CUADERNILLO BIOLOGIA 6° ES - COLEGIO RENACIMIENTO by Colegio Renacimiento

BIOLOGIA

DOCENTE: FERNANDO MERANI ALUMNO:………………………………………………………………………………………….. AÑO: 6º ES

UNIDAD 1 COMPOSICIÒN QUÌMICA DE LOS SERES VIVOS MOLÉCULAS ORGÁNICAS E INORGÁNICAS Más del 99% de la constitución de las moléculas presentes en los seres vivos están formadas por sólo 6 elementos básicos: C, H, O, N, P y S. Las moléculas son más estables que los átomos individuales, ya que en los enlaces que se producen entre ellas se produce una gran liberación de energía. Cuanto mayor es la energía que se libera, mayor es la fuerza de enlace Como ya han visto en química, las uniones que se producen entre átomos generan moléculas energéticamente más estables que los átomos solos, dado que completan su capa más externa (recordar la regla del octeto). Una célula viva es una fábrica química compleja y bien organizada que toma del exterior diferentes moléculas que constituyen sus nutrientes. Mediante reacciones químicas, las degrada en unidades más pequeñas, las reacomoda y recombina para producir otras moléculas que se ajusten a sus necesidades. Podemos decir que los elementos químicos que se encuentran en mayor proporción en los seres vivos no fueron evolutivamente seleccionados por su abundancia sino por sus propiedades. Podemos ahora diferenciar a las sustancias que forman parte de las células, en inorgánicas y orgánicas. Los Compuestos químicos inorgánicos son aquellos que se encuentran libres en la naturaleza y no han sido producidos por ningún ser vivo. Se caracterizan por estar formados por pocos átomos, no poseer más de un átomo de C y resistir temperaturas elevadas. Ejemplos: H2O, minerales, sales. Los compuestos químicos orgánicos, en cambio, son sustancias que si han sido producidas por los seres vivos. Se caracterizan por estar formados por numerosos átomos, constituyendo largas cadenas de átomos de carbono unidos por enlaces covalentes simples, dobles y triples. Son moléculas energéticas que no resisten altas temperaturas. Ejemplos: hidratos de carbono, grasas, aceites, ácidos grasos, aminoácidos, proteínas, ácidos nucleicos. Todos los organismos vivientes, sin excepción, están organizados alrededor del elemento carbono. Recordar que el carbono es un elemento presente en los compuestos orgánicos que, debido a su pequeño tamaño, puede retener a sus electrones con fuerza, formando hasta 4 enlaces covalentes con otros átomos, además de poder formar enlaces múltiples (simples, dobles y triples) con otros átomos de carbono, constituyendo cadenas y anillos de diverso tamaño, pudiendo formar parte de una gran variedad de compuestos. Ningún otro elemento de la naturaleza puede formar moléculas estables y tan diversas en cuanto a forma y tamaño. Los compuestos químicos orgánicos se caracterizan también por la presencia de los llamados grupos funcionales. Cuando uno o más hidrógenos de los unidos a un átomo de carbono resultan sustituidos en una unión química por: átomos de oxígeno (O), nitrógeno (N), oxígeno unido a hidrógeno (oxhidrilo: OH), etc., se forman los “grupos funcionales”. Se distinguen grupos funcionales oxigenados (algunos de los

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átomos de hidrógeno fue sustituido por uno o más átomos de oxígeno), y grupos no oxigenados, donde el átomo principal puede ser azufre, nitrógeno o fósforo. En general los grupos funcionales le confieren a la molécula que los porta un cierto carácter polar (diferencia de carga).

Las moléculas polares tienen afinidad por el agua (hidrofilia), y pueden disolverse en ella, mientras que las no polares rechazan el agua (hidrofobia) y sólo pueden disolverse en ciertos solventes orgánicos. Por lo tanto, una característica muy importante de muchos compuestos orgánicos es la de ser solubles en agua y, por ende, en sangre.

Comenzaremos entonces a analizar las propiedades de las principales moléculas en los seres vivos, inorgánicas u orgánicas. AGUA Es una molécula inorgánica formada por dos átomos de hidrógeno y uno de oxígeno, unidos por una unión covalente polar.

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La fuerte polaridad de la molécula permite que estas puedan formar entre sí puentes de hidrógeno. No son uniones químicas verdaderas, pero hay una fuerte atracción electrostática producto de la diferencia de electronegatividad entre el oxígeno y el hidrógeno.

La polaridad de las moléculas permite que en el estrado líquido o sólido, cuando dichas moléculas de agua se encuentran lo suficientemente cercanas, los átomos de hidrógeno de una de esas moléculas se sientan fuertemente atraídos por los átomos de oxígeno de otras moléculas de agua vecinas. Estas uniones son mucho más débiles que una unión covalente. El gran número de puentes de hidrógeno que se forman, le confieren al agua una cohesión interna (fuerte atracción de sus moléculas) y gran estabilidad. En promedio, una molécula de agua en estado líquido puede estar unida a otras cuatro moléculas a través de puentes de hidrógeno.

Propiedades: • Elevada tensión superficial: resultado de la fuerte cohesión entre las moléculas. • Capacidad humectante: consecuencia de la fuerte adhesión del agua a otras moléculas (por eso moja). • Capilaridad: resultado de la cohesión y adhesión. Así las plantas pueden transportar el agua desde las raíces hasta las hojas en los vasos conductores.

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•

Termorregulación: El calor como forma de energía, romperá las uniones puente de hidrógeno, vaporizándolas. Esto permite que la temperatura de los organismos se mantenga constante, ante cambios del medio externo (recordar el concepto de homeostasis) Solvente universal: El agua tiene propiedades solventes únicas debido a la naturaleza polar de sus moléculas y a su capacidad para formar uniones por puente de hidrógeno, por lo que puede disolver a todo compuesto químico que sea polar como ella. Los compuestos iónicos como el ClNa o los glúcidos se disuelven fácilmente en el agua, mientras que aquellos compuestos apolares no se disolverán y se dice que son hidrofóbicos, como por ejemplo las grasas y aceites. Regulador del equilibrio ácido-base: el agua actúa como regulador de la cantidad o concentración de H en solución, valor que se mide a través del pH. El pH se mide en una escala de 0 a 14. Ácidos, neutros y básicos. El agua pura presenta un Ph neutro (ph = 7)

OXÌGENO Los átomos del elemento oxigeno forman moléculas de O2 que al ser parcialmente solubles en agua se encuentran al alcance de casi todos los organismos. El oxigeno es muy electronegativo, por lo que es un fuerte aceptor de electrones. La transferencia de electrones de cualquier molécula hacia el oxigeno se produce con liberación de energía. Es por eso que el oxigeno es vital para los seres vivos: durante el proceso respiratorio, el pasaje de electrones desde los alimentos hacia el oxigeno molecular provee la mayor parte de la energía que precisan los seres vivos. AZUFRE Y FÒSFORO Los elementos S y P forman uniones inestables en solución acuosa. Como consecuencia de ello, se precisa una gran cantidad de energía para formar dichas uniones. Dicha energía se liberará cuando las uniones se hidrolicen, es por ello que algunas moléculas que contienen estos elementos (ATP que contiene fósforo y Acetil COA que contiene azufre) cumplen función de transportadores de energía en las células. METALES Algunos como el Na+, K+, Ca++, Mg++ y Cl- , desempeñan diversas funciones como el mantenimiento del equilibrio osmótica, la formación de gradientes iónicos en la conducción del impulso nervioso y el transporte activo a través de membranas. Además, el calcio interviene en la formación de los huesos y el magnesio en las contracciones musculares. Otros como el Fe++ y el Cu+, están presentes en los seres vivos por sus propiedades electrónicas. Pueden oxidarse y se encuentran en los sitios activos de proteínas que actúan como transportadores de electrones en el proceso de respiración. El Fe en particular permite el transporte de oxígeno en la hemoglobina. HIDRATOS DE CARBONO Son nutrientes que aportan energía al organismo. Se caracterizan por ser consumidos rápidamente dado que por su carácter soluble, se encuentran disueltos en la sangre y llegan por lo tanto muy rápidamente a cualquier tejido para su utilización como fuente de energía. Son también llamados carbohidratos, glúcidos o azúcares. La mayoría no son dulces, como la papa o el arroz. Están formados por C,

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H y O. Los de cadenas sencillas (3 a 7 átomos) son los monosacáridos, por ejemplo la glucosa o fructosa. Cuando los monosacáridos se unen forman disacáridos (sacarosa, lactosa) o polisacáridos (almidón, celulosa, glucógeno). Biológicamente, se absorben en el intestino sin necesidad de digestión previa, por lo que son una fuente muy rápida de energía. Los azúcares más complejos (disacáridos y polisacáridos) deben ser transformados en azucares más sencillos (monosacáridos) para ser asimilados. Además de C, están formados por H y O. La fórmula general de los sacáridos es Cn(H2O)n donde “n” representa el número de átomos. Si “n” está entre 3 y 7 estamos en presencia de los carbohidratos denominados monosacáridos. Si dos monosacáridos se unen por medio de uniones glucosídicas, hablamos de disacáridos. Si se unen de a 3 a 10, hablamos de oligosacáridos. Si la cantidad supera la decena, son polisacáridos. Los alimentos de origen vegetal son ricos en hidratos de carbono Monosacáridos Son solubles en agua. Se los clasifica por el número de átomos de carbono que posean: triosas, tetrosas, pentosas, hexosas y heptosas. Cuando la cadena es de 5 o más carbonos, la estructura de los carbohidratos puede ser lineal o en forma de anillos. Si están polimerizados (unidos) siempre van a estar en forma de anillos. La función de los monosacáridos consiste en aportar energía rápidamente a los procesos metabólicos, formar parte de moléculas mayores o actuar como intermediarios metabólicos. Ejemplos: glucosa, fructosa, galactosa.

Disacáridos Formados por dos monosacáridos, que pueden ser iguales o distintos, unidos por enlaces glicosídicos. Está unión representa una condensación ya que se pierde una molécula de agua. Por el contrario, cuando un disacárido se rompe, la ruptura del enlace se produce con agregado de agua y se denomina hidrólisis. La función general es aportar energía en procesos metabólicos, aunque también tienen función estructural. Ejemplos: maltosa, sacarosa, lactosa.

Polisacáridos

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Son carbohidratos que al ser hidrolizados liberan 10 o más unidades de monosacáridos que pueden ser iguales (homopolisacáridos) o encontrarse combinados con monosacáridos derivados (heteropolisacáridos).

