Cap.11:   Genes: Estructura y Replicación  Prof. Aida L. Méndez Biol 3705
Objetivos <ul><li>Al terminar de discutir este capítulo, el estudiante estará capacitado para: </li></ul><ul><li>Describir...
Genética <ul><li>Estudio de estructura y función del genoma de los organismos; estudio de la herencia </li></ul><ul><li>El...
Dogma Central <ul><li>DNA= almacena información genética, controla procesos celulares </li></ul><ul><li>RNA= permite la ex...
Dogma Central Prof. Aida L. Méndez UPR-Aguadilla Central Dogma Review                                                     ...
Genoma <ul><li>Suma total de todo el material genético de la célula, se compone exclusivamente de DNA exepto en virus que ...
Nucleosoma-eucariota: DNA + histonas Prof. Aida L. Méndez UPR-Aguadilla
Genes <ul><li>Unidad de herencia para un rasgo </li></ul><ul><ul><li>lugar en el cromosoma con información para cierta fun...
Estructura Gen Procariota <ul><li>Prokaryootic Gene Structure   </li></ul>Prof. Aida L. Méndez UPR-Aguadilla Prokaryootic ...
DNA-Acido Desoxiribonucleico <ul><li>Macromolécula compuesta por nucleótidos (consiste de 3 partes: fosfato, azúcar y base...
The Organization of DNA in Cells <ul><li>In all  Archaea  and most bacteria DNA is a circular double helix </li></ul><ul><...
DNA Forms Prof. Aida L. Méndez UPR-Aguadilla Figure 11.8
DNA <ul><li>Bases nitrogenadas son complementarias </li></ul><ul><ul><li>Adenina  parea con timina a través de 2 enlaces d...
DNA <ul><li>Cadenas se separan por los enlaces de H y cada una sirve de molde o templado para que se sintetice la otra ban...
DNA <ul><li>Distancia entre pares de bases= 0.34 nm </li></ul><ul><li>Cada par de bases rota 36 grados alrededor cilindro ...
Rosalind Franklin <ul><li>Rosalind  Frnklin murió en Londres el 16 de abril de 1958. </li></ul>Prof. Aida L. Méndez UPR-Ag...
Rosalind Franklin <ul><li>aportación </li></ul><ul><li>Rosalind Franklin obtuvo una fotografía de difracción de rayos X qu...
DNA <ul><li>Dilucidada por </li></ul><ul><li>Watson y Crick-1953 </li></ul><ul><li>Usaron inf. De  </li></ul><ul><li>Otros...
Eucaryotic DNA Organization <ul><li>DNA is more highly organized in  eucaryotic chromatin  where it is associated with  hi...
Replicación DNA <ul><li>semiconservativa </li></ul>Prof. Aida L. Méndez UPR-Aguadilla
Bases Nitrogenadas Prof. Aida L. Méndez UPR-Aguadilla
Prof. Aida L. Méndez UPR-Aguadilla
Flow of Genetic Information in Cells Prof. Aida L. Méndez UPR-Aguadilla Figure 11.4
Replicación DNA- duplicación  <ul><li>Incluye más de 30 enzimas, proceso complejo </li></ul><ul><li>requiere que el DNA se...
Banda 5’ 3’ <ul><li>Nucleótidos llegan como trifosfatos y se añaden como monofosfatos </li></ul>Prof. Aida L. Méndez UPR-A...
Replicación DNA- procariotas Prof. Aida L. Méndez UPR-Aguadilla
DNA Replication <ul><li>in  most procaryotes </li></ul><ul><ul><li>bidirectional from a single origin of replication </li>...
Inicio Replicación <ul><li>2 tenedores replicación salen del lugar replicación (origen) hasta copiar al “replicón” </li></...
Eucaryotic DNA Replication  <ul><li>eucaryotic DNA is ~1,400 times longer than procaryotic DNA and is linear </li></ul><ul...
Etapas Replicación DNA <ul><li>Lugar de inicio- replicón - con una configuración  palindrómica </li></ul><ul><li>Enzimas: ...
Replicación DNA <ul><li>3. DNA  girasa  –es topoisomerasa remueve areas supertorcidas en replicación </li></ul><ul><li>4.“...
