Resumen Biologia Molecular

Biología Molecular

• 1869 – Friedrich Miescher descubre la nucleína.
• 1898 – Richard Altman describe la nucleína y la llama ácidos nucleicos.
• 1919 – Phoebus Levene describe los componentes: azúcar y bases nitrogenadas.
• 1920 – Hasta ese entonces se creía que el ADN era de animales y el ARN de las plantas porque el ARN no resistía temperaturas ambiente sin degradarse. Era difícil de obtener porque había que romper la pared celular con celulosa.
• 1935 – A.N. Belozersky extrae ADN de las plantas.
• 1934 – Caspersson y Hammersten descubren que el ADN es un polímero.
• 1944 – Oswald T. Avery describe el ADN como responsable de caracteres hereditarios.
• Experimento de Griffith – El ADN porta la enfermedad y necesita medio de transporte. Avery, McLeod y McCarthy descubren que el factor de transformación es el ADN.
• 1950 – Edwin Chargaff descubre que A + G = C + T.
• 1952 – Alfred Hershey y Martha Chase apoyan la tesis de Avery sobre el ADN como portador del material genético con el experimento de bacteriófagos.
• 1952 – Linus Pauling y Corey proponen la hélice α y hojas plegadas β de las proteínas.
• 1953 – Watson y Crick publican su modelo de doble hélice del ADN.
• 1950-53 – Rosalind Franklin fotografió el ADN en la foto 51.
• 1953 – Sanger determina la secuencia aminoacídica de la insulina.
• 1954 –Ochoa y Grunberg descubren el polinucleótido fosforilasa y sintetizan ARN.
• 1957 – Meselson y Stahl demuestran que el ADN es semiconservativo.
• 1958 – Crick propone la hipótesis del adaptador y Zamecnick descubre que es el ARNt.
• 1959 – Arthur Kornberg aísla la ADN polimerasa I.  
• 1960 – Hurtwitz y Weiss descubren la ARN polimerasa.
• 1960 – Kendrew y Max Perutz descifran la estructura 3D de hemoglobina y mioglobina.
• 1961 – Formulación del ARNm por Jacob y Monod.
• 1961 – Spiegelman descubre la técnica de hibridación de ácidos nucleicos.
• 1962 – Jacob, Monod y Lwoff proponen el modelo operón para explicar la expresión génica en las bacterias.
• 1965 – Dilucidación del código genético por los equipos de Nirenberg, Ochoa y Khorana.
• 1965 – Robert Holley determina la secuencia de un ARN.
• 1965 – David Phillips determina la estructura 3D de una enzima (lisozima).
• 1966 – Francis Crick propone la hipótesis del balanceo entre el codón y el anti-codón.
• 1968 – Mark Ptashne y Walter Gilbert identifican el primer gen represor.
• 1969 – Robert Merrifield sintetiza una enzima.
• 1970 – Werner Arber, Daniel Nathans y Hamilton Smith endonucleasas de restricción.
• 1972 – Paul Berg y Herbert Boyer preparan la primera molécula de ADN recombinante usando enzimas de restricción (primera clonación exitosa).
• 1973 – Stanley Cohen y Annie Yang demuestran que el ADN recombinante puede ser replicado y mantenido.
• 1974 – Primera patente para realizar recombinación genética.
• 1974 – Maxam y Gilbert secuencian ácidos nucleicos.
• 1975 – Frederick Sanger desarrolla las primeras técnicas para secuenciar ADN.
• 1975 – Edwin Southern publica el invento Southern Blot para reconocer fragmentos de ADN por hibridación.
• 1976 – Se funda Genetech Incorporated, empresa de ingeniería genética. Sintetizan GH.
• 1978 – Se obtiene la insulina a partir de una bacteria.
• 1978 – David Bostein descubre los RFLP.
• 1980 – El Tribunal Supremo acepta que se patenten organismos obtenidos por ingeniería.
• 1980 – Kary Mullis inventa el PCR, que replica genes específicos. Inicia la terapia génica.
• 1981 – Primer diagnóstico prenatal de una enfermedad por ADN.
• 1982 – Se crea el superratón inyectando GH en los óvulos.
• 1984 – Se crean las plantas transgénicas.
• 1985 – Se usa la huella genética en una investigación judicial.
• 1986 – Se autoriza la vacuna de la hepatitis B.
• 1986 – Aparece el primer secuenciador automatizado.
• 1987 – Primera propuesta para conocer el genoma humano.
• 1987 – Se crean los YACs (vectores de clonación).
• 1988 – Se funda el NCBI y comienza la era de bioinformática.
• 1990 – Se crea la organización HUGO para llevar a cabo el proyecto del genoma humano.
• 1991 – Craig Venter describe los EST: “expressed sequence tag”.
• 1993 – Se clonan embriones humanos pero el experimento no prospera.
• 1995 – Se publica la secuencia del Haemophilus influenzae.
• 1996 – Se completan las secuencias genómicas del E. Coli y la levadura.
• 1997 – Clonación de la oveja Dolly.
• 1998 – Se completa la secuencia genómica de Caenerhabditis elegans.
• 1999 – Primer borrador del genoma humano.
• 1999 – Se publica la secuencia de Drosophila melanogaster.
• 2000 – Primera versión del genoma humano.
• 2002 – Craig Venter presenta la información del genoma humano y comienza el HapMap.
• 2010 – Se completa la primera fase del proyecto genoma humano.
• 2013 – Primer modelo computacional de una célula.

