Lección 16: Genóforo bacteriano. Organización, replicación y expresión. Plásmidos y elementos transponibles. Flashcards
Material génetico: ADN
Gen –> Unidad funcional de la info. génetica –> alamacenado en cromosomasa/elementos génetcios –> genoma
ADN –> Doble cadena, transmisión precisa de la info. génetica hacia la progenie.
Experimento de Fredrick Griffin, 1928 - - > Decubre el PRINCIPIO TRANSFORMANTE , se puede recombinar
*Existían dos cepas bacterianas:
@Cepas S o smooth: virulentas, con una cápsula gelatinosa de polisacáridos, aspecto liso.
@Cepas R o rough: no virulentas, carecen de cápsula
gelatinosa, aspecto más rugoso.
1) Ratones inoculados con cepas S contraen la enfermedad y mueren. De ellos se extraen bacterias vivas virulentas.
2) Ratones inoculados con cepas R no enferman y viven. No se extraen bacterias vivas (no crecen)
3) Ratones inoculados con cepas S muertas por calor no contraen la enfermedad. No se extraen bacterias vivas.
4) Ratones inoculados simultáneamente con cepas S
muertas por calor, y cepas R vivas, enferman y mueren. Se extraen bacterias vivas de la cepa S.
*PRINCIPIO TRANSFORMANTE –> Era captado por las bacterias vivas no virulentas y transformaba sus caracteres hereditarios, convirtiéndolas en virulentas.
1944 que Avery, MacLeod y McCarty
*El principio transformante era el ADN y no las proteínas como se pensaba.
*Sometieron restos celulares de una cepa S a varios tratamientos enzimáticos y al mezclarlos con cepas R, las transformaron en cepas S:
1) Trataron las cepas S muertas por calor con detergente para obtener un lisado celular (extractos celulares purificados), el cual contiene el polisacárido de la superficie celular, proteínas, ARN y ADN.
2) Sometieron al lisado a diversos tratamientos enzimáticos:
- Tubo 1 con RNasa: queda ADN y proteinas.
- Tubo 2 con proteasas: queda ADN y ARN.
- Tubo 3 con DNasa: quedan ARN y proteínas.
3) Mezclaron el contenido de estos tubos con cepas R e inmunizaron ratones con ello.
*Resultado: de los tubos 1 y 2 se obtuvieron bacterias S y R, del tubo 3 solo bacterias R.
*Conclusión: el material hereditario debe ser el ADN, puesto que las bacterias cuyo ADN está degradado
pierden la capacidad transformante.
MODELO DE LA DOBLE HÉLICE DE ADN
En 1953, Watson y Crick
*El ADN se compone de subunidades llamadas nucleótidos. Están formados por:
>Azúcar pentosa (desoxirribosa)
> Un grupo fosfato
> Una de cuatro bases nitrogenadas: adenina (A), timina (T), guanina (G) o citosina (C).
Las bases pueden ser:
@ Pirimidínicas si solo tienen un anillo (C, T)
@ Púricas tienen dos anillos (A, G).
*Siempre una A se enfrenta a una T y una C se enfrenta a una G en la doble cadena. (complementarias)
* Para formar el ADN los nucleótidos se unen covalentemente por medio de un enlace fosfodiéster entre el carbono 3 ́de la pentosa de un nucleótido y el grupo fosfato del carbono 5 ́del nucleótido siguiente.
*El ADN se presenta en forma de doble cadena, donde las dos cadenas se asocian entre sí mediante puentes de hidrógeno que se establecen entre las bases complementarias (2 entre A-T y 3 entre G-C).
>Interior de la estructura –> Las bases nitrogenadas
>Exterior quedan los fosfatos y los azúcares, (esqueleto azúcar-fosfato)
>En cada extremo de una doble hélice lineal de DNA, el extremo 3’-OH es adyacente al extremo 5’-P (fosfato) de la otra.
> Como las dos hebras tienen una orientación diferente son antiparalelas.
*La doble hélice es dextrógira. Mirando al eje de la hélice hacia abajo, cada una de las hebras sigue una
trayectoria en el sentido de las agujas del reloj.
*La hélice presenta dos tipos de surcos helicoidales externos:
>Anchos y profundos (surcos mayores)
>Estrechos y poco profundos (surcos menores).
Génoforo
Cromosoma bacteriano
*Constituido por una molécula de ADN de doble cadena, circular y covalentemente cerrada.
*Ramaño variable, de 1000-9000kb.
*Se encuentra asociado a muy escasas proteínas diferentes de las histonas.
*Material genético, ADN o cromosoma bacteriano (en bacterias se evita la palabra cromosoma para diferenciarlo estructuralmente del de eucariotas).
*Nucleoide –> hace referencia más al aspecto celular, la condensación del material genético en el citoplasma
aunque sin estar confinado por ninguna membrana. *Generalmente se encuentra asociado a la membrana
plasmática porque es necesario para la división celular.
*Pero podemos usar los dos términos indistintamente casi.
Superenrrollamiento
*El ADN estás agregado o superenrollado (muy plegado y torsionado) dentro de la célula y asociado a la membrana citoplasmática.
*¿Por qué? La cuestión es sencilla: En el caso de E.coli, el ADN que aproximadamente mide 1,4 mm de longitud tiene que caber en una célula de 2-3 microm, y dejar suficiente espacio.
*El superenrollamiento puede ser, según su dirección:
@Negativo –> derecha, ayuda a abrir la hélice ó a relajarla
@Positivo –> izquierda, aumenta la torsión.
