TEMA III: GENÉTICA MOLECULAR

1.- LOS ÁCIDOS NUCLEICOS1.1. Estructura1.2. Tipos: ADN y ARN. Semejanzas y diferencias

2.- ADN2.1. Historia2.2.Localización e Importancia2.3. Estructura molecular2.4. Replicación o duplicación

3.- EXPRESIÓN GÉNICA3.1. Gen – Carácter3.2. La hipótesis de la biología molecular: Originalmente y en la actualidad3.3. Transcripción3.4. Traducción3.5. Código genético

4.- INGENIERIA GENÉTICA4.1. Definición4.2. Objetivos4.3. Técnicas de trabajo- ADN recombinante- PCR4.4. Clonación- Animal- Terapeútica- Reproductiva4.5. OMG- Definición- Objetivos- Aplicaciones4.6. Biotecnolgía- Definición- Biotecnología tradicional- Biotecnología actual4.5. Implicaciones éticas, sociales y medioambientales de la ingenieria genética

1.1. ESTRUCTURA-Son polímeros (macromoléculas orgánicas, formadas por la unión de moléculas más pequeñas llamadas monómeros), formados por la unión de NUCLEÓTIDOS-Un nucleótido es una molécula formada a su vez por la unión de tres moléculas

• Un resto de Ácido fosfórico (H3PO4)• PENTOSA ( monosacárido de 5 carbonos)• Una BASE NITROGENADA. Existen 5 bases distintas:

- ADENINA: A - TIMINA: T - GUANINA: G - CITOSINA: C- URACILO: U

- Los nucleótidos se unen entre si formando largas cadenas, llamadas polinucleótidos, siguiendo el siguiente esquema

1.- ÁCIDOS NUCLEICOS

1.2. TIPOS

TIPOS DE ARN

2.-ADN• 2.1.- HISTORIA:

- En 1910, Thomas Morgan--> Los genes se encuentran en los cromosomas- 1944 Avery, McLeod y McCarthy --> Los cromosomas están compuestos por ADN- 1953, Watson y Crick --> Modelo de doble hélice de la molécula de ADN, con la ayuda de Rosalind Franklin (estudio de ADN mediante difracción de rayos X)VÍDEO: EL DESCUBRIMIENTO

• 2.2.- LOCALIZACIÓN E IMPORTANCIA:– El ADN está formando los genes que se localizan en los cromosomas de todas

las células– Las moléculas de ADN son las portadoras de la información que dota a la célula

y al organismo de sus características biológicas . Todas las células de un organismo tienen la misma información

– Son las únicas molécula capaces de hacer copias de si mismas, es decir de autoduplicarse

• 2.3 ESTRUCTURA MOLECULAR:– El ADN es un ácido nucleico, en concreto el Ácido desoxirribonucleico – PRIMER GRADO DE COMPLEJIDAD: Los nucleótidos se unen formando una larga cadena en la que se

alternan desoxirribosas y ácidos fosfóricos y las bases nitrogenadas quedan colgando de las desoxirribosas

ANIMACIÓN

- 2º GRADO DE COMPLEJIDAD:• El ADN está formado por dos cadenas de nucleótidos, unidas por las bases (bicatenario)• Las bases se unen según el patrón

– ADENINA - TIMINA – CITOSINA - GUANINA

• ANIMACIÓN• Las dos cadenas se disponen en forma de doble hélice• El ADN está enormemente empaquetado dentro del núcleo ( en el núcleo de una célula hay aprox. 4m. de ADN)• La cantidad de ADN de la célula varia a lo largo de su vida

– División celular» Mitosis (división del núcleo)» Citocinesis (división del citoplasma)

– Interfase» Fase G1: Síntesis de proteínas y crecimiento (La mitad de ADN)» Fase S: Replicación del ADN y síntesis de histonas (El doble de ADN)» Fase G2: Preparación para la división celular (El doble de ADN)

BASES COMPLEMENTARIAS

La mitad de ADN

• 2.4.- DUPLICACIÓN O REPLICACIÓN– Es necesaria la duplicación del ADN, ya que en la mitosis se obtienen 2 células que tienen que tener

el mismo material genético. El proceso tiene lugar en el núcleo de la célula– PASOS

• La doble hélice se abre y las dos cadenas se separan• A cada cadena (o hebra de ADN), se acoplan nucleótidos libres cuyas bases son complementarias de las bases de la hebra original.• Se unen entre sí los nucleotídos incorporados• Al final se obtienen 2 copias idénticas del ADN original

– La duplicación es SEMICONSERVATIVA ya que una de las hebras procede del ADN original y la otra es nueva

