Genetica Bacteriana

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SESIÓN 08: SESIÓN 08: Genética Genética bacterianabacteriana

http://www.biologia.edu.ar/index.html

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Genética bacterianaGenética bacteriana

Objetivos:Objetivos:o Señalará las características del material Señalará las características del material

genético bacteriano, cromosómico y genético bacteriano, cromosómico y

extracromosómico (Plásmidos y Transposones).extracromosómico (Plásmidos y Transposones).

o Distinguirá las características generales de la Distinguirá las características generales de la

replicación, la transcripción, la traducción del replicación, la transcripción, la traducción del

DNA bacteriano y los mecanismos de DNA bacteriano y los mecanismos de

regulación. regulación.

o Definirá los conceptos: conjugación, Definirá los conceptos: conjugación,

transformación, transducción y mutación.transformación, transducción y mutación.

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Cromosoma bacterianoCromosoma bacteriano

CaracterísticasCaracterísticas: :

o Un cromosoma.Un cromosoma.

o ADN. ADN.

o Circular.Circular.

o Bicatenario y Bicatenario y antiparaleloantiparalelo..

o Haploides (con algunas excepciones).Haploides (con algunas excepciones).

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La doble Hélicede ADN

El “ADN” como almacén de información

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Características:Características:

o Secuencias de bases nucleotídicas Secuencias de bases nucleotídicas

conformando el ácido desoxirribonucléico conformando el ácido desoxirribonucléico

(ADN).(ADN).

o Dos cadenas con bases complementarias (A-T Dos cadenas con bases complementarias (A-T

y G-C) unidas por puentes de hidrógeno y G-C) unidas por puentes de hidrógeno

(antiparalelas).(antiparalelas).

o En promedio de 4,000 kpbEn promedio de 4,000 kpb

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Características: Características:

o Organizados en genes; principalmente, Organizados en genes; principalmente,

esenciales para el crecimiento bacteriano.esenciales para el crecimiento bacteriano.

o Mapeado en minutos.Mapeado en minutos.

o SinSin membranamembrana nuclearnuclear..

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Material genético extra-cromosómico:Material genético extra-cromosómico:

o Muchas bacterias tienen genes adicionales Muchas bacterias tienen genes adicionales

(información no vital para la bacteria).(información no vital para la bacteria).

o Algunas veces en varias copias del mismo gen.Algunas veces en varias copias del mismo gen.

o En estructuras genéticas extracromosómicas, En estructuras genéticas extracromosómicas,

cada uno con características y funciones cada uno con características y funciones

particulares:particulares:

PlásmidosPlásmidos

CósmidosCósmidos

TransposonesTransposones

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"Dogma Central de la Biología Molecular"


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Replicación: Replicación: Duplicación del material Duplicación del material

genético.genético.

o Semiconservativa.Semiconservativa.

o Bidireccional.Bidireccional.

o Iniciando en un punto llamado Ori C, “O”, Iniciando en un punto llamado Ori C, “O”,

origen o replicónorigen o replicón y tiene dos y tiene dos puntos de puntos de

crecimiento (PC) u horquillas de replicacióncrecimiento (PC) u horquillas de replicación..

o ReplicónReplicón tienen la información genética tienen la información genética

necesaria para necesaria para autorautorreplicarreplicarse.se.

o Semidiscontinua.Semidiscontinua.

http://www.ucm.es/info/genetica/grupod/Replicacion/Replicacion.htmhttp://www.ucm.es/info/genetica/grupod/Replicacion/Replicacion.htm


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Replicación:Replicación:


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o Cuando se replica el cromosoma bacteriano Cuando se replica el cromosoma bacteriano se observan los llamados "ojos o burbujas" de se observan los llamados "ojos o burbujas" de replicación.replicación.

o Intermediarios de la replicación del Intermediarios de la replicación del cromosoma bacteriano, se parece a la letra cromosoma bacteriano, se parece a la letra griega θ. griega θ.



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o En dirección: 5'- 3‘

o DNA polimerasas.

o En una horquilla de replicación:

Una de las hélices se sintetiza de forma

continua:

hélice conductora o líder.

La otra hélice se sintetiza de manera

discontinua

en fragmentos cortos (de Okasaki): hélice

retardada o retrasada.

Replicación del cromosoma bacteriano:Replicación del cromosoma bacteriano:


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o Bidireccional: Si observamos las dos horquillas de una cadena; una hélice será conductora o líder, la otra horquilla tendrá la hélice retardada o retrasada, en la otra cadena ocurre lo mismo, pero al contrario.



