que lo que se transmitía era el DNA.
Experimento de Watson & Crick, hecho en 1953 en que se descubrió la estructura del DNA y su
mecanismo de replicación.
Experimento hecho en 1965 por Ochoa y otros en que se termino el código genético.
En el 2001 secuenciación del genoma humano.
Estructura i topología de los AANN:
Los AANN dirigen su propia replicación y dirigen la transcripción a cualquier tipo de RNA. Todo el
RNA, proviene de DNA.
Tenemos distintos tipos de RNA, con distintas funciones:
- RNAm: transcripción, síntesis de proteínas.
- RNAr: constituye 2/3 partes de los ribosomas. Su función es estructural pero también
participan en la síntesis del enlace peptídico entre los aa (el 23s en procariotas y el 28s en
eucariotas).
- RNAt: aporta los aa.
- RNPs o ribunucleoproteínas: son RNA’s pequeños asociados a proteínas (para evitar
problemas de carga) y es la parte ribonucleica la que realiza la catálisis, por ejemplo en el
procesamiento de los otros RNA’s (splicing), es decir que regulan el procesamiento
transcripcional de RNA.
Definición química de AANN: secuencia de subunidades unidos por enlaces fosfodiesters. Cada
subunidad es un nucleótido, más una base nitrogenada (heterociclo de C y N), más una pentosa,
más un grupo fosfato. Se denomina nucleosido al nucleótido sin el fosfato y son precursores de
la síntesis.
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Tema 2: ÀCIDS NUCLEICS (AANN)

Acontecimientos claves en biología molecular: Experimento 1869, hecho por Miescher descubrió los AANN. Experimento de 1952, hecho por Hershey & Chase. Querían demostrar que el portador de la información genética era el ADN en vez de las proteínas. Para hacerlo marcaron el DNA de un fago con P^32 y las proteínas de la capsula del fago con S^35 , luego una vez el fago se había dividido, observaron que las proteínas de la capsula ya no llevaban el S^35 , mientras que el DNA seguía marcado con P^32. Eso significaba que lo que se transmitía era el DNA. Experimento de Watson & Crick, hecho en 1953 en que se descubrió la estructura del DNA y su mecanismo de replicación. Experimento hecho en 1965 por Ochoa y otros en que se termino el código genético. En el 2001 secuenciación del genoma humano. Estructura i topología de los AANN: Los AANN dirigen su propia replicación y dirigen la transcripción a cualquier tipo de RNA. Todo el RNA, proviene de DNA. Tenemos distintos tipos de RNA, con distintas funciones:

  • RNAm: transcripción, síntesis de proteínas.
  • RNAr: constituye 2/3 partes de los ribosomas. Su función es estructural pero también participan en la síntesis del enlace peptídico entre los aa (el 23s en procariotas y el 28s en eucariotas).
  • RNAt: aporta los aa.
  • RNPs o ribunucleoproteínas: son RNA’s pequeños asociados a proteínas (para evitar problemas de carga) y es la parte ribonucleica la que realiza la catálisis, por ejemplo en el procesamiento de los otros RNA’s (splicing), es decir que regulan el procesamiento transcripcional de RNA. Definición química de AANN: secuencia de subunidades unidos por enlaces fosfodiesters. Cada subunidad es un nucleótido, más una base nitrogenada (heterociclo de C y N), más una pentosa, más un grupo fosfato. Se denomina nucleosido al nucleótido sin el fosfato y son precursores de la síntesis.

Bases nitrogenadas : hay dos tipos de bases: o Purinas: son heterociclos de 5 y 6 posiciones y forman adeninas y guaninas. o Pirimidinas: son más pequeñas que las anteriores. Son anillos de 6 posiciones y forman las citosinas, las timinas y los uraciles. La diferencia entre el uracil y la timina es que este último tiene un metilo en el carboneo 5 mientras que el uracilo no tiene nada. Metilaciones de las bases del DNA: Dilluns 13/10/ Son importantes en: o Sistemas de modificación/restricción en procariotas: un enzima de restricción no es capaz de cortar una diana si esta está metilada. Por lo tanto es una manera que tienen los procariotas de defensarse de DNA foráneo, ya que su DNA está metilado y entonces pueden tener enzimas de restricción para cargarse todo lo que procesa de fuera. o Islas CpG en eucariotas: se encuentran en promotores y en enhancers. Estos últimos unen factores de transcripción. Si está metilado cambia la conformación de B a Z por lo tanto dejar de unir factores de transcripción y por lo tanto deja de haber transcripción. Es un mecanismo de regulación. o Reconocimiento cadena parental: para permitir la reparación postranscripcional. La cadena metilada es la original, así podemos saber cual es la errónea. Metilaciones de las bases del RNA: Hay muchas modificaciones de las bases en RNA (sobretodo en RNAt). La metilación es muy variada: o RNAm: añadimiento de Cap 5’. o RNAr: unión 24 CH 3 para poder ensamblar ribosomas. o RNAt: tiene muchas cosas raras. No sigue el modelo Watson & Crick, ya que G se une a cosas que no son C. Nomenclatura base-nucleósido:

