Unidad 4 Revolución genética

UNIDAD 4.LA REVOLUCIÓN GENÉTICA: BIOTECNOLOGÍA
“Ciencias para el mundo contemporáneo” 1º Bachillerato
Curso 2010/2011

Revolución genética: biotecnología
EL ADN:
Composición química y estructura.
Replicación, transcripción y traducción.
BIOTECNOLOGÍA:
Tecnología ADN recombinante.
Técnicas de ingeniería genética.
Técnicas de clonación celular.
Técnicas de cultivo de células y tejidos.
EL GENOMA HUMANO
BIOÉTICA

1. El ADN:
1.1. Composición química:
Molécula formada por la unión de otras moléculas más sencillas: los nucleótidos.
Los nucleótidos están compuestos por:
· Una molécula de ácido fosfórico.
· Desoxirribosa (pentosa=hidrato de carbono de 5 átomos de C).
· Una base nitrogenada:purínica (doble anillo; Adenina y Guanina) o pirimidínica (anillo simple; Citosina y Timina).

1. EL ADN:
1.1. Composición química:

1. El ADN:
1.2. Estructura del ADN:
Dos cadenas complementarias de nucleótidos enrrolladas en forma de doble hélice.
A+T (doble enlace) y C+G (triple enlace).
Virus: ADN lineal o circular.
Bacterias, mitocondrias y cloroplastos: ADN circular.
Eucariotas: ADN asociado a proteínas (histonas) formando la cromatina; ésta se condensa durante la división celular formando los cromosomas, que contienen a los genes (fragmentos de ADN que codifican una proteína).

EL ADN: ESTRUCTURA

Es la única molécula capaz de copiarse a sí misma en los seres vivos (replicación).
Ocurre justo antes de que la célula se divida, las células hijas reciben la misma información genética que posee la célula madre.
¿Qué ocurre exactamente?
REPLICACIÓN DEL ADN

Liberación de las histonas
Apertura de la doble hélice en cremallera
Cada hebra hace de molde para crear una cadena complementaria
Los nucleótidos se unen uno a uno, cada base con su complementaria (A-T y C-G)
Se obtienen dos moléculas de ADN idénticas a la original
En ocasiones aparecen fallos en la replicación que originan mutaciones. Muchas no tienen efectos, otras tienen efectos evolutivos, y algunas pueden provocar enfermedades.

Genes: Contienen la información necesaria para formar una proteína.
Proteínas: Formadas por una secuencia de aminoácidos.
¿Qué sucede en estos procesos?
1º. El ADN se encuentra en el núcleo de la célula pero las proteínas se sintetizan en el citoplasma, concretamente en los ribosomas.
2º. El ARN (ácido ribonucleico) es el encargado de transportar la información del ADN desde el núcleo hasta el citoplasma. Presenta ribosa en lugar de desoxirribosa y Uracilo en lugar de Timina, que también se une a la Adenina.
TRANSCRIPCION Y TRADUCCIÓN

Transcripción: Es el proceso de formación de ARN (ARN mensajero) a partir del ADN. El ARN mensajero puede salir del núcleo hacia el citoplasma.
Traducción: Unión del ARNm a un ribosoma, que lee el mensaje que contiene y es capaz de traducirlo formando una proteína.
Cada conjunto de 3 bases del ARNm (codón) se une a un aminoácido.
El ARN de transferencia transporta los aminoácidos (anticodón) hasta el ribosoma, donde se unen al ARNm.
TRANSCRIPCIÓN Y TRADUCCIÓN

Biotecnología moderna:Manipulación del material genético (ADN) de los seres vivos con la finalidad de fabricar o modificar un producto, mejorar animales o plantas, o desarrollar microorganismos con características especiales para un uso concreto.
¿Cuáles son las técnicas más importantes?:
ADN recombinante
Ingeniería genética
Clonación celular
Cultivo de células y tejidos (células madre)
BIOTECNOLOGÍA

T. del ADN recombinante: Aislamiento de secuencias concretas de ADN, copiarlas y conocer su composición química (secuencia de nucleótidos).
T. de ingeniería genética: Transferencia de genes entre seres vivos (OGM o transgénicos).
T. de clonación celular: Permiten reparar órganos y tejidos adultos.
T. de cultivo de células y tejidos: Permiten el desarrollo in vitro de órganos y embriones.
BIOTECNOLOGÍA

