Información

9.7: Estructura del ADN - Biología

9.7: Estructura del ADN - Biología



We are searching data for your request:

Forums and discussions:
Manuals and reference books:
Data from registers:
Wait the end of the search in all databases.
Upon completion, a link will appear to access the found materials.

Los resultados del aprendizaje

Diagramar la estructura del ADN

Los componentes básicos del ADN son nucleótidos. Los componentes importantes de cada nucleótido son una base nitrogenada, desoxirribosa (azúcar de 5 carbonos) y un grupo fosfato (ver Figura 1). Cada nucleótido se nombra según su base nitrogenada. La base nitrogenada puede ser un purina, como adenina (A) y guanina (G), o un pirimidina, como citosina (C) y timina (T). El uracilo (U) también es una pirimidina (como se ve en la Figura 1), pero solo ocurre en el ARN, del que hablaremos más adelante.

Los nucleótidos se combinan entre sí mediante enlaces covalentes conocidos como enlaces fosfodiéster o vínculos. El residuo de fosfato está unido al grupo hidroxilo del carbono 5 'de un azúcar de un nucleótido y al grupo hidroxilo del carbono 3' del azúcar del siguiente nucleótido, formando así un enlace fosfodiéster 5'-3 '.

En la década de 1950, Francis Tortícolis y James Watson trabajaron juntos para determinar la estructura del ADN en la Universidad de Cambridge, Inglaterra. Otros científicos como Linus Pauling y Maurice Wilkins también estaban explorando activamente este campo. Pauling había descubierto la estructura secundaria de las proteínas mediante cristalografía de rayos X. En el laboratorio de Wilkins, la investigadora Rosalind Franklin estaba usando métodos de difracción de rayos X para comprender la estructura del ADN. Watson y Crick pudieron armar el rompecabezas de la molécula de ADN sobre la base de los datos de Franklin porque Crick también había estudiado la difracción de rayos X (Figura 2). En 1962, James Watson, Francis Crick y Maurice Wilkins recibieron el Premio Nobel de Medicina. Desafortunadamente, para entonces Franklin había muerto y los premios Nobel no se otorgan póstumamente.

Watson y Crick propusieron que el ADN se compone de dos hebras que se retuercen entre sí para formar un diestro hélice. Emparejamiento de bases tiene lugar entre una purina y pirimidina; a saber, A se empareja con T y G se empareja con C. La adenina y la timina son pares de bases complementarios, y la citosina y la guanina también son pares de bases complementarios. Los pares de bases están estabilizados por enlaces de hidrógeno; la adenina y la timina forman dos enlaces de hidrógeno y la citosina y la guanina forman tres enlaces de hidrógeno. Las dos hebras son anti-paralelol en la naturaleza; es decir, el extremo 3 'de una hebra mira hacia el extremo 5' de la otra hebra. El azúcar y el fosfato de los nucleótidos forman la columna vertebral de la estructura, mientras que las bases nitrogenadas se apilan en el interior. Cada par de bases está separado del otro par de bases por una distancia de 0,34 nm, y cada vuelta de la hélice mide 3,4 nm. Por lo tanto, están presentes diez pares de bases por vuelta de la hélice. El diámetro de la doble hélice de ADN es de 2 nm y es uniforme en toda su extensión. Solo el emparejamiento entre una purina y pirimidina puede explicar el diámetro uniforme. La torsión de las dos hebras entre sí da como resultado la formación de ranuras mayores y menores uniformemente espaciadas (Figura 3).


La estructura de una matriz de 6 nucleosomas unidos a H1 revela una conformación de fibra de cromatina de dos inicios sin torcer

