GUIA DE APRENDIZAJE “INTEGRACIÓN CÉLULA – ORGANISMO” LICEO “TAJAMAR” PROVIDENCIA
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LICEO “TAJAMAR” PROVIDENCIA Depto. BIOLOGIA GUIA DE APRENDIZAJE “INTEGRACIÓN CÉLULA – ORGANISMO” SECTOR: Ciencias Biológicas. NIVEL: NM4. Plan Electivo. PROFESOR(A): Alfaro Juana. FECHA: Noviembre 2011. UNIDAD TEMÁTICA: Integración Célula – Organismo. CONTENIDO: Regulación génica en procariontes. Operon Lactosa OBJETIVO DE APRENDIZAJE: Comprender los mecanismo de regulación génica en bacterias, con respecto al operon lactosa TIEMPO DE DESARROLLO DE LA GUIA DE TRABAJO: -Tiempo estimado para la resolución de las actividades: FECHA DE CONSULTAS Y RETROALIMENTACIÓN: - Envío de pauta de corrección a plataforma: - Tiempo para consultas: FECHA LIMITE DE RECEPCIÓN: CORREO ELECTRÓNICO DONDE REENVÍEN RESPUESTAS: [email protected](provisorio) INSTRUCCIONES: - Utilizando los apuntes tomados y las actividades desarrolladas en clases, resuelva la actividad propuesta. - En los próximos días se enviará la pauta de corrección para que pueda comparar sus respuestas con dicha pauta. - En caso de tener dudas y/o consultas sobre el contenido o las respuestas, envíe un e-mail a la profesora encargada. - Trabajo individual o grupal (máx. 5 alumnas). ENVIAR EXCLUSIVAMENTE HOJA DE RESPUESTA GUÍA DE GENOMA ADN Contiene toda la información genética de la célula En la célula animal encontramos: ADN nuclear (99,995 % ADN lineal) y ADN mitocondrial (0,0005 % ADN circular). Mientras que en las células vegetal encontramos ADN en el núcleo, en las mitocondrias y en los cloroplastos. Tamaño El ADN nuclear tiene un tamaño de 33.000 Mega bases, codificando para 32.000 genes El ADN mitocondrial presenta un tamaño de 16,6 Kilo bases, codificando 37 genes. Genoma Nuclear Genes y secuencias génicas Relacionadas 10% ADN codificante para ARN ADN no codificante 90% Funcionales y polipéptidos Pseudo genes Fragmentados Intrones y secuencias No traducidas Pseudo genes: son genes que antes eran activos, tuvieron una mutación y no se expresan ni transcriben. ADN Procarionte: Se transcribe en un único transcrito que luego se procesa y da como resultado diferentes polipéptidos. Policistrónico (Da origen a más de una proteína) ADN EUCARIONTE Se caracteriza por ser monocistrónico, es decir que codifica sólo para una proteína Se divide en: ADN codificante: Encontramos genes que codifican para una proteína de una copia única. ADN No codificante ADN PROCARIONTE Presentan un solo cromosoma involucrando 3000 genes funcionales, dado que pueden vivir en diferentes hábitat con distintas temperaturas, pH, humedad, carencia de nutrientes, etc. Su sistema de control genético obedece a 2 grandes mecanismos • Control (-): El producto de algún gen impide la expresión génica • Control (+): El estado normal donde uno o más genes se transcriben En procariontes el ADN se organiza en unidades estructurales llamadas operones en los cuales se encuentran los genes para funciones interrelacionadas OPERÓN Genes reguladores: Codifican para una proteína que se une a la secuencia obstruyendo al promotor y por tanto impide la transcripción de los genes estructurales, los genes reguladores no tienen que estar adyacentes a los otros genes en el operón. Secuencias Reguladoras • Secuencia Operador: Controla el acceso de la ARNpol al promotor • Secuencia Promotor: Donde la ARNpol reconoce el sitio de inicio de la transcripción Genes Estructurales: Codifican las enzimas relacionadas a las proteínas estructurales OPERÓN Análisis en E. coli evidenciaron la existencia de dos operones diferentes: Operón Inducible: Son aquellos que en condiciones normales no se