MB GUIA 9 Genética Bacteriana d

UNIVERSIDAD DE SAN CARLOS DE GUATEMALAFACULTAD DE CIENCIAS QUIMICAS Y FARMACIAESCUELA DE QUIMICA BIOLOGICADEPARTAMENTO DE MICROBIOLOGIACarrera: Química y Biología

Guía de Trabajo No. 9Genética Bacteriana

1. Defina los siguientes términos:a. Genoma: Información genética total de un organismo o individuo.(Kappelle, 2004)b. Anticodón: Tripleta de una base nucleótida en una molécula de ARN de transferencia(Kappelle, 2004)c. Operón: Mecanismo utilizado para el control de la actividad génica en los organismos inferiores(Kappelle, 2004)d. ADN polimerasa: es la enzima principal en el proceso de replicación. Partiendo de una cadena inicial o “primer” la

ADN polimerasa es capaz de añadir nucleótidos complementarios a la cadena molde estableciendo enlaces fosfodiéster. La ADN polimerasa sólo puede catalizar el crecimiento de la cadena inicial en dirección 5'-3'. La ADN polimerasa también se encarga de la reparación del ADN asociada a la replicación(Medmol, 2007).

e. Código genético: Secuencia de nucleótidos encodados a lo largo de ARN mensajero que determina la secuencia de aminoácidos en la síntesis de proteínas(Kappelle, 2004).

f. Gen: un segmento de ADN que codifica para una proteína (vía mARN), un tARN o un rARn)(Madigan, y otros, 2009) gen. Unidad funcional de la herencia. Parte de la molécula de ADN que codifica una sola enzima o una unidad estructural de proteína. (Kappelle, 2004)

g. ARN polimerasa : enzima que sintetiza ARN en la dirección 5’→3’ usando una cadena antiparalela de ADN como templado (Madigan, y otros, 2009).

h. Codón: una secuencia de tres bases en el mARN que codifica un aminoácido(Madigan, y otros, 2009).i. Iniciador o “primer”: una molécula (generalmente un polunucleótido) al cual la ADN polimerasa puede unir el primer

desoxirribonucleótido nucleótido durante la replicación del ADN(Madigan, y otros, 2009).

2. ¿Cuáles son las 3 etapas del proceso de transmisión de la información genética? a. Replicación: es cuando la molécula de ADN, que actúa como material genético de la célula (es una doble hélice de dos

largas cadenas) se duplica produciendo 2 hélices dobles.b. Transcripción: El ADN no participa directamente en la síntesis de proteínas sino que lo hace a través de un

intermediario de ARN. La transferencia de la información al ARN se denomina transcripción, y la molécula de ARB que lleva la información que codifica una proteína se denomina ARN mensajero (mARN). En la mayoría de cados, para un segmento particular del cromosoma sólo se transcribe una de las cadenas del ADN. Algunas regiones del ADN que se transcriben no codifican proteínas, son que contienen información para otros tipos de ARN, tales como ARB de transferencia (tARN) y el ARN ribosómico (rARN).

c. Traducción: la secuencia específica de aminoácidos en cada proteína está determinada por una secuenia específica de bases en el mARN ( que se transcribe a su vez a partir del ADN). Existe una correspondencia lineal entre la secuencia de bases de un gen y la secuencia de aminoácidos de un polipéptido. Se necesitan tres bases del mARN para codificar un solo aminoácido y cada uno de estos tripletes se denomina codón. Este código genético se traduce a proteína por medio de la maquinaria para síntesis de proteínas que cosnta de ribosomas (compuestos a su vez de proteínas y rARN), tARN y varias enzimas.

(Madigan, y otros, 2009)¿Cuáles son las tres macromoléculas involucradas en dicho proceso?El ADN, el ARN y las proteínas.

3. Dibuje y describa las características estructurales del ADN.

Composición

Dos azúcares desoxirribosas adyacentes que están conectadas por una molécula de ácido fosfórico esterificado a un 3'-hidroxilo de un azúcar y un 5'-hidroxilo del otro. Las bases púricas y pirimidínicas se unen a la 1'-carbono de los azúcares desoxirribosa y se extienden hacia el centro del cilindro formado por las dos cadenas.

Distribución El ADN existe en forma de dos cadenas polinucleotídicas cuaya secuencia de bases es complementaria.

