Información genética y manipulación

Información genética y manipulación

Leticia Alonso González

índice

ADN y ácidos nucleicos

Replcación del ADN

De ADN a proteínas

Biotecnología e ingeniería genética

Mutaciones

Expresión

Técnicas de ingeniería genética

Clonación y células madres

Aplicaciones de la biotecnología

Proyecto Genoma Humano

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Bioética

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Thank you!

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ANDi

El mono fluorescente

ANDi el mono fluorescente

Nacido en el año 2000, ANDi fue el primero mono modificado genéticamente.

ANDi significa "ADN insertado".

El gen insertado no tenía una función específica.

Un gen que produce una proteína fluorescente fue insertado en el mono.

Esta manipulación sólo tenía como objetivo mostrar que la modificación genética de animales complejos era posible.

Los monos son muy similares a los humanos así que este experimento podría acelerar el desarrollo de terapias, vacunas o medicamentos para beneficio de la humanidad.

ANDi

¿Quieres saber más sobre ANDi?

La rana transparente

¿Qué utilidades podría tener?

ÁCIDOS NUCLEICOS

El ADN o ácido desoxirribonucleico es la molécula que almacena la información genética. Se puede replicar, transmitiendo la información de generación en generación. El ADN determina qué proteínas se sintetizan y cuándo.

¿Dónde se encuentra el ADN?

En los organismos eucariotas el ADN se encuentra en el núcleo. Está formado por dos hebras lineales asociados con proteínas., dando lugar a la cromatina..

El cromosoma bacteriano (procariota) suele ser circular y bicatenario y nunca está protegido por ninguna membrana.. En muchas bacterias podemos encontrar material genético accesorio, mmás pequeño y circular denominado plásmido.

En los virus el ADN puede ser lineal o circular, monocatenario o bicatenario. Normalmente está protegido por una cápsula proteica.

La composición química del ADN

El ADN es un tipo de ácido nucleico.

Nucleótido

En términos químicos, los ácidos nucleicos son largas moléculas compuestas por nucleótidos.

Grupo fosfato

Base nitrogenada

Azúcar (pentosa= RIBOSA)

NUCLEÓTIDO

BASES NITROGENADAS

POLINUCLEÓTIDOS

Largas cadenas de nucleótidos unidos entre sí.

Enlace fosfodiéster

Los nucleótidos se unen entre sí por medio de elaces covalentes. En el enlace participa el grupo fosfato de un nucleótido y el azúcar del siguiente nucleótido.

Los polinucleótidos siempre contienen el mismo grupo fosfato y el mismo azúcar, en lo único en lo que difieren es el la secuencia de bases nitrogenadas. El orden en que aparecen los nucleótidos se denomina secuencia.

Esta secuencia contiene la información para el mantenimiento y el desarrollo de la vida.

La estructura del ADN

La doble hélice

La estructua del ADN es común a todas las células, salvo en algunos virus. El modelo fue propuesto por Watson y Crick en 1953. El modelo se basa en las contribuciones de Wilkins y Franklin.

La doble hélice

ADN está formado por dos hebras helicoidales enrolladas sobre el mismo eje, formando una doble hélice que gira hacia la derecha.. Las dos cadenas son antiparalelas, es decir, el extremo 5′ de un polinucreótido y el extremo 3′ del otro coinciden en el mismo lado.

ARN

RNA o ácido ribonucleico es el otro tipo de ácido nucleico en los seres vivos. El azúcar que contiene es siempre ribosa. También contiene bases nitrogenadas: adenina, guanina, citosina y uracilo (U). Normalmente consiste en una sola cadena de polinucleótidos. No tiene una estructura definida como el ADN. Se puede encontrar tanto en el núcleo como en el citoplasma.

Tipos de ARN

ARN ribosomal RNAr

ARN mensajero RNAm

ARN de transferencia RNAt

Es el más pequeño de ARN. Se une a aminoácidos específicos y los transporta hasta el ribosoma, donde tiene lugar la síntesis de proteínas.

Transporta la información desde el ADN del núcleo hasta los ribosomas para llevar a cabo la síntesis de proteínas.

Forma los ribsomas junto con las proteínas. Es el tipo más abundante de ARN.

LA REPLICACIÓN DEL ADN

REPLICACIÓN

A lo largo de la vida de una célula y en diferentes momentos, será necesario copiar la molécula de ADN para transmitirla a cada célula hija. Tanto en procariotas como en eucariotas la replicación de ADN tiene lugar justo antes de la división celular.

