1.Introducción a La Biología Molecular
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1. Introduccin a la BiologaMolecular
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El desarrollo de la Biologa Molecular
LA BIOLOGA MOLECULAR ES UNA CIENCIA CUYOOBJETIVO FUNDAMENTAL ES LA COMPRENSINDE TODOS AQUELLOS PROCESOS CELULARESQUE CONTRIBUYEN A QUE LA INFORMACINGENTICA SE TRANSMITA EFICIENTEMENTE DE
UNOS SERES A OTROS Y SE EXPRESE EN LOSNUEVOS INDIVIDUOS.
Biologa Molecular
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ESTE CONOCIMIENTO HA PERMITIDO CRUZARBARRERAS NATURALES ENTRE ESPECIES YCOLOCAR GENES DE CUALQUIER ORGANISMO ENUN ORGANISMO HOSPEDADOR NO RELACIONADOMEDIANTE EL EMPLEO DE TCNICAS DEINGENIERA GENTICA.
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El descubrimiento del
principio transformante.
EVIDENCIAS QUE DEMOSTRARON QUEEL ADN ES EL MATERIAL GENETICO
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LA IDEA DE QUE EL MATERIAL GENETICO ESTA
COMPUESTO POR ACIDOS NUCLEICOS TIENESU ORIGEN EN EL DESCUBRIMIENTO DE LATRANSFORMACION EN 1928
LOS EXPERIMENTOS DE:
Oswald T. Avery, Colin MacLeod y Maclyn McCarty,en 1944.
Alfred D. Hershey y Martha Chase, en 1952,
CONSTITUYERON UN HITO EN EL CONOCIMIENTODEL MATERIAL GENETICO A ESCALA MOLECULAR
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EXPERIMENTO DE Avery, MacLeod y McCarty(1944)
BACTERIAPneumococcus
PROVOCA MUERTEDE LOS RATONESPOR NEUMONIA
VIRULENCIA DADAPOR POLISACARIDOSLOCALIZADOS EN SUSUPERFICIE
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TIPOS DE
NEUMOCOCOS
III
II
TIENEN
SUPERFICIE
LISA (S)
PUEDEN DARLUGAR A
VARIANTES QUELES CONFIERE UNASUPERFICIERUGOSA (R)
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BACTERIAS CONSUPERFICIE LISA
BACTERIAS CON
SUPERFICIERUGOSA
VIRULENTA
NO
VIRULENTA
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El descubrimiento de la estructura
del ADN
http://www.thednastore.com/images/Crick_bobble.jpg -
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En 1953, James Watson y Francis Crick, futurosganadores del Premio Nobel, descubrieron laestructura de doble hlice del cidodesoxirribonuclico, conocido vulgarmente como
ADN. Las protenas estn formadas por cadenas deaminocidos. El nmero, orden y tipo de aminocidodeterminan las propiedades de cada protena. El ADNcontiene la informacin necesaria para ordenar losaminocidos correctamente. El ADN transmite estainformacin hereditaria de una a otra generacin.
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El descubrimiento del cdigo
gentico
El cdigo gentico se descifr completamente elao 1965, gracias al descubrimiento y desarrollode distintos procesos moleculares dejando aldescubierto que el cdigo actual es una de las
ms elegantes creaciones de la evolucin.
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Ya que se encuentran veinte aminocidosconformando las protenas, pero slo cuatro basesen el ADN, se estableci que un grupo de tresbases codifica para cada aminocido, adems queel cdigo no es del tipo sobrelapado y que lasecuencia de las bases es leda desde un punto departida fijo. Adems se mostr la degeneracin yuniversalidad de ste.
La evidencia provista por el esfuerzo y lacreatividad cientfica a partir de los aos 50s ha
establecido que la secuencia de aminocidos enla cadena polipeptdica de una protena estdeterminada por la secuencia de bases en elmaterial gentico.
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El modelo del opern
El funcionamiento del opern lac fue propuesto por
Jacob y Monod. Por este trabajo recibieron el Premio
Nobel de Fisiologa y Medicina en 1965.