La cromatina adopta una diversidad de estructuras de fibras regulares e irregulares in vitro e in vivo. Sin embargo, no se comprende bien cómo una matriz de nucleosomas se pliega y cambia entre diferentes conformaciones de fibra. Divulgamos la estructura cristalina de resolución de 9,7 Å de una matriz de 6 nucleosomas unida a la histona H1 del enlazador determinada en condiciones iónicas que favorecen la condensación incompleta de la cromatina. La estructura revela una hélice plana de dos inicios con interfaces uniformes de apilamiento de nucleosomas y una densidad de empaquetamiento de nucleosomas que es solo la mitad de la de una fibra retorcida de 30 nm. La huella de radicales hidroxilo indica que H1 se une a la matriz en una configuración de díada similar a la observada para los mononucleosomas. Los datos biofísicos, crio-EM y de reticulación validan la estructura cristalina y revelan que un cambio menor en el entorno iónico cambia el panorama conformacional a una forma más compacta y retorcida. Estos hallazgos proporcionan información sobre la plasticidad estructural de la cromatina y sugieren una posible vía de ensamblaje para una fibra de 30 nm.

Palabras clave: Matriz de nucleosomas de histonas de crio-EM de crio-EM de cromatina de fibra de 30 nm.


9.7: Estructura del ADN - Biología

* Relación de empaquetamiento = longitud del ADN o del complejo ADN / proteína en relación con la longitud original del ADN.

E. Modificaciones de histonas - ayuda a tensar o aflojar la cromatina

1. Las histonas tienen colas que sobresalen (vea el folleto 9B).

una. Son posibles muchas modificaciones diferentes de los aminoácidos en la cola: Por ejemplo, adición / eliminación de grupos acetato, metilo o fosfato a las cadenas laterales de AA.

B. Función reguladora: Las modificaciones de las histonas afectan al plegamiento de la cromatina y, por tanto, a la actividad de los genes.

una. Fosforilación de H1 ocurre en M cambios en la actividad quinasa y fosfatasa afectan el estado de las histonas y el plegamiento de la cromatina en paralelo con los cambios en las láminas.

B. Acetilación de lys cadenas laterales de histonas. Acetilación de histonas: cromatina más activa y suelta (ver artículos). La acetilación de H3 & amp H4 es más alta en cromatina activa.

C. Otras modificaciones , como la metilación, ocurren y se cree que también sirven para propósitos regulatorios. (Tanto el ADN como las histonas pueden metilarse).

Para revisar la estructura del nucleosoma, intente los problemas 4-1, 4-3 A, 4-4 A y 4-8 A.

IV. ¿La actividad genética se correlaciona con los estados de plegamiento de Euk? Cromatina? ¿Cómo probar?

A. Cromosomas politenos (Ver Becker Cap. 21 especialmente fig. 21-15 & amp 21-16) Caso de interés especial. No se cubrirá en la conferencia está aquí para su información.

1. Ventajas:

una. Caso especial donde muchas cromátidas - alrededor de 1000 - están alineadas con genes y bucles de cromatina alineados, por lo tanto, se pueden ver diferencias en el estado de plegado en un microscopio óptico.

B. Puede comparar cambios en el plegamiento de la cromatina y el nivel de transcripción (por incorporación de U marcado) en un solo tejido, ya que responde a hormonas que alteran la expresión génica.

2. Desventaja : No se pueden comparar regiones de cromatina activa / inactiva de muchos dif. tejidos.

3. Resultados: Las regiones activas (transcritas) son claramente más sueltas: los bucles individuales se estiran más. (Ver Becker)

B. Resultados del tratamiento con DNasa I (de cromosomas / cromatina ordinarios): ¿qué tan plegada está la eucromatina?

1. El problema - No toda la eucromatina se transcribe en una sola célula. ¿Está todo plegado en el mismo grado o no?

una. Toda la cromatina (eu) se ve más o menos igual en el microscopio óptico. Por lo tanto, son necesarios métodos indirectos (como el tratamiento con ADNasa) para probar el estado de plegamiento.

B. Uso de DNasas. Los estados de plegamiento de la cromatina (eu) a menudo se distinguen por los efectos del tratamiento con varios tipos de ADNasa. El estado de la cromatina (eu) determinará la sensibilidad relativa del ADN (mientras aún se encuentra en cromatina) a la degradación por diversas ADNasas. El ADN que se encuentra en áreas más estrechas de cromatina estará más protegido de la degradación. (Algunos ejemplos de esto se discutirán a continuación y se encuentran en conjuntos de problemas).

