SEP SNEST DGEST
UNIDAD III:
ORGANIZACIÓN DEL MATERIAL GENÉTICO
QUE PRESENTA:
Arisbeth Salgado Mendoza
09930054
Lic. BIOLOGIA VI "A"
Ciudad Altamirano, Gro. México. Febrero del 2012
INTRODUCCIÓN:
El material genético se compacta en un
área discreta de la célula formando los cromosomas. Éstos se encuentran en los
virus, células procariotas, en el núcleo de células eucariortas y en
cloroplastos y mitocondrias.
MATERIAL GENÉTICO EN VIRUS
La mayoría de los virus, presenta un
sólo cromosoma formado por ADN o ARN que puede ser unicatenario, bicatenario,
lineal o circular.
Los fagos de bacterias están rodeados
por una cubierta de proteínas e inyectan su cromosoma al interior de la
bacteria. El cromosoma del virus puede seguir dos rutas dependiendo del tipo de
fago que sea:
·
FAGO VIRULENTO: siempre sigue la ruta lítica.
·
FAGO TEMPERADO: pueden seguir la ruta lítica pero
normalmente siguen la ruta lisogénica según la cual el fago está en la célula
como un profago.
CICLO LÍTICO
1. 1º Un fago se adhiere
a la célula hospedadora e inyecta su ácido nucleico en la célula.
2. 2º Con la
"maquinaria" de la bacteria, el fago replica su material genético y
sintetiza sus proteínas mientras que el cromosoma del huésped se degrada.
3. 3º Los fagos se
ensamblan en el interior de la célula huésped.
4. 4º La bacteria se
lisa y los fagos quedan libres.
CICLO LISOGÉNICO
1. El fago se adhiere a
la célula hospedadora e inyecta su material genético.
2. La célula, tiene, en
estos momentos, dos ADN circulares (uno de ellos del fago).
3. El ADN del fago se
integra en el cromosoma de la célula huésped.
4. Se produce entonces
la lisogenia: la bacteria es portadora del ADN del fago pero es inmune a su
acción lítica aunque sí que pueden infectar a otras bacterias no resistentes a
estos virus y provocar su lisis.
INTEGRACIÓN DEL ADN DEL FAGO EN EL
HUÉSPED
En el ADN del fago hay una región
específica llamada SITIO DE INTEGRACIÓN y en la bacteria hay otra región en la
que se integra este ADN y que se encuentra entre los genes gal y bio.
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.
El profago puede inducirse por luz UV,
productos químicos...
ENSAMBLAJE DE LOS VIRUS
1. Procabeza I: está
formada por el núcleo protéico de lo que será la cabeza.
2. Procabeza II: la cabeza
está formada pero vacía.
3. Comienza el
empaquetamiento del ADN que va entrando a la célula conforme está
empaquetándosse.
4. La cabeza se expande
cuando ya está parcialmente llena de ADN y se hace un poco más grande.
5. La cabeza está
completamente rellena y preparada para el enganche de la cola.
6. La cola se engancha y
el virus está completamente maduro.
MATERIAL GENÉTICO EN BACTERIAS.
El cromosoma bacteriano se compacta
formando una estructura llamada NUCLEOIDE. Es un cromosoma circular y
bicatenario formado por ADN, ARN y proteínas básicas. Se produce una
interacción entre el ADN cargado positivamente y las proteínas cargadas
negativamente.
Junto al cromosoma se pueden encontrar
plásmidos.
3.1 ORGANISMOS PROCARIÒTICOS
Los organismos procarióticos son unicelulares, es
decir, cada célula es capaz de desarrollar todas las funciones vitales.
En los casos de asociaciones coloniales, cada una de las células conserva su individualidad e independencia.
Muchos organismos eucarióticos, en cambio, han alcanzado una organización pluricelular con distintos tipos de células que desempeñan funciones diferentes dentro del mismo organismo.
Las células procarióticas se caracterizan porque no poseen un verdadero núcleo y, por lo mismo, su material genético (ADN) se encuentra disperso en el citoplasma.
Se pueden distinguir tres grandes tipos de organismos procarióticos: cianobacterias, bacterias y micoplasmas.
En los casos de asociaciones coloniales, cada una de las células conserva su individualidad e independencia.
Muchos organismos eucarióticos, en cambio, han alcanzado una organización pluricelular con distintos tipos de células que desempeñan funciones diferentes dentro del mismo organismo.
Las células procarióticas se caracterizan porque no poseen un verdadero núcleo y, por lo mismo, su material genético (ADN) se encuentra disperso en el citoplasma.
