La relación de la Química con otras disciplinas científicas y tecnológicas

Transcripción

1 La relación de la Química con otras disciplinas científicas y tecnológicas I CURS DE DIVULGACIÓN LS AVANCES DE LA QUÍMICA Y SU IMPACT EN LA SCIEDAD Carlos Miranda 29 de abril de 2009

2 Química en Ciencias Medioambientales Química en Toxicología

3 La Química, la ciencia central CIENCIAS DE LAS PLANTAS Botánica Agronomía BILGÍA Biología celular Microbiología Anatomía Fisiología Genética BIQUÍMICA Biología molecular Inmunología Endocrinología Ingeniería genética CIENCIAS MEDIAMBIENTALES Ecología Estudios de contaminación GELGÍA QUÍMICA MEDICINA y CC. SALUD Farmacología Nutrición Química clínica Radiología ASTRNMÍA FÍSICA Física atómica y nuclear Mecánica cuántica Espectroscopía Ciencia de materiales Biomecánica QUÍMICA NUCLEAR Radioquímica Medicina nuclear Química en Biología: Secuenciación del ADN Premio Nobel de Química (1980) Determinación de la secuencia de bases de los ácidos nucleicos Walter GILBERT Frederick SANGER

4 Aspectos estructurales de la molécula de ADN La molécula de ADN es un polinucleótido = polímero de nucleótidos Qué es un nucleótido? NUCLEÓTID = Pentosa + Base nitrogenada + (Azúcar de 5 át. de C) Grupos fosfato (de uno a tres) PURINA nucleósido nucleótido monofosfato nucleótido difosfato nucleótido trifosfato ARN PIRIMIDINA N N R Uracilo Aspectos estructurales de la molécula de ADN En los seres vivos está constituida por dos cadenas antiparalelas, formando la conocida doble hélice Interacciones por enlaces de hidrogeno por pares A=T y C=G=

5 Mecanismo de polimerización del ADN - P P - 5 P - - Base P - P - 3 :: P - Base Base Base ADN Polimerasa - P - - P - 5 P - - Base P - P - Base P - 3 Base Base El grupo en posición 3 del anillo de desoxirribosa es fundamental para la polimerización de la molécula de ADN Secuenciar el ADN: Planteamiento del problema El nucleótido es el bloque fundamental Grupo (3 ) El en posición 3 es el responsable de la polimerización NUCLEÓTID ebra de ADN Cómo conocer el orden de los nucleótidos?

6 Secuenciar el ADN: Método de terminación de la cadena Se puede separar ADN en función del tamaño Electroforesis Poliacrilamida-Urea (Resolución: 1 nucleótido) Distinta longitud? Sí Parando la elongación de la cadena Cómo? Neutralizando el punto de crecimiento Secuenciar el ADN: Didesoxinucleótidos trifosfatados DESXINUCLEÓTIDS (dntp) vs DIDESXINUCLEÓTIDS (ddntp) datp ddatp Ausencia del grupo en posición 3 del anillo de ribosa No se puede formar el enlace fosfodiéster Terminación química de la cadena de ADN

7 Identificación de los fragmentos muestra ADN polimerasa dctp dttp dgtp datp ddgtp ddttp ddctp ddatp Identificación de los fragmentos Fósforo radiactivo ( 32 P y 33 P) MARCAJE grandes 3 TAMAÑ FRAGMENTS SLUCIÓN: 5 aaaatcaattctgtgaac GATAATCCAGTCATTGATG TTGCCAGAGACAAAGCT 3' pequeños 5

8 Marcaje de los nucleótidos de terminación Marcaje con colorantes fluorescentes Bodipy-FL-510 [λ abs (max) = 502 nm; λ em (max) = 510 nm] R6G [λ abs (max) = 525 nm; λ em (max) = 550 nm] C 3 R C C N N B F F Bodipy-650 [λ abs (max) = 630 nm; λ em (max) = 650 nm] S RX [λ abs (max) = 575 nm; λ em (max) = 602 nm] VENTAJAS: Una sola reacción de secuenciación Fácil automatización Marcaje de los nucleótidos de terminación Separación de fragmentos por electroforesis capilar ATTGC A Prisma Detectores.. Laser Ventana Capilar Pol. líquido Reacción Secuencia -

