Tipos de Plásmidos

Existen varios tipos de plásmidos, clasificados de acuerdo al tipo de genes que transportan:

F ("factor sexual") : en Escherichia coli el plásmido F contiene 25 genes, algunos de los cuales controlan la producción de los pilis , "tubos" que se extienden desde la superficie de las células bacterianas "machos"( F+), a la de las células bacterianas hembras ( F-).

Se denomina episoma a un plásmido incorporado al cromosoma bacteriano. Los plásmidos se replican en manera similar al cromosoma bacteriano.

El plásmido R confiere, a las células que lo poseen, resistencia a los antibióticos o drogas. Un plásmido R puede llegar a tener hasta 10 genes que confieren resistencia y pueden transferirse a otra bacteria de la misma especie, a virus e inclusive, a bacterias de diferentes especies.  La resistencia a los antibióticos ha sido encontrada en gérmenes patógenos causantes de enfermedades tales como: tifoidea, meningitis, gonorrea y otras. Actúan proporcionando la información necesaria para destruir el antibiótico o para circunvalar el bloqueo que produce el antibiótico en la vía metabólica bacteriana. En el caso de una infección viral, el uso indebido o innecesario de antibióticos matará a la población bacteriana normal, quedando (o seleccionando) las que tengan el factor R; éstas pueden reproducirse aún en presencia del antibiótico. La próxima vez que tenga una infección bacteriana, las bacterias con factores R estarán listas para transferir su factor a la nueva bacteria invasoras, que se harán resistentes a los antibióticos.

Plásmidos

Los plásmidos son fragmentos extracromosómicos de ácidos nucléicos (ADN o ARN) que aparecen en el citoplasma de algunos procariotas. Son de tamaño variable aunque menor que el cromosoma principal. Cada bacteria puede tener uno o varios a la vez. Los plásmidos tienen una conformación variable que puede ser lineal, circular o con estructura superenrrollada. 

El control de la replicación del plásmido depende del tipo de plásmido, existiendo plásmidos cuya replicación está acoplada con la replicación del cromosoma bacteriano y plásmidos cuya replicación no está relacionada con la del cromosoma. El tipo de genes que portan los plásmidos es variado, tratándose generalmente de genes que aportan ventajas adaptativas a la bacteria que los porta: genes de resistencia a antibióticos, genes de producción de sustancias tóxicas para otras bacterias o genes que codifican enzimas útiles para degradar sustancias químicas.

Los plásmidos se pueden clasificar siguiendo distintos criterios. Uno de estos criterios es el tipo de genes que portan. Así se define el grupo de plásmidos con genes de degradación de sustancias, el grupo de plásmidos con genes de fertilidad, el que porta genes de virulencia o el grupo que porta genes de resistencia. 

Los plásmidos son herramientas muy útiles en ingeniería genética para la transformación génica y la manipulación genética de procariotas y eucariotas. Los plásmidos empleados en ingeniería genética se llaman vectores. Son muy útiles para sintetizar en grandes cantidades proteínas de interés, como la insulina o los antibióticos, mediante un procedimiento conocido como transformación. El proceso de transformación comienza con la selección de un plásmido adecuado, en el que se introducen los genes que se quieren expresar con protocolos específicos que usan enzimas de restricción y DNA ligasa.

 Posteriormente se transforma un tipo de bacteria con el plásmido modificado y se seleccionan las bacterias transformadas que produzcan las sustancias deseadas. Estas bacterias se cultivan en sistemas de tipo biorreactores para su crecimiento en grandes cantidades. En este proceso se eligen plásmidos con características que permitan seleccionar las bacterias transformadas en un medio de cultivo como por ejemplo plásmidos con genes de resistencia a antibióticos o con genes de enzimas que sinteticen compuestos coloreados. 

Aunque los plásmidos no pueden sintetizar una envoltura proteica y se transfieren con dificultad de una célula a otra se ha hipotetizado que podrían ser los precursores de los primeros virus. 

Recombinación en procariotas

A pesar de ser haploides y reproducirse asexualmente por fisión binaria originando colonias de clones (organismos genéticamente idénticos), las bacterias tienen diversas formas de recombinar sus genes. 

En los eucariotas la recombinación se produce entre los dos padres, en los procariontes es el resultado de de la interacción del genoma de una célula con una muestra mas pequeña de genes provenientes de otra célula. Entre los mecanismos que facilitan esta recombinación encontramos:

	CONJUGACIÓN: es la transferencia directa de material genético, promovida por un plásmido, desde una célula donadora a otra receptora, por medio de contactos íntimos entre ambas (puentes de unión o pili). Una bacteria (receptora) recibe material genético de otra célula donante, este material se incorpora a la célula receptora. Una vez que el fragmento de ADN de la donante está dentro de la célula receptora es posible la recombinación: de la misma manera que los cromosomas se aparean, gen por  gen en la profase meiótica, el ADN de la donante se alinea con el de la receptora y por entrecruzamiento se intercambian genes, pasando a formar parte del genoma. Una variante de la conjugación es la SEXDUCCIÓN: en ella, un trozo definido de material genético de la donadora es transferido como parte de un plásmido conjugativo.
	Transformación: cuando células mueren, su ADN sale al medio y es capturado por otras bacterias que lo incorporan a su propio genoma. Recuerde el factor de transformación de los pneumococos de la neumonía.
	Transducción: los bacteriófagos pueden llevar en sus cápsides fragmentos del ADN de la bacteria huésped, que luego incorporarán a otra bacteria.

El cromosoma de Escherichia coli

El cromosoma de la bacteria intestinal Escherichia coli es único, circular y contiene cerca de 4.7 millones de pares de bases. Tiene cerca de 1 mm de longitud pero solo 2 nm de ancho. El cromosoma se replica produciendo una figura que asemeja a la letra griega theta.

