TEMA Nª5 INTRODUCCION A LA INGENIERIA GENETICA

INTRODUCCIÓN A LA INGENIERIA GENETICA

INTRODUCCIÓN

La ingeniería genética es la Tecnología de la manipulación y transferencia de ADN de un organismo a otro.

La ingeniería genética tiene como objetivo:

-Crear nuevas especies.
-Fabricación de compuestos.
-Corrección. De defectos genéticos.
La ingeniería genética incluye un conjunto de técnicas biotecnológicas, entre las que destacan:
• La tecnología del ADN recombinante (clonación genética): con la que es posible aislar y manipular un fragmento de ADN de un organismo para introducirlo en otro.
• La secuenciación del ADN: Técnica que permite saber el orden o secuencia de los nucleótidos que forman parte de un gen.
• La reacción en cadena de la polimerasa (PCR): con la que se consigue aumentar el número de copias de un fragmento determinado de ADN, por lo tanto, con una mínima cantidad de muestra de ADN, se puede conseguir toda la que se necesite para un determinado estudio.
• Las aplicaciones de la ingeniería genética: Son numerosas las aplicaciones prácticas y comerciales de la ingeniería genética.
1.1 ¿QUÉ ES LA CLONACIÓN GENÉTICA?

En términos generales, la clonación pude definirse como la producción de copias idénticas múltiples de un (a) gen, célula, virus u organismos. La clonación genética, suele conocerse también como clonación molecular o tecnológica de DNA recombinante. Existen tres objetivos de la clonación de genes individuales:

1) Contar con muchas copias idénticas de un solo gen (o de un solo numero de genes) hace que el análisis físico del (os) gen (es) sea mucho mas fácil de realizar. Por ejemplo puede determinarse la estructura, es decir la secuencia de nucleótidos, del gen en cuestión.

2) contar con muchas copias de un gen que codifica alguna proteína significa que es posible hacer copias múltiples del producto proteínico de ese gen.


3) Una vez que un gen ha sido clonado, su secuencia de nucleótidos puede alterarse a voluntad ( manipulación genética).

1.2 METODOS DE CLONACION GENETICA

Para clona un gen de interés, es necesario tener la capacidad de hacer cuatro cosas :

1) Contar con métodos de purificación de la material genético( por lo común DNA) que permitan aislarlo de los de mas componentes de la célula.

2) Fragmentar el material genético en piezas mas pequeñas, de modo que el (los) gen (es)de interés pueda (n) aislarse otros genes.

3) Contar con métodos de transferencia del ( los) gen (nes) de interés del tubo de ensayo a una célula viva, donde puedan sintetizarse copias múltiples de ese (sos) gen (nes).

4) Tener la certeza de que una vez que ha sido introducido en la célula, el gen será heredado de una división celular a otra. De esta forma todas las células descendientes contendrán copias del gen de interés.

El organismo de elección para la etapa de propagación es a menudo la bacteria Escherichia coli (E. Coli). Se prefiere este organismo debido a que es fácil de cultivar y está bien caracterizado, tanto genética como bioquímicamente.

Aunque la clonación genética como se ha descrito anteriormente es un sistema totalmente artificial, puede explorarse algunos procesos genéticos naturales bien caracterizados en algunas etapas de dicha técnica para lograr los objetivos planteados.

1.3 PURIFICACION DEL DNA

Hoy en día los métodos que se emplean para purificar el material genético ( ácido nucleico) son fáciles de realizar y confiables. Consisten en el rompimiento suave(lisis) de las células que contienen el gen de interés ( gen blanco o diana) y la posterior separación del DNA de las demás moléculas, como proteínas , polisacáridos (Azucares) y lípidos (grasas) .Esto puede lograrse en parte colocando la mezcla compleja (lisado celular) en un tubo de centrífuga que contenga una solución densa de sal (cloruro de cesio) o azúcar ( sacarosa ). Después de centrifugar a alta velocidad durante varias horas . el ácido nucleico formara una banda especifica en la solución . dependiendo de su densidad .Esto permite separar físicamente al ácido nucleico. La banda se remueve posteriormente del tubo y después de tratarlo con varios compuestos químicos que destruyen cualquier proteína u otras moléculas contaminantes, el ácido nucleico se obtiene en forma pura .

