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Clase 1: DNA / RNA Facilitadora: Aidamalia VARGAS L PhD. Curso: Biología Molecular II Semestre 2024 INTRODUCCIÓN A LA ESTRUCTURA Y ORGANIZACIÓN DEL GENOMA  Genoma de Procariotas: Estructura: El genoma procariota generalmente consiste en u...

Clase 1: DNA / RNA Facilitadora: Aidamalia VARGAS L PhD. Curso: Biología Molecular II Semestre 2024 INTRODUCCIÓN A LA ESTRUCTURA Y ORGANIZACIÓN DEL GENOMA  Genoma de Procariotas: Estructura: El genoma procariota generalmente consiste en una única molécula circular de DNA, conocida como cromosoma bacteriano, que se encuentra en el nucleoide, una región no delimitada por una membrana dentro de la célula. Tamaño: Los genomas procariotas suelen ser más pequeños y compactos que los de los eucariotas, con menos DNA no codificante. Entre 1 y 10 millones de pares de bases (Mb) Organización: El DNA en procariotas está altamente organizado y superenrollado para caber dentro de la célula. Aunque carecen de histonas como en los eucariotas, utilizan otras proteínas para mantener el DNA compactado. Elementos adicionales: Además del cromosoma principal, muchos procariotas contienen plásmidos, pequeñas moléculas de DNA circular que llevan genes adicionales, a menudo relacionados con la resistencia a antibióticos o la capacidad de metabolizar compuestos específicos.  Genoma de Eucariotas: Estructura: En contraste, los genomas eucariotas están organizados en múltiples cromosomas lineales dentro de un núcleo celular delimitado por una membrana. Tamaño: Los genomas eucariotas son generalmente mucho más grandes y contienen una mayor proporción de DNA no codificante, que incluye intrones, secuencias reguladoras, y DNA repetitivo. Organización: El DNA eucariota está empaquetado con proteínas llamadas histonas, formando estructuras llamadas nucleosomas, que se organizan en fibras de cromatina. Durante la división celular, la cromatina se condensa aún más para formar cromosomas visibles. Elementos adicionales: Las células eucariotas también incluyen DNA mitocondrial y, en el caso de plantas y algas, DNA cloroplastidial, que son circulares y recuerdan al DNA procariota. DNA & RNA: IMPORTANCIA El DNA y el RNA son fundamentales en la biología molecular porque juntos forman el flujo de información genética dentro de las células, conocido como el: "Dogma Central" de la biología molecular: DNA → RNA → Proteína. Este proceso explica cómo la información genética es almacenada, transmitida y utilizada para producir las proteínas que ejecutan la mayoría de las funciones celulares. Las alteraciones en el DNA o el RNA pueden llevar a enfermedades genéticas, lo que subraya la importancia de estos ácidos nucleicos en la medicina y la biotecnología. DNA (ÁCIDO DESOXIRRIBONUCLEICO) Función: El DNA almacena y Importancia en Biología Molecular: El transmite la información genética DNA es el portador de la información que dirige el desarrollo, genética y es esencial en procesos como funcionamiento y reproducción de la replicación, transcripción y reparación todos los organismos vivos y del material genético. Es la base de la algunos virus. Contiene las herencia y la variabilidad genética, lo instrucciones necesarias para la que lo convierte en el pilar central de la síntesis de proteínas, que son las biología molecular. moléculas que llevan a cabo la mayoría de las funciones celulares. DNA (ÁCIDO DESOXIRRIBONUCLEICO) El DNA es una molécula compuesta por dos cadenas de nucleótidos que forman una doble hélice. "DNA" (https://skfb.ly/onW7w) by LucasPresoto is licensed under Creative Commons Attribution (http://creativecommons.org/licenses/by/4.0/). DNA (ÁCIDO DESOXIRRIBONUCLEICO) PURINAS PIRIMIDINAS Cada nucleótido consta de un grupo fosfato, una desoxirribosa (azúcar) y una base nitrogenada (adenina, guanina, citosina o timina) NUCLEOTIDO VS NUCLEOSIDO ENLACE FOSFODIÉSTER COMPLEMENTARIDAD DE BASES LAS HEBRAS DE LA CADENA DE DNA SON ANTIPARALELAS  La forma más común del DNA en la célula es una hélice dextrógira. Las bases nitrogenadas apiladas, están distanciadas a una distancia de 0,34 nm a lo largo de la hélice. La hélice realiza un giro completo cada 3,4 a 3,6 nm. Es decir, hay alrededor de 10 – 10,5 pares de bases (bp) por giro. FORMA BETA "Human DNA" (https://skfb.ly/MNZr) by T-FLEX CAD ST (Free) is licensed under Creative Commons Attribution (http://creativecommons.org/licenses/by/4.0/). ESTRUCTURA PRIMARIA: LA CADENA DE POLINUCLEÓTIDOS IMPORTANCIA DE LA ESTRUCTURA PRIMARIA EN LA CODIFICACIÓN GENÉTICA La estructura primaria del DNA se refiere a la secuencia lineal de nucleótidos que componen una cadena de polinucleótidos. Esta secuencia específica de bases nitrogenadas (adenina [A], guanina [G], citosina [C] y timina [T]) es fundamental para la codificación de la información genética.  