Homopolisacáridos: Como ejemplos podemos nombrar al almidón, el glucógeno y la celulosa. Los dos primeros con función de reserva energética y el último con función estructural. El almidón es insoluble en agua y está constituido por miles de glucosas unidas por enlaces glucosídicos. El glucógeno, formado por glucosa constituye la reserva de energía en animales. La celulosa es un polisacárido insoluble en agua, con función de sostén o estructural. Heteropolisacáridos: A veces pueden encontrarse combinados con proteínas y lípidos formando glicoproteínas y glicolípidos. Su función es mayormente estructural. Ejemplos: Ácido hialurónico (con función homeostática en cartílagos y piel), heparina (con función anticoagulante en pulmones, hígado y piel), quitina (constituyente estrucutral de la pared celular de los hongos y del exoesqueleto de los artrópodos), etc. Los azúcares en el hombre El principal azúcar que circula en la sangre es la glucosa. A veces la presencia de glucosa en la orina (glucosuria) puede ser consecuencia de exceso de azúcar en la sangre o deficiencia de su reabsorción en riñón (recordar el mecanismo de resorción analizado al estudiar el sistema excretor). El nivel de azúcar en la sangre, que siempre se mantiene constante y se denomina glucemia, es regulado por hormonas; el exceso de glucosa en sangre es desviado al hígado y músculos como glucógeno o transformado en grasas. En la enfermedad llamada diabetes mellitas falta esta regulación hormonal; no ingresa el azúcar a las células, por lo que aumenta el azúcar en sangre y se elimina mucha orina dulce. PROTEÍNAS Son sustancias que intervienen en la construcción y crecimiento del organismo. También participan en la reparación de tejidos frente a una herida. Son macromoléculas formadas por uniones de un gran número de unidades pequeñas: los aminoácidos. Estos están formados por C, H, O y N. Existen en los seres vivos, 20 tipos diferentes de aminoácidos, de los cuales 8 son esenciales porque el organismo no puede sintetizarlos y deben ser ingeridos con el alimento. Los aminoácidos son los monómeros de las proteínas, en otras palabras, son estructuras que unidas entre sí, por enlace peptídico, forman proteínas que tienen un gran peso molecular y función biológica en la célula. Dependiendo de la secuencia de aminoácidos que se unan dará origen a una u otra proteína. La estructura de los aminoácidos comprende un carbono en el centro al cual se le llama carbono alfa, el que está unido a un hidrógeno, a un

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grupo funcional amino (NH2), un grupo funcional ácido carboxílico (COOH) y un radical (R), el cual varía según la naturaleza del aminoácido que sea.

Los aminoácidos se unen entre sí por uniones llamadas peptídicas. Se producen entre el grupo amino de un aminoácido y el grupo ácido del otro. Enlace peptídico: Es una reacción de condensación (con pérdida de una molécula de agua) entre el grupo carboxilo de un aminoácido y el grupo amino del aminoácido siguiente. Se forma un dipéptido (unión de dos aminoácidos) y una molécula de agua. Así pueden seguir uniéndose aminoácidos formando un polímero.

Estructura de las proteínas La organización de una proteína viene definida por cuatro niveles estructurales denominados: estructura primaria, estructura secundaria, estructura terciaria y estructura cuaternaria. Estructura primaria La estructura primaria es la secuencia de aminoácidos de la proteína. Nos indica qué aminoácidos componen la cadena polipeptídica y el orden en que dichos aminoácidos se encuentran. La función de una proteína depende de su secuencia y de la forma que ésta adopte.

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Estructura Secundaria. La estructura secundaria es la disposición de la secuencia de aminoácidos en el espacio. Los aminoácidos, a medida que van siendo enlazados durante la síntesis de proteínas y gracias a la capacidad de giro de sus enlaces, adquieren una disposición espacial estable, la estructura secundaria. Existen dos tipos de estructura secundaria: 1. La a(alfa)-hélice 2. La conformación beta

Estructura terciaria La estructura terciaria informa sobre la disposición de la estructura secundaria de un polipéptido al plegarse sobre sí misma originando una conformación globular. En definitiva, es la estructura primaria la que determina cuál será la secundaria y por tanto la terciaria. Esta conformación globular facilita la solubilidad en agua y así realizar funciones de transporte, enzimáticas, hormonales, etc. Dicha estructura globular se mantiene estable gracias a la existencia de enlaces entre los radicales R de los aminoácidos. Aparecen varios tipos de enlaces:  el puente disulfuro entre los radicales de aminoácidos que tiene azufre.  los puentes de hidrógeno.  los puentes eléctricos.

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Estructura Cuaternaria Esta estructura informa de la unión, mediante enlaces débiles (no covalentes) de varias cadenas polipeptídicas con estructura terciaria, para formar un complejo proteico.

PROPIEDADES DE PROTEÍNAS Desnaturalización. Consiste en la pérdida de la estructura terciaria, por romperse los puentes que forman dicha estructura. Todas las proteínas desnaturalizadas tienen la misma conformación, muy abierta y con una interacción máxima con el disolvente, por lo que una proteína soluble en agua cuando se desnaturaliza se hace insoluble en agua y precipita. La desnaturalización se puede producir por cambios de temperatura, (huevo cocido o frito) o variaciones del pH. En algunos casos, si las condiciones se restablecen, una proteína desnaturalizada puede volver a su anterior plegamiento o conformación, proceso que se denomina renaturalización. Valor biológico de las proteínas

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El conjunto de los aminoácidos esenciales sólo está presente en las proteínas de origen animal. En la mayoría de los vegetales siempre hay alguno que no está presente en cantidades suficientes. Se define el valor o calidad biológica de una determinada proteína por su capacidad de aportar todos los aminoácidos necesarios para los seres humanos. La calidad biológica de una proteína será mayor cuanto más similar sea su composición a la de las proteínas de nuestro cuerpo. De hecho, la leche materna es el patrón con el que se compara el valor biológico de las demás proteínas de la dieta. Por otro lado, no todas las proteínas que ingerimos se digieren y asimilan. La utilización neta de una determinada proteína, o aporte proteico neto, es la relación entre el nitrógeno que contiene y el que el organismo retiene. Hay proteínas de origen vegetal, como la de la soja, que a pesar de tener menor valor biológico que otras proteínas de origen animal, su aporte proteico neto es mayor por asimilarse mucho mejor en nuestro sistema digestivo. ¿Proteínas de origen vegetal o animal? Puesto que sólo asimilamos aminoácidos y no proteínas completas, el organismo no puede distinguir si estos aminoácidos provienen de proteínas de origen animal o vegetal. Comparando ambos tipos de proteínas podemos señalar: Las proteínas de origen animal son moléculas mucho más grandes y complejas, por lo que contienen mayor cantidad y diversidad de aminoácidos. En general, su valor biológico es mayor que las de origen vegetal. Como contrapartida son más difíciles de digerir, puesto que hay mayor número de enlaces entre aminoácidos por romper. Combinando adecuadamente las proteínas vegetales (legumbres con cereales o lácteos con cereales) se puede obtener un conjunto de aminoácidos equilibrado. Por ejemplo, las proteínas del arroz contienen todos los aminoácidos esenciales, pero son escasas en lisina. Si las combinamos con lentejas o garbanzos, abundantes en lisina, la calidad biológica y aporte proteico resultante es mayor que el de la mayoría de los productos de origen animal. Al tomar proteínas animales a partir de carnes, aves o pescados ingerimos también todos los desechos del metabolismo celular presentes en esos tejidos (amoniaco, ácido úrico, etc.), que el animal no pudo eliminar antes de ser sacrificado. Estos compuestos actúan como tóxicos en nuestro organismo. El metabolismo de los vegetales es distinto y no están presentes estos derivados nitrogenados. Los tóxicos de la carne se pueden evitar consumiendo las proteínas de origen animal a partir de huevos, leche y sus derivados. La proteína animal suele ir acompañada de grasas de origen animal, en su mayor parte saturadas. Se ha demostrado que un elevado aporte de ácidos grasos saturados aumenta el riesgo de padecer enfermedades cardiovasculares. En general, se recomienda que una tercera parte de las proteínas que comamos sean de origen animal, pero es perfectamente posible estar bien nutrido sólo con proteínas vegetales. Eso sí, teniendo la precaución de combinar estos alimentos en función de sus aminoácidos limitantes. El problema de las dietas vegetarianas en occidente suele estar más bien en el déficit de algunas vitaminas, como la B12, o de minerales, como el hierro. El mayor grupo lo constituyen las enzimas, que son los biocatalizadores de todos los procesos químicos que tienen lugar en los seres vivos. Las enzimas, en su gran mayoría, son específicas para cada reacción, de ahí su gran número. Como son catalizadores, actúan disminuyendo la energía de activación, combinándose con los reaccionantes para producir un estado intermedio con menor energía de activación

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que el estado de transición de la reacción no catalizada. Una vez formados los productos de la reacción, la enzima se recupera. Ampliemos que son las enzimas y como actúan: Las enzimas En todos los organismos es preciso sintetizar macromoléculas a partir de moléculas sencillas, y para establecer los enlaces entre éstas se necesita energía. Esta energía se consigue rompiendo los enlaces químicos internos de otras macromoléculas, sustancias de reserva o alimentos. Todo ello comporta una serie de reacciones coordinadas cuyo conjunto se denomina metabolismo. Dado que las sustancias que intervienen en estas reacciones son, generalmente, muy estables, se requeriría una gran cantidad de energía para que reaccionaran entre sí, ya que, si no, la velocidad de reacción sería nula o demasiado lenta. Para acelerar la reacción en un laboratorio bastaría con aumentar la temperatura o bien con añadir un catalizador, es decir, una sustancia que aumente la velocidad de la reacción. En los seres vivos, un aumento de temperatura puede provocar la muerte, por lo que se opta por la otra posibilidad, es decir, el concurso de catalizadores biológicos o biocatalizadores. Las moléculas que desempeñan esta función son las enzimas. Las enzimas son proteínas globulares capaces de catalizar las reacciones metabólicas. Son solubles en agua y se difunden bien en los líquidos orgánicos. Pueden actuar a nivel intracelular, es decir, en el interior de la célula donde se han formado, o a nivel extracelular, en la zona donde se segregan. Las enzimas cumplen las dos leyes comunes a todos los catalizadores: la primera es que durante la reacción no se alteran, y la segunda es que no desplazan la constante de equilibrio para que se obtenga más producto, sino que simplemente favorecen que la misma cantidad de producto se obtenga en menos tiempo. Las enzimas, a diferencia de los catalizadores no biológicos, presentan una gran especificidad, actúan a temperatura ambiente y consiguen un aumento de la velocidad de reacción de un millón a un trillón de veces. Actividad enzimática. En toda reacción química se produce una transformación de unas sustancias iniciales, denominadas reactivos o sustratos (S), en unas sustancias finales o productos (P). Esta transformación no se verifica directamente, ya que es necesario un paso intermedio en el cual el reactivo se active, de forma que sus enlaces se debiliten y se favorezca su ruptura. Este paso intermedio recibe el nombre de complejo activado y requiere un aporte de energía, generalmente en forma de calor, que se conoce como energía de activación. Las enzimas pueden actuar de dos formas: unas, fijándose mediante enlaces fuertes (covalentes) al sustrato, de modo que se debiliten sus enlaces y que no haga falta tanta energía para romperlos; y otras, atrayendo a las sustancias reaccionantes hacia su superficie de modo que aumente la posibilidad de encuentro y que la reacción se produzca más fácilmente.

