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uninada y conseptos vacicos de genetica
Tipo: Apuntes
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Unidad temática 1: Genética Molecular. Estructura y funcionamiento del material genético. Alteraciones génicas en animales. PARA EL FINAL: Saber explicar cada tema del programa-TODOS Contenidos : Bases químicas de la herencia. Ácidos nucleicos, estructura, función y localización. Genotipo. Fenotipo. Flujo de la información genética. Replicación del ADN. Código genético. Transcripción del ADN. Traducción del ARN mensajero. Síntesis de proteínas. Regulación de la expresión génica en eucariotas. Tipos de ácidos nucleicos. Ácido desoxirribonucleico (ADN) de secuencia única y de secuencia repetitiva. Estructura de un gen eucariota. Marcadores moleculares. Técnicas moleculares para el análisis de ADN. Clonación de genes. Modificación del potencial genético de los organismos. Animales transgénicos en mejoramiento animal. Producción de proteínas y vacunas recombinantes. Metodología de la Reacción en Cadena de la Polimerasa (PCR) y sus aplicaciones en el diagnóstico de: enfermedades genéticas animales y paternidad. Southern blot, western blot y northern blot. Herramientas biotecnológicas para la manipulación de genes. Tecnología del ADN recombinante y su aplicación en medicina veterinaria. Introducción a la ingeniería genética y biotecnología. Mutaciones génicas, clasificación. Enfermedades genéticas, clasificación. Errores congénitos del metabolismo. Estado actual de los Proyectos Genomas Animales. Diagnóstico molecular de enfermedades genéticas e infecciosas. Verificación de parentesco (filiación). Clonación animal. Microchips de ADN Genética Estudia cómo es la transmisión de los genes de una generación a otra y cómo las características en los individuos (caracteres) varían. Herencia genética: es el proceso por el cual los padres transmiten parte de sus genes a sus hijos. Los individuos de una especie tienen características similares, pero raramente son idénticos, la diferencia entre ellos se llama variación. La evolución se basa en la variación genética que se transmite de una generación a otra. Las características favorables se “seleccionan”, sobreviven y se transmiten. Cada gen tiene la información en código que al decodificarla se obtendrá una proteína la cual se va a manifestar en un determinado carácter visible o no visible del organismo. Gregor Jhonn Mendel Leyes de la Herencia. Mendel y la transmisión de los caracteres. Los caracteres están controlados por unidades discretas que hoy llamamos genes. Charles Darwin Las mutaciones son cambios heredables en la secuencia del ADN y son la fuente de toda la variación genética. Gen: Unidad de la herencia
Cromosoma: Los cromosomas son Estructuras portadoras de genes en el núcleo de una célula. Compuestos principalmente de ADN y proteínas. Solo son visibles al microscopio con aumento durante ciertas etapas de la división celular. El ADN (también ARN) y las proteínas son los principales componentes químicos de los cromosomas. El ADN es el portador de la información genética. Todos los organismos celulares (procariotas y eucariotas) tienen ADN de doble cadena como molécula hereditaria. La estructura del ADN es antiparalela, semiconservada, complementaria Cada especie tiene un número característico de cromosomas: Número diploide (2n) , es el número de cromosomas que tiene cada una de las células somáticas de un individuo. Cada cromosoma tiene un homólogo (idénticos en forma, tamaño, genes, aunque no necesariamente la misma variante de cada gen), uno es de origen paterno y el otro materno, son llamados par de cromosomas homólogos. Los caracteres hereditarios están controlados por genes localizados en los cromosomas , que son fielmente transmitidos a través de los gametos ( óvulos y espermatozoides que tienen la mitad del material genético original ) , manteniendo la continuidad genética de generación y generación. Genotipo : composición genética de un individuo. Es la dotación de genes que lleva un