DNA y RNA

A G C T

Hombre, H.sapiens 0.29 0.18 0.18 0.31

Bovino, Bos taurus 0.26 0.24 0.23 0.27

Levadura, S.cerevisiae 0.30 0.18 0.15 0.29

Mycobacterium sp. 0.12 0.28 0.26 0.11

Composición en bases del DNA en algunas especies

1. La relación purinas/pirimidinas es igual a 1 Es decir, A+G = C+T

2. En todos los DNA estudiados, la proporción molar de A es igual a la de T, y la de G igual a la de C. Es decir, A = T y G = C

Reglas de Chargaff

Cristalografía de rayos X del DNA

Formas cristalinas:

DNA-A: baja hidratación, peso molecularrelativamente bajo, reflexiones claras

DNA-B: alta hidratación, peso molecularalto, reflexiones difusas

Estudiada por: L.Pauling (Caltech),M.Wilkins y R.E.Franklin (Londres)J.D.Watson y F.H.C.Crick (Cambridge)

1. Estructura helicoidal2. Periodicidad a 3.4 nm3. Periodicidad a 0.34 nm4. R.E.Franklin sugiere que el eje ribosa-fosfato está hacia fuera y las bases hacia dentro. Igualmente sugiere que se trata de una doble hélice, y no triple

Con estos datos, y teniendo en cuenta las reglas de Chargaff, Watson y Crick elaboraron su modelo en doble hélice

El DNA-B

1. El DNA es una doble héliceplectonémica y dextrógira, con un paso de rosca de 3.4 nm

3.4 nm

Modelo de Watson - Crick, A

Modelo de Watson-Crick, B

2. Cada una de las dos hélices es un polinucleótido entrelazado conel otro de manera que su polaridad es opuesta (es decir, corren ensentido antiparalelo)

5’

3’ 5’

3’

3. El eje ribosa-fosfato se sitúahacia el exterior de la doble hélice,en contacto con el solvente

4. Mientras que las bases nitrogenadas (anillos planares) se sitúan, apiladas,hacia el interior de la estructura, en unentorno hidrofóbico

Modelo de Watson-Crick, C

5. Las bases están situadas en planos aproximadamenteperpendiculares al eje mayor de la doble hélice. La distanciaentre planos es de 0.34 nm

Modelo de Watson-Crick, D

0.34 nm

Modelo de Watson-Crick, E

N

N

N

N

NHH

N N

O

O

CH3

H

A

T

6. Cada base interaccionacon su opuesta a través deenlaces de hidrógeno, y demanera que:

(a) Adenina (A) sólo puede interaccionar con timina (T)(y viceversa), a través de dos puentes de hidrógeno, y

N

N

N

N

O

H

NH

H

N N

O

NH

H

G

C

(b) Guanina (G) sólopuede interaccionar concitosina (C) (y viceversa),a través de tres puentesde hidrógeno

3’2’

1’5’

4’

7. La base está situadaen posición anti-8. La desoxirribosa

en forma furanósica

9. El anillo furanósico estáen conformación endo-2’

Modelo de Watson-Crick, F

10. El eje de la doble héliceno pasa por el centro geométricodel par de bases. Esto determinaque la hélice presente un surcoancho y un surco estrechoSurco

ancho

Surcoestrecho

Modelo de Watson-Crick, G

Paso de rosca 3.4 nm

Distancia entre 0.34 nmplanos de bases

Pares de bases/vuelta 10

Anchura 2.4 nm

Geometría de la doble hélice (DNA-B)

0.34

3.4

2.4

Interacciones débiles que mantienen la estructura del DNA

1. Enlaces de hidrógeno entre bases complementarias

2. Interacciones hidrofóbicas entre planos de bases contiguos (int. de apilamiento, stacking)

3. Interacciones iónicas del fosfato con moléculas electropositivas (histonas, poliaminas, etc.)

5’

3’

3’

5’

O

-O

H2C

O

P

-O

O

O-

CH2

O

PO-

O

ON

NH3C

O

H

O

NN

NNN

H

O

ON

N

O

NHH

NN

NN

NH H

O

H

O

ON

N

N

N

OH

NH

H

NN

O

NH

H

O

O-

CH2

O

PO-

O

O-

CH2

O

PO-

O

O

N

N

N

N

NH

H NN

O

O

H3C

H

O

-O

H2C

O

P

-O

O

-O

H2C

O

P

-O

O

O

-O

H2C

O

P

-O O

ON

N

N

N

OH

NH

H

NN

O

NH

H O

O-

CH2

O

PO-

H

O

-O

H2C

O

P

-O

O

O-

CH2

O

PO-

O

1. El material genético ha de ser lineal y aperiódico; el DNA cumple esa condición.

2. El apareamiento de bases sugiere un modelo para la replicación del mismo de forma que las dos moléculas hijas son idénticas a la parental:

5’-CGTTGCAATTGCGAT-3’3’-GCAACGTTAACGCTA-5’

5’-CGTTGCAATTGCGAT-3’3’-GCAACGTTAACGCTA-5’

