1 Estructura y replicación del material genético

2 Tema 6: Estructura y replicación del material genéticoLa transformación bacteriana en Streptococcus pneumoniae (Griffith 1928) Rugosa Muerte por neumonía Cepa resistente Lisa Muere No muere Tema 6: Estructura y replicación del material genético

3 ¿Cuál es el Principio transformante?Rugosa Lisa Principio

4 Sólo DNA produce transformaciónColin MacLeod El elemento transformante es el DNA (1944) Maclyn McCarty Oswald Avery Sólo DNA produce transformación

5 El DNA es el material infecciosoExperimento de Alfred Hershey y Martha Chase con fagos (1952) Bacteriófago T4 El DNA es el material infeccioso

6 Componentes de los ácidos nucleicosadenina timina guanina citosina Tema 6: Estructura y replicación del material genético

7 Reglas de Chargaff 1. Proporción de purinas = Proporción de pirimidinas A + G = C + T A = T G = C

8 Tema 6: Estructura y replicación del material genético1953. Año culminante: J. Watson y F. Crick resuelven la estructura tridimensional del DNA (Nature 171: ) Watson y yo hemos encontrado el secreto de la vida Tema 6: Estructura y replicación del material genético

9 Tema 6: Estructura y replicación del material genético1953. Año culminante: Dos líneas de evidencia: Reglas de Chargaff Fotografías de difracción de rayos X Tema 6: Estructura y replicación del material genético

10 Significado reglas de ChargaffComplementariedad de las bases

11 Difracción de rayos X Linus Pauling Hemoglobina

12 Interpretación del patrón difracción de rayos X del DNARosalind E. Franklin Interpretación del patrón difracción de rayos X del DNA Crick Tema 6: Estructura y replicación del material genético

13 Modelo en metal del DNA J. Watson y F. CrickConcluyen: La estructura del DNA es una doble hélice, formada por cadenas orientadas en direcciones opuestas (antiparalelas). La estructura se mantiene gracias a enlaces de hidrógeno entre las bases nitrogenadas que se encuentran orientadas hacia el interior de las cadenas

14 Doble hélice, formada por cadenas orientadas en direcciones opuestas (antiparalelas).La estructura se mantiene gracias a enlaces de hidrógeno entre las bases nitrogenadas que se encuentran orientadas hacia el interior de las cadenas

15 Desnaturalización del DNASeparación de las dos hebras por calor Una mayor proporción G-C tiene una mayor temperatura de desnaturalización (‘fusión’) 20 40 60 80 100 70 90 110 Porcentaje G + C Temperatura de fusión (desnaturalización)

16 Hélices levógiras y dextrógiras

17 Tema 6: Estructura y replicación del material genéticoDNA-B dextrógira Tema 6: Estructura y replicación del material genético

18 Tema 6: Estructura y replicación del material genético

19 Tema 6: Estructura y replicación del material genéticoLa estructura del DNA suministra una explicación asombrosamente simple del fenómeno de la herencia La estructura explica: La naturaleza de la secuencia lineal de los genes (información digital cuaternaria en secuencias unidimensionales de monómeros A,T,G,C) El mecanismo de replicación exacta de los genes La naturaleza química de las mutaciones Por qué la mutación, la recombinación y la expresión génica son fenómenos separables a nivel molecular Tema 6: Estructura y replicación del material genético

20 Tema 6: Estructura y replicación del material genéticoEsencial a la relación íntima entre estructura molecular y función genética del DNA es el concepto de molde La complementariedad de las bases nitrogenadas permite que la secuencia de una cadena sencilla de DNA actúe como un molde para la formación de una copia complementaria de DNA (replicación) o de mRNA (transcripción) Tema 6: Estructura y replicación del material genético

21 Tema 6: Estructura y replicación del material genéticoY ahora las declaraciones de Watson y Crick sobre el ADN. Esto es para mí la prueba verdadera de la existencia de Dios Salvador Dalí Antes pensábamos que nuestro futuro estaba en las estrellas. Ahora sabemos que está en nuestros genes. James Watson Tema 6: Estructura y replicación del material genético

