NATURALEZA DEL
GENOMA
Química del Gen
Organización del Genoma
Maestría en Criminalística
Ministerial

Caricatura del Proyecto realizado
por Gregorio Mendel
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.
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
… Características
Conclusiones de
Gregorio 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
… 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)
… Ley de la Segregación
Los alelos de un gen están juntos y se
segregan para la formación de los gametos
Razón genotípica
1/2 A
1/2 a
1/2 A
AA
Aa
1/2 a
Aa
aa
1/4 AA
1/2 Aa
1/4 aa
Razón fenotípica
3/4 A1/4 aa
… Ley de la Permutación
Independiente
Razón genotípica
1/4 AB
AABB AAbB AaBb
1/4 Ab
AABb AAbb AabB Aabb
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
1/4 aB
AaBB AaBb aaBB aaBb
Razón fenotípica
1/4 ab
AaBb
1/4 AB1/4 Ab1/4 aB 1/4 ab
Aabb aaBb
AaBb
aabb
9/16 A-B3/16 A-bb
3/16 aaB1/16 aabb
 Naturaleza
Química del Gen
… Naturaleza

Los genetistas clásicos descubrieron las
reglas que gobiernan la transmisión de
características genéticas y la relación
entre genes y cromosomas
… 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
… 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 2desoxirribosa.
 También defendió la postura de que el DNA
estaba formado por bloques de 4 nucleótidos
repetidos en forma monótona
… 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
…Diseño experimental
… 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
… Diseño experimental

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 !!!
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
… 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?
L. Pauling
Linus 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
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
Interpretación del patrón difracción de rayos X del DNA
Rosalind E.
Franklin
… 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
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.
…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
3 Conformaciones del DNA
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
Propiedades del DNA
Las disoluciones de moléculas nativas
de DNA pequeñas o de fragmentos de
grandes moléculas de DNA, pueden
estudiarse fácilmente por métodos físicoquímicos:
 Propiedades ácido-base
 Viscosidad
 Desnaturalización
Ácido-base y Viscosidad

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
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).
… desnaturalización
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.
Fracción reasociada

Índice Cot
Cinética de reasociación del DNA
Antes pensábamos que nuestro futuro
estaba en las estrellas. Ahora sabemos que
está en nuestros genes.
James Watson
 Organización
del Genoma
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
Niveles de
Organización





Doble hélice
Nucleosomas
Fibra de 30 nm =
modelo Solenoide
Asas
Cromosomas
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
2. Nucleosomas

1er nivel de
empaquetamiento del
DNA
 Está compuesto por
DNA y proteínas
 Las proteínas que
participan son las
denominadas
Histonas
… composición
del nucleosoma
3. Fibras de 30 nm
… Fibras de 10 y 30 nm
4. Asas
…Asas
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.
Estudio de los
Cromosomas

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
Cariotipo humano
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