Genética bacteriana

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Genética bacteriana

  1. 1. Centro de Bachillerato Tecnológico Industrial y de Servicios No. 128 Módulo ll: Ejecuta métodos de análisis cualitativos químicos y microbiológicos con base a las normas. Sub módulo: Ejecuta técnicas de identificación de microorganismo con base a las normas. Investigación. Genética bacteriana. Facilitadora: Ing. Acosta Jessica Equipo 3. Integrantes: Cabral Brandon, González Lesly, Hernández Nayeli, Hernández Alan, Jiménez Fabiola, Lagunas Itzel, Lira Vanesa, Mata Lizbet. Cd. Juárez, Chihuahua, México; 3 de Noviembre de 2014
  2. 2. 1 Índice Introducción…………………………………………………………………………………………………2 Genoma bacteriano………………………………………………………………………………………..2 ADN………………………………………………………………………………………………………….3 ARN………………………………………………………………………………………………………….4 Intercambio genético en bacterias……………………………………………………………………….5 Plásmidos…………………………………………………………………………………………………..7 Los transposones o genes “saltarines”………………………………………………………………….8 Reproducción bacteriana………………………………………………………………………………… 9 Variaciones genéticas: mutaciones……………………………………………………………………..10 Conclusiones………………………………………………………………………………………………11 Bibliografía…………………………………………………………………………………………………13
  3. 3. 2 Introducción Las bacterias son organismos microscópicos capaces de adaptarse a una gran cantidad de condi-ciones y ambientes. También poseen una gran capacidad infectiva (dependiendo del tipo de bacteria) y de crecimiento. Lo anterior se debe a las características genéticas que poseen las bacterias, así como sus expresio-nes y rasgos provenientes de los genes específicos que estás contiene en su región nuclear. En ocasiones, para adaptarse y reproducirse realizan intercambios de genes con otras bacter ias o realizan la fisión binaria para multiplicarse entre sí. Genoma bacteriano Toda la información genética esencial para la vida de la bacteria está contenida en una única molé-cula de ácido desoxirribonucleico (ADN) de doble cadena y circular, cerrado por enlace covalente. Dicha molécula se denomina cromosoma bacteriano. Muchas bacterias poseen además ADN extracromosómico, también circular y cerrado, denominado ADN plasmídico por estar contenido en los plásmidos. Éstos, portan información génica para muchas funciones que no son esenciales para la célula en condiciones normales de crecimiento. En términos bioquímicos la composición y estructura de los ácidos nucleicos bacteria- nos, es la misma que para cualquier célula. El cromosoma bacteriano es suficientemente largo como para formar muchos lazos circulares, que como tales pueden súper enrollarse formando una serie de dominios topológicos independientes. Esta organización en dominios colabora a la compactación general del genoma bacteriano e impide que, con la ruptura de una hebra (en cualquier sitio del cromosoma) se pierda el súper enrollamiento total, manteniendo la energía almacenada. Las bacterias poseen enzimas (topoisomerasas) capaces de alterar la estructura del ADN, modificando su súper enrollamiento. Estas topoisomerasas actúan agregando o eliminando vueltas superhelicoidales y cumplen un rol importante en los procesos de replicación y transcripción del ADN. Además, es interesante mencionar que algunas de las topoiso-merasas como la ADN girasa, son blanco de acción de los antibióticos del grupo de las quinolonas, como el ácido nalidíxico.
