TRABAJO PRCTICO N 5

TRABAJO PRCTICO N 6. Ao 2014MECANISMOS GENTICOS BSICOS (PARTE I)OBJETIVOS

Comprender que el mantenimiento de un alto grado de orden celular deriva de la informacin gentica almacenada en el ADN que se puede replicar, mantener y a veces reparar lesiones as como generar variabilidad mediante tres mecanismos genticos bsicos: REPLICACION DEL ADN, REPARACION DEL ADN Y RECOMBINACION GENICA.

UNIDAD DE CONOCIMIENTO

CONOCIMIENTOS PREVIOS REQUERIDOS: Para abordar el presente Trabajo Prctico debern repasarse los contenidos del Trabajo Prctico referido a Macromolculas.

TEMARIO1. REPLICACIN DEL ADN(1.1) Propiedades generales del proceso: semiconservacin, bidireccionalidad, direccin de sntesis de cada cadena y semidiscontinuidad.

(1.2) Origen, Burbuja y Horquilla de replicacin.

(1.3) Etapas de la replicacin y enzimas intervinientes en cada una de ellas.

(1.4) Fidelidad de la rplica. Mecanismos de correccin.

(1.5) Comparacin del proceso en organismos procariontes y eucariontes.

(1.6) Replicacin de los telmeros.

2. REPARACIN DEL ADN(2.1) Alteraciones del ADN: espontneas u ocasionadas por la accin de factores ambientales.

(2.2) Estabilizacin gentica por reparacin de las diversas alteraciones del ADN: mecanismos y enzimas intervinientes.

(2.3) Mutacin del ADN: tipos. Mutaciones gnicas: sustitucin, insercin y delecin. Rol biolgico y consecuencias de las mutaciones.

3. RECOMBINACIN GENTICA(3.1) Reordenamiento de secuencias genticas: recombinacin. Propiedades generales e importancia biolgica. Variabilidad.

(3.2) Recombinacin general y especfica de lugar.

(3.3) Relacin con procesos de reparacin.

(3.4) Elementos genticos mviles.

VOCABULARIO ESPECFICO DEL TEMA

semiconservativo - cadena conductora - cadena retrasada - fragmentos de Okazaki - burbujas de replicacin - primosoma - replisoma - ARN cebador (primers) - antiparalelo - complementario - depurinacin - depirimidizacin -desaminacin - gen - locus - loci - alelo - bacterifago - transposn - desnaturalizacin - renaturalizacin - hibridacin.

BIBLIOGRAFA

- Alberts, B. y col. Biologa molecular de la clula. 3era. edicin. Ediciones Omega. Barcelona. 1996

- Herrera, E. Elementos de Bioqumica. Editorial Interamericana. 1993

- Lehninger, A. Bioqumica. Editorial Omega. 1993

- De Robertis (h), Hib y Ponzio. Biologa Celular y Molecular. Editorial El Ateneo. 1996

UNIDAD DE ACCIN

En su casa: El alumno deber:

- Investigar respecto a este T.P. basndose en el temario.

- Contestar el cuestionario gua 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 trminos que forman parte del vocabulario especfico del tema.

- Intentar resolver los problemas de aplicacin.

En clase: resolver y discutir, con ayuda del docente, los problemas de aplicacin para confirmar que los conceptos tericos estudiados en su casa han sido integralmente comprendidos.

CUESTIONARIO GUA DE ESTUDIO

1. Propiedades generales de la replicacin del ADN

a) Por qu 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 qu se denomina burbuja y horquilla de replicacin?

d) Qu ventajas presenta el hecho de que transcurra en forma bidireccional?

e) Por qu se dice que es semidiscontinua?

2. Respecto a la enzima responsable de la sntesis de ADN: ADN polimerasa

a) Escriba la ecuacin general de la reaccin catalizada por esta enzima.

b) Cules son los dos requisitos centrales para que la reaccin de polimerizacin del ADN catalizada por esta enzima pueda llevarse a cabo?

c) La reaccin del inciso a) es energticamente desfavorable?, cmo explica entonces que se lleve a cabo espontneamente en las clulas?

d) Todas las ADN polimerasas presentan (adems de su actividad polimerasa 5 ( 3) una actividad exonucleasa 3 ( 5. Para qu 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 caractersticas de cada una de ellas.

f) Mencione las ADN polimerasas presentes en eucariotas.