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La bacteria E. coli puede utilizar lactosa comofuente de carbono, pero para ello necesitaexpresar una serie de enzimas clave.
El operon lac engloba los genes estructurales yreguladores que permiten producir estos enzimasslo cuando hay lactosa presente en el medio de
cultivo.
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El operon lac consta de tres genes estructurales:
1. lacZ2. lacY3. lacA)
Que codifican enzimas metablicos implicados
en la utilizacin de la lactosa como fuente decarbono:
Una -galactosidasa (que degrada la lactosa agalactosa y glucosa)
Una permeasa (que introduce la lactosa en laclula)
Una transacetilasa (sin funcin asignada en elmetabolismo de la lactosa).
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La expresin de los tres genes origina un mRNAa partir de un nico promotor, donde se une la
RNA polimerasa para comenzar la transcripcin.
La transcripcin de estos genes estructurales se
regula mediante una secuencia, contigua a lasecuencia promotora, denominada operador. Unaprotena represora, codificada por el genregulador lacI se une o no al operador en func in
de los n iveles de lacto sa en el medio, controlandoas el paso de la RNA polimerasa a los genes lacZ,lacY y lacA .
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En ausencia de lactosa la protena represora seune al operador impidiendo el paso de la RNApolimerasa y, por la tanto la transcripcin de losgenes estructurales. En la actualidad se conoce laestructura del represor lac, as como su modo deunin a la secuencia del operador en forma detetrmeros.
En presencia de lactosa, la alolactosa (unismero de la lactosa) se une a la protenarepresora, cambindole su conformacin e
impidiendo su unin al operador, lo que posibilitaque la RNA polimerasa transcriba los genesestructurales destinados a la utilizacinmetablica de la lactosa.
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La biologa Molecular en
Mxico
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En Mxico, la introduccin de los paradigmas
fundamentales de la biologa ocurre con un retraso con
respecto a Europa, siendo Alfonso Luis Herrera,farmacutico de formacin escolar, pero con una
genuina mentalidad de bilogo, quien en 1897 escribe
el primer texto mexicano claramente darwinista:
Recueil des lois de la biologe gnerale (Recopilacin
de las leyes de la biologa general -editado en francs-)
y en 1902 establece la primera ctedra de biologa en
nuestro pas, la cual se imparti en sustitucin de
Historia natural, en la Escuela Normal para Profesores.
Ante la carencia de un texto adecuado para suenseanza, Herrera escribi el libro Nociones de
Biologa, publicado en 1904, que es el primer libro
mexicano de esta disciplina.
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Sin embargo, a pesar de que la biologa
comienza a estar presente gracias alimpulso de don Alfonso L. Herrera, quebien puede ser considerado el primerbilogo que hubo en Mxico, o "laprimera figura de la biologa mexicana",la enseanza de la biologa en la normalse suspendi en 1906, y la enseanza
profesional de la biologa y la formacinde bilogos, ocurrirn muchos aosdespus
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La carrera de bilogo surge en Mxico ya entrado el siglo XX. Suantecedente fueron los cursos de Botnica, Zoologa y Microscopa
que se impartieron en la Escuela Nacional de Altos Estudios, -fundada en 1910 cuando Justo Sierra puso en marcha laUniversidad Nacional de Mxico-, que comenz a funcionar a partirde 1911, bajo la direccin del fisilogo positivista Porfirio Parra.Los profesores de esta Escuela fueron Carl Reiche -procedente de
la Universidad de Munich, Alemania-, que enseaba Botnica conun programa de dos aos. En 1915 el profesor Guillermo Gndaraamplio la enseanza de esa disciplina a tres y luego cuatro aos.En 1916 se incorpor Agustn Reza que inici la enseanza de lazoologa en tres y luego cuatro aos. Tambin se impartan
histologa, bacteriologa, microscopa, qumica, geografa, fsica,psicologa, latn, alemn, entre otras. En 1922 Alfonso L. Herrera sehizo cargo de los cursos de zoologa.
