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DCA-740 Biologa molecular
Datos generales
Unidad acadmica: Departamento de Ingeniera Agroindustrial
Programa educativo: Doctorado en Ciencias Agroalimentarias
Nivel educativo: Doctorado en Ciencias
Estructura curricular: Lnea de Generacin y Aplicacin del Conocimiento
Denominacin: Bioprocesos Agroalimentarios
Asignatura: Biologa molecular
Carcter: Optativo
Tipo: Terico y prctico
Prerrequisitos: Microbiologa de reactores
Profesora: Dra. Ernestina Valadez Moctezuma
Ao: Primero
Semestre: Segundo
Sesin: Primavera
Horas totales/semana: 4
Horas totales del curso: 64
Horas totales de estudio independiente/semana: 2
Horas totales de estudio independiente: 32
Crditos: 6
Clave: DCA-740
Introduccin
Este curso se caracteriza por tener un enfoque bsico y aplicado que brinda a los
doctorantes en Ciencias Agroalimentarias la oportunidad de entrar en contacto con
las bases de Biologa Molecular. Es una asignatura relacionada verticalmente con
Tpicos selectos de qumica en alimentos, Anlisis multivariado, Seminario de
investigacin II-IV, Proyecto de investigacin II-VII; de manera horizontal se
relaciona con Diseos experimentales, Seminario de investigacin I y Proyecto de
investigacin I.
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Los alumnos orientados hacia la investigacin en bioprocesos, podrn tener una
visin en perspectiva sobre la importancia de tcnicas desarrolladas con Biologa
Molecular para contribuir al entendimiento bsico de otras disciplinas tales como la
Bioprocesos y Microbiologa de Biorreactores.
Presentacin
El deciframiento de la estructura tridimensional del DNA, el Cdigo Gentico y la
Sntesis de Proteinas, se desarrollaron las tcnicas para manipular al DNA
(Tecnologa del DNA Recombinante), elevando a la Biologa Molecular como
ciencia. En la dcada de los 80s los conocimientos bsicos de esta nueva disciplina
fueron la base para que la medicina, la industria y la agronoma dieran un marcado
salto cientfico. En estas dos ltimas reas, que son la de inters en el presente
curso, se han dado avances considerables en el mejoramiento de bacterias y
plantas de importancia agrcola por mtodos no convencionales, que tienen su
origen en la manipulacin in vitro de molculas qumicas biolgicamente activas.
El curso est diseado para alumnos de doctorado que posean conocimientos
bsicos de Gentica, Bioqumica y Fisiologa Vegetal. Ser adems un apoyo para
aquellos estudiantes interesados en la biotecnologa agrcola o en el mejoramiento
gentico, que deseen complementar su formacin conociendo los aportes y
potencialidades de tcnicas basadas en la Biologa Molecular.
Objetivo
Adquirir los conocimientos sobre las macromolculas (cidos nucleicos y
protenas), gentica bacteriana y tcnicas bsicas del DNA recombinante,
para permitir posteriormente, acceder al conocimiento y anlisis, logros y
perspectivas de la Ingeniera Gentica en Procariotes y sus aplicaciones.
Contenido
Unidad I. cidos nucleicos y protenas.
(12 horas)
Objetivo: Adquirir el conocimiento fundamental sobre las propiedades fisico-
qumicas y estructurales de los cidos nucleicos que le permitan entender sus
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propiedades biolgicas, para poder entender la funcin y codificacin de la
informacin gentica a nivel celular, as como las propiedades fisico-qumicas y
biolgicas de las protenas.
