UNIVERSIDAD NACIONAL ABIERTA Y A DISTANCIA-UNAD

ESCUELA DE CIENCIAS BASICAS, TECNOLOGA E INGENIERIA

ESPECIALIZACION EN PROCESOS DE ALIMENTOS Y BIOMATERIALES

BIOTECNOLOGIA AVANZADA

NELLY MORALES PEDRAZA

BOGOTA D.C. FEBRERO 2009

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TABLA DE CONTENIDO

UNIDAD 1. LA BIOTECNOLOGA Y LA VIDA

Capitulo 1. Leccin 1. Biotecnologa Leccin 2. Antecedentes de la Biotecnologa

Leccin 3. La vida y su manipulacin Capitulo 2. Leccin 4. Que es la vida

Leccin 5. cidos nucleicos Leccin 6. Reproduccin asexual

Capitulo 3. Leccin 7. Replicacin Leccin 8. Nomenclatura grfica de los cidos Nucleicos Leccin 9. Estudio de caso

UNIDAD 2. LOS MICROORGANISMOS Y SU TECNOLOGIA

Capitulo 4. Leccin 10. Las enzimas y su tecnologa Leccin 11. Modificacin de las enzimas

Leccin 12. Efectos de la temperatura y el PH en Las reacciones Enzimticos.

Capitulo 5. Leccin 13. Los microorganismos Leccin 14. Los microorganismos y su tecnologa

Leccin 15. Las Bacterias Capitulo 6. Leccin 16. Modelos cinticos de crecimiento

Leccin 17. Tecnologa de fermentacin. Leccin 18. Ejercicios Balance de materia ANEXOS: Estudios de caso

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UNIDAD UNO LA BIOTECNOLOGA Y LA VIDA

Por la prisa de vivir se olvidan a menudo las razones de la vida.

Hanotaux

BIOTECNOLOGA

Introduccin Esta unidad define la Biotecnologa no como una ciencia nueva, sino como un nombre nuevo que se le ha dado a la reciente evolucin e interaccin de varios campos de las ciencias y las ingenieras, resultante del desarrollo cientfico acumulativo iniciado por Mendel en 1886, con los principios de la herencia; y continuado, entre otros, por Watson y Crick, con la estructura de doble hlice del ADN en 1953; por Sanford en 1984, con la transformacin gentica de plantas mediante el bombardeo de proyectiles y por Williams en 1990, con el desarrollo tecnolgico para marcaje y mapeo de genes (Parra et al., 1998). Incluye adems una visin histrica y el panorama nacional, de tal forma que permite visualizar el impacto que ha tenido el uso de la biotecnologa moderna en diferentes sectores de la produccin, as como identificar las polticas y estrategias que posee Colombia en cuanto a biociencia y biotecnologa, contribuyendo al desarrollo integral del profesional en las dimensiones cognoscitiva, social y cultural. Objetivo Al terminar la unidad el profesional debe estar en capacidad de describir el desarrollo histrico, la situacin actual y las perspectivas de la Biotecnologa, as como de identificar las polticas y estrategias que posee Colombia en cuanto a biociencia y biotecnologa.

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Contenido

Biotecnologa Perspectivas de la Biotecnologa en Colombia Antecedentes Programa Nacional de Biotecnologa Simbiosis Comunidad Biotecnolgica Marco legal Bibliografa de apoyo Bibliografa Trabajo de complementacin

Bibliografa recomendada 1. Cohn, David. The life and time of Louis Pasteur. 1996.

www. louiville. edu/library/ 2. Colciencias. Tecnologas de la Vida para el Desarrollo. Bases para un Plan

del Programa Nacional de Biotecnologa. Colombia. 1993. 3. Colciencias. Simbiosis. www. colciencias.gov.co 4. Harshbarger, David; Hunter, Kim; Meinel, Richard; Reed, Charles and

Schlager, Steve. Biotech: What the Chemical. Chemical Engineering. Edited by Agnes Shaley. November. 1995.

TUS COMPROMISOS

Para con el grupo

Resee la biografa de Louis Pasteur, James D.

Watson, Francis H. Crick, Sir Alexander Fleming, Gregor Mendel, Eduard Buchner o Gobind Khorana.

Presentar por ejemplo, la historia de Levapn S. A., Instituto Colombiano del Petrleo, Sucromiles, Centro de Investigacin de Agricultura Tropical, Laboratorio de gentica y reproduccin de la Universidad de Antioquia, Instituto de investigaciones inmunolgicas de la Universidad de Cartagena, Histolab.

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BIOTECNOLOGA

Para aprender a aprender

Analice Comunquese Confirme Experimente Organcese

El trmino biotecnologa podra entenderse ampliamente como la comercializacin de los procesos biolgicos, los cuales engloban descubrimientos tcnicos y cientficos que han conducido al umbral de la revolucin bioindustrial (Montoya, 1989). Sin embargo si revisamos su etimologa viene de las palabras griegas que significan: bio: vida, tecno: arte y loga: ciencia; entonces sera la ciencia que estudia el arte de la vida. De acuerdo con el informe de Spinks en 1980 la biotecnologa se define como la utilizacin de organismos vivos, o bien sistemas o procesos biolgicos para la produccin industrial o su empleo en los servicios de saneamiento (Wiseman, 1986). Hacking en 1986 defini la biotecnologa como la aplicacin de los principios bsicos de las ciencias e ingenieras al procesamiento de materiales y agentes biolgicos para proveer bienes y servicios, e indic que posee las siguientes caractersticas: Es multidisciplinaria, emplea diferentes tcnicas, presenta diferentes estados de desarrollo y es multisectorial (Montoya, 1989). Segn Salazar en 1997 la biotecnologa es el uso integrado de la bioqumica, la microbiologa y la ingeniera qumica, para encontrar aplicaciones tecnolgicas a las capacidades de los microbios y de las clulas; globaliza una serie de tcnicas y experiencias con tres objetivos particulares: 1. El aislamiento y propagacin de clulas de tejidos animales o vegetales y de

microorganismos. 2. La obtencin de productos metablicos a partir de las clulas vivas aisladas

que los producen espontneamente bajo ciertas condiciones o con tcnicas de ingeniera gentica.

3. El logro de reacciones bioqumicas con clulas vivas o con enzimas sintetizadas por las clulas.

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Todo lo anterior busca obtener sustancias biolgicas exclusivas, tiles para la produccin de alimentos, para la industria farmacutica y para diversos procesos industriales (Salazar, 1997). Segn la serie de monografas concisas de ILSI Europa, traducidas por ILSI Sur-Andino Colombia 2000. define el trmino Biotecnologa como acuado por el Hngaro Kart Ereky, hacia fines de la primera guerra mundial Kart Ereky utiliz esta palabra para referirse a mtodos agrcolas intensivos. Desde, entonces, la biotecnologa ha sido definida ha sido definida de diversas formas, sin embargo, casi siempre ha sido asociada con la produccin de alimentos y su procesamiento. En particular, la biotecnologa generalmente ha abarcado la manufactura tradicional del pan, vino, queso y otros alimentos fermentados. Sobre estas bases, la biotecnologa puede reconstruir sus races miles de aos atrs hasta los antiguos sumerios que fabricaban cerveza con levaduras producidas naturalmente. Las fermentaciones practicadas en la antigedad no siempre llegaron a buen resultado, los microbios que caan en la tinaja donde se haca el vino, podan producir la ms fina cosecha o transformar todo el producto en vinagre. En el siglo XIX, Lous Pasteur sent las bases de la microbiologa e identific a los microorganismos- bacterias, hongos, algas y protozoos, como la causa de los cambios tanto deseables como indeseables en los alimentos. La aplicacin de la investigacin de Pasteur llev a un procesamiento ms seguro y confiable y ayud a asegurar la consecuente alta calidad de, por ejemplo, vinos y quesos. Pasteur aseguraba que los procesos de fermentacin estaban vinculados estrechamente con las actividades de los microbios vivos. Hacia fines del siglo pasado, se descubri que extractos libres de clulas provenientes de levaduras, tambin podan originar cambios qumicos sin la intervencin de los microbios de los cuales provenan. Los componentes activos de dichos extractos fueron denominados enzimas (enzima significa en levadura), las enzimas son protenas producidas por los seres vivos, que catalizan reacciones qumicas especficas. Sin darse cuenta, los productores de queso siempre han utilizado una mezcla de enzimas naturales cuajo- para transformar la leche en cuajada y suero lquido. Durante los aos cuarenta se han desarrollados equipos para la fermentacin a gran escala, lo que condujo a la produccin industrial eficiente, mediante la utilizacin de microorganismos, de enzimas puras, aditivos y otros compuestos valiosos (como las vitaminas) para su uso en los alimentos. As como las cerveceras tienen sus propias cepas de levaduras patentadas, las cuales son mantenidas cuidadosamente, los productores de enzimas, cultivas

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cepas especialmente seleccionadas de los microorganismos escogidos: Durante muchos aos se han hecho avances para mejorar la eficiencia en la produccin, seguridad, calidad y espectro de productos microbianos disponibles. Sin embargo, todava se depende, en gran medida, de hechos fortuitos seguidos para el aislamiento sistemtico de los organismos que posean las caractersticas deseadas. Durante los aos setenta se obtuvo la capacidad para hacer cambios precisos en el material gentico, la biotecnologa haba sido transformada. El desempeo de los organismos ahora puede ser sintonizado finamente y con ello ahora la biotecnologa casi se ha convertido en un sinnimo de modificacin gentica. En 1980, un influyente informe britnico(el Informe Spinks) intent encapsular casi medio siglo de pensamiento europeo y estaudinense, definiendo a la biotecnologa como La aplicacin de organismos, sistemas o procesos biolgicos a las industrias manufactureras y de servicios. Esta amplia definicin sirve a nuestros propsitos, ya que incluye la produccin de alimentos a travs de organismos vivos, su consiguiente procesamiento de la calidad y seguridad de estos, utilizando las herramientas de la biologa molecular. PERSPECTIVAS DE LA BIOTECNOLOGIA EN COLOMBIA. Villate S1 Castellanos O2

