Genètica. Parcial 1 Tema 2 (2017)

Apunte Catalán
Universidad Universidad Autónoma de Barcelona (UAB)
Grado Veterinaria - 2º curso
Asignatura Genética
Año del apunte 2017
Páginas 8
Fecha de subida 30/07/2017
Descargas 0
Subido por

Vista previa del texto

Tema 2 Cromosoma circular Sí Sí No Genomes Origens de replicació 1 1 Molts Poc Poc Molt Enzims de replicació - - - Enzims de transcripció - - - Enzims de traducció - - - Metabolisme - - - Els tres regnes: - Eubacteria - Archaea - Eukarya Eubacteria DNA no codificant Archaea Eukarya Estructura genòmica a procariotes Característiques - Genoma circular - Mida petita (el genoma humà té 3000 Mb) - La majoria del genoma codifica per proteínes - Gens organitzats en operons - Transcripció i traducció simultànies Estructures: 1. Nucleoide: és una regió de forma irregular de la cèl·lula dels procariotes que conté material nuclear sense membrana nuclear, i on es troba el material genètic d’aquests organismes. És cromosoma circular compactat. Per encaixar a la cèl·lula bacteriana el DNA cromosomic s’ha de compactar fins a 1000 vegades.
 
 Supercoiling o superenrotllament: és una manera de compactar el DNA aplicant una força de torsió. És molt útil per encabir tot el material genètic dins de la cèl·lula bacteriana. Aquest superenrotllament es pot relaxar p.e. per fer replicació del DNA. En el cas de bacteris i la majoria de DNA d’archea el superenrotllament és efectuat per l’enzim DNA girasa. 
 
 Empaquetatge del DNA: a procariotes hi ha proteïnes que formen complexes amb el DNA de manera que també ajuden a compactar el cromosoma. Aquestes proteïnes s’anomenen “histone-like proteins” (proteines similars a histones) perquè tenen la mateixa funció, tot i tenir una seqüència molt diferent a les histones. Aquestes proteïnes són codificades per tot un conjunt de gens i poden regular el grau de condensació dels nucleoids del DNA, influenciant l’expressió dels gens.
 
 Loop domains: una altra manera de compactar el material genètic és mitjançant la formació de llaços a partir d’una matriu.
2. Plàsmids: molècules extracromosòmiques, normalment circulars, que coexisteixen amb el cromosoma principal del bacteri. Tenen replicació autònoma i es poden intercanviar entre bacteris. Els plàsmids sovint alberguen gens no presents al cromosoma bacterià, p.e. gens que confereixen resistència a antibiòtics. Diferents espècies bacterianes poden portar el mateix plàsmid. Cada vegada que es transfereix un plàsmid el bacteri receptor pot obtenir resistència a antibiòtics, per això cada cop hi ha més resistència.
 Tradicionalment és una mol·lecula d’una mida petita. Tot i això poden haver plàsmids gegants amb un 29% dels gens del bacteri. També hi ha plàsmids que són necesaris per la supervivència del bacteri perquè aporten gens esencials.
3. Transferència horitzontal: una mateixa espècie pot tenir mides del genoma bastant diferents, és per això que el concepte d’espècie és bastant difús. P.e. una soca patògena d’E. coli (que pot causar colitis hemorràgica, dany renal i anèmia hemolítica) que té una toxina concreta que aporta virulència. Aquesta infecció sol ser per la ingestió d’aliment en mal estat i el bestiar boví n’és reservori. Té un genoma un 20% més gran que E. coli i té unes propietats més diferents.
Mecanismes de transferència en procariotes Mecanismes de transferència lateral: - Transformació: una bacteria es lisa, el DNA queda al medi i una altra bacteria ho capta. És un bacteri que capta DNA del medi.
- Conjugació: és un dels mecanismes de transferència de resistencia més habitual. Ocorre contacte entre dos bacteris a través del qual hi ha intercanvi de material genètic, p.e. un plàsmid.
- Transducció: tenim un bacteriòfag que en el moment d’entrar al cicle lític i escindir-se del genoma no tallla bé del tot i s’emporta part de l’ADN bacterià.
Poden ocorrer entre diferents espècies i fins i tot regnes.
Questionari: avui no el recullirà però uns altres dies sí 1. Quantes seqüències de 4 nucleòtids es poden formar sense que es repeteixi cap nucleòtid A, C, G, T? 4x3x2=24 2. La seqüènciació de RNA de mostres fòssils ha permès conèixer la biologia d’espècies molt antigues? Fals, ja que el RNA és molt inestable. Per seqüenciar s’usa el DNA.
3. La vida en el nostre planeta va sorgir aproximadament fa 30.000 milions d’anys? 
 Fals, aproximadament 3500 MA 4. El RNA pot tenir activitat enzimàtica. Cert, té ribozimes Transposons Els transposons són elements mòbils dins el material genètic que codifiquen per l’enzim transferasa i molt sovint són portadors de gens de transferència. Els transposons solen estar rodejats de seqüencies s’inserció. Els transposons es poden inserir als plàsmids, otorgant resistència.
Illes genètiques a bacteris Les illes genètiques són regions del genoma bacterià adquirides per transferència horitzontal.
Normalment contenen diversos gens que otorguen beneficis per la supervivència. Molts cops contenen gens de virulència (pathogenicity islands) que p.e. permeten l’adherència o la producció d’una toxina. La incorporació d‘una illa de patogenicitat pot, en un sol pas, transformar un organisme normal benigne en un patògen.
* PP: taula amb diversos avanatges possibles Resistència als antibiòtics - Clostridium difficile: és una espècie anaeròbica bacteriana que causa problemes, sobretot en porc però també pot ser a gos. Sol sortir també a humans (persones hospitalitzades) que han sigut tractats amb certs antibiòtics. Els antibiòtics fan eliminar flora intestinal i C. difficile es pot establir. Un dels efectes és una dilatació molt gran del colon, diarrea, dolor abdominal, sangs a les femtes i deshidratació. Pot venir amb un xoc sèptic. És una de les principals causes de diarrea associada antibiòtics a humana. 
 
