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DCA-740 Biologa molecular

Datos generales

Unidad acadmica: Departamento de Ingeniera Agroindustrial

Programa educativo: Doctorado en Ciencias Agroalimentarias

Nivel educativo: Doctorado en Ciencias

Estructura curricular: Lnea de Generacin y Aplicacin del Conocimiento

Denominacin: Bioprocesos Agroalimentarios

Asignatura: Biologa molecular

Carcter: Optativo

Tipo: Terico y prctico

Prerrequisitos: Microbiologa de reactores

Profesora: Dra. Ernestina Valadez Moctezuma

Ao: Primero

Semestre: Segundo

Sesin: Primavera

Horas totales/semana: 4

Horas totales del curso: 64

Horas totales de estudio independiente/semana: 2

Horas totales de estudio independiente: 32

Crditos: 6

Clave: DCA-740

Introduccin

Este curso se caracteriza por tener un enfoque bsico y aplicado que brinda a los

doctorantes en Ciencias Agroalimentarias la oportunidad de entrar en contacto con

las bases de Biologa Molecular. Es una asignatura relacionada verticalmente con

Tpicos selectos de qumica en alimentos, Anlisis multivariado, Seminario de

investigacin II-IV, Proyecto de investigacin II-VII; de manera horizontal se

relaciona con Diseos experimentales, Seminario de investigacin I y Proyecto de

investigacin I.

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Los alumnos orientados hacia la investigacin en bioprocesos, podrn tener una

visin en perspectiva sobre la importancia de tcnicas desarrolladas con Biologa

Molecular para contribuir al entendimiento bsico de otras disciplinas tales como la

Bioprocesos y Microbiologa de Biorreactores.

Presentacin

El deciframiento de la estructura tridimensional del DNA, el Cdigo Gentico y la

Sntesis de Proteinas, se desarrollaron las tcnicas para manipular al DNA

(Tecnologa del DNA Recombinante), elevando a la Biologa Molecular como

ciencia. En la dcada de los 80s los conocimientos bsicos de esta nueva disciplina

fueron la base para que la medicina, la industria y la agronoma dieran un marcado

salto cientfico. En estas dos ltimas reas, que son la de inters en el presente

curso, se han dado avances considerables en el mejoramiento de bacterias y

plantas de importancia agrcola por mtodos no convencionales, que tienen su

origen en la manipulacin in vitro de molculas qumicas biolgicamente activas.

El curso est diseado para alumnos de doctorado que posean conocimientos

bsicos de Gentica, Bioqumica y Fisiologa Vegetal. Ser adems un apoyo para

aquellos estudiantes interesados en la biotecnologa agrcola o en el mejoramiento

gentico, que deseen complementar su formacin conociendo los aportes y

potencialidades de tcnicas basadas en la Biologa Molecular.

Objetivo

Adquirir los conocimientos sobre las macromolculas (cidos nucleicos y

protenas), gentica bacteriana y tcnicas bsicas del DNA recombinante,

para permitir posteriormente, acceder al conocimiento y anlisis, logros y

perspectivas de la Ingeniera Gentica en Procariotes y sus aplicaciones.

Contenido

Unidad I. cidos nucleicos y protenas.

(12 horas)

Objetivo: Adquirir el conocimiento fundamental sobre las propiedades fisico-

qumicas y estructurales de los cidos nucleicos que le permitan entender sus

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propiedades biolgicas, para poder entender la funcin y codificacin de la

informacin gentica a nivel celular, as como las propiedades fisico-qumicas y

biolgicas de las protenas.