Hace dos siglos Malthus afirmaba que el crecimiento de la poblacin mundial superara al suministro de alimentos. este pronostico no se ha cumplido porque la actividad agrcola ha aumentado considerablemente, gracias a factores como la mecanizacin, tcnicas agrcolas intensificadas y la utilizacin de abonos entre otros. Los sistemas agrcolas actuales, aunque son capaces de generar excedentes regionales en los pases desarrollados, dejan a la cuarta parte de la poblacin mundial subalimentada y es incierto si se abastecern sus necesidades para el 2030. Es as como la biotecnologa bajo sus diferentes formas, se puede evitar un empobrecimiento catastrfico de la humanidad y su medio natural. En cierto sentido, la biotecnologa tiene una historia tan larga como la fabricacin del pan y la cerveza y se remonta a la poca indgena con la elaboracin de productos alimenticios y bebidas como la chicha, obtenida por fermentacin del jugo de maz. La produccin industrial usando procesos tecnificados con microorganismos se empieza a encontrar a finales del siglo pasado y ha recibido un gran impulso en los aos 50 de nuestro siglo cuando la naturaleza y la funcin de los cidos nucleicos fueron explicadas, abrindose camino a la descripcin del cdigo gentico y a la tecnologa del ADN

1 Bac: Docente Universidad Colegio Mayor del Cundinamarca. 2 Ph. D. Docente Universidad Nacional de Colombia

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reconbinante. Entre los 70 y 80, lleg hacerse posible la produccin de genes en masa y transferirlos a otros organismos como en bacterias, levaduras, plantas y animales. En este contexto, la biotecnologa se define como la aplicacin de organismos, sistemas y procesos biolgicos a la produccin de bienes y servicios en beneficio del hombre con el fin de aumentar la productividad, el rendimiento y resolver problemas de abastecimiento de alimentos a la poblacin en general. La biotecnologa cambia, de forma espectacular, las vas mediante las cuales los cientficos pueden conocer las estructuras y las funciones de los sistemas biolgicos, implicando la revolucin del conocimiento con consecuencias cientficas, ticas y sociales que irn mucha ms all que los efectos econmicos. (OCDE, 1993). La biotecnologa alimentara ofrece vastas posibilidades en la mejora de la calidad, el valor nutricional, el estado sanitario y la conservacin de los alimentos. pero ninguna introduccin biotecnolgica tendr por si misma un impacto decisivo en la industria, ya que dicha industria es demasiado diversificada y amplia como se muestra a continuacin:

a. Las enzimas en el. sector alimentario tienen numerosas aplicaciones en la industria de los alimentos y de las bebidas, para la transformacin y produccin de aromas y sus productos intermedios, tienen una creciente importancia para los avances cientficos y tcnicos. Esos progresos estn ligados a los biorreactores, a la capsulacin de enzimas innovadoras, ms eficaces con procesos de biocatlisis.

b. La biotecnologa ofrece nuevos sistemas de conservacin biolgica a

travs de microorganismos alimentarios modificados que tienen la capacidad de proporcionar conservacin de alimentos sin utilizar aditivos qumicos.

c. Los nuevos alimentos son transformados gracias a la biotecnologa, la

cual ofrece nuevos recursos para crear nuevos nutrientes de calidad para el hombre con una imagen positiva para la salud a partir de materias primas baratas, como protenas fngicas con textura adecuada para imitar a la carne.

d. Los cultivos de clulas vegetales ofrecen la oportunidad de obtener gran diversidad de productos alimenticios intermedios y de molculas nutritivas que pueden ser obtenidas mediante el cultivo celular.

e. Las microalgas, que han sido la base de la alimentacin humana

tradicional en muchos pases, tambin pueden ser cultivadas para

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producir una amplia gama de productos tiles, teniendo algunas un gran inters como elementos para la alimentacin humana o como molculas nutritivas especiales.

Actualmente el desarrollo de la biotecnologa alimentara en Colombia es evidente y se evidencia en los diferentes renglones de la economa nacional. entre las industrias que producen o consumen en el sector podemos encontrar las de cerveza, productos lcteos, jugos y concentrados de frutas, panificadoras, tejido de cultivos De acuerdo con el Convenio de las Naciones Unidas sobre biotecnologa, se entiende toda aplicacin tecnolgica que utilice sistemas biolgicos y organismos vivos para la creacin o modificacin de productos o procesos para usos especficos, por ejemplo, introducir un gen que produce cncer en un ratn para producir ratones con predisposicin al cncer. Los sectores industriales en los que se est aplicando la biotecnologa son: farmacutico, agrcola y medio ambiente. Enriquezca su vocabulario buscando las siguientes definiciones: Anticuerpo monoclonal: ______________________________________________________________________________________________________________ Germoplasma: ______________________________________________________________________________________________________________ Hibridoma: ________________________________________________________________________________________________________________________________ Variedad hbrida: __________________________________________________________________________________________________________________________

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LECCION DOS

ANTECEDENTES DE LA BIOTECNOLOGIA La historia de la biotecnologa se divide en cuatro perodos: 1. Era anterior a Pasteur: Sus comienzos se confunden con los de la

humanidad y se extiende hasta la segunda mitad del siglo XIX. Incluye las prcticas empricas de seleccin de plantas y animales, as como la fermentacin orientada a preservar y enriquecer el contenido protenico de los alimentos (Cohn, 1996).

2. Era de Pasteur: Se desarroll a partir de la segunda mitad del siglo XIX

cuando Pasteur y otros cientficos de la poca consolidaron las disciplinas de microbiologa, bioqumica e ingeniera qumica. Corresponde a la llamada biotecnologa industrial. Se caracteriza por la aplicacin de las tcnicas de fermentacin a la industria alimentara y al desarrollo industrial de productos como levaduras, cido ctrico, cido lctico, acetona, butanol y glicerol. Incluye el descubrimiento de las enzimas y su utilizacin (Cohn, 1996).

3. Era de los antibiticos: Se inicia en la primera mitad del siglo XX cuando

Fleming descubre la penicilina y fija las bases para la produccin en gran escala (hacia la dcada de los cuarenta) de antibiticos; contina con la aplicacin de las variedades hbridas, iniciando el camino hacia la revolucin verde (Scragg, 1996).

4. Era actual: Se ubica en la segunda mitad del siglo XX e incluye el

descubrimiento de la doble estructura del cido desoxirribonucleico (ADN), la inmovilizacin de enzimas, los primeros experimentos de ingeniera gentica y la aplicacin en 1975 de la tcnica del hibridoma para la produccin de anticuerpos monoclonales (Vill, 19??).

PROGRAMA NACIONAL DE BIOTECNOLOGA Cinco tareas principales conforman los ejes de la estrategia propuesta para la promocin de la investigacin y el desarrollo en el mbito de la biotecnologa en Colombia: 1. Formacin de investigadores calificados al ms alto nivel en las diversas

disciplinas que confluyen en la biotecnologa. 2. Consolidacin de la comunidad biotecnolgica nacional.

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3. Fortalecimiento de los vnculos entre el sector productivo y los investigadores. 4. Desarrollo de un sistema legislativo que reglamente la propiedad intelectual,

la bioseguridad y el uso del germoplasma. 5. Generacin de una capacidad de monitoreo de la actividad cientfica e

industrial en todas las disciplinas, tcnicas e industrias relacionadas con la biotecnologa que permita el anlisis de tendencias internacionales predominantes de investigacin y desarrollo, y la visualizacin de las oportunidades de mercados y clientes potenciales.

Las propuestas del Programa Nacional de Biotecnologa estn orientadas hacia: 1. Nuevas tecnologas para la salud humana: Trabaja con anticuerpos

monoclonales y tcnicas de ingeniera gentica (Orozco, 1992). 2. Biotecnologa vegetal: Se dedica a las tcnicas de desarrollo de nuevas

variedades de las plantas, desde los orgenes de la agricultura, alrededor de 10 mil aos atrs los agricultores han estado tratando de mejorar sus cultivos. Inicialmente, se replantaban las semillas de las mejores plantas, llevando al mejoramiento gradual de las cepas.. alrededor del siglo XIX, se comenzaron a comprender los principios cientficos que rigen la herencia y la crianza de plantas comenz a ser desarrollada sobre bases ms sistemticas.

La mutacin y la seleccin inducidas artificialmente, como la aplicada a las cepas microbianas, han producido ms variedades productivas de los cereales principales del mundo. Los mtodos de mapeo gentico similares a aquellos utilizados para determinar con exactitud los genes humanos, han permitido a los cientficos de manera precisa aquellas plantas que llevan genes especficos deseables. Dichas tcnicas han permitido progresos en la produccin, calidad y resistencia a las enfermedades. Por tanto, es probable que se hereden caractersticas indeseables junto con las deseables. la mutacin inducida artificialmente, algunas ocasiones, produce mejoramientos; sin embargo es ms comn que las mutaciones tengan un efecto nocivo. La crianza tradicionalmente de plantas sigue siendo un proceso tediosamente lento, rgido, principalmente por el tiempo que le toma crecer a la planta y colocar semillas. La modificacin gentica, probablemente nunca remplazar a los mtodos tradicionales, complementa a estos ltimos y ofrece la oportunidad de superar algunas de sus limitaciones. Alrededor del 80% de la investigacin contempornea en biotecnologa de plantas se dirige hacia el mejoramiento de plantas que sirven como alimento; el

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20% restante se relaciona con productos no alimenticios, como el algodn, tabaco, plantas ornamentales y medicinas. Generalmente, el nfasis inicial de la biotecnologa de plantas ha sido dirigida al mejoramiento de cualidades agronmicas. La segunda y tercera generaciones de plantas alimenticias modificadas genticamente traern ventajas directas al consumidor y al procesador comercial. Dentro de la biotecnologa vegetal, las principales reas de aplicacin son la propagacin vegetativa, la liberacin de patgenos, la conservacin del germoplasma, la obtencin de variabilidad gentica con caractersticas seleccionadas, la resistencia a pestes, tolerancias a los herbicidas, resistencia a las enfermedades y la obtencin de metabolitos secundarios de inters industrial. Como tecnologas complementarias se tienen la obtencin de biopesticidas, el desarrollo y utilizacin de biofertilizantes, el desarrollo de sistemas diagnsticos para evaluacin y certificacin fitosanitaria del material vegetal, tratamientos biolgicos para degradacin y utilizacin de residuos de cosecha, la biodegradacin de plaguicidas y otros compuestos orgnicos y la utilizacin de las plantas como fuente de protenas especficas (Hodson de Jaramillo, 1992). 3. Biotecnologa animal: En esta lnea se estn estudiando, os

probiticos, las bacterias del rumen, las hormonas bovinas del crecimiento, salud y crianza de los animales

4. Biotecnologa industrial: Para desarrollar mercados en el sector

farmacutico, agrcola, en la industria qumica, de alimentos, en la minera (Montoya, 1992).

