Material tercer examen
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MATERIAL TERCER EXAMEN
FECHA DE REALIZACIÓN28 DE MAYO DEL 2010
12/04/2023 Dr. Giovanni Gonzalez DMV/BIOMOL/2010
Barbara McClintock
1902-1992
12/04/2023 Dr. Giovanni Gonzalez DMV/BIOMOL/2010
ELEMENTOS GENÉTICOS TRANSPONIBLE
Los elementos genéticos transponibles son segmentos de DNA que tienen la capacidad de moverse desde una localización hasta otra (ej. genes saltarines).
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WALKING CROMOSE
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Propiedades de los Elementos Genéticos Transponibles
Movimiento al azar- Los elementos genéticos transponibles pueden moverse desde cualquier molécula de DNA a cualquier otra molécula de DNA o aún a otro lugar dentro de la misma molécula. El movimiento no es totalmente al azar; existen sitios preferentes en una molécula de DNA en la cual se insertará el elemento genético transponible.
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Incapaz de auto-replicarse – Los elementos genéticos transponibles no existen de manera autónoma (a excepción – algunos genes transponibles en los fagos) y por tanto, para ser replicados deben ser parte de algún otro replicón
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Transposición mediada por recombinación sitio-específica – La transposición requiere poca o ninguna homología entre la localización actual y el nuevo sitio. El evento de transposición está mediado por una transposasa codificada por el elemento genético transponible.
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La recombinación que no requiere de homología entre las moléculas recombinantes se denomina de sitio-específico, ilegítima o bien recombinación no-homóloga
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Transposición acompañada por duplicación – En muchas instancias la transposición del elemento genético transponible resulta en la remoción del elemento de su sitio original y su inserción en un nuevo sitio. Sin embargo, en algunos casos el evento de transposición se acompaña de una duplicación del elemento genético transponible. Una copia permanece en el sitio original y la otra se transpone en el nuevo sitio.
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Secuencias de Inserción (IS)
Las secuencias de inserción son elementos genéticos transponibles que llevan genes desconocidos, con excepción de aquellos que se requieren para la transposición.
Nomenclatura – A las secuencias de inserción (insertion sequences) se les da la designación IS seguida por un número (ej: IS1)
Las secuencias de inserción son pequeños tramos de DNA que a sus extremos tienen secuencias repetidas que están involucradas en la transposición.
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En medio de las secuencias terminales repetidas hay genes involucrados en la transposición y secuencias que pueden controlar la expresión de los genes, pero no presentan otros genes que no sean esenciales.
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Importancia
Mutación – La introducción de una secuencia de inserción en medio de un gene bacteriano resultará en la inactivación de tal gene.
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Inserción de plásmidos en los cromosomas – Los sitios en los cuales los plásmidos se insertan en el cromosoma bacteriano se localizan ya sea en las propias secuencias de inserción o cerca de ellas
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Microbiología cliníca veterinaria
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Variación de Fase – Los antígenos flagelares son de los principales antígenos ante los cuales se dirige la respuesta inmune, en nuestro intento de luchar contra la infección bacteriana.
En Salmonella existen genes que codifican para dos genes flagelares antigenicamente diferentes. La expresión de estos genes está regulada por secuencias de inserción. En una orientación, uno de los genes está activo mientras que en la otra orientación el otro gene flagelar estará inactivo. Como resultado Salmonella puede cambiar sus flagelos en respuesta al ataque del sistema inmune. La variación de fase en los antígenos flagelares de Salmonella no es única. También se ha visto que ocurre con otros antígenos de superficie. Además el mecanismo de la variación de fase puede ser diferente en diversas especies de bacterias (ej. transformación en Neisseria).
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APLICACIONES EN
MEDICINA VETERINARIA
12/04/2023 Dr. Giovanni Gonzalez DMV/BIOMOL/2010Peter J. Russell, iGenetics: Copyright © Pearson Education, Inc., publishing as Benjamin Cummings.
