Tema 11 (2016)

Apunte Español
Universidad Universidad de Valencia (UV)
Grado Biotecnología - 2º curso
Asignatura Genética
Profesor S.H.S.
Año del apunte 2016
Páginas 6
Fecha de subida 10/11/2017
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1º Cuatrimestre

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Noelia Joya, 2º Biotecnología Genética TEMA 11 1.
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5.
6.
Cronología del ADN como vehículo de la herencia Características a cumplir por el material hereditario Estableciendo la naturaleza del material hereditario El ARN es el material hereditario de algunos virus Descubrimiento de la estructura del DNA y sus consecuencias genéticas Dogma central de la biología molecular 6 3C. 126 24C 6 12 6. 42 2 5.
Cronología de descubrimientos que condujeron al descubrimiento de la naturaleza del material hereditario y, posteriormente, a la estructura del DNA: Friedrich Miescher, trabajando en el laboratorio del Castillo de Tübingen (Alemania), desarrolló un método para la separación de los nucleos del citoplasma.
A partir de los nucleos se extraia una sustancia ácida que llamo nucleína (1870). Años después, se vio que la nucleína eran ácidos nucleicos + proteínas.
“Me parece que va a emerger una completa familia de estas nucleínas que contienen fósforo que quizá merezca igual consideración que las proteínas” 2 C. 126 2 .
62D 51 Levene descubrió que el DNA estaba compuesto por subunidades de nucleótidos en proporciones 1:1:1:1. Se mantuvo hasta Chargaff (40’s).
En 1910 propuso que el DNA era una molécula simple, compuesta por la asociación de 4 nucleótidos distintos. Esta idea errónea sugería que el DNA no era lo suficientemente complejo para contener la información hereditaria. Las proteínas pasaron a ser las candidatas para ello.
Tema 11: La naturaleza química de los genes 81 Noelia Joya, 2º Biotecnología Genética .. 2C 5 . .
:65 : 26 . 2 5.6 42 215 . 5 Requerimientos para el material hereditario a) Debe poder contener información compleja.
b) Debe poder replicarse fielmente. Generación tras generación tiene que tener la misma información.
c) Debe permitir la expresión de la información contenida.
d) Debe permitir la aparición de mutaciones espontáneas que se transmitan a la descendencia. Generar variabilidad.
e) Debe localizarse en los cromosomas. (teoría cromosómica de la herencia).
. 62 52 1 6. .
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.62A. 126 . 2 5.6 42 215 . 5 & Griffith (en 1928) fue el primero que descubrió el fenómeno de la transformación bacteriana.
Utilizó distintas cepas de la bacteria Streptococcus pneumoniae.
o S= smooth, virulenta o R=rough, no virulenta • Descripción del “factor transformante”, que convertía células R en células S La primera clave de que el DNA era el portador de la información hereditaria se obtuvo con la demostración de que era responsable de un fenómeno llamado transformación. Este fenómeno fue observado por primera vez en 1928 por Fred Griffith, un médico inglés cuyo principal interés era la bacteria que causa la neumonía, Streptococcus pneumoniae, de la que pudo aislar varias cepas diferentes (tipos I, II, III y así sucesivamente). En las formas virulentas de una cepa (causante de la enfermedad) cada bacteria está rodeada por una cubierta de polisacáridos que brinda a la colonia bacteriana un aspecto liso cuando se la cultiva en una placa con agar; estas formas se nombran con una S, por su nombre en inglés (smooth). Griffith encontró que estas formas virulentas podían mutar a formas no virulentas que carecían de la cubierta de polisacáridos y producían una colonia de aspecto rugoso en la placa con agar; estas formas se identifican con una R, por rugoso.
Observó que si se inyectaban cantidades pequeñas de bacterias vivas de tipo IIIS a ratones, éstos se enfermaban de neumonía y se morían; en la necropsia encontró grandes cantidades de bacterias de tipo IIIS en la sangre de los ratones. Cuando inyectó bacterias de tipo IIR, los ratones vivieron y no se encontraron rastros de bacterias en la sangre. Griffith concluyó que las bacterias se morían por ebullición y que su virulencia desaparecía. Cuando inyectó grandes cantidades de bacterias de tipo IIIS muertas por acción del calor, los ratones sobrevivían y no se recuperaban restos de esas bacterias de la sangre.
