TEMA 4 CMC BIOTECNOLOGÍA

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1 Conceptos Tema 4 TEMA 4 CMC BIOTECNOLOGÍA Células eucariotas: Células con núcleo. Núcleo: Un compartimento en el interior de la célula que alberga el material genético. Citoplasma: En una célula eucariota, el citoplasma es la parte que se encuentra entre el núcleo y la membrana. Células procariotas: Células sin núcleo. Casi sin excepción se trata de organismos unicelulares (formados por una sola célula). El ejemplo típico son las bacterias. Orgánulos: Las diferentes estructuras suspendidas en el citoplasma de la célula eucariota. Cada orgánulo posee unas funciones definidas. (Son orgánulos, por ejemplo, el núcleo, el ribosoma, la mitocondria, etc.). La célula procariota carece de la mayor parte de los orgánulos. Polimeración: Proceso químico por el que varias moléculas se unen para formar un polímero. Polímero: Molécula de gran peso, macromolécula (generalmente orgánica), formada por la unión de moléculas más pequeñas llamadas monómeros. Ácido nucleico: Molécula de gran tamaño (polímero) formada por la unión de moléculas más sencillas llamadas nucleótidos. Cada nucleótido se compone de tres moléculas: un azúcar, una base nitrogenada y un ácido fosfórico. Si el azúcar es ribosa, tendremos ácido ribonucleico (ARN); si es desoxirribosa, tendremos ácido desoxirribonucleico (ADN). ADN: Molécula de ácido desoxirribonucleico. Está formada por dos cadenas entrelazadas en forma de doble hélice. En su composición aparece desoxirribosa y las bases nitrogenadas adenina, guanina, citosina y timina. ARN mensajero (ARNm): ARN que sale del núcleo y lleva información necesaria para la síntesis de una proteína. Base nitrogenada: Compuesto orgánico que contiene dos o más átomos de nitrógeno. Las bases nitrogenadas forman parte de los nucleótidos y los ácidos nucleicos. Existen cinco bases nitrogenadas: Adenina (A), guanina (G), timina (T), citosina (C) y uracilo (U). Monocatenario: Formado por una sola cadena (una hebra). Por ejemplo, el ARN mensajero es una molécula monocatenaria: una sola cadena formada por la unión de nucleótidos. Bicatenario: Formado por dos cadenas (dos hebras). Por ejemplo, el ADN en la mayoría de los casos es bicatenario: una doble cadena (en forma de doble hélice) formada por la unión de nucleótidos. Aminoácido: Un tipo de molécula orgánica. El encadenamiento de aminoácidos constituye las proteínas. Existen 20 aminoácidos diferentes que forman parte de las proteínas de los seres vivos. Cromatina: Sustancia formada por ADN y proteínas que se encuentra en el núcleo de las células eucariotas. Su estructura permite el empaquetamiento de grandes cantidades de ADN en el interior de un pequeño volumen. Histona: Proteína que interacciona con el ADN formando la cromatina. Codón o triplete: Cada uno de los grupos de tres bases nitrogenadas del ARNm que codifica un aminoácido. Enzima: Tipo de proteínas que funciona como catalizadores de las reacciones químicas del metabolismo; aceleran las reacciones en las que participan.

