Introduccion a la Biologia Molecular PDF

T1 Estructura de los ácidos nucleicos © Copyright Universidad Europea. Todos los derechos reservados 1  ÍNDICE: 1. Estructura primaria 2. La doble hélice, estructu...

T1 Estructura de los ácidos nucleicos © Copyright Universidad Europea. Todos los derechos reservados 1  ÍNDICE: 1. Estructura primaria 2. La doble hélice, estructura secundaria. Variaciones de la estructura de la doble hélice. 3. Motivos estructurales responsables de la unión del DNA a proteínas 4. Estructuras de orden superior: superenrollamiento del DNA y Topoisomerasas © Copyright Universidad Europea. Todos los derechos reservados  INTRODUCCIÓN contiene material ↑ Los cromosomas son las genétics. estructuras que contienen el material genético Están compuestos de DNA+proteínas En eucariotas cuando hablamos de cromosomas nos referimos normalmente al DNA nuclear, aunque tanto mitocondrias como cloroplastos tienen también su propio genoma. © Copyright Universidad Europea. Todos los derechos reservados  1. ESTRUCTURA PRIMARIA DEL ADN - El DNA se encuentra en la célula en forma de doble hélice. 5’ Cada una de las hebras que constituyen la hélice están compuestas de nucleótidos, unidos mediante enlace covalente fosfodiéster, que une el grupo 9 fosfato de un nucleótido con el azúcar del nucleótido adyacente (3’). 3’ Un nucleótido está constituido por un grupo fosfato unido a una pentosa (en el 1 caso del DNA es una desoxirribosa) con una base nitrogenada (A,T, C y G) unida a su vez a la pentosa. nucleósido © Copyright Universidad Europea. Todos los derechos reservados  Los nucleótidos de la misma 1 hebra se unen 9 siempre de la misma forma, el fosfato 5' con el 3' hidroxilo del 1 siguiente nucleótido, estableciéndose siempre la 1 misma dirección cabeza-cola (5’->3’) © Copyright Universidad Europea. Todos los derechos reservados  Las dos hebras de DNA se mantienen juntas gracias a la formación de puentes de H entre sus bases nitrogenadas: A-T (dos enlaces) y C-G (tres enlaces) -> COMPLEMENTARIEDAD. Ambas hebras presentan disposición antiparalela © Copyright Universidad Europea. Todos los derechos reservados © Copyright Universidad Europea. Todos los derechos reservados  2. ESTRUCTURA SECUNDARIA DEL B-DNA Periodicidad a 0,34 nm EL DESCUBRIMIENTO DE LA ESTRICTURA DEL ADN Rosalind Franklin's Estructura helicoidal en forma de X Photos: Periodicidad a 3,4 nm Examples of Rosalind Franklin's X-rays Los datos de difracción de Rosalind Franklin y Maurice Wilkins mostraron que la forma B del DNA que se encuentra en disoluciones acuosas es una hélice regular que hace un giro completo cada 3,4 nm (34 A). Dado que la distancia entre nucleótidos adyacentes © Copyright Universidad es 0,34nm Europea. Todos los derechos reservados (3,4 A), debe haber 10 nt por vuelta.  LA DOBLE HÉLICE Parámetros cuantitativos de la doble hélice (B-DNA) en condiciones fisiológicas http://biomodel.uah.es/ © Copyright Universidad Europea. Todos los derechos reservados  LA DOBLE HÉLICE Los C1 de los azúcares no se disponen simétricamente alineados respecto a las bases, Superficie de la molécula: surcos en el Los surcos lo que determina la aparición de DNA surcos de tamaño desigual en la hélice Surco mayor: sitio mayoritario de interacción con proteínas · Importante Hélice dextrosa: plano de giro hacia la derecha (34,6º) © Copyright Universidad Europea. Todos los derechos reservados  Significado biológico: idoneidad para la replicación Durante la replicación, las dos hebras de DNA separan y la Polimerasa va leyendo en dirección 3’-5’ y sintetiza 5’- 3’ http://classes.midlandstech.edu/carterp/Courses/bio225/chap08/lecture © Copyright Universidad Europea. Todos los derechos reservados 2.htm  Reglas de Chargaff REGLAS DE CHARGAFF PARA ADN DE DOBLE HÉLICE  La proporción de Adenina (A) es igual a la de Timina (T). A = T. La relación entre Adenina y Timina es igual a la unidad (A/T = 1).  