Replicación DNA <ul><li>5. enzima DNA polimerasa III  (lado continuo-”leading”, 5’ – 3’)- comienza a colocar nucleótidos s...
Replicación DNA <ul><li>7.  DNA polimerasa I  -  remueve RNA primers usados al inicio de sintesis y los sustituye por DNA ...
Bacterial DNA Replication <ul><li>helicases, topoisomerases   and DNA polymerase III are part of the  replisome </li></ul>...
Replicación DNA Prof. Aida L. Méndez UPR-Aguadilla
Completion of lagging strand synthesis Prof. Aida L. Méndez UPR-Aguadilla Figure 11.18
Replicación DNA Prof. Aida L. Méndez UPR-Aguadilla
Replicación DNA Prof. Aida L. Méndez UPR-Aguadilla
DNA Prof. Aida L. Méndez UPR-Aguadilla
DNA----> RNA <ul><li>DNA tiene que descifrarse en procesos  de control celular. Lo hace  transcribiendo  el DNA en RNA que...
Comparación DNA-RNA <ul><li>DNA </li></ul><ul><li>azúcar-desoxiribosa </li></ul><ul><li>banda doble </li></ul><ul><li>base...
Prof. Aida L. Méndez UPR-Aguadilla
Referencias <ul><li>http://www.cs.uni.edu/~fienup/cs188s05/lectures/lec23_4-12-05.htm </li></ul><ul><li>http://www.biology...
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Cap 11 genetica

  1. 1. Cap.11: Genes: Estructura y Replicación Prof. Aida L. Méndez Biol 3705
  2. 2. Objetivos <ul><li>Al terminar de discutir este capítulo, el estudiante estará capacitado para: </li></ul><ul><li>Describir lo que es un cromosoma, genes y los ácidos nucleicos. </li></ul><ul><li>Mencionar la composición y organización del DNA y RNA </li></ul><ul><li>Señalar el proceso de replicación del DNA. </li></ul>Prof. Aida L. Méndez UPR-Aguadilla
  3. 3. Genética <ul><li>Estudio de estructura y función del genoma de los organismos; estudio de la herencia </li></ul><ul><li>El material genético es el responsable de la herencia y entonces se duplicará para que cada célula hija pueda funcionar normalmente </li></ul><ul><li>Algunos cambios favorecen evolución </li></ul>Prof. Aida L. Méndez UPR-Aguadilla
  4. 4. Dogma Central <ul><li>DNA= almacena información genética, controla procesos celulares </li></ul><ul><li>RNA= permite la expresión de la información genética, de manera que enzimas y otras proteinas se puedan manufacturar </li></ul><ul><li>Estudio síntesis DNA, RNA y proteínas pertenece a la genética y biología molecular </li></ul><ul><li>Dogma central= procesos por el cual DNA  RNA-  proteinas, información conservada en las formas con vida </li></ul>Prof. Aida L. Méndez UPR-Aguadilla
  5. 5. Dogma Central Prof. Aida L. Méndez UPR-Aguadilla Central Dogma Review                                                                                                                                                                  
  6. 6. Genoma <ul><li>Suma total de todo el material genético de la célula, se compone exclusivamente de DNA exepto en virus que puede ser DNA o RNA </li></ul><ul><ul><li>incluye cromosoma(s) </li></ul></ul><ul><ul><li>plásmidos (en bacterias y hongos) </li></ul></ul><ul><ul><li>organelos celulares (mitocondrio y cloroplasto) </li></ul></ul><ul><li>Varia en tamaño: virus=4-5 genes </li></ul>Prof. Aida L. Méndez UPR-Aguadilla
  7. 7. Nucleosoma-eucariota: DNA + histonas Prof. Aida L. Méndez UPR-Aguadilla