• La membrana nuclear tiene más proteínas que lípidos y es más porosa.
• La membrana celular tiene más lípidos que proteínas.

• Miescher mezclaba las células con detergente y se precipitaba una capa granulosa con grumos (núcleos) y quedaba otra capa completamente transparente.

Diferencias Entre Procariotas y Eucariotas

• Antes se creía que el ADN de las procariotas era solo circular, pero también es lineal.
• Los pili en las procariotas ayudan en la transferencia de ADN por la conjugación y cumplen función de movimiento.
• Están en la superficie y las proteínas que los conforman se contraen y hacen que la bacteria se mueve hacia delante.
• Los cilios son estructuras de locomoción en las eucariotas. Cumplen función sensorial.
• Los flagelos tienen función locomotora, pero pueden ser sensores de temperatura y de concentración de químicos. Se encuentran en procariotas y eucariotas.
• El citoesqueleto de la procariota tiene más proteínas que el de la eucariota.

Composición Química de la Célula

• Las células eucariotas tienen núcleo, citoplasma y citosol, membrana plasmática, pared celular, citoesqueleto, mitocondrias, cloroplastos, aparato de Golgi, lisosomas, vacuolas, retículo endoplasmático, ribosomas, cilios y flagelos.
• Las células procariotas tienen membrana plasmática, pared celular (compuesta de peptidoglicanos), cápsulas, citoplasma y citosol, ribosomas, flagelos y pili.

Biomoléculas

• Lípidos (fosfolípidos, glucolípidos y esteroles)
• Glúcidos (oligosacáridos unidos a proteínas y lípidos)
• Proteínas (extrínsecas e intrínsecas)
• Los fosfolípidos tienen cabezas polares y colas no polares.
• El colesterol le da rigidez a la membrana plasmática.

Polímeros

• Homopolímeros: Carbohidratos.
• Heteropolímeros: Proteínas y ácidos nucleicos.

El Agua

• La molécula de agua cambia la distancia de los enlaces cuando cambia de estado y hay rompimiento de enlaces a temperaturas extremas.
• Los enlaces fosfodiéster son la columna del ADN y se rompen. Unen el OH del carbono 3’ de un nucleótido al carbono 5’ del azúcar de otro nucleótido.
• Cuando se quiere congelar ADN, no se utiliza agua.
• Entre 4 y 10 grados está bien y no pasa nada.

Enlaces Covalentes

• Puentes disulfuro (extremadamente fuertes en proteínas)
• Enlaces amida (enlaces entre péptidos)
• Enlace glucosídico (une base nitrogenada y azúcar en un nucleósido)
• Enlace fosfodiéster (une dos nucleótidos por el grupo fosfato)

Enlaces No Covalentes

• Puentes de hidrógeno (unen las bases de las 2 hebras entre sí)
• Enlaces iónicos o puentes salinos (enlaces en moléculas proteicas)
• Interacciones electrostáticas o fuerzas de Van der Waals (ácidos nucleicos)
• Interacciones hidrofóbicas

• La diferencia entre enlaces covalentes y no covalentes es que los covalentes son entre moléculas con electronegatividad parecida, mientras que los no covalentes no.
• Las fuerzas de Van der Waals mantienen una distancia mínima entre moléculas grandes y son las que mantienen las bases nitrogenadas en su lugar.

Ácidos Nucleicos

• Son polímeros formados por nucleótidos (azúcar, base nitrogenada y grupo fosfato).
• Los nucleótidos del ADN no tienen grupo hidroxilo en el carbono 2, como el ARN.
• El ADN solo se puede unir de una manera, mientras que el ARN de muchas maneras.
• Todos los nucleótidos que entran a la cadena llegan de forma trifosfato.

Enlaces Fosfodiéster

• Se denomina enlace 3’-5’ porque une el OH del carbono 3’ de un nucleótido al grupo fosfato del carbono 5’ de otro nucleótido.
• Son enlaces covalentes.