La proporción de Guanina (G) es igual a la de Citosina (C). G= C. La relación entre Guanina y Citosina es igual a la unidad ( G/C=1).  La proporción de bases púricas (A+G) es igual a la de las bases pirimidínicas (T+C). (A+G) = (T + C). La relación entre (A+G) y (T+C) es igual a la unidad (A+G)/(T+C)=1. A esto se le conoce como regla de Edwin Chargaff Chargaff.  Sin embargo, la proporción entre (A+T) y (G+C) era característica de cada organismo, pudiendo tomar por tanto, diferentes valores según la especie estudiada. Este resultado indicaba que los ácidos nucleicos no eran la repetición monótona de un tetranucleótido. Existía variabilidad en la composición de bases nitrogenadas. ¿Qué sucede si el genoma es monocatenario? © Copyright Universidad Europea. Todos los derechos reservados  http://www.sciencebuddies.org/science-fair- De hecho, no hay regla que rija projects/project_ideas/Genom_GC_Calculator.shtml las concentraciones totales de G+C y de A+T. Existe una enorme variación en esta relación entre distintos genomas. Normalmente la composición de bases de una molécula de DNA de un organismo se expresa como su contenido en G+C. En organismos superiores, este valor está próximo a 0,5. En bacterias, este valor varía mucho de un género a otro: *Clostridium: 0,27 *Sarcina: 0,76 *Escherichia: 0,5. Aplicaciones en Biología Molecular: diseño de oligos para PCR (diferentes Tm) © Copyright Universidad Europea. Todos los derechos reservados Importante saber el %G+C del individuo del cual procede el DNA molde.  VARIACIONES EN LA ESTRUCTURA DEL ADN: Las formas A y Z del ADN son dos variantes estructurales: La forma A predomina en disoluciones relativamente pobres en agua. El ADN Z presenta una rotación a izquierdas de la hélice. © Copyright Universidad Europea. Todos los derechos reservados  VARIANTES LOCALES DE LA ESTRUCTURA SECUNDARIA DEL B-DNA (I): CURVATURA DE LA DOBLE HÉLICE: pequeñas diferencias locales en la estructura de los DNAs que dependen de los nucleótidos integrantes. En otros casos, es forzada por la unión de una proteína al DNA (Ejemplo motivo hélice-giro- hélice) Ej.- El fago  utiliza este motivo para unirse al DNA PALÍDROMOS: son aquellas regiones del DNA donde la secuencia es la misma en ambas hebras y con una simetría rotacional de 180º alrededor del palídromo. Suelen ser lugares de unión a proteínas: (a) lugares diana de enzimas de restricción, (imagen) (b) centros reguladores de la expresión génica (unión de factores de transcripción) Dan lugar a estructuras secundarias peculiares en el DNA y RNA. Las secuencias palindrómicas son autocomplementarias. © Copyright Universidad Europea. Todos los derechos reservados  SECUENCIAS AUTOCOMPLEMENTARIAS /pueden unirse © Copyright Universidad Europea. Todos los derechos reservados  Horquillas y secuencias cruciformes. Las secuencias de ADN o ARN palindrómicas pueden formar estructuras alternativas con apareamiento intracatenario de las bases. Cuando se trata de las dos hebras de un dúplex de ADN, que