Los resultados de estos experimentos fueron normales. Sin embargo, Griffith se sorprendió cuando infectó los ratones con cantidades pequeñas de bacterias vivas de tipo IIR junto con grandes cantidades de bacterias de tipo IIIS muertas por acción del calor. Dado que ambos tipos de bacteria eran no virulentos, supuso que los ratones sobrevivirían. Sin embargo, 5 días después de inyectarlos los ratones se infectaron con neumonía y murieron. Cuando examinó la sangre del corazón de estos ratones observó rastros de bacterias vivas de tipo IIIS. Más aún, estas bacterias retuvieron las características del tipo IIIS a través de varias generaciones, de modo que la infectividad era transmisible a través de la herencia.
Griffith llegó a la conclusión de que las bacterias de tipo IIR se habían transformado y habían adquirido la virulencia genética de las bacterias muertas de tipo IIIS. Supuso que alguna sustancia de la cubierta de polisacáridos de las bacterias muertas podría explicar el cambio. A esta sustancia la denominó principio de transformación.
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Genética -.
En 1944 Avery, MacLeod y McCarty completaron el trabajo de Griffith. Por medios de tratamientos con distintos enzimas del factor transformante, descubrieron que el principio transformante era el DNA.
Avery se propuso identificar la naturaleza de la sustancia de transformación.
Tras 10 años de investigación Avery junto con Colín MacLeod y Maclyn McCarty pudieron aislar y purificar esa sustancia.
Demostraron que su composición química era casi equivalente a la del DNA y bastante diferente de la de las proteínas.
Demostraron que la sustancia de transformación purificada se precipitaba con la misma velocidad que el DNA purificado y absorbía la luz ultravioleta en la misma longitud de onda que el DNA. Estos resultados, publicados en 1944, brindaron una evidencia convincente de que el principio de transformación y, por tanto, la información genética- reside en el DNA. Sin embargo, muchos biólogos todavía se resistían a aceptar esta idea y preferían la hipótesis de que el material genético es la proteína.
El proceso de transformación indica que alguna sustancia el principio de transformación- es capaz de alterar genéticamente las bacterias. Avery, MacLeod y McCarty demostraron que el principio de transformación es el DNA y proporcionaron la primera evidencia de que el DNA es el material genético.
Tema 11: La naturaleza química de los genes 83 Noelia Joya, 2º Biotecnología .
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Genética .
La segunda evidencia de que el DNA es el material genético fue un estudio del virus T2, llevado a cabo por Alfred Hershey y Martha Chase.
Hershey y Chase idearon una serie de experimentos para determinar qué se transmite durante la reproducción del fago: la proteína o el DNA. Para rastrear el destino de la proteína y del DNA utilizaron formas radiactivas (isótopos) de fósforo y azufre.
El DNA contiene fósforo, pero no azufre; por tanto, Hershey y Chase utilizaron 32P para marcar el DNA del fago durante la reproducción. A la inversa, la proteína contiene azufre pero no fósforo, por lo que utilizaron 35S para marcarla.
Al comienzo cultivaron bacterias E. coli en un medio que contenía 32P e infectaron las bacterias con T2, de manera que todos los nuevos fagos tuvieran un DNA marcado con 32P.
Después cultivaron una segunda tanda de E. coli en un medio que contenía 35S e infectaron las bacterias con T2, de modo que todos los nuevos fagos tuvieran una proteína m arcada con 35S.
Más tarde infectaron lotes separados de E. coli sin marcar con fagos marcados con 32P y 35S esperaron que los fagos infectaran las células; colocaron entonces las bacterias E. coli en una llenadora, para que se separaran las cubiertas proteicas ya vacías (fantasmas) de las paredes celulares. Separaron las cubiertas proteicas y cultivaron las bacterias infectadas, que finalmente estallaron y dejaron salir nuevas partículas del fago.
Cuando los fagos marcados con 35 S infectaron las bacterias, la mayor parte de la radiactividad se separó junto con los fantasmas de la proteína y solo una pequeña parte permaneció en las bacterias.
Asimismo, cuando los nuevos fagos emergieron de la bacteria, casi no contenían radiactividad.
Este resultado indicó que, aunque el componente proteico de un fago era necesario para la infección, no había entrado en la bacteria y no se había transmitido a los fagos de la progenie.
Por el contrario, cuando infectaron las bacterias con los fagos marcados con 32 P y eliminaron los fantasmas proteicos, las bacterias seguían siendo radiactivas. Más importante aún, después de que las bacterias se lisaron y emergieron los nuevos fagos de la progenie, muchos de esos fagos emitían radiactividad de 32P, lo que demostró que el DNA de los fagos de infección había pasado a la progenie. Estos resultados confirmaron que el material genético de los fagos no es la proteína sino el DNA.
