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MARACAIBO, MAYO DE 2012.
Lic. Liliana Gómez Gamboa (Mg.Sc.)
REPÚBLICA BOLIVARIANA DE VENEZUELA
UNIVERSIDAD DEL ZULIA
FACULTAD DE MEDICINA
ESCUELA DE MEDICINA
UNIDAD CURRICULAR: BACTERIOLOGÍA Y VIROLOGÍA
ESTRUCTURA Y FUNCIÓN DEL
MATERIAL GENÉTICO
GENOTIPO Y FENOTIPO
ADN Y
CROMOSOMAS
FLUJO DE LA INFORMACIÓN
GENÉTICA
REPLICACIÓN DEL ADN
• Transcripción
• Traducción
ARN Y SÍNTESIS DE PROTEÍNAS
• Represión e inducción
• Mutación
REGULACIÓN DE LA EXPRESIÓN GENÉTICA
BACTERIANA
• Transformación
• Conjugación
• Transducción
• Plásmidos y transposones
TRANSFERENCIA Y RECOMBINACIÓN
GENÉTICA
GENES Y EVOLUCIÓN
BIOTECNOLOGÍA Y
ADN RECOMBINANTE
Genética
Ciencia de la herencia que estudia los genes ,
transporte de la información genética,
replicación y transmisión a
generaciones ulteriores y expresión de la
información dentro de un organismo.
La información genética contenida en una célula se denomina GENOMA.
El genoma de una célula incluye sus
cromosomas y plásmidos
Los CROMOSOMAS son estructuras que
contienen ADN y que físicamente portan
información hereditaria. Contienen los genes.
Los GENES son segmentos de ADN (excepto algunos
virus) que codifican productos funcionales.
GENOTIPO Y FENOTIPO
El GENOTIPO de un organismo es su
constitución genética (su colección de genes,
su ADN completo), la información que codifica
la totalidad de las características particulares
del organismo.
El FENOTIPO se refiere a las propiedades reales y
expresadas, como la capacidad del organismo de
llevar a cabo una reacción química particular.
Es la manifestación del genotipo. Es la colección
de proteínas de un organismo.
Las bacterias tienen un cromosoma circular único formado por
una sola molécula circular de ADN asociada con proteínas.
El genoma bacteriano es el conjunto total de genes que porta
una bacteria tanto en su cromosoma como en sus elementos
genéticos extracromosómicos.
ADN Y CROMOSOMAS
E. coli el cromosoma consta de
una sola molécula circular bicatenaria
de ADN que contiene aprox. 4,6
millones de pares de bases y casi 1
mm de longitud, o sea que es 1000
veces más largo que la célula
completa. Sin embargo, el cromosoma
sólo constituye alrededor del 10% del
volumen de la célula porque el ADN
está retorcido o superenrollado.
FLUJO DE LA INFORMACIÓN
GENÉTICA
La replicación del ADN posibilita el flujo de la
información genética de una generación a la siguiente.
REPLICACIÓN DEL ADN
La clave para entender la replicación del
ADN es la estructura complementaria de
las secuencias de bases nitrogenadas en
la molécula de ADN una cadena actúa
como molde para la formación de la otra
cadena.
En la replicación del ADN una molécula de ADN
“parental” de doble cadena se convierte en dos
moléculas “hijas” (primera copia) idénticas.
La doble hélice del ADN parental se
separa cuando se rompen los enlaces
de hidrógeno débiles que unen los
nucleótidos en las cadenas opuestas
en respuesta a la acción de las
enzimas de replicación.
REPLICACIÓN DEL ADN
A continuación se forman enlaces de
hidrógeno entre nucleótidos
complementarios nuevos y cada
cadena del molde parental, para formar
nuevos pares de bases. Ciertas
enzimas catalizan la formación de los
enlaces azúcar-fosfato entre los
sucesivos nucleótidos en cada una de
las cadenas hijas (primera copia).
REPLICACIÓN DEL ADN
Las dos cadenas de ADN son
antiparalelas. El esqueleto
azúcar-fosfato de una cadena
está invertido en relación con el
esqueleto de la otra.
