PLANIFICACIÓN DE ASIGNATURA I IDENTIFICACION GENERAL DE LA ASIGNATURA CARRERA Bioquímica DEPARTAMENTO Biología ASIGNATURA BIOLOGIA MOLECULAR I CÓDIGO 66127 PRERREQUISITOS Genética y Bioquímica I CREDITOS (TEL) 4-2-0 AÑO Primer semestre 2010 RÉGIMEN DE ASISTENCIA Libre asistencia en la teoría Palabras Claves Procariontes,, replicación, transcripción, traducción, reparación, recombinación, ingeniería genética TEORIA 64 HORAS PEDAGÓGICAS EJERCICIO 0 LABORATORIO 0 II DESCRIPCION DE LA ASIGNATURA La asignatura es teórica y tiene como orientación entregar información básica de biología molecular haciendo notar las diferencias en los mecanismos de replicación del genoma y expresión génica que existen entre procariontes y. El programa se divide en unidades que se refieren a estructura y función de los ácidos nucleicos, replicación del genoma, expresión génica y los fundamentos teóricos de las técnicas de DNA recombinante o ingeniería genética. III OBJETIVO GENERAL Al finalizar el curso se espera que los alumnos sean capaces de: 1.- Entender los mecanismos moleculares básicos que comprenden el dogma central de la biología molecular. 2.- Estar familiarizado con la estructura y propiedades de los distintos elementos y los mecanismos que gobiernan cada etapa del flujo de la información genética, tanto en procariontes como en. 3.- Tener una base sólida de los aspectos teóricos de las técnicas de DNA recombinante. 4.- Comprender y aprender a aplicar las distintas técnicas de DNA recombinante que permiten amplificar un gen, clonarlo, secuenciarlo, introducirle mutaciones, estudiar su número de copias en el genoma, analizar sus transcritos y determinar la cantidad relativa de ellos, analizar la presencia y cantidad de los productos codificados. IV CAPACIDADES A LOGRAR POR EL ALUMNO Reconocer las características y propiedades de los ácidos nucleicos Comprender los mecanismos de replicación del genoma de y procariontes Reconocer los mecanismos de recombinación genética Entender los principios que rigen la expresión y regulación génica tanto de procariontes como de. Comprender y manejar los conceptos teóricos de las técnicas de DNA recombinante.
V UNIDADES TEMÁTICAS UNIDAD I: Estructura y Propiedades de Acidos Nucleicos Nº HORAS 4 Aprendizajes Esperados Criterios de evaluación Contenidos -Identificar la estructura y propiedades de los ácidos nucleicos y sus componentes -Reconocer estructura de un gen -Identifica tipos de estructuras de DNA y RNA -Reconoce estructura de bases nitrogenadas, nucleósidos y nucleótidos -Describe las propiedades de los ácidos nucleicos -Reconoce un marco de lectura abierto (ORF) en una secuencia de DNA -Identifica regiones regulatorias de la expresión de un gen en procariontes y -Estructura de ácidos nucleicos -Estructura y nomenclatura de nucleótidos -Propiedades químicas y fisicoquímicas de los ácidos nucleicos -Secuencias génicas codificantes -Secuencias génicas regulatorias UNIDAD II: Biología Molecular de Procariontes Nº HORAS 16 Aprendizajes Esperados Criterios de evaluación Contenidos -Describir la estructura y -Identifica la estructura y -Genoma y replicón de funciones del genoma de propiedades del genoma de procariontes procariotes procariotes -Origen de replicación -Explicar el funcionamiento -Describe el concepto de -Enzimología de la replicación del del replicón de bacterias replicón de procariotes DNA en bacterias -Reconocer los componentes -Identifica la maquinaria de -Mecanismo semi-conservativo y del proceso de replicación replicación del genoma de semi-discontinuo del DNA de E. coli procariotes -Horquillas de replicación -Describir el tipo de -Describe el mecanismo de mecanismo que opera replicación durante la replicación del -Esquematiza el proceso de DNA replicación y sus principales -Describir el proceso de síntesis de RNA en bacterias -Reconocer los distintos componentes que participan en la transcripción en E. coli componentes -Describe el proceso de transcripción, los productos resultantes y la direccionalidad de su síntesis -Identifica los distintos componentes que participan en el proceso de transcripción -Mecanismo de la transcripción en procariotes -RNA polimerasa procarionte, promotor, operadores, sitios de unión de activadores -Describir el código genético y su rol esencial en el -Reconoce el concepto de triplete o codón. -Código genético -Traducción, iniciación, elongación