Orden Las cadenas de ADN están ordenadas en la dirección 5’ 3’ de arriba abajo, mientras que la otra en dirección 5’ 3’ de abajo arriba. La complementariedad de las bases se debe a la especificidad del apareamiento de las bases púricas y pirimídicas: la adenina se aparea siempre con la timina por dos enlaces de hidrógeno y la guanina con la citosina por tres puentes de hidrógeno.

Tipos de enlaces

Cada cadena contiene purina y pirimidina desoxirribonucleicos unidas por puentes fosfodiéster.

Enrollamiento Las dos cadenas de la doble hélice resultante están ordenadas de manera antiparalela, es decir que las dos cadenas están orientadas “cabeza-pie”. Donde las cadenas están enrolladas entre sí formando una doble hélice, en donde forma dos surcos distintos, el mayor y el menor.

Fuente: Madigan, Martinko, & Parker, 2009; Prescott, Harley, & Klein, 2002

4. Dibuje el proceso de replicación del ADN, señale las moléculas (enzimas, proteínas, nucleótidos, etc.) que participan en dicho proceso. Redacte una breve descripción del proceso.

María Fernanda Ramírez Posadas200810206Biología

La replicación del ADN es semiconservativa, es decir, que cada una de las dos dobles hélices resultantes contiene una cadena parental y otra de nueva síntesis. De ésta manera la molécula de ADN que es copiada para formar una complementaria se llama molde.

La iniciación de la replicación siempre acontece en un cierto grupo de nucleótidos, el origen de la replicación, requiere entre otras de las enzimas helicasas para romper los puentes hidrógeno y las topoisomerasas para aliviar la tensión y de las proteínas de unión a cadena simple para mantener separadas las cadenas abiertas.

Una vez que se abre la molécula, se forma una área conocida como "burbuja de replicación" en ella se encuentran las "horquillas de replicación". Por acción de la ADN polimerasa los nuevos nucleótidos entran en la horquilla y se enlazan con el nucleótido correspondiente de la cadena de origen (A con T, C con G). Los procariotas abren una sola burbuja de replicación, mientras que los eucariotas múltiples. El ADN se replica en toda su longitud por confluencia de las "burbujas".

Dado que las cadenas del ADN son antiparalelas; al iniciar con la replicación del precursor de cada nucleótido en la cadena, un nucleótido 5’-trifosfato, se eliminan los dos fosfatos terminales y el fosfato interno se une covalentemente a la ribosa de la cadena naciente. La adición del nucleótido a la cadena naciente requiere la presencia de un grupo hidroxilo libre el cual se encuentra exclusivamente en el extremo 3’ de la molécula. Esta restricción química conduce a una importante ley: la replicación del ADN siempre ocurre desde el extremo 5’ al hidroxilo del extremo 3’, uniéndose el fosfato 3’ del nucleótido añadido previamente. Las enzimas que catalizan la adición de los nucleótidos se denominan ADN polimerasas, las cuales sintetizan un nuevo nucleótido en la dirección 5’→3’ siempre a partir de un 3’ –OH preexistente, que por lo general es un fragmento corto de ARN.

Cuando la doble hélice se abre al comienzo de la replicación, primero actúa una enzima que polimeriza ARN, lo que da como resultado la síntesis del ARN iniciador. Una enzima específica que polimeriza ARN (primasa) participa en la síntesis del iniciador, sintentizadndo un corto fragmento de ARN. En el extremo creciente de este ARN iniciador, existe un grupo 3’-OH al cual la ADN polimerasa añade el primer desoxirribonucleótido. Por lo tanto, la subsecuente elongación de la molécula se produce como ADN u no ARN.

(Madigan, y otros, 2009; Raisman, y otros, 2000)

5. ¿Qué es una cadena líder y retardada? ¿A qué se le llama fragmento de Okazaki?

La cadena líder es la cadena que crece desde 5’-fosfato a 3’hidroxilo, en la que la síntesis de ADN se produce continuamente porque siempre existe un 3’-OH al que añadir un nuevo nucleótido. Miras que en la cadena opuesta, denominada cadena retardada, la síntesis de ADN ocurre discontinuamente, ya que no existe 3’-OH en la horquilla de replicación al que se pueda unir un nuevo nucleótido, sino q éste se encuentra en el extremo opuesto, lejos de la horquilla de replicación.

Cada fragmento corto de ADN sintetizado por la ADN polimerasa III en la cadena retardad se denomina fragmento de Okazaki con una longitud de unas 1000 bases, los cuales se inician individualmetne.