2 . Método - ver Becker fig. 21-17. Quiere examinar la región de cromatina que contiene un gen en particular, digamos genes de globina, de dif. tejidos. (Nota: esta región es eucromática en interfase en todos estos tejidos, aunque no se expresa en todos ellos. No se aprecia una gran diferencia, por eso son necesarios los métodos indirectos).

una. Que quieres hacer: Extraiga la sección de cromatina que contiene genes de globina (de las células que producen globina y de las células que no) y pruebe el estado de plegamiento de la cromatina.

B. Lo que tienes que hacer: Necesita probar el plegado indirectamente y experimentar al revés. Pruebe el estado de plegamiento primero (indirectamente) y luego pruebe el estado de los genes.

C. Procedimiento general: Trate la cromatina con DNasa, que degrada diferencialmente el ADN en cromatina activa e inactiva. Luego use la sonda para probar el estado de genes conocidos y ver si los genes se degradaron o no.

D. Detalles del tratamiento con DNasa: Tratar cromatina con DNasa (normalmente DNasa I, una enzima diferente de la utilizada anteriormente para obtener una "escalera"). Luego aislar el ADN y ver en qué estado se encuentra.

(1). Puede variar las condiciones - cantidad de enzima, tiempo, etc. para distinguir varios grados de sensibilidad a la enzima.

(2). Puede probar la cromatina de muchos tejidos diferentes., digamos eritrocitos (en pollos, todavía tienen núcleos) versus cerebro

(3). Puede probar el estado de muchos genes diferentes.usando diff. sondas (en el paso e a continuación).

(4). La ADNasa I corta el ADN de manera diferente a la nucleasa microcócica. El ADN que simplemente se enrolla alrededor de los nucleosomas no está totalmente protegido de la DNasa I; se requiere un mayor plegado. Entonces, la resistencia a la DNasa I es una medida de cuán firmemente se pliegan los nucleosomas sobre sí mismos. La ADNasa I no corta preferentemente en ninguna secuencia particular o en ningún lugar particular en relación con la posición del nucleosoma. No da & quot; escalera & quot.

mi. Resultado Esperado: Si la cromatina está relativamente suelta, el ADN quedará desprotegido y se degradará fácilmente por la DNasa I. (No quedará nada para hibridar con la sonda para, digamos, globina). Si la cromatina es relativamente apretada, el ADN en esa región NO se degradará fácilmente . (Y habrá ADN para hibridar a la sonda).

F. Detalles de cómo medir el estado del ADN (después del tratamiento de la cromatina con DNasa I):

(1). Prepara el ADN. Extraer ADN (eliminar histonas) tratar el ADN desnudo con enzima de restricción (para dar trozos de tamaño razonable si el ADN se protegió de la DNasa I). Si el ADN estaba en una región suelta de cromatina, ya habrá sido degradado por la DNasa I.

(2). Encuentra regiones correspondientes a genes conocidos. Ejecute fragmentos de restricción en gel do blot, identifique regiones de interés (digamos, genes de globina) con sonda. Solo las regiones de áreas con cromatina relativamente apretada darán bandas claras y sin degradar en el gel.

3. Resultados del tratamiento de eucromatina con DNasa I y otras nucleasas.

una. Casi todo el ADN eucariota se encuentra en nucleosomas. (Consulte (c) para conocer las excepciones). ¿Cómo lo sabemos?

(1). Casi todo el ADN es mucho más resistente a la digestión por DNasa I que el ADN desnudo

(2). Casi todo el ADN forma una escalera cuando se trata con ADNasa microcócica.

B. En realidad, el ADN transcrito (codificante) es más sensible a la ADNasa I que el ADN eucromático ordinario. Pero El ADN transcrito es mucho más resistente que el ADN desnudo; todavía se encuentra en los nucleosomas.

C. Existen sitios hipersensibles - estas son las únicas secciones que no están en nucleosomas.

(1). Se han encontrado algunos sitios hipersensibles= regiones muy sensibles (100 veces más sensibles a la degradación por DNasa I que la heterocromatina 10 veces más sensibles que la eucromatina activa).

