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Biología Molecular - Fuentes de la variabilidad genética, Estructura bacteriana, El código genético



Biología Molecular
1.
Introducción


Fuentes de la variabilidad genética


Ventajas del uso de procariontes
• Facil manejo y mantenimiento en el laboratorio. • Ocupar poco espacio. • Reproducirse en poco tiempo. • Generaciones rapidas. • Elevado número de descendientes. • Variabilidad para caracteres faciles de estudiar.


Estructura bacteriana


El Dogma Central

• La transformación bacteriana proporcionó la primera prueba de que el ADN es el material genético.
• Las propiedades genéticas pueden ser transferidos de una cepa bacteriana a otra mediante la extracción de ADN de la primera cepa y agregarlo a la segunda cepa.





Griffith, 1928


Conclusiones
• Puesto que los neumococos RII (avirulentos) nunca mutan a SIII (virulentos), en el último experimento se demuestra la existencia de una sustancia presente en los extractos de neumococos SIII muertos por calor que es capaz de transformar a los neumocos RII vivos en SIII vivos, dicha sustancia fue denominada por Griffith el Principio Transformante.

• Estudios posteriores pusieron de manifiesto que la transformación de neumocos RII en SIII se podía realizar en tubo de ensayo sin necesidad de utilizar ratones en el experimento. • Es decir, se puede mezclar en el mismo medio de cultivo líquido neumocos RII vivos con neumococos SIII previamente muertos por calor y obtener neumococos SIII vivos yvirulentos.



Avery, McCarty & Macleod, 1944

• Teniendo en cuenta que la única fracción químicamente pura de los neumococos SIII muertos por calor que puede transformar los neumococos RII en SIII es el ADN, el Principio Transformante detectado por Griffith debe ser el ADN.
• Por tanto, la molécula responsable de convertir los neumococos no virulentos en virulentos es el ADN y, por consiguiente, en él debe residir la información genética.



• La infección por fagos fueron marcados con isótopos radiactivos diferentes probó que el ADN es el material genético de los virus. • Cuando el ADN y las proteínas componentes de los bagteriófagos T, sólo el ADN se transmitió a la progenie de fagos producidos por la infección de bacterias




Fago T4


Ciclo Lítico del fago T4



Experimento de la batidora


Conclusiones
• Practicamente lo único que entra en las bacterias después de la infección por el fago T4 es el ADN del fago, por dicho motivo, cuando se infecta con virus T4 marcados en su ADN el marcaje aparece en el fondo del tubo donde estan las bacterias y no en la solución. • Ademas en este caso, los virus descendientes estan marcados en su ADN, lo que indica que el único nexo de unión entre dos generaciones de fago T4 es el ADN.

• Sin embargo, cuando se infecta con virus marcados en las proteínas, se detecta muy poco marcaje en el fondo del tubo, donde estan lasbacterias, estando la mayoría del marcaje en la solución, lugar en que se localizan las capsides proteicas de los virus y no se observan virus descendientes marcados en sus proteínas. • Por consiguiente, la molécula portadora de la información en los virus T4 es el ADN y no las proteínas.


El ADN puede usarse para introducir características genéticas nuevas en células animales o animales completos.


En algunos virus, el material genético es ARN



Fraenkel-Conrat y Singer (1957



Conclusiones
• Infectando solamente con el ARN del virus TMV es posible obtener virus TMV completos con capside y ARN. • Ccuando se infecta con virus híbridos los virus descendientes poseen siempre una capside coincidente con el tipo de ARN empleado para infectar. • Se deduce que la molécula portadora de la información, la que determina que aparezca la capside del virus TMV es el ARN.


Analisis de la composición de bases del ADN (Chargaff, 1950)
• La fracción molar de los nucleótidos de purina es igual a la fracción molar de los nucleótidos de pirimidina o sea, A+G = C+T • La fracción molar de los nucleótidos ceto es igual a la fracción molar de los nucleótidos amino o sea, G+T = A+C • En particular, la fracción molar de aminopurina es igual a la de cetopirimidina o sea, A = T • Y la fracción molar de la cetopurina es igual a la de la aminopirimidina o sea, G = C.

