Title: D.N.A.
1D.N.A.
- El ADN (Ácido Desoxirribo Nucleico) es una
molécula lineal polimérica, relativamente simple,
que está formada por una cadena doble, integrada
por dos ejes formado cada uno por un módulo
repetido (monómero), constituido por un azúcar
(deoxirribosa) unida por fosfato y una base
nitrogenada (participan cuatro diferentes
Adenina, Timina, Citosina y Guanina).
2GENOMA
- Se denomina Genoma de una especie al conjunto de
la información genética, codificada en una o
varias moléculas de ADN (Acido Desoxirribo
Nucleico) (en muy pocas especies ARN), donde
están almacenadas las claves para la
diferenciación de las células que forman los
diferentes tejidos y órganos de un individuo. Por
medio de la reproducción sexuada de los
individuos esa información es permanentemente
reordenada y transmitida a los descendientes,
constituyendo una población dinámica
3Los ácidos nucleicos son grandes moléculas
formadas por la repetición de una molécula unidad
que es el nucleótido. Un nucleótido está formado
por
- 1.- Una pentosa Ribosa o desoxiribosa
-
- 2.- Una base nitrogenada púrica o pirimidínica.
-
- 3.- Ácido Fosfórico.
4De acuerdo con el modelo de Watson y Crick, el
ADN es una doble hélice, dextrógira, con las
bases dirigidas hacia el centro, perpendiculares
al eje de la molécula y un esqueleto exterior de
azúcar-fosfato a lo largo de los lados de la
hélice (que actúa protegiendo a las bases del
medio ambiente).
- Las hebras que la conforman son complementarias y
antiparalelas. Complementarias porque las bases
de cada cadena se aparean de forma complementaria
Adenina con Timina (A-T) y Guanina con Citosina
(C-G). Y antiparalelas porque una cadena está
colocada en posición 5'- 3' y la complementaria
en posición 3'- 5'. - Cada base púrica o pirimidinica establece
puentes de hidrógeno con su complementaria,
uniendo así las dos cadenas - La separación entre los pares de bases
adyacentes es de 3,4 Å (0,34nm). - La hélice completa una vuelta cada 10 pares de
bases , es decir cada 34 Å (3,4nm) - El diámetro de la hélice es de 20 Å.
5BASES PURICAS Y PIRIMIDINICAS
- BASES PURICAS ADENINA Y GUANINA
- BASES PIRIMIDINICAS CITOSINA Y TIMINA
6CONCEPTO DE LOCUS
- LUGARES ESPECIFICOS DEL CROMOSOMA DONDE SE
ENCUENTRAN DETERMINADAS CARACTERISTICAS. - POR EJEMPLO D1S80, HUDH01
7LOCI
8CONCEPTO DE ALELO
- CADA UNA DE LAS VARIANTES GENICAS QUE PUEDEN
APARECER EN UN LOCUS CROMOSOMICO DETERMINADO Y
QUE CONTROLAN EL MISMO CARÁCTER.
9CONCEPTO DE POLIMORFISMO
- ES LA VARIABILIDAD QUE EXISTE DENTRO DE UN
FRAGMENTO DE ADN EN OTRAS PALABRAS EL NUMERO DE
ALELOS QUE PUEDE HABER EN UN LOCUS. COMO REGLA
GENERAL, CUANTO MAS ALELOS HAYA MAYOR
POLIMORFISMO, Y POR ENDE, MAYOR PODER DE
IDENTIFICACIÓN.
