2.6 Biotecnología.

Unidad 2: Biotecnología Resumen.
2.1 Elementos y compuestos de la materia viva.
2.2 Cromosomas.
2.3 Genes, ácds. nucléicos y código genético.
2.4 Expresión génica: replicación, transcripción,
traducción.
2.5 Mutaciones.
2.6 Biotecnología.
Bibliografía
2.1 Elementos y compuestos de la materia viva.
La materia viva está formada por elementos químicos que encontramos en la materia inerte. Los principales
son carbono, hidrógeno, oxígeno y nitrógeno, los cuales forman el 90% de la materia orgánica. De estos el
hidrógeno y el oxígeno en forma de agua constituyen, por término medio, el 70 % de los seres vivos.
Los compuestos, formados por elementos químicos, constituyen la materia viva y se pueden clasificar en
dos grandes grupos: inorgánicos y orgánicos. Las sustancias del primer grupo no solamente se encuentran en los
seres vivos, sino también, en la materia inerte. Los segundos solamente proceden de la materia viva.
2.1.2 Compuestos orgánicos.
Las proteinas.
Son polímeros de los aminoácidos, los cuales son compuestos formados, fundamentalmente, por carbono,
hidrógeno, oxígeno y nitrógeno.
Hay 20 aminoácidos básicos a partir de los cuales se puede formar cualquier clase de proteína (se estima que en
el cuerpo humano debe haber unas 100.000 proteínas diferentes).
CLASES. Aunque algunas proteínas solo están hechas de aminoácidos la mayoría están asociadas a otras sustancias.
Las proteínas se pliegan adoptando una forma espacial o conformación en función de:
 los aminoácidos que las componen y el orden que tienen en la cadena proteica que determina la aparición
de fuerzas débiles entre ellos.
 las fuerzas que tienen lugar entre los aminoácidos y entre estos y el medio circundante.
La conformación que tengan es fundamental en la función que desempeñan.
FUNCIÓN. Aunque tienen una gran cantidad de funciones, dos de ellas son básicas para la vida: forman parte de las
estructuras celulares y tienen actividad enzimática.
Enzimas, vitaminas y hormonas.
Se llama catalizador a aquella sustancia de modifica la velocidad de una reacción química.
Enzimas, vitaminas y hormonas son biocatalizadores que se precisan en cantidades mínimas.
 Los enzimas son sustancias casi exclusivamente proteicas sintetizadas por el propio organismo y que
ejercen su acción donde se producen.
 Las vitaminas son de composición muy variable, que no pueden ser sintetizadas y por ello tienen que ser
tomadas con los alimentos. Forman parte de las enzimas.
 Las hormonas son de naturaleza lipídica o proteica y sintetizadas por el organismo, ejercen su acción a
distancia del lugar donde se producen.
Acds. Nucléicos.
Los acds. nucleícos están formados por carbono, hidrógeno, oxígeno, nitrógeno y fósforo.
Son macromoléculas formadas por la asociación de unidades llamadas nucleótidos. Sus componentes son el acd.
fosfórico, una osa y una base nitrogenada.
La pentosa puede ser la ribosa y la desoxirribosa. En cuanto a las bases nitrogenadas pueden ser púricas
(adenina o guanina) o pirimidínicas (citosina, timina o uracilo).
Características básicas del ADN (Acd. desoxirribonucleico).
Es una macromolécula formada por acd. fosfórico, desoxirribosa y bases nitrogenadas (A, G, C y T).
Clases.
Puede ser monocatenario y bicatenario, es decir, de 1 o 2 cadenas.
El monocatenario es muy raro y el bicatenario puede ser circular, como sucede en las bacterias, mitocondrias y
cloroplastos, y lineal, como en algunos virus y en todas las células eucariotas.
La estructura del ADN de los eucariotas fue descubierta en 1953 por Watson y Crick. Es una doble hélice, una
escalera de cuerda retorcida hacia la derecha, en la que los laterales están formados por la sucesión de
desoxirriubosa-fosfato y las escaleras por la unión de las bases nitrogenadas (adenina con timina, guanina con
citosina y viceversa)).
Función.
Contiene la información genética que se transmite de generación en generación. Concretamente se localiza en la
secuencia de bases nitrogenadas.
Características básicas del ARN (Acd. ribonucleico).
Es una macromolécula formada por acd. fosfórico, ribosa y bases nitrogenadas (A, C, G y U).
Clases.
Puede ser monocatenario y bicatenario.
Función.
Se necesitan varias clases de ARNs para sintetizar las proteínas que vienen codificadas en el ADN (ribosómico,
transferente y mensajero).
2.2 Cromosomas.
El ciclo celular.
Todas las células, a excepción de algunas muy especializadas (hematíes y neuronas), son capaces de formar
por mitosis dos células hijas que tienen las mismas características morfológicas y fisiológicas que la célula madre.
Las células, por lo tanto, pasan por fases alternantes de mitosis y de intermitosis o interfase, llamadas en conjunto
ciclo celular.
Núcleo en división.
