miércoles, 29 de febrero de 2012

UNIDAD III: ORGANIZACIÓN DEL MATERIAL GENÉTICO


   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 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.
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.



3.2.1.1 HISTONAS

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 linkerH1 (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.
  •  Discutirá las distintas maneras en que el ADN se organiza en cromosomas, incluyendo virus, bacterias y eucariotas.


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
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  • http://es.scribd.com/doc/82235842/16/ADN-EXTRACROMOSOMICO
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  • 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























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