Hershey y Chase rastrearon con isótopos radiactivos el movimiento del DNA y de la proteína durante la infección por fagos y demostraron que el DNA, y no la proteína, entra en la bacteria durante la reproducción del fago y que solo el DNA se transmite a los fagos de la progenie.
84 Tema 11: La naturaleza química de los genes Noelia Joya, 2º Biotecnología 6 2 26 Genética . 2 5.6 42 215 . 5 12 .63 5 Fraenkel-Conrat y col, (1955) • Trabajaban con el virus del mosaico del tabaco • Se podían separar fácilmente el RNA de las proteínas En la mayoría de los organismos el DNA lleva la información genética. Sin embargo, algunos virus utilizan el RNA en vez del DNA como material genético. Este hecho fue demostrado en 1956 por Heinz Fraenkel-Conrat y Bea Singer, que trabajaron con el virus del mosaico del tabaco (TMV), un virus que infecta y enferma a las plantas de tabaco. El virus del mosaico del tabaco posee una molécula única de RNA rodeada por un cilindro helicoidal de moléculas proteicas. Fraenkel-Conrat encontró que, después de separar el RNA y la proteína del TMV, podía volver a mezclarlos y obtener partículas virales infecciosas intactas.
Junto con Singer, Fraenkel-Conrat creó virus híbridos mezclando el RNA y la proteína de diferentes cepas de TMV. Cuando estos virus híbridos infectaron las hojas de tabaco, se produjeron nuevas partículas virales. La nueva progenie del virus era idéntica a la cepa de la que se había aislado el RNA y no exhibía las características de la cepa que donó la proteína.
Estos resultados mostraron que el RNA porta la información genética del TMV.
También en 1956 Alfred Gierer y Gerhard Schramm demostraron que el RNA aislado del TMV es suficiente para infectar las plantas de tabaco y dirigir la producción de nuevas partículas de TMV, con lo que se confmna que el RNA porta las instrucciones genéticas.
2 5 52 12 6. 2 . 126 2 2 5. 32 5 .
Contemporáneamente a los experimentos sobre la naturaleza del material hereditario, se había empezado la caracterización más a fondo del DNA.
El descubrimiento de la estructura del DNA (1953) se considera el más importante del siglo XX en el campo de la Biología y dio origen a la genética molecular.
Para proponer la estructura del DNA, Watson y Crick (premios Nobel en 1962) se basaron en: a) Datos cristalográficos b) Datos de Chargaff c) Datos estructurales Tema 11: La naturaleza química de los genes 85 Noelia Joya, 2º Biotecnología .
Genética .
• Diámetro: 20 Å • Distancia entre les bases: 3,4 Å • 10 pares de base por vuelta completa • Complementariedad.
• Polaridad, una cadena será P-5’ y OH-3 ́ en oposición a la otra.
2 2 5. 32 5 . 12 6. 2 • Antiparalelas (como consecuencia de la distinta polaridad).
• Estabilizada por interacciones hidrofóbicas (puentes de hidrógeno) entre las bases complementarias.
. 126 a) Posee complejidad suficiente para almacenar información: la secuencia de nucleótidos no posee restricción alguna.
b) Permite imaginar un posible mecanismo de replicación.
c) Debe permitir la expresión de la información contenida d) Posee un mecanismo de mutación espontánea: las distintas formas tautoméricas de las bases tienen distinta relación de apareamiento entre ellas.
La complementariedad de las bases nitrogenadas permite que la secuencia de una cadena sencilla de DNA actúe como un molde para la formación de una copia complementaria de DNA (replicación) o de mRNA (transcripción) 3 . 2 .6 12 6. 5 6 3C.
62 6.
Los descubrimientos que siguieron a la publicación de la estructura del DNA dieron lugar a que Francis Crick propusiera el “dogma central” para indicar las vías de flujo de información entre las macromoléculas de la célula.
Este dogma afirma que la información genética pasa del DNA a la proteína en una vía de información unidireccional. Es decir, el genotipo codifica para el fenotipo, pero el fenotipo no puede codificar para el genotipo. Sin embargo, en la actualidad consideramos que el dogma central es una simplificación excesiva.
A demás de las tres vías de información -replicación, transcripción y traducciónen ciertos organismos existen otras transferencias en circunstancias especiales, entre ellas la transferencia de información del RNA al DNA (en la transcripción inversa) y la transferencia de información de un RNA a otro RNA (en la replicación del RNA).
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