Tema 1 introducció (2017)

Apunte Español
Universidad Universidad Autónoma de Barcelona (UAB)
Grado Biología - 2º curso
Asignatura genètica molecular
Profesor P.G.
Año del apunte 2017
Páginas 8
Fecha de subida 03/02/2018
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Apunts de classe amb les diapositives corresponents del powerpoint facilitat per la professora.

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Carme Blanco Gavaldà Pilar Garcia Curs 2017-2018 C3-137 primer parcial (temes 1-5) mariapilar.garcia.guerreiro@uab.cat Tema 1 – Introducción a la genética molecular -Estudio de la estructura, naturaleza y función del material genético. (solo material genético, no procesos moleculares).
A 1r genética general, genética de transmisión. Cruces individuales.
Quien corta, quien une DNA, expresión génica (Antonia) y organización del genoma (no solo genes, otras cosas).
Ultima parte GENETICA DE POBLACIONES: parte que estudia la estructura genética de las poblaciones y como evoluciona en el tiempo. Nivel poblacional, frecuencias de genes.
• ¿Cuando surgió la genética molecular? -A mediados del siglo XX se descubrió la estructura en doble hélice del DNA. Luego la replicación, transcripción, manipulación… Saber funciones de los genes (al inhibir…) - Tabla HITOS HISTÓRICOS EN E DESARROLLO DE LA BIOLOGÍA MOLECULAR(cultura general).
o 1869 aislar por primera vez el DNA, químico Miescher a partir de heridas que supuraban, el pus. Caracterizó químicamente el dna, pero no se sabía que era la molécula portadora de la herencia, se podía extraer de las células.
o 1944 saber su función, ver el papel en la herencia. Avery demuestra que durante la transformación bacteriana el DNA contenía la info genética, y no las proteínas (la más compleja, idea preconcebida). Luego Chase y Hersey definitivo con virus. (leer la doble hélix, libro de Watson) o 1953 estructura del DNA a partir de rayos X Franklin, Wilkins, Watson, Crick proponen estructura doble espiral.
o 1957 surge genética molecular para la manipulación. Kornberg descubre enzima DNA polimerasa, imp manipular.
o 1958 Meselson y Stahl replicación semiconservativa del DNA se demuestra (articulo del Nature se sugiere por Watson y Crick).
o 1961 técnicas de hibridación del DNA por Marmur y Doty. 2 cadenas de DNA distintas, quiero saber en que cromosoma esta un gen. Preparación de cromosomas en un porta. Cojo DNA del gen marcado con fluorocromo. Desnaturalizo, abro, rompo puentes de hidrógenos.
La sonda se unirá a zona del cromosoma con el gen.
à hibridar: unión de 2 cadenas de dna formando puentes de hidrogeno o 1962 nucleasas de restricción por Arber (enzima= proteína con actividad catalítica).
Enzimas de restricción especificas cortan el dna en secuencias concretas.
o 1966 CODIGO GENÉTICO Nirenberg, Ochoa y Khorana.
o 1967 DNA ligasa, por Geller, une fragmentos de DNA, importantes para manipular.
o 1972-73 técnicas de clonación de DNA Boyer, Cohen y Berg.
o 1975-77 SECUENCIACIÓN RAPIDA (Sanger y Barrell // Maxam y Gilbert 2 métodos). Saber secuencia de bases de un gen.
o 1981-82 ratones transgénicos Palmiter y Brinster con gen que interviene en hormona del crecimiento.
o 1986 PCR Muller, muy importante en el lab. AMPLIFICACIÓN = Copias masivas de secuencias de DNA, permite secuenciar (ahora), para estudiar restos de dna antiguo, test de diagnostico, test de paternidad, medicina forense identificación de individuos… o 1995 secuenciación del primer genoma completo, consecuencia de la PCR. Hemufilus Influenziae una bacteria (1 cromosoma).
Carme Blanco Gavaldà o o o o Curs 2017-2018 1996 primer mamífero clónico por Wilmut = oveja Dolly.
2000 Presentar 1r borrador de la secuenciación del genoma humano. Bombazo, intereses políticos… Pero aun habían gaps (zonas más difíciles de secuenciar) 2003 versión definitiva de la secuencia del genoma humano.