El elemento más simple (descubierto inicialmente en el operón gal de E. coli) 800-1350 pb
Inverted terminal repeats (IRs) 9–41 pb
Elementos IS de procariotasElementos IS de procariotas
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Integración del elemento ISIntegración del elemento IS
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Integración del elemento ISIntegración del elemento IS
•Transposición replicativa•Transposicion conservativa (cortar y pegar)
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Transposones de procariotasTransposones de procariotasTransposón compuesto
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Transposones de procariotasTransposones de procariotasGenes resistencia en plásmidos
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Transposones de procariotasTransposones de procariotas
Transposón simple
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Tipos
•Clase I: replicación vía RNA intermediario por la retrotranscriptasa, también conocidos como retrotransposones (relacionados con retrovirus)
• LTR• Sin LTR
•Clase II: replicación vía enzima transposasa por un proceso de corte y empalme
Elementos transponibles en eucariotasElementos transponibles en eucariotas
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Clase IIClase II: replicación por enzima transposasa, proceso corte y empalme
Elementos transponibles en eucariotas: Clase IIElementos transponibles en eucariotas: Clase II
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Genoma retrovirus
Elementos transponibles en eucariotas: Clase IElementos transponibles en eucariotas: Clase I
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Elementos transponibles en eucariotas: Clase IElementos transponibles en eucariotas: Clase IRetrotrasposón
LTR LTR
gag pol (retrotranscriptasa)
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Elementos transponibles en eucariotas: Clase IElementos transponibles en eucariotas: Clase I
Retrotrasposición
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Retrotrasposón
Elementos transponibles en eucariotasElementos transponibles en eucariotas
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El genoma dinámico: los elementos transponibles son el principal componente de los genomas grandes de eucariotas
El genoma dinámico: los elementos transponibles son el principal componente de los genomas grandes de eucariotas
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Elementos Efectos fenotípicos y genotípicos de la transposiciónElementos Efectos fenotípicos y genotípicos de la transposición
Disgénesis híbrida en Drosophila
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• Genes de resistencia a Antibióticos en plásmidos
• Secuencias de inserción • Islas de patogenicidad • Genes de resistencia a toxinas en plásmidos • Plásmido Ti de Agrobacterium • Virus y Viroides
HGT: Evolución procariótica OTROS
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Elementos móviles
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E.coli O157:H7 Ejemplo de una nueva “casi especie”
• Contiene 20 potenciales genes en elementos móviles adquiridos mediante HGT
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Islas de patogenicidad (PAI)•Elementos genéticos móviles (>10Kb) que se integran en el genoma o se mantienen en plásmidos asociados a secuencias de tRNA.
•Presentan secuencias repetitivas flanqueantes o diferente uso de G+C y de codones
•Contienen genes codificantes para diferentes funciones: resistencia a antibióticos, adhesinas, toxinas y otros factores de virulencia.
•Codifican por factores relacionados con la movilidad genética: transposasas, integrasas, genes bacteriófagos y orígenes de replicación
•Contribuyen a introducir cambios rápidos en el potencial de virulencia
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Formación de las PAI1. Adquisición del gen o genes de virulencia mediante algún mecanismo de HGT
2. Integración, probablement mediada por una integrasa o recombinasa
3. Inmovilización mediante la inactivación o deleción de los ori
4. Expresión de los genes (normalmente la expresión ejerce una selección positiva)
5. Escisión completa de la isla y transferencia a otro organismo
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Isla Cag de Helicobacter pylori• Helicobacter pilory: patógeno gástrico causante de gastritis, úlcera y cáncer
•Cag:
• Transferida mediante HGT
• Diferente contenido en G+C
• 27 ORF
• CagA única proteína efectora
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Isla Cag de Helicobacter pylori
• Cag PAI: Forma un sistema de secreción de tipo IV que:
•Induce la expresión de citocinas proinflamatorias como IL-8, que contribuye a la inflamación del estómago
•Cag F: “chaperon like protein”
•17 genes son totalmente necesarios para la translocación de CagA
•14 genes estimulan la síntesis de IL-8 por parte de la célula huesped
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La Transcripción
El ADN no sale del núcleo
Cuando hay que fabricar un polipéptido se crea una copia en forma de ARN, este proceso se llama transcripción
El ARN contribuye a sintetizar las proteínas en los ribosomas
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TIPS, COSAS QUE DEBEN SABER X CULTURA EN BIOMOL (TRANSCRIPCIÓN DEL ADN)
• Con la excepción de los genomas de RNA de ciertos virus, todas las moléculas de RNA se forman a partir de la información contenida permanentemente en el ADN.
•La transcripción es la coversión de la información genetica de un segmento de ADN en una cadena de RNA con una secuencia de bases complementaria a una de las cadenas de ADN.
•Existen tres tipos de RNARNA mensajero (mRNA)= es el portador de las secuencias que codifican la secuencia de aminoácidos de uno o más polipéptidos especificados por un gen o grupo de genes en los cromosomas
RNA de transferencia (tRNA)= es un adaptador que lee la información codificada en el mRNA y transfiere los aminoácidos adecuados a la cadena polipéptidica en crecimiento durante la sintesis proteica
RNA ribosamal (rRNA)= Se asocia con proteínas formando la intricada maquinaria para la sintesis de proteínas, el ribosoma.