(Madigan, y otros, 2009; Raisman, y otros, 2000)

6. Esquematice y describa las características estructurales del ARN.

El ácido ribonucleico (ARN) es producto de la transcripción de la información genética presnete en el ADN del organismo. El cual difiere del ADN en: el ARN tiene ribosa en lugar de desoxirribosa; el ARN tiene la base uracilo en lugar de la ase timina y excepto en ciertos virus, el ARN no es de doble cadena(Madigan, y otros, 2009).

Es una sola cadena de polinucleótidos, la cual a veces se pliega sobre sí misma, en algunos tramos, apareciendo como una cadena doble (Hernandez, 2003).

7. Indique los tipos y funciones de los diferentes ARN.

ARN mensajero (mARN)

Tiene menor proporción del ARN celular (5%)Longitud variable, dependiendo del tamaño del trozo de ADN que haya copiado, ya que el ARNm siempre se obtiene como copia del ADN (transcripción).Transporta información genética presenten en el ADN, saliendo al citoplasma y uniéndose a los ribosomas. En los ribosomas el ARNm (lleva el mensaje genético del ADN), traduce el mensaje en forma de proteínas.

ARN de transferencia

(tARN)

Tiene funciones en la transferencia de aminoácidos durante la síntesis de proteínas.Representa el 15% del todoal de ARN celular. Tiene bajo Pm, no se asocia a proteínas y se encuentra libre en el citoplasma.Está formado por una cadena de polinucleótidos plegada sobre sí misma. Algunos fragmentos quedan emparejados por bases complementarias. Tiene forma de hoja de trébol.. La molécula tiene 4 brazos distintos:

Brazo D y su asaBrazo T y su asaBrazo anticodón y su asaBrazo aceptor de aminoácidos.

Es soluble. Se encuentra disperso por el plasma, donde se une a aminoácidos, llevándolos hasta los ribosomas.

ARN ribosómico Actúa como una macromolécula teniendo una finción estructural y funcional en los ribosomas

(rARN)

Es el más abundante (80%) del todal de ARN. Tiene mayo Pm que los otros tipos.Su estructura se asocia con proteínas y forma los ribosomas. Esta estructura presenta fragmentos lineales y fragmentos en doble hélice.

Fuente: Hernandez, 2003.

8. Dibuje el proceso de transcripción, señale las moléculas (enzimas, proteínas, nucleótidos, etc.) que participan en dicho proceso. Redacte una breve descripción del proceso.

Los tres tipos de ARN se obtienen por copia de ADN. Su fabricación tiene lugar en el núcleo. Luego, los ARN formados, salen al citoplasma tras un proceso de maduración. Al proceso de obtención de ARN a partir de copias del ADN se llama transcripción y lo realizan enzimas ARN-polimerasas, añadiendo en dirección 5’→3’, a partir de una de las cadenas de ADN solamente.

La molécula de ARN sintetizada sufre un proceso de maduración hasta llegar al citoplasma, tomando sus formas características, para cada uno de los 3 tipos de ARN, y perdiendo en ese proceso algunos fragmentos.

Todos los ARN creados intervienen en la síntesis de proteínas y en la transmisión de los caracteres hereditarios.

(Hernandez, 2003)

9. ¿Qué es un promotor? ¿Qué es un terminador de la transcripción?

Un promotor tiene una función clave en la iniciación de la síntesis de ARN; éstos son secuencias específicas de ADN a las que se unen las ARN-polimerasas para iniciar la transcripción de un gen o conjunto de genes, que tienen factores sigma implicados en el reconocimiento de éstos.

Mientras que un terminador de la transcripción son secuencias de bases específicas en el ADN que indican la terminación de la sínteis del ARN.

(Madigan, y otros, 2009; Victoria, 2010)

10. Dibuje el proceso de traducción, señale las moléculas y estructuras (enzimas, proteínas, ácidos nucléicos, etc.) que participan en dicho proceso. Redacte una breve descripción del proceso.

En procariotas la traducción es simultánea con transcripción; mientras que en eucariotas se da una separación espacial y temporal entre estos procesos. El proceso de traducción requiere de ribosomas, ARNm y de aminoácidos activados (es la unión del aminoácido con el ARNt específico), ARNt (transporta los aminoácidos) y enzimas (aminoacil-ARNt-sintetasa) y energía; de igual forma se localiza en los ribosomas, orgánulos citoplasmáticos formados por dos subunidades, una pequeña y otra grande, formadas por ARNr y por proteínas. En la subunidad pequeña se une el ARNm, mientras que en la grande es donde se unen los aminoácidos para formar la cadena polipeptídica. Ambas se unen cuando van a sintetizar proteínas.