El modelo descrito por W&C no es exacto. Se tardaron más de 25 años en demostrar definitivamente el modelo porque se necesitaba un DNA muy purificado. Se demostró que si que hay 3,4 A entre pb pero se vio que hay más de 10’5 pb por vuelta. El giro es de 34,3º/pb, de hecho, dependiendo de la secuencia, el giro estará entre 28 i 42º. Se demostró que los pares de bases no son planares (hay giros, balances o roll (ángulo más pequeño entre pb), till (otro tipo de ángulo), giros helicoidales…). Replicación semi-conservativa: dimecres 15/10/ La replicación del DNA es semi-conservativa i semi-discontinua. Para demostrar esto se realizó un experimento (Melsenson & Stahl) en qué se marcó DNA de E.coli con 15 NH 4 Cl, el N^15 es un isótopo más pesado que el N común que es el N^14. Una vez tuvieron varios DNA marcados con N^15 lo inocularon en un medio con 14 N. Al cabo de x generaciones vieron que el DNA presentaba un peso intermedio entre el peso de N^14 y el peso de N^15 , por lo tanto pudieron afirmar que el DNA de cada organismo estaba compuesto por una hebra de DNA de N^15 (que correspondía a la hebra inicial) y una hebra de DNA de N^14 (que correspondía a la hebra generada de nuevo con los N^14 del medio). Tipos de hélices de AANN:

  • Conformación A del DNA: para que se de debe haber una humedad de 75% (se consigue mediante etanol y un B-DNA, con el etanol se disminuye la humedad y el DNA se transforma en A-DNA). Presenta: o 11pb/vuelta. o 33º de giro. o 28 A de paso de rosca. o Es más planar y ancho que el B-DNA.

o Es dextrógiro. o Diámetro de 26 A, al aumentarlo se genera un agujero central de 6 A. lugar que va a ocupar el solvente (etanol). o Tiene una inclinación del par de bases mayor, su till es de 20º. o Se acentúan las diferencias entre el surco mayor y el menor. o Este tipo de conformación la encontramos en la naturaleza, por ejemplo las vemos en las esporas de las bacterias gram positivas. Las esporas tienen SASP proteínas que se sacan con solventes ácidos que compiten con el DNA. Estas proteínas se unen al DNA i favorecen el cambio de B a A, permitiendo la estabilidad de A i favoreciendo el agujero central, a parte de que evitan que se vuelva a B. o Es resistente a formación de dímeros de pirimidinas debidos a UV.

  • Conformación Z-DNA: presenta: o Es levógiro. o 12 pb por vuelta. o 45 A de paso de rosca. o Menos diferencias entre el surco mayor y el menor si lo comparamos con B-DNA. o Para cambiar de B a Z, se metilan las C, se vuelven hidrofóbicas y tienden a ir hacia adentro. Este hecho provoca que la base gire 180º (que se vuelva levógira). o Esta formado por secuencias de purinas y pirimidinas alternadas. o Tienen todos los fosfatos a los laterales. o Se estabilizan metilando (como ya hemos dicho) si es en vivo, y con sal si es en el laboratorio. o En la naturaleza también encontramos Z-DNA. Estas secuencias de Z-DNA se denominan enhancers (solo los vemos en eucariotas), y tienen una gran afinidad para la RNApoli II, i para los TFII’s (factores de transcripción) y una baja afinidad para las histonas. Los enhancers son:  Interruptores moleculares que encienden o apagan la expresión génica.  Están siempre asociados a tejidos, por ejemplo, pueden funcionar como puertas de entrada para las proteínas que deben intervenir en la transcripción, si por ejemplo estos enhancers están metilados no serán reconocidos i no habrá transcripción.

