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C.M.C.
Curso 2012 ‐2013
Tema 4
LA REVOLUCIÓN GENÉTICA: BIOTECNOLOGÍA
1.‐ El ADN: el secreto de la vida
El ácido desoxirribonucleico (ADN) es la molécula encargada de
llevar la información genética de todos los seres vivos, a través de
ella se transmiten las órdenes que controlan a las células de todos los
organismos.
1.1.- Composición química del ADN
Es una gran molécula formada por la unión de otras
moléculas más sencillas llamadas nucleótidos.
Cada nucleótido está formado a su vez por tres tipos de
componentes químicos.
Componentes de un nucleótido
Molécula de Ácido fosfórico en forma de grupo fosfato
Molécula de pentosa: Desorribosa
Base nitrogenada. Que pueden ser de los siguientes tipos:
Adenina
Purinas
Pirimidinas
Guanina
Citosina
Timina
La unión de millones de moléculas como
esta en cadena no ramificadas conforman
el ADN
1.2.- Estructura del ADN
El ADN está formado por dos largas
cadenas de nucleótidos enrolladas en
una doble hélice.
Las dos cadenas se unen entre sí por la
parte interna de la doble hélice a través
de enlaces entre las bases nitrogenadas.
Las uniones entre las bases nitrogenadas,
denominadas pares de bases, no son
cualesquiera, sino que existe una
complementariedad química entre ellas,
de tal forma que sólo puede unirse de la
siguiente forma:
1.2.- Estructura del ADN
La Adenina de una cadena solo se une a la
Timina de la otra por medio de un doble
enlace de puentes de hidrógeno (A=T, T=A)
La Citosina de una cadena solo se une a la
Guanina de la otra mediante un triple enlace
de puentes de hidrógeno (C≡G, G≡C)
En este vídeo también se explica:
http://www.youtube.com/watch?v=i-ATJ1FwYps
1.3.- Replicación del ADN
La REPLICACIÓN es el proceso por el cual se sintetizan dos copias
idénticas de ADN tomando como molde otra cadena de ADN.
La REPLICACIÓN sucede justo antes de la división celular con lo
que las células hijas heredan la misma dotación genética que las
células madre, lo que nos asegura que la información genética se
trasmite de generación en generación.
Cada doble hélice después de la replicación
estaría formada por una hebra original y una
hebra nueva
En este vídeo también se explica:
http://www.youtube.com/watch?v=zO2Yv43mldM
1.4.- Transcripción y Traducción del ADN
La TRANSCRIPCIÓN es la síntesis de ARNm tomando como molde
una hebra de ADN.
El ácido ribonucleico (ARN) está formado por una sola cadena de
nucleótidos que son ligeramente diferentes a los del ADN.
Los nucleótidos del ARN están formados por: pentosa, grupo fosfato
y una base nitrogenada como las de los del ADN, a excepción de la
Timina que es sustituida por otra: el Uracilo.
En este vídeo también se explica:
1.4.- Transcripción y Traducción del ADN
La TRADUCCIÓN es el proceso de síntesis de proteínas llevado a
cabo en los ribosomas, a partir de la información aportada por el
ARN mensajero que es, a su vez, una copia de un gen.
En este vídeo también se explica:
Un resumen de todo lo visto hasta ahora lo podemos ver en el siguiente vídeo.
http://www.youtube.com/watch?v=HjywHm5-gAo
Otro sitio de interés:EL MUNDO
http://www.elmundo.es/especiales/2003/02/salud/genetica/descifrar_la_vida.html
RELACIÓN ENTRE LOS GENES Y LAS PROTEÍNAS
CÓDIGO GENÉTICO:
La célula utiliza un código para saber qué proteína específica debe
construir a partir de un trozo de ADN.
Los símbolos del código son las bases nitrogenadas de la molécula de
ARNm tomadas de tres en tres, formando un grupo al que se llama codón.
Cada codón corresponde a un aminoácido en la proteína que se va a
formar.
RELACIÓN ENTRE LOS GENES Y LAS PROTEÍNAS
CÓDIGO GENÉTICO:
El código tiene cuatro letras: A, G, C y U, que se agrupan de tres de en tres.
Esto da lugar a 64 combinaciones diferentes (4x4x4). Sin embargo sólo hay 20 aminoácidos diferentes que están en las proteínas.
