bloque 2: del descubrimiento de los ácidos

BLOQUE 2: DEL DESCUBRIMIENTO DE LOS ÁCIDOS NUCLEICOS A LA BIOTECNOLOGÍA
1. UN POCO DE HISTORIA DEL DESCUBRIMIENTO DEL ADN
2. COMPOSICIÓN DE LOS ÁCIDOS NUCLEICOS
3. ADN: COMPOSICIÓN, ESTRUCTURA Y FUNCIÓN
4. ARN: COMPOSICIÓN, ESTRUCTURA Y FUNCIÓN
5. REPLICACIÓN DEL ADN
6. EL CÓDIGO GENÉTICO
7. CÓMO FORMAMOS NUESTRAS PROTEÍNAS: REPLICACIÓN Y TRANSCRIPCIÓN
8.INGENIERÍA GENÉTICA Y BIOTECNOLOGÍA. APLICACIONES DE ESTAS TÉCNICAS
1. UN POCO DE HISTORIA DEL DESCUBRIMIENTO DEL ADN
La química de la herencia comienza en 1869 cuando se descubre que en el núcleo de las células existía una
sustancia que se denominó nucleina y a la que más tarde se denominaría ADN (ácido desoxirribonucleico).
Durante mucho tiempo se creyó que los genes (contenedores de la información genética) debían ser proteínas, que
eran mucho más complejas y variadas que las simples moléculas de ADN, compuestas, como estudiaremos a
continuación, por cuatro tipos de bases, fósforo y un azúcar. Algunos científicos se aferraban a la idea de que como
los genes controlaban procesos complejos, debían ser también moléculas complejas.
La primera prueba de que los genes estaban formados por ADN proceden de los experimentos de transformación
bacteriana realizados por F. Griffith en 1928, momento fundamental en la historia de la biología.
Griffith comprobó que una cepa bacteriana que era
inocua cuando se inyectaba en ratones, se
transformaba en una cepa virulenta, capaz de
provocar la muerte de estos si previamente ha
estado en contacto con bacterias virulentas muertas
y destruidas por calor.
Posteriormente en 1944, identificaron que el factor
transformante descubierto por Griffith era el ADN.
Sin embargo, una buena parte de la comunidad
científica permaneció escéptica y hubo que esperar
hasta 1952 confirmaron de manera irrefutable que
era el ADN y no las proteínas, la molécula
portadora de la información genética.
Una vez conocida la naturaleza química del gen, se
planteó la necesidad de descubrir la naturaleza
molecular del ADN.
Esta nueva etapa de la investigación sobre el ADN
comenzó en los años 50, con científicos a ambos
lados del océano Atlántico.
En 1951 una cristalógrafa de rayos x de 31 años
hizo una ponencia en la que sugería que el ADN
podía ser una gran hélice.
Su nombre era Rosalind Franklin y trabajaba en el King´s Collage de Londres. Sus comentarios procedían de ideas
que habían surgido mientras observaba fotos de rayos x tomadas de cristales de ADN. Estaba convencida de que las
unidades de azúcar y de fosfatos formaban la columna vertebral del ADN que se encuentra en la faceta externa de la
molécula. Este hallazgo no fue casual, sino que Franklin demostró su habilidad para obtener las mejores
imágenes y para interpretarlas certeramente en la investigación de otros objetos, como la estructura del grafito o la
del virus del mosaico del tabaco. En la conferencia estaba presente el genetista estadounidense James Watson,
que acababa de llegar del Reino Unido y que trabajaba con Francis Crick en Cambridge. Los dos trabajaban duro
para darle sentido al ADN.
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En este momento, muchos científicos estaban convencidos
de que el ADN era una cadena que se envolvía sobre sí misma
como algún tipo de espiral. Por ejemplo, el químico
estadounidense Linus Pauling había sugerido que tenía tres
ramales entrelazados. Watson y Crick trabajaban juntos en su
laboratorio con modelos de todos los componentes del ADN,
intentando encontrar un modo de construir la molécula que diera
sentido a los datos. Por otro lado, Franklin estaba trabajando
mucho por su cuenta. No era fácil la vida para una mujer en el
mundo de la Ciencia y uno de los colegas de Franklin, Maurice
Wikins, no parecía estar en absoluto preparado para darle un
trato de igual a igual. Aún así, reconoció el valor de su trabajo e
hizo copias de sus fotos de rayos x (imagen de la izquierda),
copias que le enseñó un día a Watson. Cuando Watson vio las
fotografías de Franklin afirmó que ya estaba seguro: el ADN
tenía que ser una hélice.
Así mismo, colaboraron al descubrimiento de la estructura de la molécula de ADN los trabajos de Chargaff, que tras
analizar diferentes muestras de ADN procedentes de distintas especies animales, observo que salvo raras
excepciones poseían la misma cantidad de Adenina que de Timina y la misma de Citosina que Guanina
De vuelta al laboratorio Cavendish, Watson y Crick se centraron en la construcción de una hélice; y para el 7 de
marzo de 1953, encontraron la solución. El ADN era una doble hélice con dos ramales entrelazados entre sí. Esto
era compatible con los datos de los rayos x de Franklin y Chargaff
Actividad 1: Basándote en los experimentos de Griffith, ¿qué cabría esperar si a una cepa de neumococos
sensibles a la penicilina se le añade ADN procedente de otra cepa resistente a este antibiótico?
Actividad 2: Realiza un pequeño resumen en tu cuaderno de la historia del descubrimiento de la doble hélice de
ADN.
Actividad 3: ¿En qué manera colaboraron Chargaff y Franklin al descubrimiento de Watson y Crick?
DOCUMENTO 1: ROSALIND, LA HEROÍNA RELEGADA
José A. Lozano Teruel
Su pasión por la Ciencia le acompañó durante toda su breve y fructífera vida. En el verano de 1940, con 20 años,
en una carta dirigida a su padre, le decía: "La ciencia y la vida cotidiana no pueden ni deben separarse. La ciencia,
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para mí, me proporciona una explicación parcial de la vida, en tanto que se basa en los hechos, la experiencia y la
experimentación".
El 16 de abril de 1958, con 37 años de edad, murió Rosalind Elsie Franklin, menos de dos años después de ser
diagnosticada de un cáncer de ovarios. Por tanto, era imposible su asistencia personal a la ceremonia de concesión
del premio Nobel de Medicina de 1962 concedido por el descubrimiento de la estructura del ADN a los científicos
James Watson, Francis Crick y Maurice Wilkins. Sin embargo, los méritos de Rosalind para la concesión del Nobel
eran, como mínimo, semejantes a los de los galardonados. Pero nadie la recordó y solo en los últimos años se
asiste a un cierto movimiento de reconocimiento científico de su gran valía.
La estructura doble hélice del ADN, el material del que están hechos los genes, sin duda es uno de los más
grandes descubrimientos científicos jamás realizado y abrió las puertas a los grandes avances científicos actuales
de la Biología y la Genética molecular, con el nacimiento de una nueva era en las que parecen ilimitadas todas las
posibilidades biológicas imaginables. ¿Por qué ha sido Rosalind Elsie Franklin la gran olvidada?. ¿Por el machismo
de la época?. ¿Por su carácter, "demasiado" serio y responsable?
FORMACIÓN. Nacida en Londres, en 1920, a los 15 años decidió ser científica, en contra de la opinión paterna
opuesta a que una mujer tuviese una educación superior. Pero su voluntad decidida lograba conseguir la
graduación en Química, a los 21 años, en la prestigiosa Universidad de Cambridge. Sus excelentes estudios sobre
las microestructuras del carbón y del grafito fueron la base de su doctorado en química física, obtenido en esa
Universidad, en 1945.
Después de Cambridge, pasó tres años productivos (1947-1950) en París, en el Laboratoire de Services Chimiques
de L'Etat, donde aprendió las técnicas de la difracción de la radiografía. Y, en 1951, volvió a Inglaterra como
investigadora asociada en el laboratorio de Randall en el King's College de Londres. En ese laboratorio de Randall
otro investigador, Maurice Wilkins, llevaba largo tiempo trabajando en ADN, había tomado la primera fotografía
relativamente clara de su difracción cristalográfica, y no estaba dispuesto a la competencia interna. Por ello, a pesar
de que Rosalind estaba realizando unos excelentes análisis de difracción de rayos X de preparaciones de ADN,
Wilkins se empeñaba en tratarla como asistente y no como colega. Las discusiones entre ellos se hicieron famosas.
HECHOS. En la carta que Randall escribió a Rosalind a París, para invitarla a incorporarse al King´College decía:
"Después de una muy cuidadosa consideración y discusión con las gentes de mayor jerarquía ahora parece que
sería mucho mas importante para usted investigar la estructura de ciertas fibras biológicas … Gosling, en
colaboración con Wilkins, ha encontrado que las fibras de ácido desoxirribonucleico … proporcionan diagramas de
fibra verdaderamente buena". Por tanto el propósito inicial fue que Rosalind Franklin se dedicase al estudio de la
estructura del ADN.