expresan, sino que lo hacen en respuesta a un agente inductor transcribiendo los genes estructurales. Ejemplo: La lactosa, maltosa, arabinosa. La lactosa, azúcar de la leche, es hidrolizada por la enzima -Galactosidasa. Esta enzima es inducible solo se sintetiza en grandes cantidades, en presencia de lactosa que es el sustrato sobre el cual opera. Operón Reprimible: Sintetiza moléculas necesarias para la célula, al aumentar las concentraciones de estas moléculas ellas mismas actúan como un agente represor, inhibiendo la transcripción de los genes estructurales. Ejemplo: Operón Tritrofano- Histidina Experimento de Jacob y Monod (1961) Estudiando el fenómeno de mutación bacteriana, en diferentes fuentes carbonadas con cultivos de E. coli, se observaron las siguientes cinéticas: Gráficos Cinética exponencial Cinética diauxica Análisis de los resultados: • En la gráfica de la glucosa, se observa un crecimiento exponencial. • La gráfica de la lactosa, el cultivo responde tardíamente presentando una fase de latencia. • La grafica de lactosa + glucosa, nos indica que las bacterias metabolizan inmediatamente la glucosa, mientras que la lactosa es metabolizada tardíamente. ¿Por qué ocurre esto? Todas las enzimas que participan en el metabolismo de la glucosa, se encuentran en el citoplasma, mientras que en un medio con lactosa, se debe ocupar la maquinaria metabólica para sintetizar las enzimas necesarias, que la degradaran en glucosa + galactosa. OPERON LACTOSA El operón lac es un ejemplo de un operón inducible. Al igual que todos los operones está constituido por genes reguladores, secuencias reguladoras y genes estructurales. Los genes estructurales codifican para la síntesis de: Genes Proteína Función Z - Galactosidasa Hidrolizar la lactosa Y Permeasa Permite el ingreso de la lactosa a Transacetilasa Desconocida La síntesis de proteínas está regulada por interacciones que involucran a un represor y a un inductor. Pasa de "desconectado" a "conectado" cuando un inductor se une al represor y lo inactiva. El gen regulador tiene como función, sintetizar la proteína pR (represor) que se une al operador impidiendo la transcripción. Cuando en el medio existe la presencia de lactosa o de algún análogo de ella como el IPTG (Isopropil B-D tiogaloctósido), estos funcionan como inductores. El inductor se une la proteína represora (pR), cambiando su forma, disminuyendo su afinidad por el operador, permitiendo que la ARNpol se una al promotor transcribiendo los genes estructurales. Además de los genes que lleva el cromosoma bacteriano, estas Pueden contener otros genes, llevados en los plásmidos. Son moléculas de ADN de doble cadena mucho más pequeña Los científicos han analizado diversos tipos de cepas bacterianas mutantes para observar el comportamiento Del Operón lac, que se muestran, en el siguiente cuadro: - Galactosidasa Cepa Genoma Permeasa No Inducida Inducida No Inducida Inducida 1 I+ Z+ Y+ - + - + 2 I+ Z+ Y+/ F I- Z+ Y+ - + - + 3 I- Z- Y+/ F I- Z+ Y+ + + + + CONTROL POSITIVO DEL OPERÓN Lac Cuando se cultivan bacterias en un medio con lactosa + glucosa. Las bacterias degradan en primer lugar la glucosa, una vez que se agota se sintetiza un nucleótido llamado AMPc, a partir del ATP, por una enzima denominada Adenilato ciclasa. El aumento del AMPc, se comporta como una señal de alerta, que indica una baja concentración de glucosa. Las bacterias E.coli, presentan una proteína llamada CAP (proteína activadora del gen del catabolito), ésta se une al promotor del operón cuando se asocia al AMPc, para aumentar la síntesis de - Galactosidasa. Guía de Trabajo Actividades 1. Selección Múltiple 1.