VÍDEOANIMACIÓN

3.- LA EXPRESIÓN GÉNICA• 3.1. RELACIÓN GEN- EXPRESIÓN DE UN CARÁCTER: la expresión génica es el proceso por el

cual los organismos transforman en proteínas la información contenida en los ácidos nucleicos

• 3.2. LA HIPÓTEIS DE LA BIOLOGÍA MOLECULAR:

GEN(fragmento de ADN quecontiene la información

para la síntesis de proteínas)

ENZIMA(Proteína específica)

CARÁCTER biológico

REACCIÓNBIOQUÍMICA

– 3.3 TRANSCRIPCIÓN: Proceso mediante el cual una parte del mensaje genético se copia desde su forma original ,ADN, a ARNm

• Tiene lugar en el núcleo• Pasos:

– 1º Se abre la doble hélice del ADN– 2º Los nucleótidos complementarios se sitúan enfrente de una de las dos cadenas

(cadena molde)– 3º Solamente se copia una de las dos cadenas ya que el ARN es una molécula

monocatenaria– 4º Al final se obtiene una cadena de ARN mensajero con una secuencia de bases

complementaria a la del ADN, teniendo en cuenta que en vez de TIMINA, se une URACILO

– 3.4 TRADUCCIÓN: Proceso de síntesis de proteínas a partir de la información del ARNm formado en la transcripción

• Al ser el ARN monocatenario puede salir del núcleo y dirigirse hacia los ribosomas, situándose sobre ellos.

• El ARN transferente (cada molécula es específica para cada aa.)transporta los aa libres del citoplasma hasta los ribosomas, según el orden que indica el ARNm.

• Los ribosomas recorren la cadena de ARNm y van uniendo aa en el orden adecuado según la secuencia de bases nitrogenadas. Así el ARNm leído por los ribosomas, se traduce en una proteína

• Para cada proteína existe un ARNm distinto y por tanto, un fragmento de ADN con diferente información

vídeo

• 3.5. . CÓDIGO GENÉTICO– DEFINICIÓN: Es la relación entre la secuencia de bases nitrogenadas del ADN (o ARN m ) y la secuencia de

los aa que componen la proteína– ELEMENTOS- FUNDAMENTO:

• Utiliza TRIPLETES: Un triplete es una secuencia de 3 bases nitrogenadas consecutivas y constituye la señal que codifica para un aa

– Los tripletes de ADN CODÓGENOS– Los tripletes de ARNm CODONES. Hay 64 codones distintos, 61 codifican aa, uno indica el

principio de la traducción y otros dos el final – CARACTERÍSTICAS:

• Es una secuencia lineal de bases nitrogenadas• No hay separación entre los sucesivos codones • Es universal: Es el mismo para todos los seres vivos, de todas las especies (origen común)• Un mismo aa puede ser codificado por varios codones. (degenerado)

4.-INGENIERIA GENÉTICA• 4.1. DEFINICIÓN: Conjunto de técnicas que permiten modificar características

de un organismo mediante la alteración de su material genético (manipulación)• 4.2. OBJETIVOS – FINALIDAD:

– Eliminar genes– Introducir genes nuevos– Modificar la información de un gen– Hacer copias de un gen

4.3. TÉCNICAS DE TRABAJO:– * ADN RECOMBINANTE (PARA INTRODUCIR UN GEN DE UN ORGANISMO EN OTRO) VÍDEO

- DEFINICIÓN: El ADN recombinante es una molécula de ADN artificial obtenido a partir del gen de un organismo y de un véctor- OBTENCIÓN:

1º- Se estudia la secuencia de nucleótidos correspondiente al gen que se quiere aislar2º-Se aisla el gen utilizando ENDONUCLEASAS DE RESTRICCIÓN (enzimas) que cortan el ADN por lugares específicos3º- Se extrae ADN de una bacteria o de un virus ADN transportador (PLÁSMIDO, moléculas de ADN extracromosómico circular que se replican y transmiten independientes del ADN cromosómico, presente normalmente en bacterias)4º Se une el gen aislado al ADN transportador así se forma el ADN recombinante6º Se introduce el ADN recombinante en la célula del 2º organismo7º- El gen se expresa Por ejemplo sintetiza una proteína (Carácter, enfermedad, sustancia)

– *PCR (PARA OBTENER COPIAS DE UN GEN)• DEFINICIÓN: Técnica de la reacción en cadena de la POLIMERASA• PROCESO:

– 1º Se separan las dos hebras de ADN que se quiere copiar (hay que calentar la muestra)