  4. 4. 3 ADN El ADN es el Ácido Desoxirribonucleico. Es el tipo de molécula más compleja que se conoce. Su secuencia de nucleótidos contiene la información necesaria para poder controlar el metabolismo un ser vivo. El ADN es el lugar donde reside la información genética de un ser vivo. El estudio de su estructura se puede hacer a varios niveles, apareciendo estructuras, primaria, se-cundaria, terciaria, cuaternaria y niveles de empaquetamiento superiores. Estructura primaria El ADN está compuesto por una secuencia de nucleótidos formados por desoxirribosa. Las bases nitrogenadas que se hallan formando los nucleótidos de ADN son Adenina, Guanina, Citosina y Ti-mina. No aparece Uracilo. Los nucleótidos se unen entre sí mediante el grupo fosfato del segundo nucleótido, que sirve de puente de unión entre el carbono 5' del primer nucleótido y el carbono 3' de siguiente nucleótido. Como el primer nucleótido tiene libre el carbono 5' y el siguiente nucleótido tiene libre el carbono 3', se dice que la secuencia de nucleótidos se ordena desde 5' a 3' (5' → 3'). Estructura secundaria La estructura secundaria del ADN fue propuesta por James Watson y Francis Crick, y la llamaron elmodelo de doble hélice de ADN. Este modelo está formado por dos hebras de nucleótidos. Estas dos hebras se sitúan de forma an-tiparalela, es decir, una orientada en sentido 5' → 3' y la otra de 3' → 5'. Las dos están paralelas, formando puentes de Hidrógeno entre las bases nitrogenadas enfrentadas. Cuando en una hebra encontramos Adenina, en la otra hebra hallamos Timina. Cuando en una hebra encontramos Guanina, en la otra hallamos Citosina. Estas bases enfrentadas son las que constituyen los puentes de Hidrógeno. Adenina forma dos puentes de Hidrógeno con Timina. Guanina forma tres puentes de Hidrógeno con la Citosina. Las dos hebras están enrolladas en torno a un eje imaginario, que gira en contra del sentido de las agujas de un reloj. Las vueltas de estas hélices se estabilizan mediante puentes de Hidrógeno. Esta estructura permite que las hebras que se formen por duplicación de ADN sean copia comple-mentaria de cada una de las hebras existentes. Estructura terciaria El ADN es una molécula muy larga en algunas especies y, sin embargo, en las células eucariotas se encuentra alojado dentro del minúsculo núcleo. Cuando el ADN se une a proteínas básicas, la es-tructura se compacta mucho. Las proteínas básicas son Histonas o Protaminas.
  5. 5. 4 Estructura cuaternaria La cromatina en el núcleo tiene un grosor de 300Å. La fibra de cromatina de 100Å se empaqueta formando una fibra de cromatina de 300Å. El enrollamiento que sufre el conjunto de nucleosomas recibe el nombre de solenoide. Los solenoides se enrollan formando la cromatina del núcleo interfásico de la célula eucariota. Cuando la célula entra en división, el ADN se compacta más, formando los cromosomas. ARN Se dice que el ARN (ácido ribonucleico) fue la primera forma de vida en la Tierra y después desarrollo una membrana celular a su alrededor. Esto dio paso a la primera célula. Es muy probable que el RNA fuese el primer biopolímero. En un ambiente similar al que debió existir en la Tierra primitiva pudieron formarse espontáneamente cadenas cortas de RNA, pero no de DNA o proteínas. Además, se conocen casos en los que las moléculas de RNA se cortan y empalman por sitios específicos, en ausencia de proteínas. Estas moléculas de RNA reciben el nombre de ribozi-mas. Las ribozimas presentan actividad catalítica en ausencia de proteínas y participan en el corte y enpalme de moléculas precursoras de RNA que darán lugar al ARNr. Estos primitivos mecanismos de maduración del RNA contribuyeron probablemente a que se consi-guiera con éxito la primera síntesis de proteína dirigida por una cadena de polinucleótidos (un gen). Esto se basa en la comprobación de que el ARN tiene información genética parecida al ADN y que algunos tipos pueden llevar a cabo acciones metabolicas como lo es la formación de enlaces pepti-dicos. Tambien se demostro que las estructuras sencillas del ARN pueden resistir fuertes presiones selec-tivas como lo son los terminadores de cadena. Es el AN más abundante en la célula, y puede purificarse fácilmente. Una célula típica contiene 10 veces más RNA que DNA. El azúcar presente en el RNA es laribosa. Esto indica que en la posición 2' del anillo del azúcar hay un grupo hidroxilo (OH) libre. Por este motivo, el RNA es químicamente inestable, de forma que en una disolución acuosa se hidroliza fácilmente. En el RNA la base que se aparea con la A es U, a diferencia del DNA, en el cual la A se aparea con T. En la mayor parte de los casos es un polímero monocatenario, pero en ciertos casos puede presentar zonas en su se-cuencia con apareamientos intracatenarios (Figura animada de la derecha). Según las modernas teorías sobre el origen de la vida, parece bastante probable que el RNA fuese el primer biopolí-mero que apareció en la corteza terrestre durante el transcurso de la evolución. Se distinguen varios tipos de RNA en función, sobre todo, de sus pesos moleculares:
  6. 6. 5 RNA heterogeneo nuclear (RNAhn) RNA pequeño nuclear (RNAsn) RNA transferente (RNAt) RNA ribosomico (RNAr) RNA mensajero (RNAm) RNA virico (RNAv) Intercambio genético en bacterias a. Conjugación: Proceso mediante el cual una bacteria (donante) transmite material genético a otra bacteria (receptor).Hay dos tipos de bacterias donantes: F+ y Hfr. La bacteria receptora se conoce como F-La característica de las bacterias donantes es que poseen una pequeña molécula de ADN denominada factor F. Las F+ poseen el factor F libre en el citoplasma y en las Hfr aparece incorpo-rado a su cromosoma. Una bacteria Hfr puede convertirse en F+ por liberación del factor y viceversa. La información genética contenida en el factor F permite a estas bacterias formar unos finos filamen-tos, los pelos sexuales, que al establecer contacto con otra bacteria sirven de puente para que una réplica del material genético de la bacteria donante pase al receptor. Conjugación de las bacterias Hfr:Las bacterias Hfr, antes de la conjugación, duplican su cromo-soma, incluido el factor F. La réplica del ADN pasa a través de los pelos sexuales a una bacteria receptora. El ADN transferido se recombina con el cromosoma de la bacteria receptora, apareciendo en este caracteres de la bacteria Hfr.