  8. 8. Genes <ul><li>Unidad de herencia para un rasgo </li></ul><ul><ul><li>lugar en el cromosoma con información para cierta función celular </li></ul></ul><ul><ul><li>segmento de DNA con información para sintetizar una proteina o molécula de RNA (t,r) </li></ul></ul><ul><ul><li>Secuencia de nucleótidos que cdifica para un polipeptido, tRNA, rRNA </li></ul></ul><ul><ul><li>Mayoria genes procarioticos tienen 4 partes: </li></ul></ul><ul><ul><li>promotor, lider ,region codificadora y “trailer” </li></ul></ul>Prof. Aida L. Méndez UPR-Aguadilla
  9. 9. Estructura Gen Procariota <ul><li>Prokaryootic Gene Structure </li></ul>Prof. Aida L. Méndez UPR-Aguadilla Prokaryootic Gene Structure                                                                                                                                                                      
  10. 10. DNA-Acido Desoxiribonucleico <ul><li>Macromolécula compuesta por nucleótidos (consiste de 3 partes: fosfato, azúcar y base nitrogenada) </li></ul><ul><li>Existen 2 tipos de bases nitrogenadas </li></ul><ul><ul><li>purinas-tienen 2 anillos(adenina y guanina)] </li></ul></ul><ul><ul><li>pirimidinas-tienen 1 anillo (citosina y timina) </li></ul></ul><ul><li>Enlace fosfato-azucar es fosfodiester (carbonos 3 y 5) </li></ul>Prof. Aida L. Méndez UPR-Aguadilla
  11. 11. The Organization of DNA in Cells <ul><li>In all Archaea and most bacteria DNA is a circular double helix </li></ul><ul><li>Further twisting results in supercoiled DNA </li></ul><ul><ul><li>In bacteria the DNA is associated with basic proteins </li></ul></ul><ul><ul><ul><li>Help organize the DNA into a coiled chromatin like structure </li></ul></ul></ul>Prof. Aida L. Méndez UPR-Aguadilla
  12. 12. DNA Forms Prof. Aida L. Méndez UPR-Aguadilla Figure 11.8
  13. 13. DNA <ul><li>Bases nitrogenadas son complementarias </li></ul><ul><ul><li>Adenina parea con timina a través de 2 enlaces de hidrógenos (A=T) </li></ul></ul><ul><ul><li>Guanina parea con citosina a través de 3 enlaces de H (C= G) </li></ul></ul><ul><li>Es una doble banda que corre antiparalela (dirección 5’ - 3’ en un lado y el otro va 3’ - 5’) </li></ul>Prof. Aida L. Méndez UPR-Aguadilla
  14. 14. DNA <ul><li>Cadenas se separan por los enlaces de H y cada una sirve de molde o templado para que se sintetice la otra banda. El genoma lleva la clave de cómo será el organismo en el orden preciso de las bases nitrogenadas </li></ul><ul><li>Tamaño procariotas: E. coli =1,300 um largo </li></ul><ul><li>Eucariota= 46 cromosomas= 1.8 m (1,400 veces mas largo) </li></ul>Prof. Aida L. Méndez UPR-Aguadilla
  15. 15. DNA <ul><li>Distancia entre pares de bases= 0.34 nm </li></ul><ul><li>Cada par de bases rota 36 grados alrededor cilindro respecto al par adyacente </li></ul><ul><li>Hay 10 pares de bases por vuelta en espiral (largo de 3.4 nm) </li></ul><ul><li>Helice es hacia lado derecho, rota en contra de manecillas del reloj </li></ul><ul><li>Distancia transversal de un lado a otro de la doble helice = 2.0 nm </li></ul>Prof. Aida L. Méndez UPR-Aguadilla
  16. 16. Rosalind Franklin <ul><li>Rosalind Frnklin murió en Londres el 16 de abril de 1958. </li></ul>Prof. Aida L. Méndez UPR-Aguadilla ROSALIND ELSIE FRANKLIN Biología Inglaterra 1920 - 1958 Rosalind nació en Inglaterra el 25 de julio de 1920. Rosalind Franklin se graduó de la universidad de Cambridge en 1941, no sin antes salvar la oposición paterna. Hizo estudios fundamentales de microestructuras del carbón y del grafito y este trabajo fue la base de su doctorado en química física, que obtuvo en la universidad de Cambridge en 1945.
