1. 1. CITOGENTICA AO DE LA DIVERSIFICACION PRODUCTIVAY FORTALECIMIENTO DE LA EDUCACION
2. 2. OBJETIVOS DE APRENDIZAJE Facilitar las definiciones conceptuales tericas del ADN, Ncleo y Cromosomas y su correspondiente nomenclatura. Describir la composicin y la estructura del DNA segn el modelo de Watson-Crick (incluidos conceptos de direccionalidad y complementariedad). Describir el proceso de empaquetado (packaging) del DNA. Explicar como se consigue una replicacin del DNA con alta fidelidad (de modo bidireccional y semiconservadora). Describir la naturaleza y los mecanismos que participan en la reparacin de las lesiones del DNA.
3. 3. ACIDOS NUCLEICOS CELULARES: 2 TIPOS
4. 4. ACIDO DESOXIRRIBONUCLEICO (DNA) ACIDOS NUCLEICOS CELULARES: 2 TIPOS cido Desoxirribonucleico (DNA) cido Ribonucleico (RNA) Aprox. 90% Ac. Nucleicos Intracelulares = RNA El resto 10% = DNA (Depositario de la Informacin Gentica Intracelular) Estudiaremos la estructura del DNA, la manera como se almacena en los cromosomas del ncleo y los mecanismos que participan en su biosntesis y reparacin.
5. 5. ESTRUCTURA DEL DNA DMERO ANTIPARALELO DE HEBRAS DE AC. NUCLEICO Formado por NUCLETIDOS (Pentosa= Desoxirribosa) Las cadenas estn polimerizadas a travs de un enlace: FOSFODISTER (entre grupo 3-Hidroxilo y el grupo 5-Hidroxilo) El DNA es una cadena lineal de Desoxirribosa - Fosfato Con bases de Purinas y Pirimidinas unidas al carbono 1 de la subunidad de Desoxirribosa. 1953, James Watson y Francis Crick: Utilizando fotografas de difraccin de rayos X del DNA Propusieron una estructura para el DNA.
6. 6. MODELO DE DNA DE WATSON Y CRICK DNA formado por 2 hebras, enrolladas una con otra Formando una estructura helicoidal diestra Con los pares de base en el centro unidas mediante enlaces de hidrgeno y las cadenas de desoxirribosilfosfato en la parte externa. La orientacin de las hebras es: antiparalelas. Los pares de bases son planos y estn orientados perpendicularmente al eje de la hlice. La GUANINA 3enlaces H con la CITOSINA La ADENINA 2 enlaces de H con la TIMINA ESTRUCTURA DEL DNA
7. 7. ESTRUCTURA DE LOS PARES DE BASES
8. 8. FORMAS ALTERNATIVAS DE DNA PUEDEN AYUDAR A REGULAR LA EXPRESIN GNICA La mayor parte del DNA intracelular es la de tipo B. Otras formas alternativas: A y Z. DNA de la forma A La humedad relativa es inferior al 75%, el DNA B experimenta una transicin reversible a la forma A. Los pares de bases de los nucletidos estn inclinados 20 en relacin al eje helicoidal. Existen regiones de polipurinas y polipirimidinas, La hlice del DNA presenta unas propiedades diferentes. DNA de la forma Z Los pares de bases estn desplazados 180 respecto al enlace del azcar Surge una forma de DNA en zigzag. Debido a concentraciones inicas elevadas (metilacin del DNA)
9. 9. ESTRUCTURA DE LA DOBLE HELICE
10. 10. ESTRUCTURAS DE LAS DIFERENTES FORMAS DE DNA
11. 11. LAS HEBRAS DE DNA SEPARADAS PUEDEN REASOCIARSE HIBRIDACION DE SOUTHERN Las hebras se mantienen unidas gracias a fuerzas no covalentes Es posible separarlas en hebras individuales (desnaturalizacin) Se induce a menudo calentando la solucin; la disociacin es reversible; y al enfriarse las interacciones entre las secuencias de nucletidos complementarios vuelven a asociarse (pares de bases originales) Las regiones ricas en A:T (temperaturas mas bajas) Las regiones ricas en C:G (temperaturas mas altas) La desnaturalizacin puede ser inducida por enzimas o por protenas de fijacin del DNA
12. 12. EL GENOMA HUMANO Contiene 35 000 40 000 genes diferentes Codifican protenas (se localizan en 23 pares de Cromosomas) Secuencias de DNA exclusivas (en copias nicas) Existen varios tipos de secuencias repetidas: Secuencias escasamente repetidas (10 copias por genoma) DNA escasamente repetitivas: Genes que codifican RNA de trasferencia, RNA ribosmico, protenas histonas. Otras no poseen alguna funcin conocida.