ENZIMAS IMPORTANTES EN LA REPLICACIÓN, EXPRESIÓN Y REPARACIÓN DEL ADN
ADN girasa Relaja el superenrollamiento por delante de la horquilla de replicación
ADN ligasa Forma enlaces covalentes para unir las cadenas de ADN
ADN polimerasa Sintetiza ADN; corrige y repara el ADN
Endonucleasas Corta el esqueleto de ADN en una cadena de ADN; facilita la reparación y las
inserciones
Exonucleasas Corta el ADN desde un extremo expuesto del ADN; facilita la reparación
Helicasa Desenrolla las dos cadenas de ADN
Metilasa Agrega grupos metilo a bases seleccionadas en el ADN recién sintetizado
Fotoliasas Utiliza la energía de la luz visible para separar los dímeros de pirimidina inducidos
por la luz UV
Primasa Forma cebadores de ARN a partir de un molde de ADN
Ribozima Enzima con ARN que elimina intrones y empalma exones
ARN polimerasa Copia ARN a partir de un molde de ADN
Topoisomerasa Relaja el superenrollamiento por delante de la horquilla de replicación; separa los
círculos de ADN al final de la replicación del ADN
Transposasa Corta el esqueleto de ADN y deja “extremos cohesivos” formados por una sola
cadena
Las proteínas
estabilizan el ADN
parental desenrollado
La cadena conductora
es sintetizada de
forma continua por la
ADN polimerasa
Las enzimas
desenrollan la doble
hélice parental
La ADN ligasa une los
fragmentos
discontinuos de la
cadena retrasada
La cadena retrasada se sintetiza
de forma discontinua. La ARN
polimerasa sintetiza un ARN
cebador corto, que luego es
ampliado por la ADN polimerasa
La ADN polimerasa
digiere el ARN
cebador y lo
reemplaza por ADN
REPLICACIÓN DEL ADN
La síntesis de ADN de novo se produce
en horquillas de crecimiento y avanza en
ambas direcciones. La síntesis de ADN
tiene lugar de manera continua en
sentido 5' a 3' (cadena adelantada) o en
fragmentos (cadena rezagada).
Durante la fase logarítmica de crecimiento en un medio rico, pueden
tener lugar numerosos «inicios» del proceso de replicación
cromosómica antes de que tenga lugar la división celular.
Este proceso genera una serie de nidos de burbujas en los
cromosomas hijos, cada uno de los cuales contiene su propio par de
horquillas de crecimiento para efectuar la síntesis de una nueva
molécula de ADN.
REPLICACIÓN DEL ADN Modelo bidireccional alrededor
del cromosoma
ARN Y SÍNTESIS DE PROTEÍNAS
La ARN polimerasa se une
al promotor y el ADN se
desenrolla al comienzo de
un gen.
El ARN se sintetiza por
apareamiento de bases
complementarias de los
nucleótidos libres con las
bases nucleotídicas sobre
la cadena molde de ADN.
El sitio de síntesis se
desplaza a lo largo del
ADN; se desenrolla el
ADN que se ha transcrito.
La transcripción alcanza
el terminador.
El ARN y la ARN
polimerasa se liberan y se
vuelve a formar la hélice
de ADN.
Se reúnen los componentes
necesarios para comenzar la
traducción.
En el ribosoma un ARNt que
transporta el primer aminoácido se
aparea con el codón de iniciación en
el ARNm. Un ARNt que transporta el
segundo aminoácido se aproxima.
El lugar del ribosoma donde se
asienta el primer ARNt se denomina
sitio P. En el sitio A que le sigue el
segundo codón del ARNm se
aparea con un ARNt que transporta
el segundo aminoácido.
El primer aminoácido se une al
segundo por medio de un enlace
peptídico y se libera el primer ARNt.
El ribosoma se desplaza a lo largo
del ARNm hasta que el segundo
ARNt se encuentra en el sitio P y el
proceso continúa.
El ribosoma continúa su
desplazamiento a lo largo del ARNm y
se acoplan nuevos aminoácidos al
polipéptido.
Cuando el ribosoma alcanza un
codón de terminación se libera el
polipéptido.
Por último, se libera el último ARNt y
el ribosoma se separa. El polipéptido
liberado forma una nueva proteína.
REGULACIÓN DE LA EXPRESIÓN
GÉNICA BACTERIANA
La maquinaria genética de una célula y
su maquinaria metabólica están
integradas y son interdependientes.
La característica común de todas las
reacciones metabólicas es que son
catalizadas por enzimas y la inhibición
por retroalimentación detiene a las
enzimas que ya son sintetizadas.
