ADN i biotecnologia

L’ésser humà té aproximadament uns 100 bilions de cèl·lules

Algunes curiositats:

ADN i biotecnologia

Cadascuna d’aquestes cèl·lules conté, al seu nucli, l’ADN.

Aquest ADN estirat fa uns 2 metres de longitud.

Les cèl·lules:

ADN i biotecnologia

L’ADN: És una macromolècula constituïda per dues llargues cadenes de nucleòtids complementàries i antiparal·leles formant una doble hèlix.

Els nucleòtids, alhora, estan formats per tres molècules: Un àcid fosfòricUn glúcid ( desoxiribosa )Una base nitrogenada: Timina (T), Adenina (A), Citosina (C), Guanina (G).

ADN i biotecnologiaEls nucleòtids: Tenim aproximadament uns 3.000 milions de

nucleòtids o bases nitrogenades.

L’ordre en què es disposen aquests determinen el codi genètic.

Les bases nitrogenades sempre s’aparellen de la mateixa forma:

Adenina- Timina i Guanina- Citosina

ADN i biotecnologiaEls gens:

Els éssers humans tenim menys de 30.000 gens, distribuïts al llarg de la cadena d’ADN.

Definim gen com:

•Segment d’ADN que conté la informació genètica per produir una proteïna.

Els gens, per tant, estan determinats per la seqüència de nucleòtids dins la cadena d’ADN.

Un exemple: el gen que permet fabricar la INSULINA està determinat per una seqüència de 1431 nucleòtids.

ADN i biotecnologia

Exons i introns: Els gens estan constituïts per fragments d’ADN separats per seqüències de nucleòtids que no codifiquen cap proteïna. Són els INTRONS.

Es creu que només un 10 % de l’ADN realment codifiquen proteïnes.

Les regions de nucleòtids que serveixen per fabricar proteïnes s’anomenen EXONS:

ADN i biotecnologiaL’ARN:

Àcid ribonuleic està format per una cadena senzilla de nucleòtids.

A diferència de l’ADN, l’ARN conté Uracil ( U )en lloc de Timina ( T )

L’ARN participa en les etapes intermèdies de la síntesi de proteïnes.Hi ha 3 tipus d’ARN:

ARNm: es crea a partir de l’ADN nuclear. Porta una còpia del codi genètic obtinguda de la seqüència de bases del gen que codifica una proteïna. ARNr: el trobem formant part dels ribosomesARNt: transporta els AA als ribosomes en l’ordre correcte per formar les proteïnes.

ADN i biotecnologiaLa biotecnologia és el conjunt de processos i tècniques que mitjançant organismes vius o parts d’ells ens permeten:

Obtenir medicaments (Ex.Insulina).

Aliments amb unes determinades característiques.

Carburants ( Ex. Biodiesel)

Millora del medi ambient

Producció animal.

La biotecnologia clàssica::es pot dir que des de l’antiguitat l’home ha fet biotecnologia ( utilitzant llevats en la fabricació del pa i la cervesa. Bacteris en l’obtenció del vi, els iogurts o el vinagre.

La biotecnologia moderna: sorgeix a la decada dels 70 del segle XX amb utilitzant tècniques d’enginyeria genètica per tal d’introduir gens d’un organisme en un altre.

ADN i biotecnologia

Producció de medicaments : vitamines, hormones, vacunes...

Detecció precoç de malalties i anàlisi genètica

Millora de conreus i obtenció de plantes productores de compostos d’interès.

Millora de la producció d’aliments

Producció d’enzims d’interès industrial.

Eliminació de contaminants i tractament de residus

Producció de biocombustibles.

Millora de processos de fermentació tradicional.

Aplicacions:

Tecnologia de l’ADN recombinant o enginyeria genètica

L’any 1973  Stanley Cohen i Herbert Boyer van realitzar les primeres experiències que permetien la recombinació de l’ADN, també conegudes com enginyeria genètica.

El conjunt de tècniques que permeten introduir gens d’un individu en un

altre, tot i pertànyer a espècies diferents.

Però què és?

Modificar les característiques hereditàries d’un organisme en un

sentit, prèviament, predeterminat.

Amb quin objectiu?

Utilització:

Síntesi de compostos Ex. Insulina, hormona creixement...

