UNIVERSIDAD AUTÓNOMA CHAPINGO PROGRAMA DEL CURSO BIOLOGÍA MOLECULAR

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1 UNIVERSIDAD AUTÓNOMA CHAPINGO PROGRAMA DEL CURSO BIOLOGÍA MOLECULAR 1. DATOS GENERALES 1. Carácter : Obligatorio 2.Tipo de curso : Teórico 3. Prerrequisitos : Ninguno 4. Profesor : Dr. Juan Porfirio Legaria Solano 5. Ciclo escolar : Primavera 6. Horas teoría/semana : Cinco 7. Horas práctica/semana : 8. Horas totales del curso : Clave del curso : BIO Créditos ; Cuatro II. RESÚMEN DIDÁCTICO El Postgrado, en esencia, implica que el estudiante se forme como investigador, para lo cual necesita conocer y entender los principios fundamentales de la ciencia, ya que esto le permitirá en el futuro poder explicar los fenómenos más complejos y a su vez plantear soluciones a problemas concretos. En este contexto, los estudiantes del Postgrado en Biotecnología Agrícola deben estudiar ciencia básica, entre lo que destaca, dado el ámbito agronómico biológico en que se circunscribe la agricultura, la pertinencia del estudio de los principios fundamentales de la Biología Molecular, ciencia que actualmente ha desarrollado las bases para el entendimiento y manipulación de los procesos biológicos en términos del comportamiento de las moléculas y para su utilización en beneficio de la humanidad, traducido en mejores variedades de plantas, en el contexto agronómico, además de muchos otros aspectos. Por tanto, el curso de Biología Molecular proporciona al estudiante las herramientas teóricas necesarias para tomar otros cursos avanzados de Biología Molecular de Plantas, Ingeniería Genética y Marcadores Moleculares III. PRESENTACIÓN La biología molecular es aquella rama de las ciencias biológicas que intenta proporcionar una explicación de los fenómenos biológicos en términos de la interacción de las moléculas y de sus polímeros. Todas las cosas vivientes son producto de la naturaleza y de la crianza. El material hereditario da al organismo su

2 naturaleza (potencialidades y limitaciones biológicas) y el medio le brinda la crianza, que presenta interacción con los genes para dar al organismo sus caracteres peculiares anatómicos, bioquímicos, fisiológicos, y de comportamiento. Por la amplia influencia de la Biología Molecular en todas las esferas de la vida, se ha convertido en materia obligada en una amplia gama de planes de estudio en escuelas superiores. El curso de Biología Molecular tiene como objetivo el proporcionar a los estudiantes los conceptos y herramientas básicos para la manipulación del material genético, construcción de moléculas de ADN recombinante y los métodos necesarios para aislar, y caracterizar moléculas que participan en procesos biológicos importantes. IV. OBJETIVOS GENERALES El curso de Biología Molecular tiene como objetivo los siguientes: Estudiar los principios fundamentales de la biología molecular. Explicar o interpretar fenómenos biológicos concretos. Integrar el conocimiento de otros campos del conocimiento biológico, agronómico, metodológico y general, para construir una visión más amplia de los procesos biológicos, evolutivos y tecnológicos. V. CONTENIDO TEMÁTICO UNIDAD I. Introducción. Objetivo: Exponer a los estudiantes un panorama general de la biología molecular, sus avances y aplicaciones en las diferentes esferas de la actividad humana. Contenido: Historia de la Biología Molecular. Aplicaciones en la agricultura, medicina, industria y legislación. UNIDAD II. Estructura de los ácidos nucléicos. Objetivo: Conocer los sillares de construcción de los ácidos nucleicos, así como las diferentes secuencias que conforman la estructura de los genes procariontes y eucariontes. Contenido: Estructura química del DNA y RNA. La doble hélice: Modelo de Watson y Crick. UNIDAD III. Topología y replicación del DNA. Objetivo: Describir la forma en que se replican los ácidos nucleicos bacterianos y virales.

