¡Descarga Objetivos: Genética Básica en bacterias - ADN, RNA, Funciones y Replicación - Prof. Navarr y más Guías, Proyectos, Investigaciones en PDF de Bioquímica solo en Docsity!
GENETICA MICROBIANA
1. OBJETIVOS
-Definir genética, gen, cromosoma, código genético
-Describir la estructura del DNA y del RNA
-Citar las funciones del DNA -Indicar los mecanismos de regulación de la expresión del Gen bacteriano -Describir las funciones del RNA -Explicar las fases de la síntesis proteica -Describir la manera como el DNA actúa en la información genética.
-Describir la Replicación del DNA
-Definir y explicar funciones de los piásmidos -Explicar como se produce el DNA recombinante in vitro, y listar sus usos potenciales,
2. INTRODUCCION.
Todas las características de los microorganismos, que incluyen su morfología, metabolismo, comportamiento y patogenecidad, son características heredadas. Los organismos individuales transmiten dichas caracteristicas a su clonas a través de los Genes, los cuales constituyen las unidades hereditarias que contienen la información que determina dichas características. Genética.- es la ciencia de la herencia, es el estudio de los genes, de como ellos tranportan la información, como se replican y pasan la misma a sus futuras generaciones o a otros organismos y como se expresa dicha información dentro de los propios organismos o las determinaciones que causan en otros organismos. Gen.-Es un segmento del ADN, una secuencia de nucleótjdos capaces de codificar la síntesis de un producto funcional o estructural, usualmente una proteína. Los cromosomas, son las estructuras celulares ensambladas con los genes, y son los podadores de la información hereditaria.
3. ESTRUCTURA Y FUNCION
DEL MATERIAL GENETICO -
Las estructuras nucleares bacterianas, se pusieron de manifiesto recién en 1930, cuando FEULGEN estableció un método de tinción para el DNA. A reconocer el núcleo bacteriano, (cromosoma bacteriano ó nucleoplasma) se pudieron explicar de una manera más clara, los procesos genéticos, de regulación y de síntesis proteica. El estudio del núcleo bacteriano o DNA, se ha realizado con diferentes técnicas: tinciones, inmunoquímicas, de hibridación etc. La microscopia electrónica y la autorradiografía del DNA, fueron las que permitieron conocer. su estructura y disposición. Las bacterias son haploides y la transmisión genética es lineal. Sin
embargo, ya pesar de no existir la mitosis como tal, cada célula hija recibe su propio patrimonio de información genética. El cromosoma bar.teriano ó núcleo cumple fas Ñiquientes funciones'
b) de la dirección de fa actividad
c) de la herencia celular
4. ORGANIZACION DE LOS GENES.-
Las células bacterianas contiene dos tipos de ácidos nucleicos ADN y ARN, los virus en cambio contienen solamente uno de estos dos ácidos ADN óARN. Por Io tanto en las bacterias, la función fudamental la desempeña el ADN y en los virus elADN ó el ARN. 4.1.- La estructura del DNA.- La información genética se almacena como una secuencia de bases en elácido desoxirribonucleico (DNA), se trata de una macromolécula compuesta por ia repetición de unidades denomiuna base de nitrógeno: adenina ó guanina (purinas), timina ócitosina (pirimidinas); de una pentosa (Desoxirribosa) y un grupo fosfato con cuya ayuda los nucleótidos se unen entre sí. La mólecula de ADN se representa, ordinariamente por una espiral constituida por una doble cadena de filamentos complementarios. La adenina de un filamento se encuentra formando pareja con la timina del otro y la guanina se combina con la citosina. La sucesión de las cuatro bases nitrogenadas a lo largo de toda la molécula de ADN, porta la información indispensable para sintetizar las proteínas. nados nucleótidos, cada nucleótido consiste de Dentro de ta céiula, el ADN se