GENTICA BACTERIANA POR M EN C ADA ELIA

GENÉTICA BACTERIANA POR M EN C. ADA ELIA DÍAZ GONZÁLEZ BORJA OCTUBRE 2015 1

PROGRAMA EDUCATIVO: LICENCIATURA EN BIOLOGÌA UNIDAD DE APRENDIZAJE VIRUS Y BACTERIAS UNIDAD DE COMPETENCIA x OBJETIVO Que el estudiante adquiera nociones sobre la genética bacteriana. 2

GENERALIDADES La información genética de procariontes, esta codificada por la molécula de ADN. La trasmisión de la información hereditaria necesita de la replicación idéntica de la molécula de ADN, que contiene la información genética. En virus la información genética esta contenida en el ARN. El genoma, es la copia simple de la información genética de una célula. Genes son segmentos que tienen funciones específicas, estos contienen secuencias de nucleótidos. 3

ESTRUCTURA DEL ADN El ácido desoxirribonucleico (ADN), es un polímero compuesto por millones de nucleótidos unidos en cadena mediante enlaces fosfodiéster. Nucleótido formado por: 1 mol. Desoxirribosa 1 base nitrogenada 1 ácido fosfórico 4

ADN Bases púricas Adenina, guanina Bases pirimídicas Tiamina, citosina 5

ESTRUCTURA DEL ADN El ADN de las bacterias, es un ADN de doble cadena, compuesto por dos cadenas paralelas con polari-dad opuesta, forman una doble hélice, estabilizada por puentes de hidrógeno. Una purina siempre se aparea con una pirimidina y los puentes de hidrógeno solo se forman entre adenina y tiamina o entre guanina y citosina. Configuración tridimensional. 6

Determinación del porcentaje guanina + citosina Importancia: Establecer el grado de relación existente entre bacterias fenotípicamente similares. El ADN, es desnaturalizado por aplicación de calor Ya desnaturalizado, aumenta su capacidad de absorción para la luz ultravioleta con ʎ de 260 nm. Permite estimar la composición del ADN de los microorganismos en relación a contenido de guanina y citosina, que constituye un parámetro útil. especie % guanina citosina Clostridium perfringes Listeria monocytogenes Streptococcus agalactie 26 37 - 39 34 7

HIBRIDACIÓN DEL ADN Establece la relación genética que guardan entre sí dos bacterias, al extraer el ADN de ambas bacterias. Es un proceso de desnaturalización térmica del ADN de doble cadena. Características: Este proceso puede ser reversible bajo condiciones favorables de temperatura y concentración de cationes de sodio. Al permitir la reasociación en una mezcla: se forman dos moléculas híbridas integradas por una cadena de ADN de la bacteria A y otra cadena de la bacteria B. Su temperatura óptima de reasociación es de 25 a 30 ºC. 8

ADN FUNCIONES AUTOCATALITICA Síntesis y autoduplicación HETEROCATALITICA Sintesis de proteínas Fase de transcripción Fase de traducción Síntesis de ARN Síntesis de proteínas 9

FUNCIONES DEL ADN FUNCIÓN AUTOCATALÍTICA: El ADN debe de ser capaz de autoduplicarse, para que este pueda contener y trasmitir la información genética. Ø FUNCIÓN HETEROCATALÍTICA: Consiste de dos fases Fase de Transcripción: la secuencia de nucleótidos del ADN es utilizada como molde para la síntesis de ARN, que puede ser de tres tipos ARNr, ARNm y ARNt. En organismos procariotas las tres especies de ARN se originan a partir de porciones distintas (GENES) de ADN. 10

FUNCIONES DEL ADN Ø Fase de Traducción: Las moléculas de ARNm se asocian temporalmente con los ribosomas que contienen (ARNr, con el ARNt y con otros factores presentes en el citoplasma, para que la secuencia de nucleótidos del ARNm sea traducida en proteínas con una secuencia específica de aminoácidos. 11