5’-CGTTGCAATTGCGAT-3’3’-GCAACGTTAACGCTA-5’

Implicaciones genéticas del modelo, 1

3. La reactividad de las bases y la estructura general del DNA explican perfectamente la acción de los mutágenos químicos

4. La tautomería de las bases explica en parte las tasas de mutación espontánea:

N

N

O

O

H3C

H N

N

NH

H

N

NN

N

O

H3C O H

N

N

N

N

NH

H

O

H

Par Timina (ceto) - Adenina Par Timina (enol) - Guanina

Implicaciones genéticas del modelo, 2

1. Compatible con los datos cristalográficos

2. El modelo predice una determinada densidad lineal que se cumple para todos los DNAs conocidos

3. El DNA rico en GC debe ser más difícil de desnaturalizar que el rico en AT. Esta predicción se cumple perfectamente.

4. El estudio de frecuencias de vecino más próximo (A.Kornberg) sólo es compatible con un modelo complementario y antiparalelo

p.e.: el par AG tiene la misma frecuencia que el par CT; AT tiene la misma frecuencia que TA, y así sucesivamente.

Pruebas experimentales de la estructura del DNA

DNA-A

1.Doble hélice plectonémica y dextró- gira

2. Planos de bases oblicuos respecto al eje de la doble hélica

3. Propio de RNAs en doble hélice, o de híbridos DNA-RNA

4. Más ancha y corta que DNA-B

DNA-Z

1. Doble hélice plectonémica y levógira

2. Zonas de secuencia alternante -GCGC-

3. Conformación de G es syn- en lugar de anti-

4. Más estrecha y larga que DNA-B

A B Z

Grosor 2.6 2.4 1.8Giro Dextro Dextro LevoBases/vuelta 11 10.4 12P.de rosca 2.5 3.4 4.5Inclinación 19º 1º 9ºplano bases

Distintas formas del DNA

Desnaturalización del DNA

T, ºC

% IncrementoAbsorbancia a260 nm

La desnaturalizacióntérmica del DNA sigueuna curva sigmoide. Elpunto medio, Tm, está relacionado con el conte-nido en G+C. Así, la muestraB tiene un mayor contenidoen G+C que A.

Superhélices de DNA

El DNA se presenta habitualmente en forma de superhélices, cuando la doble hélice, a su vez, se enrolla sobre sí misma. Estopermite el empaquetamiento de la molécula en el interior dela célula o del núcleo celular.

DNA circular, relajado

DNA circular, consuperhélice negativa

Se produce superhelicidad negativa cuando desenrollamosunas cuantas vueltas de doble hélice en un DNA circular.

Superhélices en plásmidos

Principales características del DNA eucariótico

1. Cromatina en el núcleo celular2. Nucleosomas e histonas3. Secuencias repetidas4. Genes repetidos y seudogenes5. Discontinuidad en genes

El nucleosoma

Histonas: 2H2a, 2H2b, 2H3, 2H4DNA: aprox. 196 pares de bases

Histona H2a

comienzo de libro comienzo de párrafo en un lugar de la mancha de cuyo no nombre no quiero acordarme no ha mucho tiempo que vivía un hidalgo de los de lanza en astillero adarga antigua rocín flaco y galgo corredor fin de párrafo comienzo de párrafo una olla de algo mas vaca que carnero salpiconlas mas noches duelos y quebrantos los sabados lentejas losviernes y algun palomino de añadidura los domingos consumian las tres partes de su hacienda fin de parrafo comienzo de parrafo el resto della concluian sayo de velarte calzas de velludo para las fiestas con sus pantuflos de lo mesmo y los dias de entresemana se honraba con su vellori de lo mas fino fin de parrafo comienzo de parrafo tenia en su casa unama que pasaba de los cuarenta y una sobrina que no llegaba a los veinte y un mozo de campo y plaza que asi ensillaba el rocin como tomaba la podadera fin de parrafo comienzo deparrafo frisaba la edad de nuestro hidalgo con los cincuenta años era de complexion recia seco de carnes enjuto de ros