1.4 RUPTURA DEL DNA

Los ácidos nucleicos, en particular el DNA ,son moléculas de gran tamaño .Como tales ,son sensibles a la tensión física y se fragmentan con facilidad. Por lo tanto puede fragmentarse el DNA mediante sonificación (ondas sonoras de alta frecuencia) y otros métodos cortantes .sin embargo, cuando las grandes moléculas de ácido nucleicos se rompen de esta forma, se obtiene fragmentos aleatorios Estos fragmentos carecen de extremos definidos y esto hace que su manipulación subsecuente sea técnicamente mas conveniente sea de técnicamente mas compleja.
Una situación mas conveniente seria aquella en la que el DNA se corte selectivamente en secuencias precisas en forma controlada y repetitiva. Esto se puede lograr mediante el uso de las enzimas conocida como Endonucleasas de restricción. Estas enzimas reconocen secuencias especificas en el DNA de doble banda y catalizan después la ruptura de este en puntos precisos. El resultado neto es la obtención de fragmentos de DNA que poseen extremos definidos. Existen muchas Endonucleasas de restricción. Diferentes enzimas reconocen diferentes secuencias y rompen el DNA en puntos específicos. De esta forma , las endonucleasas de restricción pueden utilizarse para cortar o restringir el DNA blanco en forma controlada.
ENDONUCLEASAS DE RESTRICCIÓN.- En 1978 se concedió en premio novel de fisiología y medicina a W.Arber H. Smith y D. Nathans por su trabajo pionero en el estudio de las Endonucleasas de restricción . Se trata de enzimas que las bacterias emplean para destruir el DNA foráneo , generalmente de virus . Estas enzimas reconocen ciertas secuencias de nucleótidos que encuentran en el DNA foráneo ,generalmente de cuatro a diez pares de bases y cortan el DNA en todos los puntos que contienen esta secuencia especifica .(Las Endonucleasas de restricción recibieron este nombre al principio porque “restringian” la infección de fagos entre las cepas de bacterias los fagos que podían sobrevivir en una cepa, y no sobrevivir en otras cepas (con enzimas de restricción diferentes ).

Se conocen tres tipos de Endonucleasas de restricción .Su agrupación se basa en dos tipos de secuencias que reconocen , la naturaleza del corte que hacen en el DNA y la estructura de la enzima . Las Endonucleasas de restricción de los tipos I Y II no son útiles para la clonación de genes porque cortan el DNA por puntos distintos de reconocimiento y por lo tanto dan lugar a patrones en corte aleatorios.

Las Endonucleasas del tipo II sin embargo reconocen puntos específicos y cortan justo por estos puntos. En la tabla siguiente se enumera una selección de enzimas de restricción sus sitios blancos respectivos y los productos finales de la digestión .

TABLA 4.1 _Campo de acción seleccionado de las Endonucleasas de restricción : sus sitios blancos y sus productos de digestión .


Nótese que algunas de esas enzimas cortaran la secuencia del reconocimiento en diferentes puntos de las dos bandas del DNA, es decir, asimétricamente, mientras que otras cortarán la secuencia blanco en la misma posición en ambas bandas .En el primer caso, el producto de ruptura tendrá extremos 5” o 3” salientes con frecuencia conocido como extremos “pegajosos “o “cohesivos”, mientras que en el ultimo caso, se dice que los productos de ruptura poseen extremos “nivelados” o “romos”. La razón de la formación de extremos pegajosos se muestra en las figura sgte.




ADN INICIAL ADN C/ EXTREMOS PEGAJOSOS.

ENZIMA DE RESTRICCIÓN



EXTREMOS PEGAJOSOS

5´----A AGCTT-----3´ 5´----A + AGCTT-----3´
3´----TTCGA A-----5´ 3´----TTCGA + A-----5´


La digestión con la enzima HIND III produce extremos 5” salientes, y una característica clave de este proceso es que cada uno de los extremos libres tiene la capacidad de establecer apareamiento de bases con otro extremo libre producido por la misma enzima. De este modo, las bases de los extremos opuestos del mismo fragmento de DNA pueden aparearse y ,en consecuencias, hacer que se forme un circulo (mediante asociación intramolecular). Aunque es posible que tenga lugar tal apareamiento de bases, cabe decir que trata de una unión no muy no muy estable y que pude romperse con calor. Sin embargo , la unión puede hacerse establecer mediante el uso de otra enzima que finalmente unirá a las moléculas en forma covalente. Esta enzima que se utiliza para unir extremos complementarios ( o extremos romos ). se denomina DNA ligasa .

USOS DE LAS ENZIMAS DE RESTRICCIÓN

 Fragmentación de DNA.
 En la clonación de genes .
 Traspaso de información genética.


1.5 PROPAGACIÓN DE GENES

A) VECTORES
El ser capaz de obtener pequeñas piezas o fragmentos del material genético en el tubo de ensayo no es .por si solo, particularmente útil aun cuando se contara con algún método que permitiera transferir este DNA a una célula bacteriana viva, es improbable que esta macromolécula se duplique por si sola fuera de su ambiente normal. De esta forma las células descendientes no poseerán copias del gen extraño.

Existen dos soluciones a este problema : 1) puede hacerse que el DNA extraño se integre al cromosoma ( o genoma ), y 2) el gen extraño puede duplicarse comp. Parte de una pequeña molécula de DNA que se replica en forma autónoma.

Para que cualquier secuencia de DNA pase de una división celular a otra , debe duplicarse de modo que, durante la división celular , una nueva copia del gen o los genes sea transmitida a la célula hija, por tanto, si se desea asegurar la duplicación del gen de interés, debe insertarse en una molécula acarreada de DNA denominada vector. Los vectores tienen la capacidad de auto duplicarse dentro de una célula bacteriana. Por tanto , una molécula de DNA que posee dichas propiedades se denomina duplicón .para los fines de la clonación genética , existen básicamente dos clases de vector, los plásmidos y los bacteriófagos (fagos), que son duplicaciones que existen naturalmente .