1.1. Estructura y propiedades qumicas.
1.1.1. Nucletidos.
1.1.2. Estructura del DNA.
1.1.3. Estructura del RNA.
1.1.4. Propiedades fisicoqumicas de los cidos nucleicos.
1.2. Duplicacin del DNA.
1.2.2. Modelos.
1.2.3. Duplicacin en procariotes.
1.2.4. Duplicacin en eucariotes.
1.3. Mtodos fsico-qumicos de anlisis.
1.3.1. Espectrofotometra.
1.3.2. Ultracentrifugacin.
1.3.3. Electroforesis.
1.4 Sntesis y secuenciacin del DNA.
1.4.1. Sntesis qumica de oligonucletidos.
1.4.2. Mtodos de secuenciacin (Sanger y Maxam-Gilbert).
1.5. Biosntesis de protenas.
1.5.1. Transcripcin y traduccin.
1.5.2. Cdigo gentico y sntesis de protenas.
1.5.3. Sntesis de proteinas en procariotes.
1.5.4. Sntesis de proteinas en eucariotes.
1.6. Estructura y propiedades qumicas.
1.6.1. Clasificacin de protenas.
1.7. Enzimas.
1.7.1. Clasificacin de enzimas.
1.7.2. Factores que regulan la actividad enzimtica.
1.8. Mtodos fsico-qumicos de anlisis.
1.8.1. Espectrofotometra.
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1.8.2. Electroferesis en una y dos dimensiones.
1.9. Mtodos biolgicos de anlisis.
1.9.1. Secuenciacin de polipptidos.
1.9.2. Traduccin in vitro.
1.9.3. Mtodos inmunoqumicos. Western blot.
Unidad II. Regulacin gentica.
(12 horas)
Objetivo: Comprender la regulacin de la expresin de los genes en clulas
procariotes y eucariotes para visualizar su importancia en el desarrollo de los
organismos.
2.1. Estructura del gen procarionte.
2.1.1. Elementos que controlan la expresin de los genes.
2.2. Estratgias de regulacin de la expresin gentica.
2.2.1. Regulacin transcripcional (modelo del opern).
2.2.2. Atenuacin.
2.3. Estructura del gen eucarionte.
2.3.1. El nucleosoma y la organizacin de la cromatina.
2.3.2. Factores que intervienen en la transcripcin.
2.3.2. Procesamiento del RNA.
2.3.3. Regulacin postraduccional.
Unidad III. Gentica bacteriana.
(12 horas)
Objetivo: Adquirir los conocimientos generales sobre gentica bacteriana para
entender el uso de estos microorganismos en la ingeniera gentica de procariotes
y eucariotes. Atravs de los conocimientos bsicos de la metodologa del ADN
recombinante desarrollada principalmente en procariotes.
3.1. Cromosomas, Plsmidos y Episomas.
3.2. Conjugacin.
3.3. Transformacin.
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3.4. Transduccin.
3.5. Caractersiticas de cepas bacterianas utilizadas en laboratorios.
3.6. Enzimas tiles para la manipulacin de los cidos nucleicos.
3.6.1. Polimerasas.
3.6.2. Ligasas.
3.6.3. Endonucleasas de restriccin.
3.6.4. Exonucleasas.
3.6.5. Otras enzimas.
3.7. Vehculos moleculares.
3.7.1. Caractersticas de un plsmido vector.
3.7.2. Vectores de clonacin.
3.7.3. Vectores de expresin.
3.7.4. Vectores ms utilizados.
3.8 Bancos genmicos.
3.8.1. En plsmidos.
3.8.2. En bacterifagos.
3.8.3. En csmidos.
3.9. Aislamiento y clonacion de genes.
3.9.1. Estrategia general de clonacin.
3.9.2. Uso de oligonucletidos sintticos.
3.9.3. Transcripcin inversa de RNA.
3.10. Anlisis los genes clonados.
3.10.1. Reaccin de polimerasa en cadena (PCR).
3.10.2. Seleccin biolgica.
3.10.3. Tcnicas de hibridacin (Southern, northern y western).
3.10.4. Genes reporteros.
3.11. Mtodos de transformacin gentica.
3.11.1. Transformacin.
3.11.2. Microinyeccin de DNA.
3.11.3. Electroporacin.
3.11.4. Biobalstica.
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3.11.5. Agroinfeccin.
Unidad IV. Temas selectos.
