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Untitled Prezi

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Laura Fernandez Escobar

on 13 March 2013

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Photochemically relevant DNA-based molecular systems enabling chemical and signal transductions and their analytical applications ÍNDICE Introducción DNA: nanomaterial utilizado como plantilla Complejación directa del DNA Transformaciones químicas aceleradas utilizando DNA DNA
Información
genética Campos Medicina
Arqueología
Evolución
Ciencias forenses Aplicaciones no biologicas Biología Nano-
tecnología
DNA Nanomáquinas/
nanoaparatos DNA Beacon molecular (MB): transformación molecular reversible en respuesta a un blanco específico de DNA Campo catalítico: Se han descubierto muchos grupos que se unen covalentemente al DNA para obtener dicho DNA con grupos funcionales. Esto nos permite formar complejos supramoleculares. Vamos a tratar las siguientes reacciones promovidas por el DNA DNA COMO NANOMATERIAL PLANTILLA Unión de Tintes Orgánicos y Complejos Metálicos Muchas moléculas pequeñas se pueden unir a la doble hélice del DNA a) Tres dímeros de cianina unidos a la hélice (izq.) y sin unir (der.)
b) Complejo de Cu unido a la hélice de ADN El DNA se utiliza como plataforma para formar sitios selectivos, así como para la unión de grupos cromóforos como pirenos y perilenos. DNA COMO NANOMATERIAL PLANTILLA a) Oligodesoxyribosa fluorescente
b) PEG-poliestireno excitado a 340-380 nm.
c) Fotografía combinada de 23 Oligodesoxyribosas fluorescentes disueltas en un tampón de fosfato DNA COMO NANOMATERIAL PLANTILLA Selección de iones metálicos en DNA El DNA tiene diferentes tipos de bases de Lewis que son las que se van a coordinar selectivamente a iones metálicos. Espectro de fotoluminiscencia de nanogrupos de plata obtenidos utilizando DNA como plataforma. DNA COMO NANOMATERIAL PLANTILLA Nuevos fluoróforos Mejor fotoestabilidad
Mayor brillo Sensores químicos
Ensayos hibridación A continuación, se muestra la formación, tanto cuantitativa como específica, de algunos pares de bases con iones metálicos incrustados. DNA COMO NANOMATERIAL PLANTILLA POLIMERIZACIÓN EN EL DNA-PLANTILLA El DNA se copia de la cadena complementaria a través de la DNA-polimerasa.
El DNA puede utilizarse como plantilla para formar polímeros funcionales en ausencia de enzimas. Se han creado oligómeros de una longitud determinada a partir de este DNA-plantilla. Estos polímeros son una gran elección como aparato nanoelectrónico DNA COMO NANOMATERIAL PLANTILLA Pani se puede preparar por oxidación de un monómero de anilina bien electroquímicamente o bien químicamente en condiciones ácidas.
Se ha descubierto una enzima HRP, que actúa polimerizando anilina y fenol en condiciones suaves, por tanto se utiliza para la formación de PANI integrándolo en las hebras de DNA a un pH de 4.3. Para ello se usa también H2O2. El DNA/Pani tiene la problemática de que se aglomera cuando se inmoviliza en un sustrato
Para solucionar esto se prepara Pani con una longitud diferente utilizando monómeros covalentemente modificados con nucleobases El Pani puede tener diferentes estados de oxidación Complejación directa-DNA Formación directa de estructuras específicas Como ejemplo de esta formación de estructuras específicas, podemos comentar la modificación de dos terpiridina (terpy) en el final de la hebra de ODN (oligodeoxynucleotido). Beneficio: Amplificación catalítica de la señal fluorescente Algunas de estas estructuras son muy importantes, ya que son utilizadas como building blocks Complejación directa-DNA Vamos a tomar como ejemplo la formación de complejos lantánidos luminiscentes en la hibridación de sondas divididas. Los grupos químicos que se encuentran en el DNA pueden ser modificados para mejorar la estructura del DNA. Modificaciones Localización
Distancia
Orientación Vamos a ir estudiando diferentes tipos de reacciones Formación fluorófora
Reacciones Azida-Fosfina
Reacciones tipo Aldol
Reacciones Azida-Alquino
Photocrosslinking
Unión Química
Unión fotoquímica (2π-2π)