3 Contenido: El cromosoma bacteriano: organización, estructura y replicación. Replicación en plásmidos y bacteriófagos. UNIDAD IV: Elementos extracromosomales. Objetivo: Explicar el papel que juegan los plásmidos en la construcción de moléculas de ADN recombinante. Contenido: Biologia de plásmidos. Grupos de compatibilidad. UNIDAD V. Transcripción. Objetivo: Describir el proceso de transcripción en procariontes. Contenido: RNA polimerasa e iniciación de la transcripción. en la RNA polimerasa: factores sigma. Región promotora: la región promotora. Iniciación de la transcripción. cerrado. Terminación de la transcripción. Heterogeneidad Identificación de Complejo abierto y UNIDAD VI. Traducción. Objetivo: Explicar el proceso de síntesis de proteínas, describir como se dilucidó el código genético y reconocer sus características importantes. Contenido: Ribosomas y trnas. Código genético. Mecanismo de iniciación, elongación y terminación de traducción. Antibióticos que interfieren con la síntesis de proteínas. UNIDAD VII. Regulación de la expresión de genes. Objetivo: Conocer formas y métodos para el estudio de la regulación de la expresión de los genes procariontes. Contenido: Generalidades. Operones de lactosa, triptofano y arabinasa. Otras estrategias regulatorias: mic. El bacteriófago lambda: ciclo de vida, integración, antiterminación, CI y Cro.

4 UNIDAD VIII. Análisis genético. Objetivo: Describir los procesos de transferencia de material genético entre organismos procariontes. Contenido: Transferencia de genes y recombinación. Conjugación, transformación y transducción. Rescate de marcadores. UNIDAD IX. La célula eucarionte y sus compartimentos. Objetivo: Apreciar la complejidad de los genomas de los eucariontes superiores y describir las diferentes clases de secuencias que se encuentran en el genoma, necesarias para que funcionen los cromosomas. Contenido: Localización y función de los diferentes organelos. Almacenes de información genética.y sus compartimentos. UNIDAD X. Control de la expresión genética en eucariontes. Objetivo: Describir el proceso de transcripción en eucariontes y algunas de las formas en que se regula la transcripción. Contenido: Proteínas reguladoras de la expresión genética. Los interruptores genéticos. Control combinatorial. Los mecanismos genéticos que crean tipos de células especializadas. Control postranscripcional. Vias de transducción de señales. UNIDAD XI. ADN cromosomal y su empaquetamiento. Objetivo: Describir la complejidad del genoma de eucariontes y los sistemas que han evolucionado para regular la expresión genética. Contenido: La estructura de los cromosomas. Replicación de los cromosomas. Síntesis y procesamiento del ARN. La estructura de la cromatina y el control de la expresión genética. La organización y evolución del genoma nuclear. UNIDAD XII. El genoma de los cloroplastos y de las mitocondrias. Objetivo: Describir sistemas de herencia extracromosomal y su aplicación en el fitomejoramiento, Contenido: Herencia materna y efectos maternos. Herencia de los organelos: edición del ARN, el código genético. Variegación del color de las hojas en las

