Facultad de Medicina Humana
Acidos nucleicos. Tipos de bases nitrogenadas. Nucleósidos y nucleótidos. Conformaciones sin y anti . Complementaridad de bases. DNA. Enlace fosfodiéster. Estructuras, doble hebra. Mg. Carlos M. Santa Cruz Carpio
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Gen
mRNA
tRNA rRNA
1. ejecutores Mg. Carlos M. Santa Cruz Carpio
Información para 2 su secuencia
Definición:
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Nucleotidos: •Energía •Señales de transducción •Cofactores enzimáticos •Intermediarios metabólicos •Monómeros de DNA RNA
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Nucleotido Enlace ester
Enlace N-glucosidico
En DNA Mg. Carlos M. Santa Cruz Carpio
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A = 6-aminopurina G =6-oxi-2-aminopurina
C = 2-oxi-4-aminipirimidina T = 5-metil-2,4-dioxipirimidina U = 2,4-dioxipirimidina T= 5-metiluracilo Mg. Carlos M. Santa Cruz Carpio
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Orga. superiores
Bacterias
Bases Menores tRNAs
Bacterias infectadas con fagos
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Nucleosido La unión de la base nitrogenada a la pentosa recibe el nombre de nucleósido y se realiza a través de un enlace N-glucosídico entre el carbono 1’ de la pentosa y los nitrógenos de las posiciones 3 (pirimidinas) o 9 (purinas) de las bases nitrogenadas.
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Nomenclatura de nucleósidos y nucleótidos
Bases
Base-Azucar
Base-Azucar-Fosfato
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Ac nucleico
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Los nucleótidos y los nucleósidos contienen una pentosa: la D-ribosa (ribonucleótidos y ribonucleósidos) o la 2-desoxi-D-ribosa (desoxirribonucleótidos y desoxirribonucleósidos). Conformación de la ribosa
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Los nucleótidos pueden tener 1, 2 ó 3 grupos fosfato unidos al C 5’. Asi tenemos: nucleótidos 5’ monofosfato, nucleótidos 5’ difosfato y nucleótidos 5’ trifosfato. En algunos casos el fosfato se une al C 3’, existiendo nucleótidos 3’ monofosfato, difosfato o trifosfato según el número de grupos fosfato que posea. En otros el fosfato se une al C2’ o puede cerrar un ciclo con C3’.
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Monofosfatos de adenosina Derivados de hidrólisis alcalina
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Los nucleótidos se unen entre si para formar largas cadenas de polinuclóetidos, esta unión se realiza mediante enlaces fosfodiéster entre los carbonos de las posiciones 3’ de un nucleótido con la 5’ del siguiente.
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El esqueleto covalente: Fosfatos y pentosas alternantes
Las bases se ubican como grupos laterales unidos al esqueleto a intervalos regulares El esqueleto es hidrofílico, S-OH ---H2O, pH 7, P- , prot+, M+, poliaminas
Polaridad; Mg. Carlos M. Santa Cruz Carpio
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La Hidrólisis no enzimática de DNA y RNA es muy lenta. En cambio el RNA en medio alcalino, es hidrolizado rápidamente
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Representación de una secuencia de nucleótidos
P
ACGTAOH
pApCpGpTpA pACGTA
Estructura primaria
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Las propiedades de las bases nucleotidicas, afectan la estructura de AN Las BN son bases débiles ? Son altamente conjugadas ? Estructura, distribución electrónica, uv “Resonancia” doble enlace parcial, estructura planar, Libres pueden tener dos formas tautoméricas dependientes de pH
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Como consecuencia de la resonancia…
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Las bases son hidrofóbicas, e insolubles en agua a pH 7 A pH ácido ó alcalino, adquieren carga y se hacen solubles Una de las interacciones importantes en la estructura de los AN es el apilamiento de bases hidrofóbicas, las bases se ubican con los planos de sus anillos en paralelo, el apilamiento involucra también interacciones de van der Walls y dipolo-dipolo. El apilamiento de bases minimiza el contacto de las bases con el agua, y así estabilizan la estructura del DNA. Mg. Carlos M. Santa Cruz Carpio
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Las bases contienen anillos de nitrógeno, grupos carbonilo, grupos amino exocíclicos. La estructura de los AN, se mantiene también debido a los H-H entre gropos amino y carbonílicos de las BN Los H-H entre las bases permiten la asociación complementaria entre 2, 3 ó 4 hebras. Este apareamiento complementario fue descrito por WC.
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Estructura del DNA F. Nietzsche Miescher O. Avery Hershey y Chase J. Watson Shapiro
1865 1869 1944 1952 1953 1976
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Miescher en 1871 aisló del núcleo de las células de pus una sustancia ácida rica en fósforo que llamó "nucleína". Un año más tarde, en 1872, aisló de la cabeza de los espermas del salmón un compuesto que denominó "protamina" y que resultó ser una sustancia ácida y otra básica. El nombre de ácido nucleico procede del de "nucleína" propuesto por Miescher.