9 Proyecto GENMA UMAN Febrero de 2001 Science 291, (16 February 2001) Nature 409, (15 February 2001) Química en Medicina

10 Química y Medicina: Contrastes radiológicos RADIGRAFÍA CNTRASTES RADILÓGICS Sustancia susceptible de ser empleada en exámenes médicos de rayos X Distinguen tejidos blandos por diferencia de opacidad frente a rayos X Química y Medicina: Contrastes radiológicos Contrastes densos Basados en compuestos químicos que contienen átomos pesados frecen una mayor opacidad a los rayos X FUENTE RAYS X Placa fotosensible

11 Química y Medicina: Contrastes radiológicos Contrastes densos Sulfato de Bario Compuestos de yodo Iohexol Química y Medicina: Contrastes radiológicos Contrastes densos Basados en compuestos químicos que contienen átomos pesados frecen una mayor opacidad a los rayos X FUENTE RAYS X Placa fotosensible Contrastes hipodensos Basado en el uso de un gas o de aire Presentan una menor opacidad

12 Química y Medicina: Medicina Nuclear Empleo de isótopos radioactivos para dianóstico clínico y tratamiento de enfermedades: Algunos tipos de cáncer Enfermedades cardiovasculares Desórdenes neurológicos enri Danlos (físico frances) en 1901 empleó radio para tratar heridas de piel producidas en enfermos de tuberculosis Radioisótopos más empleados Radioisótopo Símbolo Radiación Vida media Uso 3 1 Tritio β años Trazador bioquímico Na Sodio-24 β horas Circulación sanguínea P Fósforo-32 β días Terapia anti-leucemia Co Cobalto-60 β, γ 5.27 años Terapia cancerosa As Arsénico-74 β días Localización tumores cerebrales 99m 43 Tc Tecnecio-99 γ 6.01 horas Escáner cerebral I Yodo-131 β 8.04 días Terapia tiroidea Tomografía por emisión de positrones Técnica de análisis en tiempo real no invasiva Imagen típica PET cerebral En combinación con TAC (tomografía axial computerizada) Información y diagnósticos MUY PRECISS imagen de PET TAC cuerpo entero

13 PET: Radiotrazadores Administrado por vía intravenosa, vía oral o vía respiratoria imagen PET TAC de cuerpo entero Se acumula en los órganos con afinidad por el radiotrazador Emisión de radiación gamma en los órganos donde se localiza Medición de la ACTIVIDAD METABÓLICA PET: Radionucléidos Isótopos de vida media corta: 11 C, ~20 minutos 13 N, ~10 minutos 15, ~2 minutos F, ~110 minutos 0 % radiactividad Periodo de semidesintegración nº de periodos Se incorporan en moléculas que sabemos como utiliza nuestro cuerpo Desintegración por emisión de positrones 11 6 C 13 7 N B 13 6 C 15 7 N + β + + ν e MeV + β + + ν e MeV + β + + ν e MeV β + = e + 18 F β + + ν e MeV

14 PET: Radiotrazadores 2-[ 18 F]Fluor-2-desoxi-D-glucosa FLURDESXIGLUCSA (FDG) Tatsuo Ido (años 70) Metabolismo TRS Angiogénesis 18 F-Fluorotimidina 11 C-Timidina 11 C-Aminoácidos 11 C-Glucosa 15 -xígeno C 2 3 C N C Agua 18 F-Fluoromisonidazol 15 -xígeno Química y Astrofísica: Detección de moléculas Espectros de emisión y absorción de planetas y estrellas Espectro IR de las moléculas (vibraciones)

15 Astrofísica: Detección de moléculas por IR Detección de agua en el planeta D189733b 62 años luz rbita inclinada alineada con la orbita terrestre Química y Astrofísica Aislamiento del espectro IR del planeta Resultado

16 Materiales de alta tecnología Materiales: Química, Física e Ingenieria Materiales compuestos (CMPSITES) Fibra de vidrio Fibra de Carbono PRPIEDADES Elevada resistencia Bajo peso Muy duraderos Alternativa al hormigón armado y el acero Aplicaciones en Ingeniería y Construcción

17 Construcciones novedosas San Diego (EE.UU.) Friedberg (Alemania) Asturias (España) Química e Ingeniería Madrid (M-111)

18 INGENIERÍA BILGÍA QUÍMICA FÍSICA GELGÍA