Texto ilustrado e interactivo
de biología molecular
e ingeniería genética, 2ª ed.

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I. Estructura y función del material genético

Capítulo 1 - Introducción y aspectos generales

Transmisión de la información genética. El DNA como material genético. Características generales del genoma.

Experimentos que demostraron la identidad molecular del material genético.

Capítulo 2 - Componentes de los ácidos nucleicos

Componente ácido: fosfatos. Componente neutro: azúcares. Componente básico: bases nitrogenadas. Estructura de nucleósidos. Estructura de nucleótidos.

Bases nitrogenadas infrecuentes y derivados de bases. Agentes antivirales – análogos de bases, nucleósidos y nucleótidos. Estructura tridimensional de los anillos. Tautomería de las bases nitrogenadas. Propiedades ácido-base de las bases nitrogenadas. Absorción de la luz por las bases nitrogenadas. Estructuras de otros nucleósidos. Desarrollo en profundidad de la nomenclatura y de las abreviaturas normalizadas. Estructura del complejo ATP:Mg. Absorción de la luz por nucleósidos y nucleótidos. Estructura de nucleótidos cíclicos y nucleótidos complejos.

Capítulo 3 - Estructura primaria de ácidos nucleicos

Aspectos generales. Estructura primaria. Dos tipos de ácidos nucleicos según su composición. Formas de representación lineal. Propiedades fisicoquímicas de los ácidos nucleicos.

Absorción de la luz por los ácidos nucleicos.

Capítulo 4 - Estructura secundaria del B-DNA

Antecedentes experimentales: estereoquímica y difracción de rayos X. Proporción de bases nitrogenadas: reglas de Chargaff. Modelo de Watson y Crick: forma B del DNA.

Diferencias en el emparejamiento de bases. Geometría de los pares de bases. Antiparalelismo de las hebras del DNA. Relaciones de secuencia y composición entre ambas hebras. Helicidad y carácter dextrorso. Dimensiones de la molécula en doble hélice. Superficie de la molécula de DNA. Interior de la molécula de DNA. Los surcos en la molécula de DNA.

Capítulo 5 - Variaciones en la estructura del DNA

Variantes bicatenarias: formas A y Z. Variantes locales de la estructura secundaria del B-DNA. Motivos estructurales responsables de la unión del DNA con proteínas.

Las hélices A y B en el DNA. Conformaciones 2’- y 3’-endo en los nucleótidos. Conformaciones anti- y sin- en los nucleótidos. Disposición en zig-zag en el Z-DNA. Simetría y autocomplementariedad en los palíndromos. Horquillas en los ácidos nucleicos. Estructura de los motivos hélice-giro-hélice. Estructura de los motivos hélice-bucle-hélice. Estructura de los motivos homeodominio. Estructura de los motivos dedo de zinc. Estructura de los motivos cremallera de leucina.

Capítulo 6 - Estructura y función de los RNA

Estructura de los RNA. Funciones de los RNA. RNA catalítico: ribozimas. Los ribosomas.

Conformaciones de la ribosa en el RNA. Emparejamientos de bases atípicos en los RNA. Estructura tridimensional del RNA transferente. Estructura tridimensional de los RNA ribosómicos. Estructura de RNA pequeños con función reguladora. Estructura tridimensional de algunas ribozimas y reconocimiento de su sustrato. Estructura tridimensional del ribosoma.

Capítulo 7 - Condensación del DNA y cromosomas.

Superenrollamiento del DNA. Condensación del DNA en eucariotas. El cromosoma metafásico.

Generación de superenrollamientos positivo y negativo. Superenrollamientos plectonémico y toroidal. Acción de DNasas sobre el DNA genómico. Estructura del nucleosoma. Estructura de la fibra de 30 nm.

Capítulo 8 - El genoma en el ciclo celular

Dotación genética en eucariotas. Introducción al ciclo celular. La cromatina en la interfase. División de células somáticas por mitosis. División de células germinales primarias por meiosis. Unión de los gametos haploides durante la fecundación. Resumen integrado.

Separación de las cromátidas durante la mitosis. Alteración de genotipos como resultado de la recombinación.

Capítulo 9 - Organización del genoma eucariótico

Estructuración del genoma eucariótico. DNA codificante: introducción al concepto de gen. DNA de copia única, simple o no repetitivo. DNA repetitivo. Estudio experimental de la complejidad en el genoma eucariótico.

Estudio experimental de la complejidad en el genoma eucariótico.

Capítulo 10 - Preparación de muestras, extracción y análisis de ácidos nucleicos

Obtención y preparación preliminar de las muestras. Disociación de la muestra tisular. Separación de células. Caracterización celular y medidas de viabilidad. Lisis de las células. Preparación de fracciones subcelulares. Tratamientos adicionales o complementarios. Extracción y purificación de ácidos nucleicos. Recogida y conservación de las muestras. Fraccionamiento de ácidos nucleicos.

