SEP
SNEST
DGEST
INSTITUTO
TECNOLÓGICO DE CIUDAD ALTAMIRANO
UNIDAD III
ORGANIZACIÓN DEL MATERIAL GENÉTICO
QUE PRESENTA:
LAURA ORTEGA TORRES
08930125
CARRERA LIC
. BIOLOGÍA
Ciudad Altamirano, Gro. México. Febrero 29-02- del 2012
UNIDAD III
ORGANIZACIÓN DEL MATERIAL GENÉTICO
INTRODUCCION
El material genético
se compacta en un área discreta de la célula formando los cromosomas. Éstos se
encuentran en los virus, células procariotas, en el núcleo de células
eucariortas y en cloroplastos y mitocondrias.
MATERIAL GENÉTICO EN VIRUS
La mayoría de los virus, presenta un sólo cromosoma
formado por ADN o ARN que puede ser unicatenario, bicatenario, lineal o
circular.
Los fagos de bacterias están rodeados por una
cubierta de proteínas e inyectan su cromosoma al interior de la bacteria. El
cromosoma del virus puede seguir dos rutas dependiendo del tipo de fago que
sea:
- FAGO VIRULENTO: siempre sigue la ruta lítica.
- FAGO TEMPERADO: pueden seguir la ruta lítica pero normalmente siguen la ruta lisogénica según la cual el fago está en la célula como un profago.
3.1 ORGANISMOS PROCARIÓTICOS
Los
organismos procarióticos son unicelulares, es decir, cada célula es capaz de
desarrollar todas las funciones vitales. En los casos de asociaciones coloniales,
cada una de las células conserva su individualidad e independencia.
Muchos organismos eucarióticos, en cambio, han alcanzado una organización pluricelular con distintos tipos de células que desempeñan funciones diferentes dentro del mismo organismo.Las células procarióticas se caracterizan porque no poseen un verdadero núcleo y, por lo mismo, su material genético (ADN) se encuentra disperso en el citoplasma. Se pueden distinguir tres grandes tipos de organismos procarióticos: cianobacterias, bacterias y micoplasmas. En estas células no existe membrana nuclear y la sustancia nuclear se mezcla o se encuentra en contacto directo con el resto del protoplasma. Desde el punto de vista histórico, es interesante recordar que Haeckel postuló en 1868, como forma primitiva de sustancia organizada, a la llamada "monera", es decir, "masas de proteínas homogéneas y amorfas", que él pensó se formaban directamente de la sustancia inorgánica.
Muchos organismos eucarióticos, en cambio, han alcanzado una organización pluricelular con distintos tipos de células que desempeñan funciones diferentes dentro del mismo organismo.Las células procarióticas se caracterizan porque no poseen un verdadero núcleo y, por lo mismo, su material genético (ADN) se encuentra disperso en el citoplasma. Se pueden distinguir tres grandes tipos de organismos procarióticos: cianobacterias, bacterias y micoplasmas. En estas células no existe membrana nuclear y la sustancia nuclear se mezcla o se encuentra en contacto directo con el resto del protoplasma. Desde el punto de vista histórico, es interesante recordar que Haeckel postuló en 1868, como forma primitiva de sustancia organizada, a la llamada "monera", es decir, "masas de proteínas homogéneas y amorfas", que él pensó se formaban directamente de la sustancia inorgánica.
3.1.1 ADN CIRCULAR
Genomas
procarióticos
El genoma de la mayoría de los
procariontes esta formado por un único cromosoma. Normalmente es una molécula
de DNA de doble cadena cerrada y circular. Existen excepciones como la bacteria
Borrelia burgdorfei, cuyo cromosoma
es una cadena lineal!. Algunos genomas bacterianos están formados por varios
cromosomas distintos.
3.1.2 PROTEÍNAS
ASOCIADAS
Proteínas asociadas
Arquitectura del
genoma en procariotas: El DNA en bacterias se
organiza en un nucleótido
Que se forma por un
superenrrollamiento
Superenrollamiento (supercoiling)
. Superenrollamiento
puede ser positivo (p.e. arqueas) o negativo (eubacterias).
