Cap. 11 dna molec de la herencia (monterrubio)-1
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DNA from the Beginning http://www.dnaftb.org/dnaftb/ Bases Moleculares de la Herencia Capítulo 11 Sección I: El DNA - la molécula de la herencia Dr. Monterrubio
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DNA from the Beginninghttp://www.dnaftb.org/dnaftb/
Bases Moleculares de la Herencia
Capítulo 11
Sección I: El DNA - la molécula de la herencia
Dr. Monterrubio
1953 James Watson y Francis CricK describieron la
estructura de la molécula de DNA (ácido
desoxiribonucléico)
Sabiendo la estructura es mas fácil entender:
- Como el DNA almacena información
- Como puede ocurrir la variación en su
estructura
- Como se replica la molécula de DNA
- Como se transmite a futuras generaciones
Todas esas son características que debe reunir un
material genéticoDr. Monterrubio
- La información hereditaria esta codificada en la
molécula de DNA y se reproduce en todas las
células del cuerpo
- El DNA dirige el desarrollo de los rasgos
bioquímicos, anatómicos, fisiológicos y en algun
grado el comportamiento de los organismos
Ahora sabemos que:
Dr. Monterrubio
A principio del siglo 20 los biólogos
estaban dedicados a identificar las
moléculas de la herencia
Morgan: genes estaban en los cromosomas
Cromosomas: estaban hechos de proteinas y de
ácidos nucléicos
El papel del DNA en la herencia se
descubrio estudiando bacterias y virus
La llave en los descubrimientos fué elegir un modelo
experimental adecuado
Dr. Monterrubio
1928 Frederick Griffith descubrió el papel del material
genético trabajando con dos cepas de bacterias (una
patogena y otra no)
Primera evidencia de que el DNA transmite
información provino de bacterias
Streptococcus
penumoniae
Dr. Monterrubio
El mató a la cepa patogena con calor
y la inyectó a ratones
Ratones
vivieron
El mezclo cepa patogena (muerta por
calor) con la bateria no patogena (viva)
Ratones
murieron
El propuso que la cepa no patogena habia sido transformada:
cambio en el genotipo y fenotipo debido a la asimilación de DNA
de una fuente externa. Obtuvo la capsula y la paso a sus hijos
1920s, Frederick Griffith
Descubre el proceso de transformación bacteriana. (no sabia la base bioquimica)
-molécula que continen la información genética
-es hereditaria
Define un factor
transformador
En el tiempo de Griffith no se podia determinar la
composición bioquímica de esta substanciaDr. Monterrubio
• 1944 –Oswald Avery. Colin M. MacLeod y Maclyn McCarthy
– Purifican el factor transformador.
– Lo identifican como DNA.
Dr. Monterrubio
Dr. Monterrubio
Muchos biólogos permanecieron escépticos porque no se
sabia nada de la estructura del DNA. Podria haber
contaminantes en los experimentos de Avery, MacLeod y
McCarthy
Mas evidencia provino de estudios con virus que infectan
bacterias (Bacteriofagos o fagos)
Dr. Monterrubio
Bacteriófago = virus que infecta bacterias.
Composición del bacteriófago T2: Proteína y DNA.
Dr. Monterrubio
1952, Alfred Hershey y Martha Chase
Diseñaron
experimentos para
saber si el DNA o las
proteínas del fago eran
responsables de
transmitir la información
genética
Los experimentos mostraron que solo el
DNA de fago llamado T2 entraba a la
bacteria durante la infección
El DNA es ampliamente utilizado en la naturaleza?
Dr. Monterrubio
estrategia experimental
Experimento de Hershey y Chase
• Las proteínas presentes en la cubierta
del fago contienen azufre y no
contienen fósforo.
• El DNA contiene fósforo y no contiene
azufre.
Dr. Monterrubio
Fagos con Proteínasmarcadas (35S)
Hershey & Chase marcaron las proteínas del fago incuvandolo con 35S
35S
35S
35S
35S
35S
35S
+
Dr. Monterrubio
Hershey & Chase Marcaron tambien el DNAdel fago incuvandolo con 32P
32P
+32P
32P
32P32P
32P
Fagos con DNAmarcado (32P)
Dr. Monterrubio
Dr. Monterrubio
1. Las proteinas virales se quedan fuera de la célula huesped (bacteria).
2. El DNA viral es inyectado dentro de la célula huesped.
3. El DNA inyectado dirige la producción de nuevas partículas de virus.
Material hereditario es el DNA.