PLÁSMIDO.- es una pequeña molécula de DNA circular de doble banda que, en algunos aspectos, es una versión reducida del cromosoma bacteriano. Los plásmidos, poseen a menudo uno o varios genes que confieren resistencia a los antibióticos a las células bacterianas que los contienen .poseen varias secuencias únicas de reconocimiento de Endonucleasas de restricción (sitios de restricción ) para la clonación y en general, son inocuos para la bacteria, hospedante.

LOS FAGOS.- son virus que solo infectan a las bacterias .Inyectan su material genético en la bacteria hospedante, se multiplican (propagan ) y finalmente hacen que la célula hospedante estalle, liberando así hasta varios ciento de nuevos fagos, idénticos que pueden infectar a otra células bacterianas ( figura siguiente ). Los fagos, al igual que la mayoría de los virus, están constituidos por ácido nucleico protegido por una cubierta proteinica protectora. Solo el ácido

PLASMIDO Y GENES DE RESITENCIA.

nucleico del fago se inyectan en la célula bacteriana y ,por si solo proporcionan la información genética que convierte a la célula bacteriana en una “fabrica”, para la síntesis y el ensamblaje de nuevos fagos. Todos los fagos que constituyen la progenie son idénticos y consecuencia, poseen copias idénticas de cualquiera de los genes del fago.

Figura de ciclo de virus

b) Uso de vectores

En principio, si se pudiera insertar un gen blanco de interés ya sea en un vector Plásmido o en un vector fago se podría utilizar cualquiera de estos para insertar el gen blanco en una célula bacteriana, donde duplicaría, si el vector es un Plásmido ,entonces tanto el DNA de este como el gen blanco insertado pueden propagarse por tiempo indefinido en las células bacterianas en proceso de división. Si el vector es un fago, entonces como se duplica en la célula bacteriana hospedante, cualquier fago llevara una copia idéntica del gen blanco. Por supuesto, finalmente esto es letal para la célula bacteriana, pues causa la liberación de muchas copia del fago. Sin embargo, en ciertas circunstancias es posible inactivar la letalidad del virus e insertar

VECTOR

el DNA del fago que contiene al gen blanco en el cromosoma bacteriano, donde se duplicara como si fuere un juego de genes cromosómico normales. En este estado, se programa en forma indefinido sin que cause efecto perjudicial algunos en la célula hospedante.

Los principales bacteriófagos vectores derivan de los fagos o M 13. El bacteriófago es un virus de DNA de doble banda , y es ejemplo del tipo de fago cuyo DNA es capaz de integrarse al cromosoma bacteriano. El fago M13 es mas útil que el fago lambda para ciertas tecnologías. Esto se debe a que el DNA localizado dentro de las proteínas de la capside de las partículas del fago M 13 existe en forma de una sola banda.
Sin embargo, puesto que el fago M 13se duplica dentro de la bacteria hospedarte, existe por u tiempo como DNA de doble banda. De esta forma, se asemeja a un plásmido y se purifica fácilmente mediante las técnicas comunes de aislamiento de DNA de los plásmidos. Cuando existe en forma de DNA de doble banda , el DNA purificado del fago M 13 es susceptible a la actividad de las Endonucleasas de restricción y de la DNA ligasa y de esta forma, pude utilizarse como vehículo de clonación para producir DNA recombinante.

PLASMIDO O FAGOc) Union ( ensamble ) del DNA blanco o diana y el vector

Por ultimo, se requieren métodos que permitan introducir dichos vectores ( con genes blanco ) en una bacteria hospedante.

Sin embargo, se requiere en primer termino unir entre si el DNA diana y el vector .Esto se logra por lo común utilizando la enzima DNA ligasa. Es importante para el ligamiento que el DNA blanco y el DNA vector hayan sido cortados con la misma endonucleasa de restricción. Un mecanismo típico de ligamiento se muestran en la figura. El punto clave de este mecanismo es que la inserción del DNA blanco en el vector ocasiona un gran rompimiento de la integridad de uno de los genes del Plásmido que le confiere resistencia a los antibióticos. Esto hace que se inactive esa función ( inactivación por inserción), de modo que en le Plásmido híbrido o recombinante, uno de los genes de resistencia se habrá perdido, es decir cualquier célula bacteriana que porte este nuevo Plásmido recombinante será sensible a ese antibiótico particular.

DIGESTION CON ENZIMA DE RESTRICCIÓN


GEN EXTRAÑO + DNA LIGASA

NUEVO DNA RECOMBINANTE

1.6 INTRODUCCION DEL DNA RECOMBINANTE EN LA CELULA BACTERIANA

Las moléculas de DNA recombinante de los fagos y los plásmidos tienen un peso molecular muy alto, y como teles no pueden introducirse fácilmente en la célula bacteriana. Sin embargo puede hacerse que las células de E. Coli absorban el DNA a partir de una solución después de someterla a varios “choques” de calor y frió en presencia de calcio. Se dice ahora que las células son competentes. De esta forma las moléculas en solución de DNA recombinante atraviesan la membrana de la célula y alcanzan el citoplasma de la célula bacteriana. Este fenómeno de absorción del DNA por las células bacterianas se denomina transformación en el caso de DNA de los plásmidos y transfección en el caso de DNA del DNA de los fagos. La eficiencia de ambos procesos puede mejorarse utilizando el proceso de electroporación, en el que se aplica una pulsación de lato voltaje a la mezcla de las moléculas de DNA recombinante y células receptoras.