Se pueden distinguir tres grandes tipos de organismos procarióticos: cianobacterias, bacterias y micoplasmas.
En
estas células no existe membrana nuclear y la sustancia nuclear se mezcla o se
encuentra en contacto directo con el resto del protoplasma.
Desde
el punto de vista histórico, es interesante recordar queHaeckel postuló en 1868, como forma primitiva de sustancia
organizada, a la llamada "monera", es decir, "masas de
proteínas homogéneas y amorfas", que él pensó se formaban directamente de
la sustancia inorgánica.
Una
célula bacteriana, como la Escherichia coli (E.coli), presenta ventaja por su
fácil cultivo en una solución acuosa de glucosa y iones inorgánicos. En tal
medio a 37ºC, duplica su masa celular y se divide aproximadamente cada 60
minutos. Este lapso puede ser reducido al límite de 20 minutos - el
tiempo de generación- si se agregan al medio bases púricas y pirimídicas
(precursoras de los ácidos nucleicos).
La
E. coli mide alrededor de 2µ (20.000 Å ) de longitud por 0,8 µ (8000 Å) de
ancho. Se encuentra rodeada por una rígida pared celular que contiene
muchas moléculas proteicas, lipídicas y polisacáridos.
La pared celular de las procariotas
está formada por polímeros de azúcar enlazados con péptidos cortos, que recibe
el nombre de peptidoglicano.
Es
una estructura fuerte que ha evolucionado para contrarrestar la gran presión
osmótica que se genera en el citoplasma por el alto contenido de solutos.
La
paredes celulares cumplen varias funciones:
- proporcionan a la célula su forma característica
- la protegen contra el daño mecánico u osmótico
- actúan como intermediarias entre las interacciones célula-célula
- son una barrera primaria para la penetración de sustancias de alto peso molecular
- ayudan en los movimientos celulares y en la división celular
- proporcionan la superficie sobre las cuales los virus bacterianos se unen y el sitio hacia el cual van dirigidos los anticuerpos producidos por el sistema de defensa del huésped.
- proporcionan a la célula su forma característica
- la protegen contra el daño mecánico u osmótico
- actúan como intermediarias entre las interacciones célula-célula
- son una barrera primaria para la penetración de sustancias de alto peso molecular
- ayudan en los movimientos celulares y en la división celular
- proporcionan la superficie sobre las cuales los virus bacterianos se unen y el sitio hacia el cual van dirigidos los anticuerpos producidos por el sistema de defensa del huésped.
Por
dentro de la pared celular existe una verdadera membrana celular o plasmática,
estructura lipoproteica que constituye una barrera molecular para el medio
externo. Esta membrana, controlando la entrada y salida de pequeñas moléculas y
iones, contribuye al establecimiento de un medio interno para el protoplasma
bacteriano. Es interesante destacar que, en relación con la membrana plasmática,
hay enzimas vinculadas con la oxidación de metabolitos que componen la cadena
respiratoria (en las células eucariontes dichas enzimas se hallan dentro
de organoides citiplasmáticos, las mitocondrias).
3.1.1 ADN CIRCULAR
Las dos formas de ADN circular pueden
visualizarse en el microscopio electrónico como círculos relajados o
superenrollados. Además, pueden identificarse por electroforesis o por
centrifugación (separación de partículas en suspensión coma ayuda de un campo
eléctrico o de un campo gravitacional respectivamente). En estos casos, la
estructura compactada del ADN superenrollado aumenta su migración
electroforética y su velocidad de sedimentación, lo cual permite diferenciarlo
del ADN circular relajado o del ADN lineal.
Como casi todas las propiedades
físicas, químicas y biológicas del ADN se vinculan al ADN circular y a su
estado relajado o superenrollado, la clara definición de estas formas es
importante para alcanzar una acabada comprensión de dichas propiedades. La
matemática resulta, en estas circunstancias, un aliado indispensable (véase
"ADN circular y matemática topológica ").