5 plantas. Resistencia a antibioticos y herbicidas. Androesterilidad. Mutantes mitocondriales defectuosos en respiración. Origen evolutivo de los organelos. Transmisión citoplásmica en los simbiontes. La Eva mitocondrial. UNIDAD XIII. Mecanismos moleculares de la mutación y la reparación. Objetivo: Explicar la acción de los agentes mutagénicos sobre el ADN y describir como se utilizan en el laboratorio para su aplicación en la agricultura, la medicina y la industria. Conocer la estructura de los transposones y su aplicación en la obtención de mutantes útiles para el estudio de procesos biológicos. Contenido: Tipos de mutación: en líneas germinales y en células somáticas, mutaciones condicionales, clasificación por función. Bases moleculares de la mutación: sustituciones de nucleótidos, mutaciones sin sentido, inserciones, deleciones y mutaciones por cambio de marco de lectura. Elementos genéticos transponibles: mecanismos moleculares de la transposición, elementos genéticos como agentes de mutación; RIP, una defensa contra los transposones. Mutación espontánea: la naturaleza no adaptativa de la mutación, estimación de las tasas de mutación, Hot spots. Mutágenos: análogos de bases, agentes químicos, radiación UV, radiación ionizante. Mecanismos de reparación del ADN: AP, fotorreactivación, reparación por escisión, reparación postreplicación, sistema de reparación SOS. Mutaciones reversas y supresoras. Supresión intragénica. Supresión intergénica. UNIDAD XIV. Introducción a la ingeniería genética y la genómica. Objetivo: Describir técnicas y estrategias útiles para la clonación y caracterización de genes de interés agrícola. Contenido: Enzimas de restricción y vectores. Estrategias de clonación. Detección de moléculas de ADN recombinante. Organismos transgénicos. Mutagénesis sitiodirigida y mutaciones knockout. Algunas aplicaciones de la Ingeniería Genética. Análisis de genomas complejos. Genomica funcional: chips de ADN. Circuitos metabólicos. VI. METODOLOGÍA DE TRABAJO El contenido se abordará a base de lecturas de artículos y capítulos de libros que los estudiantes realizarán extraclase a fin de que obtengan conocimientos previos para su exposición y discusión en las horas de clase programadas. Las clases consisten en exposiciones apoyadas principalmente en el uso de acetatos y diapositivas, con la participación activa de los estudiantes, utilizando técnicas pedagógicas de aprendizaje por descubrimiento, avanzando en base a preguntas y respuestas. Estos

6 contenidos son reforzados y ampliados con reportes y trabajos de investigación. VII. FORMA DE EVALUACIÓN DEL CURSO La evaluación se hará considerando tres exámenes de reconocimiento (70%), tareas y trabajos de revisión bibliográfica (valor de 20%) y considerando la participación activa de los estudiantes (valor de 10%). VIII. BIBLIOGRAFÍA 1. Bibliografía básica Alberts B, Bray D, Lewis J, Raff M, Roberts K, Watson JD Molecular Biology of the Cell. Garland Publishing Inc. New York. 1294p. Brown T.A Gene cloning. An Introduction. Second Edition. Chapman and Hall. England. 286 p. Campbell MA, Heyer JL Genomics, Proteomics & Bioinformatics. CSHL Press. 352p. Hartl, DL., Jones, E.W Genetics: analysis of genes and genomes. Fifth Edition. Jones and Bartlett. Publishers. USA. 858 p. Hiroaki K Foundations of Systems Biology. The MIT Press. Cambridge Massachusetts. 297p. Lewin B Genes VII. Oxford University Press. USA p. Lodish H, Berk A, Zipurski SL, Matsudaira P, Baltimore D, Darnell J Molecular Cell Biology. Freeman and Co. 1084p. Mount DW Bioinformatics. Sequence and Genome Analysis. CSHL Press. 564p. Miesfeld R.L Applied molecular genetics. Wiley-Liss. New York. 293p. Butterworths. USA. Suzuki T.D., F.J.A. Griffiths., J.H. Miller., and R.C. Lewontin An introduction to genetic analysis. Fourth edition. W. H. Freeman and Company. USA. 768 p. Watson JD, Gilman M, Witkowski J, Zoller M Recombinant DNA. Scientific American Books. New York. 626p.

7 2. Revistas periódicas para consulta de temas actuales Annual Review of Genetics Annual Review of Microbiology EMBO Journal Journal of Bacteriology Journal of Molecular Biology Molecular an General Genetics Nature Nucleic Acids Research Proc. Natl. Acad. Sci. USA. Science Scientific American Trends in Biotechnology (TIBTECH)