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TRABAJO PRÁCTICO N°
Año 2017
MECANISMOS GENÉTICOS BÁSICOS (PARTE I)
OBJETIVOS
Comprender que el mantenimiento de un alto grado de orden celular deriva de la información genética almacenada en el ADN que se puede replicar, mantener y a veces reparar lesiones así como generar variabilidad mediante tres mecanismos genéticos básicos: REPLICACION DEL ADN, REPARACION DEL ADN Y RECOMBINACION GENICA.
UNIDAD DE CONOCIMIENTO
CONOCIMIENTOS PREVIOS REQUERIDOS: Para abordar el presente Trabajo Práctico deberán repasarse los contenidos del Trabajo Práctico referido a Macromoléculas.
TEMARIO
- REPLICACIÓN DEL ADN (1.1) Propiedades generales del proceso: semiconservación, bidireccionalidad, dirección de síntesis de cada cadena y semidiscontinuidad. (1.2) Origen, Burbuja y Horquilla de replicación. (1.3) Etapas de la replicación y enzimas intervinientes en cada una de ellas. (1.4) Fidelidad de la réplica. Mecanismos de corrección. (1.5) Comparación del proceso en organismos procariontes y eucariontes. (1.6) Replicación de los telómeros.
2. REPARACIÓN DEL ADN
(2.1) Alteraciones del ADN: espontáneas u ocasionadas por la acción de factores ambientales. (2.2) Estabilización genética por reparación de las diversas alteraciones del ADN: mecanismos y enzimas intervinientes. (2.3) Mutación del ADN: tipos. Mutaciones génicas: sustitución, inserción y deleción. Rol biológico y consecuencias de las mutaciones.
- RECOMBINACIÓN GENÉTICA (3.1) Reordenamiento de secuencias genéticas: recombinación. Propiedades generales e importancia biológica. Variabilidad. (3.2) Recombinación general y específica de lugar. (3.3) Relación con procesos de reparación. (3.4) Elementos genéticos móviles.
VOCABULARIO ESPECÍFICO DEL TEMA semiconservativo - cadena conductora - cadena retrasada - fragmentos de Okazaki - burbujas de replicación - primosoma - replisoma - ARN cebador (primers) - antiparalelo - complementario - depurinación - depirimidización - desaminación - gen - locus - loci - alelo - bacteriófago - transposón - desnaturalización - renaturalización - hibridación.
BIBLIOGRAFÍA
- Alberts, B. y col. “ Biología molecular de la célula ”. 3era. edición. Ediciones Omega. Barcelona. 1996
- Herrera, E. “ Elementos de Bioquímica ”. Editorial Interamericana. 1993
- Lehninger, A. “ Bioquímica ”. Editorial Omega. 1993
- De Robertis (h), Hib y Ponzio. “ Biología Celular y Molecular ”. Editorial El Ateneo. 1996
UNIDAD DE ACCIÓN
En su casa : El alumno deberá:
- Investigar respecto a este T.P. basándose en el temario.
- Contestar el cuestionario guía de estudio a los efectos de autoevaluar si cada uno de los puntos del temario han sido enfocados correctamente.
- Conocer el significado de todos los términos que forman parte del vocabulario específico del tema.
- Intentar resolver los problemas de aplicación.
En clase : resolver y discutir, con ayuda del docente, los problemas de aplicación para confirmar que los conceptos teóricos estudiados “en su casa” han sido integralmente comprendidos.
CUESTIONARIO GUÍA DE ESTUDIO
1. Propiedades generales de la replicación del ADN a) ¿Por qué se dice que es semiconservativa? b) ¿Empieza en sitios al azar o en un/os punto/s preciso/s? Diferencias entre procariontes y eucariontes al respecto. c) ¿A qué se denomina burbuja y horquilla de replicación? d) ¿Qué ventajas presenta el hecho de que transcurra en forma bidireccional? e) ¿Por qué se dice que es semidiscontinua?
2. Respecto a la enzima responsable de la síntesis de ADN: ADN polimerasa a) Escriba la ecuación general de la reacción catalizada por esta enzima. b) ¿Cuáles son los dos requisitos centrales para que la reacción de polimerización del ADN catalizada por esta enzima pueda llevarse a cabo? c) La reacción del inciso a) ¿es energéticamente desfavorable?, ¿cómo explica entonces que se lleve a cabo espontáneamente en las células? d) Todas las ADN polimerasas presentan (además de su actividad polimerasa 5’ F 0 A E 3’) una actividad exonucleasa 3’^
F 0 A E 5’. ¿Para qué les sirve? e) Se han descrito diferentes ADN polimerasas tanto para eucariotas como para procariotas. En E. coli se han descrito tres: I, II y III. Indique las principales características de cada una de ellas. f) Mencione las ADN polimerasas presentes en eucariotas.