MECANISMOS PARA EVITAR
LA SÍNTESIS DE ENZIMAS
QUE NO SON NECESARIAS.
Los genes, a través de la transcripción
y la traducción, dirigen la síntesis de
proteínas, muchas de las cuales
funcionan como enzimas (utilizadas
para le metabolismo celular)
La síntesis de proteínas requiere un
enorme gasto de energía, por lo que su
regulación es importante para la
economía de la energía celular.
La célula conserva energía mediante la
síntesis exclusiva de las proteínas
necesarias en un momento particular.
REPRESIÓN E
INDUCCIÓN
Regulan la transcripción y por consiguiente la
síntesis de enzimas.
Controlan la formación y la cantidad de enzimas
en la célula, no las actividades de las enzimas.
Proceso que activa la transcripción de
un gen o de varios genes.
INDUCTOR sustancia que induce la
transcripción de un gen.
ENZIMAS INDUCIBLES enzimas que
se sintetizan en presencia de
inductores.
En estado basal, un gen inducible está
inactivado.
Mecanismo que inhibe la expresión
génica y disminuye la síntesis de
enzimas.
Suele ser una respuesta al exceso de
un producto final de una vía metabólica
y provoca la disminución de la
velocidad de síntesis de enzimas que
conducen a la formación de ese
producto.
Mediada por REPRESORES
bloquean la capacidad de la ARN
polimerasa de iniciar la transcripción de
los genes reprimidos.
En estado basal un gen reprimible está
activado.
LOS DETALLES DEL CONTROL
DE LA EXPRESIÓN GÉNICA
POR INDUCCIÓN Y REPRESIÓN
se describen
mediante el
FRANÇOIS JACOB Y
JACQUES MONOD
formulado
en 1961 por
REGULACIÓN DE LA
SÍNTESIS DE
PROTEÍNAS
ESTUDIOS DE LA INDUCCIÓN DE
LAS ENZIMAS DEL CATABOLISMO
DE LA LACTOSA EN
ESCHERICHIA COLI
tales enzimas son
β-galactosidasa acetilasa
Metaboliza ciertos
disacáridos distintos
de la lactosa
lac permeasa
Participa en el transporte de la
lactosa a la célula
Los genes para las tres enzimas que participan en la
captación y la utilización de la lactosa están próximos
entre sí en el cromosoma bacteriano y se regulan juntos.
Estructura del operón. El operón consta de los sitios promotor (P) y
operador (O) y de los genes estructurales que codifican la proteína.
El operón está regulado por el producto del gen regulador (I).
Represor activo, operón inactivo. La proteína represora se une con
el operador e impide la transcripción del operón.
Represor inactivo, operón activo. Cuando el inductor alolactosa se une a la
proteína represora el represor inactivado ya no puede bloquear la
transcripción. Los genes estructurales se transcriben y por último dan
como resultado la producción de las enzimas necesarias para el
catabolismo de la lactosa.
• Regulación de la expresión genética
CONTROL DE LA TRANSCRIPCIÓN
En respuesta a un estímulo nutricional, la organización de los genes de una ruta bioquímica en un operón dotado de unos mecanismos de control genético adecuados permite la producción coordinada de las enzimas necesarias.
La transcripción del gen es regulada directamente por unas proteínas represoras (que se unen a los operadores) como respuesta a señales nutricionales en el interior de la célula.
La velocidad de síntesis de las proteínas por el ribosoma puede regular el proceso de transcripción en los procariotas.
• Regulación de la transcripción
CONTROL DE LA TRANSCRIPCIÓN
El inicio de la transcripción puede estar
sometido a unos mecanismos de
control positivo o negativo.
Los genes sometidos a un
control negativo se expresan a menos que una proteína
represora los desconecte.
Esta proteína impide la expresión del gen al
unirse a una secuencia específica del ADN
(operador) lo que impide que la polimerasa de ARN inicie la transcripción en
el promotor.
• Regulación de la transcripción
CONTROL DE LA TRANSCRIPCIÓN
Los genes cuya expresión se encuentra sometida a un control positivo tan sólo se transcriben en presencia de una proteína reguladora activa (apoinductor) que se une a una secuencia específica de ADN y colabora con la polimerasa de ARN en los pasos iniciales mediante un mecanismo desconocido.
• La introducción de un sustrato en el medio de crecimiento induce un aumento de la expresión por parte del operón de las enzimas necesarias para el metabolismo de dicho compuesto.