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Las enzimas, una vez que han realizado la transformación del sustrato o sustratos en productos, se liberan rápidamente de ellos para permitir el acceso a otros sustratos. Clasificación de las proteínas Las proteínas pueden clasificarse en: a) Fibrosas: son insolubles y de forma alargada o de fibra. Confieren resistencia en tendones músculos y uñas. Se hallan constituidas por cadenas polipeptídicas ordenadas a lo largo de un eje formando fibras o láminas largas. Son los elementos estructurales del tejido conjuntivo de animales superiores. Por ejemplo: el colágeno. b) Globulares: están constituidas por cadenas polipeptídicas plegadas estrechamente de modo que adoptan formas esféricas, son solubles en soluciones acuosas, como las enzimas, anticuerpos, albúmina, hemoglobina, insulina y mioglobina. FUNCIONES DE LAS PROTEÍNAS: Son variadas. Sostén (queratina), defensa (anticuerpos), regulación (muchas hormonas), transporte (hemoglobina), contracción y relajación muscular (actina y miosina), aceleración de las reacciones químicas celulares (enzimas), reserva de nutrientes (albúmina), etc. Tipos Enzimas Reserva

Ejemplos Ácido-grasosintetosa Ovoalbúmina

Transportadoras

Hemoglobina

Protectoras

Anticuerpos

Hormonas

Insulina

Estructurales

Colágeno

Contráctiles

Miosina

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Localización o función Cataliza la síntesis de ácidos grasos. Clara de huevo. Transporta el oxígeno en la sangre. Bloquean a sustancias extrañas. Regula el metabolismo de la glucosa. Tendones, cartílagos, pelos. Constituyente de las fibras musculares

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Ejemplos de proteínas: Insulina: C276 H366 O76 N68 S6 Lactoglobulina: C1864 H3012 O576 N468 S21 LÍPIDOS Las moléculas de los lípidos están compuestas por átomos de C, H y O. Se clasifican en grasas (sólidas a temperatura ambiente) y aceites (líquidos). Son macromoléculas insolubles en agua. No forman polímeros. Se los puede clasificar según la relación que tengan con los ácidos grasos: Ácidos grasos y derivados: Los ácidos grasos están formados por C, H y O. Poseen una larga cadena de C unidos por enlaces simples y/o dobles que pueden variar de 12 a 24 C (siempre par) y una función –COOH en el C terminal. No se disuelven en agua. La función es proveer energía a través de su combustión y también formar parte de moléculas más complejas. Presentan una parte polar y una parte no polar. Se agrupan de modo que exponen al agua sus grupos polares ocultando las cadenas carbonadas o no polares, formando en solución acuosa estructuras denominadas micelas. • Lípidos que contienen ácidos grasos en su estructura: Son los lípidos más comunes: grasas, aceites, ceras y fosfolípidos. Las grasas y aceites son las más abundantes. Si son sólidos a temperatura ambiente son grasas (cadenas carbonadas largas y enlaces saturados); si son líquidos son aceites (cadenas carbonadas cortas y enlaces insaturados). La función de las grasas es constituir una reserva energética que puede movilizarse en caso de necesidad; son buenos aislantes térmicos en mamíferos y también protegen a órganos vitales. Los aceites almacenan energía en semillas y frutos. Las ceras a temperatura ambiente resultan sólidos insolubles en agua. Su función es protectora. Los fosfolípidos son lípidos complejos que tienen en su molécula una parte polar y una no polar: moléculas antipáticas. Forman membranas biológicas. En medio acuoso los fosfolípidos forman bicapas, ocultando sus colas hidrofóbicas y exponiendo sus cabezas hidrofílicas. La función es estructural. •

Funciones generales 1. Forman parte de las membranas celulares (fosfolípidos) 2. Algunos tienen función estructural y de protección de órganos 3. Son una importante reserva de energía 4. Son componentes importantes de algunas hormonas ÁCIDOS NUCLEICOS Los ácidos nucleicos son las macromoléculas formadas por carbono, hidrógeno, oxígeno, nitrógeno y fósforo. Ellas contienen y transmiten la información hereditaria. Como ya hemos visto, las proteínas son las que determinan la forma, funciones y movimientos de todas las células de un individuo. Además, las enzimas catalizan y regulan todas las reacciones del metabolismo celular. Pese a ello, son los ácidos nucleicos (ADN y ARN) los que contienen la información necesaria para que las

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células sinteticen sus proteínas. Esta información está almacenada en un lenguaje codificado de secuencia lineal de unidades llamadas bases nitrogenadas. La célula, mediante un proceso llamado síntesis de proteínas, que ocurre en los ribosomas, traducirá las secuencias de bases nitrogenadas en secuencias de aminoácidos para producir una proteína determinada. Los ácidos nucleicos se hallan presentes en todo tipo de células. Cualquier ser vivo presenta los dos tipos de ácidos nucleicos: ARN y ADN. La función principal de los ácidos nucleicos consiste en almacenar y transmitir la información genética. Son responsables de mantener la identidad de las especies biológicas, permiten la variación que existe entre los distintos individuos, permiten la evolución y diversificación de especies, permiten la diferenciación de células y tejidos, según la expresión selectiva de ciertos genes, cada célula utiliza en el momento que necesita sus ácidos nucleicos para sintetizar sus proteínas. Existen como dijimos dos tipos de ácidos nucleicos: a. Ácido ribonucleico (ARN) b. Ácido desoxiribonucleico (ADN) El ADN se encuentra en los cromosomas del núcleo de la célula y, en cantidades menores, en mitocondrias y cloroplastos. El ARN se encuentra en el núcleo, en una estructura llamada nucleolo. También se encuentra en los ribosomas. Mucho se habla actualmente del ADN, incluso cada vez más se lo menciona en los medios de comunicación. Estudiar el ADN permite revelar relaciones familiares, resolver hechos delictivos, establecer relaciones evolutivas que datan de millones de años y desarrollar nuevos tratamientos o, posiblemente, la cura para algunos males. El ADN (ácido desoxiribonucleico) se encuentra dentro de cada célula, y contiene la información que determina, en interacción con componentes ambientales, las características que tendrá la célula y el organismo en su totalidad. Desentrañar la estructura del ADN resultó esencial para comprender procesos celulares, y para desarrollar técnicas de biología molecular y de ingeniería genética, que contribuyeron al avance de la biotecnología moderna. Actualmente, mediante estas técnicas que emplea la biotecnología moderna, es posible transferir ADN de un organismo a otro y conferirle así nuevas características, diseñar nuevos fármacos o mejorar cultivos, entre otras aplicaciones. Los ácidos nucleicos son las moléculas informáticas por excelencia, es decir que contienen toda la información necesaria para realizar cualquier actividad celular. Son los responsables de transmitir esa información genética de una generación a otra, mediante un proceso llamado HERENCIA.

Constitución de los Ácidos nucleicos

Al igual que las proteínas, estas biomoléculas resultan de la polimerización de nucleótidos, que son los monómeros constituyentes. Cada nucleótido está formado por un azúcar pentosa, una base nitrogenada y una, dos, o 3 moléculas de ácido fosfórico, unidas por uniones covalentes. Las bases nitrogenadas son compuestos cíclicos formados por C y N. Existen cinco bases diferentes, estas son: adenina, guanina, timina, citosina y uracilo. Adenina y guanina son bases llamadas purínicas (compuestos orgánicos cíclicos con dos anillos), mientras que timina y citosina son bases llamadas pirimidínicas (compuestos orgánicos cíclicos con un anillo)

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La disposición de los átomos de N y O de las bases, permite que estas se emparejen o “apareen” con otra, con la que puedan formar puentes de hidrógeno. El apareamiento se forma siempre entre una base purínica (adenina o guanina) y una pirimidínica (citosina, timina y uracilo). Este apareamiento, tiene fundamental importancia en la transmisión genética. Esto lo analizaremos mas adelante al estudiar el código genético. Además, el apareamiento de bases es responsable de la estructura secundaria de los ácidos nucleicos.

Estructura del ADN – MODELO DE DOBLE HÉLICE En la década de los cincuenta, el campo de la biología fue convulsionado por el desarrollo del modelo de la estructura del ADN. En 1953 James Watson y Francis Crack, gracias a la ayuda de Rosalind Franklin, demostraron que consiste en una doble hélice formada por dos hebras arrolladas helicoidalmente, una alrededor de la otra como escaleras que giran sobre un eje. Su modelo adquirió tal importancia que los científicos obtuvieron en 1962 el Premio Nobel de Medicina por su trabajo.

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Según este modelo, La estructura del ADN es una pareja de largas cadenas de nucleótidos. Estas dos cadenas del ADN se alinean en forma paralela, pero en direcciones inversas, por lo que se dice que las cadenas son antiparalelas. Como ya mencionara, Las bases nitrogenadas que constituyen a los nucleótidos son adenina (A), guanina (G), citosina (C) y timina (T). Estas forman puentes de hidrógeno entre ellas, respetando una estricta complementariedad: A sólo se aparea con T (y viceversa) mediante dos puentes de hidrógeno, y G sólo con C (y viceversa) mediante 3 puentes de hidrógeno. Este orden particular de las mismas es llamado secuencia de ADN. Los enlaces de hidrógeno o puentes de hidrógeno son uniones débiles. Esto significa que las dos hebras de la hélice pueden separarse con relativa facilidad, quedando intactas.

El modelo de doble hélice permite explicar las propiedades que se esperan del ADN: • Capacidad para contener información: lenguaje codificado en la secuencia de pares de nucleótidos. • Capacidad de replicación: dar origen a dos copias iguales. • Capacidad de mutación: justificando los cambios evolutivos. APAREAMIENTO DE LAS BASES NITROGENADAS EN EL MODELO DE DOBLE HÉLICE

ESTRUCTURAS DE LOS ÁCIDOS NUCLEICOS

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• Primaria: corresponde a la secuencia de nucleótidos unidos por uniones covalentes • Secundaria: corresponde al apareamiento antiparalelo de las bases complementarias a través de los puentes de hidrógeno. • Terciaria: corresponde a la conformación espacial de la molécula en conjunto y pueden actuar tanto interacciones hidrofóbicas como puente de hidrógeno.