INTRODUCCIÓN DEL ADN RECOMBINANTE EN LA CELULA

Las células se hacen permeables por la pulsación de voltaje, lo que permite que el DNA sea absorbido. Dado que el fago y el Plásmido vectores son duplicaciones, una ves que están dentro de la célula se duplican. Al sembrar las células en placas de agar nutritivo, las células individuales transformadas o transfectadas comienzan a crecer y dividirse como unidades separadas. En cada caso el DNA duplicado es transmitido a las células hijas, dando lugar a clones, cada uno de los cuales deriva de un solo evento de transformación. Todas las células de un clon (consideradas por lo general como una sola colonia bacteriana en una placa de agar) son idénticas con respecto a su contenido de DNA recombinante.

TEMA Nª 4 INDUCCION Y REPRESION GENETICA

INDUCCIÓN Y REPRESIÓN GENETICA

GLOSARIO:

INDUCCIÓN: capacidad que tienen los organismos para sintetizar ciertas enzimas solo cuando las necesitan. el termino inducción se refiere también a la activación de la trascripción de un gen como consecuencia de un inductor que interactiva con una proteína reguladora.
EXPRESIÓN . Termino que con frecuencia se utiliza para vagamente para descreibir la transcripcion de un gen que lleva a la traducción de un producto proteinico. Por tanto la expresión genetica es sinónimo de expresión proteinica.
OPERADOR : región del DNA que interactua con una proteína represora para controlar la expresión de un gen o una serie de genes.
PROMOTOR : secuencia de bases de una molécula de DNA que la RNA polimerasa reconoce y a la que se une , promoviendo así la trascripción .
REPRESOR : proteína que se une a la secuencia del operador de un gen , evitando así la trascripción de dicho gen.

1.0 INTRODUCCION
1.1CONCEPTO DE GEN. MECANISMOS RESPONSABLES DE SU
TRANSMISIÓN Y VARIACIÓN
Un GEN se define como la unidad mínima de información genética. Dicho de otro modo,
un GEN es el fragmento más pequeño de una molécula de DNA que posee información completa para un carácter determinado
A veces el gen está formado por una secuencia de bases, pero en eucariotas es frecuente que un gen esté constituido por varios fragmentos de DNA separados por secuencias sin sentido que no codifican ninguna proteína. A las partes con sentido que sirven para fabricar la proteína se les llama EXONES, y a las partes sin sentido intercaladas en el gen INTRONES, que deben ser eliminados tras la Transcripción.

Los genes se encuentran en los cromosomas. Los cromosomas pueden ser definidos como un conjunto de genes unidos o GENES LIGADOS, que son aquellos que se heredan juntos (si no se da recombinación genética).
En esencia, un gen es una secuencia de nucleótidos que codifica para una proteína determinada.

Lo que heredamos de nuestros padres son, en realidad, sus genes.
Para que los genes se puedan transmitir de padres a hijos, deben poder copiarse antes de la reproducción, de manera que los padres mantienen su información a la vez que se la pasan a sus hijos a través de los gametos, durante la reproducción sexual.
Los procesos de formación de gametos (gametogénesis) y de unión de gametos de individuos diferentes en la reproducción (fecundación) se convierten así en procesos fundamentales para el mantenimiento de la especie. Estos procesos son posibles gracias a la información de los genes, y son necesarios para aumentar la variabilidad de las poblaciones, mediante la recombinación genética y el propio proceso aleatorio de fecundación, variabilidad que, junto con las mutaciones, constituirá la base de la evolución.
Cuando los genes se expresan, se desarrollan los caracteres, es decir, el fenotipo de un individuo.
La transmisión y expresión de los genes se lleva a cabo mediante tres procesos que constituyen el "Dogma central de la Biología Molecular", que son:

• La Replicación.
• La Transcripción.
• La Traducción

2.0 REGULACION DE LA EXPRESIÓN DEL GEN
La regulación de la expresión del gen se realiza por dos mecanismos:

2.1 INDUCCIÓN Y REPRESION
En los procariontes solo una proporción de los genes de las células se expresara ( será transcrita y traducida en un momento dado dependido de las condiciones en las que le organismo crezca . una situación similar se presenta en los eucariontes , pero existe también la restricción de que en los organismo Mult. celulares que muestran diversificación en diferentes tejidos y órganos , ciertos genes solo expresaran en algunas etapas del crecimiento o en células de un tejido u órgano particular . de esta manera no es de esperarse encontrar una célula hepática que formen anticuerpos o una célula del cerebro que forme hemoglobina . una de las áreas mas i importantes de la biología molecular moderna es entender los mecanismos por los cuales las células reprimen o del reprimen la expresión de genes particulares . es un área demasiado grande, basta para considerar un ejemplo en procarionte , en particular porque lo mecanismos que operan en lo eucariontes no se conocen del todo bien.

