Base Molecular de La Herencia

8/16/2019 Base Molecular de La Herencia

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Descubrimiento del DNAsiglo XIX

Johan Friedrich Miescher (Suiza, 1844-1895), biólogo y médicosuizo

Cuando era estudiante, a partir de glóbulos blancos depacientes, o sus núcleos, tratados con solución salinaacidificada → precipitado gelatinoso que consistía ensustancia rica en P y N, a la cual llamó nucleína (= el DNAque llamamos hoy).No se le atribuyó ninguna función biológica en esa época

en plena revolución industrial



A principios del siglo XX, en la Universidad de Columbia,

Thomas Morgan (1866-1945) y sus alumnos comprobaron que los“genes” son “entes” que se encuentran alineados a lo largo de loscromosomas, que veían al microscopio, consistentes con losresultados de Mendel, y elaboraron mapas detallados de loscuatro cromosomas de la mosca de la fruta.

Morgan recibió el premio Nobel en 1933.



Nacimiento de la Biología Molecular en el

mundo

Nace a partir de la Física

en el Siglo XX



físico danés (1885-1962) que realizó

contribuciones fundamentales para lacomprensión de la estructura del

átomo y la mecánica cuántica. Premio

Nobel de Física en 1922.Reconoció la importancia de las

características atómicas, fundamentales en

las funciones de los seres vivos: certificado

de defunción del vitalismo

Sin embargo, introdujo la idea de que losconceptos físicos tradicionales no son

suficientes para entender los fenómenosbiológicos.Estas ideas fueron presentadas en una

conferencia titulada Light and life (Luz yvida), en el Congreso Mundial deLuminoterapia en 1932, a la cual asisteMax Delbrück

Niels Bohr





Max Delbrück (Berlín, nació ya en siglo XX, 1906)

Promotor de las ideas de Bohr, creció en el mismo barrio en que vivía el también físico Max Planck.Doctor en Física, Universidad de Gotinga, importante polo de desarrollo de la naciente mecánica cuántica.Post-doc en Dinamarca con Niels Bohr.Delbrück comenzó a interesarse en la biología gracias a las ideas de Bohr .Así, un pequeño grupo de físicos y biólogos empezaron a reunirse en la casa de Delbrück desde 1934. A partirde estas reuniones surgió su corto artículo de1935 en el que proponía una explicación a las mutacionesinducidas por rayos X con base en la mecánica cuántica, primera teoría molecular de la genética con base en

principios físicos, fuente de inspiración a Schrödinger: libro What is life? en 1944.Gracias a una beca Rockefeller, en 1937 emigró a USA para trabajar con Morgan en Caltech. Sin embargo,encontró difícil adaptarse a la jerga de los estudiosos de la mosca de la fruta (Drosophila melanogaster ), por loque empezó a colaborar con Emory Ellis investigando sobre fagos.

Al estallar la Segunda Guerra Mundial, en 1939, Delbrück decidió permanecer en USA, en el Departamento deFísica de la Universidad de Vanderbilt (Nashville, Tennessee) y así conoció al italiano Salvador Luria (Bloomington, Indiana) y nació el club de los fagos de los 1940s



Salvatore LuriaMédico radiólogo y

estudiante posgr Física en Roma

y luego en Inst. Curie, de París a

USA (1940, plena II Guerra, Mussolini)

interesado igual que Barbara McClintock en

efectos biológicos de rayos X funda el

“club de los fagos” junto a

Delbr űck y Hershey (premiosNobel 1969) : las bacterias

exhiben fenotipos, detectados

por selección artificial, resultado

de cambios (mutaciones) que

ocurren ocasionalmente (10-9)

pre-adaptativos, heredables

la idea de “gen” como entidad responsable de

los fenotipos heredables en bacterias estaba

flotando… pero no era formulada

claramente…los experimentos no incluían

estudios químicos.

“MUTATIONS OF BACTERIA FROM VIRUS

SENSITIVITY TO VIRUS RESISTANCE”

S. E. LURIA and M. DELBRUCK. 1943

dicen:

además descubrieron la “restricción”

de los fagos de multiplicarse en cepas

bacterianas diferentes de la original:

concepto antecesor (30 años) al de

los sistemas enzimáticos de

modificación/restricción (=escudo/armamento).



la idea del gen en el DNA estaba flotando….

(1877-1955). Médico e investigador canadiense,

estudió en la Columbia Univ y trabajó en el

hospital del Instituto Rockefeller, NY, USA. Uno

de los primeros biólogos moleculares.

Repitió el experimento de Griffith con lisados de bacterias transformantes pero previamente

digiriendo enzimáticamente azúcares, proteínas y RNA.

En 1944: el principio transformante era DNA!! (simultáneo con el libro de Erwin

Schrödinger “¿Qué es la vida?”)

entonces los “genes” reportados por el “club de los fagos” estaban hechos de DNA!

(aunque Delbrűck no citó a Avery)

Oswald Avery



Erwin Schrödinger(1887-1961)

En 1944 publicó un pequeño libro titulado ¿Qué es la vida? (What is life?). Aportó dos ideas

fundamentales:

1) la vida no es ajena a las leyes de la termodinámica.

2) la química de la herencia debe basarse en un «cristal aperiódico», compatible con unasecuencia informativa.

Esta obra menor ha tenido gran influencia en James Watson y en el desarrollo posterior de la

biología molecular .



…por lo tanto, la idea del gen en el ADN ya eraaceptada….pero cuál era su forma?