1.1. Estructura y propiedades qumicas.

1.1.1. Nucletidos.

1.1.2. Estructura del DNA.

1.1.3. Estructura del RNA.

1.1.4. Propiedades fisicoqumicas de los cidos nucleicos.

1.2. Duplicacin del DNA.

1.2.2. Modelos.

1.2.3. Duplicacin en procariotes.

1.2.4. Duplicacin en eucariotes.

1.3. Mtodos fsico-qumicos de anlisis.

1.3.1. Espectrofotometra.

1.3.2. Ultracentrifugacin.

1.3.3. Electroforesis.

1.4 Sntesis y secuenciacin del DNA.

1.4.1. Sntesis qumica de oligonucletidos.

1.4.2. Mtodos de secuenciacin (Sanger y Maxam-Gilbert).

1.5. Biosntesis de protenas.

1.5.1. Transcripcin y traduccin.

1.5.2. Cdigo gentico y sntesis de protenas.

1.5.3. Sntesis de proteinas en procariotes.

1.5.4. Sntesis de proteinas en eucariotes.

1.6. Estructura y propiedades qumicas.

1.6.1. Clasificacin de protenas.

1.7. Enzimas.

1.7.1. Clasificacin de enzimas.

1.7.2. Factores que regulan la actividad enzimtica.

1.8. Mtodos fsico-qumicos de anlisis.

1.8.1. Espectrofotometra.

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1.8.2. Electroferesis en una y dos dimensiones.

1.9. Mtodos biolgicos de anlisis.

1.9.1. Secuenciacin de polipptidos.

1.9.2. Traduccin in vitro.

1.9.3. Mtodos inmunoqumicos. Western blot.

Unidad II. Regulacin gentica.

(12 horas)

Objetivo: Comprender la regulacin de la expresin de los genes en clulas

procariotes y eucariotes para visualizar su importancia en el desarrollo de los

organismos.

2.1. Estructura del gen procarionte.

2.1.1. Elementos que controlan la expresin de los genes.

2.2. Estratgias de regulacin de la expresin gentica.

2.2.1. Regulacin transcripcional (modelo del opern).

2.2.2. Atenuacin.

2.3. Estructura del gen eucarionte.

2.3.1. El nucleosoma y la organizacin de la cromatina.

2.3.2. Factores que intervienen en la transcripcin.

2.3.2. Procesamiento del RNA.

2.3.3. Regulacin postraduccional.

Unidad III. Gentica bacteriana.

(12 horas)

Objetivo: Adquirir los conocimientos generales sobre gentica bacteriana para

entender el uso de estos microorganismos en la ingeniera gentica de procariotes

y eucariotes. Atravs de los conocimientos bsicos de la metodologa del ADN

recombinante desarrollada principalmente en procariotes.

3.1. Cromosomas, Plsmidos y Episomas.

3.2. Conjugacin.

3.3. Transformacin.

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3.4. Transduccin.

3.5. Caractersiticas de cepas bacterianas utilizadas en laboratorios.

3.6. Enzimas tiles para la manipulacin de los cidos nucleicos.

3.6.1. Polimerasas.

3.6.2. Ligasas.

3.6.3. Endonucleasas de restriccin.

3.6.4. Exonucleasas.

3.6.5. Otras enzimas.

3.7. Vehculos moleculares.

3.7.1. Caractersticas de un plsmido vector.

3.7.2. Vectores de clonacin.

3.7.3. Vectores de expresin.

3.7.4. Vectores ms utilizados.

3.8 Bancos genmicos.

3.8.1. En plsmidos.

3.8.2. En bacterifagos.

3.8.3. En csmidos.

3.9. Aislamiento y clonacion de genes.

3.9.1. Estrategia general de clonacin.

3.9.2. Uso de oligonucletidos sintticos.

3.9.3. Transcripcin inversa de RNA.

3.10. Anlisis los genes clonados.

3.10.1. Reaccin de polimerasa en cadena (PCR).

3.10.2. Seleccin biolgica.

3.10.3. Tcnicas de hibridacin (Southern, northern y western).

3.10.4. Genes reporteros.

3.11. Mtodos de transformacin gentica.

3.11.1. Transformacin.

3.11.2. Microinyeccin de DNA.

3.11.3. Electroporacin.

3.11.4. Biobalstica.

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3.11.5. Agroinfeccin.

Unidad IV. Temas selectos.