2 Gen: Segmento de ADN que contiene la información necesaria para la síntesis de una proteína. Los genes se encuentran en los cromosomas. Transcripción: Primera fase de la expresión génica durante la cual se transfiere la información del ADN al lenguaje del ARN. Este proceso consiste en la síntesis de una molécula de ARN. Traducción: Etapa que sigue a la transcripción mediante la cual se descodifica el mensaje genético que contiene el ARNm para que se sintetice una proteína. Transgén: Gen procedente de un organismo que se introduce en otro, creando así un organismo genéticamente modificado (OGM) o transgénico. Cianobacterias: Son un tipo de bacterias capaces de realizar fotosíntesis oxigénica (en la que se desprende oxígeno). Son los únicos organismos procariotas que llevan a cabo ese tipo de fotosíntesis. Mutación: Alteración en la información genética de un organismo, que produce un cambio en sus características, un cambio que se puede transmitir a la descendencia. Plásmido: Molécula circular de ADN extracromosómico (se encuentra fuera de los cromosomas). Es mucho más pequeña que el cromosoma. Normalmente está presente en las bacterias. Los plásmidos se utilizan en ingeniería genética como moléculas vectores. Blastocisto: Esfera casi hueca, formada por la unión de células, que constituye el embrión en su etapa temprana. ADN Es una macromolécula constituida por dos cadenas de nucleótidos enlazados en doble hélice, complementarios entre sí. El ácido fosfórico y la desoxirribosa forman el esqueleto de la cadena. Alineados de cadena a cadena están las bases nitrogenadas (la adenina sólo se une a la timina mediante dobles enlaces de puentes de H y la citosina a la guanina con triples enlaces de puentes de H; son los pares de bases). En el interior del núcleo de las células eucariotas, el ADN está asociado a una proteína especial llamada histona, formando la cromatina. Durante la división celular, la cromatina se condensa formando los cromosomas. Cada fragmento de cromosoma y por lo tanto de ADN es un gen que da las instrucciones necesarias para sintetizar una proteína. EL ADN SE REPLICA Es la única molécula de los seres vivos que puede hacer una copia exacta de sí misma. Sucede justo antes de la división celular; así las células hijas heredan la misma dotación genética que la célula madre, transmitiéndose la información genética de generación en generación. La doble hélice del ADN se abre y cada una de las hebras sirve de molde para sintetizar su cadena complementaria. El ADN polimerasa es una enzima que va uniendo nucleótido a nucleótido la hebra molde con la nueva, que es exactamente igual a la cadena a la que estaba previamente unida la hebra molde. Al final del proceso hay dos moléculas de ADN. Si hay errores durante la replicación, da lugar a mutaciones, algunas de las cuales pueden provocar enfermedades. EL ADN TRANSMITE LA INFORMACIÓN Los genes llevan las instrucciones para la síntesis de una determinada proteína. Esta información se encuentra en todas las células de todos los seres vivos.

3 Las proteínas son macromoléculas formadas por la unión de aminoácidos (hay 20 tipos diferentes de aminoácidos). Cada proteína se caracteriza por su estructura en el espacio y por su secuencia. Las funciones de las proteínas son muy diversas: formar estructuras (músculos, uñas, etc.), realizan ciertas funciones de los órganos, caracterizan a los individuos (color de la piel o los ojos), etc. - Transcripción y traducción En las células eucariotas el ADN está protegido en el interior del núcleo. La síntesis de la proteína se realiza en los ribosomas que son unos orgánulos situados en el citoplasma. El ácido ribonucleico (ARN) lee la información genética del ADN en el núcleo y lo lleva hasta el citoplasma donde se genera la proteína. El ARN tiene una sola cadena de ribosa en lugar de dexosiribosa y tiene las mismas bases salvo la timina que es sustituida por el uracilo (que también se unirá a la adenina). La transcripción es el proceso de síntesis de ARN. Este sale del núcleo con la información genética que llevará a los ribosomas para sintetizar las proteínas; se llama ARN mensajero. La traducción es el proceso en el que el ARNm se une al ribosoma, el cual lee y traduce la información del ARN para sintetizar la proteína. El código genético asigna la equivalencia entre el lenguaje del ARNm (secuencia de bases) y el lenguaje de las proteínas (secuencia de aminoácidos). El ribosoma se mueve a lo largo de la cadena de ARNm y asigna a cada grupo de tres bases (codón) del ARNm el aminoácido que le corresponde, procedente del ARN de transferencia (ARNt), para formar una nueva proteína. BIOTECNOLOGÍA Es la manipulación del material genético (ADN) de los organismos para desarrollar nuevas plantas, mejorar cultivos, desarrollar microorganismos para luchar contra las plagas, mejorar la sanidad animal, mejorar tratamientos en medicina, nuevas vacunas y fármacos, cuidar el medio ambiente, etc. - Herramientas biotecnológicas: Tecnología del ADN recombinante: permite aislar cualquier zona del ADN, crear copias y averiguar la secuencia de los nucleótidos. Ingeniería genética: se consigue la transferencia de genes de unos organismos a otros, consiguiendo organismos transgénicos (organismos genéticamente modificados OGM) Clonación celular: permite la reparación de tejidos y órganos. TECNOLOGÍA DEL ADN RECOMBINANTE. Consiste en generar ADN formado por la unión de segmentos de ADN de origen diferente - Clonación de ADN: es la producción de copias idénticas de fragmentos de ADN. Para ello el fragmento de ADN se introduce en una molécula transportadora (vector de clonación), capaz de entrar en una bacteria y autorreplicarse dentro de ella, consiguiéndose clones de bacterias transformadas. - Secuenciación del ADN: Para conocer la secuencia de miles de genes y de genomas completos de numerosos organismos.

