Clase 1: 24 y 25 marzo

Aplicaciones de bases moleculares

DRA. PAULINA RAMOS ESPINOSA SEMESTRE AD25

¿Quién es tu profesora?

• Licenciatura en Químico farmacéutico biologa (QFB), UNAM.
• Doctorado en Ciencias Biomédicas (UNAM-Departamento de Medicina Genómica y Toxicología Ambiental).
• Estancia en la Universidad de Florida.

Vías de comunicación

• Correo: paulinare@tec.mx
• Zoom: https://itesm.zoom.us/my/ramospaulina (Zoom ID: ramospaulina)
• Oficina: 4to piso Edificio administrativo, Escuela de Ingeniería y Ciencias

Antecedentes de la biología molecular. Generalidades de los ácidos nucleicos. Replicación del DNA. Transcripción del DNA. Traducción del RNA. Microorganismos. Aplicaciones de ingeniería genética. Herramientas de clonación genética. Herramientas computacionales de Ingeniería Genética. Actualizaciones en Ingeniería Genética.

SYLLABUS

Las fechas de los temas pueden sufrir cambios. Mantente atento a las indicaciones.

EVALUACIÓN

Actividades en equipo........ 20% Exámenes parciales............. 40% Evidencia 1............................ 20% Evidencia 2............................ 20% _________ 100%

Reporte final de Situación problema

Comprende 2 avances de proyecto y una final, así como una contribución del 5% de co-evaluación.

recuerda que...

• No hagas llamadas dentro del salón.
• Sé puntual.
• Avisa con anticipación tus ausencias si tienes evento académicos y/o deportivos (representativos).
• Justifica tus ausencias por enfermedad.
• Entrega tus actividades en la fecha y horario acordado, no habrá prórroga (solo urgencias).
• Eres responsable del desempeño de tu equipo, dialoga si presentan desacuerdos.

Elige a tu equipo: 3 integrantes

SITUACIÓN PROBLEMA

La aparición de nuevas enfermedades y evolución de las ya existentes demanda el desarrollo de nuevos y mejores tratamientos para garantizar una vida sana y promover el bienestar para todos en todas las edades (ODS 3 – SALUD Y BIENESTAR). Una opción muy prometedora es la producción recombinante de enzimas para el tratamiento y/o diagnóstico de enfermedades.

¿Cuándo nació la biología molecular?

1895: Basic Law of inheritance

Mendel tenía 34 años cuanto publicó las leyes de la herencia. Las leyes de la herencia son principios fundamentales que describen cómo se transmiten los rasgos de generación en generación. Propone la existencia de “factores hereditarios” que se transmiten de generación en generación

Unidad de herencia

El botánico danés Wilhelm Ludvig Johannsen acuña el término 'gen' para describir al elemento transportador de los caracteres hereditarios. Denomina “genotipo” a la constitución genética de un organismo, y fenotipo a la expresión del genotipo. Año 1909.

"Dominante", se refiere a la relación entre un rasgo observado y las dos versiones heredadas de un gen relacionado con ese rasgo. Las personas heredan dos versiones de cada gen, conocidas como alelos, de cada progenitor. En el caso de un rasgo dominante, se necesita solo una copia del alelo dominante para expresar el rasgo. El efecto del otro alelo (el alelo recesivo) queda oculto por el alelo dominante. Alelo: Es una secuencia de DNA, es una variación de un gen.

Un alelo "recesivo" no produce un rasgo cuando hay una sola copia presente. Ocurre lo opuesto con un rasgo dominante, que requiere que esté presente solo uno de los dos alelos para expresar el rasgo.

El alelo para el color marrón es dominante sobre el alelo para el color azul. Esto significa que si una persona tiene al menos un alelo B, sus ojos serán marrones.

Gen: orígen, nacimiento

1928: Frederick Griffiths experiments

Este experimento reveló que las bacterias pueden transferir material genético entre sí, lo que sentó las bases para el descubrimiento del DNA como portador de la información genética.

Mostró que la información genética podía transferirse entre bacterias.

¿Qué tipo de molécula era la encargada de la herencia de los rasgos? un polisacárido, proteína, DNA o RNA.

Oswald Avery, Colin MacLeod y Maclyn McCarty en 1944, fue un hito importante en la genética molecular, ya que lograron identificar la molécula responsable de la transformación bacteriana.

1947: Chargaffs rules

1952: Hershey and Chase use radioactive labeling to confirm that DNA, not protein.

Hershey y Chase marcaron el ADN con fósforo radiactivo (32P) y las proteínas con azufre radiactivo (35S). El fósforo se encuentra principalmente en el ADN, mientras que el azufre se encuentra en las proteínas pero no en el ADN.

Early 1950s: Franklin and Wilkins showed X-ray structure analysis of crystallized DNA.

dogma central de la biología molecular

1953: Crick and Watson were able to decode the 3D structure of the DNA

Franklin Wilkins

Chargaff

Watson Crick

1958: Central Dogma of Biology by F. Crick

Cobb M. 60 years ago, Francis Crick changed the logic of biology. PLoS Biol. 2017 Sep 18;15(9):e2003243. doi: 10.1371/journal.pbio.2003243. PMID: 28922352; PMCID: PMC5602739.