– 2º Se sintetiza la hebra complementaria a cada una de las hebra separadas (se utiliza una enzima: ADN POLIMERASA

– 3º Se vuelven a separar las hebras de las dobles hélices formadas y se repite el proceso las veces que haga falta

• 4.4. CLONACIÓN– DEFINICIÓN: Proceso de obtención de copias idénticas a la muestra de un gen (clonación génica) o

de un organismo (clonación de organismos)– CLONACIÓN ANIMAL: Los animales clónicos son los que proceden de una reproducción asexual o

son gemelos• CLONACIÓN TERAPEUTICA: Consiste en clonar tejidos u órganos para trasplantarlos a pacientes enfermos

– CLONACIÓN REPRODUCTIVA: Consiste en clonar individuos genéticamente iguales, como en el caso de la oveja DollY. Permite obtener animales iguales a otro que posee una característica interesante

• 4.5. OMG ORGANISMOS MODIFICADOS GENÉTICAMENTE O TRANGÉNICOS– DEFINICIÓN: Los organismos transgénicos son animales o plantas con genes procedentes de otro organismo. Se

obtienen manipulando el material genético mediante técnicas de ingeniería genética: Transgénesis– OBJETIVOS: Obtener organismos que presentan características que la especie original no pose y que suponen un

beneficio. Por ejemplo: resistencia a plagas, mayor producción de leche, mayor tamaño

crecimiento más rápido, etc.)

– APLICACIONES:

EN VEGETALES

• EN ANIMALES

• 4.6 BIOTECNOLOGÍA– DEFINICIÓN: Campo de aplicación de la Biología que utiliza organismos vivos en beneficio humano– BIOTECNOLOGÍA TRADICIONAL

• Utiliza microorganismos para obtener productos útiles• Algunos de estos procesos los ha realizado el ser humano desde tiempos remotos sin conocer

su fundamento– INDUSTRIAS ALIMENTARIAS

» Fabricación del pan, por fermentación de la harina con levaduras» Fabricación de productos lácteos, queso y yogur, por fermentación de leche con

bacterias» Fabricación de bebidas alcohólicas, por fermentación con levaduras que actúan sobre los glúcidos presentes en el mosto o la malta, por ejemplo

– INDUSTRIA FARMACEÚTICA» Vacunas, utiliza microorganismos con virulencia atenuada» Antibióticos, producidos por ciertos mohos» Productos químicos industriales con uso farmacéutico

– PRODUCTOS QUÍMICOS INDUSTRIALES» Bioplásticos, fabricados por bacterias y de carácter biodegradable

– MEDIO AMBIENTE» Utilización de bacterias para la descomposición de la materia orgánica de las basuras» Utilización de bacterias en el tratamiento de aguas residuales» Utilización de bacterias para la degradación de hidrocarburos (vertidos)

– BIOTECNOLOGÍA ACTUAL• Implica manipulación genética• Supone toda una revolución de nuestra forma de vida

– APLICACIONES AGRÍCOLAS Y GANADERAS» CLONACIÓN DE GENES VIDEOPermite obtener copias idénticas de un gen que interese introducir en un organismo,

por diversos motivos

– APLICACIONES BIOSANITARIAS• OBTENCIÓN DE INSULINA HUMANA

Al igual que la insulina, mediante estas técnicas se pueden obtener otras muchas sustancias como vitaminas, aminoácidos, hormonas, enzimas, anticuerpos…

• PREVENCIÓN DE ENFERMEDADES GENÉTICAS

• 4.5. IMPLICACIONES:– Abre grandes expectativas y grandes dilemas éticos

• EXPECTATIVAS: – Tratamiento de enfermedades genéticas– Modificación genética de animales y plantas para mejorar las fuentes de alimentación

– CONSECUENCIAS IMPREVISIBLES• Podrían diseminarse virus y bacterias modificados y llegar hasta el ser humano• Podrían transferirse genes indeseables de unos organismos a otros

– SUPONE UN GRAN DILEMA MORAL• Afecta a la vida humana

– Puede interferir en las características de los hijos – Se pueden obtener seres humanos modificadosARGUMENTOS A FAVOR Y EN CONTRA

• TERAPIA GÉNICA: Curación de enfermedades genéticas, requiere– Que la enfermedad esté causada por una anomalía génica– Que se haya localizado el gen defectuoso– Que se pueda clonar el gen “normal” no defectuoso– Que la introducción de este gen sea técnicamente posible– Que el gen se exprese correctamente y no haya reacciones adversas

ALGUNOS EJEMPLOS DE TERAPIA GÉNICA