Azúcares en los Ácidos Nucleicos

• Son pentosas (cinco carbonos).
• ADN 🡪 2-Desoxirribosa
• ARN 🡪 Ribosa

Bases Nitrogenadas

• Purinas 🡪 Adenina y guanina (2 anillos).
• Pirimidinas 🡪 Citosina, timina y uracilo (1 solo anillo).
• El pseudouracilo es una base nitrogenada menor.
• Se encuentran en el carbono 1’ de los nucleótidos.
• Las bases nitrogenadas menores están en bacterias y ARNt.
• La diferencia entre la timina y el uracilo es la presencia de un grupo metilo en la timina.
• Los genes metilados son los que no se expresan.

Nucleótidos

• ADN 🡪 A, G, T o C, desoxirribosa (azúcar que le hace falta un hidroxilo) y grupo fosfato.
• ARN 🡪 A, G, U, o C, ribosa (azúcar) y grupo fosfato.
• El ADN y el ARN tienen las mismas purinas, pero diferentes pirimidinas.
• Un grupo fosfato permite la unión de 2 nucleótidos adyacentes.
• Se forma un enlace fosfodiéster entre ellos.
• En procesos de síntesis, los nucleótidos entran como trifosfatos.
• El grupo fosfato se encuentra en el carbono 5’.
• La unión entre la base purina y el azúcar se da en el nitrógeno 9 de la base y el carbono 1’ del azúcar.
• La unión entre la base pirimidina y el azúcar se da en el nitrógeno 1 de la base y el carbono 1’ del azúcar.

Oligonucleótidos

• Cadenas (2 hebras) antiparalelas polares de bases nitrogenadas.
• Tienen polaridad por el grupo fosfato en el carbono 5’ y un hidroxilo en el carbono 3’.
• El calor rompe los enlaces puentes de hidrógeno entre las bases y se separan las hebras.
• Entre más pares G-C tenga, más estable será la molécula, ya que estos son más fuertes que los enlaces A-T.
• Nucleósido 🡪 Base nitrogenada + azúcar (sin grupo fosfato).
• La unión de una pentosa con una base nitrogenada para formar el nucleósido se da mediante un enlace glucosídico.
• Nucleótido 🡪 Base nitrogenada + azúcar + grupo fosfato.

Conformación de las Bases Nitrogenadas en los Nucleótidos

• Conformación ANTI 🡪 Base nitrogenada fuera del azúcar (la normal en el ADN).
• Conformación SYN 🡪 Base nitrogenada encima del azúcar.
• En el ADN casi todos son de conformación ANTI, pero hay algunas purinas SYN.
• El  ADN se puede encontrar en otras formas (A, C, Z, H…) por estas conformaciones.
• En el ARN también predomina el ANTI.
• En los telómeros tenemos moléculas de 4 hebras.

Conformación del Azúcar en los Ácidos Nucleicos

• C3’ – endo o conformación A (el carbono 3’ se encuentra arriba).
• C2’ – endo o conformación B (el carbono 2’ se encuentra arriba).
• En el ARN se encuentra principalmente la conformación C3’ – endo (A).
• En el ADN se encuentra principalmente la conformación C2’ – endo (B).

Tautomería de las Bases Nitrogenadas

• Para adenina y citosina, la forma más común es la amino. Si se pierde el doble enlace queda como imino, como resultado de un cambio en el pH.
• Es peligroso porque se pueden adherir grupos a las bases que distorsionan la información genética.
• Para la guanina y la timina es más común la forma ceto, que cambia a enol cuando el doble enlace cambia de lugar, dando origen a un grupo hidroxilo.

Estructura del ADN

• El ADN tienen 3 niveles estructurales.
• Si se desenrolla, mediría 2,2 metros.
• No se puede observar por los plegamientos de los grupos fosfato, que hacen que el ADN se compacte y se condense.
• El ADN procariota tiene ADN circular en su mayoría (3 mm de largo).
• Rota sobre su mismo eje para que las bases se puedan enlazar.

Estructura Primaria del ADN

• La estructura primaria es el nivel estructural más importante.
• Es el orden de los nucleótidos en la cadena lineal.
• Si se daña la estructura primaria, se daña el ADN.
• Si se dañan las estructuras secundaria y terciaria, el ADN sigue siendo funcional.
• Se escribe de 5’ a 3’.
• La caja TATA regula la transcripción.
• Las secuencias de ADN que cumplen función reguladora no codifican ni se expresan.
• Hebra F (forward)
• Hebra R (reverse)
• Una secuencia R se voltea para leerse de manera 5’ a 3’.
• La cadena F ya se encuentra de forma 5’ a 3’.

Estructura Secundaria del ADN

• Cadenas de ADN se unen mediante puentes de hidrógeno para formar una doble hélice.
• Tiene carga negativa por los grupos fosfato.

Estructura Terciaria del ADN

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