Conclusion:
Resultados:
Dr. Monterrubio
Evidencia adicional de que el DNA es el material genético
1950, Erwin Chargaff reportó que la composición de DNA
varia entre especies
El DNA era un buen candidato para ser el material
genético por su diversidad
Ya se conocía que el DNA era un polímero de
nucleótidos (de base nitrogenada, azúcar y fosfatoDr. Monterrubio
- Análisis de la composición de DNA de distintos organismos.
- La composición del DNA varía de especie en especie.
- Diversidad molecular = diversidad de especies.
- Las bases nitrogenadas están presentes en una razón característica.
Regla de Chargaff: en cualquier especie dada hay
igual número de Adeninas y Timinas, e igual
número de Guaninas y Citocinas
Regla de Chargaff
A=T G=C
A+C = G+TA+T ≠ C+G
Dr. Monterrubio
Sugar–phosphate
backbone
5 end
Nitrogenous
bases
Thymine (T)
Adenine (A)
Cytosine (C)
Guanine (G)
Sugar (deoxyribose)
3 end
Ya se conocía que el DNA era un polímero de nucleótidos
formado de bases nitrogenadas, azúcares y grupos fosfato
Después de que muchos
biólogos se convencieron de
que el DNA era el material
genético empezaron a
estudiar como su estructura
podria explicar su función
Para 1950 no se conoce la estructura tridimensional
- Linus Pauling (California)
- Maurice Wilkins y Rosalind Franklin (Londres)
Científicos trabajando en ello:
Dr. Monterrubio
• 1869- F. Miescher aisla nucleina a partir
de núcleos de células blancas.
• 1900- Nucleina es una molécula larga
compuesta de: azúcar de 5 carbonos,
fosfato y 5 tipos de bases nitrogenadas
(A, T, C, G y U)
• 1920- Se describen 2 tipos de ácidos
nucléicos: RNA y DNA.
Dr. Monterrubio
DNA
acido desoxiribonucleido
RNA
Acido ribonucleido
Estructura:
Doble cadena
Estructura:
Cadena sencilla
Base pirimidica:
Timina
Base pirimidica:
Uracilo
Un tipo: genesTres tipos:
mRNA, rRNA, tRNA
Azucar: Desoxiribosa Azucar: ribosa
Ácidos Nucléicos
Dr. Monterrubio
Fotografía de difracción de rayos X del DNA
usaron cristalografia de rayos X
para estudiar la estructura molecular
del DNA
~1951- Maurice Wilkins
y Rosalind Franklin
Franklin produjo la primera foto del DNA
Dr. Monterrubio
Descubrimientos de Franklin
• Esqueleto de azúcar-fosfato hacia
afuera de la molécula
• Doble hélice
• Datos cuantitativos de la forma y
tamaño de la doble hélice (3.4 nm cada
vuelta 2 nm de ancho).
Dr. Monterrubio
Rosalind Franklin
(1920 - 1958)
• http://www.accessexcellence.org/RC/AB/BC/Rosalind_Franklin.html
Secret of photo
51
• http://www.pbs.org/w
gbh/nova/photo51/
LA DOBLE HELICE: RELATO
PERSONAL DEL
DESCUBRIMIENTO DE LA
ESTRUCT URA DEL ADN
de WATSON, JAMES D.
Dr. Monterrubio
~1951- Linus Pauling – physical
chemist• nature of the chemical bond
– resonance theory proposed that some molecules "resonate" between different structures
• use of X-rays to examine the molecular structure of crystals – Description of a-helical
polypeptide structure.
http://www.achievement.org/autodoc/photocredit/achievers/pau0-029
Dr. Monterrubio
¿Cómo se acomodan las
bases en la molécula de
DNA?
