Download I.a Historia Biología Molecular

Universidad Autónoma de Baja California
FCM-IIO
Posgrado de Ecología Molecular y Biotecnología
Evaluación:
 Asistencia y Puntualidad (tres faltas no justificadas equivalen a
0 de calificación).
Biología Molecular
 2 Exámenes teóricos (80%).
 Evaluación del alumno para rescatar y discutir la información
más relevante de las lecturas complementarias.
Discusión grupal (10%).
 Presentación de casos de estudio ante el grupo - Exposición y
análisis (10%).
Dra. Ivone Giffard Mena
[email protected]
Semestre 20014-2
2014-2
Lecturas complementarias
Revisión del sitio:
http://www.genomenewsnetwork.net/resources/timeline
(Se verificara el glosario de términos mediante discusión grupal).
Laboratorio
GA
Laboratorio
-Cada alumno presentara una aplicación de la Biología Molecular y/o
Biotecnología en el tema de su interés.
GA
Laboratorio
GA
Presentación de temas selectos por cada alumno y en equipo que serán
asignados durante el semestre.
Días no laborales UABC que coinciden con la clase:
Puente 15 de septiembre?
17 de noviembre
Fin de cursos: 5 de diciembre.
Bibliografía de Consulta
Lewin
Darnell
Leninger
Temario
I
Historia de la Biología Molecular.
•
Objetivo: Enmarcar en la escala temporal los avances y
conocimientos que forjaron la Biología Molecular.
Freeman
–
–
Sambrook
Primrose
Watson
+ http://adam.steinbergs.us/covers.html
(6 horas)
Cronología de descubrimientos en el campo de la Biología
Molecular.
Aspectos generales sobre las aplicaciones de la Biología
Molecular.
Wolfe
Fotografía de Rosalind Franklin durante un
paseo en Francia en 1950 o 1951.
1
II
Núcleo y división celular.
•
Objetivo: Reconocer la ubicación del material
genético dentro de la célula y entender el proceso
de división celular.
–
–
–
–
–
(12 horas)
III
Material genético.
•
Objetivo: Comprender los aspectos generales de la
estructura y función de los ácidos nucleicos.
–
–
–
Núcleo y Envoltura nuclear.
Nucleolo.
División celular: Mitosis y Meiosis.
Mitosis.
Diferenciación celular.
(12 horas)
Composición y estructura del DNA.
Composición y estructura del RNA.
Código genético.
En busca de la vida…
IV
Replicación.
•
Objetivo: Entender el mecanismo de replicación del
DNA.
–
–
(12 horas)
V
Transcripción.
•
Objetivo: Entender el mecanismo de transcrpción
del DNA.
–
–
Modelos de replicación del DNA.
Mecanismos de reparación del DNA.
(18 horas)
Tipos de RNA.
Trascripción en Procariotas y Eucariotas.
DNA ligasa
VI
Traducción y expresión de genes.
•
Objetivo: Entender el proceso de síntesis de las
proteínas y los mecanismos de regulación de su
expresión.
–
–
–
–
(12 horas)
Estructura y función del RNA de transferencia y del RNA
ribosomal.
Control de la traducción en procariotas.
Transporte y traducción de RNA mensajero en Eucariotas.
Mecanismos de regulación de la expresión de genes.
VII
Técnicas moleculares.
•
Objetivo: Obtener un panorama general sobre las
aplicaciones de las herramientas más comunes de la
Biología Molecular.
–
–
–
–
Enzimas de restricción.
Hibridación.
Tecnología del DNA recombinante.
Reacción en cadena de la polimerasa...
–
Otras….
(12 horas)
2
I


Historia de la Biología Molecular.
Cronología de descubrimientos en el campo de la Biología
Molecular.
Aspectos generales sobre las aplicaciones de la Biología
Molecular.
Temas específicos de interés?
Historia de la Ciencia
Modelos mentales
Democracia
Griega
S. VI AC
Observadores de la naturaleza, filósofos,
matemáticos, médicos, enciclopedistas
Revoluciones científicas
1- La tierra es redonda y gira alrededor del
sol. S. XVI (Galileo).
2- Leyes de la gravitación S. XVII
(Newton).
Copernico
La tierra es
redonda, y
gira
alrededor del
sol
“Revolucion
de las obras
celestes”
Explosión
supernova
Kepler
Galileo
Modelo heliocéntrico
“Misterios
cosmograficos”
Trayectorias
elípticas y
magnetismo
“El mensagero
celeste”
Luna, estrellas,
venus
3-Revolución Darwiniana 1859. (Darwin).
4- Teoría celular. 1861 (Pasteur).
5- Tabla periódica de los
elementos.1869 (Mendeleiv).
6- Leyes de la herencia. S. XIX (Mendel).
7- Teoría de la relatividad. S. XX (Einsten).
8- Modelo atómico. S.XX (Einsten).
9- Bing-Bang. S.XX (Hubble).
10- Estructura del ADN. 1953. (Crick,
Watson, Wilkins y Franklin).
3
Biología Molecular:
Descubrimiento de la estructura de doble hélice del DNA, 1953
•Disciplina científica que surge como lazo entre la genética, la bioquímica y la
física.