4 TÉCNICAS DE INGENIERÍA GENÉTICA Consiste en la manipulación del ADN para conseguir nuevas formas de vida. Mediante la ingeniería genética se pueden transferir genes entre especies diferentes. - OGM (Organismos genéticamente modificados) o transgénicos. Son organismos que contienen algún gen procedente de otro organismo (transgen). Se obtienen plantas y animales con alguna característica que interesa al ser humano: MICROORGANISMOS MODIFICADOS: para mejorar el medio ambiente, eliminando contaminación (por ejemplo, eliminando con bacterias mareas negras o metales pesados); para producir biocombustibles (biodiesel y bioalcohol), plásticos biodegradables; para producir enzimas, por medio de bacterias, como detergentes; para producir medicamentos como los antibióticos; etc. ANIMALES TRANSGÉNICOS: Producir animales más resistentes y con mejor calidad de los subproductos obtenidos de los mismos, diseñar animales genéticamente modificados para el estudio del desarrollo de enfermedades, obtener órganos de animales para transplantes (xenotransplantes), animales para obtener medicamentos, etc. PLANTAS TRANSGÉNICAS: Consiste en mezclar genes de diferentes plantas para obtener especies que por sí mismas no se podrían cruzar, para conseguir plantas más resistentes a las plagas, a las sequías, heladas, contaminación, modificar el periodo de maduración, el valor nutritivo de sus frutos y la obtención de fármacos. - Terapia genética: Sirve para curar y prevenir enfermedades producidas por un gen defectuoso, introduciendo en el paciente un gen terapéutico que reemplaza el defectuoso. Si se pretende curar una enfermedad, se utiliza la terapia génica somática. Si lo que se pretende es prevenir enfermedades, se utiliza la terapia génica de la línea germinal, introduciendo células transgénicas en un óvulo fecundado. CLONACIÓN REPRODUCTIVA Consiste en obtener organismos genéticamente idénticos. Consiste en eliminar el núcleo de un óvulo de un animal donante y sustituirlo por el núcleo de una célula procedente del animal que se quiere clonar, que posteriormente se implanta en el útero de una hembra. Con las técnicas actuales sólo algunos de los embriones clonados sobreviven y algunos de los que nacen desarrollan enfermedades y mueren pronto. CÉLULAS MADRE Son aquellas que pueden dividirse indefinidamente produciendo más células madre o en ciertas condiciones especializarse obteniéndose células musculares, sanguíneas, etc. Tipos de células madre: - Células madre embrionarias: El cigoto (óvulo fecundado por un espermatozoide) es una célula capaz de generar todas las células del organismo (célula madre totipotente). Las células madre embrionarias del embrión temprano son pluripotentes, son el origen de todos las células del organismo aunque por sí solas no lo pueden conseguir (necesitan la placenta). - Células madre adultas: son multipotentes, son capaces de originar muchos tipos celulares, pero no todos. Se pueden obtener de la sangre o la piel. - Células madre fetales: proceden de fetos que no han llegado a desarrollarse.

5 - Células madre del cordón umbilical: son similares a las de origen embrionario. - Células madre germinales embrionarias: de óvulos y espermatozoides, son totipotentes. APLICACIONES DE LAS CÉLULAS MADRE: - Probar nuevos fármacos. - Estudiar las fases iniciales de un embrión y su control genético. - Trasplantes, autotransplantes, regenerar tejidos de órganos dañados, etc.

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