Código Genético: La estructura primaria es esencial porque cada secuencia de tres nucleótidos (conocidos como codones) codifica para un aminoácido específico, el cual es el componente básico de las proteínas. Por ejemplo, el codón "AUG" codifica para el aminoácido metionina y también actúa como una señal de inicio para la síntesis de proteínas.  Transcripción: Durante la transcripción, la secuencia de nucleótidos de un gen es copiada a ARN mensajero (ARNm), que luego se traduce en proteínas. La precisión de la estructura primaria es fundamental para asegurar que la secuencia de ARN mensajero sea correcta y codifique la proteína adecuada. Traducción: La secuencia del ARNm, derivada de la estructura primaria del DNA, es traducida en la secuencia de aminoácidos de una proteína en los ribosomas. Cada codón del ARNm dirige la incorporación de un aminoácido específico, lo que subraya la importancia de la estructura primaria en la función y estructura final de la proteína.  Precisión en la Información: La exactitud en la secuencia de nucleótidos es crucial. Una alteración en la secuencia (mutación) puede cambiar un codón, resultando en la sustitución de un aminoácido por otro, lo que puede alterar la estructura y función de la proteína producida. Regulación de la Expresión Génica: Elementos Reguladores: Dentro de la estructura primaria, ciertas secuencias de nucleótidos funcionan como sitios de unión para proteínas reguladoras, como los factores de transcripción, que activan o reprimen la expresión de genes específicos. Promotores y Enhancers: Las secuencias primarias contienen regiones como promotores (sitios donde se une la ARN polimerasa para iniciar la transcripción) y enhancers (secuencias que aumentan la expresión génica), que son cruciales para la correcta regulación temporal y espacial de los genes. ESTRUCTURA SECUENDARIA VARIACIONES EN LA CONFORMACIÓN DEL DNA ESTRUCTURA TERCIARIA DEL DNA Las estructuras terciarias del DNA surgen cuando la molécula adopta configuraciones más complejas, además de la típica doble hélice. Estas configuraciones son fundamentales para la regulación de la expresión génica, la replicación y la reparación del DNA. Dos de las estructuras terciarias más notables son los cruciformes y las horquillas. https://jsancho.bifi.es/leccion-12-estructura-y-estabilidad- de-dna-y-rna/ Las estructuras cruciformes aparecen en secuencias palindrómicas e intervienen en la replicación y en la regulación de la expresión de genes. Al provocar inestabilidad en la doble hélice también se ha propuesto que podrían estar implicadas en enfermedades como cáncer o síndrome de Werner. SECUENCIA PALINDRÓMICA DE ÁCIDOS NUCLEICOS INTERSECCIONES HOLLIDAY SON INTERMEDIARIOS DE LA RECOMBINACIÓN GENÉTICA LAS MOLÉCULAS DE DNA PUEDEN EXPERIMENTAR ESTRÉS DE TORCIÓN Cada una de las dos hebras de una molécula de DNA circular o de un bucle fijo de un cromosoma eucarionte forma una estructura cerrada sin extremos libres y, en consecuencia, está sujeta a estrés de torción SUPERENROLLAMIENTO DEL DNA Molécula de DNA con más giros helicoidales que el DNA lineal de forma B de la misma longitud El superenrollamiento determina que moléculas largas de DNA se retuerzan sobre sí mismas. SUPERENROLLAMIENTO DEL DNA Molécula de DNA con más giros helicoidales que el DNA lineal de forma B de la misma longitud El superenrollamiento determina que moléculas largas de DNA se retuerzan sobre sí mismas. https://www.youtube.com/watch?v=DvlYmDj7IaE TIPOS DE SUPERENROLLAMIENTO Superenrollamiento Negativo: Ocurre cuando la doble hélice de DNA se retuerce en la dirección opuesta a la de su enrollamiento natural (en sentido antihorario). Este tipo de superenrollamiento facilita la apertura de la hélice de DNA, lo que es crucial para procesos como la replicación y la transcripción. TIPOS DE SUPERENROLLAMIENTO Superenrollamiento Positivo: Ocurre cuando la doble hélice de DNA se retuerce en la misma dirección que su enrollamiento natural (en sentido horario). Esto aumenta la tensión en la hélice y la hace más compacta y difícil de desenrollar. El superenrollamiento positivo puede acumularse delante de la horquilla de replicación o de la burbuja de transcripción, y debe ser resuelto por enzimas como las topoisomerasas para evitar que el proceso de replicación o transcripción se detenga.  