En el ribosoma se distinguen tres lugares diferentes de unión a los ARN de transferencia: El sitio E, donde se sitúa el ARNt antes de salir del ribosoma. El sitio P (peptidil), donde se sitúa la cadena polipeptídica en formación. El sitio A (aminoacil) donde entran los aminoácidos que se van a unir a la cadena proteica

Inic

iaci

ón

La síntesis se inicia cuando la subunidad pequeña del ribosoma y el ARNm se unen en un punto localizado cerca del codón AUG, que es el codón iniciador y marca el inicio de la proteína.

A continuación entra en el sitio P del ribosoma el primer aminoacil-ARNt, aquel cuyo anticodón está formado por tres bases (UAC) complementarias a las del codón iniciador. Este primer ARNt lleva unido el Aa N-formil metionina en las bacterias, mientras que en los eucariotas es la Metionina. Todas las proteínas inician su síntesis con uno de estos aminoácidos, aunque en algún caso puede separarse una vez formada la proteína.

La subunidad pequeña del ribosoma, el ARNm y el primer aminoacil- ARNt forman el complejo de iniciación, al que con posterioridad se une la subunidad grande del ribosoma.

Enlo

ng

aci

ón

La elongación consiste en el alargamiento de la cadena proteica y se inicia cuando un segundo aminoacil-ARNt, cuyo anticodón es complementario al codón situado a continuación del iniciador, “entra” en el ribosoma y ocupa el sitio A que se halla libre.

El siguiente paso es la formación de un enlace peptídico entre el aminoácido que ocupa el sitio P (que suele ser metionina o N-formil metionina) y el nuevo aminoácido que ocupa el sitio A. La reacción de formación del enlace peptídico está catalizada por el enzima peptidil-transferasa (ribozima)

Como consecuencia de la formación de este enlace peptídico, el segundo ARNt queda unido por un extremo al dipéptido formado y por el otro a su codón complementario. A continuación se produce la translocación del ribosoma. La translocación implica el desplazamiento del ribosoma a lo largo del ARNm en sentido 5´- 3´. Como este desplazamiento es exactamente de tres bases, el primer ARNt abandona el ribosoma, y el peptidil-ARNt, que todavía se mantiene unido a su codón, pasa a ocupar el sitio P, quedando el sitio A libre.

En estas condiciones, otro aminoacil-ARNt se puede incorporar al sitio A, de manera que el proceso de alargamiento de la cadena proteica puede continuar n veces, repitiéndose el ciclo.

Term

inaci

ón

La terminación de la cadena proteica tiene lugar cuando el ribosoma llega a un lugar del ARNm donde se encuentra en codón de terminación (UAA, UGA O UAG), que no es reconocido por ningún ARNt y sí por factores de liberación de naturaleza proteica que se sitúan en el sitio A y hacen que la peptidil-transferasa separe, por hidrólisis, la cadena polipeptídica del ARNt.

(Victoria, 2010)MUTACIONES:

11. DEFINICIÓN:a. Mutante: Individuo (y su descendencia) con un carácter genotípico diferente al de sus padres y no derivado de ellos

por un proceso normal de segregación o por entrecruzamiento. b. Mutágeno: Producto químico o forma de radiación ionizante que causa cambios heredables en las moléculas de ADN

de los genes que se encuentran en los cromosomas.c. Mutación: Cambio súbito en la dotación genética de un organismo por alteración de su ADN. Cepa silvestre: cepa aislada de la naturaleza. Cepa es el cultivo puro de una bacteria aislada es la "cepa" o "estirpe"; el cultivo microbiano aislado del organismo d. Genotipo: Juego de genes que un organismo individual posee.e. Auxótrofo: Microorganismo que requiere factores de crecimiento diferentes a los del tipo silvestre (prototrofo).