Los ácidos nucleicos se hallan presentes en todo tipo de células. Cualquier ser vivo presenta los dos tipos de ácidos nucleicos: ARN y ADN. La función principal de los ácidos nucleicos consiste en almacenar y transmitir la información genética. Son responsables de mantener la identidad de las especies biológicas, permiten la variación que existe entre los distintos individuos, permiten la evolución y diversificación de especies, permiten la diferenciación de células y tejidos, según la expresión selectiva de ciertos genes, cada célula utiliza en el momento que necesita sus ácidos nucleicos para sintetizar sus proteínas. Ácido ribonucleico (ARN) La estructura de los ARN es monocatenaria (formada por una sola cadena), pero suelen adoptar estructuras secundarias y terciarias. Su azúcar es siempre ribosa y no poseen la base nitrogenada timina, en su lugar presenta Uracilo. Es el más abundante en las células. Existen tres tipos: • ARNr (ribosómico): constituyente de los ribosomas, que son estructuras subcelulares donde se realiza la síntesis de proteínas • ARNt (de transferencia): quien traduce el mensaje genético y lo interpreta según los aminoácidos correspondientes, para llevar a cabo la síntesis de proteínas. • ARNm (mensajero): transporta del núcleo al citoplasma el mensaje contenido en el ADN con las instrucciones para la síntesis de proteínas.

Ácido Desoxiribonucleico (ADN) Se encuentra en la zona nucleoide de células procariontes y en el núcleo de las eucariontes. También lo podemos encontrar en mitocondrias y cloroplastos. Algunos virus poseen ADN como material genético.

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Existe un único tipo de ADN bicatenario (dos cadenas) y helicoidal (forma de doble hélice). En eucariontes estas moléculas son abiertas y están asociadas a proteínas, constituyendo la cromatina. En procariontes, las moléculas son circulares, cerradas y sin proteínas asociadas. La secuencia de nucleótidos de ADN contiene toda la información genética del ser vivo. El azúcar componente de los nucleótidos es siempre desoxirribosa y nunca posee la base uracilo. La estructura secundaria consiste en un doble helicoide. Esto hace que las cargas negativas se concentren hacia el exterior de la molécula, siendo el ADN un polianión, asociándose fácilmente a moléculas básicas o de carga positiva. Si ambas cadenas se separan, cada una sirve de molde para sintetizar la complementaria; de esta manera, se pueden hacer copias idénticas de esta molécula: el ADN es la única molécula capaz de autoduplicarse. Esta estructura se pliega sobre sí misma y se compacta en el núcleo de las células eucariontes formando los cromosomas. El ADN laxo y desenrollado constituye la cromatina, mientras que el condensado constituye los cromosomas. Para clarificar este concepto tan importante para la biología, podemos ayudarnos con un buen ejemplo: Podemos imaginar que nuestro genoma (el conjunto de genes de nuestras células) es como una gran biblioteca compuesta por 46 estanterías (cromosomas), organizadas en 23 pares, cada una de las cuales contiene muchos libros (genes) con información, como para fabricar un ladrillo o una herramienta. Si imaginamos nuestro genoma como una gran biblioteca, decimos entonces que las estanterías son los cromosomas. Cada miembro de un par de cromosomas es similar, pero no idéntico, a su compañero. Los libros son los genes, en los cuales se guarda la información para fabricar una proteína (un ladrillo) o una enzima (una herramienta).

MECANISMOS DE REPLICACIÓN Y TRANSCRIPCIÓN. EL CÓDIGO GENÉTICO

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REPLICACIÓN Llega un momento en la vida de una célula en el que ésta debe dividirse en dos por un mecanismo ya conocido por nosotros: la mitosis. Antes de la división celular, el ADN debe duplicarse para asegurar que cada célula hija contenga la misma información que la célula madre. Es decir que cuando la célula se divide, cada nueva célula que se forma debe portar toda la información genética, que determine sus características y funciones. Para eso, antes de dividirse, el ADN debe replicarse, es decir generar una copia de sí mismo. Durante la replicación, la molécula de ADN se desenrolla, separando sus cadenas. Cada una de éstas servirá como molde para la síntesis de nuevas hebras de ADN. Para eso, la enzima ADN-polimerasa coloca nucleótidos siguiendo la regla de apareamiento A-T y C-G. El proceso de replicación del ADN es semiconservativo, ya que al finalizar la duplicación, cada nueva molécula de ADN estará conformada por una hebra “vieja” (original) y una nueva.

LA SÍNTESIS DE PROTEÍNAS: TRANSCRIPCIÓN Y TRADUCCIÓN Como vimos anteriormente, las proteínas son macromoléculas que cumplen funciones variadas. Hay proteínas estructurales, otras son enzimas, otras transportan

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oxígeno como la hemoglobina, hay proteínas involucradas en la defensa inmunitaria, como los anticuerpos, otras cumplen funciones de hormonas como la insulina, etc. Así como el ADN está compuesto a partir de nucleótidos, las proteínas están compuestas a partir de aminoácidos. Hay 20 aminoácidos diferentes, y cada proteína tiene una secuencia de aminoácidos particular. El proceso de síntesis de proteínas consta básicamente de dos etapas: la transcripción y la traducción. En la primera etapa, las “palabras” (genes) escritas en el ADN en el lenguaje de los nucleótidos se copian o transcriben a otra molécula, el ARN mensajero (ARNm). Luego, en la etapa siguiente, el ARNm se traduce al idioma de las proteínas, el de los aminoácidos. Este flujo de información se conoce como el “DOGMA CENTRAL DE LA BIOLOGÍA”. TRANSCRIPCIÓN Durante la transcripción la enzima ARN polimerasa, copia la secuencia de una hebra del ADN y fabrica una molécula de ARN complementaria al fragmento de ADN transcripto. El proceso es similar a la replicación del ADN, pero la molécula nueva que se forma es de cadena simple y se denomina ARN. Se denomina ARN mensajero porque va a llevar la información del ADN hacia los ribosomas, las organelas encargadas de fabricar las proteínas. El ARN, o ácido ribonucleico, es similar al ADN aunque no igual. El ARN se diferencia del ADN en que es de cadena simple, en lugar del azúcar desoxirribosa tiene ribosa, y en lugar de la base nitrogenada timina, (T), tiene uracilo (U). LA TRADUCCIÓN Y EL CÓDIGO GENÉTICO La molécula del ARN mensajero que se copió en el núcleo durante el proceso de transcripción, atraviesa la membrana nuclear y se traslada a los ribosomas donde ocurre la etapa de traducción. Durante esta etapa el ribosoma lee la secuencia de nucleótidos del ARN mensajero por tripletes o tríos de nucleótidos, denominados codones. Por lo tanto, un codón es un triplete que, en un ARN mensajero, codifica la incorporación de un aminoácido específico en la biosíntesis de proteínas.

A medida que el ribosoma lee la secuencia de codones va formando una proteína, a partir de la unión de aminoácidos. Según cuál es el codón que el ribosoma “lee” va colocando el aminoácido que corresponde. Si se considera la combinación de cuatro bases tomadas de a tres, existe un total de 64 codones posibles. Cada codón determina qué aminoácido se colocará en la proteína que se está fabricando. De los 64 codones, 61 corresponden a aminoácidos y 3 son codones de terminación (stop), responsables de la finalización de la síntesis proteica. La siguiente tabla es el código genético o “diccionario” que permite traducir la información escrita en el lenguaje de los ácidos nucleicos (nucleótidos) al lenguaje de

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las proteínas (aminoácidos), y es universal, o sea, es válido para todos los seres vivos.

La tabla del código genético es universal y permite conocer a partir de la secuencia del ARN mensajero cómo será la secuencia de la proteína para la cual el gen correspondiente codifica. Así, la secuencia ATG (AUG en el ARNm) codifica para el aminoácido metionina, y el codón TTT (UUU en el ARNm) codifica para el aminoácido fenilalanina en todos los organismos vivos. Como sólo existen 20 aminoácidos en la naturaleza, varios

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codones pueden codificar para el mismo aminoácido (por ejemplo, al aminoácido glicina le corresponden los codones GGU, GGC, GGA y GGG). Cada codón del ARNm es leído por otro ARN, llamado ARN de transferencia (ARNt), que actúa como un “adaptador” entre la información que lleva el ARNm y los aminoácidos que deben ir colocándose para formar la proteína correspondiente. El ARNt es muy pequeño comparado con los ARNm y tiene una secuencia, denominada anticodón que aparea (es decir, es complementaria) con el codón. Cada ARN de transferencia tiene un anticodón y “carga” un aminoácido en particular.

Por ejemplo, el ARNt que tiene el anticodón UCA, se aparea al codón AGU, y carga el aminoácido serina (Ser). De la misma manera, el ARNt que carga tirosina (Tyr) se aparea, a través de su anticodón, con el codón UAC. Así se va formando una cadena polipeptídica (proteína) a medida que los anticodones de los ARNt reconocen sus respectivos codones en el ARNm. Este proceso de síntesis proteica ocurre en los ribosomas. El ribosoma está constituido por dos subunidades, una pequeña y una grande.

Entre dichas subunidades va pasando el ARNm y, a medida que pasa, el ribosoma “lee” la información de los codones y para cada uno va adosando el aminoácido correspondiente. Dichos aminoácidos son aportados por el ARNt. La traducción es el proceso de convertir las secuencias del ARNm en una secuencia de aminoácidos. El codón de iniciación es el AUG que codifica para el aminoácido metionina (Met). La traducción no ocurre si no está el codon AUG, la metionina (en realidad la formilmetionina, f-Met ) es siempre el primer aminoácido de la cadena polipeptídica, y frecuentemente se elimina al final del proceso. Cuando se llega a un codón de terminación, la cadena se suelta y la proteína se ha sintetizado.

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Detalle de los pasos: a) El complejo formado por el ARNt, el ARNm y la subunidad ribosómica pequeña es llamado "complejo de iniciación". A continuación, la subunidad grande se pega al complejo de iniciación y comienza la traducción. Luego de esta fase el mensaje progresa durante la elongación de la cadena polipeptídica. b) Un nuevo ARNt lleva otro aminoácido al sitio vacío del complejo ribosoma-ARNm y posteriormente se forma un enlace peptídico con el aminoácido del sitio ocupado.

c) El complejo se mueve a lo largo del ARNm hasta el próximo triplete, liberando el sitio A.

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d) El nuevo ARNt entra en el sitio A y se repite el proceso. Cuando el codon es un codon de terminaciรณn, se detiene la traducciรณn, liberando al complejo ribosรณmico del ARNm.

A MODO DE Sร NTESIS Para terminar de integrar los tres mecanismos que hemos analizado, observa el siguiente esquema:

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ERRORES EN LA REPLICACIÓN: ¿Qué son las mutaciones? A veces, y este es un fenómeno relativamente frecuente, la enzima que se encarga de la replicación del ADN (ADN polimerasa) se equivoca, es decir, coloca un nucleótido en lugar de otro. Si, por ejemplo, la enzima ADN polimerasa coloca una T en lugar de una A podría ocurrir que al traducirse, se coloque en la proteína un aminoácido diferente del que correspondería. Por lo tanto, la proteína generada sería diferente en un aminoácido a la original. Este cambio en el ADN, llamado mutación, podría alterar o anular la función de la proteína. Este ejemplo ilustra el efecto de los cambios o mutaciones puntuales (debidos a un único cambio en la secuencia) en la proteína final. En algunos casos las mutaciones pasan inadvertidas, pero también pueden provocar la falta de actividad de una proteína esencial y causar una enfermedad. De todas formas, la mayoría de las mutaciones no se manifiestan, o porque están en regiones del ADN donde no hay genes, o porque no cambian el aminoácido, o porque ese cambio no altera la función de la proteína. O bien podría alterarse la función y esto no resultar perjudicial. Tal es el caso del carácter color de ojos, donde el color claro se produce por falta de ciertas enzimas que fabrican los pigmentos del iris. En realidad, las mutaciones son la base de la biodiversidad. Es decir que las pequeñas diferencias en el ADN es lo que determina que los seres vivos sean diferentes entre sí. Esta diversidad en las características sumada a la existencia de un código genético común entre los seres vivos, son dos hechos determinantes en el desarrollo de la biotecnología moderna.