ADN recombinante: Cualquier molécula de ADN formada por la unión de segmentos de ADN de distinto origen.
Tecnología del ADN recombinante: Comprende una serie de técnicas que permiten manipular el ADN, es decir, cortar, aislar, pegar, reproducir y secuenciar fragmentos específicos de ADN de cualquier organismo.
Técnicas:
- Enzimas celulares
- Análisis de fragmentos de ADN
- Hibridación mediante sondas de ADN
- Clonación de ADN
- Amplificación del ADN (PCR)
- Secuenciación del ADN
TECNOLOGÍA DEL ADN RECOMBINANTE

ENZIMAS CELULARES:
En células vivas los fragmentos de ADN son cortados y vueltos a unir mediante el uso de enzimas específicas (proteínas).
Enzimas frecuentes: endonucleasas o rectrictasas (de origen bacteriano, para cortar) y ligasas (para unir).
Uso: Producción de insulina en cultivos bacterianos.

ANÁLISIS DE FRAGMENTOS DE ADN:
Una vez que obtenemos un fragmento de ADN podemos separarlo y analizar su composición.
Técnica más empleada: Electroforesis en gel de agarosa, produce un bandeado formado por fragmentos de ADN de distinto tamaño debido a su carga eléctrica negativa. Los fragmentos más pequeños se desplazan más rápidamente.
Nos permite utilizar la huella génica, y se emplea en investigaciones policiales y pruebas de paternidad.

Electroforesis en gel de agarosa

Tecnología del ADN recombinante
HIBRIDACIÓN POR SONDAS DE ADN:
Hibridación de ADN: dos hebras de ADN de cadena sencilla, con una secuencia de bases complementaria, se unen para originar una molécula de ADN de cadena doble correctamente apareada.
Permite identificar la presencia de un gen que codifica una proteína de interés en un cromosoma.
Sonda de ADN: Fragmento artificial de ADN de cadena sencilla marcada con radiactividad o fluorescencia y cuya secuencia de nucleótidos es complementaria a la secuencia del gen que se desea detectar. La sonda hibridada se puede detectar por impresión de una película radiográfica.

Biochips de ADN: Para analizar miles de genes de forma simultánea, son láminas de vidrio donde se fija una cantidad muy pequeña de fragmentos de ADN que actúa como sonda para un gen determinado.
- Los biochips se emplean en: detección de mutaciones, control de genes relacionados con el cáncer, diagnóstico de enfermedades infecciosas y personalización de tratamientos con medicamentos, entre otras cosas.

CLONACIÓN DEL ADN:
Consiste en la obtención de múltiples copias idénticas de un fragmento de ADN.
Para clonarlo, el fragmento debe introducirse en una molécula transportadora (vector).
Los vectores más empleados son los plásmidos bacterianos.

AMPLIFICACIÓN DEL ADN: PCR
El ADN se puede amplificar o copiar en un tubo de ensayo sin necesidad de clonarlo.
PCR: Reacción en cadena de la polimerasa, produce millones de copias de un segmento específico de ADN mediante la repetición de múltiples ciclos de replicación del ADN in vitro.
Se emplea para amplificar muestras recogidas en la escena de un crimen o para realizar diagnóstico prenatal.

PCR: Reacción en cadenade la polimerasa

SECUENCIACIÓN DEL ADN:
- Sirve para determinar la secuencia de nucleótidos de un fragmento de ADN.
Actualmente las técnicas de secuenciación están automatizadas e informatizadas.