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Dichos cursos, agrupados bajo el nombre de"Ciencias naturales" eran impartidos de maneradispersa, tomados por profesores normalistas,mdicos, estudiantes de medicina o personascon otra profesin, interesados en ampliar sus
conocimientos ya fuera por cultura general opara mejorar su trabajo docente, sin que nadiecursara el programa completo tendiente aobtener el grado de "profesor acadmico en
ciencias naturales", aunque si alguien cursabasolo la serie de botnica o de zoologa y lasmaterias complementarias, sera "profesor debotnica" o "profesor de zoologa".
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Fue hasta 1920 que la Escuela Nacional de AltosEstudios -ubicada en la calle de Lic. Verdad
nmero 2, en el Centro Histrico de la Ciudad deMxico-, se inscribieron dos alumnos paracursar todas las materias contenidas en el plande estudios: Enrique Beltrn Castillo y Enrique
Corts. De ellos slo Enrique Beltrn concluysus estudios y en 1926 obtuvo el grado de"Profesor Acadmico en Ciencias Naturales",con una tesis acerca de "los protozoarios delLago de Xochimilco" , por lo que se le considerael primer "bilogo" profesional de Mxico,aunque no tuvo un titulo con ese nombre.
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En 1925, la Escuela Nacional de AltosEstudios fue suprimida y posteriormentese transform en Facultad de Filosofa yLetras, donde se continu con laenseanza de la especialidad en ciencias
naturales. En la nueva dependencia fueronseparados de la docencia Alfonso L.Herrera y Enrique Beltrn -que se haba
incorporado como profesor libre-.Permaneci Guillermo Gndara e ingrescomo docente Isaac Ochoterena Mendieta.
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Despus de aos de letargo, y luego delotorgamiento de la autonoma a la Universidad
Nacional en 1929, la nueva Facultad de Filosofay Letras de la UNAM organiz en 1930 unaseccin de Ciencias, otorg doctorados enbiologa a varios profesores universitarios en
virtud de su trayectoria acadmica, e inici unnuevo programa de formacin para obtener losgrados de Maestro en Ciencias Biolgicas yDoctor en Ciencias Biolgicas, al que seinscribieron brillantes ayudantes de profesor ode investigacin, de la Escuela NacionalPreparatoria y del recin fundado Instituto de
Biologa.
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Los primeros alumnos que estudiandoregularmente obtuvieron el grado de Maestrafueron: En 1931, Helia Bravo Hollis con latesis: "Contribucin al conocimiento de lascactceas de Tehuacn" y Leopoldo AnconaHernndez, con la tesis "Los chilocuiles o
gusanitos de la sal de Oaxaca". Los primerosgrados de doctorado se otorgaron en 1938 aEduardo Caballero y Caballero, con la tesis:"Contribucin al conocimiento de la
Helmintologa en Mxico" y en 1939 a AmeliaSmano Bishop con la tesis: "Anatomamicroscpica comparada de los ncleosbulbares del nervio VIII (Acstico).
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Desde 1935 el Ingeniero Ricardo Monges Lpez jefe delentonces Departamento de Ciencias de la Facultad de
Filosofa y Letras comenz a disear la creacin de una"Facultad de Ciencias". Su primer logro fue la creacinde una Escuela de Ciencias Fsicas y Matemticas, quequed a su cargo y en 1938 consigui que las
disciplinas biolgicas tambin fueran separadas de laFacultad de Filosofa y Estudios Superiores (nombreque se le haba dado para ese momento), dando lugaras a una nueva Facultad de Ciencias que inici suslabores el 2 de enero de 1939, bajo la direccin del
mismo ingeniero Monges Lpez . En ella se estableciel Departamento de Biologa que qued a cargo deIsaac Ochoterena.
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La enseanza del Departamento de Biologa de laFacultad de Ciencias, estaba estrechamente
relacionado con las investigaciones del Instituto deBiologa, dirigido por el mismo Ochoterena (ubicadoen la Casa del Lago de Chapultepec). La funcinprimordial del Departamento, era la formacin de los
futuros tcnicos, ayudantes e investigadores delInstituto de Biologa, as como profesores para lapreparatoria de la universidad, o para otras escuelasde enseanza media y media superior. De 1943 a 1953,el Departamento de Biologa funcion en la calle deEzequiel Montes nmero 115 en la colonia Tabacalera.Fue precisamente en 1943, que se reestructuro laorganizacin de la facultad y se estableci laenseanza a nivel de licenciatura en biologa.