El ejemplo clásico de la regulación de la expresión genética en procariontes es el control de los genes que intervienen en la utilización de la lactosa por la bacteria E.coli . la lactosa es un azúcar que E.coli puede utilizar para crecer , pero existen otros azucares como la glucosa que son sustratos mucho mejores para el crecimiento. Cuando E.coli se cultiva en un medio que contiene tanto glucosa como lactosa , comienza a utilizar solo la glucosa . solo cuando se agota la glucosa activa los genes que codifican las enzimas que le permiten utilizar la lactosa y comienzan a crecer entonces utilizando este azucar . de esta manera la célula evita desperdiciar materia y energía para la síntesis de enzimas cuando no son necesarias.

2.2 MODELO OPERON
Un Operón es grupo de genes estructurales cuya expresión está regulada por los mismos elementos de control (promotor y operador) y genes reguladores.
Los principales elementos que constituyen un operón son los siguientes:
1a.- Los genes estructurales: llevan información para polipéptidos. Se trata de los genes cuya expresión está regulada. Los operones bacterianos suelen contener varios genes estructurales, son poligénicos o policistrónicos. Hay algunos operones bacterianos que tienen un solo gene estructural. Los operones eucarióticos suelen contener un sólo gen estructural siendo monocistrónicos.

2a.- El promotor (P): se trata de un elemento de control que es una región del ADN con una secuencia que es reconocida por la ARN polimerasa
3a.- El operador (O): (induce o inhibe la trascripción) .se trata de otro elemento de control que es una región del ADN con una secuencia que es reconocida por la proteína reguladora. El operador se sitúa entre la región promotora y los genes estructurales. Abreviadamente se le designa por la letra O.
4a.- El gen regulador (i): (controla al gen operador).- Secuencia de ADN que codifica para la proteína reguladora que reconoce la secuencia de la región del operador. El gen regulador está cerca de los genes estructurales del operón pero no está inmediatamente al lado. Abreviadamente se le denomina gen i.
5a- Proteína reguladora: proteína codificada por el gen regulador. Está proteína se une a la región del operador.
6a.- Inductor: sustrato o compuesto cuya presencia induce la expresión de los genes.

3.0 OPERON DE LA LACTOSA
3.1 Regulación del operón LAC en E. coli. Si no hay lactosa el represor está en su forma activa, y los genes estructurales no se transcribe, con lo que la célula no tendrá los enzimas para metabolizarla.

3.2 Regulación del operón LAC en E. coli. Si hay lactosa, esta se une al represor y lo inactiva. El operador, al estar libre, desencadena la transcripción de los genes estructurales, con lo que se sintetizarán las enzimas necesarias para metabolizar la lactosa. Cuando haya desaparecido la lactosa el represor volverá a su estado activo y dejarán de transcribirse los genes x, y y a.

3.1 MECANISMO DE LA REGULACIÓN DE LA EXPRESIÓN GENETICA DE E. COLI PARA LACTOSA

La forma en que se produce la activación de este mecanismo esta bien establecido :
Los tres genes que codifican las proteínas que se utilizan en el metabolismo de la lactosa están juntos y se transcriben secuencial mente a partir del mismo promotor. Sin embargo este promotor esta el control de una secuencia de DNA conocida como operador . el operador se localiza aproximadamente entre el promotor y el punto de inicio de la trascripción.

Existe también otro gen implicado que es trascrito a partir de su propio promotor y que codifica para una proteína denominada represor .esta proteína tiene la capacidad de formar un complejo con la secuencia del operador . esto evita que la RNA polimerasa se una al promotor y en consecuencia , que sean transcritos los genes que intervienen en la utilización de la lactosa .par que la transcripción del gen lac se produzcan deben satisfacer dos condiciones :cuando las células se le suministran lactosa como una pequeña cantidad de azúcar entra en ella se convierte en Aldo lactosa alolsctosa

4.0 EL OPERÓN TRIPTÓFANO
El operón triptófano (operón trp) es un sistema de tipo represible, ya que el aminoácido triptófano (Correpresor) impide la expresión de los genes necesarios para su propia síntesis cuando hay niveles elevados de triptófano. Sin embargo, en ausencia de triptófano o a niveles muy bajos se transcriben los genes del operón trp. Los elementos del operón trp son en esencia semejantes a los del operón lactosa:
4.1 Regulación del operón de la vía del triptófano E. coli. Si no hay triptófano el represor está en su forma inactiva. Los genes estructurales de la vía del triptófano se transcribe y se traducen, con lo que se sintetiza el triptófano necesario para la célula.
….. cuando ya hay suficiente triptófano
4.2 Regulación del operón de la vía del triptófago en E. coli. Cuando hay demasiado triptófano, este se une al represor y lo activa. El represor se une al operador, inactivándolo. Los genes a, b y c no se transcriben ni se traducen, con lo que la vía de síntesis del triptófano se paraliza. Lo que asegura que no se sintetice una cantidad excesiva de triptófano.

5.0 REPRESIÓN POR CATABOLITOS
Cuando la bacteria E. coli crece en un medio que contiene glucosa, prefiere este azúcar como fuente de energía y como consecuencia los operones que ponen producen las enzimas necesarias para obtener energía de otros azúcares están bloqueados. Uno de los catabolitos del metabolismo de la glucosa actúa sobre el AMP cíclico (AMPc). El AMP cíclico (AMPc) es necesario para la transcripción de todos los operones que son inhibidos por el catabolismo de la glucosa. Es decir, para que se transcriban los genes del operón lactosa se necesitan niveles elevados de AMPc. Esto mismo sucede con los operones de arabinosa, maltosa, galactosa, etc.. Se trata. por tanto de un sistema general de control positivo que se denomina represión catabólica.