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• la replicacion y la transcripcion difieren en un aspecto importante.
replicación: en la replicación se copia el cromosoma entero dando ADN hijo que es identico al ADN parental o patron.
mientras.
Transcripción: la transcripción es selectiva, en un momento determinado se transcribe sólo un gen determinado o un grupo de genes. Se puede regular la transcripción de modo que sólo se transcriba la información genética necesitada por la célula en un momento cualquiera.
• Las secuencias reguladoras específicas indican el principio y el fin de los segmentos de ADN que se han de transcribir, asi como que cadena se han de utilizar como molde.
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Secuencias clave para la transcripción y traducción de un gen eucariótico
Exón 1
Sitio de inicio de la transcripción
Codón de inicio de la traducción (AUG)
Secuencia lider no traducida
Terminación de la transcripción
Cola no traducida
Codón de terminación de la traducción
(AUG, UUA, UAG )
Señal de poliadenilación (AAUAAA)
PromotorExón 2 Exón 3
GU A AG
Intrón 2
GU A AG5´ 3´
Adición de caperuza
Corte 3´
Adición de la cola poli(A)
Escisión de intrones Poli(A)
mRNA funcionalTransc
rito
de m
RN
A
pri
mari
o
Procesamiento del transcrito a mRNA
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ADN
mRNA
lactosa
I P 0 Z Y A
Medio
proteínarepresora
polimerasa de ARN genes estructurales
mRNA
mRNA
-galactosidasa permeasa transacetilasa
(Griffiths y col. 2002)
Modelo del Operón Lactosa
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SINTESIS DE PROTEINAS:
TRANSCRIPCIÓN
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T A C G A A C C G T T G C A C A T C
A U G C U U G G C A A C G U G
Transcripción:
1- Iniciación: Una ARN polimerasa comienza la síntesis del precursor del ARN a partir de ‑unas señales de iniciación "secuencias de consenso " que se encuentran en el ADN.
ARNpolimerasa
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T A C G A A C C G T T G C A C A T C
A U G C U U G G C A A C G U G
Transcripción:
2. Alargamiento: La síntesis de la cadena continúa en dirección 5'3'. Después de 30 nucleótidos se le añade al ARN una cabeza (caperuza o líder) de metil GTP en el extremo ‑5‘ con función protectora.
m-GTP
ARNpolimerasa
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A U G C U C G U G
Transcripción:
3- Finalización: Una vez que la enzima (ARN polimerasa) llega a la región terminadora del gen finaliza la síntesis del ARN. Entonces, una poliA polimerasa añade una serie de ‑nucleótidos con adenina, la cola poliA, y el ARN, llamado ahora ARNm precursor, se libera.
m-GTP
poliA-polimerasa
U A G A A A A A
ARNm precursor
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ARNmprecursor
AAAAAAAUG UAG
cola
4. Maduración (cont.): El ARNm precursor contiene tanto exones como intrones. Se trata, por lo tanto, de un ARNm no apto para que la información que contiene sea traducida y se sintetice la correspondiente molécula proteica. En el proceso de maduración un sistema enzimático reconoce, corta y retira los intrones y las ARN ligasas unen los exones, formándose el ‑ ARNm maduro.
ARNmmaduro
Cabeza
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Región codificadora del gen
Promotor E1 I1 E2 I2 E3 Terminador ADN
ARNmprecursor
ARNmmaduro
AAAAAA
AAAAAAAUG UAG
AUG UAG
ATCTAC
Cabeza
Cabeza E1 I1 E2 I2 E3 cola
cola
Maduración del ARNm (Visión de conjunto).
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SINTESIS DE PROTEINAS:
TRADUCCIÓN
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Pasos de la traducción
1. “Activación” de los ARNt– Formación de los aminoacyl-ARNt
2. Iniciación del proceso de traducción – Comienza el proceso de síntesis de proteínas
3. Alargamiento (“elongation”)– La adición continua de amino ácidos a la cadena naciente de polipéptidos
4. Terminación – El fin de la traducción, se libera la proteína
Esencialmente lo mismo en bacterias y células
eucarióticas
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Met
1er aminoácido
ARNtAnticodón
Codón
ARNm
Subunidad menor del ribosoma
AAAAAAAAAAA P A
A U G C A A
U A C
Iniciación: La subunidad pequeña del ribosoma se une a la región líder del ARNm y el ARNm se desplaza hasta llegar al codón AUG, que codifica el principio de la proteína. Se les une entonces el complejo formado por el ARNt-metionina (Met). La unión se produce entre el codón del ARNm y el anticodón del ARNt que transporta la metionina (Met).