•Su objeto es la comprensión de los mecanismos de funcionamiento de la
célula a nivel molecular.
•El término fue utilizado por primera vez en 1938 por Warren Weaver y designa
el conjunto de técnicas de manipulación de ácidos nucleicos (ADN y ARN).
James Watson (1928- )
Francis Crick (1916-2004)
Maurice Wilkins (1916-2004)
y Rosalind Franklin (1920-1958)
Molecular
Celular
Individual
Población
Ecológico
Biología
Integrativa
Procedimientos de moda:
"terapia génica" y "transgénicos“
Photo 51
Difracción de rayos X, 1952.
Resultado de mas de 160 años de investigación.
Línea del tiempo de algunas estructuras resueltas de biomoleculas clave.
Nature Reviews Genetics 9, 141-151 (Febrero 2008)
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1859 Darwin – Teoría de la Selección Natural.
Evolución Darwiniana
Principios fundamentales:
1 - Los individuos difieren unos de
otros.
2 - Los individuos mejor adaptados
sobreviven al medio ambiente y
tienen mayor éxito de reproducción.
3 - Las características que dan
ventaja deben ser hereditarias.
Charles Robert Darwin (1809-1882)
El origen de las especies por medio de la selección natural, 1859
Explica la adaptación de la especies a su medio ambiente.
1865 Mendel – Leyes de la Herencia.
Gregor Mendel (1822-1884)
"Experiments in Plant Hybridisation"
La primera ley "Ley de la uniformidad de los híbridos de
la primera generación“: en cruzas puras, todos heredan
el carácter dominante y el recesivo parece haberse
perdido, o bien, presentan un rasgo intermedio entre los
dos de los padres (codominancia).
La segunda ley "Ley de la separación o disyunción de los alelos“: los
factores hereditarios (genes) constituyen unidades independientes, que
pasan de una generación a otra sin sufrir alteración alguna. Al cruzar
entre sí los descendientes obtenidos de la reproducción de dos líneas
puras, observa que el carácter recesivo, que no se manifestaba, se hace
patente en la segunda generación filial en la proporción de 1/4; el
carácter dominante se da ahora en las 3/4 partes de los descendientes.
La tercera ley "Ley de la independencia de los caracteres no
antagónicos“: cada carácter se hereda con independencia de los
restantes caracteres. Plantas que diferían en dos caracteres
(dihíbridos) y cuyo genotipo era, por ejemplo, AaBb. Al formarse las
células reproductoras, se originaron cuatro tipos distintos: AB, Ab, aB y
ab, que se combinaron de todas formas posibles con los mismos tipos
del otro individuo. En total se obtienen 16 genotipos posibles.
1869 Miescher - DNA aislado por primera vez (nucleína).
1876 Galton – Teoría de la Herencia Ancestral y el Principio Eugenético.
1882 Flemming – Descubre la cromatina.
1902 Boveri y Sutton – Proponen la Teoría Cromosómica. Erizo de mar
1904 Bateson – Describe el ligamiento de genes. Mas de un gen puede ser
necesario para una caracteristica particular.
1908 Garrod – Correlaciona defectos genéticos y enfermedades
hereditarias.
1909 Johannsen – Establece los conceptos universales de la genética:
Los genes son las unidades de la herencia.
El genotipo es la constitución genética de un
organismo.
Fenotipo de un organismo es la totalidad de las
características heredadas. Esta determinado
por el genotipo e influenciado por factores
ambientales.
Fenotipos de Donax variabilis
4
1910 Morgan – Corrobora experimentalmente la Teoría Cromosómica.
1913 Sturtevant – Desarrolla el primer modelo topográfico de los genes.
1927 Muller – Heredabilidad de genes dañados por rayos X.
1928 Griffith – Descubre la Transformación (DNA como molécula transmisora).
Streptococcus pneumoniae virulenta muerta por calor vs viva no virulenta
Griffith llegó a la
conclusión de que la
cepa no virulenta debe
haber absorbido el
material genético de la
cepa virulenta muerta, y
puesto que el calor
desnaturaliza las
proteínas, la proteína
bacteriana en los
cromosomas no era el
material genético.
1941 Beadle y Tatum – Teoría de “un gen una enzima”.
-Generaron mutaciones en los genes mediante uv
-Bloqueo de rutas metabólicas
-Hereditarias
Actual:
Un gen un polipéptido (una proteína o un componente de una
proteína.
Entonces, dos o mas genes pueden contribuir a la síntesis de una
enzima o proteína estructural.
1943 Luria y Delbruck – Descubren que ocurren mutaciones azarosas.
1944 Avery, MacLeod y McCarty – Postulan el Principio de la
Transformación (Transferencia de virulencia).
1945 Luria y Hershey – Demostraron la mutación espontánea en
bacteriofagos (influenza).
1946 Lederberg y Tatum – Descubren la reproducción sexual en bacterias
(F+, F-; A+B+C+D+ experiment).
1950 Chargaff – Establece que la composición química del DNA era
proporcional.
1950 McKlintock – Descubre los transposones
(elementos genéticos móviles).