(Schlegel & Zaborosch, 1997; Kappelle, 2004; Castillo & Andino, 2010)

12. Explique cuál es la diferencia entre mutación y recombinación genética.

La recombinación genética implica el intercambio físico de material genético entre elementos genéticos en dos genomas separados, la cual puede dar como resultado la adaptación a cambios ambientales en donde se pueden transferiri genes enteros, grupos de genes o cromosomas. Mientras que mutación es un cambio hereditario en la secuencia de bases del ácido nucleico que constituye el genoma de un organismo, la cual origina generalmente un pequeño cambio genético en una célula(Madigan, yotros, 2009).

13. Esquematice la técnica de la réplica en placa y explique que pasa en cada paso.

Es una técnica que permite el rastreo de colonias mutantes nutricionales. En donde, a partir de una placa original, y con el uso de un terciopelo o filtro de papel estéril, se hace una impresión en otra placa de agar que crezca del nutriente en cuestión. En este medio las colonias del tipo parental crecen normalmente, mientras las del mutante no. Por tanto, la incapacidad de una colonia para crecer en la palca réplica es una señal de que es un mutante. La colonia de la placa maestra que corresponda al espacio vacío en la placa réplica puede ser recogida, purificada y caracterizada.

(Madigan, y otros, 2009)

14. DEFINA:a. Mutación silenciosa: mutación en la que el cambio ocurre casi siempre en la tercera base del codón. es cualquier

alteración en la secuencia de nucleótidos del ADN que no produce cambio en el fenotipo estudiadob. Mutación con sentido erróneo: Aparece un nuevo triplete que codifica para un aminoácido de distinto tipo. La

proteína pierde su funciónc. Mutación sin sentido: una mutación en la que uno de los tres codones de terminación del ARN (UAG, ámbar; UAA,

ocre; UGA,opal), utilizado como señal de terminación de un polipéptido aparece en el medio de una secuencia genética, ocasionando la terminación prematura del polipéptido,que resulta usualmente no funcional.

d. Mutación de condicional letal: una mutación que destruye la capacidad del gen para producir una proteína indispensable o que impide que el organismo se reproduzca y transmita la mutación a la siguiente generación

e. Delecciones: pérdida de un trozo de cromosoma que se rompe y separa del material genético.f. Inserciones: se trata de ganancias de uno o más nucleótidos (inserciones o adiciones).

(García, y otros, 2010; Madigan, y otros, 2009; Romero, 2010)

15. Esquematice los posibles resultados cuando un “codón” de TIROSINA, sufre una mutación.


16. Explique como actúan los siguientes mutágenos.a. Agentes alquilantes: como la nitrosoguanidina, son poderosos mutágenos, los cuales inducen mutaciones con

mayores frecuencias que los análogos a las bases. Inducen cambios directos, incluso en ADN que no se está replicando. Induce sustituciones de pares de bases.

b. Agente intercalante: las acridinas y bromurao de etidio, se insertan entre dos pares de bases del ADN, separándolas entre sí. Durante la replicación esta conformación anormal puede conducir a microinseciones o microdeleciones en el ADN. Por lo tanto las acridinas pueden inducir mutaciones por desfase.

c. Radiación no ionizante: no forman iones cargados, pero pueden desplazar a los electrones desde las órbitas más internas del átomo a las más externas. El átomo se vuelve químicamente inestable. La radiación ultravioleta (UV) que se produce de forma natural en la luz solar es un ejemplo de éste tipo de radiación, la cual provoca la formación de enlaces covalentes entre las bases pirimidínicas adyacentes (citosina o timina) haciéndolos incapaces de aparearse con las purinas durante la replicación del ADN.

d. Radiación ionizante: es una forma de radicación más potente e incluye ratos de longitud de onda corta, tal como los rayos X, rayos cósmicos y rayos gamma. Forman radicales libres lo cuales reaccionan e inactivan macromoléculas celulares como el ADN

(Madigan, y otros, 2009; Jorde, y otros, 2005)

17. ¿Con qué frecuencia ocurren las mutaciones espontáneas? Las mutaciones espontáneas pueden ocurrir como consecuencia de la acción de la radiación natural, durante la replicación, como resultado de errores en el apareamiento de bases, originando cambios en el ADN replicado(Madigan, y otros, 2009).