individuo. Fenotipo : manifestación de ese genotipo. Son características/rasgos observables o medibles de un individuo. Un cambio en el genotipo produce un fenotipo diferente. Un rasgo heredado está determinado por genes. Hay rasgos o caracteres codificados por un solo gen y hay rasgos poligénicos (rasgos dados por varios genes) que también están influenciados por factores ambientales. Rasgos poligénicos: es aquel rasgo cuya expresión está controlada por la interacción de múltiples genes ubicados en diferentes loci de los cromosomas. La interacción del genotipo con el ambiente va a dar lugar al fenotipo. Hay tres grupos de características de salud o de enfermedades genéticas:
Flujo de la información genética El ADN puede replicarse, se obtienen dos moléculas idénticas. A partir del ADN por transcripción genética obtenemos un ARNm y a partir de este por traducción se obtienen las proteínas. Ribosomas: ARN+ proteínas El flujo de la información genética se da en la célula a partir del ADN que por transcripción forma el ARNm que va a salir a citoplasma donde se produce la traducción con ayuda de los ribosomas y del ARN de transferencia para formar la molécula proteica (secuencia de aminoácidos) No todo el ADN es codificante, los exones son los que expresan la información. Cuando se produce la transcripción se traduce toda la información incluyendo los intrones que después hay que quitarlos de algún modo ( splicing o maduración ). Pasos de la síntesis de proteínas: transcripción, splicing, traducción, modificaciones postraduccionales. Dos tipos de modificaciones:
inserta de forma directa, si es ARN requiera llegar a ser ADN. El ARN viral utiliza una enzima: Transcriptasa reversa y forma el ADN. El sida es un retrovirus (ARN) Las enzimas (catalizador biológico) es la clase más numerosa de proteínas. Ej proteínas: hemoglobina, insulina, colágeno, actina, miosina, inmunoglobulina, queratina (cuernos, placas, conchas y crestas). Proteínas de membrana, motoras (miosina, quinesina, dineína), proteínas que transportan oxígeno (hemoglobina), proteínas de los músculos (troponina, tropomiosina, miosina) Proteínas de la clara de huevo de gallina: ovoalbúmina, ovomucoide y lisozima En el sistema ABO de los grupos sanguíneos humanos, el grupo A tiene proteína A en la superficie del glóbulo rojo, el Grupo B tiene proteína B en la superficie, el grupo AB tiene ambas proteínas A y B , el grupo O: No tiene ninguna proteína A o B en la superficie del glóbulo rojo. La proteína Rh es otra de las que cambian el tipo de sangre, si está presente en la superficie de la célula será Rh positivo y si no está, será Rh negativo. También existen diferentes tipos de enzimas digestivas: lipasas, peptidasas, proteasas o pepsina, amilasas o carbohidrasas. Entonces en el ADN se encuentra: el gen de la: lipasa, pepsina y amilasa. Los genes housekeeping (domésticos) son genes constitutivos que se requieren para el mantenimiento de las funciones celulares basales que son esenciales para la existencia de una célula, independientemente de su función específica en el tejido o el organismo. Se expresan en todas las células de un organismo en condiciones normales y patofisiológicas, independientemente del tipo de tejido, la etapa de desarrollo, el estado del ciclo celular o la señal externa. Representan el conjunto mínimo de genes necesarios para sostener la vida. Página: OMIA- Online mendelian intheritance in animals
Desoxirribonucleótidos: formados por desoxirribosa (azúcar), grupo fosfato (ácido fosfórico), base nitrogenada. Ribonucleótidos: formados por ribosa (azúcar, posee un OH en el carbono 2), grupo fosfato (ácido fosfórico), base nitrogenada. La timina cambia por uracilo que no tiene ni grupo amino ni metilo. dAMP dGMP P dTMP dCMP La desoxirribosa carece de un átomo de oxígeno en el carbono 2 a diferencia de la ribosa. Purinas : tienen dos anillos, la adenina y guanina se diferencian porque poseen un grupo amino en distintas posiciones. Pirimidinas : tienen un anillo, la timina posee un grupo metilo y la citosina tiene un grupo amino.
