Genetica Bacteriana

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LOS GENES BACTERIANOS Y SU EXPRESIÓN 
El genoma bacteriano es todo el conjunto de genes que tiene la bacteria, tanto en su cromosoma como en sus elementos genéticos extracromosómicos: 
Genes estructurales relacionados a proteinas (cistrones, que son codificacores) 
 Genes del acido ribonucleico (ARN) 
Sitios de reconocimiento y union de otras moleculas (promotores y operadores)
Las bacterias suelen tener sólo una copia de sus cromosomas(es decir, son haploides), mientras que los eucariotas suelen tener dos copias distintas de cada cromosoma (son, por consiguiente, diploides).
La estructura del cromosoma bacteriano se mantiene por las poliaminas, como espermina y espermidina, más que por las histonas. 
Las bacterias pueden contener elementos geneticos extracromosómicos como plasmidos y bacteriofagos, los cuales son independientes del comosoma bacteriano y se pueden transmitir de una célula a otra 
TRANSCRIPCION 
 La transcripción es cuando la informacion existente en la memoria genetica del ADN se transcribe a una molecula de un ARN mensajero para su posterior traducción en proteinas.
PROCESOS DE TRANSCRIPCION 
 La transcripcion se lleva en pasos ordenados los cuales principalmente se necesita de una sintesis de ARN mensajero:
 La sintesis de ARNm ocurre por medio de una ARN-POLIMERASA dependiente del ADN. 
El proceso comienza cuando el factor sigma reconoce una secuencia especifica de nucleotidos en el ADN (el promotor) y se une firmemente a ella.
Los factores sigma o factores σ son proteínas que se encuentran en procariontes como subunidades de la ARN polimerasa. Le permiten reconocer las secuencias promotoras del ADN para iniciar la transcripción.
 Los factores sigma se fijan a estos promotores con el objeto de proporcionar un punto de acoplamiento a la ARNPOLIMERASA. 
La union de la polimerasa a una secuencia adecuada de ADN, se inicia la sintesis del ARN mediante la adicion de ribonucleotidos complementarios. 
 La ARN-polimerasa se disocia del ADN (un proceso que está mediado por «señales» existentes en el interior del ADN) cuando se ha transcrito la totalidad de un gen o un grupo de ellos (operón). 
 A partir del ADN se transcribe el ARN de transferencia (A RN t), el cual se utiliza en la síntesis de las proteínas, y el A RN ribosómico (A RN r), el cual forma parte de los ribosomas.
Los promotores y operadores controlan la expresión de un gen determinando sobre que secuencias se transcriben en el ARNm. 
 Los operones son grupos de uno o más genes estructurales expresados a partir de un promotor y que terminan en un terminador de la transcripción. Los operones con muchos genes estructurales se llaman policistrónicos
TRADUCCION 
 La traducción es el proceso por el cual el código genético en forma de ARNm se convierte (traduce) en una secuencia de aminoácidos, el producto proteico 
 El lenguaje del código genético para cada aminoácido vienen condicionados por un conjunto de tres nucleótidos, que se denomina codón.
Existen 64 combinaciones de codones distintas, que codifican los 20 aminoácidos.  Algunos de los aminoácidos se codifican mediante más de un codón. Este fenómeno se denomina degeneracion del codigo genetico.
Cada molécula de ARNt contiene una secuencia de tres nucleótidos que es com plementaria de una de las secuencias del codón. Esta secuencia de ARNt se conoce como anticodón, y permite el apareamiento de bases  y la unión al codón presente en el ARNm
PROCESO DE TRADUCCION 
El proceso comienza con la fijacion de la subunidad ribosomica 30s y un ARNt iniciador especial de la formil-metionina al codon de iniciacion metionina (AUG) para formar el llamado complejo de iniciacion 
 La subunidad ribosómica 50S se fija al complejo para iniciar así la síntesis del ARNm. El ribosoma contiene dos zonas para la fijación del ARNt, el lugar A (aminoacilo) y el lugar P (peptidilo) y algunos autores manejan el sitio e…
 LLega un ARNt con un aminoacido y se posiciona en el sitio a 
 Se unen los aminoacidos del sitio P (formil metionina) a los aminoacidos del sitio A formando un puente peptidico. Esto provoca que el ARNt del sitio P quede sin carga o sin aminoácidos
 Al momento que queda sin carga el ARN t del sitio P este se despalza saliendo del ribosoma y el ARNt con los aminoacidos del sitio A se pasa al sitio P 
 Se repite el proceso, es decir llega un ARNt con un aminoacido y se posiciona en el sitio A.
 Despues de que se pegan todos los aminoacidos se reconoce el triplete o codon de paro
 El ARNt con todos los aminoacidos sale del ribosoma llevando asi la proteina.
