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La Química, “la ciencia central”
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Mecanismo de polimerización del ADN
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Identificación de los fragmentos

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Proyecto GENOMA HUMANO
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Química y Medicina:
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Química y Medicina:
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LA RELACION DE LA QUIMICA CON OTRAS DISCIPLINAS CIENTIFICAS Y TECNOLOGICAS

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LA RELACION DE LA QUIMICA CON OTRAS DISCIPLINAS CIENTIFICAS Y TECNOLOGICAS

  1. 1. La relación de la Química con otras disciplinas científicas y tecnológicas Carlos Miranda I CURSO DE DIVULGACIÓN LOS AVANCES DE LA QUÍMICA Y SU IMPACTO EN LA SOCIEDAD 29 de abril de 2009 La relación de la Química con otras disciplinas científicas y tecnológicas
  2. 2. Química en La relación de la Química con otras disciplinas científicas y tecnológicas Ciencias Medioambientales Química en La relación de la Química con otras disciplinas científicas y tecnológicas Toxicología
  3. 3. La relación de la Química con otras disciplinas científicas y tecnológicas La Química, “la ciencia central” BIOLOGÍA Biología celular CIENCIAS DE LAS Microbiología BIOQUÍMICA Anatomía Biología molecular PLANTAS Inmunología Botánica Fisiología Genética Endocrinología Agronomía Ingeniería genética CIENCIAS MEDIOAMBIENTALES MEDICINA y CC. SALUD Ecología Farmacología Estudios de contaminación QUÍMICA Nutrición Química clínica Radiología GEOLOGÍA FÍSICA QUÍMICA ASTRONOMÍA Física atómica y nuclear NUCLEAR Mecánica cuántica Radioquímica Espectroscopía Medicina nuclear Ciencia de materiales Biomecánica Química en Biología: La relación de la Química con otras disciplinas científicas y tecnológicas Secuenciación del ADN Premio Nobel de Química (1980) Determinación de la secuencia de bases de los ácidos nucleicos Walter GILBERT Frederick SANGER
  4. 4. La relación de la Química con otras disciplinas científicas y tecnológicas Aspectos estructurales de la molécula de ADN La molécula de ADN es un “polinucleótido” = polímero de nucleótidos ¿Qué es un nucleótido? NUCLEÓTIDO = Pentosa + Base nitrogenada + Grupos fosfato (Azúcar de 5 át. de C) (de uno a tres) PURINA PIRIMIDINA nucleósido O nucleótido monofosfato NH nucleótido difosfato N O nucleótido trifosfato R Uracilo ARN La relación de la Química con otras disciplinas científicas y tecnológicas Aspectos estructurales de la molécula de ADN En los seres vivos está constituida por dos cadenas antiparalelas, formando la conocida “doble hélice” Interacciones por enlaces de = hidrogeno por pares A=T y C=G
  5. 5. La relación de la Química con otras disciplinas científicas y tecnológicas Mecanismo de polimerización del ADN O O 5’ O 5’ Base -O P Base O -O P O- O H H O- O- H H H H H H O H O H O P O- O P O- Base O- Base O O- O H H H H H H H H O H O H O P O- O P O- Base O Base O O O H H H H ADN Polimerasa H H H H O H : OH H : O P O- 3’ Base O O O O O O O H H Base -O P O P O P O -O P O P OH O H H OH H O- O- O- H H O- O- H H 3’ OH H El grupo OH en posición 3’ del anillo de desoxirribosa es fundamental para la polimerización de la molécula de ADN Secuenciar el ADN: La relación de la Química con otras disciplinas científicas y tecnológicas Planteamiento del problema Grupo OH (3’) El nucleótido es el bloque fundamental El OH en posición 3’ es el responsable de la polimerización NUCLEÓTIDO Hebra de ADN ¿Cómo conocer el orden de los nucleótidos?