  7. 7. 6 Conjugación de las bacterias F+: Cuando el donante es un F+, suele transferirse únicamente el factor F, que no se recombina con el ADN del receptor, el cual pasa a ser F+. b. Transformación: Es un proceso por el cual una bacteria introduce fragmentos de ADN, que apa-recen libres en el medio. c. Transducción: Hay virus bacteriófagos que siguen el ciclo lisogénico, es decir, que después de infectar a una bacteria, antes de iniciar su reproducción transcurre un tiempo variable en el que su ADN (profago) queda integrado en el ADN bacteriano, pudiéndose incluso duplicar y transmitirse a las bacterias hijas cuando el hospedador se reproduce.
  8. 8. 7 Plásmidos Los plásmidos son fragmentos extracromosómicos de ácidos nucléicos (ADN o ARN) que aparecen en el citoplasma de algunos procariotas. Son de tamaño variable aunque menor que el cromosoma principal. Cada bacteria puede tener uno o varios a la vez. Los plásmidos tienen una conformación variable que puede ser lineal, circular o con estructura superenrrollada. El control de la replicación del plásmido depende del tipo de plásmido, existiendo plásmidos cuya replicación está acoplada con la replicación del cromosoma bacteriano y plásmidos cuya replicación no está relacionada con la del cromosoma. El tipo de genes que portan los plásmidos es variado, tratándose generalmente de ge-nes que aportan ventajas adaptativas a la bacteria que los porta: genes de resistencia a antibióticos, genes de producción de sustancias tóxicas para otras bacterias o genes que codifican enzimas útiles para degradar sustancias químicas. Los plásmidos se pueden clasificar siguiendo distintos criterios. Uno de estos criterios es el tipo de genes que portan. Así se define el grupo de plásmidos con genes de degradación de sustancias, el grupo de plásmidos con genes de fertilidad, el que porta genes de virulencia o el grupo que porta genes de resistencia. Los plásmidos son herramientas muy útiles en ingeniería genética para la transformación génica y la manipulación genética de procariotas y eucariotas. Los plásmidos empleados en ingeniería gené-tica se llaman vectores. Son muy útiles para sintetizar en grandes cantidades proteínas de interés, como la insulina o los antibióticos, mediante un procedimiento conocido como transformación. El proceso de transformación comienza con la selección de un plásmido adecuado, en el que se intro-ducen los genes que se quieren expresar con protocolos específicos que usan enzimas de restricción y DNA ligasa. Posteriormente se transforma un tipo de bacteria con el plásmido modificado y se seleccionan las bacterias transformadas que produzcan las sustancias deseadas. Estas bacterias se cultivan en sistemas de tipo biorreactores para su crecimiento en grandes cantidades. En este pro-ceso se eligen plásmidos con características que permitan seleccionar las bacterias transformadas en un medio de cultivo como por ejemplo plásmidos con genes de resistencia a antibióticos o con genes de enzimas que sinteticen compuestos coloreados. Aunque los plásmidos no pueden sintetizar una envoltura proteica y se transfieren con dificultad de una célula a otra se ha hipotetizado que podrían ser los precursores de los primeros virus.