3. Respecto de las enzimas y proteínas requeridas para la replicación del ADN a) Indique claramente la función desempeñada por: helicasas, topoisomerasas, proteínas de fijación al ADN monohebra (SSBP), primasas y ligasas. b) ¿A qué se denomina primosoma? 4. En los cromosomas lineales de eucariotas la replicación de los extremos se realiza de una manera diferencial:
Gradiente de Moléculas de ADN CsCl (Interpretación)
Ciclo 0 P
I
Ciclo 1
L
I
Ciclo 2
L
I
Ciclo 3
Referencias: P = banda pesada; I = banda intermedia; L = banda liviana a) Interprete los resultados de los tubos. b) Esquematice las moléculas de ADN obtenidas en los ciclos 0, 1, 2 y 3. c) De acuerdo a estos resultados, ¿cuál de las tres hipótesis se confirma? ¿Qué nombre recibe esta característica de la replicación del ADN?
3.- Una disolución acuosa contiene ADN polimerasa I y las sales magnésicas de dATP, dGTP, dCTP, dTTP.
A diferentes alícuotas de esta disolución se les añaden las moléculas de ADN que se indican a continuación. ¿Cuáles de ellas conducirán a la síntesis de ADN?
a.- Una cadena polinucleotídica circular conteniendo 1000 desoxirribonucleótidos.
b- Un cromosoma circular conteniendo 1000 pares de nucleótidos.
c.- Una cadena polinucleotídica circular conteniendo 1000 desoxirribonucleótidos apareados con una hebra lineal de 500 nucleótidos con el extremo 3-OH libre.
d.- Una molécula lineal de doble hebra conteniendo 1000 pares de desoxirribonucleotidos, con el OH 3’ libre en cada uno de los extremos.
4. a) Esquematice una burbuja de replicación señalando: origen y horquillas de replicación. b) En una de las horquillas ubique las enzimas y proteínas intervinientes en el proceso de replicación e indique la polaridad de las cadenas de ADN (tanto
moldes como hijas). A medida que construye el esquema mencione ordenadamente la función de cada uno de los elementos presentados. c) ¿Cuál es la enzima responsable de la remoción del cebador en E. coli? ¿Qué otra función tiene esta enzima?
i) Un cromosoma bacteriano constituido por 8 x 10^6 nucleótidos tarda en
duplicarse 1 hora 6 minutos 40 segundos. Calcule la velocidad media de incorporación de nucleótidos (nucleótidos/segundo) de esta especie bacteriana. ii) Sabiendo que los cromosomas de células eucariotas son mucho más largos que los de las procariotas y, que la velocidad de desplazamiento de sus ADN polimerasas es 10 veces menor ¿Cree Ud. que estas células tardarán más tiempo en duplicar su material genético que las bacterias? Justifique.
6.- Las micrografías que se presentan a continuación corresponden a una secuencia de eventos desarrollados durante el proceso de replicación en un determinado organismo.
a) ¿A qué organismos podrían corresponder las imágenes? Fundamente su respuesta. c) Teniendo en cuenta que la replicación es bidireccional, señale: i) La burbuja y las horquillas de replicación ii) El/los orígenes de replicación iii) ¿Qué experimento diseñaría para poder afirmar que la replicación es bidireccional?
7.- En los cromosomas lineales de eucariontes la replicación de los extremos se realiza de una manera diferencial: a) ¿Cómo se denominan específicamente las regiones terminales del cromosoma eucariótico? b) ¿A qué se debe la manera particular de la replicación del ADN en esta región? c) ¿Que diferencias funcionales encuentra entre la enzima que cataliza dicha síntesis y las ADN polimerasas descriptas en la pregunta 2) de la guía de estudio?
8. Supongamos que dos tipos de nucleótidos A y B diferentes de los utilizados corrientemente pueden ser producidos sintéticamente. El tipo A es incapaz de unirse a otro nucleótido por su extremo 3’ y el tipo B es incapaz de hacerlo por su extremo 5’. Si se sabe que un virus que crece en un cultivo celular tiene una ADN polimerasa con mayor afinidad por estos nucleótidos que la ADN polimerasa celular ¿Cuál de estos nucleótidos artificiales será un antiviral más efectivo? Justifique y tenga en cuenta que en el cultivo no sólo está presente el nucleótido A o el B, sino también los nucleótidos corrientes.
9.- a) ¿A través de qué mecanismo pueden corregirse los errores cometidos por la ADN polimerasa durante la replicación? b) Además de la alteración de la secuencia de nucleótidos de una cadena de ADN por errores en la replicación existen otras alteraciones espontáneas, ¿cuáles son y cómo se reparan? Mencione ordenadamente, para cada alteración, las enzimas que intervienen y explique que función desempeñan