5’ 3’
U G C U U A C G A U A G
(i)
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Met
Subunidad menor del ribosoma
AAAAAAAAAAA P A
A U G C A AU A C
Elongación I: A continuación se une la subunidad mayor a la menor completándose el ribosoma. El complejo ARNt-aminoácido2 , la glutamima (Gln) [ARNt-Gln] se sitúa enfrente del codón correspondiente (CAA). La región del ribosoma a la que se une el complejo ARNt-Gln se le llama región aminoacil (A).
5’3’
Gln
G U UU G C U U A C G A U A G
(i)
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ARNmAAAAAAAAAAA
P A
A U G C A AU A C
Elongación II: Se forma el enlace peptídico entre el grupo carboxilo de la metionina (Met) y el grupo amino del segundo aminoácido, la glutamina (Gln).
5’
Gln-Met
G U UU G C U U A C G A U A G
3’
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AAAAAAAAAAA P A
A U G C A A
Elongación III: El ARNt del primer aminoácido, la metionina (Met) se libera.
5’
U A C
Gln-Met
G U UU G C U U A C G A U A G
ARNm3’
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AAAAAAAAAAA P A
A U G C A A
Elongación IV: El ARNm se traslada, de tal manera que el complejo ARNt-Gln-Met queda en la región peptidil del ribosoma, quedando ahora la región aminoacil (A) libre para la entrada del complejo ARNt-aa3
5’ 3’
Gln-Met
G U UU G CU G C U U A C G A U A G
ARNm
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AAAAAAAAAAA P A
A U G C A A
Elongación V: Entrada en la posición correspondiente a la región aminoacil (A) del complejo ARNt-Cys, correspondiente al tercer aminoácido, la cisteína (Cys).
5’
Gln-Met
G U UU G CU G C U U A C G A U A G
ARNm3’
A C G
Cys
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AAAAAAAAAAA P A
A U G C A A
Elongación VI: Unión del péptido Met-Gln (Metionina-Glutamina) a la cisteína (Cys).
5’
G U UU G CU G C U U A C G A U A G
ARNm3’
A C G
Cys-Gln-Met
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AAAAAAAAAAA P A
A U G C A A
Elongación VII: Se libera el ARNt correspondiente al segundo aminoácido, la glutamina (Glu).
5’
U G CU G C U U A C G A U A G
ARNm3’
G U U
A C G
Cys-Gln-Met(i)
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AAAAAAAAAAA P A
A U G C A A
Elongación VIII: El ARNm corre hacia la otra posición, quedando el complejo ARNt3-Cys-Glu-Met en la región peptidil del ribosoma.
5’
U G CU G C U U A C G A U A G
ARNm3’
A C G
Cys-Gln-Met
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AAAAAAAAAAA P A
A U G C A A
Elongación IX: Entrada del complejo ARNt-Leu correspondiente al 4º aminoácido, la leucina.
5’
U G CU G C U U A C G A U A G
ARNm3’
A C G
Cys-Gln-Met
A A U
Leu
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AAAAAAAAAAA P A
A U G C A A
Elongación X: Este se sitúa en la región aminoacil (A).
5’
U G CU G C U U A C G A U A G
ARNm3’
A C G
Cys-Gln-Met
A A U
Leu
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AAAAAAAAAAA P A
A U G C A A
Elongación XI: Unión del péptido Met-Gln-Cys con el 4º aminoácido, la leucina (Leu). Liberación del ARNt de la leucina. El ARNm se desplaza a la 5ª posición
5’
U G CU G C U U A C G A U A G
ARNm3’
A C G
A A U
Leu-Cys-Gln-Met
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AAAAAAAAAAA P A
A U G C A A
Elongación XII: Entrada del ARNt de la leucina, el 5º aminoácido, la arginina (ARNt-Arg).
5’
U G CU G C U U A C G A U A G
ARNm3’
A A U
Leu-Cys-Gln-Met
G C U
Arg
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AAAAAAAAAAA P A
A U G C A A
Elongación XIII: Unión del péptido Met-Gln-Cys-Leu con el 5º aminoácido, la arginina (Arg). Liberación del ARNt de la leucina (Leu). El ARNm se desplaza a la 6ª posición, se trata del un codón de finalización o de stop.
5’
U G C U U A C G A U A G
ARNm3’
A A U
Arg-Leu-Cys-Gln-Met
G C U
12/04/2023 Dr. Giovanni Gonzalez DMV/BIOMOL/2010
AAAAAAAAAAA P A
A U G C A A5’
U G C U U A C G A U A G
ARNm3’
A A U
Arg-Leu-Cys-Gln-Met
G C U
Finalización I: Liberación del péptido o proteína. Las subunidades del ribosoma se disocian y se separan del ARNm.