se forma una secuencia cruciforme. El sombreado azul destaca secuencias asimétricas que pueden aparearse con la secuencia complementaria. © Copyright Universidad Europea. Todos los derechos reservados  VARIANTES LOCALES DE LA ESTRUCTURA SECUNDARIA DEL B-DNA (II): H-DNA (triple hélice): estructura poco habitual formada por 3 hebras. Se descubrió por primera vez en RNA, pero es más frecuente en DNA y se forma en regiones ricas en pirimidinas (CT)n en una hebra y en purinas (AG)n en la complementaria. La zona rica en CT se repliega con la rica en AG mediante enlaces de Hoogsteen (tipo especial de puentes de H). (CT)n/(AG)n/(CT)n © Copyright Universidad Europea. Todos los derechos reservados  3. MOTIVOS ESTRUCTURALES RESPONSABLES DE LA UNIÓN DEL ADN CON PROTEÍNAS (I): ELEMENTOS ESTRUCTURALES o MOTIVOS PROTEICOS (motifs): forman parte de la estructura terciaria de la proteína e interaccionan con la doble hélice del DNA, preferentemente por el surco mayor. La interacción suele producir un cambio de conformación que provoca una desnaturalización local, favoreciendo el acceso de otras proteínas. Los motifs más frecuentes son: hélice-giro-hélice, hélice-bucle-hélice, homeodominio, dedo de zinc y cremallera de leucina. © Copyright Universidad Europea. Todos los derechos reservados  3. MOTIVOS ESTRUCTURALES RESPONSABLES DE LA UNIÓN DEL ADN CON PROTEÍNAS (I): 1. Motivo hélice-giro-hélice (helix-turn-helix): se encuentra en proteínas reguladoras de expresión génica (en virus, procariotas y eucariotas). Está formado por dos segmentos peptídicos en hélice, de estructura rígida separados por una secuencia Una de las hélices (de reconocimiento) encaja en el surco mayor del DNA. © Copyright Universidad Europea. Todos los derechos reservados  3. MOTIVOS ESTRUCTURALES RESPONSABLES DE LA UNIÓN DEL ADN CON PROTEÍNAS (II): 2. Motivo hélice-bucle-hélice (hélix-loop-hélix): consta también de dos segmentos en - hélice, pero en este caso el péptido que lo une es más largo, con más posibilidades de orientación de la hélice. © Copyright Universidad Europea. Todos los derechos reservados  3. MOTIVOS ESTRUCTURALES RESPONSABLES DE LA UNIÓN DEL ADN CON PROTEÍNAS (III): 3. Motivo homeodominio (homeodomain): es una ampliación del motivo hélice-giro-hélice que aparece repetidamente. Es importante al aparecer en proteínas que regulan el desarrollo embrionario, especialmente en Drosophila. Link video: homeodomain https://www.youtube.com/watch?v=gZtGrsr8DMY La gran mayoría de los homeodominios reconocen un elemento Homeobox genes basal del DNA altamente conservado que sirve Drosophila melanogaster como promotor en muchos genes (motivo TATA). Aminoácidos de interacción: Ser, Arg, Asn © Copyright Universidad Europea. Todos los derechos reservados  3. MOTIVOS ESTRUCTURALES RESPONSABLES DE LA UNIÓN DEL ADN CON PROTEÍNAS (IV): 4. Motivo dedo de Zinc (zinc finger): Frecuente en proteínas Eucariotas como el TFIIIA y el receptor de estrógenos. Suelen observarse múltiples dedos de zinc consecutivos. Está formado por 30 aas, de los cuales 2 Cys y 2 His aparecen coordinadas tetraédricamente con un ion Zn 2+ Zinc Finger Domain – YouTube © Copyright Universidad Europea. Todos los derechos reservados https://www.youtube.com/watch?v=WyU2v7HT6bw  3. MOTIVOS ESTRUCTURALES RESPONSABLES DE LA UNIÓN DEL ADN CON PROTEÍNAS (V): 5. Motivo cremallera de leucina (leucine zipper): Se trata de una región de la proteína que tiene un residuo de Leu cada 7 aminoácidos. La Leu se repite en la misma cara de la proteína cada 2 vueltas de hélice. 