Los dos constituyentes de los cromosomas son ADN y proteínas proteínas – más heterogéneas, hasta 1940 se creía que eran el material genético DNA – parecía demasiado simple
Experimentos importantes
1er paso en la identificación del material genético
Streptococcus pneumoniae
Cepa S: letal en ratones
Cepa R: no letal
“Principio transformador“
TransformaciónUn cambio en genotipo (composición genética) y fenotipo (apariencia) debido a asimilación de una substancia por una célula
Avery y colaboradores
Destruyeron químicamente todas las categorías principales de componentes celulares en un extracto de células muertas y determinar si el extracto había perdido la habilidad de transformar
Bacteriófago T2 (virus) Razonamiento: infección involucra inyección en la bacteria de información (material genético) que dirige la reproducción viral Fago es simple:
ADN
Proteína
Marcado con isótopos radioactivos Fósforo: presente sólo en ADN
Azufre: sólo en proteínas (puentes disulfuro)
A pesar de su aparente simpleza Material genético debe ser capaz de: Codificar la información Duplicar la información de forma precisa ¿Qué estructura permite estas funciones?
Compuesto de 4 moléculas básicas: nucleótidos
Idénticas excepto en la base nitrogenada
Cada nucleótido: grupo fosfato, azúcar desoxiribosa, 1 de 4 bases Bases: Adenina, Guanina, Citosina, Timina
Adenina y Guanina: Purinas Citosina y Timina: Pirimidinas
Genes (“factores”) se asocian con rasgos específicos, no se entendía su naturaleza física. Las mutaciones alteran la función de genes, pero no se sabía exactamente qué era una mutación Hipótesis un gen-una proteína, genes controlan estructura de proteínas Los genes están en los cromosomas Los cromosomas consisten de ADN y proteínas La serie de experimentos antes discutida mostró que el ADN es el material genético
La replicación del ADN debe tener alta fidelidad El material genético debe tener la capacidad de codificar (dirigir la constitución de las proteínas) Debe ser capaz de cambiar en ciertas ocasiones muy poco frecuentes (porque sin mutación no hay evolución)
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Watson y Crick lo lograron en 1953 Basados en hallazgos de otras personas: 1. Cristalografía de rayos X de Rosalind Franklin y Maurice
Wilkins
2. Datos de Chargaff
Generados por Rosalind Franklin en el laboratorio de Maurice Wilkins
Se disparan rayos X hacia las fibras de ADN. La dispersión de los rayos a partir de las fibras se captura en película fotográfica. Los ángulos de las manchas dan información de la posición de los átomos de la molécula. Resumen: ADN es una molécula larga y delgada y tiene dos partes similares que son paralelas. La molécula hace una espiral.
%A = %T y %G = %C % Purina = % Pirimidina (A + G = C + T) desarrollado antes de elucidar la estructura de ADN
En ADN humano: A = 30.9% T = 29.4%
C = 19.8% G = 19.9%
Enlace de Hidrógeno Clave: poner azúcar y grupo fosfato en cadena lateral y las bases nitrogenadas hacia adentro
Sólo unión purinapirimidina podía explicar diámetro observado con rayos X
Bases complementarias A-T G-C
G
C
A
T
mayor
menor
Mayoría de asociaciones ADN-proteína son en el mayor
Premio Nobel 1962: Watson, Crick y Wilkins
Libro: La Doble Hélice de James Watson
James Watson y Francis Crick
Rosalind Franklin
Maurice Wilkins
Artículo en Nature: “No ha escapado a nuestra atención que el emparejamiento específico que hemos postulado sugiere de inmediato la posibilidad de un mecanismo de copia para el material genético“
Antes
Después
Utilizando isótopo pesado y liviano de nitrógeno insertado en bases nitrogenadas Centrifugación con gradiente de cloruro de cesio que permite separar por densidad
La enzima agrega deoxiribonucleótidos al extremo 3' de una cadena en crecimiento usando una hebra sola de ADN como templete
Animación polimerización
Actividad polimerasa: cataliza crecimiento de la cadena en dirección 5'-3‘ Actividad exonucleasa 3'-5', que elimina bases mal apareadas Actividad exonucleasa 5'-3' que degrada cadenas simples de ADN o ARN
La síntesis en la hebra rezagada va por pedazos cortos conforme se va abriendo el tenedor. Estos fragmentos cortos de 1000-2000 nucleótidos reciben el nombre de fragmentos de Okasaki
Una polimerasa puede extender una cadena pero NO puede empezar una cadena La síntesis de la hebra líder y de cada fragmento de Okasaki requiere de un iniciador Los iniciadores son sintetizados por un conjunto de proteínas denominado primosoma. Componente principal: primasa (una ARN polimerasa) La primasa sintetiza un fragmento de ARN de 8-12 nucleótidos complementario a una región específica del cromosoma Una vez unido el iniciador, la polimerasa extiende la cadena
Menos de un error por cada 1010 nucleótidos insertados La actividad exonucleasa 3'-5', sirve como “proofreading” La primasa no tiene actividad “proofreading”, no hay actividad exonucleasa. Importante eliminar iniciadores de ARN y reemplazarlos con ADN (pueden tener errores)
E. coli: con 2 tenedores de replicación copia 2000 nucleótidos/s (1000 n/s cada tenedor) Alta fidelidad y alta velocidad
Helicasas: rompen puentes de hidrógeno entre las dos hebras antes del inicio de la síntesis. Las proteínas de unión a hebra simple (SSB) impiden que se vuelva a cerrar Topoisomerasas: evitan el sobreenrollamiento. Cortan una hebra o dos, se desenrolla y vuelven a pegar. Un ejemplo es la girasa.
Ocurre sólo en los orígenes de replicación
En E. coli el origen de replicación es oriC
Funcionamiento es similar, pero más complejo
Replisoma E. coli: 13 componentes. Replisoma en levaduras y eucariotas: 27 componentes
Cromosomas eucariotas existen en el núcleo como cromatina (ADN enrollado alrededor de histonas) Replisoma debe copiar el ADN, desensamblar nucleosomas y volverlos a ensamblar
Cada cromosoma eucariótico tiene muchas orígenes de replicación en los cuales se inicia la replicación en las dos direcciones hasta que se junten
Replicación en eucariotas
Extremos de cromosomas tienen múltiples copias de una secuencia repetitiva
En vertebrados es 5'-TTAGGG-3'
La telomerasa es una enzima con dos componentes:
Templete de ARN
Polimerasa (transcriptasa reversa)
Replicación de telómeros Ej: en Tetrahymena (ciliado)
¿Secuencia repetitiva en Tetrahymena?
Se mantiene gracias a la telomerasa Además telómeros tienen una cubierta que da estabilidad y los protege (cap) Pero células somáticas tienen poca o ninguna telomerasa. Con cada división los telómeros se acortan hasta que entran en senescencia y dejan de dividirse.
¿Por qué será importante ese “conteo” de divisiones celulares y que la célula deje de dividirse?
¿Dónde está activa normalmente la telomerasa?
¿Qué papel jugará la telomerasa en cáncer?
Síndrome de Werner Causado por mutación en WRN (helicasa del “cap” de telómero)