- Superenrollamiento
(-): la molécula torsionada gira hacia la derecha
- Superenrollamiento
(+): gira a la izquierda.
. El
superenrollamiento es una forma de liberar la tensión torsional producida por
la adición (+) o sustracción (-) de vueltas en una molécula circular de DNA.
El superenrollamiento
en E. coli está regulado por unos enzimas denominados DNA girasa y
topoisomerasa I.
Nucleoide: cromosoma circular superenrollado.
3.1.3 ADN EXTRACROMOSÓMICO.
3.1.3.1 PLÁSMIDOS.
Los plásmidos son moléculas de ADN extracromosómico circular o lineal que se replican y transcriben independientes del ADN cromosómico. Están presentes normalmente en bacterias, y en algunas ocasiones en organismos eucariotas como las levaduras. Su tamaño varía desde 1 a 250 kb. El número de plásmidos puede variar, dependiendo de su tipo, desde una sola copia hasta algunos cientos por célula. El término plásmido fue presentado por primera vez por el biólogo molecular norteamericano Joshua Lederberg en 1952.
Las moléculas de ADN plasmídico, adoptan una conformación tipo doble hélice al igual que el ADN de los cromosomas, aunque, por definición, se encuentran fuera de los mismos. Se han encontrado plásmidos en casi todas las bacterias. A diferencia del ADN cromosomal, los plásmidos no tienen proteínas asociadas.
En general, no contienen información esencial, sino que confieren ventajas al hospedador en condiciones de crecimiento determinadas. El ejemplo más común es el de los plásmidos que contienen genes de resistencia a un determinado antibiótico, de manera que el plásmido únicamente supondrá una ventaja en presencia de ese antibiótico.
Hay algunos plásmidos integrativos, es decir, que tienen la capacidad de insertarse en el cromosoma bacteriano. Estos rompen momentáneamente el cromosoma y se sitúan en su interior, con lo cual, automáticamente la maquinaria celular también reproduce el plásmido. Cuando ese plásmido se ha insertado se les da el nombre de episoma.
Los plásmidos se utilizan en ingeniería genética por su capacidad de reproducirse de manera independiente del ADN cromosomal así como también porque es relativamente fácil manipularlos e insertar nuevas secuencias genéticas.
Los plásmidos usados en Ingeniería Genética suelen contener uno o dos genes que les confieren resistencia a antibióticos y permiten seleccionar clones recombinantes. Hay otros métodos de selección además de la resistencia a antibióticos, como los basados en fluorescencia o en proteínas que destruyen las células sin uso de antibióticos. Estos nuevos métodos de selección de plásmidos son de uso frecuente en agrobiotecnología, debido a la fuerte crítica de grupos ecologistas contra la posibilidad de presencia de antibióticos en los organismos modificados genéticamente.
Las moléculas de ADN plasmídico, adoptan una conformación tipo doble hélice al igual que el ADN de los cromosomas, aunque, por definición, se encuentran fuera de los mismos. Se han encontrado plásmidos en casi todas las bacterias. A diferencia del ADN cromosomal, los plásmidos no tienen proteínas asociadas.
En general, no contienen información esencial, sino que confieren ventajas al hospedador en condiciones de crecimiento determinadas. El ejemplo más común es el de los plásmidos que contienen genes de resistencia a un determinado antibiótico, de manera que el plásmido únicamente supondrá una ventaja en presencia de ese antibiótico.
Hay algunos plásmidos integrativos, es decir, que tienen la capacidad de insertarse en el cromosoma bacteriano. Estos rompen momentáneamente el cromosoma y se sitúan en su interior, con lo cual, automáticamente la maquinaria celular también reproduce el plásmido. Cuando ese plásmido se ha insertado se les da el nombre de episoma.
Los plásmidos se utilizan en ingeniería genética por su capacidad de reproducirse de manera independiente del ADN cromosomal así como también porque es relativamente fácil manipularlos e insertar nuevas secuencias genéticas.