 Aquesta resistència és donada per un transposó amb metilases, que metilen el RNA ribosomal i impedeix que certs antibiòtics puguin funcionar. Els bacteris poden produir mutacions als llocs específics d’acció dels antibiòtics. P.e. otorgar resistència a les fluoroquinolones, que habitualment pararien la replicació del DNA. Una mutació al DNA podria evitar la seva unió.
- Presència d’antibiòtics en alimentació animal: a Xina s’usen molt els antibiòtics i això afavoreix molt que puguin aparèixer microorganismes resistents. Això s’ha d’evitar perquè si hi hagués resistència massiva es podria tornar a la època prebiòtica, on una simple infecció podria matar a algú. Actualment estan sortint soques resistents de tuberculosis. Eliminar els antibiòtics a l’alimentació redueix l’emergència actual de cadenes resistents.
Arquitectura del genoma a virus El genoma víric pot ser RNA o DNA, cadena simple o doble cadena, lineal o circular - Gens solapats (overlapping genes): alguns virus poden tenir gens solapats, que consisteix en tenir inicis de lectura d’uns gens dins d’altres gens. La mateixa regió pot codificar per diferents proteïnes depenent del marc de lectura obert usat. Aquesta és una bona manera d’aprofitar l’espai, ja que els virus tenen petit el genoma.
- Retrovirus: tenen transcriptasa inversa (reverse transcriptase) que permet fer DNA a partir de RNA.
- Els virus poden sintetitzar llargues poliproteínes que s’escindeixen enzimàticament per produïr diverses proteïnes funcionals.
Arquitectura del genoma a eucariotes A vegades la mida general del genoma no té relació amb la mida del microorganisme. Hi ha poca relació entre complexitat biològica i mida del genoma. Això pasa per una sèrie de factors: - Eucariotes anteriors: tenen un genoma molt compactat, amb pocs introns i espais intergènics.
Pocs elements repetitius. A eucariotes més desenvolupats hi ha més variabilitat.
- Poliploidia: alguns individus són poliploids. Una de les causes d’això és que la cèl·lula dupliqui el seu genoma i després no es divideixi. És molt freqüent trobar-ho en plantes.
- Abundància d’elements repetitius i duplicació genòmica. Espais intragènics grans; exons i introns. Abans es pensava que no valia per a res però ara es pensa que un 80-90% del genoma és funcional i que aquests elements tenen components importants per la replicació. A mesura que augmentem a l’escala biologica i ens allunyem del llevat hi ha gens més segmentats, que vol dir que hi ha més exons constituint un gen.
* Paradoxa del C-valor: sorgeix quan es compara la quantitat de DNA o mida del genoma amb les funcions per les que aporta informació. P.e. a humana es calcula que un 6% del genoma estaria destinat a codificar proteïnes, no es sap la funció del 96% restant.
Elements repetitius en tandem a eucariota - DNA satèl·lit (Alphoid DNA): Una seqüència es repeteix un número determinat de vegades però una seqüència està seguida de l’altre. Es troba sobretot a centròmers i telòmers (regions heterocromàtiques del cromosoma, que en general no s’expressen). Els seus elements repetitius jugaràn un paper molt important a la divisió cel·lular. El DNA satel·lit té una capacitat de repetició gran i pot ocupar molt espai, p.e. a humans són segments de 171pb, organitzats en tandem del cap a la cua. Les seqüències monomèriques poden diferir fins a un 40%. Poden ocupar diverses megabases (=1000 kb) que és una mida bastant gran.
- Minisatèl·lits: un altre element repetit en tandem són els minisatèl·lits, que ocupen 10-60pb. Un exemple seria el DNA que trobem als telomers, els extrems del cromosoma. Els minisatèl·lits van donar lloc a un metode de reconeixement gràcies als minisatel·lits, això als anys 80, ara ja s’usen altres mètodes. És el predecesor de proves menys complicades però ha tingut un impacte gegant.