encuentra constituyendo la doble helice de las cadenas de nucleotidos. La estructura del ADN fué propuesta por WATSON y CRICK en 1953, esquemáticamente se representa por una doble hélice de estructura tridimensional. La longitud del DNA es de Imm. Si tomamos en cuenta el tamaño de la bacteria, es evidente que dicho DNA debe encontrarse notablemente plegado o superenrollado, Io que contribuye a la estructura fisica de la molécula in vivo. La longitud de una molécula de ADN por lo generat se expresa en miles de pares de bases o kilopares de bases (kpb), un virus pequeño puede tener 5kpb mientras el DNA de la Escherichia Coli, tiene alrededor de 4000 kpb
EL CODIGO GENETICO
El código genético, se refiere a la relación entre Ja secuencia de las bases de nitrógeno del DNA los codones correspondientes de ARNm y los aminoácidos activados portados por los ARN con e} anticodon correspondiente. La información del ARN m, ésta en clave o codificada, de forma que 4 bases púricas y pirimidinicas, constituyen el ARNm, El orden de agrupación de las mismas determinará cada uno de los 20 aminoácidos esenciales. Si cada base diese lugar a la formación de un aminoácido, solo podrían codificarse 4 aminoácidos, esto se conoce como la clave de unidades. Si fueran 2 las bases que conjuntamente determinan la formación de un aminoácido, las combinaciones posibles serían 4x4=16 aminoácidos clave de parejas, lo que sería insuficiente puesto que son 20 los aminoácidos indispensables. C Fig. 4. El código genético. Las combinaciones de las cuatro bases dan 64 codones triples posibles, que se presentan con sus asignaciones de aminoácidos. Tres codones, IJAA (ocre), UAG (ámbar) y UGA (ópalo) no codifican para ningún aminoácido y son los codo stn sentido que se usan parch señales de terminación. Es que Será preciso una clave de tripletes (4x4x4 = 64 combinaciones), para tener las posibilidades para la formación de los aminoácidos posibles. La clave mínima deberá ser de tripletes de bases del ARN m, lo que se denomina Codón para cada aminoácido, y anticodon será el triplete de bases del ARN t complementario. Noten que hay 64 posibles codones para solamente 20 aminoácidos, esto implica que hay aminoácidos que pueden codificarse con varios codones, por ejemplo, para la leucina hay 6 codones, para ia alanina 4 codones. De los 64 codones, 61 son codones con sentido (capaces de codificar aminoacido,s) y 3 son codones sin sentido,los cuales pueden actuar como señales de la finalización de la sintesis proteica, estos codones son UAA, UAG, y UGA se denominan "ambart^ • (UAG), "ocre" (UAA). Segundo Terc ero
c c c u c c c G 4.1 .1 Funciones del DNA
a) El DNA cromosómico
confiere a la bacteria sus peculiaridades genéticas. El cromosoma se subdivide segmentos situados en determinados loci, que actúan como unidades genéticas funcionales (genes). Cada Gen determina la secuencia de bases y por tanto la estructura proteica. En este principio se basa el concepto de la clave genética. La transcripción de la secuencia de bases del DNA a una cadena complementaria origina el RNA mensajero. La información de este ARN m se traduce después en la secuencia de aminoácidos que constituíran una proteína determinada.
b) Interviene en los
mecanismos de transferencia genética, como podador de la información genética, es la estructura encargada de transmitir hereditariamente los caracteres peculiares de la especie a las células hijas.
c) Interviene en la
división bacteriana.
d) Regula la
síntesis proteica. Los mecanismos de la síntesis proteica son bien conocidos en la actualidad. Se sabe que la bacteria porta un cromosoma capaz de codificar hasta 4000 cadenas polipeptídicas diferentes.
e) Es el sitio de acción de
diferentes agentes antimicrobianos como el ácido nalidíxico, rifampicina etc.