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PARA REPASAR, UN MAPA CONCEPTUAL:

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UNIDAD 2 ORGANIZACIÓN CELULAR En esta unidad nos dedicaremos a realizar un repaso de algunos conceptos importantes de la organización funcional y estructural de las células para poder luego, en unidades posteriores, abordar de un modo más integral los procesos de intercambio, metabolismo y reproducción celular. ¿Cómo están organizadas las células? En la naturaleza existe una sorprendente diversidad de tipos celulares que, a la vez, tienen una notable similitud. Cada célula es capaz de llevar a cabo esencialmente los mismos procesos: obtener y asimilar nutrientes, eliminar los residuos, sintetizar nuevos materiales para la célula y, en muchos casos, moverse y reproducirse. Las células son las unidades básicas de la estructura y función biológicas, pero pueden diferir grandemente en su tamaño y forma. El tamaño de las células está limitado por la relación entre superficie y volumen; cuanto mayor es la superficie de una célula en proporción a su volumen, mayor será la cantidad de materiales que pueden entrar o salir de ella en un espacio de tiempo dado. El tamaño celular también está limitado por la capacidad del núcleo para regular las actividades celulares. Las células metabólicamente más activas tienden a ser pequeñas. Por otro lado, cuando el tamaño de la célula, producto de su crecimiento, se torna ingobernable para el núcleo, la célula sufre una división celular por mitosis. Repasemos algunas características celulares:  Las células tienen una compleja arquitectura interna que les permite realizar todas sus funciones. En las células eucarióticas existe una variedad de estructuras internas, las organelas, que son similares o, en algunos casos, idénticas de una célula a otra en una amplia gama de tipos celulares.  Las células están separadas del medio circundante por una membrana celular. Esta membrana restringe el paso de sustancias de afuera hacia el interior y viceversa, y protege de esta manera su integridad estructural y funcional. Las células de las plantas, de la mayoría de las algas, hongos y procariotas, están además separadas del ambiente por una pared celular elaborada por las células mismas.  El núcleo de las células eucarióticas está separado del citoplasma por la envoltura nuclear, formada por dos bicapas lipídicas. Los poros de la envoltura nuclear suministran los canales a través de los cuales pasan las moléculas desde y hacia el citoplasma. El núcleo contiene el material genético, los cromosomas, que, cuando la célula no está dividiéndose, existen en una forma extendida llamada cromatina. Al actuar juntamente con el citoplasma, el núcleo ayuda a regular las actividades de la célula.  El citoplasma de la célula es una solución acuosa concentrada que contiene enzimas, moléculas disueltas e iones -además de organelas en el caso de las células eucarióticas- que desempeñan funciones especializadas en la vida de la célula. Las células eucarióticas contienen una gran cantidad de organelas, la mayoría de las cuales no existen en las células procarióticas.  El citoplasma eucariótico tiene un citoesqueleto que sirve de soporte e incluye microtúbulos, filamentos de actina y filamentos intermedios. El citoesqueleto

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mantiene la forma de la célula, le permite moverse, fija sus organelas y dirige su tránsito. Dentro de los reinos vivientes, encontramos dos tipos básicos de células, las procariotas y las eucariotas: PROCARIOTAS: (significa: "antes del núcleo"). Son células sin núcleo organizado, donde el material genético es una molécula circular en una región denominada nucleoide, que carece de membrana. Son células primitivas, sin desarrollo de organelas específicas, y se encuentran en organismos del reino Monera (bacterias). EUCARIOTAS: (eu= verdadero, karion = núcleo). Las células eucariotas presentan núcleo rodeado por una membrana o envoltura nuclear. Además poseen pequeños órganos llamados organelas que cumplen diversas funciones. Son células más evolucionadas que las procariotas y se las encuentra en los reinos Protista, Hongos, Vegetal y Animal. Antes de analizar comparativamente las estructuras celulares de procariotas y eucariotas, repasemos la función de dichas estructuras: ESTRUCTURAS CELULARES 1. Membrana celular La célula presenta una membrana externa o plasmática que la rodea, su función es la de mantener la constancia del contenido celular controlando lo que entra y sale de la célula. Esta membrana celular se encuentra en todas las células. Está formada por una doble capa de lípidos en la que se intercalan moléculas de proteína transportadoras (modelo de mosaico fluido).Su función es la de controlar los procesos de intercambio con el medio, actuando como una barrera selectiva. Este intercambio puede ser por medio de un transporte pasivo (sin gasto de energía) mediante difusión simple o activo (con gasto de energía) por medio de las proteínas transportadoras.

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2. Pared celular Es una estructura de celulosa que recubre externamente a las células vegetales y fúngicas (hongos). Su función es la de brindar protección y sostén, además de permitir el paso selectivo de sustancias a través de ella. Todo el contenido de la célula se denomina protoplasma. Técnicamente el protoplasma se divide en un NÚCLEO y el CITOPLASMA 3. Núcleo: Es una masa globosa que se encuentra dentro del citoplasma y del que está separado por la membrana nuclear. Está formado por: cromatina: formada por cadenas de ácido desoxirribonucleico (A.D.N.) y proteínas llamadas histonas. La cromatina puede estar dispersa en el núcleo o condensada en forma de cromosomas. nucleolo: formado por proteínas y cadenas de ácido ribonucleico (A.R.N.) cromosomas: se forman cuando la cromatina se espiraliza o condensa. Para una especie, la forma y número de cromosomas están definidos, y es distinto al de cualquier otra especie. Existen organismos que presentan dos juegos de cromosomas, uno proveniente de la gameta masculina (por ej. espermatozoide) y otro proveniente de la gameta femenina (por ej. óvulo). A estos organismos se los llama diploides (2n). Por ejemplo, las células del ser humano presentan 46 cromosomas. Es un organismo diploide 2n=46. Tiene 23 pares de cromosomas. En cada par hay un cromosoma proveniente de la madre y otro proveniente del padre. Aquellas especies (por ejemplo las bacterias) que tienen un solo juego de cromosomas se las llama haploides (n) Función del núcleo: posee (en el A.D.N.) toda la información para regular el conjunto de todas las actividades celulares. El citoplasma Es la masa que rodea al núcleo. Se divide en dos regiones: ectoplasma, interno y fluido; y endoplasma, externo y mas consistente. El 70 % de su volumen es agua. En el citoplasma, encontramos a las diferentes organelas citoplasmáticas donde se realizan todas las actividades celulares. Las más importantes son:

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4. mitocondrias: son organelas esféricas o cilíndricas. En ellas se realiza el proceso de respiración. Son verdaderas centrales energéticas que producen la energía necesaria para que la célula lleve a cabo sus múltiples funciones. En la respiración, las sustancias alimenticias son oxidadas (por el oxígeno), por lo que las uniones de las moléculas de esas sustancias se rompen. De esta manera, la energía encerrada en esas uniones es liberada y puede ser aprovechada por la célula. 5. Cloroplastos: Se encuentra presente solo en células vegetales. Contiene los pigmentos responsables de captar la energía lumínica del sol. Intervienen también en la fijación del CO2 atmosférico. Es decir que son las organelas donde se realiza la fotosíntesis. 6. Ribosomas: organela donde se realiza la síntesis (formación) de enzimas y proteínas en general. La síntesis se realiza del siguiente modo: El ADN del núcleo es el que tiene la información necesaria para producir todas las proteínas y enzimas que la célula precisa. Existe un mensajero (ARN) que es el encargado de copiar la información del ADN en el núcleo y transportarla al citoplasma, a los ribosomas. Con esa información, los ribosomas fabrican las proteínas y enzimas necesarias para todas las actividades celulares. 7. Sistema retículo endoplasmático (S.R.E.): Está formado por una serie de cavidades mas o menos planas, que se comunican entre sí, formando una red que comunica a la membrana nuclear, el aparato de golgi y la membrana plasmática. Funciones: Sostén mecánico de toda la célula. Produce fenómenos de ósmosis y de intercambio. Es un “sistema circulatorio” intracelular. 8. Complejo de Golgi-lisosomas: El complejo de Golgi, está formado por una serie de bolsas aplanadas de cuyos bordes se desprenden vesículas cerradas. Presenta continuidad estructural con el S.R.E. Modifican las proteínas y los lípidos, producen carbohidratos y empacan moléculas para su transporte. Por lo tanto su función es la síntesis y liberación de secreciones. Por ejemplo, las enzimas hidrolíticas (degradan) son liberadas en vesículas llamadas lisosomas, que actúan sobre partículas alimenticias y las digieren.

Ahora sí, comparemos ambos tipos de células:

Estructura/Proceso Membrana nuclear ADN Cromosomas División celular Mitocondria Cloroplasto Ribosomas Pared celular

Nucléolos Retículo endoplásmico

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Eucariotas Presente Combinado con proteínas (histonas) Múltiples Mitosis o Meiosis Presentes

Procariotas Ausente Desnudo y circular Único Fisión binaria Ausente. Los procesos bioquímicos equivalentes ocurren Presentes en células vegetales en la membrana citoplasmática. Presentes Presentes Presente. Constituida por celulosa en Presente. Formada por vegetales o por quitina en hongos mureína Presentes Ausentes Presente Ausente

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Para finalizar el repaso, comparemos por medio de una ilustración, a las células animales y vegetales. ¿Qué tienen en común? ¿En qué se diferencian? DIFERENCIAS Y SEMEJANZAS ENTRE CÉLULAS ANIMAL Y VEGETAL

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UNIDAD 3 TRANSPORTE CELULAR La célula necesita expulsar de su interior los desechos del metabolismo y adquirir nutrientes del líquido extracelular. Esto lo logra gracias a la capacidad de la membrana celular que permite el paso o salida de manera selectiva de algunas sustancias. Las vías de transporte a través de la membrana celular y los mecanismos básicos de transporte son: 1. Transporte pasivo o difusión: La difusión es la forma por la que las sustancias atraviesan la bicapa lipídica debido al movimiento contínuo de las moléculas a lo largo de los líquidos o también en gases. El transporte pasivo no necesita de energía por parte de la célula, para mejorar el intercambio de materiales a través de la membrana celular. Dicho intercambio se produce por diferencias en el gradiente de concentración entre el exterior e interior celular.