- Microsatèl·lits: seqüències que es repeteixen 10-20 vegades de 2-6pb p.e. GTGTGTGT.
Aquests microsatèl·lits sorgeixen normalment per errors en la replicació. P.e. si es forma un plec la nova cadena tindrà menys bases per culpa del plec i el motlle sera mes llarg i tindrà variabilitat elevada. Són molt abundants: 650.000 còpies/genoma.
Elements mòbils a eucariota - Repeticions disperses: la seqüencia repetitiva no està una darrera de l’altre, està dispersa.
Són elements mòbils, poden saltar d’una posició del genoma a una altra. Tenim dos tipus: • Transposons: igual que en bacteris, segment gènic que codifica una transposasa per anar-se movent.
• Retrotransposons: és com l’altre pero es transcriu a RNA, que anirà al nucli i allà es sintetitzarà una copia del DNA a partir del RNA i aquesta copia s’insertarà. Això és gràcies a una transcriptasa inversa. Hi ha diferents tipus de transposons, estructuralment diferents: • LINEs (long interspersed nucleotide elements): diverses kb i codifiquen proteines transcriptasa reversa que permeten retrotranscriure RNA a DNA i també té una proteina que permet inserir el DNA. Té promotor i lloc de poliadenilació. (Foto PP) La proteïna 1 té capactiat d’unir-se a RNA pero no es sap la seva funció, la 2 pot actuar com a transcriptasa reversa i també per poder obrir forat al genoma per poder-se inserir.
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 • SINE (short interspersed nucleotide elements): molt més simple, té un promotor i un lloc de poliadenilació (PoliA). 300pb aprox i no codifica per cap proteïna. El que fa normalment és tornar al nucli amb proteines que li ha robat al LINE, sino no podria inserir-se.
• LTR (retrotransposon with long terminal repeats): recorden als retrovirus per la seva estructura pero no fan el mateix. Tenen long terminal repeats i fan seqüències similars a les dels virus que poden obrir forat al genoma i altres proteínes tipiques retro GAG i POL Retrotransposons i malaltia: aquest elements mòbils o elements repetitius dispersos si es mobilitzesin constantment podrien danyar genoma eucariota p.e. abolint la funció d’algun gen o si fa un forat a genoma i si no es fica el forat es podria quedar allà. Un forat a un cromosoma és una lessió important i greu. Afortunadament LINE, SINE i els elements LTR es troben silenciats al genoma. Resum de possibles danys: - Mutagènesis - Recombinació no homòloga i restructuració del cromosoma - Rotures a la doble hèlix - Alteració de l’epressió de gens Retrotransposons i càncer: el càncer és una malaltia genètica que consisteix en una inestabilització del genoma que causa perfils d’expresió anormals no típics d’aquest. Suprimir inhibició per contacte, fer vasos sanguinis, metàstasi, etc. En tumors pot pasar que no hi hagi metilació del DNA (que inhibia l’expressió de LINE, SINE i elements LTR).
Narcolèpsia canina: també hi ha malalties hereditàries causades per elements mobils, p.e. la narcolepsia canina. També existeix a humana, persones que dormen malament i després tenen molta son. També es poden quedar dormits espontàniament. En gossos la principal causa d’això és que ocorri quan el gos estigui excitat p.e. jugant o al menjar alguna cosa que li agrada. En gossos pot tenir causes de mutació aminoacídica o un SINE a una regió intrònica. La presència d’aquest SINE a 35pb del gen que codifica pel receptor de la hipocretina altera la seva maduració normal (es perd l’exó 4). La hipocretina és important al procés de despertar-se.