3. Respecto de las enzimas y protenas requeridas para la replicacin del ADN

a) Indique claramente la funcin desempeada por: helicasas, topoisomerasas, protenas de fijacin al ADN monohebra (SSBP), primasas y ligasas.

b) A qu se denomina primosoma?

4. En los cromosomas lineales de eucariotas la replicacin de los extremos se realiza de una manera diferencial:

a) Cmo se denominan especficamente las regiones terminales del cromosoma eucaritico?

b) A qu se debe la manera particular de la replicacin del ADN en esta regin?

c) Que diferencias funcionales encuentra entre la enzima que cataliza dicha sntesis y las ADN polimerasas descriptas en la pregunta 2?

5. a) Cules son las principales causas de la aparicin de alteraciones en la secuencia de nucletidos del ADN?

b) Mencione las alteraciones ms frecuentes de las cadenas de ADN y describa el mecanismo de reparacin de cada una de ellas.

c) Qu sucedera si estas alteraciones no fuesen reparadas antes de la replicacin del ADN?

6. Las mutaciones pueden dividirse en: mutaciones gnicas y aberraciones cromosmicas:

a) Cul es la diferencia fundamental entre ellas?

b) Qu consecuencias pueden tener las mutaciones gnicas?

7. Respecto de la recombinacin gentica:

a) Indique los rasgos ms salientes de la recombinacin general y establezca su relacin con la variabilidad de los individuos en organismos sexuados.

b) En qu consiste la recombinacin especfica de lugar? Qu tipos de elementos genticos mviles conoce?

EJERCICIOS DE APLICACIN

1. a) De qu manera almacena informacin una clula? Cul es el sentido de flujo de la misma?

b) Existen mecanismos por los cuales se altera lo descrito en el inciso anterior? Cite ejemplos.

2. Messelson y Stahl realizaron una experiencia para comprender el mecanismo de duplicacin del ADN. Tenan tres hiptesis posibles:

1era. hiptesis: La doble hlice madre se duplica dando dos dobles hlices; una con las dos cadenas madres y la otra con las dos cadenas hijas o nuevas.

2da. hiptesis: la doble hlice madre se duplica dando dos dobles hlices donde cada una tiene una cadena madre y otra nueva.

3era. hiptesis: la doble hlice madre se duplica dando dos dobles hlices donde cada una tiene en ambas cadenas trozos nuevos y trozos viejos.

Para esta experiencia usaron E. coli ya que por ser procarionte posee un nico cromosoma y su ciclo de reproduccin es de aproximadamente 30 minutos. Se cultivaron las bacterias en un medio con 15N y luego de un tiempo se las pas a un medio con 14N. A partir de ese momento se tomaron muestras cada 30 minutos (un ciclo) y en un gradiente de CsCl se determin por ultracentrifugacin la densidad del ADN previamente aislado. Los resultados obtenidos fueron los siguientes:

Gradiente de

Molculas de ADN

CsCl

(Interpretacin)

Ciclo 0 P I

Ciclo 1

L

I

Ciclo 2

L

I Ciclo 3

Referencias: P = banda pesada; I = banda intermedia; L = banda livianaa) Interprete los resultados de los tubos.

b) Esquematice las molculas de ADN obtenidas en los ciclos 0, 1, 2 y 3.

c) De acuerdo a estos resultados, cul de las tres hiptesis se confirma? Qu nombre recibe esta caracterstica de la replicacin del ADN?3.- Una disolucin acuosa contiene ADN polimerasa I y las sales magnsicas de dATP, dGTP, dCTP, dTTP.