A comienzos de los 50 tres grupos se dedicaban especialmente a intentar descubrir la estructura del ADN. En
Estados Unidos el de Linus Pauling, quien ya había sido laureado con el Nobel de química, por sus estudios sobre
la naturaleza del enlace químico y que lo sería después con el de la paz, por haber promovido y participado
activamente en una asociación de científicos en contra de las armas nucleares. Su modelo resultó ser
estructuralmente equivocado. Por otro lado estaba el King´College de Londres, cuyos análisis de difracción de
rayos X eran estáticos: ¿Donde estaba cada grupo de átomos y como estaban alineados?. Y el tercer grupo, en el
terreno de la biología funcional, fue Crick, en Cambridge quien más claramente entendió el problema de que el
dilema era dinámico: ¿Cómo la estructura podía facilitar precisión y la replicación de las moléculas y la perfecta
transmisión hereditaria?.
Recordemos unos hechos importantes. El primero es que Rosalind había obtenido una serie de imágenes de
difracción de rayos X, entre ellas la conocida como fotografía 51, de una muestra de ADN de la forma B, fotografía
que para los expertos es muy demostrativa de la existencia de una forma helicoidal de la molécula y de muchas de
sus características. Pues bien, a finales del mes de enero de 1953, con motivo de una visita de Watson al King´s,
Wilkins, inocentemente y sin el permiso de Rosalind, le mostró la fotografía. Pocas semanas después, el gran
científico Max Perutz también les enseñaba este material, sin el permiso de su autora, junto con otras
investigaciones, a Watson y Crick, quienes se percataron de su significado, lo que les ayudó, sin duda a perfilar sus
ideas previas.
El segundo hecho fue descubierto hace unos años por el también Nobel Aaron Klug, de origen sudafricano, quien
colaboró con Rosalind en otras investigaciones. Se trata de un manuscrito de la investigadora fechado el 17 de
marzo de 1953 que describía una estructura casi idéntica a la que un día después, el 18 de marzo, Watson y Crick
hacían llegar desde Cambridge al King´s londinense.
MISOGINIA. Según los recuerdos de quienes trabajaron con ella, Rosalind Franklin era reservada a la vez que
resuelta y poseía una gran firmeza de carácter y un profesionalismo científico minucioso. Anglo-judía, tenía una piel
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aceitunada, cabello espeso, oscuro y brillante, y ojos vivaces vistiéndose con sencillez, pulcritud y buen gusto. Para
muchos era apasionada en sus opiniones y argumentos. Se rebelaba al tener que sufrir la atmósfera de club
masculino del King's College donde existían costumbres como la de no permitir tomar café a las mujeres en las
salas reservadas para los hombres.
En su bestseller La doble hélice, James Watson hace gala de la irritante sensibilidad con la que suele juzgar a sus
semejantes refiriéndose a Franklin como "Rosy", con unas lentes apuntalados y unas medias azules,
preguntándose "cómo sería si se quitase las gafas e hiciese algo distinto con su cabello". Franklin en realidad
nunca usó medias de ese tipo ni se consideró postergada por el tema de la estructura del ADN. Continuó
trabajando sobre otros temas y mantuvo un posterior contacto científico permanente con Watson y con Crick. Por
ejemplo, en 1956, ya enferma, realizó un viaje por España con Crick y su esposa Odile. Y se sentía orgullosa de su
reputación mundial sobre temas de carbono y del virus del mosaico del tabaco, investigados por ella. Dado su
carácter realista y poco especulativo no pudo llegar a imaginar que algún día se la consideraría la heroína ignorada
del ADN ni que el King´s College le daría su nombre a uno de sus edificios donde se cultiva la mejor ciencia
Otros acontecimientos importantes en Genética
1954
Severo Ochoa descubre la enzima polinucleotido fosforilasa, capaz de sintetizar ARN a partir de nucleótidos de ARN,
que fue esencial para el descubrimiento del código genético, por este descubrimiento recibiría el premio Nobel en
de Fisiología y Medicina en 1959.
1956
Se descubre por primera vez la causa molecular de una enfermedad. En Cambridge observaron que la anemia
falciforme era causada por el cambio de un aminoácido en la hemoglobina, la molécula que lleva el oxígeno en la
sangre. Análisis posteriores revelaron la mutación molecular correspondiente, una letra en el código de ADN, que
correspondía con las predicciones del investigador.
1961-1966
Se descubren la forma en que se organizan las bases del ADN para producir aminoácidos. Su teoría es confirmada
en 1966 por Severo Ochoa y otros, quienes descifraron el código genético para cada uno de los 20 aminoácidos.
1970-1973
El nacimiento de la ingeniería genética. Científicos en diversas partes del mundo comienzan a experimentar
cortando y uniendo segmentos de ADN para realizar distintas combinaciones. Paul Berg y Herb Boyer produjeron las
primeras moléculas combinadas de ADN en 1972.
1975-1977
Comienzan los análisis al genoma. En Edimburgo, se inventa una prueba que comenzaría uno de los proyectos
más impresionantes en la medicina moderna: la secuenciación del genoma humano. La prueba se conoce como
"Southern Blotting" y permite que el investigador que trabaja con un segmente de ADN conozca el orden en el que
estaba dentro del genoma antes de que fuera fragmentado. Otros dos importantes descubrimientos se hicieron
entonces. En 1975, se lanza la industria de la biotecnología al descubrir proteínas que ayudan al sistema
inmunológico a descubrir invasores externos y aniquilarlos.
1984
Nacen las huellas genéticas. Un investigador inglés descubrió una forma de leer las huellas del ADN para cada
individuo, de esta forma las personas pueden ser identificadas con tan sólo una muestra de su ADN. Sus pruebas han
permitido avances en los estudios forenses, en la criminología y en pruebas para determinar la paternidad y la
descendencia.
1987
La primera oveja transgénica, es decir, diseñada genéticamente con genes para ciertas funciones específicas, es
creada por John Clark y un equipo de investigadores. En la leche de la oveja venía incluida una proteína humana.
1990
El Proyecto Genoma Humano es lanzado este año. El propósito era localizar cada gen en el genoma humano. En
1995, varios investigadores, completaron el primer genoma de un organismo vivo, la bacteria hemophilus
influenzae.
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1996
Nace Dolly la oveja, el primer mamífero adulto clonado. Ian Wilmut y sus colegas en el Instituto Roslin, se
encargaron de crearla.
1999-2001
Secuencian el primer cromosoma humano: el número 22. El primer ensayo del genoma humano es anunciado en
el año 2000 y otros genomas, de plantas y bacterias son secuenciados. En el 2001 nace la terapia genética donde
los fallos en los genomas de los pacientes son tratados con copias saludables de estos genes.
2002-2003
Nuevos genomas son secuenciados y se discute en el mundo sobre la "ética de la genética". Nuevas leyes son
creadas y argumentos sobre la clonación humana, los bebés diseñados genéticamente, los alimentos con sus
genomas modificados y el uso del ADN en las cortes de justicia, están siendo escritas en este momento. En este año,
varios bebés clonados han sido anunciados pero ninguno de sus genomas ha podido ser analizado. Dolly murió y ha
sido disecada y la terapia genética ha estado en pausa debido a la muerte de un joven de 18 años. Los científicos
han publicado el genoma humano y con sólo cincuenta años, la genética parece que sólo está comenzando a vivir.
Actividad 4: Realiza en un folio una escala temporal del siglo XX (según la distribución de años más conveniente
para reflejar todos los acontecimientos) y señala en ella todos los acontecimientos que hemos ido nombrando
anteriormente.
2. COMPOSICIÓN DE LOS ÁCIDOS NUCLEICOS
Cualquier ser vivo se parece a los de su misma especie porque hereda de sus progenitores un conjunto de
instrucciones o información genética, contenida en los cromosomas de sus células reproductoras que le dan origen.
Los cromosomas están constituidos por proteínas y ácidos nucleicos.
Hacia 1920, Levene comprobó que el ácido nucleico se podía fragmentar químicamente en tres componentes: un
grupo fosfato, un monosacárido de 5 átomos de carbono y una base nitrogenada.
Existen dos tipos de azúcares: ribosa y desoxirribosa.
Existen dos grupos de bases nitrogenadas:
• Bases púricas: Adenina (A), Guanina (G).
• Bases pirimidínicas: Citosina (C), Timina (T), uracilo (U).
Existen dos tipos de Ácido Nucleico según los elementos que los compongan (a parte de otras consideraciones):
• ADN: contiene exclusivamente, el azúcar desoxirribosa y una base nitrogenada característica, la timina.
• ARN: contiene exclusivamente, el azúcar ribosa y una base nitrogenada característica, el uracilo.
A partir de los estudios de Levene y otros posteriores, se concluye que las moléculas de ADN y ARN, están formadas
por unidades que se repetían un nº variable de veces, elevadísima en el caso del ADN y menos en el del ARN, son
los nucleótidos, formados cada uno de ellos, por una base nitrogenada, un azúcar y el ácidos fosfórico.
Actividad 5: Si existen todos estos componentes de los nucleótidos ¿dime cuantos nucleótidos distintos podemos
encontrar en los ácidos nucleicos?