CONTROL DE LA EXPRESION GENICA 
Las bacterias a lo largo de los años has sido capases de adaptarse con rapidez y eficacia a los cambios y estimulos ambientales. 
Se puede conseguir un cambio coordinado en la expresión de muchos genes, como se necesita para la esporulación, usando un factor sigma distinto para la ARN polimerasa. Esto modificaría la especificidad de la ARN polimerasa y permitiría la síntesis del ARNm para los genes necesarios, al tiempo que evitaría genes innecesarios. 
 Las bacterias por sus grandes posibilidades de adaptacion pueden producir más de seis factores sigma distintos para conseguir una regulación global de la respuesta al estrés, el shock, el ayuno o para coordinar la producción de estructuras complicadas, como los flagelo
La coordinacion en la expresion de un grupo limitado de genes como los implicados en procesos metabolicos, o para las enzimas se organizan en un OPERON. Este operon se encuentra bajo control de una secuencia de ADN promotora o represora, que puede activar o desactivar la expresión de un gen o grupo de genes para coordinar la producción de las enzimas necesarias y permitir a las bacterias reaccionar frente a los cambios en las concentraciones de nutrientes
La transcripcion tambien puede ser regulada durante el proceso de traduccion, ya que la ausencia de una membrana nuclear permite la union del ribosoma al ARNm conforme se transcribe a partir del ADN. 
REGULADORES DE LA TRANSCRIPCIÓN 
Existen dos mecanismos de control: positivo y negativo 
Control negativo: 
los genes sometidos a un control negativo se expresan a menos que una proteina represo los desconecte. Esta proteina impide la expresion del gen, el denominado OPERADOR. 
 Control positivo: 
los genes cuya expresion son de un control positivo solo se transcriben en presencia de una proteina reguladora activa denominada APOINDUCTOR. Los operones pueden ser inducibles o represibles: que se aumente o disminuya la expresion de un gen.
REPLICACION DEL ADN 
En la replicacion del ADN procariota se utilizan varias enzimas para llevar acabo este proceso las cuales son: 
 Helicasa: rompe los puentes de hidrogeno de la doble hélice, lo que permite el avance de la horquilla de la replicación
PROTEINA DE UNION AL ADN MONOCATENARIO SSB: SE UNE A LA HEBRA DE ADN IMPIDIENDO QUE ESTA SE UNA CONSIGO MISMA 
 ADN POLIMERASA: SINTETIZA LAS CADENAS COMPLEMENTARIAS DE FORMA CONTINUA Y DISCONTINUA RESPECTIVAMENTE PARA CADA HEBRA DE ADN 
ADN PRIMASA: SINTETIZA EL ARN CEBADOR NECESARIO PARA LA SINTESIS DE LA CADENA COMPLEMENTARIA
MUTACIONES 
Una replicación de forma precisa hace que las bacterias sobrevivan, pero se pueden producir errores y alteraciones accidentales del ADN. 
Mutación: Cualquier modificación de la secuencia de bases del ADN. 
La mayoría de las mutaciones tienen escaso efecto sobre las bacterias, pero algunas pueden llegar a proporcionar una ventaja selectiva para la supervivencia de las bacterias cuando se ven amenazadas por el entorno, el hospedador o el tratamiento.
TIPOS 
Mutaciones por un cambio de una sola base.
Mutación Silenciosa o Una modificación del ADN que no provoca cambios en la secuencia de aminoácidos de la proteína codificada 
Mutación de Sentido Erróneo (Missense) o Comporta la inserción de un aminoácido diferente en la proteína 
Mutación sin Sentido (Nonsense) o Se sustituye un codón que codifica a un aminoácido por un codón de interrupción
Mutación
de Desfase de Lectura (frameshift mutation) o Una pequeña deleción o inserción que no ocurra en múltiplos de tres, altera el sistema de lectura y habitualmente ocasiona la aparición de un «péptido absurdo» y la interrupción prematura de la proteína. 
 Mutaciones Nulas o Destruyen completamente la función del gen, aparecen cuando se registra una extensa inserción o deleción o una acusada reorganización de la estructura cromosómica.
Las mutaciones también pueden ser consecuencia de distintos agentes:
Físicos 
Calor 
 Luz UV 
Radiación Ionizante
Químicos 
 Los análogos de nucleótidos 
 Los mutágenos de desfase de lectura 
Las sustancias reactivas frente al ADN
REPARACIÓN
 Con el propósito de minimizar los daños al ADN, las células bacterianas han desarrollado diversos mecanismos de reparación
La reparación directa del ADN o Eliminación enzimática del daño 
La reparación por escisión o Eliminación del segmento de ADN que contiene las lesiones
La Reparación Post Replicación o por Recombinación o Recuperación de la información que falta mediante procesos de recombinación genética (Ambas hebras dañadas) 
 Respuesta SOS o Inducción de numerosos genes tras la aparición de daño al ADN 
 Reparación Propensa a Error o El último recurso con que cuenta la célula bacteriana antes de morir. Se utiliza para rellenar los espacios con una secuencia aleatoria cuando no se dispone de una plantilla de ADN que pueda orientar., seguida de la síntesis de una nueva hebra de ADN
INTERCAMBIO GENÉTICO 
Muchas bacterias intercambian numerosas veces su ADN, esto permite el intercambio de genes y características entre las células, esto puede generar una ventaja para las bacterias, como cuando el ADN intercambiado codifica resistencia a los antibióticos. 