  9. 9. 8 Los transposones o genes “saltarines” Un transposón es un fragmento del genoma que puede cambiar de forma autónoma su ubicación dentro del mismo. De todo el ADN que compone la célula de un organismo, una gran proporción está constituida por ele-mentos móviles llamados transposones. Estos elementos móviles han acompañado a los organismos vivos durante su evolución contribuyendo decisivamente a los cambios genéticos. En general se estima que una gran proporción del ADN basura (no codificante) está formada por o procede de transposones. Esto es así porque los mecanismos de transposición pueden arrastrar consigo fragmentos aledaños a la secuencia que se transpone. Además, la integración del transposón, a pesar de producirse en lugares más o menos definidos, puede ocasionar cambios o mutaciones en dichos lugares. Por lo tanto, los transposones son una fuente de variabilidad genética. Existen diferentes clases de transposones atendiendo al mecanismo de transposición. Los de clase I, también llamados retrotransposones, se mueven dentro de genoma siendo transcritos primero a ARN y después retrotranscritos a ADN mediante actividades transcriptasa inversa. Esta clase de transposones pueden tener un origen retroviral y, dado que se copian para transponerse, producen como resultado final el aumento de la información genética (transposición no conservativa).Por su parte, los de clase II o transposones ADN se mueven “saltando” de una localización a otra sin copiarse en el proceso, me-diante una actividad transposasa específica.
  10. 10. 9 Reproducción bacteriana Bipartición El mecanismo de reproducción habitual en bacterias es la bipartición o fisión binaria. Mediante este mecanismo se obtienen dos células hijas, con idéntica información en el ADN circular, entre sí y respecto a la célula madre, y de contenido citoplásmico celular similar. Las células hijas son clones de la progenitora. Por este sistema de reproducción se puede originar una colonia de células con material idéntico; sin embargo, esto no ocurre debido al alto índice de mutaciones que se producen en las bacterias. La bipartición se produce cuando la célula ha aumentado su tamaño y ha duplicado su ADN. El ADN bacteriano se une a un mesosoma, que separa el citoplasma en dos y reparte cada copia del ADN duplicado a cada lado. Al final del proceso el mesosoma se ha unido al resto de la membrana plas-mática y se han formado dos células hijas genéticamente iguales. Reproducción parasexual En ocasiones, la célula bacteriana tiene la oportunidad de intercambiar información genética por procesos de recombinación. Estos procesos son la transformación, la transducción y la conjugación. En estos procesos no hay formación de ningún tipo de gametos, por lo que no es reproducción sexual.  Transformación Fragmentos de ADN que pertenecían a células lisadas (rotas) se introducen en células normales. El ADN fragmentado recombina con el ADN de la célula receptora, provocando cambios en la informa-ción genética de ésta.  Transducción Cuando una célula es atacada por un virus bacteriófago, la bacteria genera nuevas copias del ADN vírico. En la fase de ensamblaje se pueden introducir fragmentos de ADN bacteriano en la cápsida del virus. Los nuevos virus ensamblados infectarán nuevas células. Mediante este mecanismo, una célula podrá recibir ADN de otra bacteria e incorporar nueva información.  Conjugación Este proceso se lleva a cabo si la célula presenta el plásmido F, que contiene la información gené-tica para formar pili, puentes que sirven de unión citoplásmica entre dos bacterias. La célula que presenta el plásmido se denomina F+; la célula que no lo contiene se llama F-. La bacteria F+(dona-dora de información) se une a una bacteria F- (receptora) mediante uno de sus pili. A través de él introduce una hebra del plásmido F, de forma que la bacteria F- se convierte en bacteria F+. En ocasiones el plásmido se introduce en el anillo del ADN bacteriano. Entonces, la bacteria dona-dora se denomina Hfr (High frequency of recombination). De esta forma la bacteria Hfr puede donar a otras células cualquier gen de su ADN.