Los plásmidos usados en Ingeniería Genética suelen contener uno o dos genes que les confieren resistencia a antibióticos y permiten seleccionar clones recombinantes. Hay otros métodos de selección además de la resistencia a antibióticos, como los basados en fluorescencia o en proteínas que destruyen las células sin uso de antibióticos. Estos nuevos métodos de selección de plásmidos son de uso frecuente en agrobiotecnología, debido a la fuerte crítica de grupos ecologistas contra la posibilidad de presencia de antibióticos en los organismos modificados genéticamente.
3.1.3.2 BACTERIÓFAGOS.
FAGO BACTERIANO
Los fagos son ubicuos y pueden ser encontrados en diversas
poblaciones de bacterias, tanto en el suelo como en la flora intestinal
de los animales. Uno de los ambientes más poblados por fagos y otros
virus es el agua de mar, donde se estima que puede haber en torno a 109 partículas virales por mililitro, pudiendo estar infectadas por fagos el 70% de las bacterias marinas.
Bacteriofagos
Los virus son
moléculas de DNA o RNA rodeadas por una envoltura proteica
que necesitan células viables para poder replicarse. Los virus utilizan la
maquinaria metabólica de las células para sintetizar su material genético y proteínas
de la envoltura. Existen distintos tipos de virus que pueden infectar células
procariontes o células eucariontes. Los bacteriófagos o fagos son
virus que se reproducen en células procariontes.
El genoma de los
fagos puede ser RNA simple cadena (MS2, Qß), RNA doble cadena
(phi 6), DNA simple cadena (phi X174, fd, M13) o DNA doble cadena
(T3, T7, lambda , T5, Mu, T2, T4). Estos ácidos nucleicos pueden contener bases
inusuales que son sintetizadas por proteínas del fago. En los T-pares el genoma
no contiene citosina sino 5'- hidroximetilcitosina, mientras que en otros tipos
de fago alguna de las bases esta parcialmente sustituida.
Esquema del Ciclo de Replicación de un Bacteriófago T4
Adsorción:
El virus se fija o adsorbe a
componentes de la superficie celular que actúan como receptores específicos. La
zona de adsorción del virus es complementaria al receptor celular, por lo tanto
un determinado virus sólo puede infectar un número limitado de cepas celulares
que contengan a un determinado receptor. La naturaleza de la zona de adsorción
varía con el tipo de fago. En el T4 se localiza en el extremo de la cola, en
donde se encuentran la placa basal, las espículas y las fibras de la cola.
Inyección del
material genético viral:
Después de la adsorción, se produce un cambio configuracional en las
proteínas de la placa basal, alguna de las cuales tienen actividad enzimática y
producen un poro en la membrana citoplasmática de la célula. La vaina del fago
se contrae y el material genético viral ingresa en la célula, mientras que la
envoltura proteica queda en el exterior.
Replicación del
material genético viral:
El material genético viral que ingresa en una célula contiene bases
modificadas que evitan la degradación por nucleasas bacterianas. Esta
modificación consiste en la glicosilación y/o metilación de algunas
determinadas bases. En el caso del fago T4 se glucosila la base
5'-hidroximetilcitosina. Para lograr una efectiva replicación del genoma viral
se deben sintetizar algunas proteínas ni bien el material genético ingresa en
la célula. Esta proteínas tempranas reparan el poro de la membrana
citoplasmática por donde ingresó el genoma viral, degradan el DNA bacteriano lo
que proporciona una fuente de precursores, evita la síntesis de RNA y proteínas
bacterianas, y proporciona ribosomas para la síntesis de proteínas del fago.
Además algunas de estas proteínas tempranas participan en la síntesis de las
bases inusuales. La forma de replicación del genoma viral es dependiente del
tipo de material genético (si es RNA o DNA, si es simple o doble cadena). En el
caso del fago T4, las moléculas replicadas se aparean en los extremos y
formando una molécula de DNA más larga denominada concatámero. Después una
enzima corta esta larga molécula lineal en moléculas más pequeñas de igual
longitud. Las moléculas de DNA del T4 tienen se caracterizan por estar
permutadas circularmente (el DNA del T4 es lineal) de esta forma todas las
moléculas de DNA resultantes contienen genes completos y funcionales. La enzima
del T4 que corta al concatámero produce moléculas de DNA de tamaños similares
pero no reconoce sitios específicos sobre la molécula, en cambio la enzima del
T7 reconoce sitios específicos sobre el DNA.