REPLICACIÓN

El mecanismo de copia del ADN fue descrito por Watson y Crick en 1953. Para llevar a cabo la replicación necesitamos nucleótidos para formar las nuevas cadenas y unas enzimas determinadas:

REPLICACIÓN DEL ADN

La replicaición comienza con la rotura de los puentes de hidrógeno entre las bases nitrogenadas complementarias.

Las dos hebras se separan. Durante el proceso de copia, cada cadena sirve como molde para fabricar una nueva cadena complementaria.

Una enzima específica (ADNpolimerasa) va añadiendo los nucleótidos complementarios uno a uno. Cuando se separan las dos hebras se forma una burbuja de replicación.

El resultado de la replicación son dos moléculas idénticas de ADN.

El proceso de replicación es semiconservativo, es decir, cada hebra de ADN sirve como molde para crear una nueva hebra complementaria. Por lo tanto, cada nueva doble hélice está formada por una cadena de la molécula original (conservada) y por una cadena nueva (sintetizada).

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Durante la copia ocurren errores y también pueden producirse alteraciones debido a causas externas como radiación o agentes químicos. Existen enzimas reparadoras para evitar estos errores. Detectan y corrigen los nucleótidos erróneos o mal colocados. Cuando este mecanismo de reparación falla, el ADN presenta mutaciones.

VS

DE ADN A PROTEÍNAS

¿Te acuerdas de lo que es un gen?

1941

Beadle y Tatum llevaron a cabo un importante experimento con el que demostraron que cada gen contiene información para sintetizar una proteína, que es la que determina un caracter.

Funcionalmente

Esttructuralmente

Un gen es un fragmento de ADN que contiene la información para sintetizar una proteína que es la responsable del caracter.

Cada fragmento de ADN que contiene información para un determinado caracter es un gen.

VS

Un cambio en la secuencia de ADN puede alterar la proteína resultante y un cambio en el individuo. En humanos, por ejemplo, el color de la piel depende de la cantidad de melanina. En la síntesis de este pigmento intervienen varias proteínas diferentes.

PROTEÍNAS

Son cadenas de moléculas más sencilla denominadas aminoácidos. Existen 20 aminoácidos diferentes. Cada proteína se caracteriza por el número, tipo y secuencia de los aminoácidos que la componen.

IMPORTANTE

Sabemos que en los organismos eucariotas un mismo gen puede codificar o determinar muchas proteínas. Por otra parte, en la síntesis de una proteína pueden estar involucrados varios genes.

EXPRESIÓN DE LA INFORMACIÓN GENÉTICA

La información genética es un mensaje codificado, es decir, un gen no sintetiza directamente una proteína si no que la información tiene que ser descifrada previamente.

VS

TRANSCRIPCIÓN

Consiste en la producción de una molécula de ARN mensajero. La secuencia de bases del ARNm es complementaria a una de las hebras de ADN. La molécula se sintetiza siguiendo la complementariedad de bases, teniendo en cuenta que en este proceso Adenina se empareja con Uracilo.

¿Hacemos unos ejercicios?

5'-AATGCATTACCGATAGCTAG-3'

1. Asegúrate de que esto es una secuencia de ADN.

2. Acuérdate en qué dirección trabaja la ARN polimerasa (5'--3').

3. Recuerda las reglas de complementariedad de bases.

5'-AATGCATTACCGATAGCTAG-3'

3'-UUACGUAAUGGCUAUCGAUC-5'

3'-TTACGTAATGGCTATCGATC-5'

5'-CUAGCUAUCGGUAAUGCAUU-3'

5'-CTAGCTATCGGTAATGCATT-3'

TRADUCCIÓN

Se produce una proteína. La secuencia de aminoácidos viene determinada por la secuencia de bases nitrogenadas del ARNm.

EL CÓDIGO GENÉTICO

Es la relación entre la secuencia de nucleótidos del ARNm y la secuencia de aminoácidos de la proteína.

MUTACIONES

Una mutación es cualquier cambio o alteración en el material genético.

LAS MUTACIONES PUEDEN SER:

NEUTRALES

BENEFICIOSAS

DAÑINAS

Cuando aumentan la probabilidad de que el individuo se reproduzca.

Cuando perjudican al individuo que las porta.

Cuando no causan ni perjuicio ni beneficio aparente.

Mutaiones & Variabilidad

Si no hubiese mutaciones todo el ADN sería igual, por lo que habría menos variedad de seres vivos. Las mutaciones son una fuente de variabilidad genética dentro de una población ya que producen genes que no existían.

TIPOS DE MUTACIONES

EN FUNCIÓN DE LAS CÉLULAS AFECTADAS

Mutaciones germinales

Mutaciones somáticas

Afectan a todas las células salvo a los gametos. No se transmiten a la descendencia. Son transmitidas a las células hija durante la mitosis.