RELACIÓN ENTRE LOS GENES Y LAS PROTEÍNAS
CÓDIGO GENÉTICO:
2.‐ Biotecnología: un conjunto de tecnologías
ADN recombinante es cualquier
molécula de ADN formada por la
unión de segmentos de ADN de
origen diferente
Esta tecnología permite manipular
el ADN, es decir, cortar, aislar,
pegar, reproducir y secuenciar
fragmentos específicos del ADN
de cualquier organismo
3.‐ Tecnología del ADN recombinante
3.1.- Enzimas celulares
¿Cómo actúan las enzimas de restricción y las ligasas en la
creación de ADN recombinante?
1. Con la misma enzima de
restricción se corta el
ADN de dos organismos
distintos
3. Las ligasas
pegan los
extremos y los
fragmentos se
unen de forma
definitiva en
una molécula
de ADN
2. Los fragmentos de ADN de cada
organismo se ponen en
contacto.
3.‐ Tecnología del ADN recombinante
3.2.- Análisis de fragmentos de ADN
La electroforesis en gel de agarosa es
una técnica que se emplea para separar
una mezcla de moléculas de ADN en
bandas, cada una de ellas formada por
moléculas de ADN de la misma longitud
Esta técnica permite obtener el patrón
de bandas característico y exclusivo del
ADN de cualquier organismo: huella
génica
Se utiliza para investigar la autoría de
un delito, establecer la paternidad…
3.‐ Tecnología del ADN recombinante
3.3.- Hibridación mediante sondas de ADN
La hibridación del ADN es el proceso en el que dos hebras de ADN
de cadena sencilla, con una secuencia de bases complementarias se
unen para formar una molécula de ADN de cadena doble
Este proceso permite identificar cadenas de ADN que porten un gen
que codifique determinadas proteínas. Para ello lo que se hace es un
ensayo de hibridación con una sonda de ADN. Ver ilustración de la
página 99 del libro
3.‐ Tecnología del ADN recombinante
3.4.- Clonación del ADN
La clonación de un fragmento de ADN consiste en la obtención de
miles de millones de copias idénticas de dicho fragmento.
Para clonar un fragmento de ADN, este debe ser introducido en una
molécula portadora: vector de clonación (molécula de ADN pequeña
capaz de entrar dentro de una bacteria y autorreplicarse dentro de ella)
3.‐ Tecnología del ADN recombinante
3.5.- Amplificación del ADN: reacción en
cadena de la polimerasa (PCR)
La PCR es una reacción en cadena
que origina millones de copias de un
segmento de ADN mediante la
replicación de múltiples ciclos de
replicación del ADN in vitro.
Se utiliza para amplificar una muestra
de ADN procedente de diversas
fuentes: pequeñas cantidades de
tejidos, sangre o semen conseguidos
en la escena de un crimen, ADN de
microorganismos patógenos, ADN de
células embrionarias…
3.‐ Tecnología del ADN recombinante
3.6.- Secuenciación del ADN
La determinación de la secuencia de nucleótidos es una parte fundamental
de la información sobre cualquier fragmento de ADN
Actualmente existe técnicas automatizadas e informatizadas que
permiten una secuenciación sencilla y rápida
Con estas técnicas se ha conseguido conocer los genomas completos de
numerosos organismos.
4.‐ Técnicas de ingeniería genética
Técnicas que permiten transferir
genes entre distintas especies
Las aplicaciones
prácticas de estas
técnicas son la obtención
de organismos
genéticamente
modificados y la terapia
génica
4.‐ Técnicas de ingeniería genética
4.1.- Organismos genéticamente modificados: OGM
Los OGM o transgénicos son los organismos (bacterias, hongos, animales y
plantas) que contienen un gen procedente de otro organismo o transgén.
El transgén se introduce utilizando vectores de expresión: virus o
plásmidos bacterianos en los que se inserta el gen o genes de un
organismo determinado distinto del que después lo recibirá
Dentro de los OGM podemos distinguir tres categorías:
• Microorganismos genéticamente modificados
• Animales transgénicos
• Plantas transgénicas
Veamos las aplicaciones más importantes de cada una de ellas.
4.‐ Técnicas de ingeniería genética
4.1.- Organismos genéticamente modificados: OGM
Microorganismos genéticamente modificados
1. Biorremediación: se trata de diseñar microorganismos recombinantes
que pueden emplearse en la mejora del medio ambiente,
introduciendo en ellos nuevas características que aumenten su
eficacia para eliminar la contaminación:
ƒ Eliminación de mareas negras: bacterias que digieren hidrocarburos y
los transforman en sustancias menos contaminantes.
