Tema_2

Tema 2
DNA: el material genético
Naturaleza química del DNA
Estructura del DNA
Propiedades físico-químicas del DNA

Características del material genético
El material genético debe contener información compleja
El material genético debe poder replicarse fielmente
La información del material genético debe poder expresarse
El material genético debe tener la capacidad de cambiar
1869. Friedrich Miescher aisla una sustancia ácida y rica en fósforo a partir de núcleos de
linfocitos que denomina “nucleína” (DNA). Más tarde se renombró como ácido nucleico.
Hacia 1887 se reconoce que el núcleo celular es la base física de la herencia.
1910. Levene propone la teoría del tetranucleótido.
1928. Fredrick Griffith introduce la idea de “principio transformante”.

El principio de transformación de Griffith
Griffith aisló varias estirpes diferentes de Streptococcus
pneumoniae (tipos I, II, III, etc)
Las colonias de estirpes virulentas tenían un aspecto liso
(smooth, S) en medio sólido, mientras que las estirpes no
virulentas tenían un aspecto rugoso (R).
Existía un principio de transformación que la estirpe IIR habría adquirido de las bacterias IIIS muertas

Naturaleza química del principio de transformación
Experimentos de Avery, MacLeod y McCarty (1944)

El DNA es el material genético
Experimentos de Hersey y Chase (1952)
Los fagos T2 se unen a la pared bacteriana, infectan a las bacterias y posteriormente se liberan
nuevos fagos.
¿Qué se transmite a los nuevos fagos, el DNA o las proteínas?

El DNA es el material genético
Experimentos de Hersey y Chase (1952)
El DNA se transmite a la descendencia

Naturaleza química del DNA
El DNA es un polímero de nucleótidos.
Un nucleótido está formado por una pentosa,
una base nitrogenada y un grupo fosfato.

Naturaleza química del DNA
Las bases nitrogenadas están unidas al carbono 1’ de la pentosa mediante un enlace covalente.
La conbinación de una base y un
azúcar se denomina nucleósido.
La adición de un grupo fosfato al
carbono 5’ de la pentosa da lugar a
un nucleótido.

Naturaleza química del DNA
Los nucleótidos se unen entre sí mediante
enlaces fosfodiéster entre el grupo fosfato de
un nucleótido y el carbono 3’ de la pentosa del
siguiente nucleótido.
Un polímero de nucleótidos (una hebra de
DNA) tiene siempre un extremo 5’-fosfato y un
extremo 3’-hidroxilo.

Las reglas de Chargaff
Entre 1949 y 1953, Erwin Chargaff estudió las proporciones
de las cuatro bases nitrogenadas en muestras de DNA de
diferentes organismos.
En el DNA bicatenario las proporciones A:T y G:C son
siempre igual a 1.
La suma de purinas (A+G) es igual a la suma de pirimidinas
(C+T).
El porcentaje (G+C) ó (A+T) varía entre diferentes especies.

Las reglas de Chargaff

La doble hélice
Wilkins y Franklin estudiaron la estructura tridimensional del DNA mediante el análisis de los
patrones de difracción de rayos X.

La doble hélice
Watson y Crick reunieron toda la información
disponible sobre la química del DNA y se basaron
en los espectros de difracción de rayos X obtenidos
por Wilkins y Franklin.
Construyeron modelos moleculares de
alambre que fueran compatibles con los
principios químicos y las imágenes de rayos X.
“This structure has
novel features which
are of considerable
biological interest”

Estructura tridimensional del DNA
El modelo de Watson y Crick consiste en
una doble hélice dextrógira que contiene
azúcares y fosfatos en su exterior y bases
nitrogenadas en su interior.
Las dos cadenas de nucleótidos corren en
direcciones opuestas: son antiparalelas.
Las cadenas se mantienen unidas
mediante dos tipos de fuerzas
moleculares: los puentes de hidrógeno
que unen las cadenas opuestas y los
enlaces fosfodiester que conectan el
azucar con los grupos fosfato adyacentes.
Las dos cadenas del DNA son
complementarias. La adenina solo se
aparea con la timina y la guanina se
aparea con la citosina. VIDEO

Estructura tridimensional del DNA

Estructura tridimensional del DNA
La estructura descrita por Watson y Crick se
denomina B-DNA. Esta estructura es la más
estable y la más abundante en las células.
Otra estructura que puede tomar el DNA se
llama A-DNA. Se adquiere cuando hay menos
agua y es también una hélice dextrógira.
Cuando hay secuencias ricas en G y C la doble
hélice puede formar otra estructura que se
llama Z-DNA. Se trata de una hélice levógira.

Propiedades físico-químicas del DNA
Absorción de luz ultravioleta a 260nm
El DNA muestra un máximo de
absorción de luz ultravioleta a 260nm.
Efecto hipercrómico
Una solución de DNA bicatenario
incrementa la absorción de luz UV a
medida que se desnaturaliza por calor.
La temperatura en la que el 50% del
DNA está en forma de cadena sencilla
se denomina Temperatura media de
fusión (Tm).

Propiedades físico-químicas del DNA
Cinéticas de reasociación
El DNA desnaturalizado puede reconstituir la
doble hélice cuando se enfría la solución de
DNA; es decir, las dos hebras pueden
renaturalizarse. Esta propiedad suministra la
base para técnicas analíticas importantes.

Propiedades físico-químicas del DNA
Carga neta negativa del DNA

Lectura recomendada
original papers
“Se ha escrito tanto sobre nuestro descubrimiento de la
doble hélice que me es difícil añadir algo a lo ya dicho”,
Francis Crick
“El descubrimiento de la doble hélice del DNA, uno de los
descubrimientos más importantes de la historia”,
Linus Pauling
NATURE | VOL 421 | 23 JANUARY 2003 | www.nature.com/nature 397
© 2003 Nature Publishing Group