Genética microbiana: qué son los genes cómo se replican cómo se transmite la información a generaciones posteriores o entre microorganismos cómo la

Transcripción

1 GENÉTICA BACTERIANA

2 Genética microbiana: qué son los genes cómo se replican cómo se transmite la información a generaciones posteriores o entre microorganismos cómo la expresión de sus información determina las características particulares de un organismo. La información genética contenida en una célula procariota: genoma. que incluye el cromosoma y los plásmidos Los genes: son segmentos de DNA que codifican productos funcionales y que están contenidos en los cromosomas

3 Cromosoma procariótico: Única hebra de DNA bicatenario Haploides Circular y covalentemente cerrado Superenrollamiento negativo Transporta toda la información genética necesaria para todas las estructuras y funciones de la célula E. coli: : casi 5000 kpb de DNA No posee envoltura nuclear Cromosoma eucariótico: DNA bicatenario lineal Múltiples cromosoma (S. cereviseae: : 8 p) Poseen histonas (nucleosoma) Núcleo con envoltura nuclear Diploides Tomado de Brock. Microbiología de los microorganismos. 12 edición

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5 Gen: unidad de la herencia, segmento de DNA que especifica una proteína, a través del RNAm, ó un trna, un rrna, o cualquier otro RNA no codificante. Es responsable de: - las características estructurales y metabólicas de un organismo - la transmisión de estas características de una generación a otra.

6 Genoma: conjunto de genes contenidos en una célula ó en un virus Genotipo: constitución génica precisa de una célula. Fenotipo: características observables tanto morfológicas como fisiológicas

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8 Gen: DNA: acido desoxirribonucleico Secuencias de bases: Purinas: adenina y guanina Pirimidinas: timina y citosina Solo se transcribe una de las dos cadenas RNAm: codifica para uno ó mas proteínas trna y rrna: actúan en la síntesis de proteínas, no codifican información genética para la fabricación de éstas. Cada grupo de tres bases de una molécula de RNAm codifica un solo aminoácido, este triplete: codón El código genético se traduce por el sistema de síntesis de proteínas: ribosomas (proteínas y rrna), trna y factores de transducción

9 Haploide Procariotas 1 cromosoma circular Borrelia burgdorferi : 1 lineal, Rhodobacter sphaeroides: 2 circulares pb casi totalmente secuencias codificadoras y de regulación Ausencia de intrones Algunos genes organizados en operones: ARN policistrónico transcripción-traducción traducción acopladas pb Eucariotas Haploide - diploide varios cromosomas lineales Saccharomyces cerevisiae 16, Giardia lamblia 4 familias multigénicas y secuencias redundantes Presencia de intrones Unidades de transcripción simples regulación en etapas de maduración de ARNm

10 En procariotas. transcripción-traducción traducción acopladas. ausencia de intrones Expresión génica se regula principalmente en la transcripción. En procariotas: a partir de una molécula de DNA se transcriben muchas moléculas de RNAm diferentes. Un solo RNAm lleva la información de varios genes, mas de una región codificadora

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12 Estructura del ADN

13 Estructura del ADN Tamaño de una molécula de DNA: E. coli: pb ó kpb ó 4,64 Mpb (1000pb ó 1kpb ó kb)

14 Estructura secundaria, repeticiones invertidas y estructuras tallo bucle: Es habitual en el DNA y RNA Las repeticiones invertidas en el ADN son sitios de unión frecuentes para proteínas especificas de unión al ADN que regulan la transcripción.

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16 Superenrollamiento del DNA: El DNA de doble cadena es retorcido aún más. Topoisomerasas clase I: cortan una sola hebra de DNA, elimina el superenrollamiento adicional en el DNA, lo relaja Topoisomerasas clase II: cortan ambas hebra de DNA e introduce superenrrollamiento negativo en el DNA. Para evitar que todo el cromosoma bacteriano se relaje cada vez que se realiza una muesca, se organiza en dominios de superenrollamiento, estabilizado por proteínas de unión especificas. Superenrollamiento: para empaquetar el DNA en el interior de la célula Relajación: es necesaria para la replicación y la transcripción.