El promotor es la parte del ADN en donde se pega la ARN polimerasa antes de abrir el segmento de ADN a ser transcripto.

Un segmento del ADN que codifica para un polipéptido específico se conoce como un gen estructural. Escherichia colipuede sintetizar 1.700 enzimas, por lo tanto esta pequeña bacteria tiene genes para 1.700 mARN.

Genética de procariotas

El sistema genético de los procariotas en mucho más sencillo de estudiar que el de los eucariotas y condujo a conclusiones fundamentales proveyendo las actuales herramientas de la "ingeniería genética". 

Los procariotas como Escherischia coli y los virus que los infectan fueron y siguen constituyendo una herramienta fundamental para el estudio de la estructura y transmisión de los genes. 

Entre las ventajas de trabajar con estos organismos encontramos:

	Menor tamaño y mayor número de organismos por área de cultivo
	Mayor velocidad de reproducción: Escherischia coli duplica su población en 20´, todos los descendientes son clones de la célula original.
	son haploides, por lo que cualquier cambio o mutación se expresa inmediatamente.

La redefinición del término mutación

Una mutación se definió como cualquier cambio en el ADN (y por lo tanto heredable). Hoy se puede refinar dicha definición: una mutación es un cambio en la secuencia de bases del ADN (gen) que resulta en un cambio del aminoácido/s en el polipéptido que codifica dicho gen.

Los alelos son secuencias alternativas del gen que se encuentran en los cromosomas homólogos y por lo tanto, a nivel molecular el producto de los alelos puede ser idéntico o diferir, a menudo en un solo aminoácido, lo que puede tener un efecto significativo sobre el organismo sometido al cambio.

La adición o deleción de un nucleótido puede alterar la estructura del polipéptido.

Las mutaciones puntuales son el resultado del cambio en una sola base.

Mutaciones por cambio del marco de lectura, ocurren cuando se corre (por ejemplo por adición o deleción de una o mas bases) el orden de lectura.

Con excepción de la mitocondria (y esta excepción es discutible), todos los organismos usan el mismo código genético. Esto es una poderosa evidencia de un ascendiente común para todos los organismos vivos.

Síntesis Proteica

La regulación de los genes de los procariotas difiere de la de los eucariotas pero, la de los procariotas es mucho mas fácil de estudiar y a ellos se refieren gran partes de los estudios.

Los promotores son secuencias de ADN que comienzan señales para la transcripción del ARN. Los terminadores son señales de detención. La molécula de ARNm puede tener de 500 a 10.000 nucleótidos.

Los ribosomas son las organelas de la célula donde se sintetizan la proteínas. Los ribosomas están formados por una subunidad liviana (30S) y una pesada  (50S), el ARNr difiere en cada uno de ellos. 

La subunidad 30S tiene un ARNr 16S y 21 proteínas diferentes.

La subunidad 50S consiste en ARNr 23S y 5S y 34 proteínas diferentes. 

	La subunidad liviana tiene el sitio para que se pegue el ARNm. Tiene un rol crucial en la decodificación del ARN pues monitorea el apareamiento de bases entre el codón del ARNm y el anticodón de ARNt. También trabaja con la subunidad  50S en el proceso denominado translocación (proceso por el cual el ARNt asociado al ARNm se  mueve un codón)
	La subunidad pesada tiene dos sitios para el ARNt. Cataliza la formación de la unión peptídica.

	El ARNt tiene forma de trébol y es el que lleva el aminoácido apropiado al ribosoma cuando el codón lo "llama".
	En la parte terminal del brazo mas largo del ARNt se encuentran tres bases, el anticodón, que son complementarias con el codón.
	Existen 61 ARNt diferentes, cada uno posee un sitio diferente para pegar el aminoácido y un anticodón diferente. Para el codón UUU, el codón anticomplementario es AAA.

	La unión del aminoácido apropiado al ARNt esta controlado por una enzima: la aminoacil-ARNt sintetasa.
	La energía para la unión del aminoácido al ARNt proviene de la conversión de ATP (adenosín-trifosfato) a AMP (adenosín-monofosfato).

La traducción es el proceso de convertir las secuencias del ARNm en una secuencia de aminoácidos.

El código de iniciación es el AUG que codifica para el aminoácido metionina (Met).  La traducción no ocurre si no está el codón AUG, por lo tanto la metionina (en realidad la formil-metionina, f-Met ) es siempre el primer aminoácido de la cadena polipeptídica, y frecuentemente se elimina al final del proceso.

El complejo formado por ARNt/ARNm/subunidad ribosómica pequeña es llamado "complejo de iniciación". La subunidad grande se pega al complejo de iniciación. Luego de esta fase el mensaje progresa durante la elongación de la cadena polipeptídica.

	Un nuevo ARNt lleva otro aminoácido al sitio P vacío del complejo ribosoma /ARNm y posteriormente se forma un enlace peptídico con el aminoácido del sitio ocupado.
	El complejo se mueve a lo largo del ARNm hasta el próximo triplete, liberando el sitio A.
	El nuevo ARNt entra en el sitio A y se repite el proceso. Cuando el codón es un codón de terminación, un factor de liberación se pega al sitio, parando la traducción y liberando al complejo ribosómico del ARNm.

A menudo muchos ribosomas leen el mismo mensaje y forman una estructura conocida como polisoma. De esta manera la célula puede rápidamente fabricar varias proteínas similares.

Animación

La secuencia de los aminoácidos determina la interacción entre los mismos y  por lo tanto define la manera en que la proteína recientemente formada se pliega y adopta su conformación en el espacio. Sin embargo muchas proteínas por sin solas no alcanzan su conformación nativa y requieren de complejos proteicos que la ayudan: las "chaperoninas".