proceso de síntesis de proteínas -Analizar los mecanismos que regulan la expresión de los genes en procariontes -Identifica el codón de inicio y los codones de término de la traducción -Describe mecanismo de síntesis de proteínas en bacterias -Identifica los principales componentes de la traducción Reconoce los distintos componentes y mecanismos que regulan la expresión génica en bacterias y término -Especificidad y direccionalidad -Ribosomas, mrna, trna y factores de traducción -Concepto de operón, operón lac, operón trp -Promotores, operadores y represores, sitio de unión de activadores, efectores UNIDAD III: Reparación, recombinación y transposición Nº HORAS 4 Aprendizajes Esperados Conocer mecanismos de reparación del DNA en Conocer mecanismos de recombinación en y factores implicados Conocer los elementos genéticos móviles y el mecanismo de transposición en Criterios de evaluación -Reconoce diferentes tipos de daño del DNA -Identifica mecanismo de reparación en y procariontes -Reconoce mecanismos de recombinación en procariontes y Reconoce los distintos tipos de elementos genéticos móviles y mecanismo de replicación e inserción en el genoma Contenidos -depurinación, desaminación de la citosina, dímeros de pirimidinas -reparación por escisión de bases, DNA glicosilasas, AP endonucleasas -reparación por escisión de nucleótido, rastreo de distorsión del DNA, DNA helicasa -ruptura de la doble hebra, unión de extremos no homólogos en, unión de extremos homólogos en bacteria - respuesta SOS en bacteria, DNA polimerasas adicionales para reparación en - Daño en el DNA bloquea progresión del ciclo celular -Recombinación general u homóloga, crossing-over en meiosis, proteína reca y Rad51, sinapsis de DNA, estructura de Holliday, formación de heteroduplex -Recombinación sitio específica, elementos genéticos móviles, virus, recombinación transposicional y conservativa -Estructura de transposones y retrotransposones -Mecanismo de transposición replicativa y no replicativa -Retrotransposones de tipo viral y con secuencia de poli-a
-Mecanismos de replicación e inserción de transpones y retrotransposones -Estructura de tranposasas e integrasas -Transposones bacterianos de las familias Tn y Mu -Transposones Mariner y Ty de levadura -Retrotransones tipo LINE y SINE en animales UNIDAD IV: Biología Molecular de Eucariontes Nº HORAS 16 Aprendizajes Esperados Criterios de evaluación Contenidos Conocer la estructura de la cromatina en Conocer el sistema de replicación del DNA en Reconoce la estructura de la cromatina y niveles de condensación del ADN en Reconoce las distintas DNA polimerasas, factores de replicación y el mecanismo de acción -Estructura nucleosomas, espontaneidad de ensamblaje -Estructura de histonas H2a, H2b, H3 y H4 y etapas del ensamblaje -Niveles de condensación, fibra de 10 nm, fibra de 30 nm, loops, rosetas y coils -Rol de la histona H1 en compactación -- - Acetilación, metilación y fosforilación de histonas y sus funciones - Compactación y descompactación de la cromatinas, acetilasas y complejos de remodelamiento -Replicación en es semiconservativa, simultánea y bidireccional - DNA polimerasas α, β, γ, δ y ε, partidores, velocidad, procesividad -Síntesis de DNA semidiscontinua en horquilla replicativa -Orígenes de replicación en superiores y ARS de levadura Conocer el sistema basal Reconoce los distintas -Tipos de RNAs en, de transcripción en RNA polimerasas, los informacionales, estructurales, noncoding factores basales de y micro RNAs y sus funciones transcripción y el -Estructura, función y propiedades de las mecanismo de RNA polimerasas I, I y III ensamblaje y acción -Estructura y función de los factores de transcripción del sistema basal, TBP (TFIID), TFIIA, TFIIB, TFIIF-RNApol, TFIIE y TFIIH y ensamblaje del complejo de inicio -La holoenzima eucarionte y el concepto de factoría de RNA Conocer sistema de Reconoce los distintos -Secuencias regulatorias proximales,
regulación de la transcripción en Conocer el sistema de procesamiento de RNam y remoción de intrones Conocer el sistema de traducción en tipos de factores de regulación de la RNA polimerasa II y el mecanismo de regulación Reconoce la estructura del spliceosoma y el mecanismo de procesamiento y remoción de intrones Reconoce la estructura de los ribosomas y le mecanismo de traducción distales, enhancers y UAS en levadura -Efecto sinérgico de los factores de regulación y acción sobre sistema basal -Dominios modulares de unión al DNA y de activación -Dominios de unión al DNA, dedo de zinc, dominio homeótico, cierre de leucinas-región básica, hélix-loop-helixregión básica. Ejemplos de factores de mamíferos y levadura. -Dominios de