Afectan a los gametos o a las células madre de los gametos. Sí se transmiten a la descendencia.

VS

TIPOS DE MUTACIONES

DE ACUERDO A SU ORIGEN

Mutaciones inducidas

Mutaciones espontáneas

Se deben a la exposición de agentes mutágenos como la radiación, algunos productos químicos y agentes biológicos como algunos virus.

VS

Se deben a causas naturales como los errores en la replicación.

TIPOS DE MUTACIONES

EN FUNCIÓN DEL ADNAFECTADO

Mutaciones cromosómicas

Mutaciones génicas puntuales

Originan cambios en el cromosoma, pudiendo afectar a un segmento, al cromosoma entero o al número de cromosomas del individuo.

Cambian la secuencia nucleotídica de un gen. Un alelo puede convertirse en otro diferente.

VS

BIOTECNOLOÍA E INGENIERÍA GENÉTICA

La biotecnología crea o modifica productos o procesos de interés para los humanos. Se utilizan sistemas biológicos, seres vivos o derivados de éstos. La biotecnología se ha venido aplicando en diferentes campos desde hace siglos.

ALGUNOS EJEMPLOS

AGRICULTURA

INDUSTRIA ALIMENTARIA

MEDICINA

Para obtener plantas y animales resistentes a plagas utilizando la selección artificial.

Utilizando microorganismos para obtener vino, cerveza, paan yogur o queso.

Para producir antibióticos como la penicilina o vacunas.

La biotecnología actual utiliza las técnicas avanzadas de manipulación genética. Cuando lo utilizamos con el propósito de beneficiar al ser humano, lo denominamos ingeniería genética.

INGENIERÍA GENÉTICA

Se basa en la utilización de ADN recombinante. Este ADN se obtiene combinando fragmentos de ADN procedentes de diferentes organismos. Por ejemplo, ADN procedente de un visus se puede insertar en ADN bacteriano. La primera vez que se utilizó esta técnica fue en 1972.

Esta técnica hace posible que podamos eliminar o añadir genes a un organismo. Así conseguimos, por ejemplo, que un organismo produjera insulina humana para el tratamiento de la diabetes.

Al principio solo se utilizaban microorganismos en ingeniería genética pero hoy aplicamos esta técnica también a animales y plantas. De esta manera hemos obtenido variedades con propiedades beneficiosas para el ser humano.

CLONACIÓN

La clonación es otra técnica incluida en la ingeniería genética. Clonar significa producir copias idénticas de genes, células o incluso individuos. Clonamos genes para analizarlos y para obtener grandes cantidades de las proteínas que producen.

TÉCNICAS DE INGENIERÍA GENÉTICA

Manipular ADN en el laboratorio requiere varias herramientas:

ADN LIGASAS Enzymas que nos permiten integrar fragmentos de ADN de diferentes células, formando ADN híbrido.

ENZIMAS DE RESTRICCIÓN Proteínas capaces de cortar ADN por lugares específicos. Estas enzimas nos permiten aislar los genes que queremos. Se conocen más de 400 enzimas de restricción.. Las más utilizadas provienen de v¡bacterias. Se diferencian en los sitios de corte.

VECTORES Moléculas de ADN autorreplicantes que se utilizan para transportar genes. Los vectores más usados son los plásmidos bacterianos.

DOS DE LAS TÉCNICAS MÁS IMPORTANTES SON:

LA REACCIÓN EN CADENA DE LA POLIMERASA (PCR)

1.

EL ADN RECOMBINANTE

TECNOLOGÍA DEL ADN RECOMBINANTE

REACCIÓN EN CADENA DE LA POLIMERASA (PCR)

Técnica desarrollada por Kary Mullis en 1986

Produce muchísimas copias de un fragmento de ADN sin utilizar células. La clonación se lleva a cabo en un tubo de ensayo. Actualmente, la PCR es un proceso completamente automatizado.

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Los fragmentso de ADN obtenidos con la PCR se pueden insertatr en un vector para transferirlos a una célula que los exprese. Con la PCR podemos copiar ADN de pequeñas muestras e incluso de muestras dañadas.

USOS DE LA PCR

HUELLA DE ADN Es una técnica forense de identificación de personas.

ESTUDIOS EVOLUTIVOS Podemos estudiar ADN antiguo.

DIAGNÓSTICO DE ENFERMEDADES GENÉTICAS Los genes de interés se amplifican para saber si un individuo porta una mutación o no.

IDENTIFICACIÓN DE MICROORGANISMOS PCR puede detectar material genético de organismos patógenos.

