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Introducción a la Biología Molecular

Gonzalo Gómez ggomez@cnio.es

Unidad de Bioinformática (CNIO)

http://bioinfo.cnio.es/

Facultad de Informática, Ourense

Mayo 2009

Niveles de organización

DNA

•! El ácido desoxiribonucleico (ADN - DNA en inglés) es un ácido nucleico que contiene las

instrucciones genéticas que se usan en el desarrollo y funcionamiento de todos los

organismos vivos y algunos virus.

•! Químicamente el DNA es un polímero de unidades simples que se llaman nucleótidos. En

el DNA un nucleótido consta de una base nitrogenada (A, G, T ó C), un esqueleto de

azúcar (desoxirribosa), y los grupos fosfato unidos mediante enlaces fosfodiéster.

•! Bases nitrogenadas: Adenina (A), Guanina (G), Timina (T), Citosina ( C) y Uracilo (U).

DNA

Formación de un nucléotido

DNA: RNA:

A, G, T, C A, G, C, U

Desoxirribosa Ribosa

DNA

•! El DNA es una doble hélice. En ella cada una de sus dos hebras se enrolla alrededor del

eje central, generalmente en forma de hélice dextrógira.

•! Los dos esqueletos de azúcar fosfato rodean el exterior de las bases como un pasamanos

de una escalera espiral y están expuestos al medio acuoso.

•! Los enlaces fosfodiéster de las dos hebras entrelazadas avanzan en dirección opuesta, es

decir, las dos cadenas son antiparalelas.

•! Cada A de una cadena de DNA se une mediante enlaces de hidrógeno a una T de la otra

cadena. La C hace lo propio con la G. Aunque parece, que cualquier purina podría aparearse con cualquier pirimidina, los apareamientos AT y CG son los idóneos, mientras

que los AC y GT son improbables debido a la química de las bases.

DNA

Doble hebra de DNA

James Watson

Francis Crick, 1953

DNA structure

Rosalind Franklin

DNA X-ray difraction data

Surco mayor

Surco menor

Conformaciones

A B Z

DNA

Estructuras de doble hélice alternativas

•! El DNA puede existir en distintas conformaciones, dependiendo de la composición de

bases y de las condiciones físicas. La más tipica es la B (figura centro), determinada por

Watson y Crick: La hélice completa una vuelta cada 10.4 pares de bases

aproximadamente, con un diámetro de 2.37 nm.

•! La forma A (figura izquierda) se da en bajas condiciones de sal, no se ha encontrado en

condiciones fisiológicas.

•! La forma Z (figura derecha) se ha encontrado en zonas ricas en pares de bases GC.

•! El DNA dentro de las células se empaqueta en los cromosomas.

DNA

Cromatina, cromosomas, DNA

DNA

Cromatina, cromosomas, DNA

Diferentes niveles de condensación de DNA. (1) Hebra simple de DNA. (2) Hebra de cromatina

(DNA con histonas). (3) Cromatina durante la interfase con centrómero. (4) Cromatina

condensada durante la profase (dos copias de DNA están presentes). (5) Cromosoma

durante la metafase.

DNA

Vídeo que resume lo visto hasta ahora

http://www.youtube.com/watch?v=Nmm6Pgh6Kl4

Cariotipo: ordenamiento de los cromosomas de

una célula metafásica de acuerdo a su tamaño y Cromosomas humanos

morfología.

Ejemplo de un cariotipo

femenino (2 cromosomas

X).

DNA, cromosomas y mitosis

DNA y genes

Gen

•! Fragmento de una secuencia de DNA que, al expresarse, confiere a un ser vivo una

característica determinada.

•! Por tanto el DNA es la molécula que contiene toda la información genética.