Un momento!. Cul es su opinin? ________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________ SIMBIOSIS Es un sistema de informacin especializado en Biotecnologa y Tecnologa de Alimentos para Amrica Latina y el Caribe, organizado bajo el patrocinio del Programa Regional de Desarrollo Cientfico y Tecnolgico, del Departamento de

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Asuntos Cientficos y Tecnolgicos de la Organizacin de los Estados Americanos (OEA). El nodo Colombia ha sido preparado y puesto en ejecucin por el Programa Nacional de Biotecnologa y la Divisin de Sistemas de Informacin Cientfica y Tecnolgica del Instituto Colombiano para el Desarrollo de la Ciencia y la Tecnologa, Francisco Jos de Caldas, COLCIENCIAS, en noviembre de 1996. Agrupa las tecnologas que forman parte de la biotecnologa en seis grupos: 1. Cultivos de tejidos y clulas para la rpida micro propagacin in vitro de

plantas, la obtencin de cultivos sanos, el mejoramiento gentico por cruza amplia, la preservacin e intercambio de germoplasma, la biosntesis de metabolitos secundarios de inters econmico y la investigacin bsica.

2. El uso de enzimas o fermentacin microbiana, para la conservacin de

materias primas definidas como sustratos en determinados productos, la recuperacin de estos productos, su separacin de caldos de fermentacin y su purificacin final.

3. Tecnologa del hibridoma, que se refiere a la produccin, a partir de clones,

de anticuerpos de accin muy especfica que reciben el nombre de anticuerpos monoclonales.

4. Ingeniera de protenas, que implica la modificacin de la estructura de las

protenas para mejorar su funcionamiento o para la produccin de protenas totalmente nuevas.

5. Ingeniera gentica o tecnologa del ADN, que consiste en la introduccin de

un ADN hbrido, que contiene los genes de inters para determinados propsitos, para capacitar a ciertos organismos en la elaboracin de productos especficos, ya sean estos enzimas, hormonas o cualquier otro tipo de protena u organismo.

6. Bioinformtica, que se refiere a la tcnica basada en la utilizacin de

protenas en aparatos electrnicos, particularmente censores biolgicos y biochips, es decir, microchips biolgicos, capaces de lgica y memoria (Colciencias, 19??).

Considerando que usted se est capacitando como investigador en el rea de biotecnologa, ubique a nivel internacional, tres personas que trabajen en el campo. _____________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________

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laboratorio centro de investigaciones ambientales. 2. Pontificia Universidad Javeriana: Programa de saneamiento y biotecnologa

ambiental. 3. Universidad de la Salle: Facultad de ingeniera ambiental y sanitaria. 4. Universidad de los Andes: Centro de investigaciones microbiolgicas - CIMIC. 5. Universidad del Valle: Laboratorio de biotecnologa ambiental 6. Universidad Industrial de Santander: Laboratorio de investigaciones en

microbiologa industrial: LIMI 7. Universidad Nacional de Colombia: Instituto de ensayos e investigacin - IEI,

unidad de ingeniera ambiental; Instituto de biotecnologa - IBUN. MARCO LEGAL La biotecnologa en Colombia tiene como marco regulatorio para su desarrollo la adhesin a acuerdos internacionales y regionales:

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Fecha

Acuerdos a los que est adherido Colombia

Marco regulatorio

1994

1996 1996

Acuerdo general sobre aranceles y comercio (GATT). - Ley 70 de 1994 Convenio de Pars. Convenio internacional para la proteccin de las obtenciones vegetales (UPOV). El grupo de los tres (G3) cuenta con algunas normas relacionadas.

Obtenciones Vegetales Propiedad intelectual Proteccin de obtenciones vegetales Propiedad industrial

Adems, de las decisiones emanadas en la Junta del Acuerdo de Cartagena, las cuales comenzaron a regir, a partir del 29 de octubre de 1993: Decisin Rgimen Comn sobre

344 Propiedad Industrial 345 Proteccin a los derechos de los obtentores de variedades vegetales391 Acceso a los Recursos Genticos

En materia de introduccin, transporte, uso, manejo, produccin, liberacin y comercializacin de organismos vivos modificados (OVMs), se cuenta, para fines agrcolas, con la resolucin 00342 del antiguo Instituto Colombiano Agropecuario - ICA (Colciencias, 19??).

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BIBLIOGRAFA DE APOYO 1. Colciencias. Bases para un plan del programa nacional de biotecnologa.

Tecnologa de la vida para el desarrollo. 1993. 2. Colciencias. Diez casos exitosos de innovacin Tecnolgica. 1994. 3. Colciencias. Biotecnologa: Legislacin y Gestin para Amrica Latina y el

Caribe. Programa multinacional de Biotecnologa y Tecnologa de Alimentos. Programa Nacional de Biotecnologa. 1995.

4. Colciencias. Directorio de biotecnologa. Programa Nacional de Biotecnologa. 1995a.

5. Corporacin para Investigaciones Biolgicas (CIB). www.fsm.net/biologicalcontrol

6. Etall Ramos, Daniet. Fronteras de la Ciencia y la Tecnologa. Espaa. No. 14. Enero - Marzo. 1997.

7. Sasson A. Biotechnologies: challenges and promises. 2. Editado por la UNESCO. 1985.

BIBLIOGRAFA 1. Universidad Nacional . Revista Colombiana de Biotecnologa. Volumen I.

Nmero 2. 1998. 2. ILSI Sur Andino. Serie de Monografias Concisas de ILSI Europa.

Biotecnologa de los Alimentos 2000. 3. Cohn, David. The life and time of Louis Pasteur. 1996.

www.louiville.edu/library/ 4. Colciencias. Simbiosis. www.colciencias.gov.co. 5. Hodson de Jaramillo, Elizabeth. Tecnologas de la Vida para el Desarrollo.

Biotecnologa Vegetal: alcances, limitaciones y perspectivas en Colombia. Colciencias. Colombia. 1992.

6. Montoya, Dolly. Las Fermentaciones como Soporte de los Procesos Biotecnolgicos. Universidad Nacional de Colombia. Bogot, D.E. 1989.

7. Montoya, Dolly y Buitrago, Gustavo. Tecnologas de la Vida para el Desarrollo. Biotecnologa Industrial en Colombia. Colciencias. Colombia. 1992.

8. Orozco, Oscar. Tecnologas de la Vida para el Desarrollo. Nuevas Biotecnologas y Salud Humana en Colombia. Colciencias. Colombia. 1992.

9. Palmer, Dennis. Proyecto Zero Universidad de Harward. Estrategias de Evaluacin Cualitativa para la Educacin Superior Abierta y a Distancia. UNAD. 2000.

10.Parra y otros. Incorporacin de la Biotecnologa en la Educacin Bsica y Media. Revista Colombiana de Biotecnologa. Julio. 1998.

11.Salazar Cceres, Julio Roberto. Curso General de Biotecnologa. Corporacin Tecnolgica de Bogot. 1997.

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12.Scragg, Biotecnologa para Ingenieros. Sistemas Biolgicos en Procesos Tecnolgicos. Editorial Limusa. Mxico. 1996.

13.Vill. Biologa de Vill. 19?? 14.Wiseman, Alan. Principios de Biotecnologa. Editorial Acribia. Zaragoza.

1986.

TRABAJO DE COMPLEMENTACIN

1. Colciencias y el Programa Multinacional de Biotecnologa y Tecnologa de Alimentos (PMBTA, OEA) financiaron la investigacin titulada Extraccin y caracterizacin de las pectinas de frutas tropicales. Elabore un cuadro sinptico que permita visualizar sus resultados. www.colciencias.gov.co/simbiosis.

2. Qu opciones tiene la bioindustria en Amrica Latina? 3. Qu perspectivas le ve usted a la biotecnologa de alimentos en

Colombia e indique qu papel desempea de biotecnologa en su campo de especializacin?

4. Investigue 3 mtodos utilizados en la biotecnologa 5. En que consiste la tecnologa del antisentido y como puede mejorar

la calidad de los alimentos de dos ejemplos 6. Defina los trminos prebitico y probitico y explique como pueden

actuar tanto en animales como en el hombre. 7. Reporte o construya una base de datos que incluya revistas de

biotecnologa. 8. Visite diez pginas web que hablen sobre biotecnologa y sean de su

inters; inicie la construccin de un portafolios3. www.google

3 Caractersticas distintivas de un portafolios: Los estudiantes coleccionan una diversidad de trabajos que han llevado a cabo. Realmente renen lo que se ha dado en llamar biografas de los trabajos o rangos de trabajos y sus reflexiones. La biografa de un trabajo revela la geologa de los diferentes momentos que subyacen en la produccin de cualquier proyecto principal; puede incluir notas, diagramas, borradores y la versin final de un documento. Las reflexiones se resumen en documentos que se producen cuando se retorna a las colecciones de trabajo, para tomar el papel de crtico o de un autobigrafo y resaltar lo que es caracterstico, lo que ha cambiado con el tiempo y lo que an est por hacerse. La organizacin del portafolio incluye: establecer el propsito del mismo, seleccionar y organizar el material pertinente, establecer puntos crticos para la reflexin y anlisis de los resultados del trabajo, as como plantear estrategias para mejorar los resultados (Palmer, 2000).

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LECCION TRES

No hay que temer en la vida, hay que comprender.