En términos de nucleótidos, se estima que, por lo general, la tasa de mutación es alrededor de 10 -9 por par de bases por división celular (esta tasa representa las mutaciones que han escapada al procdeso de reparación del ADN(Jorde, y otros, 2005)

18. Describa dos formas en las cuales una célula puede reparar su DNA

Nombre Causa Genes involucrados

Patología asociadas

Funcionamiento

Repara

ción

por

Esc

isió

n

Reparación por Escisión de Bases (BER)

Radiación ionizante, radiación UV, especies radiactivas de oxígeno

hOGG1, hMYH y hMTH1

Ninguna ADN glicosilasa (fpg) reconoce el nt dañado, intervien en exoIII (xth), endoIV (nfo)

Repara regiones que presentan bases modificadas y que alteran la forma normal de la doble hélice.

Reparación por Escisión de Nucleótidos (NER)

Radiación UV y agentes químicos

Del XPA al XPG Xeroderma pigmntosum

Necesita la otra hebra como molde (hasta30bp), intervien en las endonucleasas uvrA, B, C y la helicasa uvrD

Síndrome de cockayne

Rep

ara

ció

n

post-

rep

licati

va Reparación de

bases mal apareadas (MMR)

Inserción de bases incorrectas después de la replicación

MUTS, MULT, MutH.

Cáncer colorectal, gástrico y de endometrio

Una metilasa reconoce ADN recientemente replicado (dam), buscando apareamientos incorrectos e intervien en las proteínas “mut” (helicasas, etc)

Recombinación homóloga (HR) y unión de extremos no homólogos (NHEJ)

Rompimientos de doble hebra causados por radiación ionizante, especies reactivas de oxígeno, drogas antitumorales.

Los que codifican para las proteínas Mre11, Rad50 and Nbs1, RAD51, RAD52 y RAD 54.

Diferentes tipos de cáncer incluido el de mama

Fotoreactivación Dímeros de pirimidinas ADN fotoliasa

Detecta al ADN dañado y se une a éste. La enzima absorbe luz azul y se activa. Rompe los enlaces covalentes entre los dímeros de timina)

Ruptura de dímeros de pirimidinas por acción de una fotoliasa (phr) activada mediante luz visible.

Fuente: Sánchez, 2006; Gonález, 2009; Anónimo, 2010.

19. ¿Qué es una mutagénesis dirigida?Es una técnica por la que puede construirse in vitro un gen con una mutación específica (Madigan, y otros, 2009).

20. ¿Qué es el test de Ames?Es un método utilizado para determinar si un mutágeno aumenta la frecuencia de mutraciones hacia atrás (reversiones) en cepas bacterianas que son auxotrofas para algún nutriente.

El test se basa en que cuando las células de un cepa auxotrófica se extienden en un medio que carece del nutriente requerido no ocurrirá crecimiento, e incluso no aparecerán colonias visibles cuando se extiendan sobre la placa grandes poblaciones de células.Sin embargo, si han surgido mutantes revertientes, tales células serán capaces de formar colonias.

En el test de Ames se usa primero una preparación de hígado de rata para activar el compuesto. Luego, el complejo activado se coloca en un papel filtro y se sitúa en el centro de una placa en la que se ha sembrado una cepa bacteriana apropiada. Tras una noche de incubación, la mutagenicidad del compuesto puede determinarse observando un halo de revertienes en el área que circunda el disco de papel. El ensayo se realiza con varias concentraciones del compuesto y con controles positivos y negativos apropiados, ya que los compuestos varían en su actividad mutagénica y son letales a niveles elevados.

Dentro de los elementos que hacen del test de Ames más potente encontramos 1) El uso de cepas bacterianas que usan casi exclusivamente vías de reparación del ADN propensas a error. 2)El uso de preparaciones enzimáticas de hígado para convertir las sustancias químicas en sus formas activas mutagénicas y carcinógenicas.


21. Realice un esquema del mecanismo general de la Recombinación Genética. Enumere los tres procesos de recombinación genética en los procariotas.

En los procariotas existen tres mecanismos de recombinación: transformación, conjugación y transducción. La existencia de estos mecanismos permite la construcción de mapas genéticos en bacterias.

Transformación: en determinadas condiciones fragmentos de ADN exógeno pueden entrar en el interior de las bacterias. El ADN exógeno puede intercambiar segmentos con el ADN del cromosoma principal bacteriano.

Conjugación: transferencia del material hereditario (ADN) de una bacteria donadora a otra receptora. Requiere el contacto físico entre las dos estirpes bacterianas, la donadora y la receptora. El contacto físico se establece a través de los pili-F de la bacteria donadora formándose un tubo de conjugación. El ADN de la bacteria receptora puede intercambiar segmentos con el ADN de la donadora.

