Tema 3 Genética molecular

TEMA III: GENÉTICA MOLECULAR 1.- LOS ÁCIDOS NUCLEICOS 1.1. Estructura 1.2. Tipos: ADN y ARN. Semejanzas y diferencias 2.- ADN 2.1. Historia 2.2.Localización e Importancia 2.3. Estructura molecular 2.4. Replicación o duplicación 3.- EXPRESIÓN GÉNICA 3.1. Gen – Carácter 3.2. La hipótesis de la biología molecular: Originalmente y en la actualidad 3.3. Transcripción 3.4. Traducción 3.5. Código genético 4.- INGENIERIA GENÉTICA 4.1. Definición 4.2. Objetivos 4.3. Técnicas de trabajo - ADN recombinante - PCR 4.4. Clonación - Animal - Terapeútica - Reproductiva 4.5. OMG - Definición - Objetivos - Aplicaciones 4.6. Biotecnolgía - Biotecnología tradicional - Biotecnología actual 4.5. Implicaciones éticas, sociales y medioambientales de la ingenieria genética

1.- ÁCIDOS NUCLEICOS 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

1.2. TIPOS ARNm : ARN mensajero Es una copia del mensaje genético del ADN, necesario para la síntesis de proteínas ARNr : ARN ribosómico. Está en los ribosomas, donde se unen los aa. para formar las cadenas proteicas ARNt : ARN transferente. Transporta hasta los ribosomas, los aa que van a unirse 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

ANIMACIÓN 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 VÍDEO ANIMACIÓN

3.- LA EXPRESIÓN GÉNICA GEN ENZIMA (Proteína específica) REACCIÓN 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 que contiene la información para la síntesis de proteínas) ENZIMA (Proteína específica) REACCIÓN BIOQUÍMICA CARÁCTER biológico

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 aislar 2º-Se aisla el gen utilizando ENDONUCLEASAS DE RESTRICCIÓN (enzimas) que cortan el ADN por lugares específicos 3º- 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 recombinante 6º Se introduce el ADN recombinante en la célula del 2º organismo 7º- 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)

APLICACIONES AGRÍCOLAS Y GANADERAS BIOTECNOLOGÍA ACTUAL Implica manipulación genética Supone toda una revolución de nuestra forma de vida APLICACIONES AGRÍCOLAS Y GANADERAS CLONACIÓN DE GENES VIDEO Permite 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 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 modificados ARGUMENTOS 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