En este esquema: 1 y 2: difusión simple (por membrana o canales) 3: difusión facilitada 4: transporte activo Existen dos tipos de difusión a través de la membrana celular que son: a) Difusión simple: Es el movimiento cinético de moléculas o iones a través de la membrana sin necesidad de fijación con proteínas transportadoras de la bicapa lipídica. Este tipo de transporte se puede realizar a través de mecanismos fisicoquímicos como la ósmosis (pasaje de agua) o la diálisis. De este modo ingresan moléculas lipídicas como las hormonas y algunas sustancias polares de pequeño tamaño como el agua, dióxido de C, etanol, etc. También iones como el Na+, K+, Ca2+, Cl-. b) Difusión facilitada: También se llama difusión mediada por portador porque la sustancia transportada, por el hecho de ser polares e lipofóbicas frente a la bicapa lipídica, no puede atravesar la membrana sin una proteína portadora específica que le ayude. Se diferencia de la difusión simple en que mientras que la magnitud de difusión de la difusión simple se incrementa de manera proporcional con la concentración de la sustancia que se difunde, en la difusión facilitada la magnitud de difusión se aproxima a un máximo (Vmax), al aumentar la concentración de la sustancia, porque no depende solo de la concentración de las sustancias sino de la capacidad de transporte de las proteínas. Por ejemplo: pequeñas moléculas polares, como los aminoácidos y monosacáridos.

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Difusión facilitada Transporte activo: Es el transporte en el que el desplazamiento de moléculas a través de la membrana celular se realiza en dirección ascendente o en contra de un gradiente de concentración o contra un gradiente eléctrico (gradiente electroquímico), es decir, es el paso de sustancias desde un medio poco concentrado a un medio muy concentrado. Para desplazar estas sustancias contra corriente es necesario el aporte de energía procedente del ATP. Las proteínas portadoras del transporte activo poseen actividad ATPasa, que significa que pueden escindir el ATP para formar ADP o AMP con liberación de energía de los enlaces fosfato de alta energía. a) Transporte activo primario: Bomba de sodio y potasio Son las encargadas de transportar iones sodio hacia el exterior de las células y al mismo tiempo bombea iones potasio desde el exterior hacia el interior, lo que produce una diferencia de concentración de sodio y potasio a través de la membrana celular que genera un potencial eléctrico negativo dentro de las células, muy importante en el impulso nervioso. Las proteínas actúan contra el gradiente gracias a su actividad como ATP-asa, ya que rompen el ATP para obtener la energía necesaria para el transporte. El transporte activo de Na+ y K+ tiene una gran importancia fisiológica. De hecho todas las células animales gastan más del 30% del ATP que producen (y las células nerviosas más del 70%) para bombear estos iones.

b) Transporte activo secundario o cotransporte: Es el transporte de sustancias muy concentradas en el interior celular como los aminoácidos y la glucosa, por lo que la energía requerida es muy grande. Esta energía deriva del gradiente de concentración de los iones sodio de la membrana celular.

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Transporte de macromoléculas o partículas (transporte en masa): Las macromoléculas o partículas grandes se introducen o expulsan de la célula por dos mecanismos: 1. Exocitosis: Es la excreción de macromoléculas como la insulina a través de la fusión de vesículas con la membrana celular.

2. Endocitosis: Es la ingestión de macromoléculas con la formación en el interior de la célula de vesículas procedentes de la membrana plasmática.

Existen diferentes tipos de endocitosis como:  Pinocitosis. Implica la ingestión de líquidos y partículas en disolución por pequeñas vesículas.

 Fagocitosis: Se forman grandes vesículas revestidas o fagosomas que ingieren microorganismos y restos celulares.

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VÍAS DE CIRCULACIÓN CELULAR: El transporte intracelular: El transporte de biomoléculas en el interior de la célula es realizado por las corrientes citoplasmáticas, o, como ya hemos estudiado, a través del retículo endoplasmático que contiene canales citoplasmáticos cubiertos de membranas, que comunican al aparato de Golgi con el núcleo y otras estructuras celulares. El S.R.E. funciona como un centro de elaboración de proteínas. Las proteínas recién sintetizadas se transportan a otra estructura: al aparato de Golgi, donde se modifican (a menudo con la adición de azúcares) y, por último, se envían a otros destinos, dentro o fuera de la célula. El aparato de Golgi constituye uno de los principales centros de distribución de las células.

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UNIDAD 4 METABOLISMO CELULAR Para entender el significado de las reacciones químicas que ocurren a nivel celular, es importante refrescar algunos conceptos referidos a la ENERGÍA involucrada en dichas reacciones. Como ya veremos, algunas reacciones químicas son liberadoras de energía mientras que otras la consumen. Entonces: ¿cómo definiríamos a la energía? ¿Qué ocurre con ella en el universo? La física define a la energía como “la capacidad de realizar un trabajo determinado” Esta energía puede ser potencial, cinética, calórica, eléctrica, química, etc. La ciencia encargada del estudio de los cambios energéticos que se producen en el universo es la TERMODINÁMICA. La misma, se rige por tres leyes. La primera ley, la Ley de la conservación de la energía, establece que la energía no puede ser creada ni destruida si bien puede transformarse de una forma a otra, de modo que mas allá de los cambios, transformaciones y traslados, la energía total de un sistema permanece constante. Por ejemplo, si analizamos un cambio de estado, podemos asegurar que la energía utilizada para transformar un reactivo A cualquiera en otro B, será igual que la liberada al transformar B en A. Hecha esta aclaración podemos comenzar a estudiar dos tipos de reacciones químicas metabólicas antagónicas y complementarias: las endergónicas y exergónicas. Las transformaciones de materia y energía que ocurren a nivel celular, involucran a miles de reacciones químicas que pueden ser exergónicas (con liberación de energía) o endergónicas (con consumo de energía). Estas reacciones en su conjunto constituyen el METABOLISMO CELULAR. Se puede definir al metabolismo celular como el conjunto de reacciones químicas que ocurren dentro de una célula, de una manera ordenada, formando secuencias interconectadas por intermediarios comunes y sujetas a regulación. Gracias a las enzimas, la materia y la energía son transformadas en una sucesión de reacciones químicas, de una manera controlada. Recordemos que la célula es un sistema abierto e isotérmico, ya que intercambia con su entorno, materia y energía, manteniendo constante su temperatura interior. Teniendo en cuenta el tipo de energía que las células obtienen de su entorno, se las puede dividir en dos grupos:  Células fotosintéticas: se caracterizan por utilizar como principal fuente de energía la luz solar. Estas células son autótrofas, es decir, que fabrican su propio alimento (utilizan como fuente de carbono, sustancias inorgánicas, para sintetizar las sustancias orgánicas que precisan).  Células heterotróficas: utilizan sustancias orgánicas como fuente de carbono, que son luego degradadas, aprovechando así, su energía química. Ambos tipos celulares, centralizan la energía química en un compuesto denominado ATP. Esta molécula actúa como el transportador de energía química más importante de todas las células de las especies vivientes. Posteriormente lo analizaremos con más detalle. Las reacciones químicas del metabolismo (endergónicas y exergónicas) dentro de una célula están regidas por dos principios:

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1. Las células asocian las reacciones: las reacciones endergónicas se llevan a cabo con la energía liberada por las reacciones exergónicas. 2. Las células sintetizan moléculas portadoras de energía (por ejemplo el ATP) que son capaces de capturar la energía de las reacciones exergónicas y las llevan a las reacciones endergónicas. 3. Las células regulan la velocidad de las reacciones químicas por medio de catalizadores biológicos: LAS ENZIMAS. Por lo tanto, en el metabolismo celular existen dos tipos de reacciones:  Reacciones anabólicas (ANABOLISMO): destinadas a formar moléculas propias. Por lo general son reacciones de síntesis de moléculas complejas a partir de moléculas simples. Esta reacción requiere energía por lo tanto es una reacción endergónica. Por ejemplo: la fotosíntesis, la síntesis de proteínas  Reacciones catabólicas (CATABOLISMO): implican la disgregación y oxidación de las moléculas orgánicas, con su consecuente destrucción, obteniéndose energía en forma de ATP en el proceso. Es por lo tanto una reacción exergónica. Por ejemplo: las oxidaciones de glúcidos y lípidos en la respiración celular. ANABOLISMO

Energía

Consumo (ATP)

Moléculas simples

CATABOLISMO

Moléculas complejas

Producción o síntesis

Energía

Liberación (ATP) Moléculas simples

Oxidación o degradación

Moléculas complejas

Por lo tanto, el catabolismo comprende al conjunto de reacciones que conducen a la degradación de moléculas complejas, las que pueden provenir de la dieta o bien de las reservas celulares; mientras que el anabolismo es la fase del metabolismo implicada en la construcción o biosíntesis de los componentes moleculares de las células y de aquellas sustancias necesarias para el organismo

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Para poder profundizar el análisis, realizaremos un repaso del concepto de óxido reducción (Redox) dado que las reacciones de óxido reducción son las responsables del intercambio energético vital en las interacciones anabólicas y catabólicas. Luego de éste análisis, continuaremos estudiando a los intermediarios del metabolismo, como el ATP. Reacciones de oxidación-reducción

Los electrones poseen diferentes cantidades de energía potencial dependiendo de su distancia al núcleo del átomo y de la atracción ejercida por el núcleo sobre ellos. Un ingreso de energía lanzará a un electrón a un nivel energético más alto, pero si no se añade energía, el electrón permanecerá en el nivel energético más bajo que encuentre disponible (recordar el modelo atómico moderno). Las reacciones químicas son, esencialmente, transformaciones de energía en virtud de las cuales la energía almacenada en los enlaces químicos se transfiere a otros enlaces químicos recién formados. En estas transferencias, los electrones se desplazan de un nivel de energía a otro. En muchas reacciones, los electrones pasan de un átomo o molécula a otro. Estas reacciones, que son de gran importancia en los sistemas vivos, se conocen como de oxidación-reducción (redox). La pérdida de un electrón se denomina oxidación y el átomo o molécula que pierde el electrón se dice que se ha oxidado. La razón de que la pérdida de electrones se conozca como oxidación es que el oxígeno, que atrae muy fuertemente a los electrones, es el que por lo general actúa como aceptor de electrones. La reducción es, por el contrario, la ganancia de un electrón. La oxidación y la reducción siempre ocurren simultáneamente, porque el electrón que pierde el átomo oxidado es aceptado por otro átomo que se reduce en el proceso. En las reacciones de oxidación-reducción se produce un movimiento de electrones de un átomo a otro. Un átomo o molécula que pierde electrones se oxida; el que los gana se reduce. Una reacción de oxidación-reducción En el esquema de la página siguiente, analizaremos que ocurre con los elementos que intervienen en una reacción Redox, tanto en moléculas inorgánicas (reacción a) como orgánicas (reacción b). a. La oxidación del sodio y la reducción del cloro. b. Otra reacción de oxidación-reducción; oxidación parcial del metano (CH4). En algunas reacciones de oxidación-reducción, como la oxidación del sodio y la reducción del cloro, se transfiere únicamente un electrón de un átomo a otro. Estas simples reacciones son típicas de los elementos o de las moléculas inorgánicas. En otras reacciones de oxidación-reducción, como esta oxidación parcial del metano (CH4), electrones y protones van juntos.