(2). Los sitios hipersensibles corresponden a sitios sin nucleosomas

(3). El ADN en sitios hipersensibles no está desnudo - tiene otras proteínas, pero no histonas. Véase la fig. De Becker. 21-18.

(4). Los sitios hipersensibles corresponden a regiones reguladoras, no codificadoras(en áreas de transcripción activa).

(5). ¿Por qué los sitios hipersensibles son tan sensibles a la DNasa? Los factores de transcripción (proteínas reguladoras) han reemplazado a las histonas y las otras proteínas no protegen el ADN tan bien como lo hacen las histonas.

C. Posibles estados de la cromatina en interfase: lo que se infiere de todos los resultados y las implicaciones. (Vea la tabla en el folleto).

una. Súper duro = heterocromatina = esencialmente no desenrollado de la mitosis. Genéticamente inactivo.

B. Eucromatina - ¿3 estados principales?

(1). Suelto. Más suelto que la heterocromatina, pero no se está transcribiendo (genéticamente inactivo) en este momento. Fibra de 30 nm?

(2). Más suelto - pero todavía tiene nucleosomas. ¿Cuentas de un collar? ¿Bucles estirados? Ejemplo: región de codificación que está activa; en realidad, se está transcribiendo. (También incluye genes que se transcribieron recientemente o que están próximos a regiones transcritas, etc.)

(3). Más suelto o región hipersensible (que faltan algunas histonas tiene proteínas reguladoras en su lugar). Ejemplo: promotor o potenciador activo.

C. Una advertencia: Probablemente hay estados intermedios, y los anteriores son simplemente los únicos que se han distinguido claramente utilizando los métodos actualmente disponibles. Por ejemplo, probablemente no todas las eucromatinas inactivas sean iguales. Vea abajo.

Para revisar las diferencias en los estados de cromatina, usos de DNasa, etc., pruebe el resto de 4-3 a 4-8.

V. Introducción a la regulación de la expresión génica eucariota

A. ¿Qué se debe hacer para activar / desactivar un gen eucariota? ¿Qué pasos se pueden regular?

1. En procariota (para comparación) - proceso relativamente simple.

una. La mayor parte de la regulación en la transcripción.

B. Traducción en el mismo compartme nt como la traducción de la transcripción sigue automáticamente.

C. La mayoría de los ARNm tienen una vida media corta.

2. En eucariota - La mayor parte de la regulación se encuentra en la transcripción, pero tiene más pasos y complicaciones: más puntos adicionales de regulación. Véase la fig. De Becker. 21-11.

una. Necesidad de desplegar / aflojar la cromatina antes de la transcripción posible. Sabemos que la modificación de histonas, la unión de ciertas proteínas no histonas y / o la metilación del ADN se correlacionan con el estado de plegamiento. No está claro cuál es la causa principal y cuál es el efecto secundario del desarrollo. Dos modelos posibles (los datos más actuales favorecen al primero):

(1) Modelo de dos pasos para la regulación. Véase la fig. De Becker. 21-10.

(a). Primero debe descomponerse (aflojarse) la eucromatina a un estado transcribible = suelto (en comparación con la heterocromatina y en comparación con la eucromatina inactiva). ¿Sacar fibra de 30 nm a la etapa de cuentas en una cuerda?

(B). Luego agregue factores de transcripción (más o menos como para los procariotas) - & gt transcripción real

(1). Regiones con factores de transcripción = nucleosomas eliminados = sitios hipersensibles

(2). Regiones que se transcriben = los nucleosomas de alguna manera se "aflojan" o "remodelan" pero no se eliminan.

(C). ¿Qué cambia el estado de la cromatina? (Para apretar o aflojar.)

(1). Proteínas remodeladoras: son las responsables de mover y / o aflojar los nucleosomas. Ver Propósitos 14.16 (14.17).

(2). Enzimas que modifican las colas de histonas. Los cambios en la modificación pueden tener un efecto directo y / o afectar la unión de proteínas reguladoras.

(2). Modelo de un paso - la adición de TF es principalmente lo que abre la cromatina - no necesita un paso de remodelación por separado primero. Alternativamente, tanto el desdoblamiento como la descondensación y la adición de TF ocurren simultáneamente.