La ingeniería genética permite transferir genes entre especies distintas (de un organismo a otro).
Aplicamos estas técnicas para obtener organismos genéticamente modificados (OGM) y para llevar a cabo terapias génicas.
TÉCNICAS DE INGENIERÍA GENÉTICA

ORGANISMOS GENÉTICAMENTE MODIFICADOS (OGM O TRANSGÉNICOS):
Son organismos (bacterias, hongos, animales y plantas) que contienen un gen procedente de otro organismo (transgén).
Para ello se utilizan vectores de expresión (virus o plásmidos bacterianos)
Técnicas de ingeniería genética

OGM / Transgénicos:
Microorganismos modificados:
· Mejora del medio ambiente (biorremediación): eliminación de mareas negras y metales pesados, y producción de biocombustibles.
· Productos industriales, farmacéuticos y médicos: detergente en polvo con enzimas, antibióticos y proteínas humanas (insulina, hormona del crecimiento).

Animales transgénicos:
· Normalmente se inyecta el material genético que nos interesa en un óvulo.
· Se emplean para aumentar la productividad de los animales (crecimiento), fabricar órganos de animales para transplantes o crear granjas farmacéuticas.

Animales transgénicos

Plantas transgénicas:
· Su finalidad es crear resistencia frente a herbicidas o plagas o frente a condiciones extremas (salinidad, sequía), retrasar la maduración, mejorar el valor nutritivo o producir fármacos.

TERAPIA GÉNICA:
Tiene como objetivo tratar, curar y prevenir enfermedades producidas por un solo gen defectuoso introduciendo en el paciente un gen funcional.
Se puede llevar a cabo de dos maneras:
· Terapia g. somática (se utilizan células del propio cuerpo)
· Terapia g. de la línea germinal (con óvulos fecundados, no se ha empleado en humanos; problemas éticos y técnicos)

TERAPIA GÉNICA

Clonación: Producción de organismo genéticamente idénticos entre sí e idénticos al organismo original del que proceden.
Los seres vivos que se reproducen asexualmente obtienen clones naturales, puesto que en ellos no se da recombinación genética.
Es una técnica todavía sin perfeccionar, en la mayoría de los casos los embriones no salen adelante o mueren al poco tiempo.
Técnicas de clonación: clonación reproductiva

Ejemplo de clonación reproductiva:“La ovejita Dolly”, 277 intentos fallidos antes del éxito.

Existen varios tipos de células madre:
C.m. embrionarias: Son células pluripotentes, es decir, capaces de formar todos los tipos de células y tejidos que encontramos en un individuo adulto.
C.m. adultas: Son multipotentes, capaces de formar solo algunos tipos de células.
Cultivo de células madre

Aplicaciones de células madre en biomedicina:
Probar nuevos fármacos y efecto de toxinas.
Estudiar el desarrollo embrionario y su control genético.
Terapia celular y trasplantes, con c.m. adultas. Ejemplo: trasplante de células madre de médula ósea en enfermos de leucemia y otros tipos de cáncer.

En el caso de las c.m. embrionarias, su uso no es legal de momento, ya que requiere la obtención de células embrionarias a partir de un individuo adulto. La clonación terapéutica sería posible si se legalizara su uso médico.

Es el conjunto de todos los genes que posee nuestra especie distribuidos en los 23 pares de cromosomas que tenemos en cada una de nuestras células.
En 1990 se inicia el Proyecto Genoma Humano, que ha permitido secuenciar nuestro genoma, identificar genes causantes de enfermedades hereditarias y demostrar que entre los individuos de la especie humana compartimos el 99,99 % de la información genética.
El genoma humano

El genoma humano

Estudia los problemas éticos que surgen de la aplicación de las ciencias biomédicas y sus tecnologías, que pueden influir y modificar la vida humana y de otros organismos.
Bioética

BIOÉTICA
RIESGOS DE LA BIOTECNOLOGÍA:
Terapia génica: Debe emplearse únicamente para curar enfermedades, nunca para mejora genética de la humanidad.
Clonación humana con fines reproductivos: La legislación no acepta su uso en ningún país y la sociedad la rechaza por considerarla una técnica poco ética.

BIOÉTICA
RIESGOS DE LA BIOTECNOLOGÍA:
Células madre: Se autoriza el uso de células madre adultas. En 2007 se legaliza el uso de células madre embrionarias en investigación, siempre que no hayan sido creadas expresamente para ello.
Genoma humano: Problemática de patentar los genes humanos, de momento no se acepta.
OGM: Modificación de ecosistemas, contaminación genética, alergias alimentarias y manipulación de los recursos alimentarios.

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