Si W<0 y es trenado el giro es hacia la derecha, pero si W<0 y es toroidal l giro es hacia la izquierda. El DNA funcional tiene una W negativa. Divendres 17/10/ Un DNA lineal no tiene parámetros topológicos (L y W). Si los unimos si que podemos calcularlo: La presencia de W implica mayor compactación del DNA. El hecho que W<0 significa que le faltan vueltas de doble hélice (esto explica que el DNA se pueda abrir para replicarse). Los únicos organismos con W>0 son los termófilos, lo tienen para evitar que se desnaturalice su DNA. Tienen topoisomerasas que giran la hélice para crear W<0 y poder replicar-se. Si no hay cortes en la secuencia de DNA: L=T+WΔL = ΔT + ΔW. Por lo tanto si ΔL = 0L = ΔL = ΔT + ΔW. Por lo tanto si ΔL = 0T + ΔL = ΔT + ΔW. Por lo tanto si ΔL = 0W. Por lo tanto si ΔL = ΔT + ΔW. Por lo tanto si ΔL = 0L = 0 ΔL = ΔT + ΔW. Por lo tanto si ΔL = 0T = -ΔL = ΔT + ΔW. Por lo tanto si ΔL = 0W. Si hay cortes: -ΔL = ΔT + ΔW. Por lo tanto si ΔL = 0L-ΔL = ΔT + ΔW. Por lo tanto si ΔL = 0T i –ΔW.ΔL = ΔT + ΔW. Por lo tanto si ΔL = 0W. ΔL = ΔT + ΔW. Por lo tanto si ΔL = 0LΔL = ΔT + ΔW. Por lo tanto si ΔL = 0T i ΔL = ΔT + ΔW. Por lo tanto si ΔL = 0W. Para calcular la densidad de la super hélice o diferencia del enlace topológico del DNA: Donde:

  • L 0 = el número de veces que cruza en estado relajado.

Si σ = 0,06 significa que faltan 6 enlaces cada 100 enlaces topológicos. Se van a compensar con vueltas W. A un DNA funcional siempre le van a faltar vueltas, para que pueda crear vueltas súper hélice, i así al abrir la súper hélice tendremos puntos por donde la doble hélice estará desecha y es por donde empezaran a actuar los enzimas para replicar. Topoisomerasas Controlan el superenrollamiento del DNA. Hay varios tipos de topoisomerasas:

  1. Topoisomerasas I: cambia el número de vueltas de la doble hélice, ya que cortan una cadena de la doble hélice y la pasan por encima de la otra cadena y luego vuelven a unir. Según el sentido en que lo hacen van a generar o a quitar una vuelta. Son nicking-closing enzymes porque lo hacen de manera controlada. Hay dos tipos: a. Tipus Ia: se encuentra en todas las células, es la típica d’E.coli. Este tipo relaja W que son negativas y las pasa a 0, así que ΔL = ΔT + ΔW. Por lo tanto si ΔL = 0L = +1. Lo hace introduciendo vueltas para pasar de W<0 a W=0. Gira a la derecha. b. Tipus Ib: o bien relajan heciendo lo mismo que las de tipo Ia, o bien relajan pasando la W>0 a W=0, para hacer este último eliminan vueltas y giran hacia la izquierda (ΔL = ΔT + ΔW. Por lo tanto si ΔL = 0L=-1).
  2. Topoisomerasas II: cortan dos cadenas, la pasan por otra doble hélice y vuelven a unir. Tipos: a. La más típica es la girasa (sobretodo en procariotas). Pasa de W=0 a W< superenrolla negativamente. Gira hacia la derecha. (ΔL = ΔT + ΔW. Por lo tanto si ΔL = 0L=-2). b. Toposisomerasas tipo II: en todas las células. i. W<0W=0. Giro izquierda. Relaja. (ΔL = ΔT + ΔW. Por lo tanto si ΔL = 0L=+2). ii. W>0W=0. Giro derecha. Relaja. (ΔL = ΔT + ΔW. Por lo tanto si ΔL = 0L=-2).
  3. Hay otros tipos pero no dejan de ser variaciones de los ya mencionados. En la replicación a medida que avance la horquilla, se van quitando dobles hélices y por lo tanto W se va haciendo más negativa y tal y como va acabando de replicar va poniendo de nuevo