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1Osvaldo Graña, CNIO

Structural Biology and Structural Biology and Biocomputing ProgrammeBiocomputing Programme

Introducción a la biología molecular

Osvaldo Grañaograna@cnio.es

Unidad de Bioinformática (CNIO)UBio@CNIO

Facultade de Informática, OurenseMaio 2008

DNA• 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 losorganismos vivos y algunos virus.

• Químicamente el DNA es un polímero de unidades simples que se llaman nucleótidos. Enel DNA un nucleótido consta de una base nitrogenada (A, G, T ó C), un esqueleto deazúcar (desoxirribosa), y los grupos fosfato unidos mediante enlaces fosfodiéster.

• Bases nitrogenadas: Adenina (A), Guanina (G), Timina (T), Citosina ( C) y Uracilo (U).

DNAFormación de un nucléotido

DNA: RNA:A, G, T, C A, G, C, UDesoxirribosa Ribosa

DNA• 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 podríaaparearse con cualquier pirimidina, los apareamientos AT y CG son los idóneos, mientrasque los AC y GT son improbables debido a la química de las bases.

DNADoble hebra de DNA

surco mayor y James Watson

surco menor yFrancis Crick (1953)

DNAEstructuras 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 porWatson y Crick: La hélice completa una vuelta cada 10.4 pares de basesaproximadamente, con un diámetro de 2.37 nm.

• La forma A (figura izquierda) se da en bajas condiciones de sal, no se ha encontrado encondiciones fisiológicas.

• La forma Z (figura derecha) se ha encontrado en zonas ricas en pares de bases GC.

• El DNA dentro de las células se empaqueta en los cromosomas.

DNACromatina, 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) Cromatinacondensada durante la profase (dos copias de DNA están presentes). (5) Cromosomadurante la metafase.

DNAVídeo que resume lo visto hasta ahorahttp://www.youtube.com/watch?v=Nmm6Pgh6Kl4

Cariotipo: ordenamiento de los cromosomas deuna célula metafásica de acuerdo a su tamaño y Cromosomas humanosmorfología.

Ejemplo de un cariotipofemenino (2 cromosomasX).

DNA y genesGen• 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.

DNA y genesTipica estructura de un gen (ecuariota)

BDs donde encontrar las secuencias de DNA de los organismos secuenciados y de genes

• Entrez Genome: http://www.ncbi.nlm.nih.gov/sites/entrez?db=genome• Entrez Gene: http://www.ncbi.nlm.nih.gov/sites/entrez?db=gene

RNADel DNA al RNALa secuencia de DNA se copia a RNA, dando lugar al RNA mensajero (mRNA).

RNARNAEl 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).

RNATipos de RNAmRNA (RNA mensajero): transporta la información genética desde el DNA a los ribosomas,

orgánulos celulares responsables de la síntesis de proteínas. La secuencia de nucleótidosdel 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 alas cadenas polipeptídicas crecientes durante la síntesis de proteínas.

RNA viral: los “virus de RNA” poseen genomas compuestos de RNA, además de una variedadde 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 otrosgenes. Un ejemplo serían los mRNA.

RNAImagen de un tRNA y su estructura secundaria de doble hebra.

RNATranscripción: Mecanismo a partir del cual el DNA se copia a RNA. Este proceso está dirigido

por la RNA polimerasa.

RNAMediante 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

RNALa 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 61codifican para los 20 distintos aminoácidos. Como distintos codones codifican para unmismo aminoácido, se dice que el código genético está degenerado.

AminoácidosEstructura básica de un aminoácido

Tabla de los 20 aminoácidos principales

AminoácidosImagen que muestra la estructura de los 20 aminoácidos principales

Del mRNA a la proteína: TraducciónTraducción: del mRNA a la proteína

Varios ribosomas pueden progresarrsobre la misma cadena de mRNA ,cada uno sintetizando una secuenciade proteína. Estos clusters de síntesisse llaman polisomas.

http://www.youtube.com/watch?v=NJxobgkPEAo

ProteínasEstructuras 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 establecomo las hélices y las betas.

• Estructura 3aria: plegamiento espacial

ProteínasVídeo que resume las distintas estructuras de las proteínas:http://www.youtube.com/watch?v=lijQ3a8yUYQ

Estructuras terciarias o “nativas”de algunas proteínas

ProteínasBD más popular de secuencias de proteínas:

29-Apr-2008: 366226 secuenciashttp://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

Dogma central de la biología molecular

Proteína

Muchas gracias

Osvaldo Grañaograna@cnio.es

Unidad de Bioinformática (CNIO)UBio@CNIO

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