Unión fotoquímica (4π -4 ) TRANSFORMACIÓN QUÍMICA ACELERADA EN DNA Reacciones Azida -Fosfina (Reacción de Staudinger) TRANSFORMACIÓN QUÍMICA ACELERADA EN DNA En esta imagen mostramos diferentes reacciones que da el grupo intermedio cuando se añaden diferentes electrófilos. Una vez conocida la reacción se ha aplicado al análisis de DNA. Para ello, la fosfina se modifica con fluoresceína a través de su enlace éster. La fluoresceína se enlaza al final de una de las hebras de PNA (DNA + fosfina). Lo mismo ocurre con otro PNA, y ambas secuencias se unen a nuestra muestra de DNA, pasando de no fluorescente a fluorescente. TRANSFORMACIÓN QUÍMICA ACELERADA EN DNA La condensación aldólica se está empleando en reacciones en las que el analito es dependiente de un compuesto fluorescente con el que se va a asociar para su detección. Un ejemplo de ello son los tintes de Hemicianina, que se sintetizan por condensación aldólica. Reacciones tipo Aldol TRANSFORMACIÓN QUÍMICA ACELERADA EN DNA Reacciones alquino-azida ( Reacción Huisgen, click chemistry) En 1963, Huisgen describió la reacción entre azidas y acetileno a través de una cicloadición 1,3-dipolar para obtener triazoles. Se obtenían grandes cantidades de triazol utilizando una elevada cantidad de calor. Complejos de Cu+ se están utilizando como catalizadores de esta reacción, lo cual hace que la velocidad de la reacción sea elevada en fase acuosa y condiciones fisiológicas. Debido a esta rapidez se utiliza mucho en estudios biológicos, ahora también se la engloba en el grupo denominado “click chemistry”. Sin embargo, debido a la toxicidad del cobre, se están empleando otro tipo de metales menos tóxicos. TRANSFORMACIÓN QUÍMICA ACELERADA EN DNA Photocrosslinking Una gran cantidad de ligandos de pequeño tamaño son capaces de unirse a la molécula de DNA de manera inter o intramolecular.
La o-metil quinona (o-QM) ha jugado un papel importante en procesos tanto químicos como biológicos.
Se ha observado la existencia de un potente interconector de DNA, fotoinducible y soluble en agua basado en una reacción en cuyo mecanismo interviene dicho (o-QM) TRANSFORMACIÓN QUÍMICA ACELERADA EN DNA Unión Química La zona terminal de dos fragmentos de DNA con fosfato e hidroxilo se conectan para formar el fosfodiéster.
La ligasa es la enzima responsable de esta reacción.
Las ventajas de la reacción son entre otras que es robusta y presenta un coste bajo. Como ejemplo de unión química veremos: Unión Fotoquímica (2π-2π) Las tyminas sucesivas de una misma hebra de DNA forman un dímero, en el cuál se forma también ciclobutano por cicloadición (2π-2π) con radiación ultravioleta. Si este dímero permanece en la piel y se acumula puede dar lugar a cáncer de piel
Un ejemplo de estas ligaciones fotoquímicas es la formación de dímeros de ciclobutano de nucleobases modificadas con grupos vinilo. TRANSFORMACIÓN QUÍMICA ACELERADA EN DNA También se han estudiado una serie de ligaciones fotoquímicas reversibles via 5 vinilpirimidina, con una radiación de 366nm. A esta radiación, la vinilpirimidina ataca el final de la cadena 5´del ODN uniéndose la pirimidina al final de la cadena 3´. La reacción, sin embargo, es reversible si se irradia a 302nm. TRANSFORMACIÓN QUÍMICA ACELERADA EN DNA Unión fotoquímica (4 -4) El antraceno forma fotoaductos y dímeros de antraceno muy rápidamente por cicloadición (4 -4)
Aunque el rendimiento de formación de dímeros de antraceno en disoluciones muy diluidas es bajo, la reacción en condiciones específicas si se lleva a cabo.
Cuando la radiación es de 366nm, el antraceno (dímero) formado en presencia de un DNA (plantilla) complementario se lleva a cabo en pocos segundos y con una especificidad alta. No se observan reacciones secundarias no deseadas ya que las otras reacciones necesitan una reacción (2π-2π). TRANSFORMACIÓN QUÍMICA ACELERADA EN DNA La circularización de DNA se realiza utilizando dos antracenos conjugados en cada final de la hebra de DNA. La reacción es reversible a 312nm.
Esta reacción es fundamental para la construcción de nanoestructuras moleculares Conclusiones Conclusiones La estructura del DNA se caracteriza por su regularidad. Existen diferentes moléculas orgánicas (complejos metálicos, iones metálicos) que se ensamblan a lo largo de la doble hélice para formar nanoestructuras bien definidas y que poseen propiedades únicas.

El DNA es químicamente estable, y las técnicas para la síntesis del mismo están bien establecidas. El DNA puede ser preparado con diferentes longitudes y secuencias por enzimas químicas.

La estructura del DNA se puede programar según las condiciones que se pongan (pH, fuerza iónica, temperatura, etc.) y están bien establecidas.

Por lo tanto se pueden formar estructuras de DNA con grupos funcionales en distintas posiciones, tratando el DNA con diferentes condiciones de reacción.

Las aplicaciones del DNA como molécula plantilla, se han desarrollado enormemente en la última década debido a la funcionalidad del DNA como “building block” Metales Polímeros
conductores Pani: Polianilina Conduce electricidad Una de estas funciones que pueden cubrir algunos de estos polímeros es la de conducir la electricidad Conductividad no controlada Conduce electricidad

Flexibilidad mecánica

Estabilidad medio-
ambiental
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