Tema II: Estructura del ADN. Los experimentos de Adleman y de Lipton

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Tema II: Estructura del ADN. Los experimentos de
Adleman y de Lipton
I Procedimientos matem´aticos vs procesos biol´ogicos.
I L. Adleman materializ´o esta similitud (nov. 1994).
I Julio de 2000: interruptor a partir de una mol´ecula.
I Sustituye la luz por una reacci´on qu´ımica.
I Pueden disponer de m´as de mil procesadores en el espacio
ocupado por un procesador.
I Pueden aumentar la velocidad cien mil millones de veces.
I Pueden reproducir cien ordenadores convencionales en el
taman˜o de un grano de sal fina.
I Simulaci´on bioqu´ımica de una MT (E.Shapiro, nov. 2001)
I Cromosomas:
I Descritos por Holfmeister, 1848
I Codifica la informaci´on gen´etica (Principios del s. XX)
I Prote´ınas + ADN (Claude, Porter, 1943 y Mirsky, 1947).
I ADN (J. Watson y F. Crick, 1951–1953)
I Descifran la estructura.
I Descubren el principio de complementariedad.
I Demuestran que las mol´eculas de ADN codifican toda la
informaci´on gen´etica.
I Justifican el uso de ciertas t´ecnicas para su manipulaci´on.
Estructura del ADN
ADN: pol´ımero que, en su estructura lineal, consta de una serie de mon´omeros
(nucle´otidos).
Cada nucle´otido consta de:
I Un azu´car (desoxirribosa).
I Un grupo fosfato (P).
I Una base nitrogenada.
5’
P 4’ OH
3’
2’
1’
B
Bases nitrogenadas: A, C, G, T. adenina, citosina, guanina y timina
Tipos de enlaces: fosfodiester y de hidr´ogeno.
Enlace fosfodiester: cadenas simples (polaridad).
5’ 5’ 5’ 5’
P P P
P 4’ 4’ 4’ 4’ OH
OH OH OH
3’ 3’ 3’ 3’
2’ 2’ 2’ 2’
1’ 1’ 1’ 1’
B B B B
1 2 3 4
Enlace de hidr´ogeno: A↔T y C↔G.
Enlaces fosfodiester + enlaces de hidr´ogeno= cadenas dobles (estructura de
doble h´elice).
5’ 5’ 5’ 5’
P P P
P 4’ 4’ 4’ 4’ OH
OH OH OH
3’ 3’ 3’ 3’
2’ 2’ 2’ 2’
1’ 1’ 1’ 1’
B1 B2 B3 B4
- - - -
B1 B2 B3 B4
1’ 1’ 1’ 1’
2’ 2’ 2’ 2’
3’ 3’ 3’ 3’
OH 4’ OH 4’ OH 4’ OH4’ P
P P P
5’ 5’ 5’ 5’

Estructura helicoidal de una mol´ecula de ADN
Estructura de datos: mol´eculas de ADN
Operaciones con mol´eculas de ADN:
I Desnaturalizaci´on.
I Renaturalizaci´on.
I Medida de la longitud.
I Extracci´on.
I Alargar (Enzima Polimerasa).
I S´ıntesis.
I Cortar (Enzima Nucleasa).
I Empastar (Enzima Ligasa).
I Alterar.
I PCR.
I Lectura.
El experimento de L. Adleman
Noviembre de 1994: resoluci´on molecular de una instancia del problema del
camino hamiltoniano, en su versi´on dirigida y con dos nodos distinguidos.
4
3 1
6
0
2 5
GrafousadoenelexperimentodeAdleman
Este experimento:
I Primer ejemplo de computaci´on a nivel molecular.
I Nuevas perspectivas de las mol´eculas de ADN como
estructura de datos peculiares.
I Posibilidad de usar el ADN para resolver instancias de
problemas computacionalmente intratables.
I Capacidad del ADN para simular computaciones de forma
masivamente paralela.