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Original de: http://www.slic2.wsu.edu:82/hurlbert/micro101/pages/Chap2.html#two_bact_groups


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Replicación:Replicación:o Se Se ha observado cierta interacción delha observado cierta interacción del replicón replicón con con la la

membrana membrana plasmática, participando en laplasmática, participando en la segregación segregación dede los cromosomaslos cromosomas durante la durante la formación del tabique formación del tabique (mesosoma)(mesosoma) para la división de la célula para la división de la célula procariota.procariota.

Original de: http://www.slic2.wsu.edu:82/hurlbert/micro101/pages/Chap2.html#two_bact_groups


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Replicación:Replicación:o En el proceso de replicación En el proceso de replicación

participan varias proteínas participan varias proteínas como: como: o ADN polimerasaADN polimerasao ARN polimerasaARN polimerasao HHelicasaelicasa.. o TopoisomerasaTopoisomerasao LLigasaigasa..o PrimasasPrimasaso La proteína SSBLa proteína SSBo etc. etc.


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““replicación replicación círculo rodante” círculo rodante” o o ““rolling-circlerolling-circle””

En ocasiones, como En ocasiones, como en la conjugación en la conjugación bacteriana o en bacteriana o en algunos plásmidos, la algunos plásmidos, la replicación es replicación es unidireccional.unidireccional.


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““replicación replicación circulo circulo rodante”rodante”


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Transcripción:Transcripción: Síntesis de ARN mensajero Síntesis de ARN mensajero

o Utiliza como molde la cadena complementaria Utiliza como molde la cadena complementaria (-) de ADN de un gen, en el cromosoma (-) de ADN de un gen, en el cromosoma bacteriano o bacteriano o plásmidoplásmido..

o La cadena de ARNm sintetizada, es idéntica a La cadena de ARNm sintetizada, es idéntica a la cadena codificadora del ADN del gen en un la cadena codificadora del ADN del gen en un cromosoma o cromosoma o plásmido.plásmido.

http://www.arrakis.es/~lluengo/sintesisarn.html


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Traducción:Traducción: La síntesis de un polipéptido. La síntesis de un polipéptido.

(después de las modificaciones (después de las modificaciones

postraduccionalespostraduccionales

se forma una proteína funcional).se forma una proteína funcional).

o Ribosomas bacterianos (70s, constituidos por dos Ribosomas bacterianos (70s, constituidos por dos

subunidades: la mayor 50s y la menor 30s). subunidades: la mayor 50s y la menor 30s).

o Se realiza mediante tres etapas: iniciación, Se realiza mediante tres etapas: iniciación,

elongación y terminación. elongación y terminación.

o Se lee por codones (tripletes de nucleótidos).Se lee por codones (tripletes de nucleótidos).


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Traducción:Traducción:

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o En muchas bacterias, se realizan varias

transcripciones y traducciones simultáneas.

o Complejo Polirribosómico: Cuando a un mismo

RNA mensajero se le unen varios ribosomas, cada uno

realizando un proceso de traducción


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Organizado en tripletes o codones: Organizado en tripletes o codones:

o Cada aminoácido está determinado por tres Cada aminoácido está determinado por tres

nucleótidos. Si existen cuatro ribonucleótidos nucleótidos. Si existen cuatro ribonucleótidos

diferentes (U, C, A y G), hay 4diferentes (U, C, A y G), hay 433 = 64 tripletes distintos. = 64 tripletes distintos.

El código genético es degenerado: El código genético es degenerado:

o Un mismo aminoácido puede estar determinado por Un mismo aminoácido puede estar determinado por

más de un triplete o codón. Debido a que existen 64 más de un triplete o codón. Debido a que existen 64

tripletes distintos y hay solamente 20 aminoácidos tripletes distintos y hay solamente 20 aminoácidos

diferentes. diferentes.

Características del código genético:Características del código genético:


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Es un código sin superposición o sin solapamientos: Es un código sin superposición o sin solapamientos:

o Dos aminoácidos sucesivos no comparten nucleótidos Dos aminoácidos sucesivos no comparten nucleótidos

de sus tripletes. de sus tripletes.

La lectura del ARN mensajero es continua, sin La lectura del ARN mensajero es continua, sin

interrupciones.interrupciones.

o Cualquier pérdida o ganancia de un solo ribonucleótido Cualquier pérdida o ganancia de un solo ribonucleótido

produce a partir de ese punto una modificación de la produce a partir de ese punto una modificación de la

pauta de lectura, cambiando todos los aminoácidos pauta de lectura, cambiando todos los aminoácidos

desde el lugar de la alteración.desde el lugar de la alteración.