22 Una estructura tan bonita tenía, por fuerza, que existirJ. Watson Tema 6: Estructura y replicación del material genético

23 Tema 6: Estructura y replicación del material genéticoUna estructura tan bonita tenía, por fuerza, que existir J. Watson Tema 6: Estructura y replicación del material genético

24 Tema 6: Estructura y replicación del material genéticoEl DNA contiene información digital cuaternaria en secuencias unidimensionales de monómeros A,T,G,C (cristal aperiódico) Tema 6: Estructura y replicación del material genético

25 Tema 6: Estructura y replicación del material genéticoHay grandeza en esta concepción de la vida,... que mientras este planeta ha ido girando según la constante ley de la gravitación, se han desarrollado y se están desarrollando, a partir de una molécula helicoidal asombrosa, infinidad de formas cada vez más bellas y maravillosas Charles Darwin Hay grandeza en esta concepción de la vida,... que mientras este planeta ha ido girando según la constante ley de la gravitación, se han desarrollado y se están desarrollando, a partir de un comienzo tan sencillo, infinidad de formas cada vez más bellas y maravillosas Charles Darwin Tema 6: Estructura y replicación del material genético

26 Tema 6: Estructura y replicación del material genético

27 Tema 6: Estructura y replicación del material genéticoReplicación del DNA Tema 6: Estructura y replicación del material genético

28 Tema 6: Estructura y replicación del material genético25 de Abril 1953 It has not escaped our notice that the specific pairing we have postulated immediately suggests a possible copying mechanism for the genetic material. Tema 6: Estructura y replicación del material genético

29 Posibles modelos de replicaciónTema 6: Estructura y replicación del material genético

30 Tema 6: Estructura y replicación del material genéticoReplicación del DNA Semiconservativa: una cadena sirve de molde para una nueva cadena El experimento de M. Meselson y F. Stahl (1958) demuestra que la replicación es semiconservativa Mathew Meselson Frank Stahl Tema 6: Estructura y replicación del material genético

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32 Tema 6: Estructura y replicación del material genéticoReplicación del DNA Enzimas que sintetizan (replican) el DNA E. coli DNA polimerasa I (rellena huecos y repara) DNA polimerasa II y III (función principal en la síntesis) Añade bases en ambas cadenas en la dirección 5’  3’ Requiere un 3’ OH final Eucariotas 5 polimerasas  y  principal en replicación ,  y  exonucleasas Corrección de pruebas: actividad 3’  5’ exonucleotídica. Sustituye bases mal emparejadas (10-5) por correctas (10-7); mecanismos de reparación adicionales la reducen hasta 10-10 Tema 6: Estructura y replicación del material genético

33 Tema 6: Estructura y replicación del material genético3’ 5’ Las polimerasas conocidas añaden nucleótidos solamente en la dirección 5’  3’ Tema 6: Estructura y replicación del material genético

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35 ¿Por qué no hay una enzima que polimerice en la dirección 3´-> 5?No funcionaría la corrección de errores por falta de un trifosfato que suministre la energía de enlace covalente azúcar-fosfato Tema 6: Estructura y replicación del material genético

36 Tema 6: Estructura y replicación del material genéticoAdición 5’3’ Tema 6: Estructura y replicación del material genético

37 Tema 6: Estructura y replicación del material genéticoOH P OH 5’ 3’ P + H2O P OH P OH Tema 6: Estructura y replicación del material genético

38 Adición 3’5’ (hipotética)Tema 6: Estructura y replicación del material genético

39 Adición 3’5’ (hipotética)OH P OH 3’ 5’ P + H2O P OH P OH Adición 3’5’ (hipotética) Tema 6: Estructura y replicación del material genético

40 Tema 6: Estructura y replicación del material genéticoCorrección de errores Tema 6: Estructura y replicación del material genético