Dado que el ADN es un polímero con
propiedades elásticas,cuando se produce la ruptura de una de las dos cadenas
complementarias en una molécula superenrollada, la cadena rota gira sobre la
sana hasta que se pierde el superenrollamiento. Por tal motivo, cualquier
agente físico (radiaciones ionizantes) o químico (bleomicina, radicales libres,
etc.) capaz de romper el ADN tiene la capacidad de relajar la molécula
circular. Cuando la ruptura del ADN acontece en la célula viva, ocurre
habitualmente un proceso enzimático de reparación que cierra la brecha con
rapidez y restituye la integridad del ADN circular. En estas condiciones es
factible que se recupere también el superenrollamiento. Las modificaciones del
enrollamiento del ADN circular se realizan a través de enzimas denominadas
topoisomerasas. La topoisomerasa II tiene la propiedad de transformar un ADN
circular relajado en superenrollado. Este proceso implica pasar de una forma
sin almacenamiento de energía a una forma con alto contenido energético, y por
lo tanto es necesaria la presencia de adenosinatrifosfato (ATP) como donante
energético.Por el contrario, la transformación de ADN superenrollado en
relajado con subsecuente liberación de energía es catalizada directamente por
la topoisomerasa I sin necesidad de ATP.
En organismos eucariontes, las
topoisomerasas se ubican selectivamente en la membrana nuclear, punto de inserción
de las asas de cromatina que forman los dominios circulares de ADN. Esta
localización resulta ideal para que la enzima promueva o corrija cambios de
superenrollamiento que afectan a toda el asa cromatínica.
Como se explica detalladamente en
"ADN circular y matemática topológica", una
modificación estructural en una región limitada de la molécula circular de ADN
modifica la topología alolargo de todo el círculo. Estos cambios arquitectónicos
son sumamente importantes porque modifican la relación del ADN con proteínas
reguladoras y ejercen, por lo tanto,un profundo efecto en el funcionamiento
génico.
3.1.2 PROTEÍNAS ASOCIADAS
Las proteínas asociadas al ADN son las denominadas histonas. Son polipéptidos relativamente cortos cargados positivamente (básicos) y por lo tanto atraídos por cargas negativas del ADN (ácido). Son sintetizadas durante la fase S de síntesis del ciclo celular. Una de las funciones de esas proteínas está relacionada con el empaquetamiento del ADN en la forma del cromosoma: los 2 metros de ADN de la célula humana son empaquetados en 46 cromosomas de un largo combinado de aproximadamente 200 nm. La célula tiene unas 90 millones de moléculas de histonas siendo la mayoría perteneciente a un tipo conocido como H1. Se conocen cinco tipos de las siguientes histonas (H1, H2A, H2B, H3, y H4 , 8 moléculas en total); con la excepción de la H1 la mayor parte de las histonas de los eucariotas son muy similares.
3.1.3 ADN EXTRACROMOSOMICO.
Se
considera como tal una Serie
de moléculas facultativas, no esenciales Para la bacteria, que se replican independientemente del cromosoma bacteriano. Se
transmiten por herencia a las células hijas, son portadores de genes con
una gran función biológica, pero no fundamental, para La vida bacteriana y, por ultimo, Pueden ser Capaces de transmitirse de una bacteria a
otra Por con jugacion (sin intermediarios). Como sucede con otros
fenómenos de recombinación genética.
3.1.3.1 PLASMIDOS
Los plásmidos son moléculas circulares de ADN que se replican de manera
independiente al cromosoma de la célula hospedera. De manera natural se
encuentran en las bacterias en tamaños que van desde 5,000 hasta 400,000 pb.
Pueden ser introducidos en las células bacterianas por un proceso
denominado transformación. Las células y el plasmido se incubas juntos a 0°C en
soluciones de cloruro de calcio, posteriormente se da un incremento de
temperatura al medio de entre 37 y 43 °C, alternativamente se puede utilizar un
choque de corriente eléctrica en una técnica denominada electroporación.
El fenómeno que permite que las células incorporen a los plásmidos por
estos métodos, no es claro.
A la fecha se han obtenido muchos plásmidos a partir de los que ocurren de
manera natural. Todos los vectores de clonación deben al menos contener:
1.- un origen de replicación para poder tener más de una copia del mismo
en la célula infectada.
2.- dos genes que confieran resistencia a diferentes antibióticos, lo
que permite la identificación de las células que portan a dicho
vector.
3.1.3.2 BACTERIOFAGOS
Los virus son
moléculas de DNA o RNA rodeadas por una envoltura proteica que necesitan
células viables para poder replicarse. Los virus utilizan la maquinaria
metabólica de las células para sintetizar su material genético y proteínas de
la envoltura. Existen distintos tipos de virus que pueden infectar células
procariontes o células eucariontes. Los bacteriófagos o fagos son
virus que se reproducen en células
procariontes.