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o El triplete de iniciación suele ser El triplete de iniciación suele ser AUGAUG que codifica para Formil- que codifica para Formil-

Metionina. También pueden actuar como tripletes de iniciación Metionina. También pueden actuar como tripletes de iniciación

GUG (Val) y UGG (Leu) aunque con menor eficacia. GUG (Val) y UGG (Leu) aunque con menor eficacia.

o Existen tres tripletes sin sentido o de terminación que no codifican Existen tres tripletes sin sentido o de terminación que no codifican

para ningún aminoácido: para ningún aminoácido: UAAUAA (ocre), (ocre), UAGUAG (ambar) y (ambar) y UGAUGA. .

o Universalidad:Universalidad: El código genético nuclear es universal El código genético nuclear es universal

coincidiendo en todos los organismo estudiados hasta la fecha. La coincidiendo en todos los organismo estudiados hasta la fecha. La

única excepción a la universalidad del código genético es el Código única excepción a la universalidad del código genético es el Código

Genético Mitocondrial.Genético Mitocondrial.



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SEGUNDA BASEU C A G

P RIMERA BASE

U

UUU Phe UCU Ser UAU Tyr UGU Cys U

T ERCERA BASE

UUC Phe UCC Ser UAC Tyr UGC Cys C

UUA Leu UCA Ser UAA FIN UGA FIN A

UUG Leu UCG Ser UAG FIN UGG Trp G

C

CUU Leu CCU Pro CUA His CGU Arg U

CUC Leu CCC Pro CAC His CGC Arg C

CUA Leu CCA Pro CAA Gln CGA Arg A

CUG Leu CCG Pro CAG Gln CGG Arg G

A

AUU Ile ACU Thr AAU Asn AGU Ser U

AUC Ile ACC Thr AAC Asn AGC Ser C

AUA Ile ACA Thr AAA Lys AGA Arg A

AUG Met ACG Thr AAG Lys AGG Arg G

G

GUU Val GCU Ala GAU Asp GGU Gly U

GUC Val GCC Ala GAC Asp GGC Gy C

GUA Val GCA Ala GAA Glu GGA Gly A

GUG al GCG Ala GAG Glu GGG Gly G


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o Los mecanismos reguladores elementales permite a la bacteria Los mecanismos reguladores elementales permite a la bacteria minimizar los requerimientos de energía.minimizar los requerimientos de energía.

o Un sistema sólo se activa cuando es necesarioUn sistema sólo se activa cuando es necesarioo Siendo capaz de adaptarse con rapidez a cambios de la Siendo capaz de adaptarse con rapidez a cambios de la

concentración de nutrientes en el medio. concentración de nutrientes en el medio. o Evita producir enzimas de una vía metabólica si el sustrato no Evita producir enzimas de una vía metabólica si el sustrato no

está presente en el medio o activa la producción de enzimas de está presente en el medio o activa la producción de enzimas de una vía para metabolizar un determinado nutriente disponible una vía para metabolizar un determinado nutriente disponible en el medio.en el medio.

Regulación de la expresión genéticaRegulación de la expresión genética


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o La realiza activando o desactivando grupos de genes de una La realiza activando o desactivando grupos de genes de una

misma vía metabólica. Generalmente se encuentran adyacentes. misma vía metabólica. Generalmente se encuentran adyacentes.

o A esta estructuras genética que contiene los genes adyacentes A esta estructuras genética que contiene los genes adyacentes

de una misma vía metabólica y regiones de regulación de una misma vía metabólica y regiones de regulación

(promotor, terminador de la transcripción, represores, (promotor, terminador de la transcripción, represores,

inductores, correpresores, operador, etc.) se le llama operón.inductores, correpresores, operador, etc.) se le llama operón.

o Dependiendo del tipo de regulación, serán los componentes Dependiendo del tipo de regulación, serán los componentes

presentes en el operón.presentes en el operón.