activación, ácídico, rico en prolina, rico en glutamina. Ejemplos de de factores en mamíferos y levadura. - Mecanismo de activación de los factores de regulación -Adición del cap en 5 y guanilil transferasas -Adición de cola de poli-a en 3 y polia polimerasa -Secuencias de reconocimiento en intrones y mecanismo de transesterificación -Estructura del spliceosoma, estructura y función de los snrnas -Mecanismo de splicing y control - Mecanismos de trans-splicing -Exportación de RNAm maduros -Código genético -Marco de lectura abierto (ORF) -Estructura, modificación de bases y función de los trnas -Estructura y función aminoacil trna sintesasa -Estructura del ribosoma -Mecanismo de traducción, iniciación, elongación, término UNIDAD V: Ingeniería Genética Nº HORAS 24 Aprendizajes Esperados Criterios de evaluación Contenidos -Conocer metodología de -Reconoce los métodos y sus -Técnicas de ruptura de bacterias, purificación de ácidos principales etapas para aislar hongos, células vegetales y animales nucleicos a partir de y purificar ácidos nucleicos -Aislamiento y purificación de DNA distintos tipos de células -Explica las principales genómico (bacterias, hongos, células metodologías de aislamiento -Aislamiento y purificación de DNA
vegetales y animales) -Entender principios para purificar diferencialemente DNA genómico y DNA plasmidial -Contrastar distintos métodos de cuantificación de ácidos nucleicos -Conocer los distintos sistemas de modificaciónrestricción de procariontes y analizar la utilidad que presentan para su aplicación en las técnicas de DNA recombinante - Estudiar la función de las distintas enzimas que se utilizan en Ingeniería Genética -Conocer la estructura, propiedades y utilización de los principales vectores de clonamiento bacterianos -Conocer y aprender la base conceptual de los mecanismos clásicos de transformación bacteriana y de los métodos de selección de los clones recombinantes -Conocer y entender la utilidad de vectores de clonamiento lineales y circulares derivados del fago y vectores de DNA y purificación de DNA plasmidial -Distingue las diferencias experimentales entre DNA plasmidial y DNA genómico -Reconoce los distintos tipos de enzimas de restricción y su especificidad -Describe la utilidad de las enconucleasas de restricción en el clonamiento de genes y en las estrategias experimentales generales de la ingeniería genética -Conoce el mecanismo de las enzimas más utilizadas en DNA recombinante -Describe la estructura y función de los principales vectores de clonamiento bacterianos -Describe los principales métodos de transformación bacteriana -Distingue las principales etapas de la metodología y su base racional -Describe los principales tipo de vectores de clonamiento derivados del fago - Describe los principales tipo de vectores de DNA de plasmidial -Endonucleasas de restricción tipo I, estructura, nomenclatura, propiedades generales y mecanismo. -Endonucleasas de restricción tipo III, estructura, nomenclatura, propiedades generales y mecanismo. -Endonucleasas de restricción tipo II, estructura, nomenclatura, propiedades generales y mecanismo. -Concepto de isoesquizómero. -DNAsa I, RNasa A, nucleasa S1, polinucleótido quinasa, transferasa terminal, fosfatasa alcalina, exonucleasa III, exonucleasa Bal31, DNA polimerasa I de E. coli, DNA polimerasa del fago T7, DNA ligasa del fago T4 y otras. -Estructura y replicación de plásmidos derivados del replicón pmb1, pbr322, serie puc -Incompatibilidad -Concepto de alto y bajo número de copias. -Marcadores de selección. -Estrategias de clonamiento -Método del cloruro de calcio, procedimiento y etapas críticas. -Transformación por electroporación. -Biobalística -Mecanismos de selección de los transformantes y recombinantes. -Controles de la eficiencia de transformación. -Ciclo infectivo del fago -Vectores derivados del fago -Ciclo infectivo del fago M13 -Vectores derivados del fago M13
