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Introducción a la Biología Molecular
Gonzalo Gómez
[email protected]
Unidad de Bioinformática (CNIO)
http://bioinfo.cnio.es/
Facultad de Informática, Ourense
Mayo 2009
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Niveles de organización
DNA
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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.
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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.
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Bases nitrogenadas: Adenina (A), Guanina (G), Timina (T), Citosina ( C) y Uracilo (U).
DNA
Formación de un nucléotido
DNA:
A, G, T, C
Desoxirribosa
RNA:
A, G, C, U
Ribosa
DNA
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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
Rosalind Franklin
DNA X-ray difraction data
James Watson
Francis Crick, 1953
DNA structure
Surco mayor
Surco menor
A
Conformaciones
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.
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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
morfología.
Ejemplo de un cariotipo
femenino (2 cromosomas
X).
Cromosomas humanos
DNA, cromosomas y mitosis
DNA y genes
Gen
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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
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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