Chargaffs DM Data
Chargaff's DM Data Introduction DNA was first discovered in 1869, but not much was known about the molecule until the 1920s Early researchers discovered that DNA was comprised of repeated units called nucleotides Each nucleotide contains a part called a nitrogen base There are four different nitrogen bases found in DNA: Adenine (A) Cytosine (C)
DNA: The Timeline and Evidence of Discovery
Chargaff’s Ratios 1950 Chargaff’s Ratios Erwin Chargaff contributed two major pieces of evidence to the discovery of the structure of DNA Chargaff isolated the DNA of different organisms and measured the levels of the four different nitrogen bases First he concluded from his research that the nitrogen base composition
ADN - Prof J M Aviles
Regla de Chargaff Erwin Chargaff analizó las base nitrogenadas del ADN en diferentes formas de vida, concluyendo que, la cantidad de purinas no siempre se encontraban en proporciones iguales a las de las pirimidinas
TEMA 6: ÁCIDOS NUCLEICOS
I En 1950, Erwin Chargaff llegó a la conclusión de que las 4 bases del ADN no están presentes en partes iguales, pero existe una regla constante: • La concentración de bases púricas es igual a la de bases pirimidínicas
Antecedentes de la función y la estructura del ADN
Erwin Chargaff demostró químicamente que el ADN era el compuesto por el que las características hereditarias se conservan y se transmiten Palabras clave: Meischer, ácidos nucleicos, Avery, principio transformador, información genética
ESTRUCTURA DE LOS ÁCIDOS NUCLÉICOS
Por un lado, utilizaron los datos obtenidos varios años antes por Chargaff (1950), relativos a la composición de bases nitrogenadas en el ADN de diferentes organismos El otro tipo de datos eran los procedentes de estudios de difracción de rayos X sobre fibras de ADN
BIOLOGÍA MOLECULAR Universidad Maimónides 2006
•Datos de Chargaff(1950), relativos a la composición de bases nitrogenadas en el ADN de diferentes organismos •Estudios de difracción de rayos X sobre fibras de ADN Para determinar la estructura tridimensional o disposición espacial de las moléculas de ADN (Rosalin Franklin) Difracción de Rayos X: ADN-B
DNA, DNA Replication and Mitosis Practice Test
several different organisms Some of the values are missing from the table Based on Chargaff’s rule, the percentages of guanine bases in chicken DNA should be around a 28 8 b 19 9 c 21 5 d 13 4 ____ 39 Based on Chargaff’s rule, the percentage of cytosine in the DNA of the bacterium, S Lutea in Figure 12–3, should be around a
evaluation ADN version 3 corrigée
Les résultats de Chargaff prouvent donc que les nucléotides sont bien complémentaires deux à deux (Pour la petite histoire, Chargaff ne savait pas que les nucléotides étaient complémentaires ; ce sont Crick et Watson, les découvreurs de l’ADN qui ont postulé cette condition sur la base des résultats de Chargaff) "2
EL DESCUBRIMIENTO DE LA DOBLE HÉLICE DE DNA
No fue hasta 1947 que Erwin Chargaff estableció que en el ADN las bases no están en igual proporción sino que la cantidad de guanina es igual a la de citosina y la de adenina a la de timina El modelo de Levene quedaba desacreditado y era necesaria una nueva estructura
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ESTRUCTURA DE LOS ÁCIDOS NUCLÉICOS
Módelo de la Doble HélicaDifracción de Rayos X: ADN-BJ. Watson y F. CrickComposición de los Ácidos nucleicos.
Proporciones de las Bases Nitrogenadas: Reglas de Chargaff (1950). El Modelo de la Doble Hélice: Watson y Crick (1953).Alternativas al Modelo de la Doble Hélice.
Propiedades físico-químicas de los ácidos nucleicos.Densidad de los Ácidos Nucleicos.
Desnaturalización: Temperatura de Fusión.
Absorbancia a 260 nm.
Cinética de la Renaturalización: Curvas Cot.Hibridación de los ácidos nucleicos.
Secuenciación del ADN: Método Didesoxi y Método Automático. COMPOSICIÓN QUÍMICA DE LOS ÁCIDOS NUCLEICOSMiescher en 1871 aisló del núcleo de las
células de pus una sust ancia ácid a rica en fósforo que llamó "nucleína". Un año más tarde, en 1872, aisló de la cabeza de los espermas d el salmón un compuesto que denominó "protamina" y que resultó ser una sustancia ácida y otra básica. El nombre de ácido nucleico procede del de "nucleína" propuesto por Miescher.Cuando se realiza la hi drólisis completa de los ácido s nucleicos, se obtienen tres tipos de
componentes principales:Azúcar, en concreto una pentosa.