de simple hebra derivados del fago M13. -Conocer metodologías de mutagénesis sitio dirigida mediada por oligonucleótidos usando vectores de DNA de simple hebra. -Estudiar los distintos métodos de marcación de DNA y establecer una comparación de los métodos radiactivos y no radiactivos en cuanto a la sensibilidad, estabilidad, costos, tiempo, peligros de manipulación, etc. -Conocer y aplicar la metodología de detección de genes clonados o presentes en un genoma cualquiera así como la determinación de la expresión de un gen mediante el análisis de los niveles de mrna o de la cantidad de polipéptido -Aprender los fundamentos teóricos y las aplicaciones de la técnica de PCR y retro-pcr. simple y doble hebra derivados del fago M13 -Explica y aplica el proceso de mutagénesis sitio dirigida mediada por oligonucleótidos, usando vectores derivados del fago M13 -Reconoce y aplica los distintos métodos para marcar el DNA de tipo radiactivos y no radiactivos. -Reconoce, describe y aplica las distintas técnicas de detección de DNA, RNA y proteínas Reconoce, describe y aplica los conceptos de la técnica de PCR -Mutagénesis sitio dirigida mediada por oligonucleótidos -Marcación de moléculas de DNA en los extremos 5 usando polinucleótido quinasa y [ - 32 P]-ATP o [ - 35 S]-ATP -Marcación de moléculas de DNA en los extremos 3 usando desoxinucleotidil transferasa terminal y [ - 32 P]ddNTP o [ - 35 S]ddNTP. -Marcación de moléculas de DNA mediante el método de nick translation usando nucleótidos marcados con 32 P, 35 S, biotinilados o con digoxigenina. -Marcación de moléculas de DNA utilizando random primers y nucleótidos marcados con 32 P, 35 S, biotinilados o unidos a digoxigenina. -Hibridación tipo Southern (uso y diseño de sondas homólogas y heterólogas) -Northern blot -Western blot -Etapas de cada ciclo de la reacción de amplificación -Parámetros críticos (temperatura de apareamiento de los primers y concentración de Mg +2 ). -La Taq DNA polimerasa y sus propiedades (fidelidad). Otras polimerasas termoestables. -Tipos de muestras que se pueden amplificar. -Secuenciación directa de productos
-Conocer los métodos de secuenciación, su utilidad y las estrategias que permiten la secuenciación de fragmentos de DNA de gran tamaño. -Conocer los distintos tipos de vectores y las distintas estrategias para la expresión de genes homólogos y heterólogos en E. coli. -Conocer los distintos tipos de vectores de clonamiento y expresión de levaduras, manejar información relativa a su estructura y propiedades. -Entender los métodos de transformación de levaduras. -Conocer los distintos tipos de vectores de clonamiento y expresión derivados de baculovirus y su utilización para la expresión de genes eucarióticos. -Conocer tipos de vectores de clonamiento y expresión para eucariotes superiores y las metodologías utilizadas para la expresión de genes de mamíferos. -Describe los distintos métodos de secuenciación de DNA -Reconoce las diferencias entre las distintas estrategias de secuenciación Reconoce y aplica los distintos tipos de vectores de expresión de genes de E. coli -Reconoce, describe y aplica los distintos tipos de vectores de clonamiento y expresión de Saccharomyces cerevisiae -Describe los distintos métodos de transformación de levaduras -Aplica el conocimiento del sistema de clonamiento y expresión de genes en células de insectos, utilizando vectores derivados de baculovirus Describe los sistemas de expresión en células de eucariotes superiores de PCR. -Detección de mutaciones usando PCR. -Monitoreo y detección de patologías (oncogenes, patógenos, etc.) mediante PCR. -Preparación de cdnas, clonamiento y determinación de los niveles de expresión de genes por retro-pcr. -Método de Sanger o método de terminación de la cadena mediado por dideoxinucleótidos -Método de Maxam -Gilbert o método de la degración química del DNA -Secuenciación al azar -Secuenciación automatizada -Vectores para expresar genes heterólogos como proteínas de fusión -Vectores que permiten la producción de proteínas nativas intactas -Vectores de secreción -Sistemas de expresión alternativos - Vectores integrativos -Vectores replicativos -Vectores centroméricos -Cromosomas artificiales de levaduras -Vectores de expresión -Métodos de transformación - Cultivos de células de insectos - Tipos de vectores -Clonamiento usando vectores de baculovirus -Cuantificación y caracterización de los productos de expresión -Métodos de transformación y transfección - Marcadores de selección - Vectores virales
VI PONDERACIÓN DEL PROCESO EVALUATIVO Unidad I y II 33% Unidad III y IV 33% Unidad V 34% VII BIBLIOGRAFÍA BÁSICA -Lewin, B. (2007). Genes IX. Jones & Bartlett Publishers. -Watson, J.D., Baker, T.A., Bell, S.P., Gann, A., Levine, M., and Losick, R. (2007) Molecular Biology of the Gene, Sixth Edition. Benjamin Cummings. -Sambrook, J. and Russell, D. W. (2001). Molecular cloning: a laboratory manual. Cold Spring Harbor, Laboratory. Cold Spring Harbor, N.Y., USA. -Watson, J.D., Myers, R.M., Caudy, A.A. and Witkowski, J.A. (2006) Recombinant DNA: Genes and Genomes A Short Course, Third Edition. W.H. Freeman and Company. New York.