2011 publicación de la secuencia del genoma de 4 pacientes con leucemia linfática crónica (más dominio de la técnica). Ahora costes más baratos.
1. Experimento de Griffith con Streptococcus (1928): -el DNA no se conocía como portador de la info genética. La molécula tenía que ser compleja porque la función era compleja e importante, por eso se pensaba que eran las proteínas.
-necesitamos varios experimentos para demostrarlo.
1-Griffith no lo consiguió, pero si demostró que existía una molécula transformante capaz de pasar de un individuo a otro.
Cepas de Streptoccocus neumonía. R y S en ratones. Al inocular la cepa R el ratón vivía. La S virulenta mataba el ratón.
-S envuelta polisacarídica que permite a la bacteria evadir el sistema inmunitario del ratón, por eso es virulenta, porque no puede ser controlada por el organismo.
-después calentó la cepa virulenta S con calor para matarla. Al inocularlas el ratón vivió como se esperaba.
- en el tratamiento 4 mezclo bacterias R vivas y S muertas, al combinarlas, el ratón moría à deduce que hay algo de las bacterias muertas que pasa a las vivas, confiriendo virulencia. Demuestra principio de trasformación.
-HAY ALGO QUE PASA, pero no pudo demostrar que era el DNA àInterpretación actual del experimento: - tenemos células/bacterias con un gen que codifica una enzima que interviene en la producción de una cubierta polisacárida. Si se tratan con calor el DNA se rompe y lisa.
-tenemos otras que tienen un gen R, que no codifica para la enzima que interviene en la síntesis de polisacáridos.
à al mezclarlos, el DNA se transforma (PRINCIPIO DE TRANSFORMACIÓN), y se introduce en las no virulentas. Por recombinación se combina con el genoma y codifica para la capsula. Se manifiesta virulencia.
Carme Blanco Gavaldà Curs 2017-2018 Material genético puede entrar por los poros de la membrana bacteriana. Procariotas sin núcleo, más fáciles transformar. Luego RECOMBINACION por homología (alelos del mismo gen) de secuencias, hay hibridación y se recombinan.
2. Avery, MacLeod and McCarty 1944: -Cual es la sustancia que pasa de unas bacterias a otras? Había diversas moléculas candidatas a ser portadoras de la herencia: PROTEINAS (las más complejas) / RNA /DNA.
-Las lisaron y trataron las bacterias virulentas.
1-con proteasa: elimina las proteínas. Quedaría el RNA y DNA = implica que no hay cambio, la bacteria es virulenta.
2- con ribonucleasa: enzima que elimina ácidos ribonucleicos = queda DNA y proteínas = no hay efecto, la bacteria es virulenta.
3- deoxiribonucleasa: degrada específicamente el DNA = se inactiva la capacidad de transformación. No son virulentas, no hay transformación.
à Demuestran que el DNA es el material hederitario.
3. Experimento de Hershey y Chase 1952: -utilizan proteínas y DNA para demostrar definitivamente cual es la molécula hereditaria.
-SISTEMA: bacteriófagos (virus que infectan bacterias). Se sabía que estaban constituidos por mayoría de estas 2 moléculas.
1-marcar DNA con fosforo 32, isotopo radioactivo (nucleótidos del DNA).
Permitían la infección con DNA, se veía que lo que entraba en la bacteria era DNA, entra fosforo dentro.
2-la cubierta externa esta constituida por proteínas, marcadas con azufre 35, radioactivo. Observan que todo el marcado queda fuera, no hay nada marcado dentro de la bacteria.
à el DNA queda dentro de la bacteria y causa la infección.
Bacteriófagos iocular material genético. Utiliza enzimas de bacteria para duplicar DNA. Los bacteriófagos hijos también tenían fosforo 32 (semiconservativa, una cadena) Carme Blanco Gavaldà Curs 2017-2018 4. Dogma central de la biología: -Propuesto por Crick. Decía que existía una transmisión unidireccional (1 dirección) que iba del núcleo al citoplasma. Implica que el DNA del núcleo se transcribe, da RNA, que se modifica a RNAm maduro y sale al citoplasma para realizar la síntesis de proteínas.