Desarrollo embrionario y muestras celulares. Parámetros de la sedimentación y la centrifugación. Centrifugaciones diferencial, zonal e isopícnica. Centrifugación en barrera: aplicación a la separación de células sanguíneas. Preparación de gradientes de densidad. Elutriación centrífuga. Fundamento de la fluorimetría. Aplicación de microesferas magnéticas para la separación de tipos celulares. Fundamento del uso de timidina tritiada y bromodesoxiuridina en ensayos de proliferación. Detergentes, caótropos y otros reactivos auxiliares. Ejemplo de extracción directa del DNA. Aplicación de microesferas magnéticas para la purificación de ácidos nucleicos. Separación del DNA mediante electroforesis. Estructura y acción de compuestos intercalantes.

II. Transmisión de la información genética y tecnologías relacionadas

Capítulo 11 - Replicación del DNA

Características generales de la replicación. Enzimología de la replicación. Etapas en el proceso de replicación. Replicación mitocondrial.

Experimento de Meselson y Stahl. Formación y avance de las horquillas de replicación. Mecanismo de la reacción de síntesis de DNA. Estructura de la DNA polimerasa, centros activos y unión al DNA. Estructura de la abrazadera deslizante. Inicio de la replicación. Superenrollamiento asociado al avance de la replicación. Mecanismo de la elongación en replicación y organización del replisoma. Maduración de los fragmentos de Okazaki: eliminación de cebadores y reemplazo con DNA. Sentido de la replicación en los diferentes replicones y replicación incompleta de los extremos. Acortamiento de los telómeros en la replicación. Mecanismo de acción de la telomerasa. Replicación del cromosoma mitocondrial.

Capítulo 12 - Hibridación de ácidos nucleicos

Introducción: desnaturalización y renaturalización del DNA. Análisis molecular de la hibridación de ácidos nucleicos. Métodos de ensayo con hibridación. Preparación de sondas. Marcaje de las sondas.

Variación de la temperatura de fusión del DNA dependiendo de su composición y de otros factores. Fundamento y etapas de los ensayos de hibridación. Rigor en la hibridación. Hibridación de Southern: procedimiento. Técnicas para analizar la interacción de ácidos nucleicos con proteínas. Detalles de la síntesis química de oligos. Método de traslado de la mella. Método de cebado aleatorio. Método de marcaje con polinucleótido quinasa. Método de marcaje terminal por relleno. Marcaje indirecto de la sonda.

Capítulo 13 - Clonación y células madre

Introducción general a la clonación. Clonación de células. Células troncales o células madre.

Capítulo 14 - Clonación acelular: reacción en cadena de la polimerasa (PCR)

Principio del método. Etapas del proceso. Características. Automatización. Variantes del método.

Mecanismo de la PCR: reacciones y resultados en los 4 primeros ciclos. Técnica RT-PCR. Técnica de PCR inversa. Técnica de PCR con adaptadores.

Capítulo 15 - Clonación celular: tecnología del DNA recombinante

Manipulación experimental de moléculas de DNA. Clonación celular de moléculas de DNA. Genotecas.

Clasificación de las nucleasas y ejemplos. Frecuencia de corte y tamaño de los fragmentos de restricción. Esquema y etapas de la clonación celular de DNA. Fundamento y ejemplos del uso de genes marcadores para la detección y selección de clones. Ejemplo de clonación con vectores de expresión. Preparación de proteínas de fusión.

Capítulo 16 - Genómica, cartografía del genoma y secuenciación

Introducción. Mapas genéticos. Mapas físicos. Secuenciación. El proyecto genoma.

Construcción del mapa genético. Selección de las células híbridas empleando medio HAT. Reconstrucción de la secuencia mediante alineación de fragmentos. Método de Maxam y Gilbert. Estructura de didesoxinucleótidos. Estructura y propiedades espectrales de fluorocromos para la secuenciación. Evolución de los métodos de secuenciación masiva.

III. Expresión génica

Capítulo 17 - Transcripción

Introducción y conceptos generales. Características generales de la transcripción. Enzimología de la transcripción. Etapas en el proceso de transcripción. Transcripción del genoma mitocondrial. Inhibidores de la transcripción.

Antecedentes históricos: síntesis de RNA por la nucleótido fosforilasa. Mecanismo de la reacción de síntesis de RNA. RNA polimerasas en procariotas. Estructura de algunas RNA polimerasas. Formación de la burbuja de transcripción en torno a la RNA polimerasa. Iniciación, elongación y terminación de la transcripción. Transición de iniciación a elongación en procariotas. Mecanismos de terminación en procariotas. Transcripción del genoma mitocondrial. Estructura tridimensional de antibióticos inhibidores de la transcripción.

Capítulo 18 - Control de la expresión génica: pretranscripcional y transcripcional

Introducción general a la regulación de la expresión génica. Control pretranscripcional. Regulación epigenética. Regulación de la transcripción.