10CONCEPTO DE GENOTIPO
- EN IDENTIFICACIÓN FORENSE, ES LA PAREJA DE ALELOS
EXISTENTES EN UN DETERMINADO LOCUS, CADA LOCUS
EXISTE EN LOS DOS CROMOSOMAS (UNO QUE PROCEDE DEL
PADRE Y OTRO QUE PROCEDE DE LA MADRE) QUE
CONFORMAN CADA UNA DE LAS PAREJAS
11HOMOCIGOTO
- CUANDO SE ANALIZA UN LOCUS SE OBTIENE INFORMACIÓN
(ALELOS DE AMBOS CROMOSOMAS), EXPRESADA COMO
NÚMEROS O LETRAS. CUANDO LOS DOS ALELOS COINCIDEN
SE DICE QUE EL GENOTIPO ES HOMOCIGOTO
12CONCEPTO DE HETEROCIGOTO
- GENOTIPO COMPUESTO POR ALELOS DIFERENTES, CADA
LOCUS POSEE UNA SERIE DE ALELOS POSIBLES, DE LAS
QUE SOLO SE MANIFIESTA UNO. CUANDO EL ALELO QUE
SE MANIFIESTA EN EL CROMOSOMA DEL PADRE ES
DISTINTO DE LA MADRE, SE DICE QUE EL GENOTIPO DE
ESA PERSONA, PARA ESE LOCUS QUE SE ESTA
ESTUDIANDO, ES HETEROCIGOTO. TRAS UNA
ELECTROFORESIS SE OBSERVARAN DOS BANDAS
DIFERENTES.
13HAPLOIDE
- CALIFICACIÓN ATRIBUIDA A LA MITAD DEL GENOMA, ES
DECIR EN EL OVULO Y EN EL ESPERMATOZOIDE SOLO
EXISTE GENOMA HAPLOIDE ,YA QUE HAN DE CONTENER
SOLO 23 CROMOSOMAS, PARA QUE UNIDOS A LOS QUE
EXISTEN EN LAS CELULAS COMPLEMENTARIAS (OVULO
PARA EL ESPERMATOZOIDE Y VICEVERSA), PUEDAN
FORMAR LOS 23 PARES.
14DIPLOIDE
- CONJUNTO FORMADO POR TODO EL ADN DE LA CELULA Y
QUE SE COMPONE DE 23 PARES DE CROMOSOMAS, 22
AUTOSOMICOS Y UNO SEXUAL ,EN EL GENOMA DIPLOIDE
EXISTEN, PUES, 46 CROMOSOMAS
15ENZIMA DE RESTRICCIÓN
- ENZIMA PRODUCIDA POR UNA BACTERIA QUE CORTA O
FRAGMENTA EL ADN POR UN LUGAR DETERMINADO,
ESPECIFICO PARA CADA TIPO DE ENZIMA. EXISTE
CIENTOS DE ENZIMAS DE RESTRICCIÓN QUE PORTAN AL
ADN POR LUGARES CONOCIDOS. APROPIADAMENTE
UTILIZADOS PUEDEN SERVIR PARA SU POSTERIOR
ESTUDIO. P.E. EcoR1
16PARES DE BASES
- UNIDAD COMPUESTA POR UNA PAREJA DE NUCLEOTIDOS
COMPLEMENTARIOS - E. coli. Tiene 4.2 millones de p. de b.
- Levadura común 13 millones de p. de b.
- Mosca de la fruta 140 millones de p.de b.
- Especie humana 3,300 millones de p.deb.
17RFLP
- FRAGMENTOS DE RESTRICCIÓN DE LONGITUD
POLIMORFICA CONJUNTO DE FRAGMENTOS DE ADN QUE
APARECEN TRAS CORTARLO CON ENZIMAS DE RESTRICCIÓN
(HaeIII) (HinfI) - LOS PRIMEROS CASOS DE CRIMINALISTICA FUERON
RESUELTOS GRACIAS A ESTA TECNICA.
18VNTR
- COPIAS DE FRAGMENTOS DE SECUENCIAS IDENTICAS DE
UNOS 30-50 PARES DE BASES QUE SE SUCEDEN
ININTERRUMPIDAMENTE EN UN CROMOSOMA. LA
EXISTENCIA DE LOS VNTR ORIGINA LOS DIFERENTES
ALELOS Y ORIGINA EL POLIMORFISMO. - SUSTITUYERON A LOS RFLP EN LA MEDICINA FORENSE.