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En las reacciones redox de moléculas orgánicas, la oxidación es la pérdida de átomos de hidrógeno y la reducción es la ganancia de átomos de hidrógeno. Cuando un átomo de oxígeno gana dos átomos de hidrógeno, como se muestra en la figura, evidentemente el producto es una molécula de agua. En los sistemas vivos, las reacciones que capturan energía (fotosíntesis) y las reacciones que liberan energía (glucólisis y respiración), son reacciones de oxidación-reducción. La oxidación completa de un mol de glucosa libera 686 kilocalorías de energía libre; de modo inverso, la reducción del dióxido de carbono para formar un mol de glucosa almacena 686 kilocalorías de energía libre en los enlaces químicos de la glucosa. Si esta energía fuera liberada de una sola vez, la mayor parte se disiparía como calor. Esto no solamente no sería útil para la célula, sino que la alta temperatura resultante sería letal. Sin embargo, la vida ha evolucionado adquiriendo mecanismos que regulan la marcha de estas reacciones químicas y una multitud de otras, de modo tal que la energía se almacena en enlaces químicos particulares de los que puede ser liberada en pequeñas cantidades cuando la célula lo necesite. Estos mecanismos, con la aparición de nuevos tipos de moléculas (los intermediarios como el ATP), permiten un aprovechamiento eficaz de la energía sin alterar el delicado equilibrio que caracteriza a los sistemas biológicos. Implican generalmente secuencias de reacciones, algunas de las cuales son reacciones de oxidación-reducción. Aunque cada reacción en la secuencia representa solamente un pequeño cambio en la energía libre, el cambio global de energía libre para la secuencia puede ser considerable.

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Aclarados estos conceptos, volvemos a los responsables del transporte de energía entre las reacciones catabólicas y anabólicas. Intermedarios del metabolismo Hay moléculas que captan la energía liberada en las reacciones catabólicas y la ceden en todos aquellos lugares en donde se requiere aporte de energía. Son intermediarios entre los procesos exergónicos y endergónicos. Entre ellos encontramos al ATP (Adenosin Trifosfato), o diversas coenzimas (FAD, NAD, NADP, CoA). ADENOSÍN – TRIFOSFATO: ATP La conservación inmediata de la energía liberada en las reacciones catabólicas se logra invirtiendo dicha energía en la síntesis (producción) de moléculas de ATP a partir de ADP más Pi. Las reacciones catabólicas ocurren en una célula de manera espontánea. Las anabólicas acoplan las reacciones a la hidrólisis de ATP, donde la energía liberada resulta tan importante que la síntesis se transforma en un proceso energéticamente posible. Por lo tanto las células utilizan lo usan para capturar, transferir y almacenar energía libre necesaria para realizar el trabajo químico. Funciona como una MONEDA ENERGÉTICA. La función del ATP es suministrar energía hidrolizándose a ADP y Pi. Esta energía puede usarse para:  obtener energía química: por ejemplo para la síntesis de macromoléculas como proteínas y ácidos nucleicos  transporte a través de las membranas  trabajo mecánico: por ejemplo la contracción muscular, movimiento de cilios y flagelos, movimiento de los cromosomas, etc. Estructura del ATP: es un nucleótido compuesto por la adenina (base nitrogenada), un azúcar (ribosa) y tres grupos fosfato.

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PRODUCCIÓN Y DEGRADACIÓN DE ATP El ATP es una molécula energética. La energía se almacena en los enlaces entre los grupos fosfato. Para liberar la energía y utilizarla en distintas funciones, se rompe el enlace entre los primeros dos fosfatos, como se muestra a continuación:

Como se mostró arriba, el ATP se rompe dando ADP, fósforo inorgánico y energía. Al revés ocurre en la respiración, cuando se forma el ATP a partir de ADP, fósforo inorgánico y energía

La energía utilizada para formar la molécula de ATP en la respiración procede de la degradación de la glucosa. Cuando la glucosa se rompe en la respiración, la energía almacenada en los enlaces C – C de la molécula se libera. Esta energía es utilizada para fosfatizar el ADP a ATP. El ADP es una molécula difosfato, cuando toma otro fosfato, se transforma en una molécula trifosfato, que es el ATP. La energía necesaria para unir el grupo fosfato al ADP procede de la rotura de glucosa. Por lo tanto, cuando se rompe la glucosa se produce ATP. Para formar ATP la célula necesita ADP y fosfato. Las células utilizan el ATP como fuente de energía directa en procesos tales como transporte activo, contracción muscular, división celular, movimientos de esperma, impulso nervioso, replicación de ADN, síntesis de proteínas y otros. Resumiendo les presento al ciclo del ATP, por el cual, en la célula se mantienen siempre constantes las concentraciones de ATP, ADP y Pi:

Podemos ahora integrar a los esquemas de reacciones catabólicas y anabólicas ya vistos, la fosforilación del ATP como intermediario:

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La mayor parte de los usos de la energía en las células vivas comprenden pares de reacciones asociadas con enlaces ATP. En la primera reacción la energía liberada por medio de una reacción exergónica produce la síntesis de ATP. En la segunda, la hidrólisis del ATP produce una reacción endergónica que requiere energía. Cada reacción acoplada es catalizada por una enzima específica que regula las velocidades de reacción. REGULACIÓN DEL METABOLISMO CELULAR: LAS ENZIMAS Una forma de acelerar la velocidad de una reacción es mediante el empleo de catalizadores. Estas sustancias se combinan con los reactivos y sin consumirse en la reacción, disminuyen la energía necesaria para lograr el estado de transición. Así, los catalizadores aceleran la velocidad de reacción porque reducen la energía de activación requerida por los reactantes. Las enzimas son los catalizadores biológicos que actúan en las reacciones químicas celulares. Características de las enzimas: Actúan en baja concentración No sufren alteraciones durante la reacción No afectan el equilibrio de la reacción, sino la velocidad

  

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  

Son específicas La actividad enzimática está sujeta a regulación Son proteínas, y como tales poseen todas las propiedades que las caracterizan: sus estructuras se ven afectadas por la Tº y el pH.

Ayudantes de las enzimas; los cofactores Todas las enzimas son proteínas globulares. En algunos casos la actividad biológica de la enzima depende solamente de la estructura terciaria de la proteína. En otros casos, la proteína debe asociarse a otro componente, no-proteico, denominado cofactor. El complejo proteína-cofactor es biológicamente activo. Los cofactores enzimáticos pueden ser: iones inorgánicos llamados cofactores (Mg++, Na+, Ca++, K+), o moléculas orgánicas no proteicas que reciben el nombre de coenzimas (FAD, NAD, NADP, CoA). El conjunto enzima + cofactor o coenzima se denomina holoenzima, mientras que la parte proteica propiamente dicha se conoce como apoenzima

Mecanismo de acción de las coenzimas El mecanismo de acción básico de las coenzimas es el siguiente: 1. La coenzima se une a un enzima. 2. La enzima capta su sustrato específico. 3. La enzima ataca a dicho sustrato, arrancándole algunos de sus átomos. 4. La enzima cede a la coenzima dichos átomos provenientes del sustrato. 5. La coenzima acepta dichos átomos y se desprende de la enzima. 6. La coenzima transporta dichos átomos y acaba cediéndolos, recuperando así su capacidad para aceptar nuevos átomos. Este último paso es esencial para no agotar la dotación de coenzimas de una célula ya que las enzimas junto con las que actúa no pueden realizar la reacción química sin el concurso de su coenzima. Acción de las enzimas: complejo enzima – sustrato o modelo de llave cerradura Cada enzima ejerce su acción sobre un sustrato o reactivo determinado, y da lugar a un solo tipo de reacción. En un primer paso, la enzima se asocia con el sustrato para formar un complejo enzima-sustrato. En esta asociación temporaria, el sustrato se une, por medio de enlaces débiles del tipo puente de hidrógeno, a un lugar específico de la enzima llamado sitio activo (lugar de la enzima donde se reconoce al sustrato y donde se realiza la reacción, ya sea de síntesis o de degradación). Después, el

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complejo enzima-sustrato se disocia, obteniéndose el producto más la enzima libre, capaz de volver a actuar.

Por otro lado, en la teoría del ajuste inducido, se dice que las enzimas no se comportan como estructuras tan rígidas como el modelo llave cerradura. Esta interpretación conocida como teoría del ajuste inducido, sostiene que a medida que progresa la unión entre el sustrato y la enzima, ésta última es inducida a adoptar una nueva conformación espacial.

La actividad enzimática es modificada por el pH y la temperatura Para cada enzima existen valores óptimos. Cuando la temperatura es baja, la actividad enzimática también lo es, debido a la poca energía cinética que poseen las moléculas. Por encima de la temperatura óptima, la velocidad de reacción disminuye debido a que las enzimas sufren modificaciones en su estructura espacial. Lo mismo pasa con el pH, puede modificar la estructura de las enzimas. Una proteína se desnaturaliza cuando pierde su conformación espacial, esto implica la pérdida de la estructura terciaria y en algunos casos la secundaria. O sea, una proteína desnaturalizada no pierde su identidad química, pero carece de actividad biológica. Temperaturas altas son una causa, como también las variaciones en el pH. REGULACIÓN ENZIMÁTICA El metabolismo consiste en una serie de reacciones catalizadas por enzimas, donde los productos de una reacción se convierten en los reactivos de la siguiente, lo que se conoce como VÍAS METABÓLICAS. Las células deben poder regular estas vías metabólicas y lo hacen a través de

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reguladores enzimáticos. Los inhibidores naturales regulan el metabolismo mientras que los artificiales son utilizados por la medicina, para destruir plagas, etc. 1. Inhibición reversible: Sus efectos son reversibles. Pueden ser: a) inhibidores competitivos: Se unen a la enzima ingresando en el sitio activo, impidiendo así su enlace con el sustrato. b) inhibidores no competitivos: Se unen a la enzima en un lugar diferente al sitio activo cambiando la forma de la proteína y por lo tanto la forma del sitio activo. 2. Inhibición irreversible: hay inhibidores que se unen covalentemente al sitio activo de una enzima, esta unión es permanente e inactiva a la enzima destruyendo su capacidad de unirse al sustrato. Ej.: el DIPF reacciona con el aminoácido serina del sitio activo de la enzima acetilcolinesterasa, inhibiéndola irreversiblemente. Esta enzima participa en el mecanismo de propagación de los impulsos nerviosos. El DIPF es conocido como gas nervioso, algunos ej. son la SARINA (usado en el ataque terrorista en un subte en Tokio en 1995) y el MALATION (insecticida). El gas nervioso ejerce su efecto letal al unirse con la enzima ACETILCOLINESTERASA, que es la encargada de disociar la molécula de ACETILCOLINA para su posterior síntesis. Este proceso no se puede llevar a cabo sin la primera disociación y sus consecuencias son trágicas. Al no poder ser sintetizada, la Acetilcolina comienza a acumularse en los centros de transmisión, como entre neuronas, ganglios, uniones neuromusculares, impidiendo la transmisión de órdenes a los músculos tanto de acción voluntaria como de acción involuntaria. Así, todos los músculos quedan bloqueados. Los primeros síntomas son un sudor copioso, dificultad en la respiración, presión en el pecho, fallos respiratorios, mareos y perdida de visión. Al aumentar la dosis de gas nervioso los efectos son cada vez mayores, llegando a producir espasmos y la perdida de la conciencia casi en el acto. Finalmente la muerte se produce tras pocos minutos por asfixia. Entre los antídotos, con el fin de reactivar el proceso de síntesis a cargo de la encima acetilcolina, el mas usado es el basado en la ATROPINA, dado que es el único eficaz si se aplica con extrema rapidez.

