Biología (plan 1997) 2012-2

Optativas, Biología Molecular

TEMARIO DEL CURSO OPTATIVO DE BIOLOGÍA MOLECULAR

(GENES Y GENOMAS / 2012)

PROFESOR:DR. VÍCTOR VALDÉS-LÓPEZ

CONCEPTOS, PARADIGMAS Y PARADOJAS.SINGULARIDADES Y GENERALIDADES

1.- INTRODUCCIÓN. (Estructura y función de proteínas y ácidos nucleicos). Origen y génesis de la biología molecular. La escuela estructural y la escuela informacional: planteamiento de las preguntas básicas y sus alcances conceptuales. Estrategias de secuenciación. ¿Por qué primer? ¿Por qué timina? Uracilo vs. Timina. Los 20 mágicos. Análisis de la composición de aminoácidos. Aminoácidos abundantes y no abundantes en la composición de una proteína globular promedio. Estructuras primaria, secundaria, terciaria y cuaternaria de proteínas (ejemplos específicos de la relación estructura función en proteínas modelo). Concepto de dominio polipeptídico. Concepto de conformación nativa. Factores y fuerzas que contribuyen a la estabilización de la estructura tridimensional (interacciones débiles no-covalentes; puentes de hidrógeno; el colapso hidrofóbico.) Diferencias y similitudes entre proteínas de organismos mesófilos y termófilos. La paradoja de los enlaces disulfuro. Factores que determinan la conformación nativa. Los experimentos y el paradigmade Anfinsen. Desnaturalización y renaturalización.Importancia del peso molecular y el macromolecular crowding. Plegamiento co-traduccional. La paradoja de Levinthal. ¿Existen rutas preferenciales de plegamiento? Introducción de los conceptos de patología molecular por plegamiento erróneo y de asistentes de plegamiento. Generalizaciones y ejemplos puntuales: Neuropatologías espongiformes causadas por priones (tecnologías de DNA recombinante – bibliotecas, vectores, electroforesis, Southern, northern, westwrn, microarreglos, SAGE); información en la cadena polipeptídica vs. chaperonas moleculares. ¿Cuál es la magnitud de la complejidad informacional a nivel molecular? i. e. ¿Cuál es el número total de genes que han ocurrido en la historia de la vida? Alineamientos pareados. Alineamientos múltiples. Residuos invariantes, variantes e hipervariables. Regiones conservadas. Perfiles de hidrofobicidad. La utilidad de una secuencia consenso. Predicciones de estructura secundaria. Dendrogramas. Predicción de secuencias ancestrales. Familias multigénicas (1,000 familias para el biólogo molecular). El prevalente principio de la recurrencia repetitiva. Simulaciones de plegamiento in silico; coincidencias y concordancias con los modelos in vivo.

Antecedentes experimentales del modelo de Watson y Crick: Avery/McLeod/McCarty (el principio transformante), Hershey/Chase (el experimento de la licuadora) y Chargaff (la relación de simetría y la relación de asimetría). Encuentro de las escuelas estructural e informacional en el modelo. Perspectiva e implicaciones biológicas del modelo de la doble hélice. La colinearidad del gen y su producto polipeptídico. El Dogma Central de la Biología Molecular. Los flujos prohibidos, generales y particulares. Bases, nucleótidos y polinucleótidos. DNA y RNA. Polaridad de la cadena polinucleotídica. Antiparalelismo. El surco mayor y el surco menor. Estabilización por hidratación. Super-enrollamiento del DNA. Densidad de flotación, desnaturalización y efecto hipercrómico. ¿Por qué el DNA nativo no forma cristales? Fluctuaciones de los parámetros helicoidales dependientes de secuencia. Importancia informacional de las variaciones topológicas del DNA. Definición de información extrínseca (codificante) e intrínseca (regulatoria) de los ácidos nucleicos. Información estructural del DNA, tRNA, rRNA y mRNA.

2.- ESTRATEGIAS EVOLUTIVAS A NIVEL MOLECULAR. Características y organización del código genético. Interpretaciones biológicas de la universalidad del código. Familias de codones mono y heterocodificantes. Las simetrías del código. La tercera base de los codones ¿es la menos importante o la más importante? Consecuencias informacionales de las mutaciones puntuales como un factor de selección natural sobre la evolución del código genético. Utilización preferencial de codones: dialectos del código como un mecanismo de regulación de la expresión génica. Inferencias evolutivas de los códigos mitocondriales. Evolución de la estructura primaria y de la estructura tridimensional de proteínas. Importancia de los aportes de la biología molecular al paradigma darwiniano. Ejemplos puntuales de filogenias moleculares. Derivación del concepto de homología (genes parálogos y ortólogos). Perspectiva de la biodiversidad a nivel molecular. Impacto de la Biología Molecular en sistemática, taxonomía y evolución. Velocidad de cambio de las secuencias de macromoléculas (el reloj evolutivo y la teoría neutral). Alternativas evolutivas a nivel molecular (el recate del paradigma darwiniano): Las globinas (mioglobina y hemoglobina) y FOXP2, como un sistema modelo: mutaciones adaptativas, duplicación génica (genes parálogos y genes ortólogos), impacto de las mutaciones regulatorias (diferencias morfológicas vs. moleculares chimpancé / humano ¿Por qué no somos chimpancés?

3.- GENES Y GENOMAS. Relación entre el tamaño del genoma y la complejidad morfológica. La paradoja del valor C. Tamaño del genoma vs. número de genes. Discrepancia entre el tamaño del genoma y el número de genes. Definiendo y delimitando al gen: Tamaño y ubicación de los marcos de lectura abiertos (ORFs). El Índice de Adaptación de Codones (CAI); distribución asimétrica de purinas y pirimidinas. Genomas de tipo procarionte (bacteriofagos, - jx174, secuenciación y características, bacterias y arqueas). Concepto de capacidad génica Mega-proyectos de secuenciación de genomas completos. Perspectiva global del metabolismo celular a partir del genoma. ¿Nos falta por conocer el 50% de las funciones celulares? Comparación global de genomas: genes ancestrales y genes específicos. Tamaño promedio del gen procarionte. Sintenia. Complemento genético mínimo: ¿Vida con 500 genes? Avances recientes en los proyectos de secuenciación de genomas eucariontes: Levaduras, gusanos, moscas, gallos, ratones, chimpancés, plantas y humanos. Experimentos de hibridación de ácidos nucleicos / gráficas de Cot. Genes comunes (housekeeping), y genes de diferenciación. Tipos y clases de secuencias en el genoma eucarionte. Secuencias altamente repetitivas, moderadamente repetitivas y no repetitivas: (DNA satélite, centrómeros, telómeros, genes anidados, familias repetitivas de secuencias interdispersas (LINE, SINE), retrotranscritos, genes amplificados, DNA espaciador, reiteración génica, tamaño y característica medias de los genes eucariontes, longitud del mRNA citoplasmático maduro, genes de susceptibilidad a enfermedades, natura vs. nutura, medicina genómica, farmacogenómica. Pseudogenes (El decaimiento masivo del sub-genoma olfativo / Miosina 16 y la reducción de la masticación – menos es más). BLAST. El lado oscuro del genoma humano, retropseudogenes, genes procesados).