  6. 6. Secuenciar el ADN: La relación de la Química con otras disciplinas científicas y tecnológicas Método de terminación de la cadena Se puede separar ADN en función del tamaño Electroforesis Poliacrilamida-Urea (Resolución: 1 nucleótido) ¿Distinta longitud? Sí Parando la elongación de la cadena ¿Cómo? Neutralizando el punto de crecimiento Secuenciar el ADN: La relación de la Química con otras disciplinas científicas y tecnológicas Didesoxinucleótidos trifosfatados DESOXINUCLEÓTIDOS (dNTP) vs DIDESOXINUCLEÓTIDOS (ddNTP) dATP ddATP Ausencia del grupo OH en posición 3’ del anillo de ribosa No se puede formar el enlace fosfodiéster Terminación química de la cadena de ADN
  7. 7. La relación de la Química con otras disciplinas científicas y tecnológicas Identificación de los fragmentos muestra ADN dTTP dCTP dATP polimerasa dGTP ddGTP ddTTP ddCTP ddATP La relación de la Química con otras disciplinas científicas y tecnológicas Identificación de los fragmentos MARCAJE Fósforo radiactivo (32P y 33P) grandes 3’ SOLUCIÓN: TAMAÑO FRAGMENTOS 5’aAAATCAATTCTGTGAAC GATAATCCAGTCATTGATG TTGCCAGAGACAAAGCT 3' pequeños 5’
  8. 8. Marcaje de los La relación de la Química con otras disciplinas científicas y tecnológicas nucleótidos de terminación Marcaje con colorantes fluorescentes Bodipy-FL-510 R6G [λabs (max) = 502 nm; λem (max) = 510 nm] [λabs (max) = 525 nm; λem (max) = 550 nm] CH3 N N B R CH CH F F S Bodipy-650 ROX [λabs (max) = 630 nm; λem (max) = 650 nm] [λabs (max) = 575 nm; λem (max) = 602 nm] VENTAJAS: • Una sola reacción de secuenciación • Fácil automatización Marcaje de los La relación de la Química con otras disciplinas científicas y tecnológicas nucleótidos de terminación Separación de fragmentos por electroforesis capilar ATTGC A Capilar Pol. líquido ….. Laser - Prisma Reacción Ventana Secuencia Detectores
  9. 9. La relación de la Química con otras disciplinas científicas y tecnológicas Proyecto GENOMA HUMANO Febrero de 2001 Science 291,1304-1351 Nature 409, 856-859 (16 February 2001) (15 February 2001) La relación de la Química con otras disciplinas científicas y tecnológicas Química en Medicina
  10. 10. Química y Medicina: La relación de la Química con otras disciplinas científicas y tecnológicas Contrastes radiológicos RADIOGRAFÍA CONTRASTES RADIOLÓGICOS Sustancia susceptible de ser empleada en exámenes médicos de rayos X Distinguen tejidos blandos por diferencia de opacidad frente a rayos X Química y Medicina: La relación de la Química con otras disciplinas científicas y tecnológicas Contrastes radiológicos Contrastes densos Basados en compuestos químicos que contienen átomos pesados Ofrecen una mayor opacidad a los rayos X Placa fotosensible FUENTE RAYOS X
  11. 11. Química y Medicina: La relación de la Química con otras disciplinas científicas y tecnológicas Contrastes radiológicos Contrastes densos Sulfato de Bario Compuestos de yodo Iohexol Química y Medicina: La relación de la Química con otras disciplinas científicas y tecnológicas Contrastes radiológicos Contrastes densos Basados en compuestos químicos que contienen átomos pesados Ofrecen una mayor opacidad a los rayos X Placa fotosensible FUENTE RAYOS X Contrastes hipodensos Basado en el uso de un gas o de aire Presentan una menor opacidad