Bases nitrogenadas: púricas y pirimidínicas.Ácido fosfórico.
El azúcar, en el caso de los ácidos desoxirribonucleicos (ADN) es la 2-desoxi-D-ribosa y en el caso de los ácidos ribonucleicos (ARN) es la D-ribosa.PentosasÁcido fosfórico
Las bases nitrogenadas que forman parte de los ácidos nucleicos son de dos tipos, púricas ypirimidínicas. Las bases púricas derivadas de la purina (fusión de un anillo pirimidínico y uno de
imidazol) son la Adenina (6-a minopurina) y la Guanina (2-a mino-6-hidroxipurina). Las basespirimidínicas (derivadas de la pirimidina) son la Timina (2,6-dihidroxi-5-metilpirimidina o también
llamada 5-metiluracilo), Citosina (2-hidroxi-6-aminopirimidina) y Uracilo (2,6-dihidroxipirimidina). Las bases nitrogenadas que forman normalmente parte del ADN son: Adenina (A), Guanina (G), Citosina y Timina (T). Las bases nitrogenadas que forman parte de el ARN son: Adenina (A),Guanina (G), Citosina (C) y Uracilo (U). Por tanto, la Timina es específica del ADN y el Uracilo es
específico del ARN.Bases PúricasBases Pirimidínicas
Además de las b ases nitroge nadas ante riormente descrit as, se han encontrado otras bases nitrogenadas en algunos virus o formando parte de algunos tipos especiales de ARNs. Ejemplos de algunas de estas bases púricas poco corrientes son: Hipoxantina, Xantina, 2-metiladenina, 6-metil-aminopurina. Entre las bases pirimidínicas podríamos citar la 5-metil citosina (p ropia del
ADN) y la 5-hidroximetil citosina (HMC) que sustituye a la citosina en los fagos T-pares. En los ARN transferentes (ARN-t) que intervienen en el proceso de traducción de proteínas se encuentran la Ribotimidina, Dihidrouridina, Seudouridina e Inosina (I).La unión de la base nitrogenada a la pentosa recibe el nombre de nucleósido y se realiza a través
del carbono 1' de la pentosa y los nitrógenos de las posiciones 3 (pirimidinas) o 9 (purinas) de las
bases nitrogenadas mediante un enlace de tipo N-glucosídico. La unión del nucleósido con elácido fosfórico se realiza a través de un enlace de tipo éster entre el grupo OH del carbono 5' de
la pentosa y el ácido fosfórico, originando un nucleótido. Los nucleótidos son las unidades o
monómeros utilizados para construir largas cadenas de polinucleótidos.Nucleósido = Pentosa + Base nitrogenada.
Nucleótido = Pentosa + Base nitrogenada + Ácido fosfórico. Polinucleóotido = Nucleótido + Nucleótido + Nucleótido + ....Nucleótido
Tanto los nucleótid os como los n ucleósidos pueden contener como azúcar la D-ribosa(ribonucleótidos y ribonucleósidos) o la pentosa 2-desoxi-D-ribosa (desoxirri bonucleóti dos y
desoxirribonucleósidos).Además, los nucleótidos pueden tener 1, 2 ó 3 grupos fosfato unidos al carbono 5' de la pentosa,
existiendo por tanto, nucleótidos 5' monofosfato, nucleótidos 5' difosfato y nucleótidos 5' trifosfato.
En algunos casos el ácido fosfórico se une a la pentosa por el carbono 3', existiendo nucleótidos
3' monofosfato, difosfato o trifosfato según el número de grupos fosfato que posea.
La terminología empleada para referirse a los nucleósidos y nucleótidos es la siguiente:Base NitrogenadaNucleósidoNucleótido
AdeninaAdenosinaÁcido Adenílico
GuaninaGuanidinaÁcido Guanílico
CitosinaCitidinaÁcido Citidílico
TiminaTimidinaÁcido Timidílico
UraciloUridinaÁcido Uridílico
Los nucleótidos se unen entre si para formar largas cadenas de polinuclóetidos, esta unión entre
monómeros nucleótidos se realiza mediante enlaces fosfodiéster entre los carbonos de las posiciones 3' de un nucleótido con la 5' del siguiente.Polinucleótido
PROPORCIONES DE LAS BASES NITROGENADAS: REGLAS DE CHARGAFF Al princi pio se pensaba que los ácid os nucl eicos eran la repetición mo nótona de u ntetranucleótido, de forma que no tenían variabilidad suficiente para ser la molécula biológica que
almacenara la información. Sin embargo, Chargaff (1950) demostró que las proporciones de las bases nitrogenadas eran diferentes en los distintos organismos, aunque seguían algunas reglas. Estas reglas de Chargaff se cumplen en los organismos cuyo material hereditario es ADN de doble hélice y son las siguientes:REGLAS DE CHARGAFF PARA ADN DE DOBLE HÉLICE
Edwin Chargaff
La proporción de Adenina (A) es igual a la de
Timina (T). A = T . La relación entre Adenina yTimina es igual a la unidad (A/T = 1).