13. 13. EL GENOMA HUMANO
14. 14. La secuencia repetida mejor descrita: secuencia Alu I 300 pares de bases; 300 000500 000 repet. (36% DNA Total) DNA satlite Formado por unos cmulos (clusters) de cortas secuencias de DNA; casi idnticas, especficas de especie y repetidas una tras otra ciento o miles de veces (cerca de los centrmeros) DNA mitocondrial Es pequeo, de forma circular y codifica pocas protenas. 22 RNAt, 2 RNAr y 13 protenas (citocromo b, 3 sub-unidades de la citocromo-oxidasa, 1 de la subunidad de la ATPasa, 7 subunidades de la NADH-deshidrogenasa). EL GENOMA HUMANO
15. 15. EL DNA SE HALLA COMPACTADO EN LOS CROMOSOMAS En los Eucariotas (DNA organizado en los cromosomas) Cada cromosoma contiene: 48 y 240 millones Pb. La forma B del DNA tiene un perfil de 3.4 por Pb. Por lo tanto: Longitud de los cromosomas (1.6 8.2 cm) En el Ncleo, el DNA se encuentra compactado (>8000 veces)
16. 16. ENSAMBLAJE DEL CROMOSOMA
17. 17. CROMOSOMAS En el cromosoma nativo DNA forma un complejo (RNA + Protenas) Se denomina CROMATINA (protenas Histonas) Son una familia conservada de protenas que participan en el empaquetado y plegado del DNA en el interior de la ncleo. Clases de Histonas: H1, H2A, H2B, H3 y H4. Poseen (>20%) aminocidos bsicos y con carga positiva (LISINA y ARGININA) Disminuir la repulsin electrosttica y permitir un empaquetado ptimo y ms ajustado del DNA.
18. 18. NUCLEOSOMAS Las Histonas se asocian y forman un complejo proteico: 2 mol. de H2A, H2B, H3 y H4 + 1 mol. de H1 Rodeado por unos 200 Pb. de DNA (forman dos espirales alrededor del ncleo del nucleosoma) H1 se asocia con la parte exterior para estabilizar el complejo. Formando nucleosomas: aumenta la densidad de empaquetado. Estas a su vez organizadas forman otras estructuras mas densas FILAMENTOS DE CROMATINA DE 300 . (Estructura solenoide que contiene 6 nucleosomas) Estos se compactan en el cromosoma maduro asociado al andamiaje nuclear CROMOSOMAS
19. 19. ENSAMBLAJE DEL CROMOSOMA
20. 20. CROMOSOMAS TELMEROS Los extremos de los cromosomas estn formados por unas secuencias peculiares de DNA. Consisten en tndem repetidos de oligonucletidos cortos. Ricos en GUANINA y especficas de especie. En el ser humano, la secuencia repetida es TTAGGG Pueden contener hasta 1000 copias de esta secuencia Durante la sntesis de los Telmeros La enzima TELOMERASA aade al extremo 3' Las repeticiones de hexanucletidos preformados.
21. 21. CICLO CELULAR
22. 22. Fases de crecimiento y divisin de las clulas. Controlado por protenas: cinasas dependientes de ciclina FASE G1 Perodo de crecimiento celular; antes de la replicacin del DNA. FASE S Se sintetiza o replica el DNA. FASE G2 Segunda fase de crecimiento; despus de la replicacin del DNA. FASE M (Mitosis) Periodo de divisin celular. Despus, las clulas hijas vuelven a entrar en la fase G1 o una fase inactiva G0 (cesan el crecimiento y la replicacin) CICLO CELULAR
23. 23. CICLO CELULAR
24. 24. CICLO CELULAR
25. 25. Para que las clulas se dividan DNA debe duplicarse durante la fase S. MECANISMO DE REPLICACIN La separacin de las hebras seguidas de su copia Las hebras paternas separadas sirven como molde para la sntesis de las nuevas hebras hija. Mtodo semiconservador de replicacin del DNA (cada molcula de DNA hija contiene una hebra paterna y otra obtenida por sntesis) El DNA se replica por separacin y copia de sus hebras
26. 26. REPLICACION SEMICONSERVATIVA - DISCONTINUA
27. 27. ORIGEN DE REPLICACIN Protena de fijacin del DNA (DnaA): 29 30 mol. se fijan a secuencias de nucletidos repetidas en el interior del origen. Induce el desenrrollamiento, que separa las hebras (regin rica en AT) Protena hexamrica DnaB se fija a las hebras de DNA separadas. Tiene actividad helicasa y cataliza el desenrrollamiento de la hlice. Participa la DNA-girasa. El desenrrollamiento se da en ambas direcciones (a partir del OR), las hebras son revestidas por protenas de fijacin del DNA monohebra (impedir su reasociacin). Objetivo: Separacin suficiente de las hebras Se aade otra protena: DNA primasa Formacin de un complejo de primosoma HORQUILLA DE REPLICACIN Lugar de replicacin del DNA
