Genética Microbiana
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Genética Microbiana
“Es la ciencia que define y analiza la herencia o la
constancia y cambio de las funciones fisiológicas que
constituyen las propiedades de los organismos”.
Genética microbiana• Introducción.
• Estructura del DNA.
• Replicación del DNA
• Mutación.
• Recombinación.– Transformación– Conjugación – Transducción.
Genética Microbiana• La unidad de la herencia es el
gen, segmento de ADN que contiene en su secuencia de nucleótidos, información para una propiedad bioquímica o fisiológica específica.
• Las dos funciones esenciales del material genético son: La replicación y la expresión.
Genética Microbiana
• Las base química para la variación en el fenotipo es un cambio en el genotipo, o una alteración en la secuencia del ADN dentro de un gen, o en la organización de los genes.
• Mutación: es un cambio permanente en la secuencia de nucleótidos de la molécula de ADN que se transmite a la descendencia.
• La variación fenotípica se ha estudiado basada en la capacidad de un gen para permitir la proliferación en condiciones de selección. ( gen de resistencia a la ampicilina)
Genética microbiana• Introducción.
• Estructura del DNA.
• Replicación del DNA
• Mutación.
• Recombinación.– Transformación– Conjugación – Transducción.
• El cromosoma bacteriano es una molécula circular de ADN que funciona como un elemento genético auto replicable (replicón).
• Algunas cepas bacterianas tienen replicones adicionales (plásmidos y bacteriófagos).
• Transposones.
Estructura del ácido nucleico.
• Los ácidos nucleicos son grandes polímeros constituidos por unidades nucleotídicas que se repiten.
• Cada nucleótido contiene:– Un grupo fosfato– Un azúcar (pentosa o
desoxipentosa).– Un par de bases púricas o
pirimidínicas
Estructura del ácido nucleico
Ribonucleótido
Desoxiribonuleótido
Bases Nitrogenadas
Dogma de la Biología Molecular
Genoma eucariótico.
• Mas de un cromosoma lineal.• Separados por una membrana nuclear del
citoplasma• Diploides.• Tiene mucho ADN no codificante.• ADN: cromosómico, mitocondrias,
cloroplastos.
Genoma procariótico• No tienen membrana nuclear.• Los genes bacterianos son
haploides y presentan un único cromosoma constituido por una molécula circular de ADN de doble cadena.
• Cromosoma E.Coli (1,35mm) Circular
• Muchas bacterias contienen genes adicionales en PLÁSMIDOS.
• TRANSPOSONES: elementos genéticos móviles.
Genética microbiana• Introducción.
• Estructura del DNA.
• Replicación del DNA
• Mutación.
• Recombinación.– Transformación– Conjugación – Transducción.
Replicación del DNA
• Cromosoma Bacteriano• Transposones• Plásmidos• Bacteriófagos.
Replicación del DNA
• Cromosoma Bacteriano• Transposones• Plásmidos• Bacteriófagos.
Replicación del DNA
• Durante la replicación cada banda helicoidal del ADN sirve como un molde para la síntesis de una nueva banda complementaria.
• Cada molécula de doble cadena de ADN hija contiene una banda de poli nucleótido vieja y una banda nueva sintetizada.
• Este tipo de replicación del ADN se denomina semiconservativa.
Replicación del DNA
• El DNA que se copia para formar uno complementario se llama molde.
Replicación del DNA
• La reaplicación del ADN cromosómico en las bacterias comienza en un sitio específico del cromosoma llamado locus ori, una región del DNA unida a la membrana celular.
• La replicación es bidireccional.
ENZIMAS
1) Helicasas.( separa las dos hebras) 2)RNA pol DNA dependiente.(primer) 3)DNA pol. (adicionan nucleótidos).Tipo III 4) DNA pol I ( con actividad exonucleasa). 5) DNA ligasa (une los fragmentos de DNA) 6) Topoisomerasa. Relaja DNA superenrollado.
Replicación del DNA
Replicación del DNA
• Cromosoma Bacteriano• Transposones• Plásmidos• Bacteriofagos.
Transposones
• Son segmentos de DNA que pueden moverse de un sitio a otro en una molécula de DNA.(transposición).
• La inserción de un transposón a menudo interrumpe la secuencia lineal de un gen y lo inactiva.(mutación)
• Principal enz. Transposasa.– Dos tipos:
» Transposición no replicativa» Transposición replicativa
Replicación del DNA
• Cromosoma Bacteriano• Transposones• Plásmidos• Bacteriofagos.
Plásmidos• Los plásmidos son replicones que se mantienen como
elementos genéticos distintos, extracromosómico en las bacterias.
• La mayoría son moléculas doble cadena, circular.• Los plásmidos estrechamente relacionados no pueden
mantenerse de forma estable en la misma bacteria hospedero (incompatibles).
• Los plásmidos conjugativos codifican funciones que promueven la transferencia de plásmido de una bacteria donante a otra receptora.
• Otorgan generalmente propiedades como resistencia a antibióticos, producción de toxinas.
• La replicación es semejante a la replicación cromosómica.
Genetica microbiana• Introducción.
• Estructura del DNA.
• Replicación del DNA
• Mutación.
• Recombinación.– Transformación– Conjugación – Transducción.
Mutación• Es un cambio hereditario en la secuencia ADN
que constituye el genoma de un organismo.• Mutante.(ejemplo: His+ o His -)• Las mutaciones espontáneas en las bacterias
son raras, ocurren con una frecuencias de 10-8 a 10-6 .
• Las mutaciones pueden ocurrir por:– sustituciones (en la replicación).– Supresiones– Inserciones (transposones o fagos)– Reordenamiento de bases.– Reversiones.
