TP 5 MGBI 2019 FINAL (3)

Vista previa del material en texto

1 
TRABAJO PRÁCTICO N°5 
Año 2019 
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 e incluso reparar, así como generar variabilidad mediante tres 
mecanismos genéticos básicos: REPLICACIÓN DEL ADN, REPARACIÓN DEL 
ADN Y RECOMBINACIÓN GÉNICA. 
 
UNIDAD DE CONOCIMIENTO 
 
CONOCIMIENTOS PREVIOS REQUERIDOS: Para abordar el presente 
Trabajo Práctico deberán repasarse los contenidos del Trabajo Práctico 
referido a Macromoléculas. 
 
TEMARIO 
1. 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. 
 
3. 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. 
 
 2 
BIBLIOGRAFÍA 
- Alberts, B. y col. “Biología molecular de la célula”. 4ta-6ta. edición. Ediciones 
Omega. Barcelona. 2002-2016 
- - De Robertis (h), Hib y Ponzio. “Biología Celular y Molecular”. Editorial El 
Ateneo. 1996 
Herrera, E. “Elementos de Bioquímica”. Editorial Interamericana. 1993n 
 
 
Material multimedia sugerido: 
Replicación del ADN: 
https://www.youtube.com/watch?v=kTbeC7e2kKA 
Telomerasa y replicación de los telómeros: 
https://www.youtube.com/watch?v=hszZXlNY9Wc 
Reparación del ADN: 
https://www.youtube.com/watch?v=qMZXDKp5laM&list=PLIkvErQDPzbaSv1Ek
TLHXureNZmIe6UBg&index=2 
https://www.youtube.com/watch?v=vP8-5Bhd2ag 
https://www.youtube.com/watch?v=I-oHPDemhOs 
 
 
 
UNIDAD DE ACCIÓN 
 
En su casa: el estudiante deberá investigar usando como base el temario 
propuesto y contestar el cuestionario guía de estudio a los efectos de 
autoevaluar si ha adquirido los conceptos fundamentales requeridos para el 
abordaje del trabajo práctico. Utilizando los conocimientos teóricos adquiridos 
intentará plantear una solución de los ejercicios de aplicación. 
Podrá además ejercitarse luego de la clase resolviendo los problemas 
adicionales. 
 
En clase: el estudiante deberá participar en la discusión del temario y resolver 
con la ayuda del docente los problemas de aplicación, con el fin de reafirmar 
los conceptos teóricos estudiados en su casa y evacuar las posibles dudas. 
 
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 
https://www.youtube.com/watch?v=kTbeC7e2kKA
https://www.youtube.com/watch?v=hszZXlNY9Wc
https://www.youtube.com/watch?v=qMZXDKp5laM&list=PLIkvErQDPzbaSv1EkTLHXureNZmIe6UBg&index=2
https://www.youtube.com/watch?v=qMZXDKp5laM&list=PLIkvErQDPzbaSv1EkTLHXureNZmIe6UBg&index=2
https://www.youtube.com/watch?v=vP8-5Bhd2ag
https://www.youtube.com/watch?v=I-oHPDemhOs
 3 
entonces que se lleve a cabo espontáneamente en las células? 
d) Todas las ADN polimerasas presentan (además de su actividad polimerasa 
5’ → 3’) una actividad exonucleasa 3’ → 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: 
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? 
 
5. a) ¿Cuáles son las principales causas de la aparición de alteraciones en la 
secuencia de nucleótidos del ADN? 
b) Mencione las alteraciones más frecuentes de las cadenas de ADN y 
describa el mecanismo de reparación de cada una de ellas. 
c) ¿Qué sucedería si estas alteraciones no fuesen reparadas antes de la 
replicación del ADN? 
 
6. Las mutaciones pueden dividirse en: mutaciones génicas y aberraciones 
cromosómicas: 
a) ¿Cuál es la diferencia fundamental entre ellas? 
b) ¿Qué consecuencias pueden tener las mutaciones génicas? 
 
7. Respecto de la recombinación genética: 
a) Indique los rasgos más salientes de la recombinación general y establezca 
su relación con la variabilidad de los individuos en organismos sexuados. 
b) ¿En qué consiste la recombinación específica de lugar? ¿Qué tipos de 
elementos genéticos móviles conoce? 
PROBLEMAS DE APLICACIÓN 
 
 
 
 
 
 
 
En esta sección, hemos incluido problemas que relacionan los temas 
estudiados en este TP con problemáticas de importancia médica, identificados con 
el símbolo: 
 
 
 
Al final de algunos de estos problemas encontrará un texto breve identificado 
como “Lectura complementaria” que brinda una breve explicación sobre el tema 
biomédico que se desarrolla en el mismo. Su lectura no resulta indispensable 
para la resolución del problema, pero brinda información útil para su futura 
formación como médico tanto generalista como especialista. 
 
 4 
 
1) a) ¿De qué manera almacena información una célula? ¿Cuál es el sentido 
de flujo de la misma? 
b) Los virus son agentes infecciosos intracelulares obligados que están 
compuestos por material genético (una molécula de ADN o una de ARN) 
rodeado por una cubierta proteica. Al infectar una célula, inyectan su 
material genético en el interior de la célula hospedadora, y utilizan la 
maquinaria celular para reproducirse, siendo capaces de causar diversas 
enfermedades. Algunos virus relacionados con el cáncer y el virus causante de 
SIDA pertenecen al grupo de los retrovirus. La característica principal de este 
grupo de virus es que su genoma está constituido por ARN. Luego de infectar a 
una célula, losretrovirus deben “retrotranscribir” su ARN a ADN a través de la 
enzima retrotranscriptasa viral (o transcriptasa inversa) para luego insertarlo en 
el ADN de la célula hospedadora y así continuar su ciclo de vida. 
¿Cree usted que los retrovirus contradicen el sentido de flujo de la información 
genética descripto en el inciso anterior? Justifique. 
 