19STR
- REPETICIONES EN TANDEM CORTAS. SON LOCUS CUYOS
VNTR ESTAN COMPUESTOS SOLO POR 2,3 O 4 PARES DE
BASES, DE MODO QUE PUEDEN SER ANALIZADOS POR PCR
USANDO FRAGMENTOS CUYA LONGITUD ES DE 100 A 200
PARES DE BASES EN CONSECUENCIA TIENEN UNA GRAN
ESTABILIDAD, SIENDO MUY UTILES EN CRIMINALISTICA
20PCR
- REACCIÓN EN CADENA DE LA POLIMERAZA PERMITE
AMPLIFICAR MAS DE UN MILLON DE VECES EL ADN
OBTENIDO A PARTIR DE UNA REGION SELECCIONADA DEL
GENOMA SIEMPRE Y CUANDO SE CONOZCA UNA PARTE DE
SU SECUENCIA DE NUCLEOTIDOS .
21MATRICES PARA OBTENER ADN
- SANGRE
- SEMEN
- SALIVA
- CABELLO
- PULPA DENTAL
- PIEL
- HUESO
22METODOLOGIA DE TRABAJO DEL A.D.N.
- I) EXTRACCIÓN DEL A.D.N.
- II) P.C.R
- III) OBTENCIÓN DE LOS GENOTIPOS
- TECNICAS RADIACTIVAS
- REVERSO DEL DOT-BLOT (NO RADIACTIVAS)
- QUIMIOLUMINISCENCIA
23EXTRACCION DEL ADN
- ENZIMATICAS (PROTEINAZA K)
- NO ENZIMATICAS (TKM)
- RESINAS QUELANTES (CHELEX)
24EXTRACCIÓN DE A.D.N. ENZIMATICA
- Extracción de ADN de sangre
- 1.- Pipetear 0.5 ml de Buffer de Digestión en
tubos para microcentrifuga de 1.5 ml estériles.
Adicionar uno de los reactivos siguientes y
mezclar. - 10 a 50 ?l de sangre total
- b) 2 a 10 ?l de (aproximadamente 105 células
sanguíneas blancas) - 1 cm2 de mancha de sangre
- 2.- Adicionar 15 ?l de solución de proteinasa K
10 mg/ml. Mezclar suavemente. Incubar a 56C por
al menos 1 hora. - 3.- Remover el sustrato de las manchas de sangre
con un palillo estéril o una punta para
micropipeta estéril. - 4.- A 0.5 ml de células lisadas, adicionar 0.5 ml
de solución de fenol. Vortexee. Centrifugue en
una microcentrifuga durante 3 a 5 min a 10000 a
15000 xg (máxima velocidad). Transferir la fase
superior acuosa a tubos de microcentrifuga de 1.5
ml estériles. - 5.- Adicionar 0.5 ml de solución de
fenol-cloroformo. Vortexee. Centrifugue en una
microcentrifuga durante 3 a 5 min a 10000 a 15000
xg (máxima velocidad). Transferir la fase
superior acuosa a tubos de microcentrifuga de 1.5
ml estériles. - 6.- Adicionar 0.5 ml de solución de cloroformo.
Vortexee. Centrifugue en una microcentrifuga
durante 3 a 5 min a 10000 a 15000 xg (máxima
velocidad). Transferir la fase superior acuosa a
tubos de microcentrifuga de 1.5 ml estériles. - 7.- Agregar 1/10 parte de acetato de sodio 3M.
- 8.- Agregar 2.5 volúmenes de etanol absoluto
frío. - 9.- Dejar precipitando a 20C toda la noche o a
70C durante 1 hr. - 10.- Centrifugar 10 min a 14000 rpm. Decantar el
etanol. - 11.- Lavar el botón con 100 ?l de etanol al 70.
Centrifugar 5 min a 14000 rpm. Decantar el
etanol. - 12.- Secar al aire el botón.
- 13.- Resuspender en agua destilada estéril.
25Replicación del ADN
- El ADN tiene toda la información necesaria para
el funcionamiento celular y de los caracteres
específicos de una especie o individuo, por ello,
es imprescindible que pueda ser copiado con
fidelidad para que pueda repartirse entre la
progenie, ya sean células que se regeneran o
nuevos individuos de una especie. En el primer
caso la replicación se realiza durante el proceso
de mitosis, y en el segundo durante el proceso de
la meiosis - Se han emitido muchas hipótesis de como se
duplica el ADN, pero Watson y Crick formularon la
hipótesis semiconservativa que fue posteriormente
demostrada por Meselson y Stahl en 1957. Según
esta hipótesis, la nuevas moléculas de DNA
duplexo contienen una hebra de material original
y otra nueva.