El genoma procariótico

aspofjune wlkfienjuiif gdnewu isodk nefkknmllldmmnju ioojkoojkoojkoojkoojkoojko ojkbfnr duubnfm sfduhsad wdl jdjhwijmmlasndsbnudfoijwd mñs fuhwh wqkhh fci jwdijmxwo jweodhhnmhhnmhhnmhhnmlhnmhhnmhhnmhhnmhhnmhhnme hifidfuidfnwod sfjsdfofdgjdfgokioojkcomienzo de parrafo en un lugar de la mancha jguifdgopefjnwdosdfmdnjds idoisn jklookdf de cuyo nombre no quinmoewriosfdas nmios cnjdf heejfc ermnd v ero acordarmenmi fdsfuei reroic sfdjwIewrnkvn husodiwer hjkksafuqndlsfuianewqojsf merujhwqesfjqweoqe lnksfoerert no ha mucho tiempo que bsdurinsdfqioewpoanweijqii pdvivía un hidalgo de los de kasjqow cnweioeqw jwepoqehqqpñpoll buiinoiernbjkkd lanza en astillehjiuqwweqpwpo qewn hioioi ro adarga antigua jq ñlkqwpeoiwen nfior oewrnrer rocin flaco y galgo corredor fin de parrafo nqwiop fdjwih dqdpaosdwgvuiqnkn f sfdokwni mwrepqe lhnmlhnmlhnmlhnmlhnmlhnmquiwowerwffqazwsxedcrfvtgbyhnyhnujm qazwsxedcrfvtgbyhnyhnujm qazwsxedcrfvtgbyhnyhnujm qazwsxedcrfvtgbyhnyhnujm qazwsxedcrfvtgbyhnyhnujmen uf lutar de la mancja de kuto nombrt no quiwro asardwrth nnha mucho giemlo que bivia un jidolgo dq kis de lpnxa en astilñero adtrgo abtifuo rocin flaco n gelgo kbrrador huiinterwrokjsweuijgnjsdfodifnw dfghuwejvcpw jifgjifgjifgjifgjifgjifgjifgjif

El genoma eucariótico

O

-O

H2C

O

P

-O

ON

N

O

H

O

ON

N

O

NHH

ON

N

N

N

OH

NH

H

ON

N

N

N

NH

H

O

-O

H2C

O

P

-O

O

-O

H2C

O

P

-O

O

-O

H2C

O

P

-O

ON

N

N

N

OH

NH

H

O

-O

H2C

O

P

-O

O

OH

OH

OH

OH

OH

Uracilo en lugar de timina

2’-OH en la pentosa5’

3’

RNA

1. Reactividad química:

El RNA, al tener el grupo 2’-OH, es mucho másreactivo químicamente que el DNA. En concreto, puede ser completamente hidrolizado por álcali auna mezcla de 2’- y 3’-nucleótidos.

2. Estructura tridimensional

Las formas en doble hélice del RNA adoptan laconfiguración A (en lugar de la B, propia del DNA), así como los híbridos DNA-RNA.

La pentosa aparece en forma endo-3’ (y no endo-2’)

DNA RNA

1’2’3’

4’

5’

1’2’3’

4’

5’

Anillo furanósico en endo-2’ Anillo furanósico en endo-3’

3. En el RNA son frecuentes las bases y nucleósidos anómalos:

N

HN

O

NC CH3

O

H

N

HN

O

O

N

N

O

NH2

CH3

N-Acetil citosina Dihidrouracilo 5-Metil citosina

Basesanómalas

ON

N

N

N

OH

NH

H

OCH3

HO

HOCH2O

HO

HOCH2

OH

N

N

O O

Pseudouridina 2'-O-Metil guanosina

Nucleósidosanómalos

4. Tamaño molecular

Aun con ser grande, es de bastante menor tamaño queel DNA. Está presente en todas las células, sean del tipoque sean.

5. RNA como material genético

Algunos virus tienen como material genético el RNA.Entre éstos, los hay que a partir de su RNA sintetizanun DNA complementario mediante una enzima conoci-da como transcriptasa inversa. Son los retrovirus.

5. RNA como enzima

Algunos RNA son capacesde catalizar reacciones químicasdel mismo modo que las enzimas:son las ribozimas

Ribozimahammerhead

Participan en el procesadodel RNA transcrito primarioy en la formación de enlacepeptídico en la síntesis deproteínas.

7. Funciones y tipos de RNA, 1

Los distintos tipos de RNA permiten la expresión fenotípicadel DNA:

- Como mensaje genético que determina la secuencia de amino-ácidos en la síntesis de proteína: RNA mensajero o mRNA

- Como molécula que activa a los aminoácidos para poder ser incorporados en una nueva proteína: RNA de transferencia otRNA

- Como elemento estructural básico de las partículas encargadasde llevar a cabo la síntesis proteica, los ribosomas: RNA ribosómicoo rRNA

7. Funciones y tipos de RNA, 2

- Participa en el procesado del transcrito primario (HnRNA)para dar lugar al RNA mensajero o mRNA, mediante los snRNA(RNAs nucleares pequeños)

- Opera como enzima (ribozimas) en el procesado del HnRNA y enla formación de enlace peptídico en las proteínas.

- Es el material genético de algunos virus.

3’

5’

Extremo aceptor

Lazo DHU

Lazo anticodon

Lazo T--C

Lazo variable

tRNA

O

-O

H2C

O

P

-O

ON

N

ON

N

O

NHH

ON

N

N

N

OH

NH

H

ON

N

N

N

NH

H

O

-O

H2C

O

P

-O

O

-O

H2C

O

P

-O

O

-O

H2C

O

P

-O

OH

OH

OH

OH

O

NHH

OC

O

C

H

R

H3N

C

C

A

Unión del aminoácido alextremo 3’ del tRNA

3’

Extremo aceptor

5’

Lazoanticodon

Lazo TC

Lazovariable

Estructura tridimensional del tRNA

Lazo anticodon

I

G

A

5’

3’

5’

3’

U

C

C

mRNA

rRNA 23s