Miopatia centronuclear canina: causada per la inserció d’un SINE a un gen de l’axó dos. El gen és el PTPLA. La presència d’aquest SINE altera el procés de maduració normal del missatger i fa que es codifiquin moltes isoformes que no són funcionals. Disminueix la quantitat normal de proteïna. Debilitat , atròfia muscular, coixeres, intolerants al fred i a l’exercici. Generalment queda afectada la musculatura de les extremitats i del coll. En general el nucli queda a la periferia de la cèl·lula i, en aquest cas, el nucli quedaría al centre.
Empaquetament del DNA a eucariotes El DNA s’enrotlla a un complex de 8 histones (octàmer) formant el nucleosoma: H2A, H2B, H3 i H4. Els nucleosomes formen una estructura plegada i compacta anomenada solenoid, és una espècie d’estructura cilíndrica. Els solenoids formen llaços que segueixen una matriu proteica o scaffold. El scaffold forma un superenrotllament sobre sí mateix.
Per què compactem tant? El DNA d’una cèl·lula podria fer 1m, no tenim tant espai.
Cromatina: DNA + proteïnes associades (normalment histones) El nivell de compactació del genoma depen del seu nivell d’expressió. Les regions que s’estan expressant contínuament són menys compactes ja que han de ser més accesibles a la maquinaria de replicació. Aquestes regions tan condensades com p.e. el centròmer i el telòmer s’anomenen heterocromatina.
L’eucromatina són regions més relaxades.
* L’eucromatina i l’heterocromatina es poden veure amb tincions.
Hi ha gens que només s’expressen p.e. durant el desenvolupament embrionari.
Altres poden anar pasant d’herero- a eucromatina contínuament.
La compactació també implica molt sovint d’acetilacions metilacions de les histones.
Gens Estructura general: - Promotor - Exons codificant les regions no traduides 5’ i 3’ (UTR): transcrites i no traduides però importants per la estabilitat del mRNA i la seva traduccionalitat.
- Exons codificants per proteïnes: tenen regions codificants (des del codó d’inici ATG al codó de STOP) - Introns: seqüències que interrompen als exons. Poden regular l’expressió dels gens.
Pseudogens Són còpies no funcionals de gens, inactivades. El gen no és funcional per haver acumulat tota una serie de mutacions. Això passa p.e. a receptors olfactoris, que hi ha motls receptors i pot haver alguna familia inactiva. Dos tipus principals: - Pseudogens clàssics: tenen una sèrie d’exons i introns que han acumulat mutacions que l’han acabat inactivant.
- Pseudogens processats: són gens que només tenen exons (és RNA processat) i no tenen promotor. 
 Com es produèixen? El mRNA roba proteïnes d’un LINE, va al nucli, fà una còpia del cDNA (DNA complementari) de sí mateix i s’insereix. No hi ha introns, simplement és cDNA enganxat al genoma.
Genoma extranuclear Bàsicament són les mitocondries i els cloroplasts. Aquests últims únicament són a plantes.
Aquestes dues organel·les tenen cromosoma circular que recorda al dels bacteris, ja que té: 1. Pocs introns 2. Organització molt densa 3. Pocs espais intercel·lulars 4. Aprox. 100kb Genoma del cloroplast 38 gens codificants per proteïnes Gens tRNA Gens rRNA *Els eucariotes deriven dels procariotes.
Genoma mitocondrial - Molt petit (16 kb) - 13 gens codificants per proteïnes - 22 tRNA - Dos gens rRNA 12S i 16S - Molt compacte - Té una regió hipervariable que s’encarrega del control de la replicació a mitocondries, pot sofrir canvis.
Teoria endosimbiont de l’origen de mitocondris i cloroplasts (1960): mitocondris i cloroplasts es van originar degut a la simbiosis entre una bacteria i una cèl·lula eucariota p.e. al fagocitar un a l’altre. És una teoría, però endosimbiont és segur ja que les mitocondries tenen origen bacterià.
Una altra posibilitat és una associació entre arqueobacteria i eubacteria.
...

Tags:
Comprar Previsualizar