26P.C.R.
- permite amplificar más de un millón de veces un
ADN obtenido a partir de una región seleccionada
del genoma, siempre y cuando se conozca una parte
de su secuencia de nucleótidos. Esta técnica fue
ideada en 1989 por Kary B. Mullis que obtuvo el
premio Nobel de Química en 1993 por dicho invento.
27(No Transcript)
28- Para la PCR se utilizan dos oligonucleótidos
sintéticos de unos 15-20 nucleótidos que son
complementarios a las zonas flanqueantes de la
región que se quiere amplificar. Estos
oligonucleótidos (habitualmente conocidos por su
nombre en inglés, "primers") actúan como
cebadores para la síntesis in vitro de ADN la
cual está habitualmente catalizada por una enzima
llamada Taq polimerasa. Dicha enzima se aísla de
una bacteria termófila, denominada Thermus
Aquáticus, que es capaz de crecer a temperaturas
elevadas (79 - 85 º C). A esta temperatura dicha
enzima es capaz de mantener una media de
extensión de más de 60 nucleótidos por segundo en
regiones ricas en uniones G-C. La temperatura
optima a la que actúa la Taq polimerasa permite
el uso de elevadas temperaturas para la unión de
los primers y para la extensión, de esta manera
se aumenta el nivel de exigencia de la reacción y
se reduce la extensión de los primers unidos
inespecíficamente al ADN.
29- DESNATURALIZACIÓN Para que comience la reacción
es necesario que el ADN molde se encuentre en
forma de cadena sencilla. Esto se consigue
aplicando temperaturas de 90 a 95ºC que producen
la rotura de los puentes de hidrógeno
intercatenarios y por lo tanto la separación de
ambas cadenas. Para conseguir la completa
separación de las hebras de toda la muestra esta
temperatura debe mantenerse unos minutos. Si el
ADN solo se desnaturaliza parcialmente éste
tenderá a renaturalizarse rápidamente, evitando
así una eficiente hibridación de los primers y
una posterior extensión. - HIBRIDACIÓN Esta fase se denomina también fase
de annealing o de emparejamiento. Una vez que
el ADN está desnaturalizado se disminuye la
temperatura hasta un rango comprendido entre los
40 y los 60ºC para que se pueda producir la unión
de los primers a las secuencias flanqueantes del
fragmento que se va a amplificar. La temperatura
de fusión o annealing (Tm, melting temperature)
depende de varios factores y es relativamente
específica para cada primer. La longitud de los
primers y la secuencia son críticas en la
designación de los parámetros de una
amplificación, una fórmula simple para calcular
la Tm es la siguiente - Tm 4(GC) 2 (AT).
- No obstante, cada primer exige una serie de
estudios experimentales para determinar su
temperatura de annealing específica ya que si la
temperatura es muy baja la unión se hará de forma
inespecífica y si es muy alta no se producirá una
unión completa. - EXTENSIÓN Durante este paso la Taq polimerasa
incorpora nucleótidos en el extremo 3' del primer
utilizando como molde la cadena de ADN
previamente desnaturalizada. La temperatura a la
que se lleva a cabo este paso suele ser de 72ºC
ya que es la temperatura a la que la Taq
polimerasa alcanza su máxima actividad.
Normalmente una extensión de 20 segundos es
suficiente para fragmentos menores de 500 pb, y
40 segundos para fragmentos por encima de 1.2Kb. - Un factor importante en el transcurso de las
diferentes fases es el tiempo de rampa. Este se
define como el tiempo invertido en pasar de una
temperatura a otra y depende del diseño y de las
características del aparato donde se realiza
automáticamente este proceso, el termociclador.
En las nuevas generaciones de termocicladores
este factor se ha ido optimizando para hacerlo
mínimo.