El ‘Dogma central de la biología’ es el proceso por el cual las instrucciones del DNA son convertidas a un producto funcional.

Beyond Central Dogma...

Zudaire, Isabel & Napal, María. (2021). Exploring the Conceptual Challenges of Integrating Epigenetics in Secondary-Level Science Teaching. Research in Science Education. 51. 1-18. 10.1007/s11165-019-09899-5.

El DNA es la molécula encargada de almacenar información. Todos los organismos vivos celulares (bacterias, plantas, animales, etc.) tienen DNA.

El DNA es un polímero flexible y dinámico, capaz de doblarse, enrollarse (superenrollamiento) y cambiar de conformación. Estas propiedades son esenciales para su empaquetamiento, accesibilidad y modulación estructural, influenciadas por la secuencia y la interacción con proteínas arquitectónicas.

Los ácidos nucléicos fueron descritos en 1869 por el suizo Friedrich Mierscher. Él quería determinar la composición química de los leucocitos (glóbulos blancos), su fuente de leucocitos era el pus de vendajes quirúrgicos frescos.

El ADN es un polímero compuesto por unidades monoméricas llamadas nucleótidos que comprende un azúcar de cinco carbonos, desoxirribosa, una base nitrogenada y uno o más grupos fosfato. Para la síntesis de ADN los NTs contienen 3 grupos fosfato, dos se pierden durante este proceso, por lo que la cadena de ADN contiene un grupo fosfato por nucleótido.

DNA

Deoxyribose Double helix Nucleus

Nucleic acids

Two types: DNA and RNA What is the difference between them?

RNA

Ribose Single strand Cytoplasm

Pyrimidines Long name, short structure Purines

T=A G=C

Base pairing

C5

Los carbonos dentro del anillo de desoxirribosa se numeran del 1′ al 5′

C1

Enlace glucosídico

index

DNA structure

In addition to the major and minor grooves providing variation within the double helix structure, the axis alignment of the helix along with other influencing factors such as the degree of solvation, can give rise to three forms of the double helix, the A-form (A-DNA), the B-form (B-DNA), and the Z-form (Z-DNA).

The double helix is right-handed; the turns run clockwise looking along the helical axis. The accepted model for what is known as the B-form of DNA.

formas que puede adquirir el dna

¿Cuánto DNA tenemos en una célula? En general, el genoma humano consta de aproximadamente 3 mil millones de pb. Cerca de 2 metros de DNA por célula.

Tenemos 37.2 billones de células, lo que equivale a 74.4 billones de metros de DNA, suficiente para llegar de la tierra al sol 74 veces.

Visualización 3D del DNA

1. Visualiza una molécula de DNA.2. Identifica más de una forma de esta molécula. 3. Identifica los enlaces en el DNA así como las BN, fosfátos, azúcares.

MoleculARweb

¿Dónde se encuentra el DNA?

Citoplasma vs núcleo

CALOR

MIEDO

Vida

Planta

ORIGEN

BIO

Fito

Thermo

Genos

Phobos

Color

Cuerpo

Adentro

Tratado

Célula

Chromo

Soma

Logos

Cito

Endo

Luz

Comer

Exceso

Verdadero

Romper

EU

Liso/Lisis

Phago

Foto

Hiper

Poco

Muero

Condición anormal

Movimiento

Inflamación

Kinesis

Oligo

Necro

Osis

Itis

Compactación del DNA

¿Cómo meter 3'000,000,000 pb en el núcleo?

Cromatina

Chromatin refers to a mixture of DNA and proteins that form the chromosomes.

Genomes: Human includes 21, 000 genes. Rice has 41, 000 genes. Strep throat bacteria 1,343 genes. Chicken pox virus 70 genes.

SOLENOID

NUCLEOSOME

HISTONES AND DNA

A nucleosome is a section of DNA that is wrapped around a core of histones. Each nucleosome is composed of a little less than two turns of DNA wrapped around a set of 8 histones: octamer. Each is composed of two copies each of the histone proteins H2A, H2B, H3, and H4.

The chain of nucleosomes is then wrapped into a 30 nm spiral called a solenoid, where additional H1 histone proteins are associated with each nucleosome to maintain the chromosome structure.

Histones

Histones are a family of basic proteins (positive charge) that associate with DNA (negative charge) in the nucleus and help condense it into chromatin.

Chromosomes are threadlike structures made of protein and a single molecule of DNA that serve to carry the genomic information from cell to cell.

Chromosome

DNA Packing level

Nucleosome DNA wraps 1.65 times

Octamer + Histone 1 11 nm

Solenoid 30 nm

Chromatin loops 300 nm

Condensed chromatin 700 nm

Mitotic chromosome 1400 nm