Teràpia gènica: Ex. curar malalties com sida...

PCR: amplificació de l’ADN

Tecnologia de l’ADN recombinant o enginyeria genètica

En inserir fragments d’ADN, corresponent a un gen determinat que ens interessi clonar, en un microorganisme ( normalment  solen ser bacteris o virus, encara que es poden fer servir cèl·lules animals i vegetals ).  Per aconseguir aquest fet, es necessari un seguit de processos bioquímics que ens permetran:

reconèixer.

tallar.

aïllar.

inserir

el gen d’interès en la cèl·lula hoste corresponent.

En què consisteix aquest tipus de tecnologia?

L’ADN resultant rep el nom d’ADN recombinant i l’organisme que conté aquest tipus d’ADN organisme transgènic.

Tecnologia de l’ADN recombinant o enginyeria genètica

Mecanisme d’actuació:

1r pas: el gen o fragment d’ADN que interessa ha de ser identificat, aquesta acció la porten a terme els anomenats enzims de restricció. Aquests són capaços de reconèixer seqüències concretes d’ADN ( no més de 8 nucleòtids) i tallar la cadena de forma precisa. Actuen, per dir-ho d’alguna forma,  com “tisores moleculars”.

ADN que interessa clonarADN vector de clonació

Tecnologia de l’ADN recombinant o enginyeria genètica

2n pas: unió de les seqüències d’ADN mitjançant els enzims ligases

Extrems cohesius

Tecnologia de l’ADN recombinant o enginyeria genètica

Els vectors de clonació:

són parts de ADN que es poden autoreplicar (generar còpies d’ells mateixos) amb independència del ADN de la cèl·lula hoste on creixen i que poden “transportar” fragments d’ADN que ens interessa copiar. Aquests vectors permeten obtenir múltiples còpies d’un fragment específic d’ ADN, el que fa d’ells un recurs útil per a produir quantitats suficients de material amb el qual treballar. El procés de transformació d’un fragment d’ADN en un vector es denomina clonació, ja que es produeixen còpies múltiples d’un fragment específic de ADN. Són vectors de clonació els plasmidis i els virus.

Tecnologia de l’ADN recombinant o enginyeria genètica

Els Plasmidis: Els plasmidis són molècules d’ADN circular amb capacitat de duplicar-se independentment del material

genètic bacterià.

Els bacteris o bacteriòfags: Són virus que infecten bacteris. El procés de clonat és molt semblant ja que es tracta d’inserir el gen que es vol clonar en un fragment d’ADN víric. Més tard s’acoblaran les diferents parts del virus i completant-se el virus. Després serà introduït el virus en un bacteri el qual en les condicions apropiades de nutrients, llum, temperatura...es dividirà i en poca estona tindrem milions de bacteris amb el gen clonat i per tant produint la proteïna desitjada.

Tecnologia de l’ADN recombinant o enginyeria genètica

Exemple en la producció d’insulina:

Tecnologia de l’ADN recombinant o enginyeria genètica

1. El primer pas és identificar el gen de la insulina mitjançant els enzims de restricció que, a més, tallaran les seqüències concretes de nucleòtids.

2. El fragment d’ADN corresponen al gen de la insulina s’introdueix en un bacteri, però es fa gràcies als vectors de clonació com ara un plasmidi que s’extreu sense complicacions de l’interior del bacteri i que acturà com un transportador del gen de la insulina.

3. Els enzims de restricció tallen el plasmidi i deixen lliures els extrems cohesius, punts per on s’inserirà el gen d’insulina i on trobem nucleòtids complementaris entre sí.

4. Les ADN-ligases acabaran unint els extrems cohesius dels dos tipus d’ADN ( gen de la insulina i plasmidi ).

5. Després el plasmidi s’introdueix en l’interior del bacteri, el qual en condicions òptimes es dividirà. Tots els nous bacteris crearan insulina, ja que tots en tindran el gen.

6. Llavors només caldrà purificar-la. Cada bacteri s’haurà comportat com una fàbrica d’insulina.

7. Aquest procés permet obtenir tantes còpies com calgui del gen en qüestió, parlem de clonació.

Tecnologia de l’ADN recombinant o enginyeria genètica