30- Componentes de la PCR
- 2.2.1 BUFFER DE AMPLIFICACIÓN
- Los buffer de PCR que se utilizan normalmente
contienen KCl, Tris y MgCl2. El MgCl2 es el
componente que más influye en la especificidad y
rendimiento de la reacción ya que los iones Mg2
son necesarios para la actividad de la Taq
polimerasa, es decir, actúan como cofactores de
la polimerasa. - La concentración óptima de MgCl2 está en torno a
1.5 mM si se emplean concentraciones de 200 mM de
cada uno de los dNTPs. No obstante, a veces es
necesario probar con diferentes cantidades de Mg
ya que un exceso del mismo origina una
acumulación de productos inespecíficos y una
cantidad insuficiente hace que disminuya el
rendimiento de la amplificación. - 2.2.2 PRIMERS
- A la hora de elegir unos primers para amplificar
un determinado fragmento de ADN hay una serie de
reglas a seguir - La longitud de cada uno de los primers debe estar
comprendida entre 18 y 24 bases ya que se ha
comprobado que primers de mayor longitud (30-35
bases) no aumentan el rendimiento y los primers
cortos carecen de suficiente especificidad. - Ambos primers deben tener una Tm similar (como
mucho la diferencia entre ambas temperatura debe
ser de 5ºC). - La relación bases púricas bases pirimidínicas
debe ser 11 (o como mucho 40-60). - La secuencia de los primers debe comenzar y
terminar con 1-2 bases púricas. - Para evitar la formación de dímeros de primers es
necesario comprobar que los primers no contengan
secuencias complementarias entre sí. - Los dímeros de primers consisten en fragmentos de
doble cadena cuya longitud es muy próxima a la de
la suma de los primers y se producen cuando un
primer es extendido a continuación del otro. El
mecanismo exacto por el que se forman estos
dímeros no está completamente determinado. La
observación de que primers con los extremos 3'
complementarios favorecen su formación sugiere
que el paso inicial se debe a interacciones
transitorias que aproximan los extremos
complementarios. Algunas polimerasas, incluida la
Taq, han mostrado una débil actividad
polimerizadora no dirigida por un ADN patrón, la
cual puede unir nucleótidos adicionales al doble
extremo apareado. Si esta actividad puede
producirse sobre una hebra sencilla de
oligonucleótidos, resultaría una buena
oportunidad para que la extensión formara un
corto solapamiento en el extremo 3' con el otro
primer, suficiente para promover la formación del
dímero. - 2.2.3 DESOXINUCLEÓTIDOS TRIFOSFATOS
- Las concentraciones de dNTPs que suelen usarse
están en torno a 200 µM para cada uno de ellos.
En un volumen de reacción de 25 µl con esta
concentración de dNTPs se sintetizarían entre
6-6.5 µg de ADN. La concentración de dNTPs y de
MgCl2 va relacionadas ya que el Mg se une a los
dNTPs con lo que concentraciones elevadas de
dNTPs inhibirían la reacción al no tener la Taq
polimerasa suficiente Mg como para incorporar
dNTPs. Para una concentración de 200 µM de cada
dNTP se suele añadir MgCl2 a una concentración de
1.5 mM. - 2.2.4 TAQ-POLIMERASA
- Las cantidades óptimas de Taq polimerasa
necesarias para la síntesis de ADN están
alrededor de 2 unidades en 25 µl de volumen final
de reacción. La actividad de este enzima se ve
influenciada por la concentración de dNTPs, de
Mg2 y de algunos iones monovalentes de manera
que concentraciones elevadas de los mismos
inhiben dicha actividad. - Por otro lado, pequeñas concentraciones de KCl
estimulan la actividad sintética de la Taq en un
50-60 con un máximo aparente cuando su
concentración es de 50 mM. Existen algunos datos
relacionados con la influencia de ciertos
reactivos que se emplean antes de la
amplificación y que alteran la actividad de la
Taq. Por ejemplo concentraciones 1M de urea
estimulan la actividad, el SDS a bajas
concentraciones que la inhibe al igual que
concentraciones mayores del 10 de etanol. - 2.2.5 ADN MOLDE O TEMPLATE"
- Es el ADN del cual queremos copiar un determinado
fragmento, es, por tanto, el ADN que la Taq
polimerasa utiliza como molde para la síntesis de
nuevas cadenas polinucleotídicas. La cantidad de
ADN necesaria para la PCR depende de varios
factores
31(No Transcript)
32(No Transcript)
33(No Transcript)
34Las Pruebas de Paternidad en la Historia
- Es de conocimiento histórico que la determinación
de la paternidad era una preocupación inclusive
en tiempos precristianos. Es clásico el caso del
hijo que Cleopatra llevó desde Egipto hasta Roma
imputando su paternidad a Julio César y creando
un problema político en Roma que terminó con el
asesinato del propio Julio César. Desde esas
épocas hasta exactamente el año1900 el "parecido
físico" era el único parámetro concreto mediante
el cual se podía tratar de dilucidar si un hombre
era o no el padre biológico de un niño.