  17. 17. Rosalind Franklin <ul><li>aportación </li></ul><ul><li>Rosalind Franklin obtuvo una fotografía de difracción de rayos X que reveló, de manera inconfundible, la estructura helicoidal de la molécula del DNA. Esa imagen, conocida hoy como la famosa fotografía 51, fue un respaldo experimental crucial </li></ul><ul><li>Difracción de rayos X </li></ul>Prof. Aida L. Méndez UPR-Aguadilla
  18. 18. DNA <ul><li>Dilucidada por </li></ul><ul><li>Watson y Crick-1953 </li></ul><ul><li>Usaron inf. De </li></ul><ul><li>Otros cientificos </li></ul><ul><ul><li>R. Franklin </li></ul></ul><ul><li>Recibieron Nobel </li></ul><ul><li>1962, Watson,Crick </li></ul><ul><li>y Wilkins </li></ul>Prof. Aida L. Méndez UPR-Aguadilla
  19. 19. Eucaryotic DNA Organization <ul><li>DNA is more highly organized in eucaryotic chromatin where it is associated with histones , small basic proteins </li></ul><ul><li>The combination of DNA and proteins is called a nucleosome </li></ul><ul><li>Archae DNA structure is similar to that of eucaryotic cells </li></ul>Prof. Aida L. Méndez UPR-Aguadilla
  20. 20. Replicación DNA <ul><li>semiconservativa </li></ul>Prof. Aida L. Méndez UPR-Aguadilla
  21. 21. Bases Nitrogenadas Prof. Aida L. Méndez UPR-Aguadilla
  22. 22. Prof. Aida L. Méndez UPR-Aguadilla
  23. 23. Flow of Genetic Information in Cells Prof. Aida L. Méndez UPR-Aguadilla Figure 11.4
  24. 24. Replicación DNA- duplicación <ul><li>Incluye más de 30 enzimas, proceso complejo </li></ul><ul><li>requiere que el DNA se desdoble </li></ul><ul><li>separar bandas a través de enlaces de H, las cuales servirán de templados para la sintesis de bandas nuevas </li></ul><ul><li>Esta replicación es semiconservativa - cada banda nueva se compone de 1 nueva y 1 vieja </li></ul>Prof. Aida L. Méndez UPR-Aguadilla
  25. 25. Banda 5’ 3’ <ul><li>Nucleótidos llegan como trifosfatos y se añaden como monofosfatos </li></ul>Prof. Aida L. Méndez UPR-Aguadilla
  26. 26. Replicación DNA- procariotas Prof. Aida L. Méndez UPR-Aguadilla
  27. 27. DNA Replication <ul><li>in most procaryotes </li></ul><ul><ul><li>bidirectional from a single origin of replication </li></ul></ul><ul><ul><li>Some Archae have more than one origin </li></ul></ul>Prof. Aida L. Méndez UPR-Aguadilla Figure 11.11
  28. 28. Inicio Replicación <ul><li>2 tenedores replicación salen del lugar replicación (origen) hasta copiar al “replicón” </li></ul><ul><ul><li>Porción del genoma con el origen es una unidad </li></ul></ul><ul><li>Eucariotas- tenedores de replicación cada 10-100 um </li></ul>Prof. Aida L. Méndez UPR-Aguadilla
  29. 29. Eucaryotic DNA Replication <ul><li>eucaryotic DNA is ~1,400 times longer than procaryotic DNA and is linear </li></ul><ul><li>many replication forks are used simultaneously with many replicons present </li></ul>Prof. Aida L. Méndez UPR-Aguadilla Figure 11.13a
  30. 30. Etapas Replicación DNA <ul><li>Lugar de inicio- replicón - con una configuración palindrómica </li></ul><ul><li>Enzimas: </li></ul><ul><ul><li>1. helicasa -desenrosca y separa la doble banda a través de los enlaces H </li></ul></ul><ul><ul><ul><li>Velocidad en procariotas = 750-1000 pares de bases (pb) por segundo, consume ATP </li></ul></ul></ul><ul><ul><ul><li>Eucariotas = 50-100 pb/sec </li></ul></ul></ul><ul><ul><li>2. topoisomerasas -despues helicasas, alteran estruct. DNA temporeramente </li></ul></ul>Prof. Aida L. Méndez UPR-Aguadilla