James Watson (1928-)

zoólogo de USA tesista

doctoral de Luria, Ph. D. a

los 22 años!: “X-ray

inactivated acteriophages”

a UK (a aprender Química!:

la estructura del DNA) con

Max Perutz y luego con

Crick.

Francis Crick (UK) físico

Estructura de proteínas por

rayos X (con Wilkins).

Se le unen Watson y Peter

Pauling en Cambridge (1951).

Después también con Sidney

Brenner, Mathew Meselson:

concepto de mRNA (1960-

1964)





otros grosos en los 50s y 60s

François Jacob y Jack Monod

(con André Lwoff ) introdujeron concepto de operones, operadores y

genes reguladores (1958) confirmado luego por Walter Gilbert, que

aisló la proteína represora (1966)

cigarrillo!



otros grosos en los 60s

Walter GilbertBoston, USA (1932- )purificó el represor lac en 1967

Premio Nobel 1980

Severo OchoaEspaña (1905-1933)

descifró el código genético, en USAPremio Nobel 1959 (junto a su discípulo Arthur Kornberg)Dijo: “el amor es la fundición de física y química». Joaquín Sabina

reconoce haber tomado de ahí el título para su álbum "Física yQuímica".



todos los brillantes científicos nombrados se opusieron alrégimen nazi imperante en Europa (1933-1945)

→ la búsqueda de la verdad fue acompañada de denuncias

a la brutal criminalidad y de sentimientos de humanidad



y en las décadas siguientes…. los 70s: nacen la Biología y Genética Molecular, en Departamentos deBioquímica, como las entendemos hoy, con la posibilidad de manipular y

analizar el DNA:

1. vectores de clonado

2. enzimas de restricción (Werner Arber, premio Nobel 1978)

3. técnicas de secuenciación (Maxam-Gilbert; Sanger, Nobel 2 veces)

4. Descubrimiento de RT por David Baltimore (premio Nobel 1975)

5. los 80s:6. ribozimas (Thomas Cech, premio Nobel 1989)7. técnica PCR (Kary Mullis, premio Nobel 1993)





Ácido Nucléico

Polímero denucleótidos.

RNADNA Molécula larga

filamentosa, establey con capacidad de

autorreplicación.



Nucleótidos Unidad estructural

básica de DNA y RNA. Contiene: Grupo fosfato - unido al

azúcar por enlacefosfodiéster. Azúcar – Pentosa (5 C). DNA – Desoxiribosa RNA – Ribosa

Base nitrogenada – Purinas: (Adenina y

Guanina)

Pirimidinas: Citocina Timina=DNA Uracilo=RNA



Base Nitrogenada

Purinas: (A, G)

Formadas por dosanillos

Pirimidinas: (T, C, U) Formadas por un

anillo básico quecontiene dosmoléculas denitrógeno.



Base Nitrogenada Se unen entre si mediante puentes de hidrógeno (¿su

función?) Sólo una purina con una pirimidina, produciendo una doble

hélice simétrica. Adenina = Timina (DNA) Adenina = Uracilo (RNA) Guanina = Citocina



Estructura de DNA



Las hélices son antiparalelas

5’→→→→3’

3’←←←←5’ Medidas Distancia entre bases nitrogenada –3.4 A° Diámetro de la hélice – 20 A° Vuelta de espiral (10 bases nitrogenadas)– 34 A°

Otras propiedades del

DNA



Regla de Apareamiento de Chargaff Dice que las bases nitrogenadas se aparean de tal manera

que el número total de purinas es igual al número total depirimidinas. Sin embargo, la cantidad de A+T no esnecesariamente igual a la cantidad de C+G.

A+G / C+T = 1(Purinas) (Pirimidinas)

Ej. 5’ AAATTTCGGCGT 3’

3’ TTTAAAGCCGCA 5’ 7 + 5 / 5 + 7 = 1

A+T= 14 C+G= 10

Otras propiedades del

DNA



DNA girasa – Desenlaza los nudos o lazos en la cadena de

DNA.DNA helicasa – separa las dos hebras. SSBP – Evita que se unan las hebras.RNA primasa – Sintetiza el “primer”. DNA polimerasa III – Sintetiza la nueva hebra.DNA polimerasa I – Elimina las bases mal pareadas (3’ – 5’) y

elimina los “primers” (5’ – 3’). DNA ligasa – Une los terminales 3’OH con los 5’PO4 de los

fragmentos de Okasaki (fragmentos de DNA de la hebradiscontinua)

Replicación de DNA



Replicación de DNA





Replicación de DNA

Autorreplicación semiconservativa

Luego de la replicación cada una de las dos nuevashélices va a poseer una hebra original y una copia.



Nucleosoma

unidades denucleoproteínasformadas cada una por

un cilindro corto dehistonas en forma dedisco envuelto enácido nucléico.

Formado por 8moléculas de histonasconocidas como H2A,H2B, H3 y H4.



Solenoide

anillos circulares ycontinuos formados

cada uno por seisnucleosomas



Cromatina

filamento de DNAy proteínas



Cromosomas Estructuras de varias

formas y tamañosformada pornucleoproteínas.

Nucleoproteínas – combinación de ácidonucléico y proteínas(histonas)

Formada por una ódos cromátidas(hermanas), unidas porun centrómero (DNAno está contraído).



Base molecular de la

herenciaGenes: son unidadeshereditarias que setransmiten de una

generación a otra,estos contieneninformación codificadapara la característica.

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