G E N E T I C A M O L E C U L A R EL DNA SUPERENRROLLADO C O N S I D E R A C I O N E S G E N E R A L...
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G E N E T I C A M O L E C U L A EL DNA SUPERENRROLLADO N S I D E R A C I O N E S G E N E R A L
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G E N E T I C A M O L E C U L A R
EL DNA SUPERENRROLLADO
C O N S I D E R A C I O N E S G E N E R A L E S
G E N E T I C A M O L E C U L A R
Superenrrolamiento significa literalmente “enrrollamiento de un rollo”
El ejemplo típico es el cordón de un auricular telefónico:
Este ejemplo es muy apropiado porque ayudó a Vinograd y colaboradores a proponer que muchas de las propiedades del DNA in vivo dependían del superenrrollamiento.
G E N E T I C A M O L E C U L A R
La naturaleza del superenrrolamientodel DNA, términos generales
Superhélice de DNA que surge como resultado
de la existencia de tensiones estructurales
en la molécula
Doble hélice de DNA estabilizada por un
conjunto de fuerzas no covalentes que se
establecen entre las dos cadenas polinucleotídicas
DNA “relajado”no existe ninguna
curvatura del eje de la doble hélice sobre sí
mismo
G E N E T I C A M O L E C U L A R
El superenrrolamiento es una propiedad intrínsecadel DNA que se pone de manifiesto cuando la
molécula queda sujeta a tensiones estructurales
Es de suponer que exista un mecanismo celular estrictamente regulado para generar tensión en las moléculas de DNA, el cual pudiera inducir el superenrrollamiento del mismo in vivo.
Las moléculas pequeñas de DNA circular cerrado (cc) de virus y bacterias están usualmente superenrrolladas in vivo y se mantienen así incluso después de ser aisladas de las fuentes celulares.
G E N E T I C A M O L E C U L A R
En términos de DNA una tensión estructural se origina por la variación de la cantidad de vueltas de
hélice con respecto a la esperada para la forma termodinámicamente más estable (B-DNA)
B-DNA cc, 84 pb (84/10.5 = 8 vueltas de hélice)
Se quita una vuelta (7 vueltas de hélice)
La disminución del número de vueltas de hélice con respecto a la forma B inicial genera una tensión estructural que desvía la molécula de su forma termodinámicamente más estable.
G E N E T I C A M O L E C U L A R
Posibles soluciones al problema estructural
1. Separación de las hebras polinucleotídicas a lo largo de unos 10 pares de bases
2. Subenrrollamiento de la doble hélice sobre su eje
Ante un problema estructural como el anterior, la molécula es forzada a “acomodar” la tensión estructural que se ha generado, en teoría esto puede lograrse de dos formas diferentes:
G E N E T I C A M O L E C U L A R
El mecanismo predominante in vivo para “acomodar” la tensión generada, es el subenrrollamiento.
¿Por qué el subenrrollamiento y no la separación de las hebras?
La separación de las hebras del dúplex de DNA implicaría un alto costo energético, puesto que este mecanismo requiere la ruptura de las interacciones no covalente que estabilizan el mismo.
El subenrrollamiento facilita la separación de las hebras de la doble hélice, en procesos en que se hace necesario el acceso a la información contenida en el DNA (ej. replicación o transcripción).
G E N E T I C A M O L E C U L A R
Sólo tiene sentido hablar de superenrrollamiento cuando la rotación de las hebras sobre si mismas
está restringida.
O sea, cuando el DNA es circular cerrado, o cuando está unido y estabilizado por proteínas. La ruptura de una o ambas hebras provoca que la molécula retorne espontá-neamente a su estado relajado.
G E N E T I C A M O L E C U L A R
Sólo tiene sentido hablar de superenrrollamiento cuando la rotación de las hebras sobre si mismas
está restringida.
O sea, cuando el DNA es circular cerrado, o cuando está unido y estabilizado por proteínas. La ruptura de una o ambas hebras provoca que la molécula retorne espontá-neamente a su estado relajado.
De igual forma, el cordón telefónico sólo permanece superenrrollado mientras una punta esté unida al auricular y la otra al cuerpo del teléfono, si desconectamos una de las puntas el cordón retornará automáticamente a su estado rela-jado.