Los nucleótidos (NTDs) son los monómeros de los ácidos nucleicos BASE + AZÚCAR = NUCLEOSIDO +Grupo Fosfato= Nucleótido ADN Adenina DESOXIRRIBOSA Adenosina Ácido fosfórico d-adenosina monofosfato dAMP Guanina Guanosina d-guanosina monofosfato dGMP Timina Timidina d-timidina monofosfato dTMP Citosina Citidina d-citidina monofosfato dCMP ARN Adenina RIBOSA Adenosina adenosina monofosfato AMP Guanina Guanosina guanosina monofosfato GMP Uracilo Uridina uridina monofosfato UMP Citosina Citidina citidina monofosfato CMP El material genético presenta 4 características:
ESTRUCTURA DEL ADN: antiparalela, complementaria, semiconservadora Otras características: semidiscontinua, sitios Ori, en ambas direcciones, 50.000 horquillas de replicación, 9 horas para el genoma completo, 6 enzimas más importantes: helicasa, primasa, ADN polimerasa, topoisomerasa, proteínas de unión de cadena simple, ligasa. Transcripción de ADN: (también llamada síntesis de ARN) Se lleva a cabo en G 1 principalmente, aunque también puede llevarse a cabo en G 0. Forma una molécula de ARN a partir de una molécula de ADN madre. Empieza a decodificar los genes que llevan codificada información genética. Se está expresando el material genético. El ADN de las células de todo el organismo es exactamente el mismo, con los mismos genes, pero en cada órgano se van a expresar los genes que le son necesarios a ese órgano (regulación de la expresión génica). SIEMPRE VA EN EL FINAL A partir de un ADN bicatenario se va a expresar ARN que va a llevar la información codificada desde el núcleo de la célula al citoplasma donde están los ribosomas. Dirección 5´-3´ Etapas : Iniciación, elongación, terminación Necesitamos: ✓ DNA molde : (dNMP)n Se usa de molde una molécula de ADN, pero una sola hebra (la que va de 3’ a 5’) a diferencia de la replicación que se utilizan las dos. ✓ ARN polimerasa I, II, III: es la enzima que fabrica ARN (agrega polímeros de ARN), es mucho más compleja que la ADN polimerasa, abre la doble cadena y polimeriza, luego ayuda a volver a formar la doble hélice. Entonces lee de forma creciente: 3’ a 5’, pero agrega de manera complementaria y antiparalela 5 a 3 prima. ✓ Factores generales de transcripción ✓ Co-activadores ✓ NTP : ribonucleótidos trifosfatos, (dos fósforos se pierden como energía de activación y va a entrar a la molécula de ADN como NMP) ✓ Mg+ Splicing o maduración del ARNm: (proceso nuclear) Los genes tienen zonas codificantes ( exones ) y no codificantes ( intrones ). En la transcripción tiene exones e intrones, entonces hay que quitar los intrones y este proceso se llama Splicing. El ARN mensajero , tiene que pasar del núcleo al citoplasma, es una molécula frágil que puede degradarse fácilmente con enzimas que hay en el camino, entonces para fortalecerse toma una caperuza y una cola de poliAdenina.
- Medianamente repetitivas
porciones o secuencias específicas de ADN que contienen información codificada para la producción de proteínas. Unidad transcripcional: exones e intrones Tiene una parte codificante (exones) y una parte no codificante (intrones) que se transcriben y por splicing madura el mensajero y quedan solo los exones que van a expresarse en la proteína. Regiones reguladoras: a ambos lados del gen, regulan la cantidad de proteína que se va a fabricar.