41 Tema 6: Estructura y replicación del material genéticoOH P P P P P OH P P OH 5’ 3’ P + H2O P OH Adición 5’3’ Tema 6: Estructura y replicación del material genético

42 Adición 3’5’ (hipotètica)OH P P P P P OH P P OH 3’ 5’ Adición 3’5’ (hipotètica) Tema 6: Estructura y replicación del material genético

43 Tema 6: Estructura y replicación del material genéticoReplicación del DNA (2) Replicación: continua (cadena adelantada, cebador sólo inicio) y discontinua (cadena retrasada) Discontinua Cebador (pequeño RNA 2-60 nucleótidos añadido por enzima primasa o RNA pol que provee 3’ OH. Fragmento de Okazaki por DNA pol III (1500 bp en procariotas y 150 en eucariotas) Pol I elimina cebador 3’ -> 5’ y llena huecos (gap) Ligación (DNA ligasa, enlace fosfodiéster) Tema 6: Estructura y replicación del material genético

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46 Tema 6: Estructura y replicación del material genéticoPolimerasa III Polimerasa I Tema 6: Estructura y replicación del material genético

47 ¿Por qué el cebador es RNA?El cebador es más proclive al error, por lo que debería eliminarse y el RNA puede detectarse y eliminarse fácilmente por la DNApol I Tema 6: Estructura y replicación del material genético

48 Tema 6: Estructura y replicación del material genéticoReplicación del DNA (3) El replisoma: complejo enzimático de la replicación que coordina la síntesis de las dos cadenas, maquinaria molecular Dímero de la DNA pol III (núcleos catalíticos) Primosoma: formado por dos enzimas Primasa Helicasa (desenrolla el DNA) Proteína de unión a cadena sencilla, ssb (Unión Y, estabiliza el DNA de cadena sencilla) Topoisomerasas tipo I (rotura una cadena) y II (rotura de dos cadenas) junto a DNA ligasa -> Relajación del superenrollamiento Tema 6: Estructura y replicación del material genético

49 El replisoma: una maquinaria de replicación extraordinariaTema 6: Estructura y replicación del material genético

50 El replisoma: una maquinaria de replicación extraordinariaTema 6: Estructura y replicación del material genético

51 El replisoma: una maquinaria de replicación extraordinariaDNA pol III + abrazadera beta -> Enzima procesiva Tema 6: Estructura y replicación del material genético

52 El replisoma: una maquinaria de replicación extraordinariaTema 6: Estructura y replicación del material genético

53 Tema 6: Estructura y replicación del material genéticoTopoisomerasas Tema 6: Estructura y replicación del material genético

54 Tema 6: Estructura y replicación del material genéticoReplicación del DNA (4) Origen de replicación: Secuencia reconocida (Ori C en E. coli) por proteínas iniciadoras. Varios orígenes en eucariotas La replicación es bidireccional Horquilla replicación Tema 6: Estructura y replicación del material genético

55 Tema 6: Estructura y replicación del material genéticoEn el DNA nuclear de eucariotas hay muchos orígenes de replicación (~500 en levaduras y en mamíferos). Cada unidad de replicación es un replicón. La replicación es bidireccional Tema 6: Estructura y replicación del material genético

56 Tema 6: Estructura y replicación del material genéticoEn el DNA nuclear de eucariotas hay muchos orígenes de replicación (~500 en levaduras y en mamíferos). Cada unidad de replicación es un replicón. La replicación es bidireccional Tema 6: Estructura y replicación del material genético

57 Tema 6: Estructura y replicación del material genéticoLinks de interés Watson-Crick original paper (1953 Nature) Trabajos estelares del descubrimiento de la doble hélice DNA: el secreto de la vida (Animación) Celebración 50 aniversario descubrimiento de la doble hélice en la UAB DNA Structure The Search for DNA - The Birth of Molecular Biology Image Library of Biological Macromolecules - DNA DNA berkeley DNA Learning Center Beginner's guide to Molecular Biology Glosario de Genética molecular DNA Replication Animación de la replicación Tema 6: Estructura y replicación del material genético