-posteriormente se vio que no era correcto. El RNA puede pasar a DNA, no todos los organismo tienen el material genético en el DNA, por ejemplo los RETROVIRUS (pasan el RNA a DNA), a través de enzima transcriptasa invesa o retrotranscriptasa. 2 flechas. En sistemas in vitro se puede pasar directamente de DNA a proteína, en determinadas condiciones.
-las proteínas son capaces de modificar/ hacer que otras proteínas proliferen. De momento de proteínas a rna no!!!!! Pero tienen la capacidad de inducir cambios en otras proteínas, propiedad “infecciosa” como son los PRIONES (enfermedad de las vascas locas). Acumulación de una serie de proteínas en el cerebro porque tenían una conformación no adecuada. Capaces de unirse a proteínas normales e inducir un cambio de conformación. Esto no contradice el dogma, pero la transcriptasa inversa sí.
DOGMA CORREGIDO ACTUAL: 5. Estructura de un gen eucariota: • GENOMA: el genoma es todo el material genético, DNA que compone el núcleo de la célula, independientemente de la función (genes es una porción pequeña del genoma, secuencias espaciadoras, repetitivas…).
• TRANSCRIPTOMA: el RNA, todas las moléculas de RNA que hay en el núcleo, donde ocurre la transcripción (en libros antiguos pone RNA que codifica para proteínas pero no es cierto, es una parte muy pequeña). Resultado de la transcripción.
• PROTEOMA: las proteínas, todas, independiente de la función (enzimáticas, …) • METABOLOMA: metabolitos obtenidos después de las reacciones que ocurren en la célula.
Carme Blanco Gavaldà Curs 2017-2018 TIPOS DE RNA: o RNAi: de interferencia o nsRNA: nucleares pequeños (small) o miRNA: micro RNA à implicados en la regulación de los genes (i, ns y mi). En las fases del desarrollo se necesitan distintas enzimas (diferente pupa que adulto). Genes inactivas, hace falta regulación. Depende del estadio o tipo de célula. Hay algunos que si que están activos toda la vida.
o tRNA: de transferencia/transporte de aminoácidos en la síntesis de proteínas.
o rRNA: Forman RIBOSOMAS.
o mRNA: mensajero, es la copia de una cadena de DNA, lleva la info de la secuencia de nucleótidos para pasar a Aa.
CLASIFICACIÓN : -RNA total= transcriptoma, dividido entre codificante (codifica para proteínas). El resto es funcional, no codifica pero realiza una función, como el de transporte, el ribosómico, -En EUCARIOTAS el RNA en el momento que se transcribe no es funcional. Tiene que sufrir una serie de modificaciones hasta RNAm maduro, que sirve para la síntesis de proteínas, lleva la información.
-RNAr i RNAt (ribosómico y de transporte). Necesita modificaciones para que sea funcional.
-RNAi de interferencia: -snoRNA: small nucléolo, implicados en la modificación de otros RNAs, como el RNAr y RNAt tienen que madurar, interviene en el proceso.
-snRNA: se unen a proteínas y forman ribonucleoproteinas (complejo) para realizar una función. Ej: actúan en el splicing, eliminación de intrones, parte no codificante del RNA(exones parte codificante).
- miRNA: muy pequeños, micro, 21, 22 nucleótidos, muy cortos. Regulan expresión genes, codificados por genes (pero no todos los genes se regulan así, los embrionarios del desarrollo la mayoría).
-siRNA: RNAs de interferencia pequeños. Pueden ser más largos, hasta 25 nucleótidos de longitud. Tienen 2 procedencias: de secuencias de dna del genoma que se transcriben, secuenciar repetidas, o origen exógeno, RNAS que se transcriben a partir de virus (al infectar una celul), para defender el genoma de virus.
Carme Blanco Gavaldà Curs 2017-2018 Unos impiden la traducción y otros la transcripción. Tengo un gen 1 que da un RNA. Hay rnas pequeños que regulan el gen (normalmente complementarios a la secuencia de RNA, también llamados “antisentido”, cadena complementaria), se unen al RNA e impiden que se traduzca y otras veces facilitan la degradación, reconocida por enzimas (se transcribe pero no traduce el gen).
Otros impiden la transcripción del gen, se unen directamente al DNA del gen, promueven cambios.
Específicos a secuencias concretas.