3. ADN: COMPOSICIÓN, ESTRUCTURA Y FUNCIÓN
RIBOSA
DESOXIRRIBOSA
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El ADN está FORMADO por dos cadenas de
nucleótidos. Los NUCLEÓTIDOS son las
unidades y resultan de la combinación de un
ácido fosfórico, un azúcar la desoxirribosa y una base
nitrogenada que puede ser: Citosina, C, Guanina, G,
Adenina, A, y Timina, T.
La unión de los nucleótidos para formar el ácido
nucleico se realiza de forma que queda una cadena
formada por grupo fosfato-monosacárido-grupo
fosfato-monosacárido- … y de los lados de esta
cadena salen las bases nitrogenadas, enfrentándose
las dos cadenas y uniéndose a través de las bases
según una determinada ley de complementariedad y
mediante enlaces por puente de hidrógeno:
NUCELÓTIDO
La Adenina----con la Timina (2 enlaces)
La Citosina--- con la Guanina (3 enlaces)
Posteriormente, la doble hebra se enrosca sobre si misma formando la hélice de ADN.
En los modelos se simplifica y el eje fosfato-monosacárido, siempre igual, se representa mediante una línea de la que
parten las bases nitrogenadas representadas por su inicial.
A
T
T
C
G
G
T
C
C
G
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Su FUNCIÓN es aportar toda la información que necesita la célula para sobrevivir y para transmitirla a sus
descendientes.
Cuando la célula está desarrollando sus actividades, necesita realizar acciones cuyas instrucciones están en
alguna parte del ADN. Entonces esa parte del ADN se copia para formar una molécula de ARN, es el proceso
conocido como transcripción. Ese ARN sale del núcleo celular y en el citoplasma se utiliza para formar proteínas,
proceso de traducción. Las proteínas serán las que ejecuten la acción deseada.
Cuando la célula se divide en dos células, sus hijas tienen que tener copias completas de la molécula de ADN, por
eso la célula copia su molécula de ADN en el proceso conocido como replicación.
Actividad 6: El siguiente esquema muestra la secuencia de procesos conocida como el DOGMA CENTRAL DE LA
BIOLOGÍA MOLECULAR. Explícalo.
b
a
ADN
c
ARN
Polipéptido
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La ESTRUCTURA del ADN puede dividirse en varios niveles:
• La estructura primaria consiste en la formación de una larga cadena de nucleótidos. El eje de esta molécula es
igual en todos los ADN y está formado por la sucesión de desoxirribosa-fosfato. Las diferentes bases, adenina,
guanina, citosina y timina constituyen el elemento diferencial de cada ADN. El orden en que se distribuyen las
bases, es decir, la secuencia, determina la información que lleva el ADN.
• La estructura secundaria consiste en dos cadenas de nucleótidos, ambas cadenas permanecen unidas entre
sí por sus bases nitrogenadas. El conjunto de las dos cadenas se enrolla helicoidalmente por lo que recibe el
nombre de doble hélice. Las bases de una cadena se unen a las de la otra de una forma concreta, la adenina de
una cadena se une a la timina de la cadena de enfrente, mientras que la guanina se une a la citosina.
• La doble hélice sufre un enrollamiento cada vez mayor, son los distintos niveles de empaquetamiento del ADN.
Tienen que darse para que las células puedan almacenar grandes cantidades de ADN en un volumen reducido
(introducir en el núcleo celular, de unos 2 nanómetros (2 10 -9 metros), una molécula de un metro de largo). EL
ADN puede presentar dos estados de empaquetamiento o condensación en la célula:
o Cuando la célula está en reposo, el ADN se une a proteínas para formar la estructura, no muy
condensada, denominada cromatina.
o Cuando la célula se va a dividir la cromatina se condensa en gruesas fibras que se giran
helicoidalmente hasta formar los cromosomas.
o Los cromosomas tienen una morfología determinada y están en un nº característico para cada
especie, siendo la mayor parte diploides.
ANIMACIÓN ADN
http://www.sumanasinc.com/we
bcontent/animations/molecularbi
ology.html
ACTIVIDAD 1: HACIENDO UN MODELO DE ADN
Objetivo: conocer las unidades básicas que forman la molécula de ADN y entender cómo se lleva a cabo la unión
complementaria delas dos hebras de la molécula a través de sus bases nitrogenadas.
Materiales:
• Tijeras
• Cinta adhesiva
• Cartulina rígida
•
•
Cartulina de diferentes colores
Pegamento o chinchetas
Procedimiento:
1. Recorta el fosfato , desoxirribosa y las distintas bases nitrogenadas, que vienen abajo. Pégalas en la
cartulina rígida y recórtalos.
2. Entonces utiliza estos moldes para hacer los modelos de construcción sobre las cartulinas de
3.
colores. Recorta 20 grupos fosfato y desoxirribosas, y 5 de cada una de las bases nitrogenadas. Usa
diferente color para cada una de las moléculas en papel. Ponle el nombre a cada base nitrogenada con su
abreviatura.
Realiza un nucleótido modelo con un grupo fosfato, una desoxirribosa y una base nitrogenada, según
la figura 5. Une las partes con pequeñas piezas de papel trasparente. Prepara los 20 nucleótidos. Asegúrate
de unir cada parte de la molécula en su correcto ángulo, de otra manera tu molécula de ADN no encajará
correctamente
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4. Recuerda que las bases se unen de una manera única, A con T y C con G. Estas se unen entre sí
5.
6.
mediante puentes de hidrógeno.
Estudia la figura 6 para ver como se unen las bases nitrogenadas en un segmento de ADN. Entonces
construye 10 peldaños con los nucleótidos que has ido realizando, colocándolos por parejas según su
complementariedad. Usa pequeñas piezas de cinta para unirlos. Los peldaños de tu escalera deben tener la
misma longitud. Los nucleótidos de cada hebra pueden tener cualquier secuencia siempre que cumpla la ley
de complementariedad de bases. Une la desoxirribosa y el fosfato de cada hebra con cinta.
La figura 7 muestra un modelo de secuencia de AND, como debería quedarte. Una vez que tu hayas
realizado la tuya, dibuja la secuencia de las que tu has realizado.
ANOTA AQUÍ TU
SECUENCIA DE ADN:
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4. ARN: COMPOSICIÓN, ESTRUCTURA Y FUNCIÓN
De los dos tipos de ácidos nucleicos, el ARN es el más sencillo y el que parece ser que primero apareció
en la evolución de las células primitivas.
La COMPOSICIÓN del ácido ribonucleico o ARN, es la de una cadena que surge de la unión de
nucleótidos formados por un ácido fosfórico, una ribosa y una de las cuatro bases nitrogenadas
siguientes; adenina, guanina, citosina y uracilo.
La FUNCIÓN del ARN consiste en transmitir la información genética del ADN a otras partes de la
célula, para que sea ejecutada. Intervienen, por tanto, en los procesos de transcripción y traducción.
Se conocen los siguientes TIPOS DE ARN:
• El ARN mensajero (ARN m) está formado por una cadena de nucleótidos de aspecto filamentoso. El nombre
de mensajero hace referencia a la función que realiza, transporta la información desde el núcleo al
citoplasma para que se utilice en la síntesis de proteínas. Un ARNm es una cadena que ha surgido de
copiar un fragmento de ADN que tiene información para formar una proteína, es decir un gen. Este copiado
se hace de manera complementaria, teniendo en cuenta que en esta molécula no hay timina sino uracilo.
El ARNm de los procariotas toda la secuencia se va a traducir a proteína. En los eucariotas, sin embargo, se
forma un ADN con secuencias que se traducirán en proteínas (exones) y otras que no (intrones). Estas últimas
son eliminadas
exón
intrón
ARNm maduro
•
El ARN ribosómico o ARNr son moléculas que se unen a una serie de proteínas para formar los ribosomas.
Estos poseen una estructura acanalada con espacios capaces de albergar simultáneamente a una molécula
de ARN mensajero y a aminoácidos unidos a sus correspondientes ARN transferentes.
Sitio ARNm
2 sitios ARNt-aminoácido
•
El ARN transferente o ARN t se compone de pequeñas moléculas que se unen de forma específica a un tipo
de aminoácido. Su función es la de aportar los aminoácidos necesarios para la síntesis de proteínas en el
orden que determine el ARNm.
5. REPLICACIÓN DEL ADN
Para la reproducción celular es necesario que las 2 células hijas obtengan toda la información genética de la madre,
por lo que deben sacarse dos copias del ADN original. El proceso mediante el que se consiguen las dos copias es la
duplicación o replicación del ADN.
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1.
2.
3.
En primer lugar actúa un enzima rompiendo los
puentes de hidrógeno que mantenían unidas las dos
cadenas, ABRIENDO LA DOBLE HÉLICE. Al
desenrollarse se generan tensiones debido a la torsión
de las dos hebras, para relajar este enrollamiento
actúan enzimas específicas.