B. La transcripción debe ser procesada (tapado, empalmado, poliadenilado, etc.): cualquiera de estos pasos se puede regular y hay más de una forma de procesar la mayoría de las transcripciones primarias. (Un ejemplo se discutirá la próxima vez).

C. La transcripción y la traducción de amplificación ocurren en compartimentos separados .

(1). El ARNm debe transportarse al citoplasma.

(2). La traducción se puede regular (independientemente de la transcripción) - puede controlar el uso de ARNm, no solo el suministro de ARNm. (La próxima vez discutiremos un ejemplo). Para cualquier ARNm en particular, puede regular 1 o ambos de los siguientes:

(a). tasa de inicio de la traducción del ARNm (con qué frecuencia se unen los ribosomas y comienzan la traducción)

(B). tasa de degradación del ARNm

IV. Principales características de la regulación genética en eucariotas

A. ¿Cómo se puede controlar la cantidad de proteína? Si la célula produce más o menos proteínas, ¿qué pasos se regulan? Muchos posibles puntos de regulación en eucariotas. Véase la fig. De Becker. 21-11, o Purves 14.11 (14.13), y la lista de pasos anteriores.

1. El punto de regulación más común es la transcripción. (tanto en euk. como en prok.) Si necesita más proteína, generalmente produzca más ARNm.

2. La transcripción no es el único paso controlado, especialmente en euk. (Algunos ejemplos se discutirán más adelante).

B. Si las células producen diferentes proteínas, ¿cómo se controla? Si dos células eucariotas (de un organismo multicelular) producen proteínas diferentes, ¿qué es (normalmente) diferente entre ellas?

1. ¿El ADN es diferente? (No, excepto en el sistema inmunológico).

2. ¿El estado de la cromatina suele ser diferente? (Respuesta: sí) ¿Cómo se prueba esto? Método y resultado descritos anteriormente. Consulte la figura 21-17 en Becker. ¿Qué causa la diferencia en los estados de la cromatina? No está claro qué es causa y qué efecto.

3. ¿El ARNm suele ser diferente? (Respuesta: sí). Esto significa que puede obtener secuencias específicas de tejido de una biblioteca de ADNc. (biblioteca de ADNc = colección de todos los ADNc de un tipo de célula en particular). El ADN de cada tipo de célula es el mismo ARNm y, por lo tanto, el ADNc no lo es. Véase la fig. De Becker. 21-20.

4. Si los ARNm son diferentes, ¿por qué? ¿La diferencia se debe enteramente a diferencias en la transcripción?

una. Transcripción es diferente en diferentes celdas. Podría ser que todas las células transcriban todos los genes, pero solo algunos ARN se exportan al citoplasma y los ARN nucleares restantes se degradan. Este es no el caso. Solo se transcriben genes seleccionados en cada tipo de célula, y los ARN de esos genes se procesan para producir ARNm.

B. El empalme y el procesamiento de las mismas transcripciones primarias pueden ser diferentes (en diferentes celdas o en diferentes momentos). Se pueden producir diferentes ARNm (y por lo tanto proteínas) a partir del mismo transcrito mediante corte y empalme alternativo y / o adición de poli A.

Para revisar los posibles pasos en la regulación, intente los problemas 4-9 a 4-11.


Formas de ADN

El ADN es una molécula muy flexible y tiene la capacidad de existir en varias formas según las condiciones ambientales. Las dobles hélices de ADN de origen natural se clasifican en tipos A, B y Z. Las formas A y B de ADN son las formas de la mano derecha, mientras que el ADN Z es la forma de la mano izquierda. Cuando se hidrata, el ADN generalmente asume la forma B. La conformación A se encuentra cuando hay poca agua para interactuar con la hélice y también es la conformación adoptada por el ARN. La formación de Z-DNA ocurre con la metilación de residuos de desoxicitosina y también durante la transcripción donde el superenrollamiento negativo lo estabiliza.