La proporción de Guanina (G) es igual a la de
Citosina (C). G= C. La relación entre Guanina yCitosina es igual a la unidad ( G/C=1).
La proporción de bases púricas (A+G) es igual a la de las bases pirimidínicas (T+C). (A+G) = (T + C). La relación entre (A+G) y (T+C) es igual a la unidad (A+G)/(T+C)=1.Sin embargo, la proporción entre (A+T) y (G+C)
era característica de cada organismo, pudiendo tomar por tanto , diferen tes valores según la especie estudiada. Este resultado indicaba que los ácidos n ucleicos no eran l a repetición monótona de un tetranucleó tido. Existí a variabilidad en la composición de bases nitrogenadas. En la si guiente t abla se observan las proporciones d e las bases nitrogena das en algunos organismos.Procedencia del ADNAGCT5-Me-C
Timo de Bovino28,221,521,227,81,3
Esperma de bovino28,722,220,727,31,3
Germen de trigo27,322,716,827,16,0
Saccharomyces31,318,717,132,9-
Escherichia coli26,024,925,223,9-
Mycobacterium tuberculosis15,134,935,414,6-
ØX17424,324,518,232,3-
T323,726,227,723,5-
T530,319,519,530,8-
T732,418,3 32,417,0 HMC
Virus ARNAGCU
Mosaico del tabaco (TMV)29,825,418,526,3
Mosaico amarillo nabo22,617,238,022,2
Poliomielitis28,624,022,025,4
Encéfalo miocarditis del ratón27,323,523,225,9Reovirus Tipo 328,022,322,027,9
Tumor de las heridas31,118,619,131,3
De la observación de la tabla anterior pueden extraerse las siguientes conclusiones: Todos los ADN estudiados cumplen la relación A=T y G=C, excepto el ADN del bacteriofago ØX174. El ADN de este virus es de una sola hélice. En los virus ARN no se cumple la equimolaridad de las bases excepto en el caso del virus del Tumor de las heridas y de los Reovirus que tienen ARN de doble hélice. En estos virus se cumple que A=U y G=C, además se cumple que A+G/U+C=1. El fago T2 y los otros fagos T-pares (T4 y T6) en vez de citosina tienen hidroximetil-citosina (HMC). Algunos organismos tiene en su ADN una pequeña proporción de 5-metil-citosina (5-Me-C) que sustituye a la citosina. Igualmente, en la siguiente tabla puede observarse como la proporción A+T/G+C varia de un organismo a otro.OrganismoTejidoA+T/G+C
Escherichia coli-1,00
Diplococcus pneumoniae-1,59
Mycobacterium tuberculosis-0,42
Levadura-1,79
Paracentrolus lividus (erizo mar)Esperma1,85
ArenqueEsperma1,23
RataMédula ósea1,33
HombreTimo1,52
HombreHígado1,53
HombreEsperma1,52
Por tant o, la proporción A+T/G+C es específica de cad a organismo y como veremos más adelante cuando hablemos de las propiedades físico- químicas de los ácidos nucleicos, dicha proporción está relacionada con la densidad y la temperatura de fusión. EL MODELO DE LA DOBLE HÉLICE: WATSON Y CRICK (1953)Una vez demostrado que los ácidos nucleicos eran los portadores de la información genética, se
realizaron muchos esfuerzos encaminados a determinar su estructura con exactitud. Watson y Crick (1953) f ueron los primeros i nvestigadores en propo ner una est ructura para los áci dos nucleicos y su labor investigadora se vio recompensada con el Premio Nobel en 1962, Premio Nobel que compartieron con M. H. F. Wilkins y que se les concedió por sus descubrimientos enrelación con la estructura molecular de los ácidos nucleícos y su significación para la transmisión
de la información en la materia viva.. Para realizar su trabajo emplearon dos tipos de datos ya existentes. Francis H. C. CirckJames D. WatsonMaurice H. F. Wilkins Por un lado, utilizaron los datos obtenidos varios años antes por Chargaff (1950), relativos a la composición de bases nitrogenadas en el ADN de diferentes organismos. El otro tipo de datos eran los procedentes de estudios de difracción de rayos X sobre fibras de ADN. Para determinar la estructura t ridimensional o dispo sición espacial de las moléculas de ADN, se hace incidir un haz de rayos X sobre fibras de ADN y se recoge ladifracción de los rayos sobre una película fotográfica. La película se impresiona en aquellos
puntos donde incide n los rayos X, produciend o al revelarse manchas. El á ngulo de difracción presentado por cada una de las manchas en la película suministra información sobre la posición en la molécula de ADN de cada átomo o grupo de átomos. Mediante esta técnica de difracción de rayos X se obtuvieron los siguientes resultados: Las bases púricas y pirimidínicas se encuentran unas sobre otras, apiladas a lo largo del eje del polinucleótido a una distancia de 3,4 Å. Las bases son estructuras planas orientadas de forma perpendicular al eje (Astbury, 1947).El diámetro del polinucleótido es de 20 Å y está enrollado helicoidalmente alrededor de su
eje. Cada 34 Å se produce una vuelta completa de la hélice. Existe más de una cadena polinucleotídica enrollada helicoidalmente (Wilkins et el. 1953,Frankling y Gosling, 1953).