El enzima que realiza la síntesis de ADN, la ADN
polimerasa, es incapaz de empezar a añadirlos desde
cero, antes tiene que haber un primer nucleótido. La
ARN polimerasa sí es capaz y es la que EMPIEZA la
SÍNTESIS fabricando un fragmento cortito de ARN
llamado primer o cebador.
La SÍNTESIS DE LAS DOS NUEVAS CADENAS DE
ADN la realiza la enzima ADN polimerasa. Recorre la
cadena de ADN ya desenrollada y selecciona el
desoxirribonucleótido complementario al de la otra
cadena molde. Esta enzima sólo puede añadir
nucleótidos en sentido 5’  3’, entonces en una de las
cadenas añadirá continuamente nucleótidos en este
sentido. En la cadena complementaria el proceso es
más complejo. La ARN pol sintetizará un primer cada
mil nucleótidos y entonces la ADN pol podrá añadir
nucleótidos en sentido 5’  3’ desde el segundo
primer hasta el primero. Este proceso es más lento
por realizarse en pasos, a cada uno de los
fragmentos se les llama fragmentos de Okazaki.
4.
5.
La ADN pol reconoce los fragmentos de ARN,
primers, y los sustituye por ADN.
Las enzimas ligasas unen los fragmentos de ADN
entre sí.
Al final se debería obtener dos copias exactamente iguales, pero en todo proceso hay errores. Existen SISTEMAS
ENZIMÁTICOS CORRECTORES capaces de detectar los errores, eliminar los nucleótidos defectuosos y sustituirlos
por los correctos.
Aunque el sistema corrector es muy eficaz (la ADN pol comete un error cada 107 de bases y existen sistemas
correctores de la ADN pol), se siguen produciendo errores que se conocen como mutaciones. La molécula de ADN
de un ser vivo ha demostrado ser eficaz a lo largo de millones de años, cualquier variación probablemente sea
perjudicial, pero las mutaciones que han supuesto cambios favorables han sido el motor de la evolución.
DOCUMENTO 2: PARAR EL “EL RELOJ” CELULAR Y FRENAR EL ENVEJECIMIENTO
En el extremo del cromosoma hay una clave del deterioro asociado a la edad
En efecto, el envejecimiento del cuerpo se refleja en sus células. Y las investigaciones han demostrado que las
células generadas más tarde en la vida de un organismo son diferentes de las células del mismo cuando este era
más joven. Es como si hubiera un reloj en el ADN que marca los años, días, horas y minutos.
Ahora parece que los científicos han encontrado este reloj, lo que abre la posibilidad de invertir algún día el
envejecimiento de todo el cuerpo mediante la manipulación genética. Los científicos dicen que, como mínimo,
pretenden tratar algunas enfermedades específicas del envejecimiento, como los problemas cardiovasculares, con
los instrumentos que desarrollen basándose en este nuevo conocimiento molecular.
Hace casi 40 años , empezaron a aparecer pistas de que las células humanas tenían un reloj interno que les
impedía de alguna forma dividirse pasado cierto punto. Leonard Hayflick, del Instituto de Filadelfia, demostró en los
años sesenta que, en cultivo, las células humanas solo podían duplicarse unas 50 veces antes de entrar en una
fase de la vida llamada senectud en la que no morirían, pero tampoco se dividían.
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Harley y dos colegas suyos descubrieron en 1990 que, cada vez que se divide una célula, sus cromosomas se
vuelven un poco más cortos. La parte que se encoge es un “tope del cromosoma” especializado, como la punta
de un cordón de zapato. El tope se llama telómero, del griego telos, final y meros, parte.
A primera vista, la razón del acortamiento parece circunstancial, una simple consecuencia del hecho de que
cada vez que se divide, la célula tiene que duplicar su ADN. Pero el motor de la replicación, una enzima, no
puede copiar las últimos 50 nucleótidos (más o menos). Pero la imposibilidad de copiarse de ese poquito de
ADN, repetida 50 generaciones, parece tener repercusiones importantes: cuando los telómeros no alcanzan una
determinada longitud crítica, las células dejan de dividirse.
El estudio de las células cancerosas aporta la prueba más convincente. Una característica de estas células es su
capacidad de dividirse indefinidamente, ya sea en cultivo o en el cuerpo. De modo que, si los científicos
pudieran demostrar que las células cancerosas evitan que sus telómeros se acorten, la hipótesis del
envejecimiento basada en los telómeros se vería enormemente reforzada. En 1989, Gregg morin, de la
Universidad de California en Davis, lo demostró en las células cancerosas en cultivo. Las células producían una
enzima rara llamada telomerasa, cuya única función era reparar el encogimiento causado por la maquinaria de
la replicación.
Después los científicos demostraron que el acortamiento del telómero, son el hilo que mide la resistencia de
nuestros tejidos y la duración de la vida.
Pero si alargar los telómeros pueden llevar al cáncer ¿no representaría eso unos riesgos inaceptables?.
Según Harley, lo que, en definitiva buscan los investigadores de Geron y de otras universidades no es una fuente
celular de la juventud. “No aspiramos a prolongar la vida del individuo”, dice, “sino a añadir años más sanos
y libres de enfermedades a la vida de esa persona”.
2º bach. Editex
Contesta a las siguientes cuestiones:
1. ¿Por qué las células no pueden dividirse más de 50 veces?
2. ¿Qué contienen la células cancerosas que les hace inmortales, pudiéndose dividir indefinidamente?
3. ¿Qué ventajas y qué riesgos proporcionaría el que se pudiera controlar el proceso de envejecimiento celular?
6. EL CÓDIGO GENÉTICO
Para que un sistema funcione las partes que lo constituyen tienen que actuar de forma coordinada. La información
sobre qué reacciones se tienen que producir en la célula la tiene el ADN, pero las moléculas que controlan las
reacciones químicas son las enzimas, un tipo de proteínas. Debe existir un código que permita trasladar las órdenes
del ADN a las proteínas.
El ALFABETO DEL ADN contiene sólo cuatro letras, las cuatro bases nitrogenadas, pero como las moléculas de
ADN están formadas de infinidad de nucleótidos las posibilidades de formar diferentes mensajes son casi infinitas
(tres mil millones de nucleótidos, 3 109 en cada cadena del ADN humano, luego las posibilidades son de 4 3.000.000.000).
El ALFABETO DE LAS PROTEÍNAS tiene veinte unidades distintas, los veinte aminoácidos.
Luego para pasar del lenguaje del ADN al de las proteínas se necesitan como mínimo veinte signos diferentes. Si se
utilizase un nucleótido para designar a un aminoácido sólo se podrían especificar cuatro aminoácidos. En el caso
de que se utilizasen combinaciones de dos nucleótidos se podrían especificar dieciséis aminoácidos. Son
agrupaciones de tres nucleótidos las que codifican para un aminoácido. Las BASES DEL ADN SE AGRUPAN en
TRIPLETES o codones. Es posible establecer 64 combinaciones diferentes (4 3 = 64). por lo que en muchos casos
varias secuencias codifican para un sólo aminoácido, también hay tripletes que son de terminación.
La AGRUPACIÓN DE TRIPLETES forma “frases”, GENES que son secuencias que contienen la información
necesaria para formar una proteína.
Actividad 7: Teniendo en cuenta el cuadro del código genético estudiado anteriormente, responde a las siguientes
cuestiones:
a) En un segmento de ADN la secuencia de bases es 3’ TACAAGTTTGGTTACTTGC5’ ¿Cuál sería la secuencia de
bases en la cadena de ARNm?
b) Si se tiene el siguiente péptido: arg-lys-pro-met y se sabe que las moléculas de ARNt empleadas en su síntesis
tiene los siguientes anticodones:
3’-GGU-5’; 3’-GCU-5; 3’-UUU5’; 3’-UAC5’
c) Determina la secuencia de nucleótidos del ADN para la cadena molde del gen que codifica este péptido
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Actividad 8: La siguiente secuencia polinucleotídica corresponde a un fragmento del inicio de un gen de una cepa
bacteriana:
3' TACAATTCCCGGGCAACACAC 5'
a) Escriba la secuencia de bases del ARN mensajero que se puede sintetizar e indique su polaridad
b) ¿Cuál es el número máximo de aminoácidos que puede codificar este fragmento?
c) Si se detectara una variante de la cepa que produjera un polipéptido de cinco aminoácidos, ¿cómo pudo producirse
la variante?
7. CÓMO FORMAMOS NUESTRAS PROTEÍNAS: REPLICACIÓN Y TRANSCRIPCIÓN
El proceso se da en dos pasos:
1. – Transcripción
En este proceso se copia una parte del ADN en forma de ARNm. De esta forma esa información puede salir del
núcleo al citoplasma.
1. En primer lugar actúa un enzima rompiendo los puentes de hidrógeno que mantenían unidas las dos cadenas,
ABRIENDO LA DOBLE HÉLICE por la zona donde esta el gen. El gen es el fragmento de ADN que tiene la
información que se necesita para formar la proteína. .
2. La ARN polimerasa EMPIEZA la SÍNTESIS fabricando una molécula de ARN llamado ARNm. Esta enzima
selecciona el ribonucleótido complementario al de la otra cadena molde que sigue las mismas reglas que en el
ADN excepto que cuando en el ADN haya A en el ARN se pondrá U en lugar de T. Esta enzima sólo puede añadir
nucleótidos en sentido 5’  3’.