Regulación de la expresión genéticaRegulación de la expresión genética


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o Inicial.Inicial.

o Control negativo: Control negativo: los genes los genes

se expresan a menos que sea se expresan a menos que sea

inactivada la transcripción inactivada la transcripción

por una proteína represora.por una proteína represora.

o Control positivo: Control positivo: los genes los genes

solo se expresan si es solo se expresan si es

activada la transcripción por activada la transcripción por

un inductor.un inductor.

o Terminal. Terminal. http://www.biologia.edu.ar/adn/adntema3.htm#procariota

Tipos de regulación:Tipos de regulación:


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Policistrón (multigénico): Policistrón (multigénico): Varios genes contiguos que codifican Varios genes contiguos que codifican para enzimas de una vía metabólica en particular y que están para enzimas de una vía metabólica en particular y que están regulados y son transcritos de modo coordinado como un solo regulados y son transcritos de modo coordinado como un solo RNA mensajero y serán traducidos en proteínas independientes RNA mensajero y serán traducidos en proteínas independientes (enzimas) por los ribosomas.(enzimas) por los ribosomas.

Monocistrón (un solo gen): Monocistrón (un solo gen): Son genes transcritos en un RNA Son genes transcritos en un RNA mensajero y codificados por un solo polipéptido, una vez mensajero y codificados por un solo polipéptido, una vez modificado, será una proteína funcional.modificado, será una proteína funcional.


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o Circulares, doble cadena de ADN (bicatenarios).Circulares, doble cadena de ADN (bicatenarios).

o Tamaño entre 1.5 y 400 kb. Tamaño entre 1.5 y 400 kb.

o Algunos como los de Algunos como los de Borrelia burgdorferiBorrelia burgdorferi y y B. hermsiiB. hermsii

tienen plásmidos lineales.tienen plásmidos lineales.

o Se autorreplicaSe autorreplica

o Cada plásmido tiene un número de copias por cromosoma, Cada plásmido tiene un número de copias por cromosoma,

pudiendo existir desde uno hasta varios, incluso cientos. pudiendo existir desde uno hasta varios, incluso cientos.


Plásmidos: Plásmidos: material genético material genético extracromosómico, que no suelen codificar para extracromosómico, que no suelen codificar para funciones esenciales, sino para funciones funciones esenciales, sino para funciones particulares de la bacteria.particulares de la bacteria.

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Se clasifican de acuerdo a su grupo de incompatibilidad. Si Se clasifican de acuerdo a su grupo de incompatibilidad. Si son incapaces de coexistir en la misma célula son incapaces de coexistir en la misma célula bacteriana son del mismo grupo de incompatibilidad.bacteriana son del mismo grupo de incompatibilidad.

Funciones de los plásmidosFunciones de los plásmidoso Replicación, reparación, recombinación.Replicación, reparación, recombinación.o Fertilidad.Fertilidad.o Restricción y modificación.Restricción y modificación.o Resistencia a agentes antimicrobianos.Resistencia a agentes antimicrobianos.o Resistencia a metales tóxicos y detergentes.Resistencia a metales tóxicos y detergentes.o Resistencia a bacteriófagos.Resistencia a bacteriófagos.o Metabolismo de azúcares y compuestos aromáticos.Metabolismo de azúcares y compuestos aromáticos.o Adhesión celular, virulencia.Adhesión celular, virulencia.



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Interacción de los plásmidos al cromosoma: Interacción de los plásmidos al cromosoma: Se corta, Se corta,

lineariza y se integra al cromosoma, todo o en parte, mediante lineariza y se integra al cromosoma, todo o en parte, mediante

ciertos procesos enzimáticos y de complementariedad del ADN. ciertos procesos enzimáticos y de complementariedad del ADN.

La estructura formada se llama “episoma”.La estructura formada se llama “episoma”.



http://www.biologia.edu.ar/adn/adntema3.htm

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Recombinación: Recombinación: Puede Puede

combinarse con otros plásmidos, combinarse con otros plásmidos,

mediante intercruzamiento, por mediante intercruzamiento, por

procesos enzimáticos y de procesos enzimáticos y de

complementariedad de ADNcomplementariedad de ADN..



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Clonación: Clonación: Estas características de los plásmidos ha Estas características de los plásmidos ha permitido al humano, realizar procesos de investigación, permitido al humano, realizar procesos de investigación, insertando genes, duplicarlos, expresar proteínas, insertando genes, duplicarlos, expresar proteínas, regularlas, etc. para fines de investigación o de producción regularlas, etc. para fines de investigación o de producción biotecnológica. Surgiendo la “Ingeniería genética”.biotecnológica. Surgiendo la “Ingeniería genética”.