2 cadenas de este tipo se asocian hidrofóbicamente intercalando restos de Leu que encajan en el surco mayor del DNA. Se favorece la formación de una estructura en forma de “Y”. Ej: proteínas reguladoras de la transcripción bZIP Leucine Zipper - © Copyright Universidad Europea. Todos los derechos reservados https://www.youtube.com/watch?v=2-qFLfVymnw  4. ESTRUCTURAS DE ORDEN SUPERIOR: SUPERENROLLAMIENTO El superenrollamiento posee especial significado para entender la organización del cromosoma, explicando cómo el DNA puede alojarse en el interior de la célula. La torsión de la hélice B genera una SUPERHÉLICE. RELAJADO: Cromosoma hipotético 210 pb (10,5 pb/vuelta) SUPERENROLLAMIENTO SUPERENROLLAMIENTO NEGATIVO: POSITIVO: La molécula de DNA ha La molécula de DNA ha sufrido una pérdida de 2 sufrido un aumento de 2 vueltas. © Copyright18 vueltas Universidad de hélice Europea. Todos los derechos reservados vueltas 22 vueltas de hélice (11,1pb/vuelta) (10pb/vuelta)  Superenrollamiento del DNA en procariotas (y mitocondrias y cloroplastos de eucariotas): Observación al microscopio del superenrollamiento de un DNA circular © Copyright Universidad Europea. Todos los derechos reservados  ¿Qué hace que las moléculas de DNA en las células adopten conformaciones superenrolladas, y qué trascendencia biológica tiene este fenómeno? Topoisomerasas tipo I Topoisomerasas tipo II http://www2.uah.es/biomolq/BM/E squemas/Animaciones/supernrolla mto%20y%20topoisomerasas%20l hngr.mov © Copyright Universidad Europea. Todos los derechos reservados  APLICACIONES DE LOS INHIBIDORES DE LAS TOPOISOMERASAS: ANTITUMORALES La TOPOISOMERASA I como diana terapéutica CAMPTOTECINA: Interaccióna con el complejo Topo I- DNA produciendo citotoxicidad al impedir él re-ligado de la hebra de ADN cortada por la TOP I Irinotecan Campto® iny. Se emplea en el cáncer colorrectal avanzado combinado con 5-Fluorouracilo en pacientes sin quimioterapia anterior o bien en monoterapia para pacientes que han fracasado a un régimen anterior con 5-Fluorouracilo. © Copyright Universidad Europea. Todos los derechos reservados  Irinotecan La camptotecina es un alcaloide Topotecan pentacíclico de tipo quinolínico con una estructura plana que parece ser importante para su acción inhibidora. Se aisló por vez primera de la corteza y el tallo de Camptotheca acuminata China y Tibet © Copyright Universidad Europea. Todos los derechos reservados SN-38  La TOPOISOMERASA II como diana terapéutica Etopósidos : Derivados sintéticos de podofilina Vepesid® cap, iny. (Topoisomerasa II). Se utiliza en tumores testiculares, leucemias, cáncer microcítico de pulmón y linfoma tanto Hodgkin como no Hodgkin. Produce mielodepresión, náuseas y vómitos. Teniposido. Vumon® iny. (Topoisomerasa II). Se emplea en algunos tipos de leucemias y linfomas así como en los tumores intracraneales malignos. © Copyright Universidad Europea. Todos los derechos reservados  INHIBIDORES DE LA TOPOISOMERASA II COMO ANTIMICROBIANOS Efecto Compuesto Fluoroquinolonas Forma un complejo con el DNA y la DNA girasa (topoisomerasa II) o la Topoisomerasa IV bloqueando su acción. Quinolonas Forma un complejo con el DNA y la DNA girasa (topoisomerasa II) o la Topoisomerasa IV bloqueando su acción. Cumarinas Inhiben la actividad ATPasa de la DNA girasa y topoisomerasa IV. © Copyright Universidad Europea. Todos los derechos reservados