TEMA Nª 3 REPLICACION Y EXPRESION GENETICA

REPLICACIÓN Y EXPRESIOIN GENETICA


INTRODUCCION


Todas las células vivas, sean procarióticas o eucarióticas, poseen ciertas características en común. Por ejemplo ,están limitadas por una membrana compuesta de proteínas u lípidos . adema , todas las células de un tipo particular presentan, aparte de esas características comunes, atributos propios que las distinguen de otras clases de células, las características comunes y especializadas que diferencian al estado ordenado de cualquier célula particular son codificadas por la información genética de la célula . el tema de estudio de esta sección es el mecanismo por el cual las células almacenan esta información , la recuperan utilizan la transmiten a las células que constituyen la progenie.



LA REPLICACIÓN DEL DNA

La vida de los seres vivos es muy variable , por tanto para que esta no se extinga ha de haber un momento en se reproduzcan, lo cual lleva implicito la formación de copias del ADN del progenitor o progenitores .
Se dieron muchas hipótesis sobre como se dupllicaba el ADN hasta que Watson y Crick propusieron la hipótesis semiconservativa (posteriormente demostrada por Meselson Y Stahl en 1957), según la cual, las nuevas moléculas de ADN formadas a partir de otra antigua, tienen una hebra antigua y otra nueva.
El primer proceso necesario para la transmisión de la información genética es su duplicación, es decir, la realización de una copia que pueda ser transportada por los gametos hasta la fecundación y luego pueda ser utilizada por el nuevo individuo.

Elementos que intervienen
Para que se lleve a cabo la replicación del DNA en las células se requieren los siguientes elementos:
• DNA original que servirá de molde para ser copiado.
• Topoisomerasas, helicasas: enzimas responsables de separar las hebras de la doble hélice.
• DNA-polimerasa III: responsable de la síntesis del DNA.
• RNA-polimerasa: fabrica los cebadores, pequeños fragmentos de RNA que sirven para iniciar la síntesis de DNA.
• DNA-ligasa: une fragmentos de DNA.
• Desoxirribonucleótidos trifosfato, que se utilizan como fuente de nucleótidos y además aportan energía.
Mecanismo
Aunque existen pequeñas variaciones entre procariotas y eucariotas, el mecanismo básico es bastante similar:

• El DNA se desenrolla y se separan las dos hebras de la doble hélice, deshaciéndose, por la acción de helicasas y topopisomerasas.
• La RNA-polimerasa fabrica pequeños fragmentos de RNA complementarios del DNA original. La DNA-polimerasa III añade los desoxirribonucleótidos tomando como molde la cadena de DNA preexistente, alargándose la hebra




Formación de una
horquilla de replicación Síntesis por la DNA-polimerasa de la hebra conductora (izquierda) y de la hebra seguidora en fragmentos de Okazaki (derecha) Unión de todos los fragmentos por la DNA-ligasa

• La DNA-ligasa va uniendo todos los fragmentos de DNA a la vez que
elimina los ribonucleótidos de los cebadores.
• A medida que se van sintetizando las hebras y uniendo los fragmentos se origina la doble hélice, de forma que al finalizar el proceso se liberan dos moléculas idénticas de DNA, con una hebra antigua y otra nueva.

TRANSCRIPCIÓN

En esta sección se estudia el mecanismo por el cual la información contenida en el DNA se expresa como la secuencia de aminoácidos de un polipéptido .Dado que existen algunas diferencias en detalle , entre procariontes y eucariontes , se estudiaran por separado .Sin embargo ,es importante señalar que muchos de los principios básicos son idénticos y que esta similitud es fundamental en el éxito de la ingeniería genética

La información genética del DNA debe copiarse en una forma que la célula pueda utilizarla para dirigir la síntesis de proteínas .Este proceso de copiado se conoce como trascripción .Del mismo modo como ocurre con la mayoría de los procesos que se llevan a cabo dentro de la célula , el proceso de trascripción es catalizado por una proteína especifica con las características enzimáticos requeridas .En el caso de los procariontes , la secuencia de bases de un gen particular es copiada por la enzima denominada RNA polimerasa en una secuencia de bases complementaria de una molécula de RNA conocida como RNA mensajero (abreviado m RNA ).
La información contenida en la secuencia de nucleótidos del ADN podía generar proteinas; sin embargo el ADN está en el núcleo y las proteinas se sintetizan en los ribosomas, los cuales están situados en el citoplasma. El intermediario resultó ser un ARNm.
Las etapas del proceso son:




La secuencia lineal de bases de DNA que codifica la secuencia lineal de aminoácidos de un polipéptido particular se denomina gen ( aunque en ocasiones se le llama cistrón ).
Cualquier región de la molécula de DNA doble que corresponda a un gen particular , solo una de las bandas del DNA sirva de molde .Esto significa que una banda es el molde o banda codificadora.

TRADUCCIÓN

El proceso de fabricación de proteínas recibe el nombre de TRADUCCIÓN, puesto que se pasa de un lenguaje construido con bases nitrogenadas a otro construido con aminoácidos.