Marie Curie

LA VIDA Y SU MANIPULACIN

Esta temtica estudia los principios que rigen la vida y su manipulacin, as como los beneficios que sta puede generar, planteando desafos y problemas cientficos, ticos, sociales e industriales, cuyo anlisis conducir a ampliar las oportunidades de progreso que este campo ofrece al pas. Contenido

1. Existe vida en Marte? 2. Qu es la vida? 3. Las molculas de la vida 4. La clula 5. Reproduccin de las clulas y organismos 6. Los cromosomas 7. El ADN 8. Dogma central de la biologa molecular 9. Manipulaciones in vitro

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Fundamente sus conocimientos

Describa brevemente las teoras sobre el origen de la vida

Teora Descripcin Cosmozoica

De generacin espontnea

De Oparn

De evolucin

Cul es la suya?

Para posteriormente facilitar la comprensin del tema a tratar, escriba la estructura de: 1. un hidrocarburo aliftico y la de uno aromtico 2. la estructura de la glucosa 3. La estructura de un cido graso 4. la estructura y la naturaleza de los 20 aminocidos esenciales y

explique Por qu se dice que los aminocidos presentan ismeros pticos?

5. Para apoyar sus conceptos, represente grficamente las estructuras primaria, secundarias, terciaria y cuaternaria de una protena.

6. Escriba las estructuras de los cidos nucleicos y haga un cuadro donde explique las especificidades de cada uno

7. Explique en que consiste y los pasos a seguir en la manipulacin in Vitro

8. Busque un artculo que describa el proceso de clonacin vegetal y con l construya un documento grfico que permita identificar cada parte del proceso; defina trminos.

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9. La pectina es un componente esencial de muchas frutas, degradada naturalmente por las enzimas poligalacturonasa y es posible utilizar la tecnologa antisentido para neutralizar la produccin de poligalacturonasa, retardando la maduracin de las frutas una vez han sido cosechadas. Explique entonces, el principio de la tecnologa antisentido?

BIBLIOGRAFA RECOMENDADA 1. Martnez de la Cuesta, Pedro J. y Rus Martnez, Eloisa. La Replicacin de

los cidos Desoxirribunocleicos y su Importancia en la Sntesis de Protenas. Alimentacin: Equipos y Tecnologa. Abril. 1999.

2. Old, R. y Primrose, S. B. Principios de Manipulacin Gentica. Editorial Acribia.

3. Horton, Robert; Moran, Laurence; Ochs, Raymond; Rawn, David y Scrimgeour, Gray. Bioqumica. Prentice-Hall Hispanoamericana, S. A. Mxico. 1995.

4. Watson, James; Toose, John; Kurtz, David. ADN Recombinante. Introduccin a la Ingeniera Gentica. Labor. 1988.

5. Wiseman, Alan. Principios de Biotecnologa Industrial. Editorial Acribia. Zaragoza. 1986.

BIBLIOGRAFA DE APOYO 1. Chandra, P y Appel, W. Mtodos de Biologa Molecular. Editorial Acribia. 2. Krautwurst, Hans; Encinas, Mara Victoria; Marcus, Frank; Latshaw, Steven;

Kemp, Robert; Frey, Perry and Cardemil, Emilio. Saccharomyces cerevisiae Phosphoenolpyruvate Carboxykinase: Revised Amino Acid Sequence, Site-Directed Mutagenesis, and Microenvironment Characteristics of Cysteines 365 and 458. Biochemistry. 1995. 34. 6382 - 6388.

3. Martnez de la Cuesta, Pedro J. y Rus Martnez, Elosa. La Replicacin de los cidos desoxirribonucleicos y su importancia en la sntesis de protenas. Alimentacin: Equipos y Tecnologa. Abril 1999.

4. Pelln y otros. La Ingeniera Gentica y sus Aplicaciones. Editorial Acribia. 5. Scragg. Biotecnologa para Ingenieros. Sistemas Biolgicos en Procesos

Tecnolgicos. Editorial Limusa, S.A. de C.V. Grupo Noriega Editores. Mxico. 1996.

6. Werner, R. Fundamentos de Bioqumica Moderna. Editorial Acribia. BIBLIOGRAFA 1. Bernal Villegas, Jaime. Gentica Inmunolgica. Principios bsicos y

aplicaciones clnicas. Editorial Norma. 1982. 2. Garca Pelayo, Ramn y Gross. Nuevo Larousse Manual Ilustrado. Editorial

Larousse.

33

3. Hodson, Elizabeth. Presentacin. Tecnologas de la Vida para el Desarrollo. Bases para un Plan del Programa Nacional de Biotecnologa. Colciencias. 1993.

4. Horton, Robert; Moran, Laurence; Ochs, Raymond; Rawn, David y Scrimgeour, Gray. Bioqumica. Prentice-Hall Hispanoamericana, S.A. Mxico. 1995.

5. Kimball. Biologa. Cuarta Edicin. Fondo Educativo Interamericano. Mxico. 1982.

6. Madden, Dean. Biotecnologa de los Alimentos. Introduccin. ILSI Europa. Blgica. 2000.

7. Montoya, Dolly. Las fermentaciones como soporte de los procesos biotecnolgicos. Universidad Nacional de Colombia. Bogot, D.E. 1989.

8. Watson, James; Tooze, John y Kurtz, David. ADN Recombinante. Introduccin a la ingeniera gentica. Primera edicin. Editorial Labor, S.A. 1988.

9. Wiseman, Alan. Principios de Biotecnologa. Editorial Acribia, S.A. Zaragoza. 1986.

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LA VIDA Y SU MANIPULACIN

Introduccin En la unidad anterior se estableci que la biotecnologa moderna, gracias a su potencial e impacto en aspectos econmicos, sociales, culturales y polticos, abri un sinnmero de oportunidades para los pases en desarrollo; entre otros, en los campos de la salud, agricultura, industrias farmacutica y de alimentos, manejo ambiental y energa, razn por la cual no se puede ser indiferente con sus avances (Hodson, 1993). No obstante, cuando el hngaro Karl Ereky acu el trmino biotecnologa a finales de la Primera Guerra Mundial, refirindose a mtodos agrcolas intensivos, no esperaba que sta ciencia obtuviera la capacidad para hacer cambios precisos en el material gentico, ni que garantizara el desempeo de los organismos tan finamente (Madden, 2000). Por tanto, la presente unidad estudia los principios que rigen la vida y su manipulacin, as como los beneficios que sta puede generar, planteando desafos y problemas cientficos, ticos, sociales e industriales, cuyo anlisis conducir a ampliar las oportunidades de progreso que este campo ofrece al pas. Objetivo Al terminar la unidad el profesional debe estar en capacidad de comprender y explicar el dogma de la biologa molecular y de utilizar los conceptos de manipulacin gentica para el mejoramiento de alimentos y biomateriales. Contenido Existe vida en Marte? Qu es la vida? Las molculas de la vida La clula Reproduccin de las clulas y organismos Los cromosomas El ADN Dogma central de la biologa molecular Manipulaciones in Vitro Bibliografa de apoyo Bibliografa Trabajo de complementacin

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Bibliografa recomendada 6. Martnez de la Cuesta, Pedro J. y Rus Martnez, Eloisa. La Replicacin de

los cidos Desoxirribunocleicos y su Importancia en la Sntesis de Protenas. Alimentacin: Equipos y Tecnologa. Abril. 1999.

7. Old, R. y Primrose, S. B. Principios de Manipulacin Gentica. Editorial Acribia.

8. Horton, Robert; Moran, Laurence; Ochs, Raymond; Rawn, David y Scrimgeour, Gray. Bioqumica. Prentice-Hall Hispanoamericana, S. A. Mxico. 1995.

9. Watson, James; Toose, John; Kurtz, David. ADN Recombinante. Introduccin a la Ingeniera Gentica. Labor. 1988.

10.Wiseman, Alan. Principios de Biotecnologa Industrial. Editorial Acribia. Zaragoza. 1986.

TUS COMPROMISOS

Para abordar el capitulo

Revisar un libro de bioqumica Haber estudiado los items correspondientes a los siguientes temas:

Existe vida en Marte? Qu es la vida? Las molculas de la vida La clula Reproduccin de las clulas y

organismos

Para con el grupo

Preparar un documento de una pgina sobre:

PCR Eelectroforesis Blotting.

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EXISTE VIDA EN MARTE? El 20 de julio de 1976, a las 11:53 tiempo de Greenwich, y el 3 de septiembre del mismo ao, a las 10:39 TG, los mdulos idnticos de dos naves espaciales no tripuladas, Vikingo 1 y Vikingo 2, se posaron suavemente sobre la superficie del planeta Marte. Cada mdulo contena cierto nmero de experimentos diseados para obtener ms conocimientos sobre el planeta. Cinco de tales experimentos buscaban pruebas significativas para dar respuesta a la pregunta: Existe vida en Marte? Ellos fueron: 1. Colocar una cmara de televisin: Si de pronto la lente de la cmara

captaba un marciano mirando hacia ella, la pregunta hubiese encontrado una respuesta definitiva. Sin embargo esto no ocurri, ni tampoco la cmara revel signos de actividades de seres vivos. Se observ una multitud de piedras, pero nada que pudiera parecerse a un perro.

2. Probar la presencia de molculas orgnicas en una muestra de suelo marciano: Una de las caractersticas ms sobresalientes en cuanto a la composicin qumica de los seres vivos de nuestro planeta, es la presencia de molculas que contienen tomos de carbono. As por ejemplo, las rocas estn formadas incluso por tomos de carbono, pero a menos que procesos biolgicos sean los responsables de su presencia en las rocas, stas no contienen molculas orgnicas.

3. Hallar indicios sobre la existencia de algo en el suelo capaz de sintetizar molculas orgnicas complejas a partir de compuestos simples del carbono, tales como bixido de carbono y monxido de carbono: En este experimento se introdujo una mezcla de CO2 y CO radiactivos (en la proporcin de 95:5) en un recipiente que contena una pequea muestra de atmsfera y de suelo marcianos. La sntesis de molculas orgnicas a partir de precursores simples requiere energa, y la forma principal de la energa utilizada aqu en la Tierra es la luz solar (se utiliza en la fotosntesis). Por lo tanto, la mezcla de incubacin se ilumin con una lmpara de arco brillante. Despus de cinco das, la muestra de suelo se calent para extraer las molculas orgnicas radiactivas que hubieran podido sintetizarse a partir del CO2 (y/o CO) radiactivos por seres vivientes presentes en el suelo marciano. El experimento buscaba evidencia de actividad metablica que comprendera la sntesis de sustancias complejas a partir de sustancias simples, es decir, mostrara indicios de anabolismo.