  12. 12. Química y Medicina: La relación de la Química con otras disciplinas científicas y tecnológicas Medicina Nuclear Empleo de isótopos radioactivos para dianóstico clínico y tratamiento de enfermedades: • Algunos tipos de cáncer • Enfermedades cardiovasculares • Desórdenes neurológicos… Henri Danlos (físico frances) en 1901 empleó radio para tratar heridas de piel producidas en enfermos de tuberculosis Radioisótopos más empleados Radioisótopo Símbolo Radiación Vida media Uso 3 Tritio 1H β 12.32 años Trazador bioquímico 24 Sodio-24 11 Na β 14.95 horas Circulación sanguínea 32 Fósforo-32 15 P β 14.28 días Terapia anti-leucemia 60 Cobalto-60 27 Co β, γ 5.27 años Terapia cancerosa 74 Arsénico-74 33 As β+ 17.8 días Localización tumores cerebrales 99m Tecnecio-99 43 Tc γ 6.01 horas Escáner cerebral 131 Yodo-131 53 I β 8.04 días Terapia tiroidea La relación de la Química con otras disciplinas científicas y tecnológicas Tomografía por emisión de positrones Técnica de análisis en tiempo real no invasiva Imagen típica PET cerebral En combinación con TAC (tomografía axial computerizada) Información y diagnósticos MUY PRECISOS imagen de PET TAC cuerpo entero
  13. 13. La relación de la Química con otras disciplinas científicas y tecnológicas PET: Radiotrazadores Administrado por vía intravenosa, imagen PET TAC de cuerpo entero vía oral o vía respiratoria Se acumula en los órganos con afinidad por el radiotrazador Emisión de radiación gamma en los órganos donde se localiza Medición de la ACTIVIDAD METABÓLICA La relación de la Química con otras disciplinas científicas y tecnológicas PET: Radionucléidos Isótopos de vida media corta: 100 90 Periodo de 80 semidesintegración % radiactividad 11C, ~20 minutos 70 60 13N, ~10 minutos 50 40 15O, ~2 minutos 30 20 18F, ~110 minutos 10 0 0 1 2 3 4 5 6 7 8 nº de periodos Se incorporan en moléculas que sabemos como utiliza nuestro cuerpo Desintegración por emisión de positrones β+ = e+ 11 11 6C 5B + β+ + νe + 0.45 MeV 13 13 7N 6C + β+ + νe + 2.22 MeV 15 15 8O 7N + β+ + νe + 2.85 MeV 18 18 9F 8O + β+ + νe + 1.66 MeV
  14. 14. La relación de la Química con otras disciplinas científicas y tecnológicas PET: Radiotrazadores FLUORDESOXIGLUCOSA (FDG) 2-[18F]Fluor-2-desoxi-D-glucosa Tatsuo Ido (años 70) OTROS Metabolismo Angiogénesis • 18F-Fluorotimidina • 15O-Agua • 11C-Timidina • 18F-Fluoromisonidazol • 11C-Aminoácidos • 15O-Oxígeno • 11C-Glucosa CH2 • 15O-Oxígeno N H3C OH CH3 Química y Astrofísica: La relación de la Química con otras disciplinas científicas y tecnológicas Detección de moléculas Espectros de emisión y absorción de planetas y estrellas Espectro IR de las moléculas (vibraciones)
  15. 15. Astrofísica: La relación de la Química con otras disciplinas científicas y tecnológicas Detección de moléculas por IR Detección de agua en el planeta HD189733b 62 años luz Orbita inclinada alineada con la orbita terrestre La relación de la Química con otras disciplinas científicas y tecnológicas Química y Astrofísica Aislamiento del espectro IR del planeta Resultado
  16. 16. La relación de la Química con otras disciplinas científicas y tecnológicas Materiales de alta tecnología Materiales: La relación de la Química con otras disciplinas científicas y tecnológicas Química, Física e Ingenieria Materiales compuestos (COMPOSITES) Fibra de vidrio Fibra de Carbono PROPIEDADES Elevada resistencia Bajo peso Aplicaciones en Muy duraderos Ingeniería y Construcción Alternativa al hormigón armado y el acero
  17. 17. La relación de la Química con otras disciplinas científicas y tecnológicas Construcciones novedosas San Diego (EE.UU.) Friedberg (Alemania) Asturias (España) La relación de la Química con otras disciplinas científicas y tecnológicas Química e Ingeniería Madrid (M-111)
  18. 18. La relación de la Química con otras disciplinas científicas y tecnológicas INGENIERÍA QUÍMICA BIOLOGÍA GEOLOGÍA FÍSICA

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