Las proteínas de los seres vivos se fabrican en los RIBOSOMAS, orgánulos celulares que se encuentran en el citoplasma de los eucariotas, asociados al retículo endoplasmático. Los ribosomas son nucleoproteínas, algo similar a la propia cromatina nuclear, con la particularidad de que están formados por una asociación de proteínas y un RNA especial que es el llamado RNA-ribosómico. Este RNA, como todos los RNA, se fabrica en el núcleo celular mediante la transcripción de una región determinada de ese DNA.

Tiene lugar de una forma muy similar en procariontes y eucariontes.

En el proceso de traducción intervienen de forma fundamental los tres tipos más frecuentes de RNAs, cada uno con una función complementaria para llevar a cabo de forma conjunta el proceso:
• RNA-mensajero (RNA-m): es el encargado de transportar la información genética desde el núcleo hasta los ribosomas con el fin de que pueda ser expresada en forma de proteínas.
• RNA-ribosómico (RNA-r): forma parte esencial de las dos subunidades que constituyen los ribosomas.
• RNA-transferente (RNA-t): juega un papel fundamental transportando a los aminoácidos hasta los ribosomas en el orden correcto en que deben unirse para formar una proteína determinada, según la información genética.

TEMA Nª 2 INTRODUCCION A LA BIOTECNOLOGIA

INTRODUCCIÓN A LA BIOTECNOLOGÍA

TERMINOLOGÍA
Ingeniería genética :
DNA recombinante :
Replicación o duplicación : duplicación del material genético para producir copias exactas.
Traducción : proceso por el cual se copia el dna para dirigir la síntesis de proteínas.

INTRODUCCIÓN
Es un termino que se empieza a utilizar a principios de los años 60 para referirse a toda una serie de procesos de naturaleza biológica, algunos procesos que datan de 3000 a 6000 años A.C , pero caracterizado en su conjunto por haber sido desarrollado industrial mente durante este siglo , con base en un amplio conocimiento de los aspectos bioquímicos y microbiológicos involucrados.

CONCEPTO DE BIOTECNOLOGÍA
Originalmente el concepto de biotecnología se circunscribía al campo dela ingeniería bioquímica , de manera fundamental en el aérea de microbiología industrial y la tecnología enzimatica. La federación europea de biotecnología la define como :
“el uso integrado de la bioquímica, microbiología y la ingeniería para lograr explicaciones tecnológicas de las capacidades del organismo , los cultivos de tejido y partes derivado de ello”. dicho de otra forma la biotecnología es una ciencia que estudia los procesos tecnológicos donde se utilicen organismos vivos para obtener sus productos o parte de ellos .

HISTORIA
La biotecnología es una ciencia relativamente nueva, recién en 1960 se empezaba a utilizar en estados unidos el termino de biotecnología, pero en realidad se considera a Louis Pateur (1845 ) como el iniciador de esta ciencia por sus trabajos realizados en el campo delas vacunas e inmunizaciones .

En 1970 surge la tecnología del ADN recombinante para el manejo del genoma lo que supone uno delos mas grandes avances para el campo de la biotecnología .
Actualmente el cultivo de células animales y vegetales son los campos que se están desarrollando .

APLICACIONES DE LA BIOTECNOLOGÍA
La biotecnología tiene un amplio campo de aplicaciones desde alimentos y medicamentos hasta compuestos energéticos todos con la características de que son aplicados industrialmente como ser :

Alimentos y agricultura.
Farmacia
Diagnostico y salud
Química
Energético
Ambiental

RELACION DE LA BIOTECNOLOGÍA CON OTRAS CIENCIAS

DESARROLLO DE LA BIOTENOLOGIA EN LOS ULTIMOS AÑOS
Durante los últimos 10 años, la industria biotecnológica ha sido transformada por el surgimiento de la ingeniería genética. En 1982 una publicación importante de la US Office of technology de los EEUU identifico 5 factores que han proporcionado dirección en la búsqueda de aplicaciones biotecnológicas en los procesos de fermentación microbiana (crecimiento de microbios en cantidad), y se reconoció que estos 5 factores solo pueden mejorarse por medio de la ingeniería genética . a estos 5 factores se le han sumado 2 factores mas tomando en cuenta que tienen aplicaciones similares el cultivo de células animales y la obtención y uso de plantas y animales modificados mediante técnicas de ingeniería genética.
A continuación veamos un resumen de estos 7 puntos que han direccionado el desarrollo de la biotecnología