(6 horas)

Objetivo: Integrar los conocimientos adquiridos a lo largo del curso mediante la

revisin de artculos cientficos, la utilidad, ventajas y aplicaciones de la Tecnologa

del DNA Recombinante; para lo cual, dependiendo de su inters particular,

elaborar un seminario donde utilice los conocimientos adquiridos en alguno de los

siguientes temas generales:

4.1. Tcnicas novedosas de Biologa Molecular.

4.2. Mutagnesis dirigida para mejoramiento gentico.

4.3. Organismos transgnicos.

4.4. Organismos genticamente modificados.

4.5. Otros de inters.

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Actividades prcticas

Se realizan siete prcticas en laboratorios que cuentan con el equipo especializado,

requiriendo un total de 32 horas.

No. Nombre de la

prctica Objetivos Horas Unidad

1 El Dogma Central de la Biologa Molecular.

Reproducir los mecanismos de duplicacin, transcripcin y traduccin mediante la construccin de modelos didcticos para entender el flujo de informacin gentica.

8 II

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Secuenciacin con el mtodo de Sanger.

Comprender el mtodo de secuenciacin de Sanger con material didctico a fin de describir su utilidad en el conocimiento de la informacin gentica.

6 II

3 Purificacin de DNA bacteriano.

Obtener DNA cromosmico a partir de cultivos bacterianos para conocer su diferenciacin genmica.

4 IV

4 Cuantificacin de DNA.

Medir la cantidad de DNA obtenida en la prctica 3 utilizando un espectrofotmetro a fin de subrayar la importancia de su cuantificacin para anlisis moleculares.

3 II y IV

5 Fragmentacin de DNA con enzimas de restriccin.

Utilizar diferentes enzimas de restriccin en DNA cromosmico para interpretar los perfiles de restriccin.

3 V

6 Electroforsis de cidos nucleicos.

Separar en geles de agarosa molculas completas y fragmentadas del DNA cromosmico a fin de diferenciar su migracin en la electroforesis.

3 V

7 Transformacion gentica de bacterias.

Utilizar clulas bacterianas competentes para transformar genticamente los plsmidos

5 V

Metodologia

Las unidades I-III se desarrollarn con exposicin del profesor apoyado en

diapositivas. Tambin se discutirn algunos artculos de inters.

La unidad IV se desarrollar con exposicin de temas especficos por parte de los

estudiantes apoyados en diapositivas.

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Evaluacin (E)

E Elaborar/presentar/ Indicadores Valor Objetivo

Inic

ial Examen diagnstico

individual Examen 0

Evaluar los conocimientos tericos y prcticos, mediante la aplicacin de un examen, para la obtencin de un panorama grupal.

Inte

rmedia

Examen parcial Exmenes escritos

70

Aplicar exmenes de los temas revisados, formulando preguntas terico-prcticas, para la evaluacin del aprendizaje.

Participacin individual

Participacin en clase y tareas

10

Fomentar la participacin activa del estudiante, mediante la discusin de temas contenidos en el programa, para el desarrollo de propuestas de aplicacin.

Prcticas de laboratorio

Reportes Participacin

10

Aplicar los conocimientos tericos adquiridos en el curso, mediante el desarrollo de prcticas, para la adquisicin de habilidades en el manejo de materiales, equipo y mtodos.

Fin

al

Seminario Exposicin 10

Aplicar los conocimientos proporcionados en el curso, a travs del desarrollo de un seminario que integre la Biologa molecular en los alimentos, para la evaluacin del aprendizaje.

Bibliografa bsica

Unidad I. Acidos nucleicos y Protenas.

1. Bohinsky R. C. 1991. Bioqumica. Smith y Wood. Molculas Biolgicas.

Addison Wesley Iberoamericana, S. A. 739 p.

2. Smith y Wood. 1998. Molculas Biolgicas. Addison Wesley Iberoamericana,

S. A. 1998. 205 p.

3. Watson, J. D., Hopkins, N. H., Roberts, J. W., Steitz, J. A., and Weiner, A. M.

1897. Molecular Biology of the Gene. Volumen 1 and II. The

Benjamn/Cummings Publishing Company, Inc. 1163 p.