El ADN transferido puede integrarse en el cromosoma del receptor o bien mantenerse de manera estable en forma de elemento extracromosómico (plásmido) o como un virus bacteriano (bacteriófago).
 PLÁSMIDOS “REPLICONES” Son moléculas circulares bicatenarias de ADN cuya replicación es independiente del cromosoma bacteriano.
 ● Borrelia Burgdorferi - ADN Lineal
 ● Plásmido F del E. Colli - Episomas 
(Se pueden integrar en el cromosoma del hospedador)
BACTERIÓFAGOS
 Son virus bacterianos con un genoma de ADN o de ARN protegido generalmente por una capa de proteínas. Los bacteriófagos infectan a las células bacterianas y se pueden replicar hasta alcanzar un gran número y condicionar la lisis celular (infección lítica) En algunos casos, integrarse en el genoma del hospedador sin destruirlo (estado lisogénico)
MECANISMOS DE TRANSFERENCIA GENÉTICA ENTRE CÉLULAS 
 El intercambio de material genético entre las células bacterianas se puede dar a través de 3 mecanismos: 
Transformación
 Conjugación 
Transducción
TRANSFORMACIÓN 
Primer mecanismo de transferencia genético que se descubrió en bacterias. 
Se define como el proceso mediante el cual las bacterias captan fragmentos de ADN desnudo y lo incorporan a sus genomas. Las bacterias Grampositivas y Gramnegativos son capaces de captar y conservar de forma estable ADN exógeno.
Ciertas especies presentan una capacidad natural de captación de ADN exógeno por lo que se definen como competentes. 
 Competencia: quiere decir que la bacteria puede incorporar DNA a través de su membrana plasmática , de forma natural o artificial.
CONJUGACIÓN 
Produce una transferencia unidireccional de ADN desde una célula donante (o macho) hasta una célula receptora (o hembra) a través del llamado “Pilus Sexual”. 
 Se da en la mayoría de las eubacterias, si no en todas, por lo general en miembros de la misma especie o de especies relacionadas, pero tambien se ha demostrado entre procariotas y células de plantas, animales y hongos
El tipo de acoplamiento (sexo) de la célula depende de la presencia (célula macho) o ausencia (célula hembra) de un plásmido conjugativo , ejemplo el plásmido F de E. coli. 
 El plásmido F se define como conjugativo porque contiene todos los genes necesarios para su propia transferencia, y dar la capacidad de resistencia a los antibióticos a las bacterias.
Al transferirse el plásmido F, las células receptoras se convierten en células macho F+.  El plásmido son fragmentos de DNA circular con genes y al ser enviados a la bacteria (hembra) son cortados por un tipo de enzima de escisión, nombrado punto de origen de la transferencia (oriT)
TRANSDUCCIÓN 
Esta mediada por virus bacterianos (bacteriófagos) que captan fragmentos de ADN y los almacenan en el interior de partículas de bacteriófago.
 El ADN suministrado a las células infectadas se incorpora luego al genoma bacteriano. 
La transducción puede clasificarse como especializada si los fagos en cuestión transfieren genes específicos o generalizada si la incorporación de las secuencias es aleatoria debido al almacenamiento accidental del ADN de la célula hospedadora en el interior de la cápside del fago. 
Por ejemplo, una nucleasa del fago P1 degrada el ADN cromosómico y algunos fragmentos de ADN son empaquetados en partículas fágicas. 
 El ADN encapsulado, en lugar del ADN fágico, es inyectado en el interior de una nueva célula hospedadora, en la que puede re-combinarse con el ADN homólogo de aquélla.
RECOMBINACIÓN 
 La incorporación del ADN extracromosómico (extraño) en el cromosoma. 
Se divide en Homologa (Legitima) y No Homologa (No legitima).
La recombinación homóloga (legítima) es la que tiene lugar entre secuencias de ADN estrechamente relacionadas y habitualmente sustituye una secuencia por otra. El proceso requiere la presencia de un conjunto de enzimas producidas por los llamados genes rec (en E. coli)
La recombinación no homóloga (ilegítima) es la que tiene lugar entre secuencias distintas de ADN y, por regla general, produce inserciones, deleciones o ambas. Habitualmente este proceso precisa de la intervención de enzimas de recombinación especializadas como las producidas por muchos transposones y bacteriófagos lisogénicos.