SÍNTESIS Y AUTODUPLICACIÓN DEL ADN La autoduplicación, es una propiedad fundamental de todas las especies vivientes. El material genético se auto reproduce por duplicación. Reparación del material genético Aún cuando la molécula de ADN, contiene la información para su propia duplicación, carece de la capacidad para ejecutar la actividad por sí misma 12

SÍNTESIS Y AUTODUPLICACIÓN DEL ADN Se lleva a cabo en: forma semiconservativa: las cadenas que forman la doble hélice se separan y cada una de ellas sirve como molde para la síntesis de una nueva cadena complemenaria. Es decir, se originan dos moléculas de ADN, cada una de ellas compuesta de una hebra de el ADN original y de una hebra complementaria nueva. 13

ENZIMAS QUE INTERVIENEN EN LA SÍNTESIS Y REPLICACIÓN DEL ADN HELICASA: Ø Enzima que se encarga de separar la doble hélice ó hebra de tal forma que se puedan formar los primers y luego se lleve a cabo la replicación. § PROTEINAS AFINES AL ADN DE CADENA SENCILLA: Ø Ayudan Ø en el proceso de desestabilización de la doble hélice. Protegen a las cadenas de ADN de la acción de nucleasas intracelulares que tienden a degradar al ADN de cadena sencilla. 14

ENZIMAS EN LA SÍNTESIS Y REPLICACIÓN DEL ADN GIRASAS La DNA Girasa es la encargada de desenrollar la doble hélice, para que la replicación se pueda llevar a cabo. ADN POLIMERASA III Ø Enzima que cataliza la polimerización de los desoxirribonucleótidos en la dirección 3’ 5’, sin embargo no puede iniciar de novo la cadena de ADN y requiere, además de la cadena que le sirve como molde, la formación de un fragmento polinucleótido que sirva como fragmento iniciador. Ø Funciona como exonucleasa en dirección, 3’ 5’, actividad que permite corregir errores en la polimerización y en el apa- ramiento de bases con la cadena que funciona como molde. 15

ARN-POLIMERASA: Ø Enzima que cataliza la polimerización de los desoxirribonucleótidos en la dirección 3’ 5’ Ø Tiene la capacidad de sintetizar de novo la cadena de polinucleótidos Ø Forma el fragmento iniciador sobre el cual la ADN polimerasa pueda iniciar la polimerización de los desoxirribonucleótidos. Ø Como el fragmento iniciador es un fragmento de ARN y no de ADN, este último tiene que ser removido y reemplazado por un fragmento de ADN. 16

ADN POLIMERASA I: Ø Al igual que la ADN poli III, cataliza la polimerización de los desoxirribonucleótidos en la dirección 3’ 5’, a partir de la cadena preexistente. Sin embargo la cadena de ADN polimerasa posee actividad exonucleólitica no solo en dirección 5’ 3’. Ø Función: consiste en remover el fragmento de ARN iniciador en dirección 5’ 3’ y sustituirlo con ADN utilizando como fragmento iniciador al extremo 3´ del ADN de un fragmento. 17

ADN LIGASA Enzima responsable de unir el extremo 5 P de un fragmento con el extremo 3´-OH de otro adyacente mediante un enlace fosfodiéster Ø Interviene en procesos de reparación del ADN. 18

TRANSCRIPCIÓN O SÍNTESIS DE ARN Proceso por el cual la información almacenada en la molécula de ADN, es empleada para codificar la síntesis de ARN. En la transcripción el ADN, sirve como plantilla para la síntesis de ARN, de esta manera se logra la transferencia precisa de la información para la expresión final de la información genética. La transcripción del ADN resulta en la producción de 3 clases de ARN. Ø ARNr ribosomal Ø ARNt de transferencia Ø ARNm mensajero 19

TRANSCRIPCIÓN O SÍNTESIS DE ARN: La transcripción o síntesis de ARN es similar al proceso de síntesis de ADN. § La doble hélice de DNA debe separarse momentánea y reversiblemente a fin de que cada una de las cadenas, funcione como molde para la polimerización de ribonucleótidos con secuencia complementaria a la cadena ADN, en la dirección 5’ 3’. § La cadena utilizada como molde durante el proceso de transcripción, puede no ser la misma para genes distintos. 20