Reacciones, enzimas y coenzimas implicadas en la modificación de las histonas. Detalles de la interacción molecular de TBP con la caja TATA en el DNA. Asociación de los TFII y la RNApol II sobre el DNA para formar el complejo de inicio. Estructura del factor TFIIIA y su interacción con el DNA. Diferentes promotores y factores de transcripción usados por la RNApol III.

Capítulo 19 - Maduración del RNA o procesamiento postranscripcional

Introducción. Características diferenciales de la maduración. Procesamiento del RNA mensajero. Procesamiento de los RNA ribosómico y transferente. Formación de RNA interferentes. Maduración del RNA mitocondrial. Regulación postranscripcional de la expresión génica.

Reacción de ayuste del mRNA. Detalle de las reacciones de desaminación en la edición del mRNA.

Capítulo 20 - El código genético

Antecedentes y propiedades generales del código. Asignación de codones a aminoácidos concretos. Representación del código genético. Características específicas.

Experimentos de determinación del código. Representaciones rectangulares del código genético. Estructura molecular de la interacción entre codones y anticodones.

Capítulo 21 - Síntesis de proteínas: traducción

Características de la traducción. Activación de los aminoácidos en forma de aminoacil-tRNA. Iniciación. Elongación o alargamiento de la cadena peptídica. Terminación. Energética de la síntesis de proteínas. Inhibidores de la traducción. Regulación de la síntesis proteica.

Demostración experimental del sentido de síntesis de las proteínas. Estructura tridimensional y reconocimiento entre un tRNA y su aminoacil-tRNA sintetasa. Estrategia experimental para discernir la especificidad entre codones, tRNA y aminoácido. Asociación de los tRNA en los sitios E, P y A de la estructura tridimensional del ribosoma. Análisis de los complejos portadores de los aminoacil-tRNA hacia el ribosoma y de su reutilización. Estructura del factor de terminación y analogía con la del tRNA. Estructura tridimensional de antibióticos inhibidores de la traducción y fundamento molecular de su acción. Estructura tridimensional: reconocimiento del motivo IRE en el RNA por la proteína IRP.

Capítulo 22 - Modificaciones postraduccionales: distribución, maduración, plegamiento y degradación de proteínas

Introducción. Distribución de las proteínas a su destino. Maduración o procesamiento del polipéptido naciente. Plegamiento de proteínas. Degradación de las proteínas.

Entrada de la proteína al lumen del RE. Modificaciones cotraduccionales. Carboxilación del glutamato mediada por la vitamina K. Quinasas y fosfatasas de proteínas. Estructura tridimensional de algunos oligosacáridos de glicoproteínas. Rutas de procesamiento y distribución de las glicoproteínas. Biosíntesis de N-glicanos para las glicoproteínas. Estructura del glutatión. Activación proteolítica de proteínas. Estructura tridimensional de proinsulina e insulina. Detalles del mecanismo de ayuste de proteínas. Estructura tridimensional de las carabinas GroEL y GroES. Estructura de las cadenas de poliubicuitina. Estructura del proteasoma.

IV. Aspectos aplicados

Capítulo 23 - Bases moleculares de la mutación y la reparación del DNA.

Concepto de mutación. Clasificación de las mutaciones. Tipo de célula que sufre la mutación. Mutaciones a pequeña escala o puntuales. Causas y mecanismos básicos de las mutaciones. Reparación del DNA. Enfermedades humanas asociadas a la reparación.

Mutaciones en la secuencia del DNA inducidas por alteraciones de las bases. Estructura de los dímeros de timina. Reparación por escisión. Reparación por escisión de nucleótidos. Reparación por escisión de bases.

Capítulo 24 - Diversidad del genoma: polimorfismos

Introducción. Diversidad genética dentro de una especie. Mecanismos implicados en la variabilidad genética. Consecuencias funcionales del polimorfismo. Análisis de genes. Detección del polimorfismo de secuencia de DNA. Aplicaciones del polimorfismo genético.

Duplicación génica resultante de la recombinación desigual. Identidad de los grupos sanguíneos y aspectos clínicos. Descripción y bioquímica de la galactosemia. Ejemplo: polimorfismo en la globina β, causante de la anemia de células falciformes. Ejemplo: detección de polimorfismo STR.

Capítulo 25 - Enfermedades moleculares

Concepto y clasificación. Enfermedades exógenas. Enfermedades poligénicas o multifactoriales. Enfermedades cromosómicas o citogenéticas.

Simbología empleada en los árboles genealógicos. Mecanismos de generación de trisomía 21. Descripción e ilustración de las cromosomopatías estructurales.

Capítulo 26 - Bases moleculares del cáncer

Introducción. El cáncer como enfermedad genética. Etapas características en el desarrollo del cáncer. Mecanismos de transformación de célula normal en tumoral. Control de la proliferación por señales extracelulares. Regulación del ciclo celular. Apoptosis o muerte celular programada. Herencia del cáncer. Marcadores tumorales.

Eventos en la generación del cáncer.