Transducción: no necesita del contacto físico entre dos estirpes bacterianas. El vehículo o vector que transporta ADN de una bacteria a otra es un virus.

22. Investigue y realice un breve resumen sobre el experimento llevado a cabo en 1928 por Frederick Griffith sobre la transmisión de la información genética.

En el año 1928 Frederick Griffith investigando una enfermedad infecciosa mortal, la neumonía, estudió las diferencias entre una cepa de la bacteria Streptococcus peumoniae que producía la enfermedad y otra que no la causaba. La cepa que causaba la enfermedad estaba rodeada de una cápsula (también se la conoce como cepa S, del ingles smooth, o sea lisa, que es el aspecto de la colonia en las placas de Petri). La otra cepa (la R, de rugosa, que es el aspecto de la colonia en la placa de Petri) no tiene cápsula y no causa neumonía.

Griffith inyectó las diferentes cepas de la bacteria en ratones. La cepa S mataba a los ratones mientras que la cepa R no lo hacía. Luego comprobó que la cepa S, muerta por calentamiento, no causaba neumonía cuando se la inyectaba. Sin embargo cuando combinaba la cepa S muerta por calentamiento, con la cepa R viva, es decir con componentes individuales que no mata a los ratones e inyectaba la mezcla a los ratones, los ratones contraían la neumonía y morían.

Las bacterias que se aislaban de los ratones muertos poseían cápsula y, cuando se las inyectaba, mataban otros ratones. Frederick Griffith fue capaz de inducir la transformación de una cepa no patogénica Streptococcus pneumoniae en patogénica. Griffith postuló la existencia de un factor de transformación como responsable de este fenómeno.

(Anónimo, 2010)

23. Dibuje el proceso de transformación genética. Redacte una breve descripción del proceso. Conteste: ¿Qué es una célula competente?

Cuando una bacteria se lisa, ésta libera una cantidad considerable de ADN en el medio. Éstos fragmentos pueden ser largos y pueden contener gran cantidad de genes. Si un fragmento hace contacto con una célula competente, éste se enlaza a la célula, es llevado al interior y se da la incorporación de éste en el cromosoma receptor en una forma hereditaria. En la transformación natural del ADN éste proviene de una bacteria donante. El proceso es al azar, y cualquier porción de un genoma puede ser transferido entre las bacterias.

Una célula competente: es una célula que es capaz de tomar una molécula de ADN y ser transformada.

(Prescott, y otros, 2002; Madigan, y otros, 2009)

24. Dibuje los dos procesos de transducción. Redacte una breve descripción de ellos y señale sus diferencias.

Transducción Generalizada por Bateriófagos Transducción Especializada por un fago temperado

Figura 1: (a) El ratón murió de neumonía cuando se le inyectaron cepas de S. (b) Ratón sobrevivió cuando se le inyectó la cepa R no patógena. (c) Inyección de la cepa S inactivada por calor, la cual no afectó al ratón. (d) Inyección de la cepa R viva y la cepa S tratada con calor (muerta) en un ratón el cual contrajo neumonía y murió. Fuente: Prescott, 2002.

Dibujo

Similitudes Transferencia de ADN de una célula a otra mediante un virus.La partícula viral es generalmente defectiva, ya que algunos genes virales han sido reemplazados por genes bacterianos.Ocurre recombinación homóloga

Diferencias El ADN del huésped, que puede proceder de cualquier parte del genoma, pasa a formar parte del ADN de la partícula madura del virus en lugar del genoma del virus.Si los genes del donados no sufren recombinación homóloga con el cromosoma de la bacteria receptora se perderán. No pueden replicarse independientemente y no son parte de un genoma viral.Se puede transmitir cualquier marcador genético desde el donador al receptor.

Ocurre sólo en algunos virus atemperados.El ADN de una región específica del cromosoma bacteriano se integra directamente en el genoma del virus, generalmente reemplazando algunos de los genes del virus.Puede ocurrir recombinación homóloga, pero dado que el ADN de la bacteria donadora es ahora parte del genoma de un fago temperado, hay 2 posibilidades: 1. El ADN puede integrarse en el cromosoma del huésped durante la lisogenización y 2. El ADN puede replicarse en el receptor como parte de una infección lítica.Permite la transferencia de ADN de una bacteria a otra con una frecuencia baja, pero a la vez permite una transferencia muy eficiente y que una pequeña región del cromosoma bacteriano se replique independientemente del resto.