FACTORES QUE HAN ESTIMULADO EL DESARROLLO DE LA BIOTECNOLOGÍA

1) ABUNDANCIA DE UNA MATERIA
La disponibilidad de alguna materia prima estimula la búsqueda de procesos de fermentación para transformar la materia en algún producto útil. Por ejemplo los hidrocarburos de cadena recta que son subproductos de la industria del petróleo pueden utilizarse para sintetizar proteínas utilizando microorganismos.
2) PROBLEMAS AMBIENTALES
La industrialización y la urbanización generan problemas importantes para el hombre y el ambiente ciertas situaciones existe alguna solución biotecnológica. Por ejemplo el tratamiento de las aguas negras y el conocimiento de que estas puedan convertirse en metano (una fuente energética), han acelerado la investigación en los procesos de conversión microbiana.
3) ESCACEZ DE UNA MATERIA PRIMA
La disminución inevitable del suministro de combustibles fósiles (gasolina, diesel) a despertado el interés por encontrar métodos que conviertan otras materias primas en combustible. Un ejemplo es el proyecto brasileño del “gasohol” en el que los granos se transforman por acción microbiana en etanol, que se emplea como sustituto de la gasolina.
4) ESCACEZ DE UN PRODUCTO
muchos productos de uso necesario pueden ser producidos en cantidades por células animales o microbios cuyo material genético ha sido manipulado por medios de técnicas de ingeniería genética. Hoy en día varias hormonas humanas pueden sintetizarse en cantidades muy grandes mediante estos métodos . un ejemplo es la producción de la hormona del crecimiento humano.
5) DESCUBRIMIENTO DE UN NUEVO PRODUCTO
Por ejemplo el descubrimiento de nuevos antibióticos mediante programas masivos de estudio y selección de cepas microbianas .otro ejemplo son las vacunas subunitarias que se obtienen mediante técnicas d ingeniería genética a partir de virus que no se propagan en cultivos de tejidos, como es el caso del virus de la hepatitisB.
6) EL MEJORAMIENTO GENETICO DE UN PRODUCTO
La ingeniería genética permite alterar las proteínas existentes en plantas y animales. Por ejemplo al aumentar el contenido de lisina de las principales proteínas del trigo , se aumenta el valor nutricional de este grano. Mediante ingeniería genética también podría ser posible”programar” nuevas enzimas y proteínas totalmente nuevas.

7) NUEVOS METODOS PARA MEJORAR LA EFICACIA DE PRODUCTOS
NUEVOS.

La tecnología del DNA recombinante, permiten transformar animales y plantas y de esta manera hacen que productos establecidos que no tenían alguna propiedad ahora la tengan. Por ejemplo , hoy en día es posible transformar ciertas plantas con genes que codifican una proteína insecticida derivada de la bacteria Bacillus thuringiensis ; de esta manera la planta (modificada genéticamente) producirá su propio insecticida el cual ya no tendrá que aplicársele externamente (fumigación).

TEMA Nª 1 ACIDOS NUCLEICOS

TEMA DESTINADO A INTRODUCIRTE EN LOS CONOCIMIENTOS BASICOS DE LOS ACIDOS NUCLEICOS COMPOSICION QUIMICA, CLASES DE ACIDOS NUCLEICOS FUNCIONES DENTRO DE LA CELULA,ETC.

ACIDOS NUCLEICOS


INTRODUCCIÓN

Todas las células poseen 2 clases de moléculas: moléculas pequeñas y macromoléculas. La función de las moléculas pequeñas e s la de proporcionar el material y la energía necesaria para la síntesis de mac
romoléculas. Uno de los componentes macromoleculares de las células son los ácidos nucleicos (DNA y RNA), son las moléculas que contienen y trasmiten la información genética, y las proteínas los productos que se generan de la información transmitida y que determinan la función y la estructura de las células. Estas macromoléculas son polímeros es decir están formadas por muchas copias de unas cuantas moléculas pequeñas que se unen entre si para formar largas cadenas.

ACIDOS NUCLEICOS

Son polímeros lineales de nucleótidos tanto el DNA como el RNA constan únicamente de cuatro nucleótidos distintos . un nucleótidos esta formado por tres partes : un grupo fosfato, un azúcar y una base orgánica. En el DNA el azúcar siempre es desoxirribosa, mientras que en el RNA el azúcar siempre es ribosa. Las cuatro bases orgánicas presentes en el DNA son (adenina A, guanina G, citosina C y timina T. El RNA posee también tres de esas bases A, G, y C pero la cuarta base es uracilo U en lugar de timina T.

AZUCARES QUE FORMAN PARTE DE LOS ACIDOS NUCLEICOS

RIBOSA
La ribosa es una pentosa o monosacárido de cinco átomos de carbono que es muy importante en los seres vivos porque es el componente del ácido ribonucleico y otras sustancias como nucleótidos y ATP.

DESOXIRRIBOSA
Su fórmula es C5H10O4 Además de que esta contiene toda la información genética que será transferida así de generación en generación. Por todo esto la desoxirribosa tiene una gran importancia en todo ser vivo existente. La información genética no se transfiere en la desoxirribosa pero sí es una parte fundamental de todo proceso de información genética ya que de éste se derivará la ribosa

EL ADN

En 1953, Watson y Crick describieron la estructura del DNA. Esta molécula y en consecuencia los genes que representa, consta de dos largas cadenas unidas entre si por interacciones entre pares de bases. Además las dos bandas intermedias conectadas forman una doble hélice, en cuyo interior se encuentran todas las bases de la molécula de DNA y fuera de ella el azúcar y los grupos fosfatos. La estructura de doble hélice se mantiene debido a que cada base de una banda se une específicamente a una base complementaria de la otra banda. Este apareamiento de bases complementarias no es al azar ; en el DNA la A. Solo puede aparearse con la T, la G solo con la C, y viceversa.. este apareamiento se efectúa mediante puentes de hidrógeno.