4. Buscar indicios de catabolismo, es decir, de metabolismo de descomposicin: En este experimento, una muestra de suelo se incub conjuntamente con un caldo diluido de molculas orgnicas radiactivas. Despus de diez das, la atmsfera que rodeaba la muestra fue investigada a intervalos regulares para determinar la presencia de gases radiactivos tales como el bixido de carbono. La existencia de gases radiactivos sera la prueba de descomposicin de las molculas orgnicas radiactivas con las cuales estaban empapadas las muestras de suelo.

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5. Comprobar metabolismo en el suelo marciano: En este experimento se coloc una mezcla de gases previamente conocida, sobre una muestra de suelo y se analiz luego peridicamente para ver si algunos gases (por ejemplo, CO2) haban desaparecido de la mezcla o haban sido aadidos a sta. Si el suelo por s slo hubiese fallado en producir un cambio en la composicin gaseosa (no ocurri esto, al principio se produjeron grandes cantidades de oxgeno), entonces se hubiera agregado un caldo de nutrientes al suelo. Si hubiesen existido organismos para catabolizar las molculas orgnicas presentes en el caldo, algunos de los productos del catabolismo tendran que ser gases y su presencia sera detectable por los equipos (Kimball, 1982).

Sabe usted qu resultados arrojaron los experimentos? ___. Descrbalos. Internet es un buen punto de partida. www. Altavista.com __________________________________________________________ __________________________________________________________ __________________________________________________________ __________________________________________________________ __________________________________________________________ __________________________________________________________ __________________________________________________________ __________________________________________________________ __________________________________________________________ __________________________________________________________ __________________________________________________________ __________________________________________________________ __________________________________________________________ __________________________________________________________ __________________________________________________________ __________________________________________________________

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CAPITULO 2

ORIGEN DE LA VIDA

No hay que temer en la vida, hay que comprender.

Marie Curie

QU ES LA VIDA? Generalmente es ms fcil reconocer la vida que definirla. El diccionario Larousse la define como Conjunto de los fenmenos que concurren al desarrollo y la conservacin de los seres orgnicos, Kimball la presenta teniendo en cuenta las caractersticas biolgicas: Organizacin compleja de la vida, metabolismo, reproduccin, irritabilidad y evolucin. La organizacin compleja de la vida Las clulas, generalmente demasiado pequeas para poder ser observadas a simple vista, estn organizadas en tejidos, los cuales a su vez, forman rganos. Varios rganos, funcionan conjuntamente y constituyen un sistema (Kimball, 1982).

Clulas

Tejidos

rganos

Sistemas Metabolismo Se presenta como un intercambio rpido o lento de materiales en los seres vivos y se manifiesta en dos fases diferentes:

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Anabolismo: Sntesis de sustancias complejas. Catabolismo: Degradacin de sustancias (Horton et al., 1995).

Biomolculas

Alimentos

Anabolismo Trabajo Catabolismo celular

Energa

Energa Luminosa (Organismos Fotosintticos) Alimentos Desechos

Bloques de construccin

Reproduccin Es la duplicacin auto controlada de las estructuras caractersticas. Requiere que el organismo tome materiales del medio ambiente, los procese y no los regrese en su totalidad, es decir, que crezca y que cada cierto tiempo produzca rplicas capaces de vivir con independencia. Puede ser asexual, en organismos poco complejos, partiendo de un progenitor y dando origen a hijos idnticos; o sexual, en organismos complejos, partiendo de dos progenitores y dando origen a hijos que presentan rasgos caractersticos (Gonzlez, 2000). Irritabilidad Todos los seres vivos estn capacitados para responder, de acuerdo con patrones definidos, a ciertos cambios (estmulos) de su ambiente, pues cuentan con medios para percibirlos (detectores) y con efectores para ejecutar la respuesta. sta debe ser coordinada y el sistema de coordinacin consume energa (Gonzlez, 2000).

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Organismo vivo Perro Estmulo Llamada a comer Detectores Odos, ojos y nariz Coordinadores Sistema nervioso y hormonas Efectores Los msculos y las glndulas Alteracin El perro se mueve Comportamiento El perro siempre va a comer Entonces, el ser vivo presenta una manifestacin activa y crea un cambio en sus relaciones con respecto a su ambiente exterior inmediato. Evolucin Cuando los organismos se auto reproducen, su patrn estructural se duplica con exactitud maravillosa. Sin embargo a travs de largos perodos de tiempo ocurren cambios que dan origen a la evolucin de los organismos. A menudo sta ha sido adaptativa; es decir, los cambios han capacitado a los organismos para vivir en su medio ms eficientemente de lo que sus antecesores pudieron haberlo hecho en el mismo medio (Kimball, 1982). Asimismo, ha habido una proliferacin de especies y organismos, el nmero de especies que ahora habitan en la Tierra son muchas ms que el nmero de especies existentes hace 500 millones de aos.

Fundamente sus conocimientos

Describa brevemente las teoras sobre el origen de la vida

Teora Descripcin Cosmozoica

De generacin espontnea

De Oparn

De evolucin

Cul es la suya?

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LAS MOLCULAS DE LA VIDA Hidrocarburos Son compuestos constituidos exclusivamente por carbono e hidrgeno, donde los tomos de carbono pueden unirse unos con otros mediante enlaces covalentes dobles o sencillos. Pueden existir en cadena abierta (Alifticos) o en cadena cerrada (Aromticos). Para posteriormente facilitar la comprensin del tema a tratar, escriba la estructura de un hidrocarburo aliftico y la de uno aromtico, as como los nombres correspondientes segn la IUPAC Hidrocarburo aliftico Hidrocarburo aromtico Lpidos Son componentes importantes de las membranas biolgicas. Los ms sencillos son los cidos grasos. Estos son hidrocarburos de cadena larga con un grupo carboxilo en uno de los extremos. Los cidos grasos se encuentran con ms frecuencia como una parte de molculas ms grandes que se denominan glicerofosfolpidos, los cuales consisten en glicerol 3-fosfato y dos grupos acilo grasos. Los glicerofosfolpidos son componentes importantes de las membranas biolgicas (Horton et al., 1995). Los lpidos de las membranas tienen por lo regular una cabeza polar, hidroflica capaz de interactuar con un ambiente acuoso y una cola no polar, hidrofbica. Las colas hidrofbicas de tales lpidos se asocian, generan lminas de bicapas lipdicas, las cuales forman las membranas. Estas membranas sirven para separar una clula y se llaman membranas plasmticas (Horton et al., 1995). Para entender la organizacin de una membrana plasmtica, escriba la estructura de un cido graso y su nombre correspondiente,

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la estructura de un triacilglicrido y su nombre, la estructura de un glicerofosfolpido y su nombre. Ahora, elabore un diagrama que describa la estructura general de una membrana plasmtica Carbohidratos Son un grupo de Biomolculas abundante y diverso que comparten la propiedad comn de estar compuestos de carbono, oxgeno e hidrgeno. Los carbohidratos incluyen azcares sencillos, sus polmeros y otros derivados de azcar, los cuales a menudo contienen varios grupos oxidrilo. Uno de los componentes principales de las paredes celulares de las plantas, la celulosa, es la macromolcula biolgica ms abundante. Otros polmeros de carbohidratos desempean tambin un papel en la estructura de las clulas y los tejidos, y algunos, como el glicgeno y el almidn, sirven como molculas de almacenamiento (Horton et al., 1995). Para facilitar su discernimiento sobre las molculas de la vida escriba la estructura de la glucosa utilizando las proyecciones de Fischer y de Haworth

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Proyeccin de Fischer Proyeccin de Haworth As como la estructura de un polisacrido e indique cmo se estabilizan los polmeros mediante puentes de hidrgeno Protenas Aproximadamente el 50% del peso seco de la materia viva est compuesta de protenas y stas son polmeros de aminocidos. Entonces, para fundamentar sus conceptos, describa la estructura y la naturaleza de los 20 aminocidos esenciales y explique Por qu se dice que los aminocidos presentan ismeros pticos? Abreviaturas para representar los aminocidos: Tamao - Polaridad Aminocido Abreviatura 1 Abreviatura 2

Pequeos no polares Cisteina Prolina Alanina

Treonina

Cis (Cys)aPro Ala

Tre (Thr)

C P A T

Grandes no polares Valina Isoleucina Leucina

Metionina Fenilalanina

Val Ile

Leu Met

Fen (Phe)

V I L M F

Con polaridad intermedia

Triptfano Histidina Tirosina

Trp His

Tir (Tyr)

W H Y

Grandes polares Arginina Lisina

Glutamina

Arg Lis (Lys)

Gln

R K Q

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Glutamato Glu E Pequeos polares Asparagina

Aspartato Glicina Serina

Asn Asp

Gli (Gly) Ser

N D G S

a Entre parntesis, abreviaciones corrientes en ingls, cuando difieren de las espaolas. Estructura de los polipptidos: La gran mayora de las protenas se componen de los mismos veinte aminocidos, pero la proporcin de cada aminocido vara de una protena a otra. Los aminocidos se unen mediante enlaces peptdicos para formar polipptidos. El resultado es una cadena de aminocidos, o ms precisamente, de residuos de aminocidos. En uno de los extremos de la cadena se encuentra expuesto un grupo amino. Este recibe el nombre de terminal amino o N-terminal del polipptido. El otro extremo lleva expuesto el grupo carboxilo y se denomina terminal carboxilo o C-terminal. Hay protenas de muchos tamaos: los polipptidos que las conforman contienen desde 30 o 40 hasta 3000 aminocidos. La mayor parte de las protenas se componen de una sola cadena polipeptdica, pero otras muchas se forman por agregacin de cadenas de secuencia diferente sintetizadas por separado, indicando que existen diferentes niveles de estructura en estas molculas polimricas. Para cimentar sus conocimientos, describa en un pptido la estructura del enlace peptdico Estructura primaria: Determinada por la secuencia de los aminocidos en la protena y la localizacin de los puentes bislfidos. Estructura secundaria: Determinada por distribuciones ordenadas de aminocidos en la cadena polipeptdica y pueden ser: 1. La configuracin hlice alfa: Como el enlace peptdico es bastante rgido,

con todos los tomos situados en un mismo plano. La nica oportunidad para obtener flexibilidad en el polipptido se presenta en los enlaces situados en el carbono alfa. Esta flexibilidad se utiliza en la formacin de un pliegue helicoidal en la cadena polipeptdica, con las siguientes caractersticas: Todos los grupos R de los aminocidos se orientan hacia afuera; la hlice da una vuelta cada 3.6 residuos; la hlice es diestra, al desenvolverse se vuelve a torcer en el sentido de las manecillas del reloj; el grupo -C=O de cada enlace peptdico se orienta paralelamente al eje de la hlice y apunta

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directamente al grupo -NH del enlace peptdico, situado a cuatro aminocidos de distancia en la hlice. Tanto el oxgeno como el nitrgeno son tomos bastante electronegativos, de modo que un enlace de hidrgeno se forma entre estos grupos: -C=O ... H-N-.