ARN POLIMERASA Es la enzima responsable de la transcripción o síntesis de ARN. Es una enzima compleja que puede existir en dos formas: A. Enzima completa/ o holoenzima B. Enzima incompleta, contiene solo la estructura central de la holoenzima. La ARN polimerasa es la enzima responsable de la síntesis de ARN 21

El centro de la enzima esta constituido por 4 distintos polipéptidos: Ø 2 polipéptidos alfa Ø 1 polipéptido beta prima Ø 1 polipéptido omega * la holoenzima contiene 1 polipéptido adicional denominado sigma. Polipéptido sigma: Ø Función reconoce las secuencias específicas de ADN, denominadas promotores, que corresponden al inicio de un gen y por lo tanto señalan el sitio donde debe iniciarse el proceso de transcripción. 22

Ø Una vez iniciada la transcripción, el polipéptido sigma se separa de la ARN polimerasa y el centro de la enzima continua la síntesis de ARN. Ø El inicio de la cadena ADN debe terminar en un punto específico señalado en el ADN mediante una secuencia específica de nucleótidos Ø El centro de la ARN polimerasa no es capaz de reconocer dicha señal, por lo que se requiere de la participación de otro factor compuesto por 4 o más polipéptidos idénticos, denominado factor rho. 23

SÍNTESIS DE PROTEÍNAS 24

SÍNTESIS PROTEÍCA La traducción del mensaje genético, también se conoce como síntesis de proteína. En la síntesis de proteínas participan: los tres tipos del ARN (ribosomal, de transferencia y mensajero), que consiste en transferir la información obtenida de la secuencia de bases de nucleótidos en el ADN a la secuencia de aminoácidos (a. a. ) en la cadena polipéptida de una proteína. La síntesis de proteínas o traducción del código genético ocurre en los ribosomas del citoplasma celular. Estos proveen la estructura y soporte estructural, para el alineamiento en el proceso de traslado en la la síntesis de las proteínas. 25

Una distorsión en la configuración adecuada de los ribosomas: v v Impide él intercambio de la información en forma adecuada E impide la expresión de la información genética. La transferencia de la molécula de ARN: v v Lleva los a. a. al sitios de síntesis proteíca, Y los alinean adecuadamente para que los a. a. , sean incorpora-dos a una cadena polipéptida. Molécula de ARNm v El ARNm contiene la información codificada e indica la secuencia de aminoácidos en la cadena polipéptida. 26

EL CODIGO GENÉTICO v. El código genético también se conoce como código triplete, debido que dentro del ARMm, se usan tres nucleótidos secuenciales para codificar un aminoácido determinado. v. Cada una de las secuencias nucleótidas del triplete se conoce como codón. v. Función del codón: traslada la información genética dentro de las proteínas funcionales. v. Como hay 4 nucleótidos diferentes, hay 64 codones posibles, es decir, 64 diferentes combinaciones de los cuatro nucleótidos diferentes. 27

EL CÓDIGO GENÉTICO v. Las proteínas contienen 20 L a. a. , por lo que existen mucho más codones, para las traslación de la información genética en el interior de las proteínas. v. Más de un codón puede codificar para el mismo aminoácido y por consiguiente, se dice que el código genético es degenerado. Ejemplo: aminoácido valina, es codificado por los codones 5’GUU 3’, 5’GUC’, 5’GUA’ y 5’GUG’. El codón AUG: indica el inicio de la traducción o cadena polipéptida, representado por el codón que codifica para el aminoácido Nformilmetionina. 5’AUGUCUCAUAAAGGG………. . UGA 3´ N-formilmet--seri—his—lis—gli--…………opalo 28