*En la mayoría de bacterias el superenrollamiento es negativo.
* Este proceso está mediado y controlado por un grupo de enzimas llamadas topoisomerasas, que actúan enredando el ADN para permitir que se almacene de manera más compacta o desenredándolo para que puedan darse la replicación del ADN y la síntesis de proteínas.
Topoisomerasas
@Topoisomerasa tipo I.
*Corta una hebra de ADN, para liberar las tensiones internas debidas a un excesivo enrollamiento o a un enrollamiento deficiente.
*Una vez que la tensión se ha relajado, pega los extremos de la hebra cortada.
*No necesitan ATP para su funcionamiento.
@Topoisomerasa tipo II.
*La ADN-girasa es la única capaz de introducir superenrollamientos negativos en el DNA.
*Corta ambas hebras de la cadena de ADN, y pasa otra doble cadena intacta por el hueco formado en la ruptura.
*Necesita energía en forma de ATP.
*Después La propia topoisomerasa vuelve a ligar los dos extremos del DNA.
@En varias especies de arqueas y algunas bacterias se han encontrado unas topoisomerasas muy
poco usuales, denominadas ADN girasa inversa.
*Estas enzimas introducen superhélices positivas
en el ADN.
*Con superenrollamientos positivos es imposible separar las dos hebras de ADN ni pasar
a conformaciones alternativas, por lo que este superenrollamiento podría servir para proteger el
ADN de las condiciones desnaturalizantes propias de la alta temperatura o acidez del medio en que
viven estos organismos
Ventajas de las bacterias en estudios géneticos
- En un cultivo se tienen millones de individuos
- Las bacterias tienen rápidas tasas de crecimiento (nivel poblacional) y cortos tiempos de generación.
- Existen técnicas selectivas que permiten encontrar un ejemplar determinado entre millones.
- Los cambios en el material genético de aquellas bacterias haploides son observables de inmediato
- Las condiciones ambientales pueden ser fácilmente controladas.
Genotipo y fenotipo
*Paradoja del material génetico: la información genética debe ser estable y transmitirse a la descendencia, pero también debe permitir un cierto grado de variabilidad que facilite la adaptación y evolución de la especie.
*El genotipo es la constitución genético (lo heredable) *El fenotipo la expresión observable de las propiedades del genotipo (adaptaciones fisiológicas)
Flujo de la información biologica:
Replicación
Transcripción
Traducción
*Cada gen proporciona las instrucciones para formar un producto funcional, o sea, una molécula necesaria para desempeñar un trabajo en la célula. (proteína)
*Dogma central de la biología molecular –> En la expresión de un gen codificante de proteína, la información fluye de ADN→ARN→proteína.
*Los genes no codificantes (genes que producen ARN funcionales) también se transcriben para producir ARN, pero este ARN no se traduce en un polipéptido. *Expresión génica –> Cualquier tipo de gen es el proceso de pasar de ADN a producto funcional
Diferencias entre la genética de procariotas y eucariotas
@PROCARIOTAS:
1.- Una sola molécula de ADN, circular, covalentemente cerrada.
2.- No hay membrana nuclear. Simultaneidad traducción y transcripción. Ocurren en el mismo
espacio celular. Supone una gran ventaja
3.- Genes raramente interrumpidos por intrones.
@EUCARIOTAS:
1.- Varias moléculas de ADN, lineales.
2.- Dentro de una membrana nuclear (núcleo), el ARNm debe salir del núcleo al citoplasma para traducirse Transcripción y traducción físicamente separadas.
3.- Genes interrumpidos por intrones. Necesario maduración de ARNm para eliminar intrones. Procesos ocurran más despacio
Elementos genéticos procariotas
*Capacidad de autorreplicacion
*Propiedades genéticas codificantes
*Cromosoma, plasmido, elementos transportados
ESTABILIDAD ADN
Sistemas de modificación-restricción
*No existe la incompatibilidad sexual
*Sistemas para establecer barreras para así mantener su genoma más o menos estable.
*Los sistemas de restricción-modificación funcionan a modo de barreras interespecíficas destruyendo el
ADN ajeno, proveniente de cepas alejadas (de “otra especie”).
Constan de dos actividades complementarias:
@Restricción.
>Las endonucleasas de restricción reconocen secuencias palindrómicas** específicas en
el ADN extraño y realizan el corte en ese punto en concreto (sitio diana) o en un sitio no muy
alejado a este.
>El mecanismo de corte consiste en la ruptura de dos enlaces fosfodiester en la doble hebra, dando lugar a dos extremos de ADN (romos o cohesivos)
>¿Cómo saben qué hebra cortar? Para que las enzimas de restricción corten la hebra no debe estar
metilada.
>El ADN propio del organismo no sufre deleción, puesto que previamente ha sido modificado por metilación a través de la acción de una metiltransferasa.
@Modificación-metilación.
> Introducción de grupos metilo en determinadas bases dentro de determinadas secuencias del ADN, lo cual está catalizado por una metilasa específica.
>Protege de la auto-restricción. Los sitios diana son secuencias palindrómicas específicas.
**Una secuencia palindrómica, o palíndromo, es una secuencia de ADN o ARN que es lo mismo si se lee de
5’ a 3’ en un filamento o de 3’ a 5’ en el filamento complementario, con el cual forma una doble hélice.
>Secuencias cortas de 4-8 pb, y en función del número de bases la probabilidad de corte será mayor (4pb, 1/256) o menor (8pb, 1/106).
Replicación de ADN
Transcripción de ADN