3. Cuando aparecen determinadas secuencias en el ADN se produce la Terminación de la transcripción.
Inmediatamente después este ARNm inmaduro sufre un proceso de MADURACIÓN que consiste en eliminar las
secuencias intrónicas dejando unidos los exones. Al ARNm que surge se le llama ARNm maduro.
ANIMACIONES: TRANSCRIPCIÓN
1 y TRANSCRIPCION 2
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2.- Traducción
Traducir es utilizar el ARNm para fabricar una proteína. Este proceso se da en el citoplasma celular.
1. En la INICIACIÓN la subunidad menor del ribosoma se une con el ARN m. Llega el primer ARNt llevará la
secuencia complementaria de AUG, el UAC y el aminoácido que este triplete codifica, la metionina. Todas las
proteínas recién sintetizadas tienen en su extremo una metionina, que en muchos casos es posteriormente
eliminada. Después llega la subunidad mayor del ribosoma, que se acopla y forma un ribosoma completo. En él
aparecen dos sitios de unión, el sitio P queda ocupado por el ARNt-met, y el sitio A queda libre para recibir a
una ARNt que tenga la secuencia complementaria al siguiente triplete del ARNm.
2. En el ALARGAMIENTO O ELONGACIÓN DE LA CADENA POLIPEPTÍDICA la metionina rompe su enlace con
el ARNt y se una al aminoácido que estaba situado en el sitio A. El ARNt del sitio P es eliminado. La molécula de
Met-aa2 pasa al sitio P manteniéndose unido al ARNt que llegó en segundo lugar. El sitio A queda vacío e
inmediatamente es ocupado por un tercer ARN t cuyo anticodón tiene una secuencia complementaria al siguiente
codón del ARNm y que esta unido al aminoácido correspondiente. El dipéptido se separa de su ARN t y se une a
este tercer aminoácido formando un tripéptido que ocupa el sitio A. La secuencia de acontecimientos ya
explicada, se vuelve a repetir.
3. La TERMINACIÓN de la síntesis de la cadena polipeptídica se produce cuando aparece en el sitio A la
secuencia de terminación.
ANIMACIÓN: TRADUCCIÓN.
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ACTIVIDAD 3: CONSTRUCCIÓN DE MODELOS SIMPLIFICADOS QUE REPRODUZCAN , LA
TRANSCRIPCIÓN Y LA TRADUCCIÓN
OBJETIVO:
Intentar reproducir, mediante modelos manuales, el proceso mediante el cual se expresan los genes:
Transcripción y traducción.
MATERIALES:
• Cartón
• Cartulinas de colores
• Cello, Pegamento y tijeras
PROCEDIMIENTO:
1. Construye con los modelos y sus medidas que tienes más abajo, un molde en cartón de un
nucleótido, un aminoácido y un ARN de transferencia.
2. A continuación construye en cartulina:
a. 9 piezas del tipo a, en amarillo.
f. 3 piezas de ARN de transferencia,
pieza 1,2 y 3 (naranja, azul claro y
b. 5 piezas del tipo a, en rojo.
verde claro)
c. 4 piezas como a, en verde.
g. 3 piezas de aminoácidos ( morado,
d. 6 piezas como a, en morado.
verde y naranja)
e. 3 piezas como a, en azul intenso.
3. Con los nucleótidos de A, C, G y T se construye la doble hebra de ADN, según la secuencia que se indica
en la figura b. Si se toma como referencia o molde únicamente la cadena 1 de la doble hélice se puede
construir una cadena de ARNm con los ribonucleótidos de A, C, G y U; para ello se debe tener en cuenta la
complementariedad de bases. A continuación el ARNm transcrito se utiliza como referencia para la
biosíntesis de las proteínas, dibujo c.
4. A continuación se coloca la pieza 1, que va unida a su correspondiente aminoácido aa 1, y cuyo anticodón es
complementario al primer triplete del ARNm.
5. En segundo lugar se coloca la pieza 2, con su correspondiente aminoácido aa2, que quedará adosado al aa1;
entonces la pieza 1 se retira sin el aa1.
6. En tercer lugar se encaja la pieza 3, con el aa 3, y el tramo aa1-aa2 quedará unido al aa3; se retira la pieza 3 sin
su aminoácido y el proceso continúa sucesivamente hasta finalizar la lectura del ARNm.
Después de realizar el modelo, contesta a las siguientes cuestiones:
1. ¿Cómo se llama el primer triplete del ARNm y qué aminoácido codifica? ¿Qué nombre recibe la molécula
representada por la pieza 1 del modelo?
2. ¿Cuál es la secuencia de aminoácidos del tripéptido que se ha formado?
3. ¿Qué secuencia de aminoácidos se obtendría si el ADN sufriera una mutación en el triplete 3, cambiando una G
por una A?
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8. INGENIERÍA GENÉTICA Y BIOTECNOLOGÍA. APLICACIONES DE ESTAS TÉCNICAS
La Biotecnología consiste en utilizar a los microorganismos con alguna finalidad industrial, médica, etc. Los
seres humanos desde siempre han utilizado la biotecnología, por ejemplo las fermentaciones son procesos realizados
por microorganismos.
Pero en la actualidad ha surgido una nueva biotecnología que utiliza las técnicas de ingeniería genética, que
permite manipular el ADN de los seres vivos.
1.- INGENIERÍA GENÉTICA
Comprende el conjunto de técnicas que permiten introducir o quitar genes del genoma de un individuo. El
objetivo es que esos organismos expresen la proteína codificada por el gen y así adquieran alguna característica
nueva.
En función del objetivo que se persigue con estas técnicas distinguimos:
1. Tecnologías encaminadas a obtener la proteína que fabrica un gen.
Un caso es el de la insulina humana, está proteína falta en diabéticos a los que hay que administrársela. La que se
podía obtener del páncreas de cadáveres humanos era una cantidad insuficiente, entonces se les administraba
insulina de cerdo que no era exactamente igual y que era cara. El proceso se abarató cuando se consiguió meter el
gen de la insulina humana a bacterias y hacer que éstas fabricaran la proteína.
Un proceso de este tipo sigue los pasos que a continuación se describen:
• Primero se corta el fragmento de ADN que queremos manipular. Para ellos se utiliza un tipo especial de enzimas,
las enzimas de restricción o restrictasas. Estas enzimas cortan el ADN dejando en sus extremos una de las dos
hebras de la doble hélice libre, estas hebras sólo se podrán unir a otros fragmentos de ADN que hayan sido
cortados por el mismo tipo de restrictasa.
• Después hay que insertar el trozo de ADN de interés en otro fragmento más grande que es muchos casos es un
anillo de ADN bacteriano llamado plásmido. Se corta el plásmido con la misma restrictasa que el gen de interés y
al poner ambos en contacto muchos plásmidos cogerán ese nuevo gen. En el plásmido se suelen incluir otros
genes como por ejemplo uno que confiera resistencia a antibióticos.
• El plásmido con el fragmento de interés se introducirá dentro de determinado tipo de células, a las que
llamaremos células hospedadoras. Las técnicas para realizar este proceso son muy variadas, en unos casos las
propias bacterias son capaces de cogerlo del medio, en otros se les dispara con micropistolas, también se utilizan
virus, …
• No todas las células captan ese fragmento por eso hay que seleccionar las células hospedadoras. Por ejemplo
si el plásmido tenía un gen de resistencia a antibióticos, se pone a las células en cultivo, se les añade al
antibiótico y las que sobrevivan es que han cogido el plásmido.
• Las células hospedadoras se cultivan en condiciones óptimas y su número crece exponencialmente y con
ello las copias del gen de interés.
ACTIVIDAD 4: JUGANDO A INGENIEROS GENÉTICOS
OBJETIVOS:
Mediante una simulación, se construirá un ADN RECOMBINANTE, utilizando un plásmido de una bacteria y un gen
de interés que interese insertar.
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Se pondrán en práctica los conocimientos adquiridos sobre las técnicas de
Actuación de las enzimas de restricción.
MATERIALES:
Fotocopias con ADN del plásmido (figura 1)
Fotocopias con ADN que contenga el gen que codifica la hormona del crecimiento.(figura 2)
Fotocopia con distintos enzimas de restricción (figura 3)
Fotocopia con dibujos de bacterias para rellenar con el plásmido resultante (figura 4)
Fotocopia con el medio y el antibiótico para poner en las cajas Petri donde crecerán las bacterias (figura 5)
Varios modelos para simular las enzimas ADN- ligasas. (clip, cinta adhesiva, etc), Cajas de Petri
INSTRUCCIONES:
1. Recortar los trozos de ADN del plásmido y unirlos con cinta adhesiva para formar una estructura circular que
simule el plásmido, recórtalas y pégalas en el orden que quieras. Fotocopia 1.