- Región promotora TATA BOX (TATA-_CAAT): es una secuencia de ADN que le indica a la ARN polimerasa que ahí es donde empieza un gen, está conformada por una secuencia altamente repetitiva de Timina y Adenina, puede haber más de uno, son pares de bases, se unen los factores de transcripción y la ARN polimerasa. - Región estimuladora o intensificadora: estimula un promotor específico. Pueden moverse dentro del ADN, pasar de un lado al otro
ADN repetitivo usado como marcador molecular: Un marcador molecular es una secuencia de ADN repetitivas que puede estar asociada con un rasgo determinado en una o más poblaciones, esta secuencia es de tamaño variable y tiene las siguientes características:
electroforética (ADN tiene carga negativa y corre para el polo positivo) en un gel de agarosa , cada columna tiene un muestra de ADN diferente. Luego se desnaturaliza y se transfiere a un papel de nitrocelulosa , participa la sonda radiactiva y si se produce una emisión radiactiva significa que la sonda ha encontrado sus secuencias complementarias. PCR: Reacción en cadena de la polimerasa Técnica utilizada en reemplazo de Southern Blot, se reproduce in vitro el mismo sistema que utilizan los sistemas biológicos para replicar ADN, el objetivo es fuera de un organismo (in vitro) replicar ADN y obtener muchas copias (amplificar). Se utiliza una polimerasa y la propiedad de desnaturalización y renaturalización. A partir de una molécula inicial se la desnaturaliza en dos moléculas de una sola cadena, se utiliza los primer o cebadores y se permite que ocurra la replicación, luego cuando baja la temperatura y se agregan los NTP para ser incorporados como NMP y por complementariedad a partir de la cadena única se forma la doble cadena y se produce la replicación. También es usada para detectar una fracción de ADN, si tuviéramos un material biológico y no sabemos si ha tenido una infección por una bacteria A o B y colocamos en esa suspensión celular biológica una secuencia de ADN (por ejemplo: de la bacteria A) y logramos amplificar la secuencia del microorganismo A, quiere decir que esa secuencia estaba presente.
Laboratorio: PCR: permite la amplificación in vitro de fragmentos de ADN, es una reacción enzimática catalizada por una ADN polimerasa. La reacción necesita: un fragmento de ADN que va aser copiado y sirve como molde a la enzima, cebadores (son fragmentos pequeños de ADN que se van a unir al fragmento a amplificar), NTP ( sustratos para la síntesis de ADN ), iones Mg +2 y otras sales que son necesarios para que se produzca la reacción in vitro. Paso 1 desnaturalización : la muestra se incuba a una temperatura por encima de los 90° C (desnaturalización) durante 30s a 1 min. Se rompen los puentes de hidrógenos y se separan las cadenas del ADN, cada cadena sirve de molde para la síntesis de nuevas cadenas. Paso 2 cebado: Se disminuye la temperatura de incubación a 50/60 ° por 30s a 1 min, los cebadores se unen a los extremos del fragmento de ADN a amplificar (solo se unen cuando el fragmento de ADN específico está presente en la muestra). Paso 3 polimerización: incubación a 72°C (temperatura óptima de actuación de la ADN polimerasa) durante 30s a 1min, la enzima comenzará a unir los NTP a los extremos de los cebadores y comenzará a sintetizar el fragmento de ADN. El resultado final es que se obtiene 2 moléculas de ADN copia por cada molécula de ADN original. ¿De dónde se obtiene la ADN polimerasa utilizada en la PCR? Taq-polimerasa: obtenida de bacteria Thermus aquaticus adaptadas a vivir en altas temperaturas En la actualidad, la PCR es una herramienta ampliamente utilizada con los siguientes fines:
Herramientas biotecnológicas para la manipulación de genes: Enzimas de restricción, Vectores de clonación, Huéspedes de clonación.
- Enzimas de restricción: Ej: a partir del gen de la insulina y un plásmido bacteriano cortados ambos por la misma de enzima de restricción se recombinan para formar un ADN recombinante artificial. Las proteínas que se obtienen de este modo son llamadas proteínas recombinantes (ej: insulina). Cuando la bacteria se divide en los tanques de fermentación, también lo hacen los plásmidos que son los que transportan el ADN de interés. Luego se extrae la proteína. FINAL: Preguntó qué se usaba antes de la insulina y cuál era la diferencia con la insulina recombinante.
- Vectores de clonación: transportan las moléculas de DNA a clonar, se utiliza un microorganismo para llevar un fragmento de ADN que me interesa replicar y que me permita trasladarlo a un elemento o a un huésped. Sitio único de corte, gen marcador, seguros, replicación independiente, recuperables