El genoma de los
fagos puede ser RNA simple cadena (MS2,
Qß), RNA doble cadena (phi
6), DNA simple cadena (phi
X174, fd, M13) o DNA doble cadena (T3,
T7, lambda, T5, Mu, T2, T4). Estos ácidos nucleicos pueden contener bases
inusuales que son sintetizadas por proteínas del fago. En los T-pares el genoma
no contiene citosina sino 5'- hidroximetilcitosina, mientras que en otros tipos
de fago alguna de las bases esta parcialmente sustituida.
Bacteriófago T4
3.1.3.3 TRANSPOSONES
Secuencia de DNA
que puede moverse de un lugar a otro del cromosoma, insertar copias adicionales
de ella misma en otros puntos o pasar de un cromosoma a otro. Tramo de DNA que
puede incorporarse en otras moléculas de DNA en lugares donde no hay homología
de secuencia. Tienen un tamaño entre 1 y 40 kb. Codifican todas las enzimas
necesarias para su inserción. Pueden desplazarse dentro de un cromosoma o entre
cromosomas.
3.2 ORGANISMOS EUCARIOTICOS:
Son aquellos en cuyas células puede
diferenciarse un núcleo que contiene el material genético separado de un
citoplasma en el que se encuentran diferentes orgánulos celulares.
Los microorganismos eucarióticos más
relevantes en microbiología de alimentos incluyen ciertos animales de pequeño
tamaño productores de enfermedades parasitarias transmitidas por los alimentos,
y, como grupo de mayor importancia, los hongos unicelulares (denominados
genéricamente levaduras) o pluricelulares (conocidos genéricamente como mohos).
Los mohos y levaduras tienen
importancia principal en la producción de alimentos (Saccharomyces) y en
su deterioro y una importancia algo menor en la generación de patologías.
3.2.1 ADN LINEAL Y EMPAQUETAMIENTO
Cada molécula de
ADN se empaqueta en un cromosoma el total de la información genética
contenida en loscromosomas de un organismo, constituye su genoma.
Los cromosomas de
una célula, en mitosis o fase M, se encuentran muy
condensados y son transcripcionalmente activos.
En la interfase, están mucho menos condensados y
son activos dirigiendo continuamente la síntesis de RNA. Cada molécula de
ADN que forma un cromosoma ha de contener un centromero,
dos telómeros y varios orígenes de replicación. Para que una molécula de ADN forma un cromisoma
funcional ha de ser capaz de dirigir la sintesis de ARN y de propagarse,
transmitiendose eficasmente de una generación a otra. Necesitan un origen de replicación, centrómero que
une la molécula de ADN que lo contiene al huso mitótico durante la divición
celular telómero eciste uno de ellos encada extremo del cromosoma lineal.
Son proteínas básicas, de bajo peso molecular, muy conservadas evolutivamente entre los eucariotas y algunos procariotas. Forman la cromatina junto con el ADN, en base a unas unidades conocidas como nucleosomas.
Las cuatro histonas core,
o nucleares, forman un octámero (paquetes de 8 moléculas) alrededor del cual se
enrrolla el ADN, en una longitud variable en función del organismo. Este
octámero se ensambla a partir de un tetrámero de las histonas llamadas H3 y H4, al que se agregan
dos heterodímeros de las histonas
denominadas H2A y H2B. Las histonas
externas, o linker, H1 (y H5 en aves)
interaccionan con el ADN internucleosomal. El conjunto del ADN enrrollado
alrededor del octámero de histonas, junto con la histona H1 y una cierta
longitud de ADN linker, o internucleosomal constituye lo que se
conoce como nucleosoma. Las histonas core desarrollan un papel
decisivo en el primer nivel de compactación del ADN dentro del núcleo, en la estructura
conocida como nucleosoma. Las histonas linker, por otro lado,
producen un empaquetamiento de orden superior de los nucleosomas.
Las histonas
contienen un motivo estructural muy importante para los contactos moleculares
dentro del octámero de histonas core, denominado histone
fold (se podría traducir como pliegue de histona). Este motivo
consiste en 65 aminoácidos que se estructuran en una organización
extendida tipo hélice-hoja-hélice. En concreto, contiene una corta hélice alfa,
un giro/hoja beta, una hélice alfa larga, otro giro/hoja beta, y otra hélice
alfa corta.