2) 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
a) ¿Cuál de las opciones (A, B ó C) representa una de las características de la 
replicación del ADN? Nómbrela y explíquela brevemente. 
b) ¿Qué otras propiedades de la replicación del ADN conoce? 
c) ¿Cuál fue el modelo experimental empleado para demostrar las propiedades 
de la replicación? 
 
3) a) A continuación le presentamos imágenes correspondientes a una 
molécula de ADN bacteriano en diferentes momentos de su replicación. Señale 
en ellas los siguientes elementos: burbujas, origen y horquillas de replicación. 
 
 b) En el siguiente esquema de una horquilla de replicación del ADN 
bacteriano ubique todas las enzimas y proteínas intervinientes en el proceso e 
indique la polaridad de las cadenas de ADN (tanto moldes como hijas). 
A medida que completa el esquema, mencione ordenadamente la función de 
cada uno de los elementos presentados. 
 
 5 
 
 
 
c) ¿Cuál es la enzima responsable de la remoción del cebador en E. coli? 
¿Qué otra función tiene esta enzima? 
 
4) a) Un cromosoma bacteriano constituido por 8 x 106 nucleótidos tarda en 
duplicarse 1 hora 6 minutos 40 segundos. Calcule la velocidad media de 
incorporación de nucleótidos por parte de la ADN-polimerasa 
(nucleótidos/segundo) de esta especie bacteriana. 
b) Sabiendo que los cromosomas de las 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. 
 
5) Supongamos que dos tipos de nucleótidos A y B diferentes de los que 
se encuentran normalmente en el ADN 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 teniendo en 
cuenta que en una de las placas de cultivo están presentes los 4 dNTPs más el 
nucleótido sintético A y en otra, los dNTPs y el B. 
 
6) 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) ¿Qué diferencias funcionales encuentra entre la enzima que cataliza dicha 
síntesis y las ADN polimerasas responsables de la síntesis del ADN? 
 
Recuerde que en la bibliografía puede encontrar videos referidos al tema 
que lo ayudarán en la resolución del ejercicio. 
 
 
 6 
d) Como los telómeros de nuestros cromosomas se van acortando con 
cada división celular, es probable que se llegue a un punto en el que 
comience a perderse material codificante y, por esa razón, las células 
podrían ver afectadas sus funciones y/o morir. Una mutación en el gen que 
codifica para la telomerasa provoca una rara enfermedad llamada disqueratosis 
congénita, cuyos síntomas se asemejan a los del envejecimiento prematuro. 
Por esta razón se han generado numerosos intentos de modificar e incrementar 
la actividad de esta enzima con el propósito de alargar la vida de las células 
que presentan baja actividad de la misma. En la actualidad existen proyectos 
científicos que utilizan este principio como hipótesis para intentar prolongar la 
vida a través de la estimulación de la telomerasa. Sin embargo, como el 
envejecimiento es un proceso que obedece a múltiples causas, aún resta 
mucho camino por recorrer en esta área de investigación. Por otro lado, se 
debe ser cuidadoso cuando pretendemos estimular a la telomerasa, ya que un 
exceso de su actividad también podría tener efectos negativos. 
e) ¿Por qué le parece a usted que el exceso en la expresión de la telomerasa 
podría resultar dañino para nuestra salud? 
f) ¿Conoce alguna enfermedad asociada a la sobreexpresión del gen de 
telomerasa? 
 
7) 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 que 
dañan al ADN. ¿Cuáles son y cómo se reparan? 
c) Para cada alteración representada en los siguientes esquemas, reconozca y 
ubique ordenadamente las enzimas que intervienen en la reparación del ADN. 
Explique qué función desempeñan cada una. Indique el tipo de daño y el tipo 
de reparación en cada caso. 
Enzimas: ADN glucosilasa - AP endonucleasa - Fosfodiesterasa 
(exonucleasa) - ADN polimerasa – Ligasa – Nucleasa - ADN helicasa 
 
 Esquema 1: Esquema 2: 
 
 
 7 
e) ¿Conoce otro tipo de daño que pueda sufrir el ADN y que no haya sido 
representado en los esquemas? Utilizando como base los mecanismos 
utilizados en las reparaciones anteriores, indique los pasos para su reparación. 
 
8)- La xerodermia pigmentaria es una enfermedad hereditaria en la que 
los individuos que la padecen no toleran la luz solar, presentan fibrosis, 
pigmentaciones y cáncer de piel. Se observó que las células normales 
irradiadas con luz UV, incorporaban timidina en todo momento (aún cuando no 
se estaba replicando el ADN). En cambio, las células enfermas irradiadas no 
incorporaban timidina a menos que estuvieran replicando su ADN. 
a) ¿A qué se debe la incorporación de timidina en las células normales? 
b) En base a estos resultados ¿qué defecto presentan las células de las 
personas que padecen esta enfermedad? 
c) ¿Qué relación existe entre este defecto y la posibilidad del desarrollo de 
cáncer de piel? 
 
9) a) ¿Qué mecanismos permiten incrementar la variabilidad génica de una 
especie? 
 b) ¿Por qué resulta más ventajoso para una especie tener la posibilidad de 
presentar un amplio espectro de variabilidad génica? 
 c) ¿Por qué cree Ud que la reproducción sexual está tan extendida en los 
seres vivos? 
 d) ¿Considera Ud. posible el pasaje de información genética por 
mecanismos naturales desde un organismo dado hasta otro diferente? 
Fundamente su respuesta citando ejemplos.