1952 Lederberg y Zinder – Descubren la Transducción.
(Transferencia de genes bacterianos por bacteriófago)
1952 Baltimore, Temin y Dulbecco – Describen los mecanismos de
replicacion Viral.
1952 Hershey y Chase – Corroboran que el portador del código genético
era el DNA.
1952 Luria y Human, Bertani y Weigle – Sistemas de Restricción.
1953 Crick, Watson, Wilkins y Franklin – Descubren la estructura del DNA.
política,
filosofía e
incluso la
religión
evolucionaron
desde
entonces
1957 Benzer – Descubre los mecanismos de la Recombinación.
1957 Jacob y Wollman – Postulan la circularidad del genoma bacteriano.
1957 Ochoa y Kornberg – Descubren la DNA polimerasa.
1958 Meselson y Stahl – Describen el mecanismo de replicación del DNA.
1958 Jacob y Monod – Postulan la existencia de regulación en la expresión.
1959 Sawada, Pardee, Jacob y Monod – Avanzan en el conocimiento de la
expresión.
1960 Jacob, Perrin, Sanchez, Lwoff y Monod – El Operon lac.
1961 Hall and Speigleman - Hibridación entre DNA y RNA.
1961 Nirenberg and Matthaei – Codones y su relacion en la sintesis de proteinas.
1961 Crick and Brenner – RNA de transferencia en la síntesis de proteínas.
1961 Brenner, Jacob y Meselson – Ribosomas y la síntesis proteínas.
1966 Beckwith and Signer – Descubren el potencial de movilidad de los genes.
1966 Nirenberg, Ochoa y Khorana - Elucidaron el código genético.
1967 Szybalski y Summers – Mecanismos de la transcripción de RNA a DNA.
1969 Jonathan Beckwith – Aisla el primer gen a partir de bacterias.
1970 Smith and Wilcox – Describen los sistemas de restricción.
1970 Temin and Baltimore – Descubren la Transcriptasa reversa.
1972 Mertz and Davis - Embonamiento de secuencias disimilares de DNA.
1972 Berg – DNA recombinante.
1973 Cohen, Chang, Helling, and Boyer – Usan los plasmidos
como vectores de DNA.
1975 Southern – Diseña el método de Blotting para mapeo de genes.
1977 Chow, Roberts y Sharp – Intrones en eucariotas (genes discontinuos).
1977 Gilbert, Sanger y Maxam – Secuenciación del DNA.
1978 Botstein - Restriction Fragment Length Polymorphism (RFLP’s).
1980's Commercialization of Molecular Tools.
1981 Lilly Co– Humulin (insulina humana).
1985 Sinsheimer, Dulbecco y DeLisi - Surgimiento del Proyecto Genoma Humano.
1986 Hood, Smith y Hunkapiller - Secuenciador automatizado.
1988 Mullis – Reacción en cadena de la polimerasa (PCR).
1990 Venter – Etiquetas de secuencia expresada (bibliotecas de genes en cDNA).
1992 Las primeras secuencias completas empiezan a publicarse.
1995 Venter, Smith y Fraser – Secuencia completa de H. influenza.
(1.8 millones de pares de bases).
1997 El Instituto Roslin anuncia la clonación transgénica de un mamífero.
5
1999 El genoma de Drosophila y el cromosoma 22 humano secuenciados.
2000 El primer “borrador” del genoma humano completo.
2001 Celera Genomics in Rockville y el Proyecto Internac. Genoma Humano.
“Un gen varias proteinas” 35  25 mil genes
2007 La década del RNA de interferencia (RNAi)Regulación del splicing alternativo
Un gen, varios iRNA o bien varios iRNA, un gen
2002 Celera Genomics – Genoma del ratón completo.
2003 Urrutia – Zonas activas del genoma (genes activos).
Forman estructuras de
horquilla imperfectas
Se codifican en los intrones
miRNA= mircro RNAi
siRNA= small RNAi
1998 Andrew Fire and Craig Mello - RNA interference (RNAi)
19 a 21 pb
Apareamiento imperfecto
Desencadena la inhibición de traducción
Endógeno (a partir del DNA en tandem)
19 a 21 pb
Apareamiento perfecto
Degradación del RNAm
Exógeno
Dogma de la biología molecular
2007 RNA de interferencia (RNAi)-regulación del splicing alternativo
y Epigenetica
Un gen, varios iRNA o bien varios iRNA, un gen
El ADN contiene toda la
información necesaria para la
construcción (estructura), función,
desarrollo y reproducción celular.
Forman estructuras de
horquilla imperfectas
miRNA= mircro RNAi
siRNA= small RNAi
Se codifican en los intrones
2010 Craig Venter- Primera bacteria sintética Mycoplasma mycoides
Ahora
es
posible
entender
los
mecanismos
de
replicación,
la
recombinación al momento de la
reproducción sexual, la síntesis de
proteínas y muchas de las funciones
reguladoras e integradoras de los genes.
Mapa geonómico
Nuevo dogma de la biología molecular
Genome Projector
http://www.g-language.org/g3/
6
NGS y la era de las -ómicas
454 Life Sciences, 2004…….
Gracias !!
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