(6 horas)
Objetivo: Integrar los conocimientos adquiridos a lo largo del curso mediante la
revisin de artculos cientficos, la utilidad, ventajas y aplicaciones de la Tecnologa
del DNA Recombinante; para lo cual, dependiendo de su inters particular,
elaborar un seminario donde utilice los conocimientos adquiridos en alguno de los
siguientes temas generales:
4.1. Tcnicas novedosas de Biologa Molecular.
4.2. Mutagnesis dirigida para mejoramiento gentico.
4.3. Organismos transgnicos.
4.4. Organismos genticamente modificados.
4.5. Otros de inters.
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Actividades prcticas
Se realizan siete prcticas en laboratorios que cuentan con el equipo especializado,
requiriendo un total de 32 horas.
No. Nombre de la
prctica Objetivos Horas Unidad
1 El Dogma Central de la Biologa Molecular.
Reproducir los mecanismos de duplicacin, transcripcin y traduccin mediante la construccin de modelos didcticos para entender el flujo de informacin gentica.
8 II
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Secuenciacin con el mtodo de Sanger.
Comprender el mtodo de secuenciacin de Sanger con material didctico a fin de describir su utilidad en el conocimiento de la informacin gentica.
6 II
3 Purificacin de DNA bacteriano.
Obtener DNA cromosmico a partir de cultivos bacterianos para conocer su diferenciacin genmica.
4 IV
4 Cuantificacin de DNA.
Medir la cantidad de DNA obtenida en la prctica 3 utilizando un espectrofotmetro a fin de subrayar la importancia de su cuantificacin para anlisis moleculares.
3 II y IV
5 Fragmentacin de DNA con enzimas de restriccin.
Utilizar diferentes enzimas de restriccin en DNA cromosmico para interpretar los perfiles de restriccin.
3 V
6 Electroforsis de cidos nucleicos.
Separar en geles de agarosa molculas completas y fragmentadas del DNA cromosmico a fin de diferenciar su migracin en la electroforesis.
3 V
7 Transformacion gentica de bacterias.
Utilizar clulas bacterianas competentes para transformar genticamente los plsmidos
5 V
Metodologia
Las unidades I-III se desarrollarn con exposicin del profesor apoyado en
diapositivas. Tambin se discutirn algunos artculos de inters.
La unidad IV se desarrollar con exposicin de temas especficos por parte de los
estudiantes apoyados en diapositivas.
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Evaluacin (E)
E Elaborar/presentar/ Indicadores Valor Objetivo
Inic
ial Examen diagnstico
individual Examen 0
Evaluar los conocimientos tericos y prcticos, mediante la aplicacin de un examen, para la obtencin de un panorama grupal.
Inte
rmedia
Examen parcial Exmenes escritos
70
Aplicar exmenes de los temas revisados, formulando preguntas terico-prcticas, para la evaluacin del aprendizaje.
Participacin individual
Participacin en clase y tareas
10
Fomentar la participacin activa del estudiante, mediante la discusin de temas contenidos en el programa, para el desarrollo de propuestas de aplicacin.
Prcticas de laboratorio
Reportes Participacin
10
Aplicar los conocimientos tericos adquiridos en el curso, mediante el desarrollo de prcticas, para la adquisicin de habilidades en el manejo de materiales, equipo y mtodos.
Fin
al
Seminario Exposicin 10
Aplicar los conocimientos proporcionados en el curso, a travs del desarrollo de un seminario que integre la Biologa molecular en los alimentos, para la evaluacin del aprendizaje.
Bibliografa bsica
Unidad I. Acidos nucleicos y Protenas.
1. Bohinsky R. C. 1991. Bioqumica. Smith y Wood. Molculas Biolgicas.
Addison Wesley Iberoamericana, S. A. 739 p.
2. Smith y Wood. 1998. Molculas Biolgicas. Addison Wesley Iberoamericana,
S. A. 1998. 205 p.
3. Watson, J. D., Hopkins, N. H., Roberts, J. W., Steitz, J. A., and Weiner, A. M.
1897. Molecular Biology of the Gene. Volumen 1 and II. The
Benjamn/Cummings Publishing Company, Inc. 1163 p.