17 En bacterias: DNA girasa (topoisomerasas clase II) : introduce superenrollamiento negativo en el DNA. Algunos antibióticos inhiben la topoisomerasas clase II

18 Principios Básicos de la replicación del DNA P r i n c i p i o s Cadena parental B a c i s o Nueva cadena complementaria Nueva cadena complementaria Replicación semiconservativa

19 -La adición de un nucleótido requiere de un grupo hidroxilo libre en el extremo 3. -El 5 -trifosfato de desoxinucleósido se incorpora al 3 - hidroxilo de nucleótido anterior -Replicación procede siempre del extremo fosfato 5 al extremo con el hidroxilo 3. -DNA polimerasas sintetizan DNA en dirección 5 3 y añaden nucleótidos a un grupo 3 ya existente. -Cebador: molécula de ac. nucleico a la cual la enzima pueda añadir un nucleótido. Fragmento corto de RNA, sintetizado por la primasa.

20 Horquilla de replicación: zona de DNA desenrrollado por la DNA helicasa Proteína de unión a cadena sencilla: estabiliza el DNA monocatenario. En procariotas existe un solo punto donde puede iniciarse, origen de la replicación, secuencia especifica de DNA de 250 bases reconocida por proteínas especificas de iniciación: - Dna A, Dna B (helicasa), DnaC (proteína cargadora de la helicasa). Se cargan dos helicasa, cada una en direcciones opuestas, dos primasas y dos DNA polimerasas. La replicación se inicia en las dos cadenas sencillas. Cadena avanzada Cadena retrasada: no hay 3 OH libre. Múltiples cebadores de RNA. Fragmentos de Okasaki.

21 DNA pol III ó Dna E: añade desoxirribonucleótidos hasta alcanzar el DNA sintetizado previamente. DNA pol I: sintetiza DNA, es exonucleasa , que elimina el cebador. DNA ligasa: sella la muesca entre un 5 PO 4 y 3 OH.

22 El método θ (theta): dos puntos de crecimiento

23 Parada de replicación: las dos horquillas de replicación chocan cuando los dos círculos de DNA están completos. Secuencias Ter reconocidas por proteínas llamada Tus que bloquean el avance, Topoisomerasa IV; separa las dos moléculas de DNA entrelazadas para que se divida en cada célula hija (Proteína Fts)

24 Modelo actual de la replicación en E. coli (Replisoma) Las topoisomerasas reduce la tensión producida en el desenrollamiento de la hélice (DNA girasa ó Topoi II) La helicasa abre y la primasa ceba (primosoma) Las proteínas mantienen la simple hebra Holoenzima: de unión a ADN estabilidad del ADN dos DNA conectadas por un dímero Pol III La polimerasa en la hebra conductora sintetiza una hebra continua La polimerasa en la hebra retrasada se mueve en la dirección opuesta: sintetiza el ADN en fragmentos de Okazaki Al completar cada fragmento se disocia del ADN pero se mantiene el complejo enzimático para hacer la síntesis de un nuevo fragmento.

25 Corrección de errores en la replicación del DNA: Pol I y Pol III: poseen actividad exonucleasa que elimina un nucleósido equivocado. Pol I : poseen actividad exonucleasa que elimina e cebador.

26 RNA: contiene ribosa y uracilo. Monocatenario Otras clases de RNA: implicados en regulación

27 RNA polimerasa no necesita de cebadores. Holoenzima RNA pol: cinco subunidades Nucleo: sintetiza RNA Factor sigma : reconoce el sitio en el DNA para el comienzo de la síntesis de RNA.

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29 Dentro de la secuencia del promotor existen secuencias mas cortas y altamente conservadas que son reconocidas por el mismo factor Sigma : Secuencias consenso. Estas se sitúan antes del inicio de la transcripción: Región -10: caja Pribnow Región -35. La cadena que se transcribe es la de abajo (verde claro)

30 Alternativos

31 Las repeticiones invertidas en el DNA transcripto forman una estructura tallo bucle que termina la transcripción cuando va seguida de una serie de uracilos