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AAAAAAAAAAA
Finalización II: Después unos minutos los ARNm son digeridos por las enzimas del hialoplasma.
5’
ARNm
3’
A U G C A A U G C U U A C G A U A G
(i)
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HABLADORES EN CLASEDEAL!!!
12/04/2023 Dr. Giovanni Gonzalez DMV/BIOMOL/2010
ANTIBIÓTICOS QUE INTERFIEREN EN LA
BIOSÍNTESIS DE PROTEINAS
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1. inhibición del reconocimiento de un aminoacil-ARNt (aa-ARNt) hacia el sitio A del ribosoma;
2. introducción de errores en la lectura de los ARNm
3. inhibición de la reacción de formación del enlace peptídico;
4. inhibición de la traslocación del peptidil-ARNt (pp-ARNt) desde el sitio A al sitio P.
5. bloqueo de los factores de elongación.
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INHIBIDORES DE LA FASE INICIAL DE LA ELONGACIÓN: TETRACICLINAS
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Mecanismo de acción: provocan que la unión del aa-ARNt al sitio A del ribosoma sea inestable y esté distorsionada, con lo cual se evita la elongación de la cadena.
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INDUCTORES DE ERRORES EN LA LECTURA DEL ARNmAMINOGLUCÓSIDOS
Ejemplos de de uso clínico bacteria productora
Estreptomicina Streptomyces griseus
Kanamicina S. kanamyceticus
Amikacinas (derivados semisintéticos de la kanamicina)
Neomicina S. fradiae
Gentamicina Micromonospora purpurea
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Mecanismo de acción: se unen a los polirribosomas que están traduciendo el ARNm, provocando errores en la lectura del ARNm, al distorsionar la estructura del ribosoma. Por lo tanto, la bacteria comienza a sintetizar proteínas defectuosas; con un efecto final que es bactericida.
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INHIBIDORES DE LA TRANSLOCACIÓN: MACRÓLIDOS
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Mecanismo de acción: se une a la proteína L15, que forma parte del centro peptidil-transferasa de la subunidad grande del ribosoma 70S. Bloquea el paso de translocación interfiriendo específicamente con la liberación del ARNt desacilado, es decir, impide que el ARNt “descargado” (una vez que ha cumplido su misión al transferirse el péptido naciente al aa-ARNt del sitio A) salga del sitio P; por lo tanto, el pp-ARNt cargado y situado en el sitio A no puede translocarse al sitio P, y se produce la parada de la síntesis de proteinas.
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INHIBIDORES DE LA TRANSCRIPCIÓN DE LAS
EUBACTERIAS: RIFAMICINAS
12/04/2023 Dr. Giovanni Gonzalez DMV/BIOMOL/2010
mecanismo de acción estriba en la inhibición del inicio de la transcripción, uniéndose de modo no covalente a la subunidad ß de la ARN polimerasa eubacteriana.
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HIPOTESIS DEL BALANCEO F. CRICK
JUSTIFICACIÓN
Los tRNA reconocen codones mediante apareamiento de bases del codón del mRNA y una secuencia de tres bases del tRNA denominada anticodón.
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Los dos RNA se aparean antiparalelamente. La primera base del codón se encuentra en el extremo 5' pues el mRNA va en dirección 5'-3' y la primera del tRNA se encuentra en el extremo 3' ya que va en dirección 3'-5'.
El número de tRNA para cada aminoácido no es el mismo que el número de sus codones Además, algunos de los tRNA tiene inosinato (I), que contiene la base poco frecuente hipoxantina que puede aparearse con U, C y A, aunque son más débiles que los habituales.
Las terceras bases de los codones forman puentes de hidrógeno bastante débiles con el resíduo I del anticodón.
12/04/2023 Dr. Giovanni Gonzalez DMV/BIOMOL/2010
Crick observó que la tercera base de casi todos los codones se aparea de manera bastante suelta con su correspondiente, es decir, la tercera base se balancea.
Las primeras bases de un codón en el mRNA siempre forman pares de bases de Watson y Crick con las bases del anticodón de tRNA confiriéndole así la parte más importante de la especificidad a las dos primeras.
12/04/2023 Dr. Giovanni Gonzalez DMV/BIOMOL/2010
La tercera base es la del balanceo y permite la rápida disociación del tRNA de su codón durante la síntesis.