Fuente: Madigan, y otros, 2009.

25. Defina los siguientes términos: a. Fago temperado o templado: Bacteriófagos que pueden infectar a las bacterias y establecer una relación lisogénico

en lugar de la lisis inmediata de sus anfitriones (Prescott, y otros, 2002). pueden seguir la ruta lítica pero normalmente siguen la ruta lisogénica según la cual el fago está en la célula como un profago (Ciencia y Biología, 2010).

b. Fago lizogénico: siempre sigue la ruta lítica (Ciencia y Biología, 2010)c. Fago virulento: fago que lisa de forma regular a todas las células que infecta (Segura, 2009).d. Célula lisogénica: Célula bacteriana infectado con un fago temperado (inmunes a la infección con fagos del mismo

tipo) (Ramos, 2002).e. Profago: Fagos temperados integrados en el cromosoma celular (Ramos, 2002) El fago integrado en el cromosoma

bacteriano se conoce como profago. El profago es un factor no infectivo que se transmite de generación en generación y evita la infección por fagos libres. En algunos casos el profago se induce para producir fagos infectivos (ciclo lítico) que eliminan la protección de la célula contra el fago, lisándose y liberando fagos libres que infectan célula no lisogénicas. (Ciencia y Biología, 2010)

26. Con respecto a la conjugación:a. ¿En qué consiste el proceso?

Es la transferencia de genes de una célula procariótica a otra por un mecanismo que implica contacto célula-célula y un plásmido.

b. ¿Cuál es su función?Se usa para transferir una copia de sí mismo al nuevo hospedador.

c. ¿Qué tipo de células se requiere para dicho proceso?Requiere de una célula donadora, que contiene un tipo particular de plásmido conjugativo y una célula receptora que carece de él.

d. ¿Cuál es la función del pelo sexual? ¿Qué células poseen esta estructura?Los pelos permiten el apareamiento específico entre la célula donadora y la receptora. Están presentes en las células donadoras.

e. Dibuje el proceso de conjugación


27. Mencione las principales características de los plásmidos (localización, forma, tipo de genes, tamaño, forma de replicación, etc.). Explique: ¿Son los plásmidos indispensables para la vida de la célula bacteriana? Los plásmidos son elementos que se replican independientemente del cromosoma del hospedador, por lo tanto no son idispensables para la célula pues no llevan genes que sean requeridos o vitales, no tienen una forma extracelular y existen dentro de las células como ácidos nucleicos.

Casi todos los plásmidos son ADN bicatenario, circulares generalmente aunque los hay lineales. Su tamaño varía de 1 a más de 1000 kilopares de bases. La mayor parte del ADN plasmídico aislado de las células está en una configuración superenrollada, que es más compacta, dentro de la célula.

La mayoría de las enzimas implicadas en la replicación de los plasmidos son enzimas celulares, de modo que los genes del plásmido que controlan su propia replicación se limitan principalmente a controlar temporalmente el proceso de iniciación y el reparto de los plásmidos replicados entre las células hijas en un número particular de moléculas plasmídicas por célula (número de copias). La mayor parte de los plásmidos de las bacterias Gram negativas se replican de modo similar al de los cromosomas.


28. ¿Cuál es la importancia médica de los plásmidos de resistencia?Su importancia médica radica en que éstos plásmidos confieren resistencia a los antibióticos y a otros inhibidores del crecimiento; en donde éstas resistencias son heredables haciéndolos más virulentos (Madigan, y otros, 2009).

29. ¿Por qué son importantes las toxinas y enzimas codificadas por los plásmidos? Cite 2 bacterias que producen enzimas y toxinas y que efecto producen.Les ayudan a la virulencia pues aumentan la capacidad de los microorganismos a colonizar sitios específicos del huésped y la formación de éstas sustancias tóxicas y enzimas causan daño al huésped.

Escherichia coli el cual puede colonizar el intestino delgado producioendo una toxina que causa los síntomas de la diarrea. Enterobacterias del género Yersinia que es el agente causal de la plaga.


30. ¿Qué es un “Episoma”?Un episoma es un factor genético bacteriano que puede encontrarse como elemento aislado en el citoplasma o como parte integrante del cromosoma. El factor F es un episoma porque lo encontramos tanto como plásmido (en el citosol) como integrado en el cromosoma (Ciencia y Biología, 2010).

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MB GUIA 9 Genética Bacteriana d