Dogma central de la biología molecular

Transcripción

Traducción

DNA y genes

Tipica estructura de un gen (eucariota)

BDs donde encontrar las secuencias de DNA de los organismos secuenciados y de genes

•! Entrez Genome: http://www.ncbi.nlm.nih.gov/sites/entrez?db=genome

•! Entrez Gene: http://www.ncbi.nlm.nih.gov/sites/entrez?db=gene

RNA

Del DNA al RNA

La secuencia de DNA se copia a RNA, dando lugar al RNA mensajero (mRNA).

RNA

RNA

El RNA es un ácido nucleico como el DNA. Pero el RNA:

1)! utiliza la ribosa como azúcar, en lugar de la desoxirribosa del DNA.

2)! El RNA posee como bases nitrogenadas (A, G, C y U - no hay T en el RNA).

3)! El RNA está formado por una única hebra, aunque a veces se organice en estructuras

secundarias de doble cadena (bucle y horquilla).

RNA

Tipos de RNA

mRNA (RNA mensajero): transporta la información genética desde el DNA a los ribosomas,

orgánulos celulares responsables de la síntesis de proteínas. La secuencia de nucleótidos

del mRNA determinará la secuencia de aminoácidos de la proteína.

rRNA (RNA ribosómico): forma parte de los ribosomas.

tRNA (RNA de transferencia): transporta los residuos de aminoácidos que son adicionados a las

cadenas polipeptídicas crecientes durante la síntesis de proteínas.

RNA viral: los “virus de RNA” poseen genomas compuestos de RNA, además de una variedad

de proteínas. Existe dsRNA (RNA de doble cadena) en algunos de estos virus de RNA.

RNA de ribonucleoproteínas como la telomerasa.

ncRNA (non-coding RNA): RNAs que no darán lugar a proteína. Regulan la actividad de otros

genes. Un ejemplo serían los miRNA.

mRNA

Transcripción: Mecanismo a partir del cual el DNA se copia a RNA. Este proceso está dirigido

por la RNA polimerasa.

mRNA

Mediante splicing alternativo del “transcrito primario” (pre-mRNA, contiene intrones) se

pueden formar distintas proteínas desde un mismo gen. Representación de la secuencia de DNA de un

gen eucariota de dos exones

tRNA

Traducción: Imagen de un tRNA y su estructura secundaria de doble hebra.

tRNA

La secuencia de mRNA se lee por tripletes, conocidos como codones. El código genético

consta de 64 codones diferentes. Hay un codon de inicio, 3 de terminación. Los otros 61

codifican para los 20 distintos aminoácidos. Como distintos codones codifican para un mismo aminoácido, se dice que el código genético está degenerado.

Del mRNA a la proteína: Traducción

Traducción: del mRNA a la proteína

Varios ribosomas pueden progresar

sobre la misma cadena de mRNA, cada uno sintetizando una secuencia

de proteína. Estos clusters de síntesis

se llaman polisomas.

http://www.youtube.com/watch?v=NJxobgkPEAo

Aminoácidos

Estructura básica de un aminoácido

Tabla de los 20 aminoácidos principales

Aminoácidos

Imagen que muestra la estructura de los 20 aminoácidos principales

Proteínas

Estructuras de una proteína

•! Estructura 1aria: secuencia de aminoácidos

•! Estructura 2aria: formación de hélices alfa o de hojas B

Giros (turns) y los loops no tienen estructura secundaria estable

como las hélices y las betas.

•! Estructura 3aria: plegamiento espacial

Proteínas

Vídeo que resume las distintas estructuras de las proteínas:

http://www.youtube.com/watch?v=lijQ3a8yUYQ

Estructuras terciarias

de algunas proteínas

Proteínas

BD más popular de secuencias de proteínas:

05-May-2009: 462764 secuencias

http://expasy.org/sprot/

BD más popular de estructuras de proteínas:

En este momento contiene más de 50.000 estructuras.

http://www.rcsb.org/pdb/home/home.do

Muchas gracias

Osvaldo Graña

Unidad de Bioinformática (CNIO)

http://bioinfo.cnio.es/

Facultad de Informática, Ourense

Mayo 2009