A diferentes alcuotas de esta disolucin se les aaden las molculas de ADN que se indican a continuacin. Cules de ellas conducirn a la sntesis de ADN?

a.- Una cadena polinucleotdica circular conteniendo 1000 desoxirribonucletidos.

b- Un cromosoma circular conteniendo 1000 pares de nucletidos.

c.- Un cadena polinucleotdica circular conteniendo 1000 desoxirribonucletidos apareados con una hebra lineal de 500 nucletidos con el extremo 3-OH libre.

d.- Una molcula 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 replicacin sealando: origen y horquillas de replicacin.

b) En una de las horquillas ubique las enzimas y protenas intervinientes en el proceso de replicacin e indique la polaridad de las cadenas de ADN (tanto moldes como hijas). A medida que construye el esquema mencione ordenadamente la funcin de cada uno de los elementos presentados.

c) Cul es la enzima responsable de la remocin del cebador en E. coli? Qu otra funcin tiene esta enzima?

5.- i) Un cromosoma bacteriano constituido por 8 x 106 nucletidos tarda en duplicarse 1 hora 6 minutos 40 segundos. Calcule la velocidad media de incorporacin de nucletidos (nucletidos/segundo) de esta especie bacteriana. ii) Sabiendo que los cromosomas de clulas eucariotas son mucho ms largos que los de las procariotas y, que la velocidad de desplazamiento de sus ADN polimerasas es 10 veces menor Cree Ud. que estas clulas tardarn ms tiempo en duplicar su material gentico que las bacterias? Justifique.6.- Las micrografas que se presentan a continuacin corresponden a una secuencia de eventos desarrollados durante el proceso de replicacin en un determinado organismo.

a) A qu organismos podran corresponder las imgenes? Fundamente su respuesta.

c) Teniendo en cuenta que la replicacin es bidireccional, seale:

i) La burbuja y las horquillas de replicacin

ii) El/los orgenes de replicaciniii) Qu experimento diseara para poder afirmar que la replicacin es bidireccional?

7.- En los cromosomas lineales de eucariontes la replicacin de los extremos se realiza de una manera diferencial:

a) Cmo se denominan especficamente las regiones terminales del cromosoma eucaritico?

b) A qu se debe la manera particular de la replicacin del ADN en esta regin?

c) Que diferencias funcionales encuentra entre la enzima que cataliza dicha sntesis y las ADN polimerasas descriptas en la pregunta 2) de la gua de estudio?

8. Supongamos que dos tipos de nucletidos A y B diferentes de los utilizados corrientemente pueden ser producidos sintticamente. El tipo A es incapaz de unirse a otro nucletido 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 nucletidos que la ADN polimerasa celular Cul de estos nucletidos artificiales ser un antiviral ms efectivo? Justifique y tenga en cuenta que en el cultivo no slo est presente el nucletido A o el B, sino tambin los nucletidos corrientes.9.- A travs de qu mecanismo pueden corregirse los errores cometidos por la ADN polimerasa durante la replicacin?

10.- Adems de la alteracin de la secuencia de nucletidos de una cadena de ADN por errores en la replicacin existen otras alteraciones espontneas, cules son y cmo se reparan? Mencione ordenadamente, para cada alteracin, las enzimas que intervienen y explique que funcin desempean cada una.

11.- La xerodermia pigmentaria es una enfermedad hereditaria que se caracteriza porque los individuos que la padecen no toleran la luz solar presentando fibrosis, pigmentaciones y cncer de piel. Se observ que las clulas normales irradiadas con luz UV, incorporaban timidina en todo momento (an cuando no se estaba replicando el ADN). En cambio, las clulas enfermas irradiadas no incorporaban timidina a menos que estuvieran replicando su ADN.

a) A qu se debe la incorporacin de timidina en las clulas normales?

b) En base a estos resultados qu defecto presentan las clulas de las personas que padecen esta enfermedad?

c) Qu relacin existe entre este defecto y la posibilidad del desarrollo de cncer de piel?13 a) Qu mecanismos permiten incrementar la variabilidad gnica de una especie?

b) Por qu resulta ms ventajoso para una especie tener la posibilidad de presentar un amplio espectro de variabilidad gnica?

c) Por qu cree Ud que la reproduccin sexual est tan extendida en los seres vivos?

d) Considera Ud. posible el pasaje de informacin gentica por mecanismos naturales desde un organismo dado hasta otro diferente? Fundamente su respuesta citando ejemplos.

12T.P. N51