NATURALEZA DEL GENOMA

1. NATURALEZA DEL GENOMA Maestría en Criminalística Ministerial Química del Gen Organización del Genoma

2. Caricatura del Proyecto realizado por Gregorio Mendel

3. Herencia Mendeliana • La ciencia de la genética inició con los trabajos de Gregorio Mendel alrededor de 1860. EL laboratorio fue un pequeño jardín en un monasterio. • Su objetivo era determinar el patrón de transmisión de las características hereditarias.

4. Características estudiadas • Su trabajo consistió en aparear plantas con diferentes características fenotípicas: • Altura de la planta • Color de la semilla • Forma de la semilla • Color de las flores • Posición de la flor • Color de la vaina • Forma de la vaina

5. … Características

6. Conclusiones deGregorio Mendel • Las características son dominadas por “factores” de herencia, los cuales más tarde llamó GENES. • Cada gen tiene dos formas o ALELOS que provienen de cada uno de los progenitores definiendo la DOMINANCIA Y RECESIVIDAD. • Cada gameto producido por una planta sólo contenía una copia del gen correspondiente a cada rasgo. Cada planta se originaba de un Alelo masculino y un Alelo femenino

7. … Conclusiones Mendel • En cada planta los alelos de cada gen permanecen unidos pero se segregan durante la formación de los gametos. “LEY DE LA SEGREGACIÓN” • La separación del par de alelos de un gen es independiente de la separación de alelos para otro rasgo. Por ejm un gameto puede recibir un gen paterno que controla el color de la semilla y uno materno que controla la forma de la misma. “LEY DE LA PERMUTACIÓN INDEPENDIENTE” (GAMETOS)

8. Razón genotípica 1/4 AA 1/2 Aa 1/4 aa 1/2 A 1/2 a 1/2 A AA Aa Razón fenotípica 3/4 A- 1/4 aa aa Aa 1/2 a … Ley de la Segregación Los alelos de un gen están juntos y se segregan para la formación de los gametos

9. 1/4 AB 1/4 Ab 1/4 aB 1/4 ab AABB AAbB AaBb AaBb 1/4 AB 1/4 Ab AABb AAbb AabB Aabb 1/4 aB AaBB AaBb aaBB aaBb 1/4 ab AaBb Aabb aaBb aabb … Ley de la Permutación Independiente Razón genotípica AABB Aabb aaBB 1/16:1/16:1/16: aabb AaBb AABb 1/16:4/16:2/16: aaBb AaBB Aabb 2/16:2/16:2/16 Razón fenotípica 9/16 A-B- 3/16 A-bb 3/16 aaB- 1/16 aabb

10. Naturaleza Química del Gen

11. … Naturaleza • Los genetistas clásicos descubrieron las reglas que gobiernan la transmisión de características genéticas y la relación entre genes y cromosomas

12. … Naturaleza • Miescher: médico suizo que estudió la química de los núcleos; trabajó con leucocitos y los trató con HCl y enzimas para obtener los “núcleos”. Una vez con los núcleos los trató con un álcali, los purificó con un ácido diluido y luego precipitó la sustancia con otro álcali. A la sustancia precipitada la llamó “NUCLEINA”. • El mismo trabajó lo realizó con espermas de salmón. El término ácido nucleico lo acuñó R. Altman (1889), alumno de Miescher quien trabajó en la purificación del ácido a partir de varios tejidos animales y levaduras

13. … Naturaleza • Levene: químico ruso que trabajó sobre la química de la molécula y la naturaleza de sus componentes. Introdujo Nucleína en el estómago de un perro y con los resultados obtenidos concluyó en 1929 que el azúcar que formaba el ácido nucleico era la 2-desoxirribosa. • También defendió la postura de que el DNA estaba formado por bloques de 4 nucleótidos repetidos en forma monótona

14. … Naturaleza • Avery, MacLeod y McCarty: trabajaron en la transformación de los neumococos y llegaron a la conclusión que los genes estaban constituidos por DNA y no por proteínas • Genes = DNA

15. …Diseño experimental

16. … Naturaleza • Alfred Hershey y Martha Chase : en 1950 trabajaron con bacteriófagos observando que al inyectar el DNA del virus, las bacterias eran capaces de dirigir la formación de partículas virales en la célula infectada. • DNA virus- 32P • Proteínas-35S • Observaron que lo que entraba a las bacterias era DNA y no las proteínas. Concluyeron que era el DNA el que se transmitía de generación en generación

17. … Diseño experimental

18. Hasta el momento, se sabía que. • La nucleína era ácida y estaba en los núcleos celulares = Miescher y Altman • Que el azúcar del ácido nucleico era la desoxiribosa: DesoxiriboNucleic Acid = Levene • El DNA es el factor transformante Genes=DNA • EL DNA es el factor hereditario • … Sólo faltaba la estructura conformacional de la molécula !!!

19. Otros datos… “Reglas de Chargaff” • E. Chargaff y cols.: estudiaron la composición en bases del DNA y dedujeron. • La composición de las bases del DNA varía con la especie • Las muestras aisladas de diferentes tejidos de una misma especie tiene la misma composición en bases • La composición en bases del DNA no varía con la edad, con el estado nutricional ni con las variaciones del entrono

20. … E. Chargaff • El no. de Adeninas = Timinas y el no. de Guaninas = Citocinas. Queda claro que la suma de purinas = pirimidinas • La composición en bases del DNA puede utilizarse para clasificar a los organismos • ¿ Existe un nivel organizacional de la molécula?