De todos los componentes observados durante la mitosis son, sin duda, los cromosomas los más
importantes por residir en ellos la información genética. No son estructuras nuevas con respecto a la interfase, pues
se trata de la cromatina que se condensa dando lugar a estructuras en forma de bastón.
Constancia de los cromosomas en las células.
Todas las células de un organismo contienen idéntico número de cromosomas excepción de los gametos.
En la mayoría de los casos se presentan por pares, llamándosele a cada par homólogos. Estos son idénticos
en el tamaño y la forma y llevan un mismo tipo de información genética.
El número y forma de los cromosomas es constante para cada organismo y se mantiene así en las sucesivas
divisiones mitóticas. En los organismos con reproducción sexual se produce la Meiosis para que los gametos tengan
la mitad de cromosomas y cuando se unan reconstruyan el número original.
2.3 Genes, ácidos nucléicos y código genético.
El gen es la unidad mínima de función genética que puede heredarse y la sucesión de genes forma los
cromosomas. Corresponde a una secuencia lineal organizada de nucleótidos en la molécula de ADN (o ARN en el
caso de algunos virus), que contiene la información necesaria para la síntesis de una macromolécula con función
celular específica, proteínas en virus y procariotas , pero también ARN en eucariotas.
El descubrimiento de cómo era la estructura del ADN del núcleo de las células eucariotas lo hicieron en
1953 Watson y Crick y vieron que tenía forma de escalera de caracol, con sus dos pasamanos y sus peldaños. Era el
orden de colocación de los peldaños (las bases nitrogenadas) donde se encontraba la capacidad de guardar las
características que se trasmitían de generación en generación.
El conjunto de genes de un ser vivo es el genoma.
El código genético es la relación entre las bases nitrogenadas de los ácidos nucléicos y los aminoácidos (3
bases corresponde a un aminoácido) que forman las proteínas.
2.4 Expresión génica: replicación, transcripción, traducción.
La replicación o duplicación del ADN se hace de forma semiconservativa, es decir, los dos filamentos de la
doble cadena del ADN se separan y a partir de cada uno de los filamentos antiguos se forma una nueva cadena con
las bases complementarias (A con T, C con G y viceversa).
Para sintetizar las proteínas desde la información que hay en el ADN se necesita:
 La transcripción, por la que se sintetiza el ARN mensajero por complementariedad de bases (el ARN en
vez de timina tiene uracilo) a partir de uno de los dos filamentos de ADN.
 La traducción, por la que se fabrica la proteína en el ribosoma (hecho de proteínas y ARN ribosómico)
donde se leerá el ARN mensajero para que entren los aminoácidos en el preciso y se unan para formar la
proteína necesaria. Para la entrada de aminoácidos es necesario el ARN transferente
2.5 Mutaciones y sus clases.
Podemos definir mutación como una alteración imprevista, al azar y heredable de las características genéticas.
Su frecuencia es muy baja. Al individuo que la porta mutante
Por su efecto pueden ser: indiferentes (ni positivas ni negativas), beneficiosas (son positivas) o perjudiciales
(son negativas).
2.6 Biotecnología.
La biotecnología es el conjunto de técnicas y procesos en los que se utilizan organismos vivos para fabricar
sustancias. El primer indicio de la utilización de alguna técnica de este tipo es la fabricación de cerveza sobre el
6000 a.C. en Oriente Medio.
Ingeniería genética y aplicaciones.
La ingeniería genética o tecnología del ADN recombinante. Es un conjunto de técnicas que permite
modificar el genoma de un ser vivo.
Estas técnicas fueron posibles gracias al descubrimiento de las enzimas de restricción capaces de separar
genes por lugares concretos y unirles otro ADN.
El ADN resultante es un ADN recombinante. Para ello es necesario:
 Unir el fragmento de ADN que interesa, a otro ADN llamado vector de clonación.
 Introducir el ADN resultante (recombinante) en células hospedadoras donde se replica formando nuevas
copias.
Como células hospedadores se suelen utilizar bacterias.
Aplicaciones en medicina:




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Producción de sustancias con efectos terapéuticos: hormonas, enzimas, v acunas recombinantes (son más
seguras que las habituales) y anticuerpos.
Diagnosis de enfermedades hereditarias.
Identificación de genes humanos específicos.
Terapia génica.: a grandes rasgos consiste en reemplazar en las células un gen defectuoso, causante de una
enfermedad, por un gen normal. Realizar tal cambio en todas las células de una persona es imposible, de
ahí que la mayoría de los ensayos, que en este campo se siguen realizando, introducen genes sanos en un
tipo de células seleccionado.
Terapia antisentido, consistente en introducir cadenas cortas de ADN sintético que se unen a los tránscritos
de ARNm de genes mutantes, impidiendo su traducción.
Aplicaciones en agricultura.
La agricultura ha pretendido, a lo largo de la historia, obtener plantas cultivables, cuyos rendimientos sean
excelentes. Para ello, ya desde antiguo, se sirvió de los procesos de selección génica que, mediante cruces entre los
individuos portadores de alguna característica interesante, después se seleccionaban las plantas más adecuadas y se
multiplicaban asexualmente, formando clones de ellas.