  11. 11. 10 Variaciones genéticas: Mutaciones Las mutaciones son cambios heredables puntuales de la molécula de ADN. Algunas son sustitucio-nes y, otras, deleciones o adiciones de bases por errores en el proceso de replicación semiconser-vativa del ADN. Aunque estos errores ocurren con muy baja probabilidad en cualquier proceso de replicación de ADN, para las bacterias son una fuente importante de variabilidad, debido a que son poblaciones muy numerosas con tiempos de generación muy cortos. Además, la mutación de ciertos genes relacionados con la propia replicación (genes mutadores), conduce a un aumento drástico de la tasa de mutación de cualquier otro gen. Algunas mutaciones no tienen efecto en el fenotipo (mutaciones silentes), pero otras, al modificar una proteína estructural o un enzima, dan lugar a cambios fenotípicos. Las mutaciones que ocurren en bacterias patógenas pueden modificar su virulencia si conducen a cambios en antígenos superfi - ciales que no serán reconocidos por la respuesta inmune preexistente. Otras mutaciones importantes son las que aumentan la resistencia de la cepa mutada frente a uno o varios antimicrobianos. En todo caso las bacterias mutantes solo serán seleccionadas y sustituirán a la cepa original cuando la característica adquirida por mutación represente una ventaja frente a condiciones selectivas del entorno.
  12. 12. 11 Conclusiones Cabral Brandon: González Lesly: Hernández Nayelli: Hernández Alan: Con la genética bacteriana es posible explicar diversos rasgos distintivos de las bacterias, tales como su reproducción, su capacidad de mutación, su gran adaptación y su tenden-cia a crecer en ambientes diferentes. Todo esto se debe a los genes presentes en la región cromo-sómica de la célula procariota y a los procesos que llevan a cabo entre sí y con genes procedentes de otras bacterias. Debido a lo anterior, la genética bacteriana es muy importante, ya que permite comprender las ca-racterísticas fundamentales de las bacterias. Jimenez Fabiola: La genética bacteriana no tiene mucho tiempo en conocerse pero si lo suficiente para saber que las dos principales fuentes de estudio son el ADN y RNA que a su vez son los factores más importantes en la genética bacteriana, ya que con estos es posible la reproducción y la evolu-ción, la herencia de los genes (fenotipos), ya que con estos fenotipos es más fácil distinguir las bacterias y gracias a lo heredado podemos determinar qué tipo de bacteria es ya que podemos utilizar nutrientes, presión osmótica, temperatura, etc.. Para determinar su familia. El ADN y el RNA son esenciales para el crecimiento bacteriano ya que son los reguladores inmediatos encargados de mantener una condición estable para su crecimiento. Lagunas Itzel: Hace referencia a el material genético de las bacterias y como interfiere en su com-portamiento. Las variaciones que sufren se dividen en dos tipos, fenotípicas también conocidas como adaptaciones o genotípicas como las mutaciones. Saber sobre genética bacteriana nos permite en-tender a los microorganismos, ya que tienen una gran capacidad de adaptación. Lira Vanessa: Mata Lucero: La genética bacteriana se debe identificar el tipo de bacteria que es y a que genero pertenece. También nos ayuda a producir proteínas que nos ayuden a fortalecer los enlaces peptí-dicos de las bacterias que han crecido en nuestro entorno o en nuestro caso en nuestro M.C En la genética bacteriana también es importante reconocer el ARN y ADN ya que muchas personas confunden estos dos siendo diferentes términos. La genética bacteriana también nos ayuda a controlar el metabolismo de un ser vivo por medio del ADN
  13. 13. 12 Meléndez Araceli: El ADN en bacterias está localizado en el citoplasma bacteriano en una región denominada Nucleoide que representa un Núcleo primitivo sin membrana nuclear. En el Nucleoide el ADN Bacteriano se encuentra compactado, plegado y combinado con los componentes c itoplas-máticos. Las bacterias pertenecen a la clase procariota debido a que su núcleo no está rodeado por una membrana y consiste de una sola molécula de ADN cuya división es no-mitótica
  14. 14. 13 Bibliografía  Proyecto Biosfera. (2010). ADN. Noviembre 3, 2014, de Ministerio de Educación Sitio web: http://recursos.cnice.mec.es/biosfera/alumno/2bachillerato/biomol/contenidos18.htm  Medicina Molecular. (2014). Transposón. Noviembre 3, 2014, de FIBAO Sitio web: http://medmol.es/glosario/transposon/  Merino L., (2009). Genética bacteriana. Noviembre 3, 2014, de Universidad Nacional del Nordeste. Facultad de Medicina. Sitio web: http://ecaths1.s3.amazonaws.com/catmicro-med/ APUNTE%20Genetica%20bacteriana.pdf

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