21. Linus Pauling L. Pauling • Linus Pauling describió de manera exacta (años 50´s) la hélice alfa de las cadenas polipeptídicas de las proteínas fibrosas y de allí surgió la inquietud de analizar por Rayos X la estructura del DNA

22. Interpretación del patrón difracción de rayos X del DNA Rosalind E. Franklin R. Franklin • R. Franklin y cols observaron que el purificado de DNA era una estructural helicoidal y que las bases de encuentran estrechamente apiladas en sentido perpendicular al eje de la fibra. Así mismo existían 2 periodicidades: una de 0.34nm y otra de 3.4 nm

23. … R. Franklin • La cruz central de la radiografía es característica de una estructura helicoidal, mientras que los arcos marcados sobre los meridianos surgen por la acumulación de las bases apareadas que están separadas 3.4 Å Difracción de Rayos X de DNA extraído de Timo de ternera

24. Propuestas de Watson y Crick • Basándose en los datos de Chargaff y los de difracción de rayos X de Franklin, propusieron un modelo que explicaba las propiedades físicas y químicas descritas y además un mecanismo por medio del cual la información genética podía explicarse con exactitud.

25. …Modelo Watson y Crick • 2 cadenas dextrógiras de polinucleótidos • Antiparalelas y complementarias en forma de hélice • A=T y G= C • Por cada vuelta de la hélice existían 10 nucleótidos • Cada hebra era el molde de la secuencia de bases de la nueva hebra complementaria

26. 3 Conformaciones del DNA

27. Estructura del DNA • Las hebras están enrolladas en un eje común. • Las bases están orientadas hacia el interior de la molécula y los PO4 y los azúcares hacia el exterior • El diámetro de la hélice es de 20 Å y las bases adyacentes están separadas 3.4 Å a lo largo del eje

28. Propiedades del DNA Las disoluciones de moléculas nativas de DNA pequeñas o de fragmentos de grandes moléculas de DNA, pueden estudiarse fácilmente por métodos físico-químicos: • Propiedades ácido-base • Viscosidad • Desnaturalización

29. Los grupos PO4 en disolución se ionizan por completo y por lo tanto tienen un pH ácido. Dichos grupos tienen afinidad por cationes de Ca+2 y Mg+2. Debido a la rigidez de la doble hélice y la longitud del DNA en relación con su escaso diámetro, incluso las disoluciones muy diluidas de DNA son muy viscosas Ácido-base y Viscosidad

30. Desnaturalización • El DNA experimenta cambios a la exposición a pH´s extremos, temperatura, alcoholes, cetonas, urea y amidas. La viscosidad disminuye, la absorción a 260 nm aumenta, la rotación óptica se hace más negativa y la densidad de flotación aumenta. A este cambio se le llama desnaturalización y se debe a la ruptura de puentes de hidrógeno y las interacciones entre las bases. • El efecto hipercrómico se refiere al incremento de la absorción de luz a 260nm • A la desnaturalización por calor se le llama Fusión (TM).

31. … desnaturalización

32. Fracción reasociada Índice Cot Cinética de reasociación del DNA 3 Clases de Secuencias • Sec. Altamente repetidas: DNA satélite (5-100 pb), DNA minisatélite (15 pb) y DNA microsatélite (2-5 pb). 10 % del DNA total. * Zona centromérica *Transcripcionalmente inactiva *Eucariotes superiores algunas secuencias son móviles (transposones) • Sec. Moderadamente repetidas: secuencias ALU y L1 (RNA ribosomales). 20-80 % del DNA total. • Sec. Únicas: codifica para la mayor parte de las proteínas celulares. 80 – 20% del DNA total.

33. Antes pensábamos que nuestro futuro estaba en las estrellas. Ahora sabemos que está en nuestros genes. James Watson

34. Organización del Genoma

35. Organización • La longitud del DNA es mucho más grande de lo que es el compartimiento donde está contenido. • Los cromosomas eucarióticos están compuestos por un complejo DNA-proteínas organizado de manera compacta, lo cual permite que el DNA se almacene en el núcleo celular

36. Niveles de Organización • Doble hélice • Nucleosomas • Fibra de 30 nm = modelo Solenoide • Asas • Cromosomas

37. 1. Doble Hélice • Doble cadena de polinucleótidos con estructura secundaria de alfa hélice • Existe en forma de eucromatina (relajada y transcripcionalmente inactiva) y heterocromatina (condensada y activa transcripcionalmente el 10%) • La estabilidad se la otorgan los puentes de hidrógeno y proteínas que se unen a la molécula

38. 2. Nucleosomas • 1er nivel de empaquetamiento del DNA • Está compuesto por DNA y proteínas • Las proteínas que participan son las denominadas Histonas

39. … composición del nucleosoma

40. 3. Fibras de 30 nm

41. … Fibras de 10 y 30 nm

42. 4. Asas

43. …Asas

44. 5. Cromosoma • Nivel más alto de organización del DNA • Se observan al interrumpir la fase M • Se utiliza la tinción de Giemsa o de Feulgen para la observación del bandeo cromosómico (regiones ricas en A y T) • Constan de 3 regiones: brazo largo, centrómero y brazo corto.

45. Estudio de losCromosomas • Cromosoma = corpúsculo coloreado • Se utiliza la tinción de Giemsa • Hasta el momento se tiene el mapeo cromosómico y físico de varios genes humanos y de varios animales

46. Cariotipo humano