Síntesis de las
envolturas proteicas:
Las proteínas de la envoltura (cápside, vaina, fibras, etc) son
proteínas tardías que se sintetizan después de iniciada la replicación del
material genético. La síntesis de cada componente proteico se realiza
separadamente. En el caso del fago T4, el material genético es encapsidado
antes del ensamble del resto de los componentes.
Ensamble:
Todas las proteínas de la
envoltura se ensamblan para formar una partícula viral madura capaz de infectar
a otra célula cuando sea liberada.
Lisis celular y
liberación de las partículas virales:
La lisis celular se debe a la síntesis de proteínas
tardías codificadas en el genoma del fago. En el fago T4, estas proteínas son
enzimas que lesionan la membrana citoplasmática y la pared celular.
3.1.3.3 TRANSPOSONES
Un transposón o elemento genético transponible es una secuencia de ADN que puede moverse de manera autosuficiente a diferentes partes del genoma de una célula, un fenómeno conocido como transposición. En este proceso, se pueden causar mutaciones y cambio en la cantidad de ADN del genoma. Anteriormente fueron conocidos como "genes saltarines" y son ejemplos de elementos genéticos móviles.
El transposón modifica el ADN de sus inmediaciones, ya sea arrastrando un gen codificador de un cromosoma a otro, rompiéndolo por la mitad o haciendo que desaparezca del todo. En algunas especies, la mayor parte del ADN basura (hasta un 50% del total del genoma) corresponde a transposones.
TRANSPOSON BACTERIANO
Transposones procarióticos
-
Tipos
La clasificación se basa principalmente en
los genes que aparecen
Tipo I
Se conocen como transposones simples o secuencias
de inserción (IS) lo que en 700 o 2000 pb contienen el gen TnpA que
codifica la transposasa flanqueado por dos secuencias invertidas repetidas
cortas (15 a
25 pb).
Tipo II
Contienen al menos tres genes: una transposasa (TnpA),
una resolvasa (TnpR) y un gen que suele ser de resistencia a
antibióticos. Eso se encuentra flanqueado por secuencias repetidas invertidas
(IR) a la izquierda (IR-L) y a la derecha (IR-R).
Tipo III
Aquellos fagos que, en lugar de insertarse en el
genoma por recombinación —lo normal—, lo hace mediante transposición. El más
conocido es el fago μ.
3.2 ORGANISMOS EUCARIÓTICOS:
Organismos eucarióticos sencillos, entre los seres más sencillos
que hay existe una enorme diversidad de organismos. Se distinguen entre
si por su tamaño, organización, por su forma y por su modo de vida. El
reino Protoctista está formado por los protozoos y las algas,
que tienen una sencilla estructura. Están formados por células
eucarióticas, es decir, poseen un núcleo delimitado por una membrana.
Todos los protozoos son organismos unicellulares, y, desde luego,
microorganismos. Por el contrario, algunas algas están formadas por
muchas células y pueden verse a primera vista, aunque otra son
unicelulares. Son también organismos muy sencillos.
3.2.1 ADN LINEAL Y EMPAQUETAMIENTO
Estructura
tridimensional de los cromosomas nucleares.
Una célula
humana contiene alrededor de 2 metros de DNA (1 metro por cada serie
cromosomica). El cuerpo humano está constituido por unas 1013
células y cada célula es diploide, por lo que contiene en total unos 2x1013
metros de DNA.
La distancia de
la tierra al sol es 1,5 x 1011 metros…
Ello significa que el DNA de nuestro cuerpo podría
extenderse hasta el sol y volver casi 100 veces!!!!Este hecho significa que el
DNA de las eucariotas debe estar empaquetado de una forma muy eficaz
3.2.1.1 HISTONAS
De hecho el
empaquetamiento ocurre en el núcleo donde el DNA se condensa en 46 cromosomas,
todo ello en un núcleo de 0,006
mm de diámetro! Para entender como ocurre esto hay que
conocer la estructura tridimensional de los cromosomas.
Al microscopio
los cromosomas aparece como fibras de 30 nm de diámetro, o que indica que la
molécula de DNA debe estar muy plegada.
