Tema 05 - Genética: Transmisión de la Información Genética.

1. Microbiología General
2006 - 2007
Tema 5: Transmisión de la información genética

2. Transmisión de la información
genética
– Reparto del material genético en procariontes y eucariontes.
– Transferencia horizontal del material genético en procariontes
• Transformación
• Conjugación
• Transducción.
– Transmisión horizontal de información genética en eucariontes.
– Aplicaciones biotecnológicas de la genética microbiana
– Transcripción y traducción en procariontes y en eucariontes.
– Regulación de la expresión génica.
– El modelo del operón: operones inducibles y represibles
– Secuenciación de genomas.

3. Dogma Central de la Biología Molecular
Replicación
Información del ADN
Información
Transcripción:
síntesis de de ARN
núcleo
Información
citoplasma
Membrana nuclear
Traducción:
síntesis de proteínas
Proteína
ribosoma
proteína

4. Dogma Central de la Biología Molecular
Entre células de Dentro de una célula
Entre células de la
diferente generación
misma generación
Célula
parental
Replicación
Recombinación
Célula recombinante Transcripción
División celular
Traducción
Proteína
Metabolismo y
crecimiento celular
Células hijas

5. Transcripción y
traducción en
bacterias Traducción
Proteína
Dirección de la
transcripción RNA polimerasa
Polirribosoma
Ribosoma
Dirección de la traducción

6. Transformación
Transformación de E. coli con un gen de resistencia a ampicilina (AMP) y un
marcador de fluorescencia

7. Transformación
Factor de
virulencia Cápsula
Str. pneumoniae
Ratón vivo
virulento, muerto
Str. pneumoniae
Ratón vivo
avirulento, vivo
Ratón muerto
Str. pneumoniae
encapsulado (virulento)
y vivo

8. Transformación bacteriana
Otra bacteria
DNA externo
Otra organismo
Bacteria
transformada
Bacteria
competente
recombinación Restricción = destrucción
Competente Competente
natural inducida
Streptococcus Escherichia
pneumonia coli
Transformación Eliminación del
permanente ADN externo

9. Transformación bacteriana
Plásmido • Fragmento de ADN con un origen de replicación
Bacteria
autónomo
competente
• Codifica genes responsables de funciones
prescindibles
• Proporciona algunas funciones nuevas a la célula
en condiciones especiales
Bacteria
transformada
• La transformación es un sistema de baja eficiencia
• Una “buena” eficiencia es 109 ufc/µg de DNA
• Tamaño del plásmido: aprox. 3 -10 kpb
• Peso molecular del plásmido:
660 x 3 x 103 = 1980 x 103 ≈ 2 x 106
Multiplicación por tanto, entre 2 y 6 x 106.
del plásmido
con la bacteria • 1 µg de DNA plasmídico equivale a entre 2 y 5 x 10-13
moles de plásmido y a más de 1011 moléculas
• Por tanto, sólo 1 de cada 100 moléculas del plásmido
transforma realmente una célula

10. Conjugación bacteriana
E. coli portadora E. coli sin
del plásmido F plásmido F
E. coli F+ F E. coli F-
F
Pelo F
F
Células de E. coli en
proceso de conjugación
E. coli F+ F F E. coli F+
E. coli F+ F F E. coli F+
En la conjugación se transmite el plásmido F de la cepa donadora (F+) a la receptora (F-) a través del pelo F.
En este proceso, la célula receptora (F-) se convierte en una nueva donadora (F+)

11. Conjugación bacteriana: células Hfr
E. coli portadora E. coli portadora del plásmido
del plásmido F F integrado en el cronmosoma
E. coli F+ F F E. coli Hfr
F E. coli F-
Pelo F
F
Células de E. coli en
proceso de conjugación F
F
En las células Hfr, el plásmido F está integrado en el cromosoma de la bacteria donadora.
Durante la conjugación, la bacteria donadora pasa a la receptora su cromosoma
En la célula receptora se puede producir recombinación entre el ADN entrante y el propio de la bacteria
La célula receptora se convierte en Hfr si se consigue transmitir todo el cromosoma de la donadora

12. Bacteriófago Virus bacterianos: ciclos
Receptor específico
líticos y lisogénicos
Ciclo lisogénico. El virus se integra en el cromosoma
Infección
bacteriano y se multiplica con la bacteria como un gen más
En condiciones de estrés, los virus
lisogénicos pueden pasar a ciclo lítico
Ciclo lítico. El virus se multiplica en la bacteria y termina causando
su lisis, lo que produce la liberación de más viriones

13. Transducción generalizada
Infección con el fago
En algunas cápsulas víricas se
empaqueta por error ADN
bacteriano
El ADN bacteriano se fragmenta Se sintetizan las proteínas de la
y el virus se multiplica cápsula del virus bacteriofago
Algunos viriones liberados en
la lisis llevan ADN bacteriano
El virión portador de ADN bacteriano lo introduce en otra
bacteria en cuyo cromosoma puede integrarse por recombinación

14. Transducción especializada
Infección con el fago Al activarse el ciclo lítico, en
algunos casos, el virus se escinde
llevando un fragmento del ADN
bacteriano
El virus se integra (ciclo lisogénico) en una
posición dada del cromosoma bacteriano
Los viriones liberados en la
lisis llevan ADN bacteriano
Al producirse una nueva infección lisogénica, el virus introduce
un fragmento del ADN de la bacteria infectada en primer lugar

15. Sistemas de
modificación-restricción
Las enzimas de modificación GAATTC Las enzimas de restricción
(metilación) reconocen secuencias reconocen secuencias específicas
específicas y las metilan ATTAAG no metiladas y las cortan
-TCGTGAATTCATGT-
-AGCACTTAAGTACA-
Metilasa
EcoRI
-TCGTGAATTCATGT- -TCGTG AATTCATGT-
-AGCACTTAAGTACA- -AGCACTTAA GTACA-
EcoRI es inactiva sobre el
AND modificado modificación No restricción
No modificación Restricción

16. Aplicaciones biotecnológicas
de la genética microbiana

17. Aplicaciones biotecnológicas
de la genética microbiana

18. Operón Inducible
P Plac O
lacZ lacY lacA
R
P
R
represor
P
RNApol
Operón de la lactosa DO550
Los genes de catabolismo de lactosa no se expresan
cuando este azúcar no está disponible en el medio β-gal
en el que se encuentran las células.
t

19. Operón Inducible
P Plac O
lacZ LacY lacA
P P
transacetilasa
permeasa
R R
β-gal
represor
P INDUCCIÓN
lactosa RNApol
Operón de la lactosa DO550
Los genes de catabolismo de lactosa se expresan
cuando este azúcar está disponible en el medio en β-gal
el que se encuentran las células.
t

20. Operón Represible
P P O
E D C B A
P P
Expresión génica
Síntesis endógena de trp
R
represor
P
RNApol
Operón del triptófano DO550
Los genes de anabolismo del triptófano se expresan
cuando no hay ninguna fuente externa de este trpB
aminoácido que puedan utilizar las células
t

21. Operón Represible
P P O
E D C B A
R
P
Bloqueo de la síntesis
R R endógena de trp
represor
P
RNApol
triptófano Represión
Operón del triptófano DO550
Los genes de anabolismo del triptófano no se
expresan cuando hay una fuente externa de este trpB
aminoácido que puedan utilizar las células
t

22. Secuenciación de genomas