2. Haz lo mismo con el ADN celular que contiene el gen de la hormona del crecimiento. Une los distintos trozos
pero no lo cierres, en este caso pégalos en el orden que los has recortado. Fotocopia 2
3. Recorta los diferentes enzimas de restricción. Fotocopia 3.
4. Desliza ahora las enzimas de restricción en paralelo sobre el ADN del plásmido, hasta que encuentres los
lugares en los que coincida la secuencia del plásmido con la secuencia reconocida por cada enzima. Figura 6
Figura 6
•
•
Figura 7
Haz un diagrama en el que se representen los siguientes datos:
o lugares de actuación de cada enzima de restricción
o lugar de inicio de replicación del plásmido
o lugares de resistencia a antibióticos.
El diagrama debe quedar similar al de la figura 7.
Localiza del mismo modo, los lugares de restricción en el ADN de la célula donante que da el gen de
la hormona del crecimiento.
5.Selecciona la enzima adecuada. Recuerda que la enzima debe cumplir estas condiciones:
1. Que se consiga un fragmento de ADN que contenga entero el gen de la hormona del crecimiento.
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2. Que rompa el plásmido y se pueda obtener un fragmento que contenga el lugar de inicio de la
replicación y al menos un factor de resistencia a antibióticos.
6.Realiza las roturas apropiadas en el ADN celular y en el plásmido. Ayúdate del “coenzima rompedor” de las
enzimas de restricción, las tijeras. Ten en cuenta que no debes romper el gen que quieres transferir.
7.Traslada el fragmento del ADN celular que contiene el gen de la insulina al fragmento del plásmido seleccionado.
Figura 8
Une los fragmentos con una ADN-ligasa, pegamento. Ya tienes el plásmido recombinado. FIGURA 9
FIGURA 8
•
•
FIGURA 9
El siguiente paso sería introducir el plasmido en una bacteria para transformarla. Esto se consigue mediante
varios procesos físicos y químicos.
Por último, se preparan medios de cultivo para seleccionar las bacterias que has sido transformadas.
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FOTOCOPIA 1
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FOTOCOPIA 2
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FOTOCOPIA 3
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2.- Tecnología para obtener organismos transgénicos
Un organismo modificado genéticamente o transgénico es uno que lleva ADN extraño, insertado artificialmente.
Un ejemplo sería el maíz Bt, al que se le añadido el gen de una bacteria para que fabrique una molécula que mata a
la oruga que se lo come.
En el proceso se introduce el gen de interés en el cigoto, a medida que él se vaya dividiendo las células hijas irán
adquiriendo ese gen. Sería una locura intentar introducir el gen de interés en las células de un organismo pluricelular
una por una.
Para obtener plantas transgénicas se ha utilizado como vector la bacteria Agrobacterium tumefaciens. Esta
bacteria tiene la capacidad de insertar genes en las plantas a las que parasita y crear tumores en ellas. Se han
eliminados los genes capaces de producir tumores y se han sustituido por los genes de interés. Algunas plantas como
el arroz no son infectados por Agrobacterium, en estos casos se han utilizado técnicas que consisten en disparar
micropartículas recubiertas de ADN. Una vez se ha obtenido la planta transgénica se utiliza la reproducción
asexual para obtener nuevos descendientes.
Hay abiertas líneas de investigación para obtener animales transgénicos. El vector puede ser un virus o pueden
utilizarse técnicas de microinyección. Es una técnica poco eficaz, se tienen que hacer miles de ensayos para
obtener un transgénico (en un estudio para obtener una vaca transgénica necesitaron 30.000 embriones). El otro gran
problema es que cuando has obtenido un individuo tienes que reproducirlo sexualmente con otro. Como en la
reproducción sexual se combinan de otra forma los genes es posible que muchos de sus descendientes no presenten
la característica deseada. Por eso son tan interesantes económicamente las técnicas de clonación, que permiten
que los animales se reproduzcan asexualmente.
3.- Tecnologías para obtener clones de organismos
De esta forma podríamos sacar muchos individuos iguales a uno que tuviera una característica interesante, que
produjera mucha leche, por ejemplo.
Las técnicas consisten en aislar un óvulo de la especie deseada y eliminar su núcleo. Se extrae el ADN de una
célula cualquiera del individuo que queremos clonar, en el caso de la oveja Dolly fue de glándula mamaria. Ese
ADN se introduce en el óvulo sin ADN propio.
Se consigue que ese óvulo, sin ser fecundado se comporte como un cigoto y empiece a dividirse formado un
embrión. Se trata a ese embrión para que se transforme en un nuevo individuo. Si el individuo a clonar es un
mamífero se introduce en un útero.
El problema al que se enfrentan estas técnicas es que el ADN del individuo a clonar es tan viejo como él, ha sufrido
una serie de daños que hacen que el clon envejezca más rápidamente.
DOCUMENTO 2: LA OVEJA DOLLY
Extracto de El País, 24- febrero-1997)
UN EQUIPO DE CIENTÍFICOS DE EDIMBUGO LOGRA PRODUCIR LA PRIMERA OVEJA CLÓNICA
Científicos escoceses del Instituto Roslin de Edimburgo han logrado desarrollar, por primera vez, una oveja
clónica, tras extraer una célula de la ubre de una hembra de la especie y unirla con un óvulo con el que
inseminaron otra oveja. La oveja clónica, bautizada Dolly, es el primer animal de granja que nace de la
célula de otro adulto.
La clonación de un animal adulto, uno de los avances científicos más previstos y más temidos, permitirá en
teoría aplicar las mismas técnicas para tomar una célula de un humano adulto y usar su ADN para obtener una
persona genéticamente idéntica. Ello eleva el techo de los problemas éticos y filosóficos que se plantearán a partir
de ahora.
Lee Silver, biólogo de la Universidad de Princeton, afirma: “Es increíble. Básicamente significa que no hay
límites, y que toda la ciencia-ficción es verdadera. Habían dicho que esto nunca se llegaría a hacer, y helo aquí,
antes del año 2000”.
Silver resalta que, aunque equipos de científicos habían logrado crear animales genéticamente idénticos
mediante la división de sus embriones en una fase temprana de su desarrollo, nadie había clonado un animal a
partir de un adulto.
El éxito en la clonación de Dolly va a permitir el desarrollo provocado de enfermedades genéticas –tanto en
animales como humanas- para experimentar con fármacos, ya que el número de ejemplares iguales de un mismo
organismo que puede introducirse en un laboratorio es ilimitado, según Wilmut.
Según el profesor de biotecnología animal Neil First, la posibilidad de clonar animales de granja podría
significar un impacto en la industria mayor que la inseminación artificial en los años cincuenta, que revolucionó la
crianza. En efecto, el avance servirá a los ganaderos para producir a voluntad e ilimitadamente los animales que
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consideren más rentables, por resistencia y por capacidad productiva, apunta Ron James de la empresa
biotecnológica PPL, que comercializa los trabajos del instituto Roslin.
Lee el extracto del artículo y contesta a las siguientes cuestiones:
a. ¿Cuál es la principal novedad de este descubrimiento?
b. ¿Qué ventajas presenta de cara al futuro la clonación de este tipo?
c. ¿Qué malos usos de la misma se te ocurre que podrían llevarse a cabo en el futuro?
4.- Obtención de muchas copias de ADN mediante PCR
La tecnología de la reacción en cadena de la polimerasa, PCR, permite hacer rápidamente millones de copias de un
gen en un tubo de ensayo, sin necesidad de incluirlo en un ser vivo. Se utilizan mucho en investigación policial, si
han obtenido una pequeña muestra de ADN no se puede trabajar con ella. Esta técnica permite sacar muchas copias
y realizar las reacciones oportunas.
La PCR comienza cuando se introduce una pequeña muestra con el ADN de interés en un tubo de ensayo, lo
calientas con lo que consigues que las cadenas de la doble hélice se separen. En el tubo se ha añadido una ADN
polimerasa con lo que se copian las dos cadenas, también se tienen que introducir los primers para que la
polimerasa reconozca por donde tiene que empezar la reacción.
La doble hélice obtenida se vuelve a desnaturalizar por calor y se vuelve a copiar el fragmento. Los fragmentos se
duplican en cada ciclo por lo que es fácil obtener muchas copias rápidamente.
http://www.sumanasinc.com/webcontent/animations/molecularbiology.html
ACTIVIDAD 5: ¡UNA DE DETECTIVES!
D. Rafael de Villasanta y López del Castillo, Conde de Villasanta, había aparecido muerto, colgado del cinturón de la
bata, en la biblioteca de su palacete en Torrejón de la Calzada. Lo había descubierto su ayuda de cámara, cuando
previamente había pasado para despertarle y no lo encontró en su dormitorio.
El subinspector Ferreño, de la comisaría de policía de Parla, entró en la estancia y observó la disposición de la
misma, tomó fotos y apuntó en su libreta.
¬ Sillón de lectura en un rincón, con la luz encendida y colillas de cigarro en el suelo.
¬ Bajo el colgado, un taburete demasiado bajo para que el colgado pudiera apoyar los pies y debajo del taburete un
gran charco de agua.
¬ Las mangas de la bata de D. Rafael estaban húmedas.
