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TEMA 4 – BIOTECNOLOGÍA
ADN
Es una macromolécula constituida por dos cadenas de nucleótidos enlazados en doble
hélice, complementarios entre sí. El ácido fosfórico y la desoxirribosa forman el
esqueleto de la cadena. Alineados de cadena a cadena están las bases nitrogenadas ( la
adenina sólo se une a la timina mediante dobles enlaces de puentes de H y la citosina a
la guanina con triples enlaces de puentes de H. Son los pares de bases)
En el interior del núcleo de las células eucariotas, el ADN está asociado a una proteína
especial llamada histona, formando la cromatina. Durante la división celular, la
cromatina se condensa formando los cromosomas. Cada fragmento de cromosoma y por
lo tanto de ADN es un gen que da las instrucciones necesarias para sintetizar una
proteína.
EL ADN SE REPLICA
Es la única molécula de los seres vivos que puede hacer una copia exacta de si misma.
Sucede justo antes de la división celular, así las células hijas heredan la misma dotación
genética que la célula madre, transmitiéndose la información genética de generación en
generación.
La doble hélice del ADN se abre y cada una de las hebras sirve de molde para sintetizar
su cadena complementaria. El ADN polimerasa es una enzima que va uniendo
nucleótido a nucleótido la hebra molde con la nueva, que es exactamente igual a la
cadena a la que estaba previamente unida la hebra molde. Al final del proceso hay dos
moléculas de ADN.
Si hay errores durante la replicación, da lugar a mutaciones, algunas de las cuales
pueden provocar enfermedades.
EL ADN TRANSMITE LA INFORMACIÓN
Los genes llevan las instrucciones para la síntesis de una determinada proteína. Esta
información se encuentra en todas las células de todos los seres vivos.
Las proteínas son macromoléculas formadas por la unión de aminoácidos (hay 20 tipos
diferentes). Cada proteína se caracteriza por su estructura en el espacio y por su
secuencia.
Las funciones de las proteínas son muy diversas, formar estructuras (músculos, uñas,
etc), funciones de los órganos, caracterizan a los individuos (color de la piel o los ojos)
- Transcripción y traducción
En las células eucariotas el ADN está protegido en el interior del núcleo y la síntesis de
la proteína se realiza en los ribosomas que son unos orgánulos situados en el citoplasma.
El ácido ribonucleico ARN lee la información genética del ADN en el núcleo y lo lleva
hasta el citoplasma donde se genera la proteina.
El ARN tiene una sola cadena de ribosa en lugar de dexosiribosa y tiene las mismas
bases salvo la timina que es sustituida por el uracilo, que también se unirá a la adenina.
La transcripción es el proceso de síntesis de ARN, Este sale del núcleo con la
información genética que llevará a los ribosomas para sintetizar las proteínas, se llama
ARN mensajero.
La traducción es el proceso en el que el ARNm se une a un ribosoma, el cual lee y
traduce la información del ARN para sintetizar la proteína. El código genético asigna la
equivalencia entre el lenguaje del ARNm (secuencia de bases) y el lenguaje de las
proteínas (secuencia de aminoácidos). El ribosoma se mueve a lo largo de la cadena de
ARNm y asigna a cada grupo de tres bases (codón) del ARNm el aminoácido que le
corresponde procedentes del ARN de transferencia ARNt, para formar una nueva
proteína.
BIOTECNOLOGÍA
Es la manipulación del material genético (ADN) de los organismos para desarrollar
nuevas plantas, mejorar cultivos, desarrollar microorganismos para luchar contra las
plagas, mejorar la sanidad animal, mejorar tratamientos en medicina, nuevas vacunas y
fármacos, cuidar el medio ambiente, etc.
- Herramientas biotecnológicas:
Tecnología del ADN recombinante: permite aislar cualquier zona del ADN, crear
copias y averiguar la secuencia de los nucleótidos.
Ingeniería genética: se consigue la transferencia de genes de unos organismos a
otros consiguiendo organismos trasgénicos (organismos genéticamente modificados
OGM)
Clonación celular: permite la reparación de tejidos y órganos.
Cultivo de células y tejidos: se mantiene in Vitro células y órganos durante largos
periodos de tiempo.
TECNOLOGÍA DEL ADN RECOMBINANTE.
Consiste en generar ADN formada por la unión de segmentos de ADN de origen
diferente
Ejemplos:
- Enzimas celulares: Las enzimas de restricción cortan un ADN extraño y las enzimas
ligasas unen fragmentos del ADN cortado con trozos de otro ADN de otro
organismo formando los ADN recombinantes.
- Análisis de fragmentos de ADN: Una vez cortados los trozos de ADN, se pueden
separar por el proceso de electrolísis en gel de agarosa. Los trozos más pequeños se
mueven más deprisa hacia el polo +, pues el ADN está cargado negativamente.