4. Darnell, J., H. Lodish and D. Baltimore. 1990. Molecular Cell Biology. 2da. ed.

American Books. New York. 1005 pp.

5. Smith y Wood. 1998. Molculas Biolgicas. Addison Wesley Iberoamericana,

S. A. 1998. 205 p.

9

6. Walker, J. M. 1984. Proteins: Methods in Molecular Biology. Vol 1. Ed. Human

Press. Clifton, N. J. 365 pp.

Unidad II. Regulacin gentica y Gentica bacteriana.

7. Freinfelder, D. 1983. Molecular Biology. A comprehensive introduction to

prokariotes and eukariotes. Jones and Bartlett Publishers Inc. Boston, USA.

979 pp.

8. Kahl, G. 1988. Architecture of Eukariotic Genes. VCH. FDR. 517 pp.

9.

10. Birge, E. A. 1981. Bacterial and Bacteriophage Genetics. Springer-Verlag.

New York. 359 p.

11. Jimnez-Snchez, A. and R. Guerrero. 1982. Gentica Molecular Bacteriana.

Ed. Revert, S. A. Espaa. 445pp.

12. Shapiro, J. A. 1983. Mobile Genetic Elements. Academic Press. New York.

687 pp.

Unidad III. Ingeniera gentica de procariontes.

13. Old, R. W. and S. B. Primrose. 1985. Principles of gene manipulation. An

introduction to genetic engineering. Blackwell Scientific Publications. Oxford.

409 p.

14. Smith y Wood. 1998. Biologa Molecular y Biotecnologa. Addison Wesley

Iberoamericana, S. A. 1998. 247 p.

15. Watson, J. D., J. Tooze and D. T. Kurtz. 1896. ADN recombinante. Introduccin

a la Ingeniera Gentica. Ed. Labor, S. A. Espaa. 200 pp.

16. Watson, J. D., Gilman, M., Witkowski, J. And Zoller, M. 1992. Recombinant

DNA. Scientific American Books. New York. 626 p.

Unidad IV. Temas selectos.

Publicaciones en revistas

Annual Review of Biophysics and Biomolecular Structure

Annual Review of Genetics

Biochemical Genetics

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Cloning

Community Genetics

Conservation Genetics

Current Advances in Genetics and Molecular Biology

Current Genetics

Developmental Genetics

Development, Genes and Evolution

DNA and Cell Biology

DNA Sequence

Gene

Genes to Cells

Genetica

Genetical Research

Genetic Engineering News

Genetics

Genetics and Molecular Biology

Genome

Genome Biology

Genome Research

Genomics

Journal of Computer-Aided Molecular Design

Molecular Engineering

Molecular and General Genetics

Molecular Genetics and Metabolism

Molecular Phylogenetics and Evolution

Mutagenesis

Nature Genetics

Nature Reviews Genetics

New Genetics and Society

Nucleic Acids Research

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Protein Engineering

Proteins: Structure, Function, and Genetics

Psychiatric Genetics

RNA

Russian Journal of Genetics

Theoretical and Applied Genetics

Transgenics

Trends in Genetics

Perfil del profesor

Se requiere de un profesor entendido como un trabajador del conocimiento,

ms centrado en el aprendizaje que en la enseanza, diseador de ambientes de

aprendizaje, con capacidad para optimizar los diferentes espacios en donde ste

se produce, atendiendo particularmente la organizacin y disposicin de los

contenidos del aprendizaje, con un seguimiento permanente de los estudiantes.

Sin embargo, en su perfil profesional, el profesor debe tener formacin en

ciencias genmicas, biotecnologa, o programa similar, preferentemente con

estudios de doctorado en las mismas reas del conocimiento, con dominio de las

reas de las ciencias genmicas, adems de experiencia profesional mnima

de 5 aos en el mbito docente.