No apuntó nada más, ni signos de violencia, ni rastros de sangre, … absolutamente nada más. Al momento se le
acercó una agente que le dio una nota que había encontrado en un cajón del despacho personal del señor conde y
que estaba dirigido a la policía. La nota decía: “Mis acreedores me atenazan con sus pretensiones de cobre, no tengo
dinero, sufro constantes amenazas de muerte si no hago frente a mis deudas. ¡Temo por mi vida! Si aparezco muerto,
no piensen en algo accidental.”
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La apariencia general era la de suicidio. Pero tenía que investigar a fondo, ya que el conde temía por su vida y el
escenario de los hechos lo requería; con este taburete tan bajo el conde nunca hubiera llegado al cinturón sin ayuda,
y había colillas debajo del sillón. Por ello se citó a las personas que le vieron aquella tarde.
El inspector citó primero al ayudante de cámara, le sirvió una taza de café y le interrogó. Contestó que D. Rafael tenía
problemas económicos. Unos inversores le habían prestado dinero para la compra de los cuadros, querían que les
devolviera el dinero y él no tenía suficiente porque los cuadros habían resultado ser falsos. Se pasaba muchas
noches en vela. En un momento de la conversación al ayuda de cámara se le escapó: “¡Maldito viejo! ¿Quién me va a
pagar los 6 meses de sueldo que me debía?”
El segundo en tomar una copa con Ferreño fue el sobrino del conde. Aseguró haberse quedado con él hasta tarde y
que había discutido con él porque no le devolvía el dinero que le debía. Dijo: “Si él no se hubiera suicidado, algún
acreedor habría acabado con su vida. No tenía más que enemigos.”
El último que acudió fue el agente de bolsa de D. Rafael, no bebió nada y se fumó un buen habano. Coincidió con los
otros en cuanto a la situación económica del conde. Pero afirmó de forma altiva: “Además, yo tengo coartada pues
cuando me iba, vi entrar a su sobrino.” Ferreño pensó que podría haber vuelto más tarde, y sabía que el conde
también le debía dinero.
Los tres eran sospechosos, incluso el conde tenía motivos para suicidarse, pero aquel taburete tan bajo parecía
puesto después para simular el suicidio.
La policía científica tomó muestras del ADN del muerto, de los sospechosos y de las colillas, porque está convencida
de que el culpable de la muerte es el mismo que el que fumó los cigarros. Para trabajar con el ADN tenemos que
saber:
¬ Cada individuo tiene un ADN diferente al de cualquier otro, ya que su secuencia de bases es distinta. Las bases
no se pueden ver ni al microscopio electrónico. Para identificar la secuencia de bases de cada ADN se utilizan
marcadores radiactivos. En este caso al marcador radiactivo tiene secuencia GTA por lo que se une a la
secuencias CAT del ADN.
¬ Existen unas enzimas llamadas restrictasas que reconocen determinadas secuencias y las cortan por el medio.
Los enzimas que ellos utilizaban reconocían la secuencia GGCC y la cortaban dejando un fragmento GG y otro
CC.
¬ Para separar fragmentos de ADN de distinto tamaño y carga eléctrica existe una técnica llamada electroforesis.
En una lámina gelatinosa se pone una mezcla de fragmentos de ADN. Esta lámina se introduce en un recipiente
que tiene un extremo cargado positivamente y otro negativamente. Como el ADN tiene carga negativa tiende a ir
a la zona positiva. Los fragmentos más cortos llegarán más cerca de la zona positiva y los más grandes se
quedarán más cerca del punto en el que fueron depositados. Se deja correr la muestra y luego se observan los
fragmentos al introducirles en una cubeta con los marcadores radiactivos.
Te damos un folio con las secuencias de ADN de las cinco muestras. Los policías nunca van a conocer la secuencia
concreta del ADN, lo que van a hacer es utilizar unas técnicas que le permitan diferenciar unos ADN de otros, y esas
técnicas se basan en las diferentes secuencias. Trabaja con los distintos ADN por separado para que no mezcles
secuencias. Empieza primero por la del conde y:
1. Marca las secuencias CAT con un rotulador fluorescente. Estas reproduciendo la acción de los marcadores
radiactivos.
2. Corta con unas tijeras las secuencias GGCC por la mitad. Las tijeras imitan la acción de las enzimas restrictasas.
Cuenta el número de bases que lleva el fragmento con las GG. Pon una cruz en la celda del conde que tenga
el mismo número de bases (estas realizando la acción que tiene lugar en la electroforesis, representando la tabla
al gel) y si este fragmento llevara una secuencia CAT colorea la celda con el fluorescente. Haz lo mismo para el
fragmento que lleve la secuencia CC.
Repite el proceso con las otras cuatro muestras de ADN.
Tamaño del ADN
2 bases
3
4
5
6
7
8
9
10
11
Conde
Ayudante
Sobrino
Agente
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Colillas
25
12
13
14
15
16
17
18
19
20
21
Una vez completada la tabla podrás decidir quién es el culpable de la muerte, aquel que presente un patrón de
fragmentos de ADN igual al presente en las colillas. Plantea una hipótesis para solucionar el caso.
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CONDE:
CCACATCAGTTAGACCGAGGCCATGGCCAACCGACGGCATGGCCCGACAGGCCAAAGAC
GGCCATATAGGGGG
AYUDANTE DE CAMARA:
CCGAGGCCATGGTATACCGGTATAGGCCATTTTGGCCGGCATGGGCCCATACAGCCGAT
GGCCATATAGCCGG
SOBRINO:
CCTAGACGGCCAGGCACAAGCCAGGCCATGGCCACATCAGTTAGACCGAGGCCGAATCA
GGCCTTATTGCAGG
AGENTE DE BOLSA:
CCGGTACATTACCAGGCCAAGGATACGGCAAGCAGGCCTTCATGGCCAAGGCCTTAGCA
CGGGCCAATGACGG
COLILLAS:
CCACATCAGTTAGACCGAGGCCATGGCCAACCGACGGCATGGCCCGACAGGCCAAAGAC
GGCCATATAGGGG
2.- APLICACIONES DE LA BIOTECNOLOGÍA
1.- Aplicaciones en la alimentación
Un ejemplo es el de la CERVEZA LIGHT. La cerveza contiene moléculas con un alto contenido calórico. Se han
transformado genéticamente determinadas levaduras del genero Saccharomyces que tienen enzimas que
rompen estas moléculas haciendo que la cerveza engorde menos.
2.- Aplicaciones médicas
Las aplicaciones de la ingeniería genética en medicina están en continuo aumento, entre ellas destacan:
• Obtención de proteínas.- Muchas proteínas se utilizan como medicamentos, por ejemplo la insulina. Estas
proteínas antes se extraían de los tejidos, mediante un proceso costoso. En la actualidad el gen que codifica
para la proteína de interés se introduce en una bacteria y ésta se dedica a producir la proteína.
• Obtención de vacunas.- Las vacunas clásicas contienen microorganismos muertos, atenuados o
fragmentos de los mismos. Pero lo que realmente desencadena la respuesta inmune son determinadas proteínas
presentes en el exterior de la membrana, esas proteínas se denominan antígenos. Cuando introduces el
microorganismo completo corres el peligro de desencadenar cierta reacción en el organismo. Gracias a las
técnicas de ingeniería genética podemos crear vacunas que sólo contengan el antígeno. La vacuna de la
hepatitis B y otras de uso animal se han obtenido mediante ingeniería genética. Pueden obtenerse:
• Terapia génica.- Consiste en reemplazar el gen defectuoso de las células por un gen normal y así curar o
prevenir enfermedades. Ejemplo: El primer procedimiento aprobado de terapia génica en un niño, Ashanthi, que
presentaba una enfermedad genética rara denominada inmunodeficiencia combinada severa (SCID),
caracterizada por la ausencia de un sistema inmune competente, por lo que era vulnerable a cualquier infección.
En el procedimiento de la terapia génica, se extrajeron los glóbulos blancos del cuerpo del niño, dejaron las
células crecer en el laboratorio, insertando el gen que faltaba en las células, y después introdujeron los glóbulos
blancos modificados genéticamente dentro de la circulación sanguínea del paciente. Las pruebas de laboratorio
han demostrado que la terapia consolidó el sistema inmune de Ashanthi. Este procedimiento no era curativo, ya
que los glóbulos blancos tratados genéticamente solamente son eficaces durante algunos meses, después de los
cuales, el proceso debía ser repetido.
•
3.- Aplicaciones en agricultura y ganadería
Obtención de PLANTAS TRANSGÉNICAS.- Las técnicas de ingeniería genética se ha aplicado ya a numerosas
plantas, como el arroz, el maíz, el algodón, la soja... y se han producido variedades con nuevas características
como:
 Resistencia a herbicidas.
 Producción de frutos con mejores características o más saludables. Por ejemplo al tomate transgénico,
Flavr Savr se le ha quitado el gen responsable del reblandecimiento.
 Mayor tolerancia a condiciones adversas.
 Mayor protección frente a plagas, ya que fabrican ellas mismas sustancias que las protegen. Por
ejemplo se han transferido genes de la bacteria Bacillus thurigiensis, capaces de fabricar moléculas
tóxicas para ciertas orugas, al trigo, arroz y al maíz.