6. Organismos genéticos modelo: -ESTRUCURA GEN EUCARIOTA: no incluye solo región de transcripción, si no regiones más amplias. Región estructural y reguladora (si hay mutación en esta región no se transcribe, no se reconoce pro la polimerasa, deja de ser funcional). Los procariotas no suelen tener intrones.
o Región estructural: EXONES e INTRONES. Primeros codifican para proteínas, intrones regiones no codificantes que se tienen que eliminar del RNA. Se transcribe todo, pero no se traduce, antes se elimina.
o Región reguladora, secuencia reguladora en 5’ y 3’ del gen.
DNA eucariotas muy compactado gracias a nucleosomas, porque sino no cabría dentro del núcleo. En humanos mide más de 1 metro.
Después se transcribe el gen, enzimas que participan. Se sintetiza RNA y al ser eucariota se procesa antes de ser funcional, se modifica. Se traduce y da lugar a proteínas.
Que también se modifican para finalmente plegarse. Si no se pliegan correctamente, mal (priones ej). Imprescindible para su función.
Después de hacer función muchas se degradan.
ORGANISMOS MODELO: la mayoría de experimentos: -tiempo de generación corto. Para ver los resultados a través de varias generaciones para seguir un proceso largo.
-tienen un genoma pequeño. Menor nivel de complejidad.
-fáciles de mantener en el laboratorio (ni caro ni difícil).
-caracteres fenotípicos de fácil distinción.
-tengan muchos descendientes. Para ver si un carácter es representativo o no. Necesitamos un tamaño de muestra grande.
• • • • D. Melanogaster. La más utilizada. Fue la que primero se secuenció. Se conocen muchos mutantes y hay transgénicas.
Mus musculus. Ratón, modelo mamífero.
Arabudopsis thaliana. Mala hierba con genoma pequeño y fácil mantenimiento. Reino vegetal = drosofila.
Escherichia coli, modelo procariota, distribución muy implica.
Carme Blanco Gavaldà • • • Curs 2017-2018 Caenorhabditis elegans, nematodo, muy estudiado.
Sacharomyes crevesiae, modelo de eucariotas menos evolucionados.
Danio renio. Pez cebra, estudios genes implicados en coloración piel humanos, porque tiene una coloración muy diversa, por homología.
(carácter multigenicos en humanos) 7. Genomas y sus tamaños: -Grado de complejidad depende del organismo.
-fragmento de 50kbases de distintos organismo. Al comparar genomas. Naranja regiones génicas. Azul secuencias repetitivas.
-E.Coli: genoma muy compacto. Densidad de genes muy alta. Solo hay 2 secuencias repetitiva.
-Maiz: en longitud equivalente, solo hay un gen, el resto dna repetitivo.
-Drosophila. Bastante concentrado, 2 secuencias repetitivas.
-Saccharomyces, solo 1 secuencia repetitiva.
-Humano: densidad génica baja. Naranja pseudogen, no activo en el genoma, degeneran a nivel evolutivo, no funcionales ahora.
- Menos evolucionados, menos cromosomas, más concentrados. No queremos dna basura, solo dna funcional para la supervivencia.
Carme Blanco Gavaldà - Curs 2017-2018 MAIZ 70% secuencias repetitivas, en el último millón de años ha duplicado el tamaño de su genoma por la amplificación de las secuencias repetitivas.
En humanos, un 45% secuencias repetitivas, el resto genes, pseudogenes, espaciadores… Por unidad de medida pueden haber muchas cosas en función de la especie.
Paradoja del valor C: -VALOR C: cantidad de dna de una célula por genoma haploide de un individuo.
àNo hay relación entre complejidad y cuantidad de dna.
Estimacion genes humanos = 30000 (trentamil). Al mejorar herramientas etc disminuyo, ahoramismo unos 23 mil.
-con chimpancé 99% idéntico a humanos. Pero al haber tantas bases, un 1% es muhco. El mismo gen puede ser mucho más complejo, codificar para más proteínas. (megabases = 1 millon de bases).
Cuan denso es un genoma.
-humanos 11 por megabase.
Intron= parte no codificante del gen. Media por gen. En drosofila muchos genes sin intrones, en levadura casi no hay.
-cantidad de secuencias repetitivas. En drosofila hay una estima menor, es un 15%, valor orientativo.
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