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Topología del DNA superenrrollado
La topología es la rama de la matemática que estudia las propiedades de un objeto que no varían por causa de deformaciones continuas, en términos de DNA:
Se consideran deformaciones continuas los cambios conformacionales inducidos por temperatura o por lainteracción con proteínas, sin que tenga lugar rupturade enlaces covalentes en la(s) hebra(s).
Se consideran deformaciones discontinuas las que produzcan ruptura de enlaces covalentes en una o ambas hebras. Las deformaciones discontinuas síalteran las propiedades topológicas de un objeto.
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El número de enlace (Lk) es una propiedad topológica del DNA, que se define como el número
de veces que una hebra cruza la otra
Lk es siempre un número entero, que puede ser positivo o negativo, convencionalmente:
Cuando las hebras se cruzan hacia la izquierda Lk < 0
Cuando las hebras se cruzan hacia la derecha Lk > 0
G E N E T I C A M O L E C U L A R
¿Cómo varía el Lk ante deformacionescontinuas o discontinuas?
DNA cc conLk = 200
G E N E T I C A M O L E C U L A R
¿Cómo varía el Lk ante deformacionescontinuas o discontinuas?
DNA cc conLk = 200
Ruptura de unenlace covalente
en una hebra
mellaDeformación discontinua
El DNA de desenrrolla completamente hastaque Lk se indefine y no queda enlace topológico en la molécula
G E N E T I C A M O L E C U L A R
¿Cómo varía el Lk ante deformacionescontinuas o discontinuas?
mellaDeformación discontinua
El DNA de desenrrolla completamente hastaque Lk se indefine y no queda enlace topológico en la molécula
Quitar dosvueltas de
hélice
Deformación continua
Cambio transiente en Lk ó Lk = -2, que induce superenrrollamiento,tras el cual Lk no varía, serestablece el valor original
Lk = 198
DNA cc conLk = 200
Ruptura de unenlace covalente
en una hebra
G E N E T I C A M O L E C U L A R
La naturaleza del superenrrollamiento quedadeterminada por el cambio transiente en Lk ó Lk
Lk = Lk – Lko Lko es el Lk de la molécula relajada
Lk0 = 200
G E N E T I C A M O L E C U L A R
La naturaleza del superenrrollamiento quedadeterminada por el cambio transiente en Lk ó Lk
Lk = -2
Lk = Lk – Lko Lko es el Lk de la molécula relajada
Lk = +2Lk0 = 200
Lk = 198
Lk = 202
SUPERENRRO-LLAMIENTOPOSITIVO O SOBREARROLLAMIENTO
SUPERENRRO-LLAMIENTO
NEGATIVO O SUBARRO
LLAMIENTO
G E N E T I C A M O L E C U L A R
La naturaleza del superenrrollamiento quedadeterminada por el cambio transiente en Lk ó Lk
Lk = -2
Lk = Lk – Lko Lko es el Lk de la molécula relajada
Lk = +2Lk0 = 200
Lk = 198
Lk = 202
SUPERENRROLLAMIENTOPOSITIVO O SOBREARROLLAMIENTO
SUPERENRROLLAMIENTO
NEGATIVO O SUBARRO
LLAMIENTO
Sóloobservadoin vitro
¡El de mayorimportanciabiológica!
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Lk se descompone en dos propiedades geométricas, no topológicas
Lk = T + W
T (número de giro) es el número de vueltas que una hebra polinucleotídica realiza alrededor del eje del dúplex en la conformación que se considera. Luego:
vuelta por pb de .nopb de .no
T
W (número de superenrrollamiento) es el número de vueltas que el eje del dúplex realiza sobre si mismo (es una medida del superenrrollamiento)
¡A diferencia de Lk, T y W si varía ante deformaciones continuas y no necesariamente tienen que ser números enteros!
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Relajado
T pequeñoW grande
Estirado
T grandeW pequeño
E S T I R A M I E N T O T W
¡Una vez más el cordón telefónico puede ayudar a
entender la diferencia entre T y W!
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Los parámetros geométricos T y W varían ante deformaciones continuas para que una propiedad
topológica como Lk no varíe
Lk = 10T = 10W = 0
Lk = 9T = 9W = 0
Lk = 9T = 9W = 0
Lk = 9T = 10W = -1
Lk = 9T = 10W = -1