DOCUMENTO 3: LAS FRESAS Y LA BIOTECNOLOGÍA
La biotecnología ha abierto nuevas y grandes expectativas. En el campo de la sanidad nos ofrecerá la posibilidad
de conocer el origen genético de las enfermedades y con ello facilitar su prevención, así como ofrecer soluciones
terapéuticas que hasta hace pocos años sólo se contemplaban en la literatura de ciencia ficción.
La producción de fármacos y de alimentos a gran escala será imprescindible para satisfacer la demanda creciente
de una población humana sobredimensionada. Sin embargo, no podemos olvidar que las manipulaciones genéticas
complejas que nuestra especie puede realizar sobre otras especies, y que serán necesarias para alcanzar muchos
objetivos palmados ya en algunos programas de investigación, tienen también aspectos inquietantes, puesto que
algunos de sus efectos a medio o largo plazo son imprevisibles.
Al amanecer de un día de abril de 1987, unas 2300 plantas de fresas de una granja de California fueron rociadas
con bacterias modificadas genéticamente para impedir la congelación de las plantas. Estas bacterias producen una
proteína que favorece la formación de cristales de hielo, y la manipulación consistió en desactivar el gen
responsable de la síntesis de dicha proteína.
Esta fue la primera vez que organismos modificados por ingeniería genética fueron liberados al medio ambiente.
Todo se hizo bajo unas condiciones de alta seguridad que incluían la protección de las personas que llevaron a
cabo el proyecto, la utilización de grandes bombas de vacío que recogían el aire de la zona para su análisis y el uso
de otras plantas que se utilizaron como controles para verificar la posible fuga de las bacterias.
Sin embargo se desató una agria polémica, puesto que este proyecto había encontrado un gran rechazo en la
opinión pública por los posibles riesgos que podría implicar la liberación de organismos modificados al medio, lo
que además había hecho que la autorización legal para realizar el experimento se demorase durante casi cuatro
años.
El experimento resultó un éxito, puesto que las plantas que tenían las bacterias modificadas presentaron una
resistencia mayor a la congelación que las que tenían las bacterias sin modificar.
Texto extraído de Bruño 2º bachillerato
Contesta a las siguientes cuestiones y opina y debate:
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•
¿Existe la posibilidad de que una mutación como esta ocurra en la naturaleza?
¿Sería menos preocupante el uso de una cepa bacteriana aislada de la naturaleza?
¿Deberíamos tener en cuenta los posibles riesgos de la aplicación de la ingeniería genética en agricultura,
medicina y tecnología?
Obtención de ANIMALES TRANSGÉNICOS.- Algunas aplicaciones son:
 Fabricación de órganos: el trasplante de órganos procedentes de otra especie se denomina
xenotrasplante. Da mucha reacción pero se está tratando de evitar.
 Granjas farmacéuticas: fabricación de proteínas de interés terapéutico en la leche de animales como la
vaca, oveja, cerda... La oveja Tracy es un transgénico que producía cantidades muy altas (30 g por litro
de leche) del fármaco α-1-tripsina, utilizado en el tratamiento de la fibrosis quística. El problema es que
en sus descendientes la cantidad de tripsisna decrecía enormemente.
 Al pez zebrafish se le ha incorporado por técnicas de ingeniería genética una enzima, la luciferasa.
Cuando hay gran cantidad de contaminantes se expresa luciferasa y el animal emite luz.
• Producción de PROTEÍNAS MICROBIANAS.- Hay levaduras capaces de crecer y alimentarse rápidamente
utilizando materiales que son desechos (residuos de frutos, aguas residuales de las azucareras,…) Se utilizan
los desechos para obtener grandes cantidades de levadura. Luego la levadura se deseca y se añade a los
piensos para el ganado. La levadura enriquece los piensos en proteínas de alta calidad, vitaminas y minerales.
4.- Aplicaciones en el medio ambiente: biorremediación
Los microorganismos son utilizados en la lucha contra la contaminación en un proceso denominado
BIORREMEDIACIÓN. En unos casos se utilizan los microorganismos directamente, pero en otros se usan técnicas
de ingeniería genética para mejorar la eficacia de los microorganismos. Algunas aplicaciones son:
• Algunas Pseudomonas son capaces de degradar hidrocarburos, por esta razón se emplean en la limpieza de
tanques de petroleros o en las labores de limpieza de las mareas negra.
• La bacteria Alcaligenes eutrophus es capaz de fabricar bioplásticos que tienen como principal ventaja que son
biodegradables y no contaminan.
• Los microorganismos actúan en la depuración de aguas residuales.
• Producción de biocombustibles, bacterias como E. coli a la que han añadido genes de otras especies que les
permiten producir alcohol a partir de glucosa, y otros con los que combinan el alcohol con aceite y producen
biodiesel. Hay muchas líneas de investigación trabajando en este sentido, por ahora los microorganismos
requieren glucosa o sacarosa, sería más rentable trabajar con transgénicos que además contaran con amilasas y
así pudieren obtener la glucosa a partir de cultivos ricos en almidón como patata y mandioca. Pero todavía sería
mejor que tuvieran celulasas y fueran capaces de obtener la glucosa hidrolizando la celulosa presenten en
muchos residuos orgánicos.
• Se han transformado genéticamente especies de Arabidopsis thaliana una planta capaz de vivir en suelos muy
pobres, de forma que cambien de color (pasa de verde a roja) cuando en el suelo en el que crezcan hay
explosivos. De esta forma se pueden detectar las minas antipersona.
5.- Aplicaciones jurídicas
La HUELLA GÉNICA consiste en utilizar la tecnología del ADN recombinante para identificar a individuos.
Mediante esta técnica se corta el ADN con un tipo de restrictasa y se obtienen unos fragmentos distintos a los que se
obtienen si cortas otro ADN con la misma restrictasa. Estos patrones únicos de fragmentos de ADN de un individuo,
son su huella génica. Los fragmentos se comparan con los de una muestra y se determina si pertenecen al mismo
individuo (caso de crímenes), si pertenecen a un familiar (pruebas de paternidad y de maternidad).
DOCUMENTO 4: LA HUELLA GENÉTICA
La “huella de ADN” o “huella genética” (DNA fingerprinting) es un método que permite establecer
relaciones de parentesco entre los individuos a partir del análisis de su ADN
Esta técnica, descubierta por ALEC JEFREYS en 1984, se basa en que, junto a secuencias de nucleótidos
correspondientes a genes conocidos (muy semejantes en todos los individuos normales) hay otras, que se repiten
muchas veces a la largo de la cadena de ADN y son extraordinariamente variables en los diferentes individuos.
Este ADN denominado, ADN hipervariable, existe en todos los cromosomas; la longitud de cada secuencia, el
número de veces que se repite y su localización dentro de la molécula son totalmente característicos de cada
persona.
El ADN hipervariable se puede aislar de la sangre, el semen o cualquier tejido, y es posible expresarlo
gráficamente en forma semejante a un código de barras, que es diferente para cada individuo (salvo los gemelos
univitelinos).
Mediante esta técnica se pueden resolver, con absoluta certeza, los casos de paternidad dudosa y se ha
convertido también en uno de los mayores aliados en la investigación de delitos tales como violaciones o
asesinatos.
El análisis del parentesco se basa en el hecho de que, aproximadamente la mitad de las bandas que
presenta la huella genética de un niño o de un individuo cualquiera, son heredadas de su padre y la otra mitad de
su madre.
Al comparar la huella genética del individuo con la de su madre, se pueden eliminar las bandas semejantes
en ambos, quedando, por tanto, las que el niño ha heredado del padre. De este modo se puede saber si el presunto
padre es el verdadero.
De la misma forma se puede actuar en el caso de un asesinato o violación, comparando la muestra del presunto
culpable con restos que se hubieran encontrado en el lugar del suceso.
Ejercicio 1:
a. Observa la figura 1 y di cuál de los
presuntos padres, P1 o P2, es el padre
biológico del niño N.
b. A partir de las huellas genéticas de la
figura 2, ¿cuál de los sospechosos
crees que es culpable del crimen?
c. ¿Qué conclusiones puedes obtener
del estudio de las huellas genéticas de
la familia de la figura 3? ¿Crees que M
y P son los padres de los cuatro hijos?
Ejercicio 2:
Basándote en las figuras 4 y 5, y en los
datos que aparecen a continuación, que
representan diferentes muestras de ADN,
contesta a las preguntas :
Datos de la figura 4: 1= semen; 2= sangre
reciente (glóbulos blancos); 3= sangre
vieja (2 años); 4= folículo piloso; 5=
sangre reciente (glóbulos blancos).
Datos de la figura 5: a: sangre del
sospechoso de violación; b: muestra de
semen encontrado en la vagina de la
víctima; c: sangre de la víctima.
a) ¿A cuántos individuos distintos
pertenecen las muestras de la figura
4? Razona tu respuesta.
b) ¿Qué conclusiones se pueden obtener
de los datos de la figura 5?