En las últimas décadas la aplicación de los conocimientos de Ingeniería Genética están proporcionando
resultados espectaculares, obteniéndose las plantas transgénicas, es decir, plantas a las que se ha introducido ADN
recombinante y que lo han incorporado a su genoma de forma estable.
Entre los principales caracteres que se han transferido a vegetales merecen destacarse:
 Resistencia a herbicidas, a insectos y a enfermedades microbianas.
 Incremento del rendimiento fotosintético.
 Mejora en la calidad de los productos agrícolas.
 Síntesis de productos de interés comercial. Existen ya plantas transgénícas que producen anticuerpos
animales (a veces se les llama "planticuerpos"), interferón (antivírico, fundamentalmente), e incluso
elementos de un políéster destinado a la fabricación de plásticos biodegradables.
 Asimilación de nitrógeno atmosférico. Aunque aún no hay resultados, se ensaya la incorporación de un gen
existente en los microorganismos fijadores de nitrógeno, que permitiría a las plantas que hospedasen dicho
gen, crecer sin necesidad de abonos nitrogenados.
Aplicaciones en animales.
Los animales transgénicos se obtienen introduciendo los genes donados mediante microinyección en óvulos
fecundados, principalmente.
Los ensayos en animales se han ido haciendo cada vez más frecuentes con los siguientes objetivos:
 Favorecer la investigación bíomédíca .
 Mejorar la productividad o la resistencia a las enfermedades de animales de utilidad para la humanidad.
 Producción de proteínas de valor farmacológico.
Clonación
La clonación (derivado del griego, que significa "retoño") puede definirse como el proceso por el que se
consiguen copias idénticas de un organismo, célula o molécula.
Clonación molecular.
Denominada también clonación génica, consiste en la formación de múltiples copias de un determinado
fragmento de ADN mediante el poder replicativo de organismos vivos, utilizando la ingeniería genética.
Clonación celular.
Clonar una célula consiste en formar un grupo de ellas a partir de una sola. En el caso de organismos
unicelulares como bacterias y levaduras, este proceso es muy sencillo, y sólo requiere la inoculación de los
productos adecuados.
Sin embargo, en el caso de cultivos de células en organismos multicelulares, la clonación de las células es
una tarea difícil, ya que estas células necesitan unas condiciones del medio muy específicas. Así, se podrían obtener
a partir de un individuo tejidos y órganos que no tendrían ningún rechazo.
Clonación de organismos.
Cualquier célula de un ser adulto puede servir para obtener un nuevo ser vivo de las mismas características,
ya que tiene en su ADN la información de cómo es y cómo se desarrolla ese determinado organismo. Se trataría de
tomar una célula cualquiera, exceptuando las células reproductoras que tienen una dotación incompleta, y conseguir
que esa información se exprese, se ponga en funcionamiento y nos produzca otro ser. Clonar consistiría por tanto en
reprogramar una célula somática para que empiece el programa embrionario.
Hay que hacerlo de forma asexual. La reproducción sexual no nos permite obtener copias idénticas, ya que
este tipo de reproducción por su misma naturaleza genera diversidad.
Células madre.
Las células madre o troncales son unas células indiferenciadas capaces de reproducirse indefinidamente sin
perder sus propiedades y originar células especializadas de los tejidos.
Existen varias clases de células madre:
 Células madre embrionarias. Son fáciles de obtener pero plantean problemas éticos.
 Células madre adultas. Están en cada tejido, son muy escasas y difíciles de aislar, y solo pueden formar
células de ese tejido.
 Células madre pluripotenciales inducidas (CMPI). Se obtienen a partir de células adultas de un individuo a
las que se les administra unos genes activos de las células embrionarias y por ello se pueden diferenciar en
cualquier tejido. El inconveniente actual es que tienden a volverse cancerígenas.
El estudio del genoma humano.
Dadas las aplicaciones médicas que podía reportar el conocimiento del genoma humano, en 1989 se decidió
aunar los esfuerzos y surgió el Proyecto Genoma Humano. En él se repartió la tarea de conocer el ADN de la
especie humana entre los científicos de todo el mundo proponiendo una fecha para su finalización: el año 2005 (al
final por diversos avances se acabó en el 2003). Los 100.000 genes previstos se quedaron en unos 23.000.
Se pretendió con ello crear una genoteca o biblioteca de los genes humanos, de la misma manera que
existían ya de numerosos organismos.
La investigación en el Proyecto Genoma necesitó:
 Confección de mapas cromosómicos que nos indican la posición relativa de unos genes con otros en cada
cromosoma
 Dentro de cada gen, conocer la sucesión de bases nitrogenadas. Actualmente esta parte es rutinaria y sólo
presenta dificultades en el tiempo que se requiere y en el coste económico que ello supone.
El actual reto es el Proyecto Proteonoma Humano que consistiría en conocer que sustancias se fabrican con
cada uno de los 23.000 genes y sería cuando se podrían tener aplicaciones prácticas de ese conocimiento.