T11 - GENÉTICA BACTERIANA Flashcards
GENOMA
Conjunto de genes o información genética que tiene una especie (cromosoma bacteriano y plásmidos), el conjunto de genes que codifican todas las proteínas de una especie.
El tamaño es proporcional a la complejidad celular; en bacterias un tamaño “normal” puede ser de unas 3.000 Kb; en una levadura (eucariota) puede ser de unas 20.000 Kb; y mamíferos es muy superior.
La genética bacteriana es la parte de la microbiología que estudia el genoma de las bacterias (material genético: ADN).
GEN
Parte o secuencia del ADN que codifica una cadena polipeptídica (proteína) y controla su expresión. Podemos diferenciar entre:
- GEN ESTRUCTURAL: secuencia de nucleótidos que codifican una cadena polipeptídica (proteína).
- PROMOTOR: secuencia de DNA que precede (en 5’) al gen estructural (no codifica proteína) y controla la transcripción. Sitio de unión de la RNA polimerasa y factores reguladores de la
transcripción: activadores/represores). - TERMINADORES: secuencias situadas en el extremo 3’ que indican el fin de la transcripción.
GENOTIPO
Suele referirse al conjunto de genes de una cepa determinada. Genotipo y genoma pueden diferir en contenido genético (no todos los genes están en todas las cepas).
Por ejemplo, el genotipo de Escherichia coli DH5α y el genoma de la especie Escherichia coli (conjunto de cepas).
CEPA
Consiste en una población bacteriana que procede de una única bacteria inicial (genéticamente idénticas) (concepto similar a colonia aislada o cultivo puro). Una especie abarca a muchas cepas distintas.
FENOTIPO
Manifestación externa (detectable o visible) del genotipo. Depende del genotipo y de factores ambientales: diferencias en el genotipo pueden manifestarse o no en diferencias en el fenotipo, dependiendo de las condiciones.
ESTRUCTURA DEL DNA
- Secuencia de nucleótidos.
El DNA está formado por NUCLEÓTIDOS, los cuales tienen grupos fosfato en el carbono 5’ de la
ribosa/desoxirribosa (RNA/DNA).
En la síntesis del ADN, el sustrato de la DNA polimerasa son los nucleótidos que contienen tres fosfatos en 5‘ (nucleótidos trifosfato): dATP, dCTP, dGTP y dTTP (azúcar: 2 desoxirribosa).
LA DIRECCIÓN DE SÍNTESIS DEL ADN ES DESDE 5’ HACIA 3’. El último nucleótido que se incorpora tiene siempre libre su hidroxilo en 3’, y se une por el primer fosfato de su extremo 5’ (fosforilado) al 3’ del nucleótido precedente (liberándose P-P). Los nucleótidos quedan unidos por un enlace fosfodiéster.
- Doble hélice formada por dos cadenas complementarias y antiparalelas
CROMOSOMA BACTERIANO
Está formado por una molécula de DNA bicatenaria (doble hélice, dos cadenas complementarias y antiparalelas: polaridad/orientación opuesta: 5’-3’ y 3’-5’) y cerrada (sin extremos). Es una molécula muy larga y fina (su longitud teórica puede ser de 500-1000 veces la longitud de la bacteria). Presenta una estructura superenrollada (ordenada y dinámica) que debe permitir los procesos de transcripción y de replicación.
Su estructura es completamente diferente al cromosoma eucariota. No está asociado a histonas (no hay nucleosomas). Su estructura está estabilizada mediante uniones con cationes divalentes, poliaminas y proteínas con carga positiva. Se ha podido determinar mediante la observación al microscopio electrónico de cromosomas bacterianos intactos (obtenidos en condiciones de lisis suave de las bacterias).
Contiene varias zonas o dominios de superenrollamiento, alrededor de una zona central que contiene también proteína (RNA polimerasa, responsable de la transcripción de los genes en RNAm) donde se localizan los genes que se transcriben.
REPLICACIÓN
Tras cada división celular, la bacteria debe contener una copia completa del cromosoma, ya que el cromosoma debe duplicarse antes de la división celular.