APLICACIONES DE LA BIOTECNOLOGÍA

1. Aplicaciones médicas

DIAGNÓSTICO DE ENFERMEDADES Localizar los genes nos permite un disgnóstico temprano de: - Hemofilia -Distrofia muscular - Enfermedad de Alzheimer

OBTENCIÓN DE SUSTANCIAS - Hormona del crecimiento - Factores de coagulación - Insulina -Vacunas: hepatitis B, gripe o meningitis.

TERAPIA GÉNICA Podemos reemplazar un gen defectuoso por uno sano.

Terapia génica

Esta técnica permite: - Corregir enfermedades de origen genético. - Ralentizar el progreso de algunos típos de cáncer. -DEtener algunas infecciones víricas y el avance de algunas enfermedades neurodegenerativas.

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2. Aplicaciones ambientales

BIORREMEDIACIÓN Utiliza microorganismos recombinantes para degradar suelos o aguas contaminadas.

PRODUCCIÓN DE BIOCOMBISTIBLES Bioetanol y biodiésel.

3. Aplicaciones en la agricultura: transgénicos

Los organismos transgénicos o genéticamente modificados nos han permitido: - Mejorar algunos alimentos. - Incrementar la productividad. - REducir los costes. - REducir los daños al medio ambiente.

¿Qué es un transgénico?

Un animal o planta transgéicco es aque al que se le ha insertado u transegen. Este gen de interés proviene del ADN de otro organismo de la misma especie o de otra diferente. Ese gen es elegido para que el organismo transgénico produzca una proteína útil o exprese una característica de interés.

INCONVENIENTES

VENTAJAS

La obención de una enorme diversidad de productos: - Plantas que producen medicamentos. - Plantas resistentes a plagas o a herbicidas.. - El incrmento de la producción de carne o leche. -Alimentos con características especiales.

Muchos expertos y organizaciones se oponen al comercio de transgénicos argumentando que hay efectos que no están claros: - La introducción de estos alimentos en el medio ambiente. - El impacto sobre la salud humana.

VS

CLONACIÓN Y CÉLULAS MADRE

CLONACIÓN

La clonación en una técnica con la que obterer idénticos organismos, células o moléculas. No solo idénticos entre sí si no idénticos al original del que provienen.

CLONACIÓN REPRODUCTIVA

Su objetivo es obtener indivisuos idénticos entre sí y al original. Uno de los métodos más comunes es la transferencia de núcleo de células somáticas. Para ello se utilizan núcleos de células diferenciadas o de células embrionarias.

CLONACIÓN TERAPÉUTICA

Incluye la clonación de órganos y tejidos para: - Curar determinadas enfermedades. - TRansplante de órganos. En esta técnica necesitamos obtener y clonar stem cells o células madre.

TIPOS DE CÉLULAS MADRE

EMBRIÓNICAS

ADULTAS

INDUCIDAS

Son pluripotentes, capaces de originar todos los tipos delulares del cuerpo. Se encuentran en embriones de menos de 5 días. Podemos obtenerlos de los remanentes de la fertilización in vitro fertilization. Utilizar este tipo de células madre conlleva conflictos éticos.

Sólo pueden dar lugar a algunos tipos celulares. Se encuentran en la mayoría de lo tejidos como la piel, la sange o la médula ósea. También se encuentran el el cordón umbilical y la placenta. Su uso no conlleba conflictos éticos.

Son células adultas reprogramadas en el laboratodio para ser pluripotentes. Las hacemos capaces de convertirse en cualquier tipo de célulaa. Se obtienen a partir de la piel. Evitan el uso de células embrinarias y los problemas éticos que conllevan.

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EL PROYECTO GENOMA HUMANO

El Proyecto Genoma humano fue el primer esfuerxo coordinado internacional para:

Localizar e identificar los genes que forman el genoma humano.

Descifrar la secuqncia de nucleótidos del ADN humano.

Determinar cuántos genes son codificantes.

AND

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Francis Collins

Craig Venter

GRacias a los avances tecnológicos, el proyecto fue un éxito. En el año2000 se prublicó el primer borrador de la secuencia. Los resultados finales se publicaron en 2001 en las revistas científicas más prestigiosas Science yNature.

Principales datos del Genoma Humano

Solo una pequeña proporción del ADN (menos del 2%) codifica proteínas. El resto no tiene una función conocida.

Está formado por 3.000 millones de nucleótidos. Contiene unos 25.000 genes codificantes. El tamaño de los genes es muy variable. Un gen contiene 27.000 pares de bases de media

Los humanos somu¡os muy similares, de hecho, compartimos el 99,9% de los genes. Solo el 0,1% restante marca las diferencias entre nosotros.

Cada gen está involucrado en la síntesis de varias proteínas, no solo una. Esto fue un hallazgo inesperado.

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BIOETHICS