OPERÓN INDUCTOR
• La acumulación de los productos finales (corepresores) de una ruta puede señalar la necesidad de desconectarla o reprimirla mediante una disminución de la síntesis de sus enzimas.
OPERÓN REPRESIBLE
La velocidad y eficiencia de
la síntesis de proteínas
pueden estar controladas
por otros factores, como la
estructura del ARNm o las
concentraciones celulares
del ARNt y de ciertos
aminoácidos.
MUTACIÓN: CAMBIO EN EL MATERIAL GENÉTICO
• TIPOS DE MUTACIONES
• MUTÁGENOS
• FRECUENCIA DE LAS MUTACIONES
• IDENTIFICACIÓN DE MUTANTES
• IDENTIFICACIÓN DE CARCINÓGENOS QUÍMICOS
CUALQUIER MODIFICACIÓN O CAMBIO EN LA SECUENCIA DE BASES DEL ADN UN CAMBIO EN LA SECUENCIA DE BASES DE UN GEN EN OCASIONES PRODUCIRÁ UN CAMBIO EN EL PRODUCTO CODIFICADO POR ESE GEN.
TRANSICIÓN Cambio de una purina o
pirimidina por otra purina o pirimidina.
TRANSVERSIÓN cambio de purina por
pirimidina o viceversa.
MUTACIÓN PUNTUAL (SUSTITUCIÓN DE
BASES)
MUTACIONES DE CAMBIO DEL MARCO
DE LECTURA
MUTACIONES ESPONTÁNEAS
Mutación de cambio de
sentido
Mutación terminadora
Una única base en un
punto de la secuencia
del ADN es sustituida
por otra base diferente
Cuando la sustitución de
bases produce una sustitución
de aminoácidos en la proteína
sintetizada
Cuando la sustitución de
bases produce un codón de
terminación
Las sustituciones de bases y las mutaciones de cambio del
marco de lectura pueden aparecer de forma espontánea debido
a errores ocasionales durante la replicación del ADN. Suceden
en ausencia de agentes productores de mutaciones.
SUSTITUCIÓN DE
BASES
TIPOS DE MUTACIONES Y SUS EFECTOS SOBRE LAS
SECUENCIAS DE AMINOÁCIDOS DE LAS PROTEÍNAS
Molécula de ADN normal
Mutación de cambio de sentido
Es cuando la sustitución
de bases produce una
sustitución de
aminoácidos en la proteína
sintetizada.
TIPOS DE MUTACIONES Y SUS EFECTOS SOBRE LAS
SECUENCIAS DE AMINOÁCIDOS DE LAS PROTEÍNAS
Mutación de terminación
Mutación de cambio del marco de lectura
Cuando una sustitución de
bases produce un codón
de terminación.
Cuando un par de
nucleótidos o algunos
pares de nucleótidos
pesentan deleción o se
insertan en el ADN.
• Ácido nitroso
• Análogos de los nucleósidos
QUÍMICOS
• Rayos X
• Rayos gamma
• Luz UV
RADIACIÓN
Ácido Nitroso (HNO2) como mutágeno
Agentes ambientales que de
forma directa o indirecta
causan mutaciones
Análogos de nucleósidos y bases
nitrogenadas que reemplazan
La 2-aminopurina se incorpora al ADN en lugar de la adenina pero puede aparearse con
la citosina de modo que un par AT se convierte en un par CG.
El 5-bromouracilo se usa como droga anticancerosa porque las enzimas celulares lo reconocen
en forma errónea como timina pero se aparea con citosina. En la siguiente replicación del ADN,
un par AT se convierte en un par GC.
Creación y reparación de un dímero de
timina causado por la luz ultravioleta
La exposición a la luz UV determina que las
timinas adyacentes se entrecrucen y formen un
dímero de timina (enlace covalente lesivo entre
ciertas pares de bases) que altera su
apareamiento normal de bases y pueden causar
daños graves o la muerte de la célula debido a
que ésta no puede transcribir o replicar de
manera adecuada el ADN.
Una endonucleasa corta el ADN y una
exonucleasa elimina el ADN dañado.
La ADN polimerasa llena la brecha mediante la
síntesis de ADN nuevo, para la que utiliza la
cadena intacta como molde.
La ADN ligasa sella la brecha remanente
mediante la unión de las cadenas nueva y vieja
de ADN.