28. 28. Lugar de replicacin del DNA
29. 29. Lugar de replicacin del DNA HORQUILLA DE REPLICACIN El primosoma sintetiza oligonucletidos de DNA complementarios a cada hebra de DNA paterno. Actan como cebadores (primers) de la sntesis de DNA. Una vez sintetizado cada cebador de RNA Se ensamblan 2 complejos de DNApolimerasa III (donde actu el primers) Debido: Actividad sinttica unidireccional de la polimerasa + Carcter antiparalelo de las dos hebras = La sntesis del DNA en ambas hebras es distinta. Las dos hebras hijas que se estn sintetizando se denominan: Hebra Conductora (leading strand) Hebra Rezagada (lagging strand)
30. 30. Lugar de replicacin del DNA
31. 31. REPLICACIN DEL DNA
32. 32. REPLICACIN DEL DNA
33. 33. En la hebra conductora: Sntesis de DNA en direccin 5'-3' Se obtiene una hebra contina y larga. En la hebra rezagada: La DNApolimerasa III no puede sintetizar (slo aade nucletidos en el extremo 3') Es sintetizada en fragmentos pequeos (1000-5000 Pb) Fragmentos de OKAZAKI El primosoma permanece asociada con la hebra rezagada Cuando el extremo 3' del FO se prolonga, alcanza el extremo 5' del FO sintetizado previamente. Los fragmentos son unidos por una DNApolimerasa I Esta sustituye el cebador por DNA. Finalmente, una DNAligasa une los fragmentos, para formar una hebra continua. Lugar de replicacin del DNA
34. 34. Los eucariotas regulan rigurosamente la replicacin del DNA La sntesis del DNA es muy similar a la de los procariotas. Los Eucariotas tiene ms orgenes de replicacin Se activan simultneamente durante la fase S. Permite la rpida replicacin de todo el cromosoma. FACTOR DE LICENCIA: Despus de la replicacin, este factor es inactivado (o destruido) Se impide una posterior replicacin (DNA no se acumule en exceso) ORC: complejo de reconocimiento del origen Punto de anclaje de otros componentes que regulan la replicacin. CDC6/18, CDT1- facilitan la fijacin de MCM2, MCM3 y MCM5 El ORC recibe la licencia para entrar en la fase S. La sntesis del DNA es iniciada por la cinasa CDC7
35. 35. DNA es el reservorio intracelular de la informacin gnica. Importante: mantener su integridad. La clula ha desarrollado: Mecanismos eficientes para reparar el DNA modificado y/o lesionado. NATURALEZA DE LA LESION DNA sometido a agresiones: endgenas y ambientales (deleciones, inserciones, inversiones , transposiciones) Modificaciones qumicas: Agentes alquitranes (carcingenos) Oxgeno reactivo y radiaciones ionizantes (UV-Radiactivas) Modificacin de bases aisladas Rotura de una o dos hebras Entrecruzamientos (cross-linking) Cambios permanentes en la estructura del DNA. Favorecen: prdida de funciones, muerte celular o cncer. Las clulas son capaces de reparar el DNA lesionado
36. 36. NATURALEZA DE LA LESION DEL DNA
37. 37. Por sustitucin de bases Por inserciones o deleciones de bases Inversiones Deleciones o duplicaciones Translocaciones Poliploida Aneuploida MOLECULAR CROMOSOMICA GENOMICA M U T A C I O N
38. 38. REPARACIN POR ESCISIN (REN) Modificaciones especficas de los nucletidos CAUSAN: Desacoplamientos (mismatches) durante sntesis del DNA La hebra hija resultante contiene una secuencia distinta (mutacin) a la hebra paterna. Una ENDONUCLEASA escinde y se extrae una pequea porcin de la hebra. DNApolimerasa I reconoce y llena el hueco (gap) resultante. DNAligasa finaliza la reparacin y vuelve a juntar las hebras del DNA. Las clulas son capaces de reparar el DNA lesionado
39. 39. REPARACION POR ESCISION DE NUCLEOTIDOS O HEBRA
40. 40. REPARACION POR ESCISION DE NUCLEOTIDOS O HEBRA
41. 41. Mecanismo de reparacin de cromosomas fragmentados. Reparacin mediante recombinacin