  31. 31. Replicación DNA <ul><li>3. DNA girasa –es topoisomerasa remueve areas supertorcidas en replicación </li></ul><ul><li>4.“ Single stranded DNA binding protein” – SSBP </li></ul><ul><ul><li>Mantiene 2 bandas abiertas y separadas </li></ul></ul><ul><li>DNA polimerasa III – complejo con 10 proteinas, también hace “proofreading” </li></ul>Prof. Aida L. Méndez UPR-Aguadilla
  32. 32. Replicación DNA <ul><li>5. enzima DNA polimerasa III (lado continuo-”leading”, 5’ – 3’)- comienza a colocar nucleótidos siguiendo el templado, ésta cubre el tenedor de replicación y añade nucleótidos en forma de monofosfatos </li></ul><ul><li>6. primasa - polimerasa sintetiza RNA primer (cadena corta de nucleotidos-10- de RNA) que se colocan en la iniciación </li></ul><ul><ul><li>Lado de replicación (3’ – 5’), es discontinuo (“Lagging”, en fragmentos </li></ul></ul><ul><ul><li>Comienza con RNA primer (10 nucleotidos) y luego se sustituyen por DNA </li></ul></ul>Prof. Aida L. Méndez UPR-Aguadilla
  33. 33. Replicación DNA <ul><li>7. DNA polimerasa I - remueve RNA primers usados al inicio de sintesis y los sustituye por DNA (fragmentos Okasaki)- sintetizados por DNA polimerasa III </li></ul><ul><li>8. DNA ligasa- une las bandas “lagging”, discontinuas, formando enlaces fosfodiester usando energia de NAD y/o ATP </li></ul><ul><li>Proceso complejo, requiere exactitud </li></ul><ul><ul><li>DNA polimerasa III hace “proof reading”- eliminar errores </li></ul></ul>Prof. Aida L. Méndez UPR-Aguadilla
  34. 34. Bacterial DNA Replication <ul><li>helicases, topoisomerases and DNA polymerase III are part of the replisome </li></ul><ul><li>The lagging strand is synthesized in short fragments called Okazaki fragments </li></ul><ul><li>A new primer is needed for the synthesis of each Okazaki fragment </li></ul>Prof. Aida L. Méndez UPR-Aguadilla Figure 11.16
  35. 35. Replicación DNA Prof. Aida L. Méndez UPR-Aguadilla
  36. 36. Completion of lagging strand synthesis Prof. Aida L. Méndez UPR-Aguadilla Figure 11.18
  37. 37. Replicación DNA Prof. Aida L. Méndez UPR-Aguadilla
  38. 38. Replicación DNA Prof. Aida L. Méndez UPR-Aguadilla
  39. 39. DNA Prof. Aida L. Méndez UPR-Aguadilla
  40. 40. DNA----> RNA <ul><li>DNA tiene que descifrarse en procesos de control celular. Lo hace transcribiendo el DNA en RNA que a su vez se traduce en proteinas. Existen exepciones a este principio en los virus. </li></ul><ul><li>El contenido genético del organismo es el genotipo y la expresión observable del genotipo es el fenotipo </li></ul>Prof. Aida L. Méndez UPR-Aguadilla
  41. 41. Comparación DNA-RNA <ul><li>DNA </li></ul><ul><li>azúcar-desoxiribosa </li></ul><ul><li>banda doble </li></ul><ul><li>bases: timina, citosina, guanina y adenina </li></ul><ul><li>RNA </li></ul><ul><li>azúcar-ribosa </li></ul><ul><li>banda sencilla </li></ul><ul><li>bases: uracil, citosina, guanina y adenina </li></ul>Prof. Aida L. Méndez UPR-Aguadilla
  42. 42. Prof. Aida L. Méndez UPR-Aguadilla
  43. 43. Referencias <ul><li>http://www.cs.uni.edu/~fienup/cs188s05/lectures/lec23_4-12-05.htm </li></ul><ul><li>http://www.biologyreference.com/Ce-Co/Control-of-Gene-Expression.html </li></ul><ul><li>http://images2.clinicaltools.com/PageReq?id=565:1873 </li></ul>Prof. Aida L. Méndez UPR-Aguadilla

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