www.amgen.es/biotecnologia/ images/image009.gif

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ADN recombinante

Clonación en bacterias

Plásmido

Enzima de restricción

bacteria

ligasa

DNA

Bacterias transformadas

1 2ºC

Transformación

ADN recombinante

Cultivo de bacterias competentes

Electroporación

Choque térmico

Bacterias, algunas de ellas transformadas

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Cósmidos:Cósmidos: material extracromosómico que algunas material extracromosómico que algunas bacterias tienen, es una doble cadena de ADN bacterias tienen, es una doble cadena de ADN circular, que puede integrarse al cromosoma y circular, que puede integrarse al cromosoma y autorreplicarse, mas pequeño que un plásmido.autorreplicarse, mas pequeño que un plásmido.


www.amgen.es/biotecnologia/ images/image009.gif

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o TransformaciónTransformación

o TransducciónTransducción

o Conjugación Conjugación


Procesos genéticos que realizan las bacteria Procesos genéticos que realizan las bacteria como mecanismo de variacióncomo mecanismo de variación..

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o Trasformación: Trasformación: El material genético (externo o exógeno) es El material genético (externo o exógeno) es

incorporado por las bacterias tomándolo del medio donde se incorporado por las bacterias tomándolo del medio donde se

encuentra, para adquirir nuevas características.encuentra, para adquirir nuevas características.


http://www.higiene.edu.uy/biolcel/genetica.ppt#265,9,Diapositiva 9

44

La transformación observado por Frederick Griffith La transformación observado por Frederick Griffith (1928),(1928), en infecciones en infecciones neumococcicas en ratones. “neumococcicas en ratones. “EL PRINCIPIO TRANSFORMANTEEL PRINCIPIO TRANSFORMANTE””. .


http://www.ucm.es/info/genetica/grupod/Basemol/base_molecular_de_la_herencia.htm

A)

C)

B)

D)

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o Transducción: Transducción: El material genético pasa de El material genético pasa de

una bacteria a otra por medio de un una bacteria a otra por medio de un

bacteriófago que funciona como acarreador. bacteriófago que funciona como acarreador.


46

Transducción:Transducción: Ciclo líticoCiclo lítico



47



Transducción:Transducción: Ciclo lisogénicoCiclo lisogénico

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o Conjugación: Conjugación: Una bacteria donadora se pone en Una bacteria donadora se pone en contacto por medio de un pili con una bacteria contacto por medio de un pili con una bacteria receptora para pasar material genético. receptora para pasar material genético. Realizado mediante la replicación de círculo Realizado mediante la replicación de círculo rodanterodante

http://www.biologia.edu.ar/animaciones/temas/adn_y_sintesis/conjugacion2.html

Conjugación en una cepa de Escherichia coli (M.E 27.700x)

© Dennis Kunkel, usada con permiso.


49


http://www.biologia.edu.ar/microgeneral/micro-ianez/27_micro.htm

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Son elementos genéticos que contienen varios kpb de Son elementos genéticos que contienen varios kpb de ADN, incluyendo la información necesaria para migrar ADN, incluyendo la información necesaria para migrar o pasa de un locus genético o región génica a otra.o pasa de un locus genético o región génica a otra.


Transposones o elementos transponibles:Transposones o elementos transponibles:

http://images.google.com.mx/imgres?imgurl=http

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Transposones simples: Transposones simples: solo llevan regiones de inserción.solo llevan regiones de inserción.

Transposones complejos: Transposones complejos: portan genes para funciones portan genes para funciones

especializadas y sus secuencias de inserción en los especializadas y sus secuencias de inserción en los

extremos.extremos.

o No se autorreplican. Depende del replicón donde se inserta. No se autorreplican. Depende del replicón donde se inserta.

o La especificidad en la secuencia del sitio de inserción es La especificidad en la secuencia del sitio de inserción es

escasa, debido ha esto, se puede observar un patrón de escasa, debido ha esto, se puede observar un patrón de

inserción aparentemente aleatorio, incluso rompiendo inserción aparentemente aleatorio, incluso rompiendo

genes, provocando mutaciones.genes, provocando mutaciones.


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o Mutación:Mutación: es un cambio heredable en la es un cambio heredable en la secuencia de bases de los ácidos nucleicos secuencia de bases de los ácidos nucleicos contenidos en el genoma de un organismo.contenidos en el genoma de un organismo.


Tipos de Tipos de mutacionesmutacionesoDuplicacionesDuplicacionesoDeleccionesDeleccionesoInsercionesInsercionesoInversionesInversionesoTranversionesTranversionesoTransicionesTransiciones

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FIN

Genetica Bacteriana

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