Las histonas core pueden
ser modificadas covalente y post-traduccionalmente,
en general en sus extremos amino-terminales, mediante reacciones
catalizadas por una serie de actividades enzimáticas. Éstas pueden ser citoplasmáticas, y actúan sobre las histonas
previamente a su ensamblamiento en los nucleosomas, o bien, nucleares y afectan
a histonas nucleosomales. Se ha postulado una teoría denominada histone
code, o "código de histonas", según la que
estas modificaciones pueden tener consecuencias en cuanto a: 1) La facilidad
con la que proteínas asociadas a cromatina (factores
transcripcionales, etc ...) podrían acceder al ADN. 2) La generación
de combinaciones de modificaciones en un extremo de histona, o en varios dentro
de un nucleosoma. 3) Las estructuras de eucromatina y heterocromatina serán en mayor
medida dependientes de las concentraciones locales de histonas modificadas. En
conclusión, estas modificaciones podrían extender la información potencial del material
genético.
3.2.1.2 SOLENOIDES
Cadena de nucleosomas enrollada helicoidalmente; cada vuelta del solenoide contiene seis nucleosomas (ADN histonas); la estructura se estabiliza con histonas H1.
3.2.1.3 CROMOSOMAS
Son
los portadores de la mayor parte del material genético y condicionan la
organización de la vida y las características hereditarias de cada especie. Los
experimentos de Mendel pusieron de manifiesto que muchos de los caracteres del
guisante dependen de dos factores, después llamados genes, de los que cada
individuo recibe un ejemplar procedente del padre y otro de la madre.
3.2.2 COMPLEJIDAD DEL GENOMA
Complejidad del genoma
humano no radica ya en el número de genes, sino en cómo parte de estos genes se
usan para construir diferentes productos en un proceso que es llamado ayuste alternativo (alternative splicing). Otra importante razón de esta complejidad
radica en el hecho de que existan miles de modificaciones químicas parafabricar proteínas así como del repertorio de
mecanismos que regulan este proceso.
3.2.3 ADN MITOCONDRIAL
Es
el material genético de las mitocondrias, los orgánulos que generan energía para la célula. El ADN mitocondrial se reproduce por sí mismo
semi-autónomamente cuando la célula
eucariota se divide. El ADN mitocondrial fue descubierto por Margit
M. K. Nass y Sylvan Nass utilizando microscopia electrónica y un marcador
sensitivo al ADN mitocondrial.1 Evolutivamente el ADN mitocondrial
desciende de genomas circulares pertenecientes a bacterias, que fueron
englobadas por un antiguo ancestro de las células eucarióticas.
3.3 ORGANIZACIÓN GENOMICA VIRAL
• Los virus son
parásitos intracelulares obligados.
• Su estructura
incluye un ácido nucleico viral (genoma viral) (DNA o RNA pero nunca ambos)
ubicado dentro de una cápside proteica.
• Utilizan la
maquinaria celular del huésped (transcripcional y traduccional) para su propia replicación.
• El genoma viral
codifica toda la información para la replicación viral.
Genoma Viral
- El genoma viral es una
molécula de ácido nucleico, DNA o RNA, intacta o segmentada, circular o lineal
que funciona como el material genético del virus
Codifica para la síntesis de todos los componentes
virales y las enzimas necesarias para la replicación viral. Esta información la
almacena en SEIS tipos
diferentes de ACIDO NUCLEICO, clasificación
basada en la forma en que su ácido nucleico forma el RNAm viral.
OBJETIVOS:
- Comprenderá la forma en que esta organizado el genoma de los organismos para entender su funcionamiento
- Relacionará los distintos grados de empaquetamiento con las distintas etapas del ciclo celular.
TAREA:
CONCLUCION:
BIBLIOGRAFIAS:
- http://www.cienciaybiologia.com/bgeneral/organizacion-material-genetico.htm
- http://www.bioapuntes.cl/apuntes/procari.htm
- http://es.wikipedia.org/wiki/ADN_superenrollado
- http://es.wikipedia.org/wiki/Complejo_exosoma
- http://es.scribd.com/doc/82235842/16/ADN-EXTRACROMOSOMICO
- http://es.wikipedia.org/wiki/Pl%C3%A1smido
- http://www.microinmuno.qb.fcen.uba.ar/SeminarioBacteriofagos.htm
- http://www.rettsyndrome.org.es/informacion/diccionario/transposon.html
- http://www.unavarra.es/genmic/curso%20microbiologia%20general/00-introduccion%20e%20historia.htm
- http://infobiol.com/adn-cromosomico-y-su-empaquetamiento/
- http://enciclopedia.us.es/index.php/Histona
- http://www.monografias.com/trabajos72/los-solenoides/los-solenoides.shtml
- http://www.iqb.es/cancer/g006.htm
- http://es.wikipedia.org/wiki/Genoma
- http://es.wikipedia.org/wiki/Genoma
- https://www.u-cursos.cl/medicina/2008/1/MGENETI2/1/.../160806