Posteriormente se tiñe la muestra con bromuro de etidio para ver los trozos por
fluorescencia observándose la huella genética de un determinado organismo que
permite averiguar la identidad de un individuo.
- Hibridación del ADN: dos hebras de ADN de cadena sencilla, una de las cuales es
una sonda de ADN (fragmento artificial de ADN de cadena sencilla marcado con
radiactividad o fluorescencia) se unen por ser complementarios, para originar una
cadena de ADN.
Sirve para identificar la presencia de un gen. Si se quieren analizar miles de
genes se utilizan los biochips o chips de ADN, son láminas de vidrio donde en cada
una de sus celdillas se desarrollan las reacciones de hibridación.
Esta técnica ha permitido identificar mutaciones en genes que pueden causar
determinadas enfermedades, personalizar medicamentos, desarrollar nuevos
tratamientos, etc.
- Clonación de ADN: es la producción de copias idénticas de fragmentos de ADN.
Para ello el fragmento de ADN se introduce en una molécula transportadora (vector
de clonación), capaz de entrar en una bacteria y autorreplicarse dentro de ella,
consiguiéndose clones de bacterias transformadas.
- Amplificación del ADN: Mediante la PCR (reacción en cadena de la polimerasa, se
originan millones de copias de un segmento específico del ADN. El proceso consta
de un ciclo de 3 fases que provoca la obtención de una gran cantidad de copias.
- Secuenciación del ADN: Para conocer la secuencia de miles de genes y genomas
completos de numerosos organismos.
TÉCNICAS DE INGENIERÍA GENÉTICA
Consiste en la manipulación del ADN para conseguir nuevas formas de vida. Mediante
la ingeniería genética se pueden transferir genes entre especies diferentes.
- OGM (Organismos genéticamente modificados) o transgénicos
Son organismos que contienen algún gen procedente de otro organismo (transgen).
Se obtienen plantas y animales con alguna característica que interesa al ser humano:
•
MICROORGANISMOS MODIFICADOS: para mejorar el medio ambiente,
eliminando contaminación (por ejemplo eliminación con bacterias, de mareas
negras, de metales pesados), producir biocombustibles (biodiesel y
bioalcohol), plásticos biodegradables, producción de enzimas, por bacterias,
como detergentes, medicamentos como los antibióticos.
•
ANIMALES TRANSGÉNICOS: Producir animales más resistentes y mejor
calidad de los subproductos obtenidos del mismo, diseñar animales
genéticamente modificados para el estudio del desarrollo de enfermedades,
obtener órganos de animales para transplantes (xenotransplantes), animales
para obtener medicamentos.
•
PLANTAS TRANSGÉNICAS: Consiste en mezclar genes de diferentes
plantas para obtener mezclas de plantas que por si mismas no se podrían
cruzar, para conseguir plantas más resistentes a las plagas, a las sequías,
heladas, contaminación, modificar el periodo de maduración, el valor nutritivo
de sus frutos y obtención de fármacos.
- Terapia genética:
Para curar y prevenir enfermedades producidas por un gen defectuoso,
introduciendo en el paciente un gen terapéutico que reemplaza el defectuoso. Si se
pretende curar una enfermedad, terapia génica somática, si se pretende prevenir
enfermedades, terapia génica de la línea germinal introduciendo células transgénicas
en un óvulo fecundado.
CLONACIÓN REPRODUCTIVA
Consiste en obtener organismos genéticamente idénticos. Consiste en eliminar el
núcleo de un óvulo de un animal donante y sustituirlo por el núcleo de una célula
procedente del animal que se quiere clonar, que posteriormente se implanta en el
útero de una hembra. Con las técnicas actuales sólo algunos de los embriones
clonados sobreviven y algunos de los que nacen desarrollan enfermedades y mueren
pronto.
CÉLULAS MADRE
Son aquellas que pueden dividirse indefinidamente produciendo más células madre
o en ciertas condiciones especializarse obteniéndose células musculares, sanguíneas,
etc. Tipos de células madre:
- Embrionarias: El cigoto ( óvulo fecundado por un espermatozoide) es una célula
capaz de generar todas las células del organismo, totipotentes. Las células madre
embrionarias del embrión temprano son pluripotentes, son el origen de todos las
células del organismo aunque por sí solas no lo pueden conseguir (necesitan la
placenta).
- Adultas: son multipotentes, son capaces de originar muchos tipos celulares, pero
no todos. Se pueden obtener de la sangre o la piel.
- Fetales: proceden de fetos que no han llegado a desarrollarse.
- Del cordón umbilical: son similares a las de origen embrionario.
- Germinales embrionarias: de óvulos y espermatozoides, son totipotentes.
APLICACIONES:
- Probar nuevos fármacos.
- Estudiar las fases iniciales de un embrión y su control genético.
- Trasplantes, autotransplantes, regenerar tejidos de órganos dañados, etc.