2. La placa de plegamiento beta: Cuando las cadenas se disponen

paralelamente, se mantienen unidas mediante los enlaces de hidrgeno que se forman entre los grupos -C=O y -N-H de una cadena con los grupos -N-H y -C=O de la cadena adyacente (Kimball, 1982).

Estructura terciaria: Se presenta cuando las protenas requieren estar disueltas en el agua para poder cumplir sus funciones. Estas protenas tienden a ser globulares con cadenas polipptidas intensamente plegadas, formando una molcula compacta (Kimball, 1982). Consta de dos fibras beta conectadas por un segmento de hlice alfa donde las tres piezas encajan entre s cmodamente cuando se disponen en determinados ngulos. Una faceta estructural de esta clase, que tpicamente comprende entre 30 y 150 aminocidos, se llama dominio y puede considerarse una unidad, pues su conformacin est determinada casi exclusivamente por su propia secuencia de aminocidos. La disposicin geomtrica de los dominios constituye la estructura terciaria (Doolittle, 1985). Estructura cuaternaria: Est determinada por la presencia de sub unidades distintas que le imprimen un nivel superior de organizacin (Kimball, 1982); su estructura resulta de la elaboracin de la molcula con posterioridad a la sntesis; consta de varias cadenas polipeptdicas, unidas entre s por una variedad de enlaces dbiles y, a veces, estabilizadas por enlaces disulfuro. En ocasiones contienen componentes no peptdicos como iones metlicos, esenciales para la actividad de ciertas enzimas, una estructura denominada anillo de porfirina, o cadenas de molculas de azcar, localizadas en la superficie de la protena (Doolittle, 1985). Para apoyar sus conceptos, represente grficamente las estructuras primarias, secundarias, terciarias y cuaternarias de una protena

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Y de igual forma, defina: Qu es un Dalton? ________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________ ________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________ Para visualizar tamaos, formas y propiedades de las protenas, complete el siguiente cuadro:

Protena Peso Molecular1 Estructura 1 Expresado en Daltons (Da) Ahora, para ampliar sus horizontes, describa: Cmo se puede utilizar en biotecnologa la microscopa electrnica y la cristalografa de rayos X? e indique Cules son los instrumentos a emplear? ______________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________

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Bases nitrogenadas Son molculas planas, en forma de anillo, que contienen carbono y nitrgeno. Buscando la comprensin de los cidos nucleicos, escriba la estructura de las bases nitrogenadas

Purinas Adenina (A) Guanina (G)

Pirimidinas Citosina (C) Uracilo (U) Timina (T) Nuclesidos Cada nuclesido contiene un azcar (ribosa o desoxirribosa) y una base purnica o pirimidnica. Para posteriormente representar los cidos nucleicos, escriba la estructura de un nuclesido Nucletidos Cada nucletido contiene un grupo fosfato y un nuclesido. Para basar un cido nucleico, escriba la estructura de un nucletido Nomenclatura de bases, Nuclesidos y nucletidos

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Base Ribonuclesido Ribonucletidos Adenina Adenosina AMP, ADP, ATP Guanina Guanosina GMP, GDP, GTP Citosina Histidina CMP, CDP, CTP Uracilo Uridina UMP, UDP, UTP

Base Desoxirribonuclesido Desoxirribonucletidos Adenina Desoxiadenosina dAMP, dADP, dATP Guanina Desoxiguanosina dGMP, dGDP, dGTP Citosina Desoxicitidina dCMP, dCDP, dCTP Timina Desoxitimidina o timidina dTMP, dTDP, dTTP Fuente: Horton et al., 1995

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LECCION CINCO ACIDOS NUCLEICOS En los seres vivos se hallan dos clases de cidos nucleicos: El cido desoxirribonucleico o ADN y el cido ribonucleico o ARN. Cada una de estas sustancias es un polmero lineal no ramificado de muchos nucletidos unidos entre s. Diferencias entre el ADN y el ARN

Diferencia ADN ARN Se encuentra En el ncleo En el ncleo y en el

citoplasma Azcar Desoxirribosa Ribosa Bases nitrogenadas 1.Purinas Adenina y guanina Adenina y guanina 2.Pirimidinas Citosina y timina Citosina y Uracilo Los nucletidos de los cidos nucleicos estn unidos regularmente por enlaces fosfodister 5-3; es decir, en el ADN, el grupo fosfato une el carbono 5 de una desoxirribosa al carbono 3 del nucletido siguiente. Por otro lado, las cuatro bases pueden estar unidas a este esqueleto en cualquier orden y esta variabilidad hace distintas y especficas las molculas de ADN y ARN. Escriba las estructuras de los cidos nucleicos ADN ARN

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LA CLULA Las clulas son las unidades ms pequeas de la vida, con dimetros muy por debajo del milmetro. Fueron vistas por primera vez, al poco tiempo de la construccin de los microscopios. A mediados del siglo XIX estaba claro que todos los seres vivos se componen de clulas (Watson et al., 1988). Todo organismos es, o bien una sola clula o est compuesto de muchas clulas. Las clulas se presentan en una considerable variedad de formas y tamaos. A pesar de tal diversidad, se pueden clasificar como: 1. Procariticas: (Del griego, pro, antes; Kayron, ncleo) por lo regular son

organismos de una sola clula y carecen de ncleo unido a una membrana (Horton et al., 1995).

2. Eucariticas: (Del griego, eu, caracterstico) son por lo general ms grandes y tienen casi siempre un ncleo unido a una membrana. Por lo regular, contienen, a su vez, membranas internas que dividen la clula en organelos con funciones especficas, necesarias para la vida de la clula (Horton et al., 1995).

PARTES DE LA CLULA

Funcin

Membrana celular Acta a manera de interfase entre el interior de la clula y el fluido acuoso que la rodea.

Citoplasma Describe todo cuanto se halla en el interior de la clula, excepto el ncleo. La mayor parte de sus funciones estn dadas por las funciones de los organelos.

Ncleo Es el centro de regulacin de la clula. Contiene el material gentico.

EL NCLEO Observaciones Membrana nuclear Dentro de esta se encuentra un medio semifludo,

en el cual se suspenden los cromosomas. Se utiliza el trmino cromatina para referirse a los cromosomas cuando se hallan en esta condicin.

Nucleolo En l se sintetizan varios tipos de molculas de ARN. Parte de este ARN se utiliza en la configuracin de los ribosomas.

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EL CITOPLASMA Observaciones

Citosol o hialoplasma Es el fluido en el cual se hallan suspendidos los

organelos del citoplasma. Aqu est presente un buen nmero de enzimas cruciales para el metabolismo celular.

Organelos Son estructuras claramente definidas.

ORGANELO Funcin Mitocondrias Convierten la energa potencial de alimentos en una forma

de energa utilizable por las clulas, para llevar a cabo sus diversas actividades.

Cloroplastos Es el sitio donde ocurre la fotosntesis. La clorofila atrapa la energa del sol y hace posible que sta se utilice en la sntesis del alimento.

Ribosomas En los ribosomas tiene lugar la sntesis de protenas y estn adheridos a la membrana del retculo endoplasmtico.

Retculo endoplasmtico

Son complejas membranas internas propias de las clulas eucariticas. Los ribosomas adheridos al retculo endoplasmtico spero aparentemente depositan las cadenas polipeptdicas recientemente sintetizadas. El retculo endoplasmtico liso probablemente toma parte en la sntesis de otros tipos de molculas tales como grasas, fosfolpidos y esteroides.

Aparato de Golgi Las protenas del retculo endoplasmtico spero son transferidas al aparato de Golgi, donde pueden agregarse carbohidratos a las protenas. Es el sitio donde tiene lugar la sntesis de polisacridos.

Lisosomas Encierran enzimas hidrolticas. Contribuyen a la desintegracin de las clulas en deterioro o muertas.

Peroxisomas Pueden contribuir al proceso de conversin de las grasas en carbohidratos y en la ruptura de las purinas en el interior de las clulas.

Vacuolas En su interior pueden hallarse sustancias alimenticias o desperdicios.