12/04/2023 Dr. Giovanni Gonzalez DMV/BIOMOL/2010
Wobble hypothesis
• Wobble hypothesis – el tercer nucleótido de un anticodon de ARNt puede formar puentes de hidrógeno con mas de un tipo de tercer nucleótido del codón
Algunas moléculas de ARNt pueden reconocer hasta tres codones diferentes que difieren en el tercer nucleotido
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Un amino ácido es unido al ARNt antes de ser incorporado en un polipéptido
Crick !
• Crick propuso que debía haber una molécula que sirviera de adaptados en la síntesis de proteínas sirviendo como un puente entre el ARNm y las proteínas
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Pensamiento de Crick
•Los “adaptadores” de Crick resultaron ser moléculas de ARNt
• Cada tipo de molécula de ARNt se une a un solo tipo de amino ácido
• Los amino ácidos están unidos covalentemente a sus moléculas de ARNt mediante enzimas específicas (aminoacyl - tRNA synthetases)
• Estas enzimas utilizan ATP como fuente de energía
• El complejo resultante llamado aminoacyl-ARNt se une a la secuencia que codifica para alinear los amino ácidos en el orden correcto para formar una cadena de polipéptidos
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39 end
59 end
Loop 1
Aminoacid
39 59
tRNA
Anticodon
Anticodon
Loop 2Modified nucleotides
Anticodon
(a) (b)
Loop 2
Loop 1
Loop 339 59
Amino acidaccepting end
Hydrogen bonds
(c) Aminoacyl-tRNA
• Las moléculas de ARNt son polinucleótidos de 70 o 80 nucleótidos cada uno con secuencias únicas mientras que otras son comunes para todos
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39 end
59 end
Loop 1
Aminoacid
39 59
tRNA
Anticodon
Anticodon
Loop 2Modified nucleotides
Anticodon
(a) (b)
Loop 2
Loop 1
Loop 339 59
Amino acidaccepting end
Hydrogen bonds
(c) Aminoacyl-tRNA
Una molécula de ARNt consiste de:a. Un anticodon – una secuencia de ARNt con una secuencia complementaria al codón del ARNm
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ARNt (tRNA)
b. Son reconocidas por una “aminoacyl-ARNt synthetases” que añade el amino ácido correcto a la molecula de ARNt
c. Tienen un sitio de acoplamiento (“attachment site”) para el amino ácido para el que codifica el anticodon
d. Es reconocido por los ribosomas
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39 end
59 end
Loop 1
Aminoacid
39 59
tRNA
Anticodon
Anticodon
Loop 2Modified nucleotides
Anticodon
(a) (b)
Loop 2
Loop 1
Loop 339 59
Amino acidaccepting end
Hydrogen bonds
(c) Aminoacyl-tRNA
El apareamiento de las bases complementarias causa que la molécula se doble sobre si misma
Buena distanciapara mantener el anticodon separadodel amino ácido
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CONTROL DE LA EXPRESIÓN
GÉNICA
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MODELO OPERÓN
Jacob, Monod y colaboradores analizaron el sistema de la lactosa en E. coli, de manera que los resultados de sus estudios permitieron establecer el modelo genético del Operón que permite comprender como tiene lugar la regulación de la expresión génica en bacterias. Jacob y Monod recibieron en 1965 el Premio Nobel pos estas investigaciones
Francois Jacob
Jacques Monod
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Se denomina episoma a un plásmido incorporado al cromosoma bacteriano. Los plásmidos se replican en manera similar al cromosoma bacteriano.
El ADN procariota se organiza en paquetes coherentes denominados OPERONES, en los cuales se encuentran los genes para funciones interrelacionadas.
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El modelo operón de la regulación de los genes procariotas fue propuesto en 1961 por Francois Jacob y Jacques Monod
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MODELO OPERON
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Un Operón es grupo de genes estructurales cuya expresión está regulada por elementos de control o genes (promotor y operador) y genes reguladores
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El promotor es la parte del ADN en donde se pega la ARN polimerasa antes de abrir el segmento de ADN a ser transcripto Un segmento del ADN que codifica para un polipéptido específico se conoce como un gen estructural.
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Un operón consiste en:
un operador: controla el acceso de la ARN polimerasa al promotor
un promotor: donde la ARN polimerasa reconoce el sitio de inicio de la transcripción
un gen regulador: controla el tiempo y velocidad de transcripción de otros genes
un gen estructural: codifican las enzimas relacionadas o las proteínas estructurales
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El gen regulador codifica para una proteína que se pega al operador, obstruyendo al promotor (y por lo tanto a la transcripción), del gen estructural.
Cuando se remueve la proteína represora, puede producirse la transcripción.
El operador y el promotor son sitios de unión sobre el ADN y no se trasncriben.