Es un proceso complejo en el que la estructura tridimensional del cromosoma (superenrollamiento) debe perderse para permitir que las dos cadenas de DNA se separen y sean copiadas por la DNA polimerasa (enzima que sintetiza las nuevas cadenas de DNA copiando las cadenas originales, que sirven de molde para sintetizar las complementarias). En este proceso intervienen numerosas proteínas (helicasas, DNA girasas, …).
La replicación comienza en un punto concreto del cromosoma que se conoce como ORIGEN DE REPLICACIÓN, y es bidireccional y semiconservativa. A partir del origen de replicación, las dos cadenas originales se van separando en ambas direcciones formado dos horquillas de replicación.
A medida que se van separando, la DNA polimerasa va copiando las cadenas complementarias, hasta que se completa la replicación del cromosoma.
La dirección de síntesis de las cadenas es 5’ 3’, por lo que, en cada horquilla de replicación, la síntesis de una cadena es continua (va en dirección de la apertura de la horquilla) y la otra es discontinúa (va en dirección opuesta) generando fragmentos de Okazaki.
PLÁSMIDOS
Están presentes en muchas bacterias. Son moléculas de DNA bicatenario, circular (cerrado, sin extremos) independientes del cromosoma bacteriano. Se replican autónomamente del cromosoma ya que cada plásmido tiene su propio origen de replicación. Su tamaño es mucho menor que el del cromosoma y, por tanto, su replicación es mucho más rápida. Pueden estar en elevado número de copias por bacteria.
No existe un mecanismo de distribución de los plásmidos tras la división celular, ya que se reparten al azar entre las dos células generadas, por lo que, tras cada división, parte de la población bacteriana puede perder el plásmido.
Contienen genes que confieren características propias a la bacteria que contiene el plásmido. Por ejemplo, resistencia a los antibióticos, capacidad para formar el pelo sexual (plásmidos conjugativos), etc. Algunos pueden integrarse por recombinación en el cromosoma de la bacteria.
Resultan muy útiles como herramientas en ingeniería genética (tecnología del ADN recombinante) para introducir y expresar genes exógenos en bacterias.
EL CÓDIGO GENÉTICO
Está formado por 64 tripletes (codones), combinaciones de las 4 bases nitrogenadas, tomadas en tres en tres:
- 1 codón de iniciación de la traducción (ATG).
- 3 codones sin sentido (no codificantes): codones terminación de la traducción.
- 61 codones codifican para los 20 aa que forman todas las proteínas.
1 aa puede estar codificado por varios codones, por lo que se dice que el código genético es DEGENERADO. Normalmente, la tercera base de los codones puede variar, sin afectar al aa codificado.
Durante la síntesis proteica, cada aminoácido es incorporado a la cadena peptídica por un tRNA específico para cada codón ya que contiene las bases complementarias (anticodón) mediante un aminoacil-tRNAs.
Las regiones codificantes contienen todos los codones o tripletes desde del codón de iniciación de la traducción (ATG) hasta el codón de terminación y todos están en fase (pauta abierta de lectura, “open reading frame” ORF).
Una secuencia de DNA tiene tres posibles (teóricas) fases o pautas de lectura, pero solo una es la correcta (desde al ATG al codón de
terminación), en la que todos los codones codifican aminoácidos. En las otras dos posibles fases, hay numerosos codones de terminación (que no están en fase con el codón de iniciación: no constituyen tripletes traducidos por el ribosoma).
TRANSCRIPCIÓN
La transcripción ocurre en el núcleo Los genes eucariotas contiene intrones (regiones no codificantes) intercalados entre los exones (secuencias codificantes), la secuencia codificante de las cadenas polipeptídicas es discontinua (interrumpida por los intrones).
- Eliminación intrones (secuencias no codificantes), y unión de los exones: la región codificante ya es única y continua (“splicing”).
- Procesamiento del extremo 3’: adición de poli (A).
- Modificación del primer nucleótido en 5 ‘ (CAP).
El RNAm eucariota tiene su extremo 5’ modificado (CAP): es el sitio donde se ensambla el ribosoma (80S), que se desplaza en dirección 3’ hasta que encuentra el inicio de la traducción (ATG), donde empieza a traducir, hasta que cerca del extremo 3’ encuentra la señal (codón) de terminación de la traducción. La transcripción y la traducción ocurren es distintas partes de la célula (núcleo y citoplasma).