Codones no sensibles, son los que no codifican aminoácidos. v Función: Señalan o indican la terminación de la síntesis de una cadena polipéptida. v Los codones que funcionan como señales terminales son tres que no codifican para ningún aminoácido son: codón UAA u ocre UAG o ámbar UGA u ópalo. 29

ALGUNAS CARACTERÍSTICAS DEL CÓDIGO GENÉTICO. A. La mayoría de los aminoácidos son codificados por más de un codón. Existen excepciones como la metionina, triptofano aminoácidos para los cuales existe un solo codón: AUG, UGG respectivamente. B. Los codones que codifican para un mismo aminoácido generalmente son diferentes en la tercera base. Sus excepciones son los codones que codifican para arginina, serina y leucina, debido a que existen 3 codones sinónimos para cada uno de estos aminoácidos. C. Además de los codones específicos para cada aminoácido, el ARNm, contiene señales que indican los lugares donde debe iniciarse y donde debe terminar la traducción de mensaje genético. 30

AMINOÁCIDOS CODIFICAN EJEMPLO Aromáticos Codones que inician con U Fenilalanina, tirosina y triptofano Hidrofílicos Codones que contienen U en la 2ª posición Fenilalanina, leucina, isoleucina, metionina y valina Hidrofóbicos Codones que contienen A en la 2ª posición Tirosina, histidina, ác. Glutámico, ac. Aspártico, lisina, y glutamina Hidrofílico Codones no contienen A en la 2ª posición Arginina. 31

§ Todos los aminoácidos aromáticos (fenilalanina, tirosina y triptofano) son codificados por codones que comienzan con U. § Todos los codones que contienen U en la 2ª posición codifican para aminoácidos hidrofóbicos (fenilalanina, leucina, isoleucina, metionina y valina). § Todos los codones que contienen A en la 2ª posición codifican para aminoácidos hidrofílicos (tirosina, histidina, ác. Glutámico, ac. Aspártico, lisina, y glutamina). § El único aminoácido hidrofílico cuyos codones no contienen A en la 2ª posición es arginina. 32

TRADUCCIÓN DEL MENSAJE GENÉTICO O SÍNTESIS PROTEÍCA Una vez finalizada la síntesis de una proteína, el ARN mensajero queda libre y puede ser leído de nuevo. De hecho, es muy frecuente que antes de que finalice una proteína ya está comenzando otra, con lo cual, una misma molécula de ARN mensajero, está siendo utilizada por varios ribosomas simultáneamente. 33

TIPOS Y FUNCIONES DEL RNA Ribosomal: ARNr es el más abundante de la célula bacteriana, representa del 60 a 80% del total de ARN. Los ribosomas contienen 60 % de ARN y 40 % de proteína. Poseen un coeficiente sedimentación 70 S. de Forma parte de los ribosomas, junto con varias proteínas. 34

Mensajero: ARMm Posee en promedio 1000 o 1500 nucleótidos, corresponde aproximadamente al 5% del total de ARN. Lleva una copia del código genético obtenida a partir de la secuencia de bases del ADN celular. Es el que lleva el mensaje, es decir codifica da un orden específico de los a. a de cada una de las proteínas sintetizadas. 35

Tranferencia: ARNt posee entre 80 y 90 nucleótidos, representa el 45% del total de ARN. Acarrea e incoorpora aminoácidos en la cadena polipéptidica naciente durante el proceso de traduccción Activa a los aminoácido (a. a) y los transporta hasta los ribosomas, para la síntesis de las proteínas. 36

Papel del ARNt: ARNt posee entre 80 y 90 nucleótidos, representa el 45% del total de ARN. Función: lleva a los aminoácidos a los ribosomas y los alinea adecuadamente durante la traduccción. Activa a los aminoácido (a. a ) y los transporta hasta los ribosomas, para la síntesis de las proteínas. 37

BIBLIOGRAFIA Madigan, M. T. ; 1996 Biología de los Microorganismos (10ª ed. ) Pearson Education S. A. Madrid España. Broock Thomas 1991. Microbiología. Prentice Hall. 6 a Edición. México. 38

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