Dr. Monterrubio
1953- Watson y Crick
- Watson-
genética
- Crick- físico,
experto en
cristalografía
de rayos X
Ganaron el
Premio Novel en
1962 junto a
Maurice Wilkins
Dr. Monterrubio
Los datos de cristalografía
de rayos X de Franklin
permitieron a Watson y
Crick deducir que:
- El DNA era una molécula
helicoidal
- El ancho de la helice y el
espacio entre bases
nitrogenadas
- El ancho sugirió que el DNA
estaba hecho de 2
cadenas formando una
doble helice
Dr. Monterrubio
2-nm
Watson y Crick razonaron como se acomodaban mejor
las bases que fueran consistentes con los datos de
rayos X de Franklin
Dedujeron que solo una pirimidina con una purina
daban la distancia correcta de 2 nm
Dr. Monterrubio
Explica la regla de Chargaff, A=T y C=G.
Sugiere mecanismo de replicación.
– Cadenas son complementarias.
– Mecanismo de templado (como un patron).
No hay restricción en cuanto la secuencia de bases (secuencia altamente variable)
Estabilidad entre las cadenas de DNA por
– Puentes de hidrógeno entre las bases
– Fuerzas Van der Waals
La idea del Apareamiento propuesto por Watson y
Crick daba la complementaridad de las cadenas
Dr. Monterrubio
Puentes de hidrógeno entre
las bases.
A = T
G C
Sugiere complementaridad
Dr. Monterrubio
O
Base Nitrogenada
pentosa
fosfato
1’
2’3’
4’
5’
O
Base Nitrogenada
pentosa
fosfato
1’
2’3’
4’
5’
O
Base Nitrogenada
pentosa
OH
fosfato
1’
2’
3’
4’
5’
Base Nitrogenada
O
pentosa
OH
fosfato
1’
2’ 3’4’
5’
Base Nitrogenada
Base Nitrogenada
O
pentosa
fosfato
1’
2’ 3’4’
5’
O
pentosa
fosfato
1’
2’ 3’4’
5’
Cadenas antiparalelas
Extremo 5’
Extremo 3’
Extremo 5’
Extremo 3’
Dr. Monterrubio
Cadenas antiparalelas
Secuencia específica y complementaridad
Timina - Guanina – Citocina - Adenina TGCA
Adenina - Citocina – Guanina -Timina ACGT Dr. Monterrubio
Replicación del DNAWatson y Crick proponen
Modelo semiconservativo:
• Puentes de H se rompen de
manera secuencial.
• Separación de las hebras.
• Cada cadena puede servir
como templado.
• Genes son copiados en
base a un pareo específico
entre las bases
complementarias.
La secuencia de bases es critica para almacenar y
transmitir información
Dr. Monterrubio
A T
GC
T A
TA
G C
(a) Parent molecule
A T
GC
T A
TA
G C
(c) “Daughter” DNA molecules, each consisting of one parental strand and one new strand
(b) Separation of
strands
A T
GC
T A
TA
G C
A T
GC
T A
TA
G C
El modelo Semiconcervativo de Watson y Crick predice:
Cuando el DNA se replica, cada molécula hija tendrá
una cadena nueva y una cadena vieja (derivada de la
molécula madre)
Dr. Monterrubio
Otras posibles hipotesis para explicar la replicación del
DNA
La doble helice
parental
permanece intacta
La nueva helice esta
compuesta de una
cadena nueva y una
vieja
Cada cadena hija es
una mezcla de
segmentos viejos y
nuevos
Parent cellFirst
replication
Second
replication
(a) Conservative
model
(b) Semiconserva-
tive model
(c) Dispersive model
Dr. Monterrubio
Meselson y Stahl hiceron los experimentos para poner
a prueba esas hipótesis
- Marcaron los nucleótidos de la cadena vieja con isótopo de
nitrógeno pesado (15N): varias generaciones
- Transfirieron las células a medio con 14N (isotopo ligero) para
que las células se duplicaran una vez o dos veces y
analizaron el DNA Dr. Monterrubio
Experimentos de Meselson y Stahl
Dr. Monterrubio
Durante replicación
las dos hebras se
separan y sirven de
templado
Las hebras se copian
siguiendo las reglas
de complementaridad
AT/GC
Se obtienen 2 nuevas
dobles hélices con la
misma secuencia de
bases del DNA
original
Replicación Semi-conservativa del DNA
Dr. Monterrubio