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Como consecuencia de ello, en 1947 se
graduaron los primeros bilogos:Salvador Lima Gutirrez con la tesis."Caractersticas hematolgicas de 200nios campesinos"; Mara Josefina
Paniagua Cruz con la tesis:"Contribucin al estudio de los valoresnormales de pH de la secrecin
gstrica in situ; y Hector OchoterenaFuentes, con la tesis: "Caractersticashematolgicas de los nios prematuros
en la ciudad de Mxico" .
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En la UNAM, a partir de 1943 comienzan a formarsebilogos, en 1966, ocurre la primera gran
reestructuracin de su plan de estudios, el cualllamado "Plan tradicional" fue el modelo para laenseanza de la biologa por muchos aos. Conposterioridad al movimiento del 68, ocurren
grandes cambios en la institucin, entre ellos ungran incremento en la matrcula, que se manifiestaen la dcada de los 70 con la necesidad de nuevosespacios para la docencia y la investigacin. Es deesa forma que surgen las Escuelas Nacionales deEstudios Profesionales, y que en dos de ellas sedecidi tambin impartir la carrera de biologa, enIztacala y Zaragoza, donde se incorporan nuevasinquietudes y formas de enseanza.
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As, la carrera de bilogo existe en la UNAMa partir de 1943 y en 1947 tuvo sus primerosgraduados y su antecedente fue un soloProfesor Acadmico en Ciencias Naturales
(de 1926). Como se ve, la carrera de Bilogoes en realidad muy joven y esa es una de lasexplicaciones de su estado actual dedesarrollo.
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En Mxico contamos con:
Una de las diversidades biolgicas ms ricas del mundo, lacual puede ser aprovechada para beneficio de los mexicanos,evitando su saqueo y deterioroCien instituciones en donde se hace investigacinbiotecnolgica
750 investigadores de alto nivel y competencia internacionaltrabajando en biotecnologaCientficos precursores de la ingeniera gentica en el mbitomundial400 graduados (de maestra y doctorado) por ao70-80 compaas que usan procesos biotecnolgicosComunidad biotecnolgica agrupada en organizacionesgremiales activasProductos biotecnolgicos desarrollados por empresasmexicanas innovadoras
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La Biotecnologa tiene una enorme potencial en Mxico comoherramienta para el desarrollo del pas, incluyendo varios sectores.Por ejemplo:
SECTOR AGRCOLA: nuevas variedades de cultivos, inoculantes,biopesticidas, certificacin de semillas.
SECTOR SALUD: frmacos, vacunas y antivenenos accesibles,transplantes ms seguros.
AMBIENTE Y BIODIVERSIDAD: registro de especies, remediacin ensitios contaminados, tratamiento y reuso de aguas residuales ydesechos slidos, eliminacin de gases y de residuos txicos.
RECURSOS MARINOS Y ACUACULTURA: nuevas sustancias de usomdico e industrial, alimentos balanceados.
SECTOR PECUARIO: nuevas razas y mtodos eficientes depropagacin de ganado, uso de animales para la produccin demedicamentos
SECTOR INDUSTRIAL: combustibles renovables, procesos limpios
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Perspectivas futuras de la Biologa
Molecular
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INDUSTRIALLAS TECNOLOGAS DE ADN OFRECEN MUCHASPOSIBILIDADES EN EL USO INDUSTRIAL DE LOSMICROORGANISMOS CON APLICACIONES QUE VANDESDE PRODUCCIN (A TRAVS DE PROCESOSINDUSTRIALES Y AGRO PROCESOS) DE VACUNASRECOMBINANTES Y MEDICINAS TALES COMO
INSULINA, HORMONAS DE CRECIMIENTO EINTERFERON, ENZIMAS Y PRODUCCIN DEPROTENAS ESPECIALES.