Difracción de Rayos X: ADN-BRosalin Franklin
Basándose en estos dos tipos de datos Watson y Crick propusieron su Modelo de estructura para el ADN conocido con el nombre de Modelo de la Doble Hélice. Las características del Modelo de la Doble Hélice son las siguientes: El ADN es una doble hélice enrollada helicoidalmente "a derechas" (sentido dextrorso). Algo parecido a dos muelles entrelazados. Enrollamiento de tipo plectonémico: para separar las dos hélices es necesario girarlas como si fuera un sacacorchos. Módelo de la Doble hélice: ADN-BJ. Watson y F. Crick Cada hélice es una serie de nucleótidos unidos por enlaces fosfodiéster en los que un grupo fosfato forma un puente entre grupos OH de dos azúcares sucesivos (posiciones 3' de un azúcar y 5' del siguiente). Las dos hélices se mantienen unidas mediante puentes o enlaces de hidrogeno producidos entre las bases nitrogenadas de cada hélice. Siguiendo los datos de Chargaff (1959), la Adenina de una hélice aparea con la Timina de la hélice complementaria mediante dos puentes de hidrógeno. Igualmente, la Guanina de una hélice aparea con la Citosina de la complementaria mediante tres puentes de hidrógeno.Par A-TPar G-CPares A-T y G-C
Las dos hél ices por razon es de complementaridad de las bases nitrogenadas son antiparalelas, teniendo secuencias de átomos inversas. Una hélice lleva la secuencia 5'P !3' OH , mientras que la hélice complementaria sigue la secuencia de átomos 3'OH ! 5'P.
El diámetro de la doble hélice es de 20 Å. Las bases nitrogenadas son estructuras planas perpendiculares al eje de la doble hélice y están apiladas unas sobre otras a una distancia de 3,4 Å. Cada 10 bases, cada 34 Å se produce una vuelta completa de la doble hélice (360º). Las bases se encuentran en sus configuraciones cetónicas, cumpliendo así las reglas de apareamiento A-T y G-C. La secuencia de bases nitrogenadas puede ser cualquiera, no existe ninguna restricción.Además, la estructura en doble hélice propuesta por Wa tson y Crick (1 953) sugería varías
propiedades importantes del material hereditario: Las reglas de complementaridad de las bases nitrogenadas A-T y G-C sugieren un forma sencilla de replicación d el material hereditario. Esta forma sencilla de replicación se denomina método Semiconservativo. Cuando el ADN se replica sus dos hélices se separan y cada una de ellas sirve de molde para sintetizar una nueva hélice siguiendo las reglas de apareamiento de las bases nitrogenadas. La mutación a nivel molecula r consisti ría en un cambio en la secuencia de bases nitrogenadas del ADN. Al no existir ninguna restricción en la secuencia de bases nitrogenadas, el ADN poseía la suficiente variabilidad como para ser el material hereditario. Además, esta estructura sugería la existencia de algún código que permitiera pasar de la secuencia lineal de bases nitrogenadas en el ADN a la secuencia lineal de aminoácidos en las proteínas.ALTERNATIVAS AL MODELO DE LA DOBLE HÉLICE
El modelo de la Doble Hélice propuesto por Watson y Crick está basado en estudios del ADN endisolución (hidratado). La denominada forma B ó ADN-B tiene un mayor interés biológico ya que
es la que presenta el ADN en interacción con las proteínas nucleares. Además de la forma B, existen otras estructuras posibles que puede presentar el ADN. Algunas de estas alternativas son las siguientes: ADN-B: ADN en disolución, 92% de humedad relativa, se encuentra en soluciones con baja fuerza iónica se corresponde con el modelo de la Doble Hélice. ADN-A: ADN con 75% de humedad, requiere Na, K o Cs como contraiones, presenta 11 pares de bases por giro completo y 23 Å de diámetro. Es interesante por presentar una estructura parecida a la de los híbridos ADN-ARN y a las regiones de autoapareamiento