• Es la probabilidad de que un gen mute cuando una célula se divide
Tasa de mutación
• Y debido a que las mutaciones son muy raras, el exponente siempre es un número negativo.
La tasa suele establecerse como una potencia de 10
• Las mutaciones suelen producirse más o menos al azar a lo largo
del cromosoma.
• La aparición de mutaciones aleatorias con baja frecuencia es un
aspecto esencial de la adaptación de las especies a su ambiente.
• La evolución requiere que la diversidad genética se genere al azar y
con una tasa reducida.
• Por ejemplo, una mutación que confiere resistencia a los antibióticos es
beneficiosa para una población de bacterias que está expuesta de manera
regular a los antibióticos.
• Casi todas las mutaciones son perjudiciales y es probable que sean eliminadas de la dotación genética cuando la célula individual muere o que sean neutras. Sin embargo, algunas mutaciones son beneficiosas.
• Una vez que un rasgo de este tipo ha aparecido a través de la mutación las
células que portan el gen mutado tienen más probabilidades de sobrevivir y
reproducirse que otras células siempre que el ambiente permanezca igual.
Muy pronto la mayoría de las células de la población tendrá el gen; habrá
sucedido un cambio evolutivo en pequeña escala.
Los mutantes pueden detectarse
mediante la selección o la
comprobación de un fenotipo alterado.
Lo habitual es realizar experimentos con BACTERIAS.
1. Reproducción rápida pueden utilizarse
grandes cantidades de microorganismos.
2. Las bacterias suelen tener una sola copia de
cada gen por célula los efectos de un gen
mutado no son enmascarados por la
presencia de una versión normal del gen.
Detección de células mutantes por eliminación de células parentales no mutadas. Ejm: Selección de bacterias mutantes resistentes a penicilina.
SELECCIÓN POSITIVA (DIRECTA)
Identificación de mutaciones en otros tipos de genes (réplicas en placas)
SELECCIÓN NEGATIVA
(INDIRECTA)
RÉPLICAS EN PLACAS Asa
Superficie de terciopelo (esterilizado)
El terciopelo estéril se presiona sobre las colonias que crecen en la placa madre
Placa madre con medio que contiene histidina
La células correspondientes a cada colonia se transfieren del terciopelo a las placas nuevas
Placa de Petri con medio que contiene histidina Las placas se
incuban
Placa de Petri con medio carente de histidina
Mutante auxótrofa
Colonia faltante
Se compara el crecimiento en las placas. Una colonia que crece en el medio con histidina pero que no pudo desarrollarse en el medio sin histidina es un auxótrofo (mutante que requiere histidina)
Muchos mutágenos conocidos son
carcinógenos, sustancias que causan
cáncer en los animales, incluidos los
seres humanos.
SELECCIÓN
PRELIMINAR DE
CARCINÓGENOS
POTENCIALES
1. Varios mutágenos potenciales pueden ser probados
cualitativamente mediante el agregado de las sustancias químicas
individuales sobre pequeños discos del papel en una única placa
inoculada con las bacterias.
2. Pueden utilizarse mezclas como vino, sangre, humo condensado y
extractos de alimentos para comprobar si contienen mutágenos.
Cuanto más mutagénica
sea una sustancia
mayor será su poder
carcinogénico.
Se preparan dos cultivos
de Salmonella que han
perdido su capacidad de
sintetizar histidina
(dependientes de histidina)
Se agrega el mutágeno
potencial sólo a la muestra
experimental; el extracto de
hígado de rata (un activador)
se agrega a ambas muestras
Cada muestra se vierte sobre una placa de medio sin
histidina. Se incuban a 37°C durante 48 h. Sólo las
bacterias cuyo fenotipo dependiente de histidina ha
sufrido una mutación inversa (inversión) a sintetizador
de histidina formarán colonias.
Se compara la cantidad
de colonias en las placas
experimental y de control.
La placa de control puede
mostrar algunas bacterias
con mutaciones inversas
que sintetizan histidina de
forma espontánea. Las
placas de prueba
mostrarán un aumento
del número de bacterias
con mutaciones inversas
que sintetizan histidina si
la sustancia química
probada en realidad es un
mutágeno y un
carcinógeno potencial.
Cuanto mayor sea la
concentración de
mutágeno utilizada mayor
será la cantidad de
colonias que sufran
mutación inversa.