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Los operones son
inducibles o
reprimibles,
de acuerdo al mecanismo de control
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OPERONES INDUCIBLES
El Operón lactosa, que abreviadamente se denomina Operón lac, es un sistema inducible.
La proteína reguladora, producto del gen regulador , es un represor que impide la expresión de los genes estructurales en ausencia del inductor.
El inductor en este caso es la lactosa
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Cuando hay lactosa en el medio (intestinos de un mamífero durante la lactancia), ésta funciona como
inductor, se une al represor cambiando su forma lo que evita que se pueda unir al operador, de este modo la polimerasa puede
transcribir los genes correspondientes.
Este operón lac sólo se activa cuando hay lactosa en el medio.
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Cuando no hay lactosa en el medio, la proteína represora se encuentra unida al operador impidiendo la transcripción de los genes para las enzimas que metabolizan la lactosa.
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Operón lactosa en ausencia de lactosa
12/04/2023 Dr. Giovanni Gonzalez DMV/BIOMOL/2010
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En ausencia del inductor (la lactosa), la proteína represora producto del gen i se encuentra unida a la región operadora e impide la unión de la ARN-polimerasa a la región promotora y, como consecuencia, no se transcriben los genes estructurales.
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Operones reprimibles
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Cuando un producto del metabolismo, el triptofano por ejemplo, está en cantidades suficientes la bacteria puede dejar de fabricar las enzimas que los sintetizan.
En este sistema, el producto funciona como correpresor uniéndose al represor y de este modo detiene la síntesis proteica.
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Operón triptófano: en presencia de triptófano
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Operón triptófano: en ausencia de triptófano
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Tanto la represión como la inducción son ejemplos de control negativo, dado que la proteína represora detiene (" turn off ") la transcripción.
La lactosa, el azúcar de la leche, es hidrolizada por la enzima beta-galactosidasa. Esta enzima es inducible: solo se produce en grandes cantidades cuando la lactosa, el sustrato sobre el cual opera, esta presente.
En cambio, las enzimas para la síntesis del aminoácido triptófano se producen continuamente a menos que el triptófano este presente en el medio de cultivo, se dice en este caso que las enzimas sintetizadoras de triptófano están reprimidas.
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REGULACIÓN EXPRESIÓN GÉNICA
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Existen algunos procesos metabólicos que son necesarios para el funcionamiento normal de casi todas las células, de manera que existen una serie de necesidades básicas para el mantenimiento normal de una célula.
Los genes que codifican para las enzimas necesarias para el metabolismo básico celular se están expresando continuamente, es decir, se expresan de forma constitutiva o continua.
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Los genes constitutivos codifican para sistemas enzimáticos constitutivos, que se necesitan siempre para la actividad normal de la célula.
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Frente a los genes constitutivos, nos encontramos con los genes que se expresan solamente en determinadas situaciones y que, por consiguiente, codifican para enzimas que solamente se necesitan en momentos concretos.
A este tipo de genes se les llama genes adaptativos y a las enzimas codificadas por ellos, sistemas enzimáticos adaptativos. Se denominan así pensando en que se expresan cuando la célula se adapta a una determinada situación ambiental.
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•El promotor (P): se trata de un elemento de control que es una región del ADN con una secuencia que es reconocida por la ARN polimerasa para comenzar la transcripción. Se encuentra inmediatamente antes de los genes estructurales. Abreviadamente se le designa por la letra P.
•El operador (O): se trata de otro elemento de control que es una región del ADN con una secuencia que es reconocida por la proteína reguladora. El operador se sitúa entre la región promotora y los genes estructurales. Abreviadamente se le designa por la letra O.
•El gen regulador (i): secuencia de ADN que codifica para la proteína reguladora que reconoce la secuencia de la región del operador. El gen regulador está cerca de los genes estructurales del operón pero no está inmediatamente al lado. Abreviadamente se le denomina gen i.
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Operón lactosa: ARNm multigénico o policistrónico
Operón lactosa: ARNm multigénico o policistrónico
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EL OPERÓN TRIPTÓFANO
El operón triptófano (operón trp) es un sistema de tipo represible, ya que el aminoácido triptófano (Correpresor) impide la expresión de los genes necesarios para su propia síntesis cuando hay niveles elevados de triptófano.
Sin embargo, en ausencia de triptófano o a niveles muy bajos se transcriben los genes del operón trp.