Histonas. La mezcla
completa de materiales de los que se
compone el cromosoma se conoce como cromatina.
Se trata de DNA y proteínas.
Las histonas son
proteínas asociadas al DNA en los nucleososmas. Los nucleosomas (10 nm) están
formados por un octamero compuesto por dos unidades de cada una de las histonas
(H2A, H2B, H3 Y H4).
3.2.1.2 SOLENOIDES
El DNA (asociado
a las histonas) da dos vueltas alrededor de cada octamero de los nucleosomas
(ver figura), el nucleosoma es una forma distendida, de una forma muy enrollada
denominado solenoide (30 nm) , el solenoide mantiene su forma
mediante otra histona H1.
Para conseguir
el primer nivel de empaquetamiento el DNA se enrolla alrededor de las histonas,
que actúan, como bobinas de un hilo, un nuevo enrollamiento genera la
conformación del solenoide.
3.2.1.3 CROMOSOMAS
Los cromosomas
se encuentran muy enrollados, si un solenoide tiene de diámetro 30 nm, un
cromosoma condensado tiene 700 nm. Para esto el solenoide se enrolla sobre un
esqueleto proteico compuesto de la enzima topoisomerasa II, que es capaz de
pasar una cadena de DNA a través de otra.
3.2.2 COMPLEJIDAD DEL GENOMA
La naturaleza de
los genes
Los genes se
diferencian unos de otros por su función y por su tamaño, pero en la mayoría de
ellos puede observarse una serie de rasgos topológicos comunes.
Las principales regiones de un gen
un gen es una
región de DNA cromosómico que puede trascribirse
en una molécula de RNA funcional en el momento y lugar adecuados del proceso de
desarrollo de un organismo. Para que esto ocurra un extremo de un gen contiene
una región reguladora, es decir un
segmento de DNA con una secuencia especifica de nucleótidos que le permita
recibir y responder a señales de otras partes del genoma o del ambiente
celular. En el otro extremo del gen existe una región encargada de terminar la
trascripción.
En resumen:
3.2.3 ADN MITOCONDRIAL.
Los cromosomas
de mitocondrias y cloroplastos son de DNA de doble cadena.Los cromososmas de
los orgánulos contienen genes específicos de las funciones que lleva cabo el
organulo, sin embargo la mayoría de funciones del organulo están codificadas en
el núcleo. Las mitocondrias y cloroplastos probablemente se originaron por
endosimbiosis de una procariota.
Las mitocondrias se encuentran en
todos los seres eucariotas aerobios; contienen las enzimas para la mayor parte de
las reacciones oxidativas que generan energia para las funciones celulares.
Estas enzimas incluyen a la piruvato-deshidrogenasa, a las involucradas en el
transporte de electrones, en la fosforilación oxidativa, en el ciclo del Krebs,
y en la oxidación de los acidos grasos. Actualmente se conocen las secuencias
completas del ADN de varios genomas mitocondriales. Al ADN mitocondrial se lo
conoce como ADNmt (mtDNA).
3.3 ORGANIZACIÓN GENÓMICA VIRAL
Un virus es una
particula no viva que solo puede reproducirse a si misma infectando una celula
viva y modificando la maquinaria celular de la huésped para general una
descendencia de particulas virales. Los virus estan formados por una cubierta
proteica y un núcleo central que contiene su genoma.
Los genomas
virales son muy distintos entre si, muchos estan compuestos de ADN, que cuando
estan empaquetados puede ser de cadena sencilla y cadena doble. Algunos virus
como el HIV (retrovirus) contiene genomas de RNA, algunos de cadena sencila y
otros de cadena doble. Algunos genomas virales contienen DNA y RNA circulares.
Independiente
del genoma del virus hay siempre una fase intracelular del ciclo infectivo, en
la cual este genoma se convierte en DNA de cadena doble..
En los pequeños
genomas de plasmidos, organulos y virus, los genes se encuentran cercanos
unos a otros, casi sin espacio
intergénico (tambien en bacterias) y es copletamente distinto al genoma de
animales y plantas, donde estos espacios son mucho mayor.