RECOMBINACIÓN GENÉTICA
Intercambio de genes entre dos moléculas de
ADN para formar nuevas combinaciones de genes
en un cromosoma
ENTRECRUZAMIENTO
TRANSFERENCIA GÉNICA
(Vertical y horizontal)
Transferencia génica
VERTICAL
Transferencia génica
HORIZONTAL
Paso de genes entre
bacterias de manera
lateral, es decir, a otros
microorganismos de la
misma generación.
Transformación
Conjugación
Transducción
El ADN de una célula
se alinea con el ADN en
la célula receptora. El
ADN donante tiene una
muesca.
El ADN donante se alinea con los pares
de base complementarios en el
cromosoma receptor. Esto puede
involucrar miles de pares de bases.
La proteína RecA cataliza la
unión de las dos cadenas.
El resultado es que el cromosoma receptor contiene ADN
nuevo. Los pares de bases complementarios entre las dos
cadenas será resuelto por la ADN polimerasa y la ligasa. El
ADN donante será destruído. El receptor puede ahora tener
uno o más genes nuevos.
ENTRECRUZAMIENTO ADN donante
Cromosoma
receptor
Proteína RecA
Proceso mediante el cual los genes se
transfieren de una bacteria a otra
como ADN “desnudo” en solución. Experimento de Griffith (1928)
Se le inyectaron al
ratón bacterias vivas
encapsuladas
El ratón murió
Del ratón muerto se aislaron colonias de bacterias encapsuladas.
Se le inyectaron al ratón
bacterias vivas no
encapsuladas
El ratón permaneció sano
Se aislaron algunas colonias de bacterias no encapsuladas del ratón; los fagocitos destruyeron las bacterias no encapsuladas
Se le inyectaron al ratón
bacterias encapsuladas
muertas por calor
El ratón permaneció sano
No se aislaron colonias del ratón
Se le inyectan al ratón bacterias
vivas no encapsuladas y bacterias
encapsuladas muertas por calor
El ratón murió
Del ratón muerto se aislaron colonias de bacterias encapsuladas.
La célula receptora capta el ADN de la célula donante
El ADN donante se alinea con bases complementarias
Se produce la recombinación entre el ADN de la célula donante y el ADN de la célula receptora
La transformación sucede
naturalmente entre muy pocos géneros
de bacterias, como Bacillus,
Haemophilus, Neisseria, Acinetobacter
y ciertas cepas de los géneros
Streptococcus y Staphylococcus.
Cuando una célula receptora se haya
en un estado fisiológico en el cual
puede captar el ADN donante, se dice
que es competente. La competencia
es resultado de alteraciones de la
pared celular que la tornan permeable
a las moléculas de ADN grandes.
Mecanismo por el cual se transfiere material
genético de una bacteria a otra.
La conjugación es mediada por una clase de
plásmido (fragmento circular de ADN que se replica
independientemente del cromosoma de la célula).
El ADN bacteriano se transfiere de
una célula donante a una célula
receptora dentro de un virus que
infecta a las bacterias
(bacteriófagos o fago)
Fragmentos circulares autorreplicantes de
ADN que contienen genes y que constituyen
entre el 1% y el 5% del tamaño del cromosoma
bacteriano. Presentes en bacterias y algunos
microorganismos eucariotas.
Son segmentos pequeños de
ADN que pueden trasladarse
(ser “transpuestos”) de una
región de una molécula de
ADN a otra (700 a 40.000
pares de base de longitud).
Una secuencia de inserción (IS), el transposón más simple, contiene un gen para la
transposasa, la enzima que cataliza la transposición. El gen de la transposasa se une
a cada extremo por secuencias repetidas invertidas que funcionan como sitios de
reconocimiento para el transposón. IS1 es un ejemplo de una secuencia de inserción,
mostrado aquí como secuencia IR simplificada.
El transposon complejo transporta otro material genético en adición a los genes
transposasa. El Tn5 transporta el gen para resistencia a Kanamicina y tiene copias
completas de la inserción de la secuencia IS1 en cada extremo.
La transposasa corta el ADN y deja extremos cohesivos.
Los extremos cohesivos del transposón
y el ADN diana forman una estructura
anular.