- El promotor de un gen es una secuencia de nucleótidos que permite la unión: a) De la ARN polimerasa al ADN b) De la ADN polimerasa al ADN c) Del ARNm al ribosoma. 2.- ¿Qué ocurre con el funcionamiento del operón lactosa si ocurre una mutación en el gen regulador que provoca la pérdida de afinidad por la lactosa? a) La ARN pol transcribirá activamente los genes estructurales. b) El represor se uniría permanentemente al operador. c) Se acumularían grandes cantidades de ARN policistronico. 3.- A diferencia de los eucariotas, en la transcripción de los procariotas. a) Se utilizan tres tipos de ADN polimerasas diferentes. b) Pueden generarse moléculas de ARNm policistronico. c) Se requieren factores basales de transcripción. 4.- Un gen de una bacteria puede contener información para: a) Exones e intrones y para una sola cadena polipeptídica b) Exones, intrones y para varias cadenas polipeptídicas c) Varias cadenas polipeptídicas, sin exones ni intrones 5.- ¿Cuál (es) de las siguientes enzimas permiten el ingreso de la lactosa, al interior de la bacteria? a) Beta galactosidasa. b) Permeasa. c) ARNpol II. 6.- En organismo procarionte, la presencia de lactosa: a) Induce la síntesis de una proteína inductora. b) Inhibe la síntesis de la proteína represora. c) Se une a la proteína represora y la inactiva. 7.- La cinética exponencial utiliza como medio de cultivo a) Glucosa. b) Lactosa. c) Glucosa + Lactosa. 8.- Un operón está constituido por: I. Un gen regulador II. Secuencias promotoras y operadoras III. Genes estructurales a) Sólo I. b) Sólo II. c) I, II y III. 9.- ¿Cuál de las siguientes alternativas es correcta? a) Operon inducible – Histidina. b) Operon reprimible – Arabinosa. c) Operon reprimible – Triptófano. 10.- Una de las funciones de los genes reguladores codifican para: a) Proteínas que se unen al operador impidiendo la trascripción. b) Enzimas relacionadas con la trascripción. c) Controlar el acceso de la ARNpol. 11.- Una mutación del gen regulador del operón- Lac que disminuye su afinidad con el operador causa: a) Síntesis continua de un inductor b) Unión irreversible del represor al promotor c) Una transcripción continua de los genes estructurales 12.- En el operón lactosa, el represor es: a) La lactosa. b) Una proteína codificada por la región reguladora. c) Una proteína codificada por la región operadora. 13.- Si el producto de algún gen impide la expresión génica, entonces a) Es un control (-). b) Es un control (+). c) Es un control (+/-). 14.- Son secuencias reguladoras a) Promotor y operador. b) Genes reguladores. c) Genes estructurales. 15.- La cinética diauxica utiliza como medio de cultivo a) Glucosa. b) Lactosa. c) Glucosa + Lactosa. 16.- Es función de la β. Galactosidasa: a) Hidrolizar la glucosa. b) Hidrolizar la lactosa. c) Permitir el ingreso de la lactosa. 17.- En escherichia coli, la presencia de lactosa: a) Induce la síntesis de una proteína inductora. b) Inhibe la síntesis de la proteína represora. c) Se une a la proteína represora y la inactiva. 18.- Es función de la Transacetilasa: a) Hidrolizar la glucosa. b) Hidrolizar la lactosa. c) Desconocida. Actividades 2. Basándose en el genoma de cada cepa bacteriana, complete la siguiente tabla, colocando un signo + cuando la bacteria sintetice la enzima y un signo – cuando no lo haga. (4 puntos) - Galactosidasa Cepa 1 I- Z- Y- 2 I+ Z- Y- 3 I- Z- Y-/ F I+ Z+ Y- 4 I- Z- Y- / F I- Z- Y- No Inducida Inducida Permeasa No Inducida Inducida HOJA DE RESPUESTA. Actividad.1 Preg Actividad.2 - Galactosidasa Respuestas 1 Cepa 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 1 I- Z- Y- 2 I+ Z- Y- 3 I- Z- Y-/ F I+ Z+ Y- 4 I- Z- Y- / F I- Z- Y- No Inducida Inducida Permeasa No Inducida Inducida