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VEGETAL
CON LAS TCNICAS DE LA BIOTECNOLOGAMODERNA, ES POSIBLE PRODUCIR MSRPIDAMENTE QUE ANTES NUEVAS VARIEDADESDE PLANTAS CON CARACTERSTICAS MEJORADAS
MAYOR PRODUCCIN,
TOLERANCIA A CONDICIONES ADVERSASRESISTENCIA A HERBICIDAS ESPECFICOS
RESISTENCIA A ENFERMEDADES
PROPAGACION EN MASA DE CLONES VEGETALES
DESARROLLO DE INSECTICIDAS BIOLGICOS
MODIFICACIONDE PLANTAS PARA MEJORAR
CARACTERISTICAS NUTRICIONALES
AMBIENTAL
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AMBIENTALLA BIOTECNOLOGA AMBIENTALSE REFIERE A LA APLICACIN DE
LOS PROCESOS BIOLGICOSMODERNOS PARA LAPROTECCIN Y RESTAURACINDE LA CALIDAD DEL AMBIENTE.
LA BIORREMEDIACIN ES EL USO DE SISTEMASBIOLGICOS PARA LA REDUCCIN DE LA POLUCIN
DEL AIRE O DE LOS SISTEMAS ACUTICOS YTERRESTRES.
LOS SISTEMAS BIOLGICOS UTILIZADOS SONMICROORGANISMOS Y PLANTAS.
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RECUPERACIN BIOLGICA DE METALESPESADOS Y DESECHOS DE MINERIA Y OTROSDE ORIGEN INDUSTRIAL
RECUPERACION BIOLGICA DEL SUELO Y ELAGUA CONTAMINADA CON QUIMICOSTXICOS
TRATAMIENTOS DE AGUAS RESIDUALES YDESECHOS ORGANICOS
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ALIMENTARIA
PRODUCCION DE LEVADURA PARA PANADERIA,
QUESOS, YOGHURT Y PRODUCTOSFERMENTADOS COMO EL VINAGRE Y LA SALSADE SOYA
FABRICACION DE CERVEZA Y VINO
PRODUCCION DE AGENTES COLORANTES YSABORIZANTES
MEDICINA
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MEDICINA
DESARROLLO DE NUEVASMOLCULAS
TERAPUTICAS PARATRATAMIENTOS MEDICOS
SISTEMAS PARA LAADMINISTRACIN DE
DROGAS INGENIERIA TISULAR
PARA REMPLAZO DERGANOS
TERAPIA GENICA
VACUNASADMINISTRADAS EN
ALIMENTOS
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VETERINARIA
PRODUCION DE VACUNAS
CONTROL DE LA FERTILIDAD
CRIA DE GANADO
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OBTENCIN DE VACUNAS
OBTENCIN DE VACUNAS
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RECOMBINANTES
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DIAGNTICO DE ENFERMEDADES DE ORIGENGENTICO
Conociendo lasecuencia denucletidos de un
gen responsable deuna cierta anomala,
se puede
diagnosticar si estegen anmalo est
presente en undeterminado
individuo.
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PLANTAS TRANSGNICAS
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TRANSFERENCIANUCLEAR
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OBTENCIN DE UNA CERDATRANSGNICAUn gen hbrido que contiene elgen humano que codifica lasntesis de una protena deinters biolgico junto con elpromotor del gen que codifica
una protena de la leche de rata,se introducen pormicroinyeccin en un vulo decerda fecundado.
Da lugar a un animal transgnicoque tiene en todas sus clulas elgen hbrido. Se expresa en laglndula mamaria de la cerdainduciendo la produccin de la
proteina humana en la leche
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PROYECTO GENOMA HUMANO
El 26 de junio de 2000 es ya una fecha para la historiade la humanidad. Tras 10 aos de intensa investigacin,el genoma humano, considerado el autntico libro de lavida, ha sido descifrado en sus partes esenciales.Este logro, que abre una nueva era en la lucha contralas enfermedades, fue anunciado consecutivamenteen China, Japn, Francia, Alemania, el Reino Unido yEstados Unidos. Para conseguir este hito, que coronaun siglo de investigacin biolgica
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Mapas genticos
Estos mapas simplemente indican la posicin relativade los diferentes genes.
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