Parámetro A-ADN B-ADN ADN-Z
Sentido de la hélice diestro diestro zurdo
Residuos por turno 11 10.5 12
Elevación axial [Å] 2.55 3.4 3.7
Paso de hélice (°) 28 34 45
Inclinación del par de bases (°) 20 −6 7
Rotación por residuo (°) 33 36-30
Diámetro de la hélice [Å] 23 20 18
Configuración de enlace glucosídico
dA, dT, dC
dG

anti
anti

anti
anti

anti
syn
Fruncir el azúcar
dA, dT, dC
dG

C3'-endo
C3'-endo

C2'-endo
C2'-endo

C2'-endo
C3'-endo
Distancia entre fosfato-fosfato entre cadenas [Å]
dA, dT, dC
dG

5.9
5.9

7.0
7.0

7.0
5.9
Fuentes: [2] [3] [4]


Lisis celular (ruptura de la pared celular y las membranas)

Las células vegetales tienen una estructura externa muy rígida & # 8212 la pared celular & # 8212 que la protege. Para llegar al ADN, el primer paso sería romper esa pared.

La pared celular es la primera barrera que debe romperse para extraer la molécula de ADN dentro de la célula. Es muy rígido y actúa como protector y filtro. Está hecho de celulosa y es responsable de hacer que la madera sea dura y duradera. Para destruir la pared celular, se utiliza un método mecánico para romper las moléculas de celulosa. En este experimento, la muestra de fruta se tritura a mano.


ADN, cromosomas y genes

Al ADN se le llama el modelo de la vida porque contiene las instrucciones necesarias para que un organismo crezca, se desarrolle, sobreviva y se reproduzca. El ADN hace esto controlando la síntesis de proteínas. Las proteínas hacen la mayor parte del trabajo en las células y son la unidad básica de estructura y función en las células de los organismos.

Los genes son las unidades básicas de la herencia y se encuentran en los cromosomas.

Los genes son secciones de ADN, mientras que los cromosomas son las estructuras en las que se pliega el ADN antes de la división celular. Cada célula somática humana contiene 23 pares de cromosomas. Todos los genes que codifican la creación, el crecimiento y el desarrollo de una persona humana se encuentran en estos cromosomas. Además del ADN, estos cromosomas contienen proteínas histonas que ayudan a empaquetar el ADN en los cromosomas.

En las células eucariotas, los cromosomas se encuentran en el núcleo, pero en las células procariotas pueden moverse libremente.

Respuesta:

Ácido desoxirribonucleico es su significado. Es un ácido nucleico que es portador de información genética.

Explicación:

El ADN son las letras del ácido desoxirribonucleico.

Toda la vida en la tierra usa este ácido nucleico como código genético.

Un ácido nucleico es un polinucleótido. Un polinucleótido consta de tres unidades básicas: un grupo fosfato, un azúcar de 5 carbonos (pentosa) y una base nitrogenada. El azúcar de cinco carbonos es desoxirribosa. Dado que una cadena de polinucleótidos, las unidades de fosfato y desoxirribosa son repetitivas, la variación la proporcionan las bases nitrogenadas.

Hay cuatro bases: adenina, guanina, citosina y timina.
Tanto la adenina como la guanina son purinas que tienen una estructura de doble anillo. La citosina y la timina son piramidinas que constan de una estructura de anillo único.

La molécula de ADN es de doble hélice, una escalera en forma de espiral. El montante o columna vertebral de la escalera está formado por grupos alternos de pentosa y fosfato que se mantienen unidos por enlaces covalentes. Los peldaños o peldaños de la escalera consisten en las bases. Estas bases se unen a los azúcares pentosa mediante enlaces covalentes. La adenina se empareja con la timina usando dos enlaces de hidrógeno y la citosina se empareja con la guanina usando tres hidrógeno.

El código genético está determinado por la secuencia lineal de las bases.

Por ejemplo, la secuencia de adenina guanina timina no transmite el mismo mensaje que guanina timina adenina.

El código está organizado en forma de triplete que codifica el ARN que a su vez codifica los aminoácidos que forman la base de las proteínas.


Ver el vídeo: REPLICACIÓN, TRANSCRIPCIÓN Y TRADUCCIÓN CELULAR (Agosto 2022).