ƒ Eliminación de metales pesados: bacterias que pueden vivir en su
presencia y mediante diversas reacciones químicas los eliminan.
ƒ Producción de biocombustibles: Hay levaduras que son capaces de
producir biodiesel y bioalcohol, que son menos contaminantes que los
combustibles fósiles.
ƒ Eliminación de plásticos biodegradables: Existen bacterias que son
capaces de descomponer estos plásticos.
4.‐ Técnicas de ingeniería genética
4.1.- Organismos genéticamente modificados: OGM
Microorganismos genéticamente modificados
2. Productos industriales, farmacéuticos y médicos: se pueden
utilizar microorganismos genéticamnete modificados para que se
comporten como pequeñas “factorías vivientes” para fabricar
productos que los microorganismos no producen de forma natural:
ƒ Enzimas: algunas bacterias y hongos genéticamente modificados se
utilizan para producir enzimas que se agregan a los detergentes o
pueden utilizarse en la fabricación de vaqueros lavados a la piedra.
ƒ Antibióticos: muchos de ellos (tetraciclina, penicilina,…) son
producidas por bacterias y hongos genéticamente modificados.
ƒ Proteínas humanas: Hay levaduras y bacterias genéticamente
modificadas para producir insulina humana, hormona del crecimiento,
factor antihemofílico, etc. Ver figura de la página 103
4.‐ Técnicas de ingeniería genética
4.1.- Organismos genéticamente modificados: OGM
Animales transgénicos
Se trata de animales que llevan en sus células algún gen procedente
de otro organismo, que ha sido obtenido mediante tecnología del ADN
recombinante
Varias son las aplicaciones de estos animales:
ƒ Aumentar la resistencia a enfermedades y mejorar la producción animal.
ƒ Diseñar animales knockout: en ratones KO, se sustituye un gen funcional por otro
inutilizado y se examinan los efectos que esto tiene sobre el animal
ƒ Fabricar órganos de animales para transplante: xenotransplantes. El cerdo
parece el mejor animal para ello ya que sus órganos tienen un tamaño parecido al
de los humanos y son fáciles de criar. Se trata de obtener cerdos transgénicos
modificados en sus características inmunitarias para evitar el rechazo del
transplantado.
ƒ Crear granjas farmacéuticas. Se puede insertar transgenes que codifiquen
proteínas humanas (insulina, factor hemofílico, ..) en el ADN de vacas, ovejas o
cabras y luego recuperar dichas proteínas a través de la leche de estos animales.
4.‐ Técnicas de ingeniería genética
4.1.- Organismos genéticamente modificados: OGM
Plantas transgénicas
Se trata de transferir genes a las plantas procedentes de organismos
distintos, y poder así realizar cruzamientos para obtener nuevas y útiles
variedades vegetales.
Se han conseguido plantas transgénicas con fines muy diferentes:
ƒ Resistencia contra herbicidas o plagas. Plantas como la soja, el algodón y el
maíz son resistentes a los herbicidas que destruyen las malas hierbas. Frutas y
verduras resisten plagas de insectos por ser portadores de genes venenosos
bacterianos que son tóxicos a dichos insectos.
ƒ Resistencia a las heladas, las sequías o al exceso de acidez y salinidad del
suelo: Fresas transgénicas con un gen de un pez del ártico que produce proteínas
anticongelantes.
ƒ Retrasar la maduración. Frutos que al madurar no se ablandan: tomateras.
ƒ Mejorar el valor nutritivo de las plantas empleadas en agricultura. Plantas de
arroz que producen granos con provitamina A y que en el cuerpo humano se
convierte en vitamina A.
ƒ Producir sustancias de interés farmacológico. Plantas que son capaces de
producir proteínas humans y proteínas virales para utilizarlas como vacunas.
4.‐ Técnicas de ingeniería genética
4.2.- Terapia génica
Tiene como objetivo tratar, curar y prevenir enfermedades producidas por
un solo gen defectuoso introduciendo en el paciente un gen terapéutico o
funcional
Existen dos tipos de terapia génica, la somática y la de línea germinal
ƒ Terapia génica somática. Se introducen algunas células transgénicas para
disminuir los síntomas de la enfermedad.
ƒ Terapia génica de la línea germinal. Se introducen células transgénicas en un
óvulo fecundado, asegurándonos así que el gen terapéutico formará parte del
código genético de todas las células del cuerpo, incluidas las de la línea germinal
futura. Se realiza solo en ratones. Todavía no se ha experimentado en humanos
debido a todos los problemas éticos que el uso de estas técnicas plantea