Obviamente, éste era un método sujeto a
interpretaciones muy subjetivas que sólo en casos
muy específicos daba resultados creíbles para la
comunidad.
35HLA
- El descubrimiento de los antígenos asociados a
los glóbulos blancos llamados sistema HLA (Human
Leukocyte Antigen) permitió que hubiera un método
más sofisticado para determinar paternidad ya que
estos también seguían un patrón hereditario
mendeliano. Sin embargo, recién cuando se pudo
usar la tecnología del ADN aplicada a los
antígenos HLA se pudo conseguir probabilidades de
paternidad que se aproximaban al 80. Sin
embargo, este era un valor aún insuficiente para
contar con la capacidad de designar
inequívocamente al verdadero padre biológico. Es
importante resaltar que hoy en día hay algunos
laboratorios que equivocadamente persisten en
ofrecer pruebas de HLA hechas por ADN para
determinación de paternidad, siendo la verdadera
utilidad actual de este método el determinar
histocompatibilidad previa a transplantes de
órganos.
36RFLPs
- En 1985 se describió por primera vez el uso de la
técnica conocida como RFLP (restriction fragment
length polymorphisms) para análisis de
paternidad. En esta técnica, se utiliza enzimas
llamadas de restricción por ejemplo, HaeIII
para cortar el ADN en sitios previamente
conocidos por su gran variabilidad (regiones
hipervariables) en la búsqueda de una secuencia
específica. Los fragmentos resultantes se colocan
en una matriz hecha de un gel. Una corriente
eléctrica se aplica al gel y los fragmentos (que
tienen carga negativa) migran a lo largo del gel
(dirigiéndose al polo positivo), de manera tal
que los fragmentos pequeños logran movilizarse
más lejos, y los fragmentos más grandes son más
lentos. Los fragmentos así separados son
transferidos a una membrana de nylon, la cual es
luego expuesta a una sonda de ADN marcada la
cual es un pequeño segmento sintético de ADN que
reconoce específicamente - y por tanto se une
específicamente - a un segmento único (locus)del
ADN de la persona que se está examinando. - La técnica RFLP se sigue usando en algunos
laboratorios pero tecnológicamente hoy en día es
considerada prácticamente obsoleta por una serie
de razones.
37(No Transcript)
38S.T.R.s
- Hoy en día - y desde mediados de los 1990s - la
técnica que es considerada como tecnología de
punta es la que hace uso de la hipervariabilidad
natural de ciertas regiones "silenciosas" del ADN
conocidas como STR (short tandem repeats).
39Caso de estudio biológico de la paternidad
realizado con electroforesis capilar. Cada pico
corresponde a un alelo, el hijo (H) debe poseer
un alelo de la madre (M) y otro del padre (P)
para que la paternidad sea compatible
40A.D.N. MITOCONDRIAL
- Las mitocondrias son organelos intracelulares
presentes en todas las células humanas (excepto
los glóbulos rojos maduros). Las mitocondrias son
esenciales para la producción de energía, están
presentes en el citoplasma de las células y - lo
que es relevante aquí - poseen su propio ADN. - Sucede que cuando ocurre el proceso de
fecundación del óvulo por el espermatozoide, sólo
el núcleo del espermatozoide logra penetrar el
óvulo. En consecuencia, las mitocondrias (y su
ADN mitocondrial) del nuevo ser engendrado
provienen exclusivamente del óvulo, es decir de
la madre