En el siguiente esquema se indican los elementos del Operón Triptófano
12/04/2023 Dr. Giovanni Gonzalez DMV/BIOMOL/2010
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En ausencia de triptófano, o cuando hay muy poco, la proteína reguladora producto del gen trpR no es capaz de unirse al operador de forma que la ARN-polimerasa puede unirse a la región promtora y se transcriben los genes del operón triptófano
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Operón triptófano: en ausencia de triptófano
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En presencia de triptófano, el triptófano se une a la proteína reguladora o represora cambiando su conformación, de manera que ahora si puede unirse a la región operadora y como consecuencia la ARN-polimerasa no puede unirse a la región promotora y no se transcriben los genes estructurales del operón trp.
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Operón triptófano: en presencia de triptófano
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Categoría de células en función de su
capacidad proliferativa
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Células con especialización estructural extrema, como las células nerviosas o eritrocitos que han perdido la capacidad de dividirse. Una vez diferenciadas, permanecen en este estado hasta su muerte.
Células que normalmente no se dividen, pero que pueden iniciar la síntesis de ADN cuando se enfrentan a un estímulo apropiado (hepatocitos y linfocitos)
Células que normalmente poseen un nivel relativamente alto de actividad mitótica, las células madres (o stem cell)
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CELULAS MADRE (Stem cell)
Propiedades:
No está totalmente diferenciada
Se puede dividir sin límites
Cuando se divide, cada célula hija puede permanecer como célula madre o puede iniciar una vía que conduce irreversiblemente hacia la diferenciación terminal.
Obtención:
TEJIDOS ADULTOS
EMBRIONES
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The control of gene expression• Each cell in the human contains all the genetic
material for the growth and development of a human• Some of these genes will be need to be expressed all
the time• These are the genes that are involved in of vital
biochemical processes such as respiration• Other genes are not expressed all the time• They are switched on an off at need
© 2007 Paul Billiet ODWS
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Operons
• An operon is a group of genes that are transcribed at the same time.
• They usually control an important biochemical process.
• They are only found in prokaryotes.
© NobelPrize.org
Jacob, Monod & Lwoff
© 2007 Paul Billiet ODWS
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The lac Operon
The lac operon consists of three genes each involved in processing the sugar lactose
One of them is the gene for the enzyme β-galactosidase
This enzyme hydrolyses lactose into glucose and galactose
© 2007 Paul Billiet ODWS
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Adapting to the environment
• E. coli can use either glucose, which is a monosaccharide, or lactose, which is a disaccharide
• However, lactose needs to be hydrolysed (digested) first
• So the bacterium prefers to use glucose when it can
© 2007 Paul Billiet ODWS
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La ingnorancia Humana no permanece detrás de la ciencia, crece tan rápido
como esa. Stanislaw Jerzy Lec
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TECNOLOGIA DE DNA RECOMBINANTE Giovanni Gonzalez DMV
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La manipulación genética de organismos con un propósito predeterminado.
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La ingeniería genética busca el conocimiento de cada uno de los genes que conforman el mapa. La disciplina utiliza diferentes métodos para alterar el material genético.
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•1970. Arber y Smith. Endonucleasas de restricción
• 1987. Kary Mullis
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• Generación de moléculas recombinantes de DNA
•Síntesis en célula huésped de un nuevo producto o modificación de la expresión de un producto previamente presente.
• Introducción a célula Huésped (Transformación)
• Aislamiento de Genes
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Enzimas de Restricción
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•son enzimas que cortan los enlaces fosfodiester del material genético a partir de una secuencia que reconocen.
Las mismas permiten cortar DNA de hebra doble, donde reconocen secuencias palindrómicas
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Tipos de enzimas de restricción
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Sistemas tipo I
Una sola enzima (multimérica que posee 3 subunidades) reconoce la secuencia específica de ADN, metila y restringe. Pero la restricción no ocurre en el sitio de reconocimiento, sino que es al azar y en sitios distantes al de reconocimiento.
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Sistemas tipo II
Enzimas diferentes realizan la restricción y modificación. La restricción ocurre en el sitio de reconocimiento ó adyacente. Estas enzimas tipo II son las utilizadas en genética molecular puesto que permiten romper el ADN en sitios específicos, y así, recuperar secuencias conocidas
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Sistemas tipo III
Es similar al sistema tipo I, utilizan una enzima oligomérica que realiza todas las
actividades enzimáticas, y rompen el DNA 25-27 bp, más allá del sitio de
reconocimiento.
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Ejemplos de enzimas de restricción tipo II
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Mapa de restricción
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ADN ligasas
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catalizan la formación de un enlace fosfodiéster entre el 5' de un fosfato y el 3' de un nucleótido. Se usan para unir covalentemente cadenas de ADN.
Ligación intermolecular: entre dos cadenas distintas de ADN
Ligación intramolecular: entre los dos extremos de la misma cadena de ADN, dADNo lugar a un círculo
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