Mutación
• Sustituciones; • Pueden ser causadas
por apareamiento erróneo entre bases complementarias durante la replicación.
• ¿Toda sustitución produce un cambio en el fenotipo?
Supresiones e inserciones.• Supresiones o deleciones: son mutaciones en
las que se ha eliminado una región del DNA.– Algunas deleciones son tan grandes que pueden
afectar a varios genes.– No son reversibles salvo por recombinación genética.– Puede ser causado por daño al DNA.
• Inserciones: cuando se añaden nuevas bases al DNA. Errores que ocurren en el proceso de recombinación. Son elementos transponibles.
• Pueden ser micro o macro deleciones o inserciones. Dependiendo del número de bases afectadas.
Reversiones
• Las mutaciones puntuales son reversibles.• Un revertiente se define operativamente
como una cepa en la que aparece restaurado el fenotipo silvestre que se perdió en el mutante.
• Dos tipo:– Revertientes de un mismo sitio o verdaderas.– Revertientes de segundo sitio o supresoras.
Mutágenos• Agentes químicos, físicos o
biológicos que pueden inducir mutaciones.– Químicos: Algunos son
análogos de bases que se parecen estructuralmente a las bases púricas y pirimidínicas. Pero muestran propiedades de apareamiento erróneas.
Mutágenos
• Biológicos:– Transposones.– Bacteriófagos
• Físicos:– Radiación:
• No ionizantes: Luz UV 260nm causa dímeros de pirimidina. • Ionizantes. Através de la acción de los radicales libres.
•Mutagénesis dirigida: •No son al azar utilizan la tecnología de DNA recombinante.
Genética microbiana• Introducción.
• Estructura del DNA.
• Replicación del DNA
• Mutación.
• Recombinación.– Transformación– Conjugación – Transducción.
Recombinación genética
• “ Se define por recombinación al proceso en que tenga lugar la formación de un nuevo ADN a partir de moléculas destruidas, de manera que la información genética procedente de cada molécula de ADN original estará presente en las nuevas”.
• Implica un intercambio físico de material genético entre elementos genéticos.
• 1) Ruptura del DNA (enz nucleasa)
• 2) Proteína de unión al DNA (SSB)
• 3) Rec A: se una al fragmento monocatenario y facilita la formación del complejo).Invasión de cadena.
• 4) Formación de un heteroduplex. Cada cadena esta formado por un cromosoma diferente.
• También participan enz: nucleasas, ligasas y polimerasas.
Recombinación genética
• La recombinación genética en procariotas puede observarse a través de 3 procesos diferentes:
• Transformación. (DNA libre)• Transducción. (virus)• Conjugación. (Plásmidos)
Recombinación Genética
Genética microbiana• Introducción.
• Estructura del DNA.
• Replicación del DNA
• Mutación.
• Recombinación.– Transformación– Conjugación – Transducción.
Transformación genética.
• Es un proceso por el que el DNA libre se incorpora en una célula receptora y lleva a cabo un cambio genético.
• De los tres procesos, de recombinación genética, fue el mas importante ya que suministró la primera evidencia de que el ADN es el material genético.(Griffith 1920)
Transformación genética
• Competentes: una célula capaz de tomar una molécula de DNA y ser transformada.
• Solo algunas cepas son competentes y esta capacidad es heredable y regulada por distintas proteínas.
• Hay diferentes formas de incorporar DNA.• Algunas Gram – sólo incorporan DNA doble
cadena (Haemophilus).• Gram +, sólo DNA simple cadena.
(Streptococcus y Bacillus).
• Pasos:• 1) El DNA se una a la
superficie celular por una proteína de unión a DNA.
• 2) Actúa una nucleasa.• 3) Se asocia a proteínas
específicas de competencia.
• 4) Actúa la Rec A.
Transformación genética
• Si las bacterias son transformadas con ADN extraído de un virus bacteriano, este proceso se conoce como transfección.
• Competencia inducida.– Altas concentraciones de iones calcio y luego
se mantiene en frío.– Electroporación.
Genética microbiana• Introducción.
• Estructura del DNA.
• Replicación del DNA
• Mutación.
• Recombinación.– Transformación– Conjugación – Transducción.
Conjugación • Plásmidos:
– Son elementos genéticos que se replican independientemente del cromosoma del hospedador.
– No tienen una forma extracelular.– Mayoría DNA bicatenario.– Se replican de manera similar al
cromosoma.– Pueden estar desde 1 o 3 copias
hasta mas de 100 en una misma célula.
– Los plásmidos relacionados son incompatibles.
– Una de las principales característica es la de otorgar resistencias a distintos tipos de antibióticos.
Conjugación
• Es un proceso de transferencia genética que requiera contacto célula a célula.
• Hay una célula donadora (macho) que contiene el plásmido conjugativo, y una célula receptora (hembra) que carece de el.
• En E.coli el plásmido F codifica para pelos F. • Se conjuga por replicación circulo rodante.• El DNA se replica simple cadena y forma la
segunda cadena en la cepa receptora.
Conjugación con Cepas Hfr.
Genética microbiana• Introducción.
• Estructura del DNA.
• Replicación del DNA
• Mutación.
• Recombinación.– Transformación– Conjugación – Transducción.
Transducción
• En la transducción el DNA se transfiere el DNA de una célula a otra por medio de virus.
• 2 tipos:– Transducción generalizada.– Transducción especializada.
La partícula vírica transductora, en ambas formas, es normalmente defectiva como virus, ya que algunos genes víricos necesarios están reemplazados por otros.
Fin