32 Unidad de transcripción: unidades que comienzan en el sitiode inicio y de terminación enlazadas en el cromosoma. Algunas poseen un solo gen, pero otras dos ó mas genes que se cotranscriben. La mayoría de los genes codifican para proteínas, pero otros codifican RNA que no se transcibe: rrna y trna. Los procariotas tienen rrna 16S, rrna 23S y rrna 5S. Existen agrupaciones que contienen un gen para cada rrna y se cotrancriben. En procariotas, los mrna son degradados rápidamente por ribonucleasas, mientras que los rrna y trna no por su estructura altamente plegada, REGULACION. El ensamblaje en un operón de genes relacionados permite su regulación de forma coordinada por una región especifica anterior al operón. Operador o centro de unión del activador Un grupo de genes relacionados entre si y que se cotranscriben a la vez a partir de un solo promotor para generar un sólo mrna policistrónico: OPERON

33 Código genético: correspondencia de cada triplete de tres bases del mrna, codón, codifica un aminoácido especifico. 4 3 : 64 Código degenerado: muchos aminoácidos están codificados por mas de un codón.

34 Un codón del mrna es reconocido por el apareamiento específico de sus bases con una secuencia complementaria de tres bases llamada anticodón en los trna.

35 Transducción: Transducción: Codones de parada o codones sin sentido: no codifican ningún aa, indican el final de la traducción: UAA,UAG yuga Codon de inicio: AUG. Fundamental comenzar en el nucleótido correcto o pauta 0. La fidelidad del la pauta de lectura correcta depende de las interacciones entre mrna y rrna, y del ribosoma que reconoce un AUG específico en el mrna como codón de inicio con la ayuda de una secuencia situada antes en el mrna: Secuencia de Shine- Dalgarno

36 trna: es especifico tanto para el codón como para su aa correspondiente y son puestos en contacto por enzimas especificas: aminoacil-trna-sintetasas Cadena sencilla y estructura secundaria. 73 y 93 nucleótidos de extensión Regiones doble cadena y bases inusuales Parte variable: anticodon Otras partes interaccionan con: rrna, componentes proteicos del ribosoma, proteínas de transducción no ribosómicas y con la aminoacil-trna-sintetasas En el extremo 3 o brazo aceptor tienen tres nucleótidos desapareados: CCA añadidos por la nucleotidil- transferasa terminal. El aa se une covalentemente a la adenosina e incorporado a la cadena polipeptídica. Transducción:

37 Transducción: Reconocimiento de los t RNA: Contactos entre sec. nucleotídicas específicas en el brazo aceptor y bucle D del trna y aa específicos de la sintetasa. Además el anticodon con su sec. especifica Activación y carga: AA + ATP aminoacil-amp+p-p Permanece unido a la sintetasa hasta que choca con el trna aminoacil-amp + trna aminoacil-trna + AMP P-P es escindido por una pirofosfatasa Como se utiliza un ATP y se forma un AMP se necesitan un total de dos enlaces fosfatos para cargar un trna con un aa. El aminoacil-trna abandona la sintetasa y viaja a ribosoma donde se sintetiza el polipéptido.

38 Formados por rrna, proteínas ribosomales y proteínas no ribosómicas. 70S

39 Iniciación: Se forma el complejo de iniciación: 30S, mrna, trna de formilmetionina y prot. de iniciación: IF1,2 y 3. GTP. Luego 50S. 70 S funcional Sec. De Shine Dalgarno: sec de 3 a 9 nucleóti. antes del codón de inicio del mrna que ayuda a unirlo al ribosoma. Se encuentra en el 5 mrna y es complementario con el 3 del rrna 16S, lo que permite la transducción de mrna policistrónico, por reconocimiento de cada codón de iniciación. Unión de un formilmetionil-trna iniciador al codón de inicio AUG. Elongación, traslocación y terminación: mrna se desliza unido al 30S. La 50S interacciona con el Trna. Sitio A (SA): aceptor, se une el nuevo trna cargado por factores de elongación proteicos (EF-Tu) Sitio P (SP): péptido, el trna sujeta al péptido en crecimiento. Prot. no ribosómicas ó factores de elongación: EF-Tu y EFTs.GTP. Formación del enlace péptidico. El trna que sujeta al péptido se trasloca del SA al SP, dejando el SA (EF-G y GTP). El ribosoma avanza tres nucleótidos y expone un nuevo codón, empujando el trna ahora vacío al Sitio E. Finalización: cuando se alcanza el codón de parada por medio de factores de liberación. Transducción:

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41 La traducción de varios ribosomas y un solo mrna: Polisoma. Aumenta la velocidad y eficiencia de la transducción