4. Darnell, J., H. Lodish and D. Baltimore. 1990. Molecular Cell Biology. 2da. ed.
American Books. New York. 1005 pp.
5. Smith y Wood. 1998. Molculas Biolgicas. Addison Wesley Iberoamericana,
S. A. 1998. 205 p.
9
6. Walker, J. M. 1984. Proteins: Methods in Molecular Biology. Vol 1. Ed. Human
Press. Clifton, N. J. 365 pp.
Unidad II. Regulacin gentica y Gentica bacteriana.
7. Freinfelder, D. 1983. Molecular Biology. A comprehensive introduction to
prokariotes and eukariotes. Jones and Bartlett Publishers Inc. Boston, USA.
979 pp.
8. Kahl, G. 1988. Architecture of Eukariotic Genes. VCH. FDR. 517 pp.
9.
10. Birge, E. A. 1981. Bacterial and Bacteriophage Genetics. Springer-Verlag.
New York. 359 p.
11. Jimnez-Snchez, A. and R. Guerrero. 1982. Gentica Molecular Bacteriana.
Ed. Revert, S. A. Espaa. 445pp.
12. Shapiro, J. A. 1983. Mobile Genetic Elements. Academic Press. New York.
687 pp.
Unidad III. Ingeniera gentica de procariontes.
13. Old, R. W. and S. B. Primrose. 1985. Principles of gene manipulation. An
introduction to genetic engineering. Blackwell Scientific Publications. Oxford.
409 p.
14. Smith y Wood. 1998. Biologa Molecular y Biotecnologa. Addison Wesley
Iberoamericana, S. A. 1998. 247 p.
15. Watson, J. D., J. Tooze and D. T. Kurtz. 1896. ADN recombinante. Introduccin
a la Ingeniera Gentica. Ed. Labor, S. A. Espaa. 200 pp.
16. Watson, J. D., Gilman, M., Witkowski, J. And Zoller, M. 1992. Recombinant
DNA. Scientific American Books. New York. 626 p.
Unidad IV. Temas selectos.
Publicaciones en revistas
Annual Review of Biophysics and Biomolecular Structure
Annual Review of Genetics
Biochemical Genetics
10
Cloning
Community Genetics
Conservation Genetics
Current Advances in Genetics and Molecular Biology
Current Genetics
Developmental Genetics
Development, Genes and Evolution
DNA and Cell Biology
DNA Sequence
Gene
Genes to Cells
Genetica
Genetical Research
Genetic Engineering News
Genetics
Genetics and Molecular Biology
Genome
Genome Biology
Genome Research
Genomics
Journal of Computer-Aided Molecular Design
Molecular Engineering
Molecular and General Genetics
Molecular Genetics and Metabolism
Molecular Phylogenetics and Evolution
Mutagenesis
Nature Genetics
Nature Reviews Genetics
New Genetics and Society
Nucleic Acids Research
11
Protein Engineering
Proteins: Structure, Function, and Genetics
Psychiatric Genetics
RNA
Russian Journal of Genetics
Theoretical and Applied Genetics
Transgenics
Trends in Genetics
Perfil del profesor
Se requiere de un profesor entendido como un trabajador del conocimiento,
ms centrado en el aprendizaje que en la enseanza, diseador de ambientes de
aprendizaje, con capacidad para optimizar los diferentes espacios en donde ste
se produce, atendiendo particularmente la organizacin y disposicin de los
contenidos del aprendizaje, con un seguimiento permanente de los estudiantes.
Sin embargo, en su perfil profesional, el profesor debe tener formacin en
ciencias genmicas, biotecnologa, o programa similar, preferentemente con
estudios de doctorado en las mismas reas del conocimiento, con dominio de las
reas de las ciencias genmicas, adems de experiencia profesional mnima
de 5 aos en el mbito docente.