f) El ADN cromosómico, es en
definitiva, el sustrato de toda mutación. Toda modificación en la secuencia de nucleótidos de un Phe Phe leu leu ser ser tyr tyr (ocre) (ámbar) cys cys (ópalo) leu leu pro pro pro pro his his ain gln arg arg ara arg lle i le met. f met tnr thr thr asn asn Ivs arg arg val val val ala ata aia asp asp giu glu gly gly glY molecula de propinas, diferencia le hipóteszs clasica de un gen = una proteína La c]ave genét;ce ha sido completarnente desarrollada paz algunas bacterias, y probablerrrente sea la rmsrrga en E;ere c, E,ugennres el hombre, se tat•aria de una clave untifEts.a!, con la transcendencia que esto significa para l? historia de la evolución La localización dB los qertes, en e! crcmce^ sc:rna perrrille establecer y fiiat el mapa genético, es decir le clave del prcces,adctr es ADN
REGULACION DE LA EXPRESION DEL GEN DE LA BACTERIA.- La célula bacteriana esta envuelta en un enorme número de reacciones metabólicas concernientes a la biosíntesis y son referidas como reacciones anabólicas; otras son concernientes a la degradación, son conocidas como reacciones catabólicas. Ambas son reguladas por enzimas. Los genes a través de la Transcripción y Translación, dirigen la síntesis proteíca, muchas de las cuales actúan como enzimas, muchas de estas enzimas son utilizadas para el metabolismo celular,por lo tanto la maquinaria genética y la maquinaria metabólica de la célula están integradas y son interdependientes. Inducción y represión.- Son mecanismos de control de 14 actividad enzimática a nivel genético, esto significa que los genes pueden regular la síntesis de enzimas específicas que actuán para su incremento o decremento.
MODELO OPERON
En 1961 , Jacob y Monod, quienes habían estudiado la inducción y la represión, formularon un modelo denominado OPERON, con base en los estudios del sistema enzimático de la E -Coli Una región del ADN denominado el Gen Regulador codifica una proteína denominada Represor, Otra región del ADN, se denomina Operador y esta localizada adyacentemente a los genes estructurales El operador controla la transcripción de los genes estructurales. El sitio Promotor es la región del ADN donde la RNA polimerasa se liga para iniciar la transcripción. En ausencia de Lactosa, la proteína represora se liga al sitio del operador, evitando la acción de la RNApolimerasa para la transcripción a los genes estructurales, con la con secuencia de la no formación del ARNm y la no síntesis enzimática. Cuando hay lactosa presente, la misma se liga al represor, evitándose bloqueo de ia transcripción, por lo tanto se produce la misma, se forma el ARNm, se produce la translación y la producción de enzimas. La Lactosa es denominada inductora de la síntesis proteíca. Se da el nombre de 'operon• a un grupo de genes controlados por el mismo operador y que intervienen en el metabolismo de un determinado producto. En el caso referido, el operón de la lactosa tiene 4 componentes:
- Genes estructurales 2) El operador, controla la transcripción de los genes estructurales
3) El promotor, se sitúa por fuera del
gen operador y es la zona de asiento de la RNA-polimerasa y de un catabolito activador proteico, que estimula la formación del ARNm.
4) El gen regulador está lejos de la
zona de influencia operón y es el portador de la información para la producción de la proteína represora. En ausencia de la lactosa, en el medio se sintetiza la proteína represora que neutraliza el operador, y, por tanto, no se produce la transcripción de los genes estructurales. En presencia de lactosa, el represor se inactiva y, por tanto, se produce la transcripción y la catabolización de la lactosa.
presencia de concentraciones d) como RNA ribosómico (RNA r), es el ietales de antibióticos. La curación, se refiere a encargado de la traducción del mensaje del ARN la pérdida éxpontánea o inducida de la replicación m yel lugar donde se lleva a cabo la síntesis de de los plásmidos. aminoácidos. Consta de 2 subunidades que nor- maimente están separadas y de acuerdo con su d) Transferencia por coniugación.- Algunos de constante de sedimentación, se denominan 50 S los plásmidos más grandes, transportan genes y 30 S. que facilitan a ia célula huésped la transferencia del piásmido por conjugación, es decir, ef paso de El tamaño de estos RNA varía desde pequeños material genético no cromosómico de una que contienen menos de 100 pares de bases bacteria a otra por contacto. como el RNAt , a otros con varios miles de bases como el ARN m. J e) Movilización.- Tiene lugar en las bacterias gramnegativas, portadoras simultáneamente de 2 5.