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La primera evidencia que el DNA era el material de la herencia se obtuvo de Oswald T. Avery, Colin MacLeod y Maclyn Mc Carty con Streptococus pneumoniae
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Impurezas protéicas
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1952 Hershey y Chase Evidencia innegable…
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1940 Chargaff •La composición de bases del DNA varía con la especie •El DNA aislado de diferentes tejidos de un mismo organismo tiene la misma composición de bases. •La composición de bases de un DNA no cambia con el tiempo, nutrición o medioambiente. •En todos los DNA A=T y G=C, A+G=T+C
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Rosalind Franklin y Maurice Wilkins 1950 Espectros Difracción de rayos X
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Doble helix, 2 periodicidades a lo largo del eje una a 3.4 Aº y la otra a 34 Aº
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Las bases púricas y pirimidínicas se encuentran unas sobre otras, apiladas a lo largo del eje del polinucleótido a una distancia de 3,4 Å. Las bases son estructuras planas orientadas de forma perpendicular al eje (Astbury, 1947). El diámetro del polinucleótido es de 20 Å y está enrollado helicoidalmente alrededor de su eje. Cada 34 Å se produce una vuelta completa de la hélice. Existe más de una cadena polinucleotídica enrollada helicoidalmente (Wilkins et el. 1953, Frankling y Gosling, 1953). Mg. Carlos M. Santa Cruz Carpio
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El asunto ahora era diseñar una estructura 3D acorde con los patrones de difracción y las reglas de Chargaff
propusieron su Modelo de estructura para el ADN conocido con el nombre de Modelo de la Doble Hélice Mg. Carlos M. Santa Cruz Carpio
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•El ADN es una doble hélice enrollada helicoidalmente en sentido dextrogiro. •Enrollamiento es de tipo plectonémico: para separar las dos hélices es necesario girarlas como si fuera un sacacorchos.
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•Cada hélice es una cadena de nucleótidos unidos por enlaces fosfodiéster en los que el fosfato forma un puente entre grupos OH 3’ de un azúcar y 5’ del siguiente. El esqueleto hidrofílico, alterna P y dR hacia el exterior. •Las dos hélices se mantienen unidas mediante puentes o enlaces de hidrogeno producidos entre las bases nitrogenadas de cada hélice. •Siguiendo los datos de Chargaff (1959), la Adenina de una hélice aparea con la Timina de la hélice complementaria mediante dos puentes de hidrógeno y la Guanina de una hélice aparea con la Citosina de la complementaria mediante tres puentes de hidrógeno. Mg. Carlos M. Santa Cruz Carpio
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Apareamiento de bases W y C
Observar las formas tautoméricas
Este apareamiento específico, permite la duplicación de la información genética Mg. Carlos M. Santa Cruz Carpio
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•Las dos hélices por razones de complementaridad de las bases nitrogenadas son antiparalelas, teniendo secuencias de átomos inversas. Una hélice lleva la secuencia 5’P → 3’ OH , mientras que la hélice complementaria sigue la secuencia de átomos 3’OH → 5’P. • El apareamiento complementario crea 2 surcos. •El diámetro de la doble hélice es de 20 Å. •Las bases nitrogenadas son estructuras planas perpendiculares al eje de la doble hélice y están apiladas unas sobre otras a una distancia de 3,4 Å. Cada 10 bases, cada 34 Å se produce una vuelta completa de la doble hélice (360º). •Las bases se encuentran en sus configuraciones cetónicas, cumpliendo así las reglas de apareamiento A-T y G-C. •El anillo de furanosa C-2’ esta en conformación endo. •La secuencia de bases nitrogenadas puede ser cualquiera, no existe ninguna restricción. Mg. Carlos M. Santa Cruz Carpio
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Las dos hebras no son iguales, son complementarias ? El duplex se mantiene unido por : H-H entre las bases complementarias, y las interacciones por apilamiento de bases. La complementaridad se atribuye a los H-H entre los pares de bases. El apilamiento no es específico pero da la mayor contribución a la estabilidad. El modelo es apoyado por muchas evidencias ; rabajos con DNA polimerasas y análisis de rayos X. Pero lo más trascendente es que permite explicar la transmisión de la información genética. Estructura secundaria
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Trascendencia del modelo Las reglas de complementaridad de las bases nitrogenadas A-T y G-C sugieren un forma sencilla de replicación del material hereditario. Esta forma sencilla de replicación se denomina método Semiconservativo. Cuando el ADN se replica sus dos hélices se separan y cada una de ellas sirve de molde para sintetizar una nueva hélice siguiendo las reglas de apareamiento de las bases nitrogenadas. La mutación a nivel molecular consistiría en un cambio en la secuencia de bases nitrogenadas del ADN. Al no existir ninguna restricción en la secuencia de bases nitrogenadas, el ADN poseía la suficiente variabilidad como para ser el material hereditario. Además, esta estructura sugería la existencia de algún código que permitiera pasar de la secuencia lineal de bases nitrogenadas en el ADN a la secuencia lineal de aminoácidos en las proteínas. Mg. Carlos M. Santa Cruz Carpio
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