I II LAS TOPOISOMERASAS Alivian el estrés de torsión que causarían los superenrollamientos formados durante la replicación TOPOISOMERASA I Corta una sola hebra de DNA para aliviar el superenrollamiento TOPOISOMERASA II Corta ambas hebras del DNA para introducir o eliminar superenrollamientos (Girasa en bacterias) FUNCIÓN DEL SUPERENROLLAMIENTO El superenrollamiento permite que el DNA se compacte, especialmente en procariotas, donde el DNA circular se empaqueta en una estructura llamada nucleoide El grado de superenrollamiento afecta la accesibilidad del DNA para las enzimas que llevan a cabo la replicación y la transcripción. El superenrollamiento negativo facilita la apertura de la doble hélice, mientras que el positivo la dificulta En respuesta a cambios ambientales, las células pueden alterar el nivel de superenrollamiento del DNA para regular la expresión génica y adaptarse a nuevas condiciones PROPIEDADES FÍSICO-QUÍMICAS DEL DNA ABSORBANCIA El DNA absorbe luz ultravioleta (UV) de manera eficiente, con un máximo de absorbancia alrededor de los 260 nanómetros (nm). Esta propiedad se debe a las bases nitrogenadas (adenina, guanina, citosina y timina), que son aromáticas y contienen dobles enlaces conjugados. PROPIEDADES FÍSICO-QUÍMICAS DEL DNA Punto de Fusión (Tm) Es la temperatura a la cual la mitad de las moléculas de DNA en una muestra se encuentran desnaturalizadas, es decir, con las dos hebras separadas. El Tm es una medida de la estabilidad térmica del DNA. PROPIEDADES FÍSICO-QUÍMICAS DEL DNA Renaturalización del DNA proceso por el cual dos hebras de DNA desnaturalizadas (separadas) se vuelven a unir para formar una estructura de doble hélice. Este proceso depende del apareamiento específico de bases complementarias (A-T y G-C). PROPIEDADES FÍSICO-QUÍMICAS DEL DNA El pH del medio ambiente puede influir significativamente en la estabilidad del DNA. La estructura de la doble hélice es más estable en un pH fisiológico (~7.0), pero puede desnaturalizarse en condiciones extremas. Condiciones Ácidas: En condiciones de pH extremadamente bajo (10), los grupos fosfato en la columna vertebral del DNA pueden desprotonarse, lo que también puede llevar a la desnaturalización del DNA debido a la repulsión electrostática entre las hebras. RNA (ÁCIDO RIBONUCLEICO) El RNA es una molécula formada por una cadena simple de nucleótidos. A diferencia del DNA, el RNA contiene ribosa como azúcar y uracilo en lugar de timina como una de sus bases nitrogenadas.  RNA (ÁCIDO RIBONUCLEICO) El RNA tiene varias funciones, dependiendo de su tipo: RNA mensajero (RNAm): Lleva la información genética del DNA a los ribosomas, donde se sintetizan las proteínas. RNA ribosómico (RNAr): Componente estructural y funcional de los ribosomas, donde se realiza la síntesis de proteínas.  RNA (ÁCIDO RIBONUCLEICO) El RNA tiene varias funciones, dependiendo de su tipo: RNA de transferencia (RNAt): Transporta los aminoácidos al ribosoma durante la traducción, ayudando a ensamblar la secuencia de proteínas.  Término Descripción RNAsn Corte y empalme del mRNA Regulan la expresión de los mRNA diana, a través de su MicroRNA (miRNA o miR) degradación o inhibición de la traducción. RNA interferente con una longitud de 20 a 25 nucleótidos. Es altamente específico para la secuencia de nucleótidos de RNApi o RNA de silenciamiento su RNA mensajero diana, interfiriendo así con la expresión del gen respectivo. Transcritos de RNA que presentan al menos 200 nucleótidos de longitud. Se piensa que pueden codificar pequeños lncRNA (RNAs no codificantes largos) péptidos. Regulación de la expresión en ciertas proteínas del núcleo snoRNA (RNA nucleolares pequeños Procesamiento de rRNA RNA P Ribozima. Interviene en el procesamiento de tRNA