- ADN EXTRACROMOSOMICO plásmidos, uno que es autotransferible y el otro sno conjugante, de esta manera la movilización del xisten una serie de moléculas facuttativas, no primero, moviliza el segundo. esenciales para la bacteria, que se replican independientemente del cromosoma, las mismas l/ f) Recombinación.- Los plásmidos pueden se transmiten por herencia a las células hijas, son recombinarse bien con el ADN cromosómico o portadores de genes con una gran función bien con otros plámidos mediante un mecanismo biológica, pero no fundamental} para la vida de Crossing-over. La integración produce un bacteriana y por último, pueden ser capaces de cambio de los genes plasmídicos respecto a la transmitirse de una bacteria a otra por situación que presentaban en el estado vegetativo — conjugación (sin intermediarios), como sucede original. Esta recombinación entre unidades de con otros fenómenos de recombinación genética. ADN cromosómico y plasmidico, está controlada por enzimas del tipo de las recombinasas y de las integrasas. 5.2.- Tipos y Funciones de los plásmidos bacterianos a).- Factores Sexuales.-Son plásmidos autotransferibles, responsables de la transferencia de genes cromosómicos por conjugación y que codifican la producción de pili sexuales F. El factor sexual más importante y mejor estudiado es el factor F o de la fertilidad, hallado en E coli K12. las bacterias portadoras de este plásmido se llaman bacterias F + y las no portadoras se llaman F. El plásmido F puede estar libre en el citoplasma bacteriano o integrado al cromosoma bacteriano. Las bacterias que tienen un plásmido integrado se denominan Hfr (de afta frecuencia de recombinación) Factores ee resistencia (Plásmido R) Son responsables de la resistencia de ciertas bacterias gram negativas a uno o más antibióticos por un mecanismo diferente al producido por mutaciones cromosómicas, Esta resistencia se adquiere por promover la elaboración de una enzima degradante o modificante (Beta lactama sa y antibiótico Beta lactámicos, transferasas y aminoglicósidos). Están formados por dos componentes denominados 'Factor de trans ferencia g^ de la resistencia (FTR) y los -determinantes, r' responsables de la sintesis de las enzimas indicadas. El uso intensivo e indiscriminado de antibióticos selecciona la población resistente de la flora normal, la que puede transferir sus plásmidos R a algún patógeno, los antibióticos facilitan esta
transferencia, porque facilitan un medio ambiente en que sólo las bacterias resistentes a los fármacos pueden desarrollarse. Destruyen la mayor parte de la flora normal del intestino y aumentan su capacidad de invasión por otras bacterias. Provocan ambientes de pH y oxigenación en el interior del intestino, favorables a una mayor frecuencia de conjugación y transmisión de plásmidos. Se han encontrado plásmidos R de bacterias muftirresistentes. c).- Plásmidos determinantes de la patoge nenicidad en los mamíferos. Las infecciones por E. Colil son muy peligrosas, especialmente en los primeros meses de vida. Se han aislado varios tipos de plásmidos. -Plásmidos 'Ent a^ .- Codifican la síntesis de las enterotoxinas. -Plásmidos 'Invl^ *responsables de la capacidad de penetración al epitelio intestinal. -Plásmidos 'HM.- Específicos de la producción de alfa hemolisinas. -Plásmidos n^ responsables de la producción de antígenos en la superficie de E.Coli, los que pueden ser detectados por reacción con sueros específicos.
V d.- Factores Col
Algunas bacterias producen compuestos similares a los antibióticos, las bacteriocinas, que son proteínas letales para otras bacterias de mismo género o semejantes, segun las bacterias de las que proceden se denominan:
Colicinas de E, Coli
Marcescinas de Serratia
marcencens
Piocinas de Pseudomona
Aeruginosa G- Pesticinas de
Yersinia Pestis
Se diferencian de los factores R, porque no se transmiten por conjugación y son específicos de ésta su tranmisión in vitro se realiza por transducción (intervención del fago), mecanismo ue parece ser el que se produce in vivo. g)- Otros plásmidos.- exiten plásmidos de muy bajo peso molecular, que se denominan - crípticos", y no se conoce su expresión fenotípica ni su poder biológico. Estas substancias son mediadas por plásmidos, los mas estudiados soñ las colicjnas. Vi^ e).- Plásmidos Degradantes.- Se trata de genes que determinan las enzimas que catabolizan sustancias muy diversas para la degradación biológica en la naturaleza. b f).- Plásmidos de estafilococos.- Son similares a los encontrados en las bacterias Gram Negativas presentan funciones similares: resistencia a los antibióticos, producción de enterotoxinas y hemolisinas.