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Para entender el cmo alterar la naturaleza esquematice la estructura esencial de las clulas bacterianas, animales y vegetales. Lo esencial de la clula es su capacidad de crecer y dividirse para producir clulas hijas, que puedan propagarse. Por consiguiente, las clulas son fbricas diminutas que crecen incorporando molculas sencillas, como glucosa y anhdrido carbnico, a las que transforman en las miles de molculas carbonadas necesarias para su funcionamiento. Al crecer y dividirse necesitan tambin una fuente de energa externa que asegure que las reacciones qumicas celulares ocurran en la direccin de biosntesis deseada. Las clulas se gobiernan, por las mismas leyes de la termodinmica que rigen la energa de los tomos en fsica y la energa de las molculas en qumica. La mayora de ellas obtienen la energa necesaria de la descomposicin de molculas de alimento, pero las clulas fotosintticas usan directamente la energa solar. Por su tamao, las molculas de una clula se pueden clasificar en dos grupos muy diferentes. Uno es el de las molculas pequeas o metabolitos, como los azcares, aminocidos y cidos grasos. En casi todas las clulas se encuentran por lo menos 750 metabolitos diferentes. El otro es el de las macromolculas, entre las que destacan las protenas y los cidos nucleicos. En la mayora de las clulas, el nmero de macromolculas diferentes supera al de metabolitos diferentes. La suposicin actual es que existen ms de dos mil macromolculas diferentes por clula (Watson et al., 1988). Las clulas, por tanto, son qumicamente muy complejas, aunque no fuera ms que por el nmero y tamao de sus molculas. Sin embargo, su especificidad qumica no reside tanto en la complejidad de sus molculas como en la naturaleza de las reacciones qumicas que convierten unas molculas en otras. Las ms importantes de estas reacciones son: 1. Las que descomponen los alimentos para dar molculas que se puedan

volver a usar como componentes vitales 2. Las que adquieren parte de la energa liberada por la digestin o por la

absorcin de luz y la transfieren despus de asegurar que las reacciones celulares ocurran en la direccin deseada

3. Las que sintetizan los monmeros de las macromolculas 4. Las que unen esos monmeros para formar macromolculas definidas

(Watson et al., 1988). Cada una de las miles de molculas distintas existentes en una clula podra reaccionar de muchas maneras con otras molculas. Pero en cada clula slo se da a velocidad detectable una proporcin pequesima de esas reacciones potenciales, porque la mayora de las reacciones qumicas tienen poca probabilidad de ocurrir sin ayuda a temperaturas fisiolgicas. Las reacciones que se dan a velocidades compatibles con la vida son enormemente aceleradas por las enzimas, catalizadores exclusivos de las clulas. Las enzimas actan

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ligando a su superficie los reactivos (sustratos) con los que han de reaccionar (Watson et al., 1988). Todos los organismos han evolucionado a partir de un ancestro antiguo La idea de que la informacin es pasada de generacin en generacin implica que la progenie hereda copias exactas de los genes de sus padres. Esto puede ser cierto en un corto plazo, pero no a una escala de millones de aos. La informacin gentica puede ser alterada por mutacin, y las mutaciones nuevas pueden convertirse en fijas en una poblacin por medio de la seleccin natural y la deriva gentica (Horton et al., 1995). Gradualmente, poblaciones de organismos similares divergen unas de otras y evolucionan nuevas especies. La evolucin biolgica se puede rastrear a travs del registro de fsiles o por comparacin directa de las secuencias de genes y de protenas. Estas observaciones sugieren que todas las especies, millones de ellas, que ahora existen descienden de un solo ancestro que vivi hace varios miles de millones de aos. Esta clula ancestral antigua fue sin duda capaz de realizar la gluclisis (la degradacin de la glucosa) y muchos otros procesos bioqumicos fundamentales que son comunes a todas las clulas. Podra haber sintetizado aminocidos y lpidos y casi con certeza utiliz el ATP como la unidad fundamental de energa. Utiliz el mismo cdigo gentico que encontramos en sus descendientes modernos. Cmo la clula ancestral evolucion desde los organismos ms simples? es un problema que todava no se ha podido resolver (Horton et al., 1995). Clasificacin de organismos vivos El sistema popular de clasificacin en cinco reinos que se describe en la mayora de los textos coloca a los procariotes en un slo reino que se denomina Monera. Los eucariotes quedan distribuidos en cuatro reinos: Fungi, Plantae, Animalia y Protista. Hace poco, los datos moleculares aclararon las interrelaciones de muchos grupos de bacterias que eran difciles de clasificar, sobre la base nica de la morfologa. Un esquema de clasificacin que promovi Carl Woese y sus colaboradores divide a los organismos a un nivel por arriba de los reinos en tres dominios filogenticos que son los ms evolutivamente divergentes. Dentro de los tres dominios, los organismos se dividen en reinos, que no corresponden por completo a los habituales del sistema de cinco reinos (Horton et al., 1995).

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Dominios Eubacterias Archaea Eucarya Procariotes Eucariotes

Reinos

Protista

Monera Fungi Animalia Plantae

Flum Los organismos descienden de un ancestro que vivi hace cientos de millones

de aos.

Clase Defina:___________________________________________________

Orden Defina:___________________________________________________

Familia Defina:___________________________________________________

Gnero

Organismos cuya divergencia ha sido relativamente reciente Eubacteria: Bacterias comunes, incluyendo aquellas especies que dieron origen a las mitocondrias y a los cloroplastos dentro de las clulas eucariticas. Archaea: Procariotes que viven en lo que parecen ser ambientes primitivos Eucarya: Eucariotes Protista: La mayor parte de ellos son organismos unicelulares.

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Para una mejor comprensin del esquema anterior, consulte las normas internacionales de clasificacin y complete el siguiente cuadro, indicando en la columna correspondiente las caractersticas de cada grupo:

Ejemplo 1 Ejemplo 2 Categora Taxn Caracterstica

s Taxn Caracterstica

s Reino Fung Flum Subflum Grupo Ficomcetes Micomcetes Superclase Clase Zigomcetes Hongos con

puente. Forman zigoesporas y poseen un micelio sin tabiques

Ascomcetes

Subclase Protascales Orden Mucorales Endomcetales Una nica

clula puede transformarse en un asca

Familia Mucorceas El micelio es unicelular .....

Endomycetaceas

Subfamilia Saccharomycoidea

Tribu Saccharomyceteae

Gnero Mucor Saccharomyces Especie Mucor

mucedo Saccharomyces

cerevisiae

Resuma los aspectos ms importantes a tener en cuenta para la clasificacin sistemtica internacional __________________________________________________________ __________________________________________________________ __________________________________________________________ __________________________________________________________ __________________________________________________________ __________________________________________________________

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Caractersticas ms importantes de los cinco reinos:

Protista Monera Fungi Animalia Plantae

Tipo celular Procaritico Eucaritico Eucaritico Eucaritico EucariticoEnvoltura nuclear Ausente Presente Presente Presente PresenteMitocondrias Ausente Presente Presente Presente PresenteCloroplastos Ausente

(Membranas fotosintticas en algunos tipos)

Ausente Ausente opresente (algas verdes)

Ausente Presente

Multicelularidad Unicelulares Unicelulares y pluricelulares

Unicelulares y pluricelulares

Pluricelulares Pluricelulares

Sistema nervioso Ausente Ausente Ausente Presente Ausente Nutricin Quimiosinttica FotosintticaMotilidad Ondulacin y

contraccin de la membrana y del citoplasma

Fijos Cilios y flagelos 9+2, ameboides, fibrillas contrctiles

Miembros adaptados a su ambiente natural

Fijas Geotropismo y fototropismo

Medios de recombinacin celular

Biparticin Esporulacin ygemacin

Biparticin, mitosis

Fecundacin ymeiosis

Fecundacin y meiosis

Pertenecen

Bacterias y algas azuladas

Levaduras, mohos, ficomicetos, ascomicetos, basidiomicetos

Ciliados, flagelados, sarcodarios, algas diatomeas, filamentosas, rojas, marrn y verdes

Invertebrados, vertebrados

Briofitas, pteridofitas, gimnospermas, angiospermas

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REPRODUCCIN DE LAS CLULAS Y ORGANISMOS Enriquezca su vocabulario definiendo los siguientes trminos: Centrmero: _____________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________ Cigote: _____________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________ Cofia (de la raz): _____________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________ Injerto: _____________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________ Isogameto: _____________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________ Meristemo: _____________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________ Sinapsis: _____________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________

REPRODUCCIN DE LAS CLULAS Y ORGANISMOS Tipo de organismos Unicelulares Pluricelulares Tipo de Reproduccin Asexual Sexual Mtodo 1. Fisin

2. Gemacin 1. Gemacin 2. Esporulacin 3. Fragmentacin

Fundamento Mitosis Meiosis

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LECCION SEIS REPRODUCCIN ASEXUAL En organismos unicelulares Fisin: La clula se alarga y divide por la mitad, incluso el ncleo,

formndose dos partes iguales que acaban por separarse para vivir independientemente una de otra.

Gemacin: En la clula madre se forma una especie de tubrculo que crece, se desarrolla y acaba por constituir un ser independiente. Las dos partes producidas no son de igual tamao.

En organismos pluricelulares Gemacin: El organismo produce yemas. Esporulacin: La reproduccin se efecta por formacin de esporas.

stas son cuerpos pequeos que contienen un ncleo y una pequea porcin de citoplasma.

Fragmentacin: En estas especies el cuerpo del organismo se fragmenta en varias partes; cada una de ellas puede luego regenerar todas las estructuras del organismo adulto.

Todos los tipos de reproduccin asexual discutidos se llevan a cabo por mitosis. Adems, la mitosis es el mecanismo responsable del crecimiento.

Mitosis

Clula 2N (2 pares de cromosomas) Profase 4N Metafase 4N Anafase 4N Telofase y divisin celular 2N 2N

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Para prepararse adecuadamente, explique que ocurre en cada una de las etapas de la mitosis ______________________________________________________________________________________________________________________________ ______________________________________________________________________________________________________________________________ ______________________________________________________________________________________________________________________________ Mitosis en las plantas: En el extremo de la raz se halla un meristemo que produce las clulas a partir de las cuales aparecern las primeras estructuras de la planta. En l, las clulas experimentan mitosis, aumentando la longitud de la raz y posteriormente se inicia un proceso de diferenciacin que comprende el desarrollo de estructuras especializadas tales como clulas epidrmicas y pelos radicales. Un patrn similar de crecimiento vertical ocurre en los pices de los tallos, donde por mitosis del meristemo apical del tallo o yema terminal se produce un conjunto de clulas nuevas que peridicamente dan origen a hojas. Nuevos meristemos en forma de yemas laterales se desarrollan exactamente encima del punto en donde se inserta la hoja (Kimbal, 1982). Con miras a aplicar el concepto anterior en una propagacin in vitro, Cmo se diferencian y separan las clulas de la raz? ______________________________________________________________________________________________________________________________ ______________________________________________________________________________________________________________________________ __________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________ REPRODUCCIN SEXUAL Los nuevos individuos se originan por unin de dos juegos de informacin hereditaria (ADN). Por lo general, cada uno de estos juegos est contenido dentro de una clula especializada denominada gameto y cada gameto se produce en un individuo separado. Para combinar su informacin hereditaria, los dos gametos tienen que unirse en primer lugar, proceso que se conoce con el nombre de fertilizacin. En la mayora de los organismos se producen dos tipos diferentes de gametos: los espermatozoos y los vulos, que por su apariencia dismil, se dice que son heterogametos. El producto de la

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fertilizacin es el cigote, pero cuando se fusionan los heterogametos no se habla de cigote sino de vulo fecundado. En muchos organismos, tanto los gametos masculinos como los femeninos se producen en un solo individuo, caso en el cual se conocen como hermafroditas, pero an en estos casos, dos individuos suelen contribuir a la formacin del cigote, dando origen a la fertilizacin cruzada (Kimball, 1982).