• Estas fueronlas observaciones clave en la deducción de la estructura de doble hélice del ADN y en la determinación de los patrones de apareamiento de bases. • Aquellas ayudaron a Watson y Crick a elucidar que la Adenina es complementaria a la Timina y la Guanina es complementaria a la Citosina. • Esto podría explicarse teniendo dos cadenas o hebras de ADN, apareadas en las bases. • Estas relaciones NO APLICAN para genomas con ADN de una sola hebra o el ARN.

• El descubrimiento de los acidos nucleicos se debe a Friedrich Miescher, quien en el año 1869 aisló de los núcleos de las células una sustancia acida a la que llamó nucleína, nombre que posteriormente se cambió a acido nucleico.


Una estructura para el Acido Desoxirribonucleico (Watson & Crick, 1953













El código genético
• Conjunto de normas por las que la información codificada en el material genético (secuencias de ADN o ARN) se traduce en proteínas (secuencias de aminoacidos) en las células vivas. • El código define la relación entre secuencias de tres nucleótidos, llamadas codones, y aminoacidos. Un codón se corresponde con un aminoacido específico




Descubrimiento del código genético
• En 1955, Severo Ochoa y Marianne GrunbergManago aislaron la enzima polinucleótido fosforilasa, capaz de sintetizar ARNm sin necesidad de modelo a partir de cualquier tipo de nucleótidos que hubiera en el medio. • Así, apartir de un medio en el cual tan sólo hubiera UDP (urdín difosfato) se sintetizaba un ARNm en el cual únicamente se repetía el acido urídico, el denominado poli-U (.UUUUU.).

• George Gamow postuló que un código de codones de tres bases debía ser el empleado por las células para codificar la secuencia aminoacídica, ya que tres es el número entero mínimo que con cuatro bases nitrogenadas distintas permiten mas de 20 combinaciones (64 para ser exactos).

• Que los codones constan de tres nucleótidos fue demostrado por primera vez en el experimento de Crick, Brenner y colaboradores. • Marshall Nirenberg y Heinrich J. Matthaei en 1961 en los Institutos Nacionales de Salud descubrieron la primera correspondencia codón-aminoacido.

• Empleando un sistema libre de células, tradujeron una secuencia ARN de poli-uracilo (UUU) y descubrieron que el polipéptido que habían sintetizado sólo contenía fenilalanina. • De esto se deduce que el codón UUU específica el aminoacido fenilalanina.

• Continuando con el trabajo anterior, Nirenberg y Philip Leder fueron capaces de determinar la traducción de 54 codones, utilizando diversas combinaciones de ARNm, pasadas a través de un filtro que contiene ribosomas. • Los ARNt se unían a tripletes específicos.

• Posteriormente, Har Gobind Khorana completó el código, y poco después, Robert W. Holley determinó la estructura delARN de transferencia, la molécula adaptadora que facilita la traducción.




El operón
Un operón se define como una unidad genética funcional formada por un grupo o complejo de genes capaces de ejercer una regulación de su propia expresión por medio de los sustratos con los que interaccionan las proteínas codificadas por sus genes. • Este complejo esta formado por genes estructurales que codifican para la síntesis de proteínas (generalmente enzimas), que participan en vías metabólicas cuya expresión generalmente esta regulada por otros 2 factores de control, llamados

• El primer operón descrito fue el operón de la lactosa en Escherichia coli por F. Jacob, D. Perrin, C. Sanchez y J. Monod, publicado en la revista 'Comptes rendus hebdomadaires des séances de l'Académie des sciences' en 1960. • En parte gracias a estos trabajos sobre regulación génica, Jacob y Monod fueron galardonados con el Premio Nobel en Fisiología o Medicina en 1965 junto con André Lwoff.

• Factor promotor
– dara lugar a la expresión/represión del resto de los genes estructurales

• Operador
– permite la activación/desactivación del promotor a modo de 'interruptor génico' por medio de su interacción con un compuesto inductor


Composición del un operón típico


Tipos de operón
• Inducible
– Operón lactosa

• Reprimible
– Operón triptofano

• Constitutivo


The End





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