La actividad génica puede ser
controlada por mecanismos reguladores
internos de la célula
Todos estos procesos proveen
diversidad en la descendencia de
las células
Los genes mismos pueden ser alterados o
reordenados por mutación,
transposición y recombinación
La diversidad proporciona la materia prima para la evolución y la selección natural la fuerza directriz
La selección natural puede actuar sobre diversas poblaciones para
asegurar la supervivencia de las que se adapten a ese ambiente particular
Las diferentes clases de microorganismos que existen en la
actualidad son resultado de una larga historia de evolución.
Los microorganismos han sufrido cambios continuos por alteraciones
en sus propiedades génicas y la adquisición de adaptaciones a
hábitats muy diferentes.
Empleo de microorganismos, células o componentes celulares para elaborar un producto.
En la actualidad se utilizan microorganismos y también plantas completas como si fueran fábricas para producir sustancias químicas que los microorganismos no sintetizan naturalmente.
BIOTECNOLOGÍA
Esto último es posibilitado por la
inserción de genes en las células
mediante la tecnología del ADN
recombinante (ADNr), que a
veces se denomina ingeniería
genética.
El objetivo puede ser formar copias del gen
El objetivo puede ser formar un producto proteico del gen
Enzimas de restricción
Vectores
Reacción en cadena de la polimerasa
Clase especial de enzimas que cortan
el ADN presentes en muchas bacterias.
Lo importante en las técnicas de ADN r es que
la enzima de restricción reconozca y corte,
o digiera, sólo una secuencia particular de
bases nucleotídicas en el ADN y que corte
esa secuencia del mismo modo cada vez.
Las enzimas de restricción
típicas utilizadas en los
experimentos de clonación
reconocen secuencias de
cuatro, seis u ocho bases.
Muchas enzimas de
restricción producen cortes
alternados en las dos
cadenas de una molécula
de ADN, es decir cortes en
sitios que no son
directamente opuestos
entre sí.
• Capacidad de autoreplicación.
• Tamaño: que permita su manipulación fuera de
la célula durante los procedimientos de ADN
recombinante.
• Forma: que proteja de la destrucción.
• Presencia de un gen marcador.
• Ejemplos: plásmidos, ADN viral.
Molécula de ADN
Es una técnica que permite
amplificar rápidamente
muestras pequeñas de
ácido nucleíco, es decir,
aumentar su cantidad de
modo que sea suficiente
para poder analizarlo.
• Inserción de ADN extraño en las
células
• Obtención del ADN
• Selección de un clon
• Formación de un producto génico
Hibridación de colonias
Tanto el ADN del plásmido como
ADN extraño son cortados con la
misma enzima de restricción. El
plásmido tiene genes para la hidrólisis
de la lactosa (lacZ) y resistencia a
ampicilina
El ADN extraño se inserta en el
gen lacZ. La bacteria que
recibe el vector plasmídico no
producirá la enzima ß-
galactosidasa si el ADN
extraño ha sido insertado en el
plásmido.
El plásmido recombinante se
introduce en la bacteria, la
cual se vuelve resistente a
ampicilina.
Todas las bacterias tratadas se
siembran en placas de agar nutritivo
que contiene ampicilina y un sustrato
de ß-galactosidasa. Se incuban. El
sustrato ß-galactosidasa se denomina
X-gal.
Sólo las bacterias con el plásmido crecerán en
presencia de ampicilina. Las bacterias que
hidrolizan el X-gal producen galactosa y un
compuesto índigo, el cual tiñe las colonias
bacterianas de color azul. Las colonias blancas
que aparecen deben contener el ADN extraño.
Las colonias azules no contienen el ADN extraño.
LOS GENES CLONADOS
PUEDEN APLICARSE DE
DIVERSOS MODOS
Producir sustancias útiles de una manera más eficiente y menos costosa
Obtener información del ADN clonado que sea útil en el marco de la investigación básica, la medicina aplicada o la medicina forense
Utilizar genes clonados para
alterar las características de células u órganos
• Producción de hormonas como la INSULINA y la
SOMATOSTATINA.
• Producción de Vacunas de subunidades (hepatitis B) y
vacunas de ADN (HIV, SARS, influenza y paludismo)
• Preparación de sangre artificial (transfusiones)
• Terapia génica para curación de enfermedades genéticas
(hemofilia B e inmunodeficiencia combinada grave)
• Interferencia por ARN (RNAi) silenciamiento génico
(silencia la expresión de un gen) se introducen en una
célula ARN bicatenarios (siRNA) que se dirigen contra un gen
particular (gen viral) inhibición del VHB.
Aplicaciones
terapéuticas