Gametos (Clulas especializadas que

Contienen la informacin hereditaria)

Espermatozoos vulos (Masculinos) (Femeninos)

Fertilizacin

Cigote (vulo fecundado)

La reproduccin sexual posibilita entonces la unin de dos gametos y proporciona el mecanismo por medio del cual los rasgos de dos progenitores distintos pueden combinarse, originando descendencia con caractersticas diferentes a aquellas de sus progenitores, lo cual a la vez implica variabilidad dentro de la especie. En los animales, la meiosis conduce directamente a la produccin de gametos; en las plantas se utiliza en la produccin de esporas que despus dan lugar a los gametos; en los hongos y en las algas suele ocurrir inmediatamente despus de la formacin del cigote.

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Meiosis

Clula 2N Profase I 4N Metafase I 4N Anafase I 4N Telofase I y divisin celular

2N 2N Metafase II 2N 2N Telofase II y divisin celular

N N N N Gametos Haploide: Que posee un juego sencillo de cromosomas (n), tal como ocurre en los gametos. Tambin se emplea el trmino monoploide. Diploide: Que posee el doble de cromosomas respecto del nmero de cromosomas presentes en los gametos 2n, con excepcin de los cromosomas sexuales. Para acrecentar su saber, explique que ocurre en cada una de las etapas de la meiosis _________________________________________________ ______________________________________________________________________________________________________________________________

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______________________________________________________________________________________________________________________________ ______________________________________________________________________________________________________________________________ ______________________________________________________________________________________________________________________________

LOS CROMOSOMAS Ms o menos para cuando Mendel haca sus observaciones, se supo que la herencia se transmita por los vulos y espermatozoides; y que stos ltimos, en comparacin con su ncleo, contienen relativamente poco citoplasma, llevando a los investigadores a comprender que la funcin del ncleo era la de contener los determinantes genticos de la clula. Poco despus, utilizando tintes especiales, se visualizaron pares de cromosomas (2N) con tamao y aspecto diferente; adems se descubri que las clulas de los individuos de una especie contienen un nmero constante y que stos son capaces de duplicarse antes de la divisin celular (mitosis) para volver exactamente a su forma original una vez se presente. Asimismo, estudios posteriores determinaron que las clulas sexuales, vulos y espermatozoides, tienen exactamente el nmero haploide N; que el reparto de los cromosomas en la mitosis es exacto, recibiendo cada clula hija una copia de los de la clula original y, que durante la formacin de las clulas sexuales (meiosis) el nmero de cromosomas baja a N para durante la fertilizacin del vulo por el espermatozoide restaurar el 2N, caracterstico de las clulas somticas (Watson et al., 1988).

Gameto Ncleo Cromosomas Genes

Nmero de cromosomas presentes en diferentes organismos

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Organismo Pares de cromosomas

No. de cromosomas

Cangrejo Cebolla Hombre Mosca Drosophila melanogaster

> 100 8

23 4

> 200 16 46 8

En los cromosomas se encontraron casi invariablemente dos componentes, el cido desoxirribonucleico (ADN) y un grupo de protenas pequeas, llamadas histonas, cuyo carcter bsico neutraliza la acidez del ADN. Ahora se sabe que cada cromosoma contiene una molcula de ADN y que adems de los cromosomas principales (con unos cuatro millones de pares de bases) es frecuente encontrar en las bacterias muchas molculas circulares de ADN con slo unos millares de pares de bases. Estos minicromosomas, llamados plsmidos, portan genes que confieren resistencia a antibiticos como las tetraciclinas o la kanamicina y en cada clula hay mucho mayor nmero de copias de los genes de los plsmidos que de los del cromosoma principal (Watson et al., 1988).

EL ADN

El ADN consta de dos cadenas polinucletidicas enrolladas (doble hlice), con direcciones opuestas, unidas mediante puentes de hidrgeno entre los pares de bases, donde los pares A-T se separan ms fcilmente que los pares G-C, debido a que tres puentes de hidrgeno unen la guanina a la citosina, mientras que entre la adenina y la timina nicamente se forman dos. Los apareamientos no slo se dan entre bases de cadenas opuestas, sino que pueden formarse tambin dentro de una cadena si por suerte hay secuencias repetidas invertidas (palndromos) que permiten la formacin de horquillas. Es posible que la disociacin local de regiones palindrmicas conduzca a la formacin de lazos cruciformes semiestables que pudieran ser reconocidos por protenas especficas. En los procariotes generalmente se pliega en forma circular; en los eucariotes el empaquetamiento es ms complejo y compacto, necesita de la presencia de protenas como histonas o protaminas y da origen a la cromatina con sus diferentes niveles de organizacin: nucleosoma, collar de perlas, fibra cromatnica, bucles radiales y cromosoma. Cuando se somete a procesos de calentamiento, se rompen los puentes de hidrgeno que unen las cadenas, se separan las dos hebras y se desnaturaliza el ADN. Sin embargo, el cido

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nucleico desnaturalizado retorna a su forma original al bajar la temperatura y si el procedimiento se realiza con ADNs de diferente naturaleza, se obtienen dobles hlices hbridas. Entonces, las cadenas de ADN se pueden disociar y reasociar, almacenan la informacin gentica y sirven con mucha frecuencia como una plantilla para las reacciones que necesitan acceso a esa informacin. Virus: No son procariotes. No poseen maquinaria enzimtica con la cual sintetizar ATP o efectuar otras funciones metablicas. Son incapaces de reproducirse entre s. En realidad, podra argumentarse que fallan en cubrir tantos de los criterios de la vida que no pueden inclusive considerarse como organismos vivientes. Tienen dos fases en su existencia, una dentro de las clulas vivas, y otra fuera de ellas. Fuera de las clulas de husped, constan de un ncleo interior de cido nucleico (ADN o ARN) y de una cubierta de protena, denominada cpsida, la cual protege al ncleo de cido nucleico, define a que tipo de clula puede adherirse un virin (partcula viral) determinado y ayuda de una u otra manera a la insercin de la partcula viral en la clula husped. Algunos virus poseen otros compuestos, por ejemplo: lpidos, en sus cpsidas, y estas sustancias se pueden derivar de constituyentes celulares del husped (Kimbal, 1982). Para proyectar lo aprendido, Cmo se extrae el ADN en el laboratorio? ______________________________________________________________________________________________________________________________ ______________________________________________________________________________________________________________________________

Enriquezca su vocabulario Genotipo: Constitucin gentica de un organismo. Fenotipo: (gr. phainein, mostrar, y tipos, tipos) Apariencia de un organismo, resultante de la interaccin del genotipo y del ambiente. Genoma: Juego completo (haploide) de genes. En los procariotes existen aproximadamente 2000 genes por genoma. La mayor parte de estos son genes constitutivos, que codifican protenas o molculas de ARN que son indispensables para las actividades normales de todas las clulas vivas. Gen: Secuencia de ADN que se transcribe. Gen estructural: Serie de nucletidos que contienen los cdigos para un solo producto gnico, es decir, que se transmite en una molcula ARN. Gen operador: El gen que activa o inactiva los genes estructurales adyacentes.

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Gen regulador: Gen que produce un represor.

DOGMA CENTRAL DE LA BIOLOGA MOLECULAR

El flujo de la informacin biolgica va del ADN al ARN y del ARN a las protenas. La informacin gentica se mantiene de generacin en generacin por la replicacin del ADN y la complementariedad del ADN es el fundamento de su replicacin.

Replicacin ADN Transcripcin ARN Traduccin Protena

Enriquezca su vocabulario Replisoma: Mquina proteica que lleva a cabo la reaccin de polimerizacin. Contiene las polimerasas de replicacin. Un replisoma est localizado en cada una de las dos horquillas de replicacin. Primosoma: Es parte del replisoma y contiene la primasa. Cataliza la sntesis de un cebador corto de ARN de aproximadamente 10 nucletidos cada segundo. DNA polimerasas: Familia de enzimas que participan en la sntesis y reparacin del ADN. DNA ligasa: Enzima que cataliza la formacin de fosfodisteres entre los nucletidos.

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Cadena conductora: La nueva cadena sintetizada, formada por la polimerizacin 53 en la direccin del movimiento de la horquilla de replicacin. Cadena retardada: La nueva cadena sintetizada, formada por la polimerizacin 53 en la direccin opuesta al movimiento de la horquilla de replicacin. Fragmentos de Okazaki: Pedazos cortos de ADN que son unidos por la accin combinada de DNA polimerasa I y DNA ligasa. Cada fragmento tiene aproximadamente 1000 nucletidos. Marco de lectura: Punto de partida de una secuencia nica de palabras de tres letras.

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CAPITULO TRES

REPLICACIN: El ADN puede ser lineal o circular y su replicacin suele empezar en un punto determinado llamado origen dentro de ella y alejarse bidireccionalmente hasta completar la duplicacin en un sitio de terminacin. Cada cadena sirve como una matriz para la sntesis de una cadena hija complementaria. La ADN polimerasa cataliza la reaccin de polimerizacin en una horquilla de replicacin. Despus de una ronda d