INHIBICIÓN REVERSIBLE COMPETITIVA

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INHIBICIÓN REVERSIBLE NO COMPETITIVA

El inhibidor no se une al sitio activo

BALANCES ENERGÉTICOS EN MECANISMOS ANABÓLICOS Y CATABÓLICOS: FOTOSÍNTESIS Y RESPIRACIÓN Comenzaremos ahora a explicar mas en detalle dos procesos bien conocidos por ustedes: la respiración y la fotosíntesis, pero analizándolos ahora desde el punto de vista metabólico y energético. A modo de repaso, traten de explicar con sus palabras el siguiente gráfico:

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PROCESOS CATABÓLICOS: RESPIRACIÓN Y FERMENTACIÓN A la degradación total de una molécula orgánica (obteniendo como resultado materia inorgánica) se la denomina respiración. Las moléculas se oxidan y el oxígeno se reduce. Si este proceso transcurre en presencia de oxígeno hablamos de respiración aeróbica. Si en lugar de oxígeno se reducen compuestos de nitrógeno o de azufre, hablamos de respiración anaeróbica. Pero si como resultado de la degradación de materia orgánica obtenemos otra molécula orgánica pero más sencilla, ya no es respiración, sino fermentación, que ocurre sin la presencia del oxígeno. Las células por lo general, para obtener energía utilizan al glucógeno y el almidón como principales fuentes de energía, pero también puede obtener energía a partir de la degradación de grasas y de proteínas. FASES DE LA DEGRADACIÓN CATABÓLICA DE LOS ALIMENTOS La degradación metabólica de los alimentos ocurre en tres fases: 1. Transformación de los biopolímeros (moléculas complejas) de la alimentación en sus monómeros integrantes. 2. Degradación de los monómeros hasta metabolitos intermediarios. En esta etapa se almacena algo de energía en forma de ATP y se producen coenzimas reducidas. 3. Degradación completa de los metabolitos intermediarios y oxidación de las coenzimas. Esta fase es la de mayor liberación de energía en forma de ATP. CATABOLISMO DE LOS HIDRATOS DE CARBONO: RESPIRACIÓN AERÓBICA Este proceso de degradación consta de varias etapas: glucólisis, Ciclo de Krebs o ácidos tricarboxílicos, cadena respiratoria y fosforilación oxidativa. La ecuación global de esta reacción es:

C6 H12 O6 + 6 O2

6 CO2 + 6 H20 + ENERGÍA

Esto que parece muy sencillo, consta en realidad de varias etapas, durante las que se producen las siguientes transformaciones: 1. Degradación: se rompen los enlacen C-C del carbohidrato en cuestión (por ejemplo: Glucosa) 2. Oxido-reducción: como consecuencia de la degradación del carbohidrato se liberan H+ y electrones que serán captados por otro compuesto. 3. Conservación de la energía: la ruptura de los enlaces C-C implica liberación de energía que es conservada mediante la formación de ATP Pasaremos ahora a explicar brevemente las etapas: Glucólisis: Ocurre en el citoplasma. A partir de una molécula de glucosa de seis carbonos se logran dos ácidos pirúvicos. Tiene dos fases:

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1. La glucosa se activa, fosforilándose (adicionando P), con el consiguiente consumo de ATP (etapas 1,2 y3) 2. Se producen oxido reducciones obteniéndose dos moléculas de tres átomos de C cada una (piruvatos), a partir de una molécula de seis átomos de carbono. En la ruptura de este enlace, se libera energía que se conserva mediante la formación de cuatro moléculas de ATP y dos de NADH (etapas 4 a 9)

EL SIGUIENTE ESQUEMA MUESTRA DE MANERA GRÁFICA LA TRANSFORMACIÓN DE LA GLUCOSA EN 2 MOLÉCULAS DE PIRUVATO:

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Ciclo de Krebs Este ciclo se produce en las mitocondrias y a través de él se logra la ruptura de los enlaces C-C de los compuestos carbonados (pirúvicos) que provienen de la glucólisis. Pero los compuestos que ingresan al ciclo no son directamente esos ácidos pirúvicos. Previamente al ciclo de Krebs se produce un paso obligado que permite la incorporación al ciclo: el ácido pirúvico ingresa a la mitocondria, reacciona con la coenzima A, a la vez que se descarboxila (pierde C) y se oxida, produciéndose acetil CoA, un compuesto reactivo, que presente en la matriz mitocondrial puede incorporarse al ciclo de Krebs. En este paso de transformación de Ac. Pirúvico en Acetil COA, se produce 1 NADH Este proceso está catalizado por un complejo multienzimático, la piruvato deshidrogenasa. Esta es una enzima clave, ya que esta reacción es irreversible. Permite pasar de moléculas de tres carbonos a moléculas de dos carbonos. El acetil CoA se incorpora a un ciclo, condensándose con un compuesto de 4 átomos de carbono (el oxalacético) y a través del Ciclo se van degradando hasta liberar CO2 y átomos de hidrógeno que reducen las coenzimas NAD+ y FAD+. En el ciclo el carbono se oxida, por lo tanto hay compuestos que se reducen: NADH+H y FADH. Estas son coenzimas con alto poder reductor. Además, se obtiene energía bajo la forma de GTP EL SIGUIENTE ESQUEMA MUESTRA LA EVOLUCIÓN DEL CICLO:

EN RESUMEN: El ciclo se cumple de oxalacético (cuatro C) hasta oxalacético, Durante el ciclo, el acetil Coa, unido a compuestos carbonados, se va descarboxilando (se pierden dos átomos de C en forma de CO2). Es decir que el C se oxida (al formar unión covalente en el CO2) y las coenzimas NAD Y FAD se reducen, por lo que la energía liberada por la ruptura de los enlaces C–C se irá aprovechando en la formación de NADH y FADH2 El balance de esta etapa muestra la producción de 3 NADH, 1 FADH2 y 1 GTP.

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CADENA RESPIRATORIA Y FOSFORILACIÓN OXIDATIVA Ambas etapas ocurren de manera acoplada en las crestas mitocondriales. Dijimos que la célula obtenía poder reductor a través de la formación de NADH y FADH2. Los electrones que transportan estas coenzimas (NADH y FADH2) son transferidos a una serie de moléculas transportadoras llamadas CITOCROMOS, que en última instancia transfieren estos electrones al O2, reduciéndolo y transformándolo en H20. Estos citocromos conforman la CADENA RESPIRATORIA. A medida que esos electrones (cedidos por los NADH y FADH2) van pasando por los citocromos, lo hacen liberando energía, la que es rápidamente captada por el ADP que, junto al Pi, producen un enlace fosfato para formar moléculas de ATP. Esto es la FOSFORILACIÓN OXIDATIVA.

Durante estas dos etapas (cadena respiratoria y fosforilación oxidativa) por cada NADH se obtienen 3 ATP y por cada FADH2 se obtienen 2 ATP Haciendo un balance general, obtenemos por cada molécula de glucosa que ingresa a estos procesos (glucolisis, ciclo de Krebs, cadena respiratoria y fosforilación oxidativa): GLUCOLISIS 2 Piruvatos

2 Acetil COA

CICLO DE KREBS ( dos vueltas)

2 ATP 2 NADH

6 ATP

2 NADH

6 ATP

2 GTP

2 ATP

6 NADH 2 FADH2

18 ATP 4 ATP TOTAL: 38 ATP

Por lo tanto: de la oxidación total de una molécula de Glucosa se obtienen 38 ATP

A esta altura estarás llorando y pensando que la Biología no es lo tuyo…… ¡Ánimo, que lo que viene es peor! Colegio Renacimiento

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UNA AYUDA: DIAGRAMAS GENERALES QUE INTEGRAN LAS ETAPAS

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CATABOLISMO DE LOS HIDRATOS DE CARBONO – RESPIRACIÓN ANAERÓBICA Dijimos que es otra de las formas de la degradación de un carbohidrato donde el O2 no interviene. En este caso, el último aceptor de electrones de la cadena respiratoria no es el oxígeno, sino compuestos como nitratos, sulfatos, etc. El resto del proceso se cumple de igual manera que en la aeróbica. CATABOLISMO DE LOS HIDRATOS DE CARBONO – FERMENTACIÓN En este proceso catabólico, la glucosa no se degrada totalmente a CO2 y H20 sino que se obtiene otra molécula orgánica más sencilla. Ocurre en el citoplasma y consta de dos etapas: • Glucólisis • Reducción del ácido pirúvico: permite recuperar la coenzima NAD+ oxidada, mientras que el pirúvico se reduce. Cuando este se reduce se transforma en fermentaciones lácticas, alcohólicas, etc. En la láctica el pirúvico se transforma en ácido láctico y la NADH+H se oxida. En la alcohólica, el pirúvico se reduce a etanol y la NADH+H se oxida. CATABOLISMO DE LÍPIDOS La degradación de lípidos es fundamentalmente una serie de hidrólisis hasta conformar Acetil COA, el cual ingresará al ciclo de Krebs hasta ser degradado totalmente en CO2 con la consiguiente producción de ATP. CATABOLISMO DE PROTEÍNAS Si las proteínas se hallan en exceso pueden emplearse para energía: a. Se hidrolizan dando aminoácidos libres, a través de enzimas específicas. b. Los aminoácidos libres pierden sus gripos amino que se transforman un urea, amoníaco o ácido úrico según el tipo celular del que se trate y son excretados o usados en la síntesis de compuestos nitrogenados. c. Los esqueletos carbonados que quedan, se oxidan a CO2 a través del ciclo de Krebs. Aunque las rutas catabólicas son distintas en los diferentes aminoácidos, casi todos convergen en unas pocas rutas que llevan a la producción de pirúvico y acetil CoA. PROCESOS ANABÓLICOS - FOTOSÍNTESIS Procesos anabólicos En toda biosíntesis (producción de moléculas biológicas) se realiza un trabajo químico (para unir los diferentes átomos) y para todo trabajo se necesita energía, que viene dada en gran parte del ATP. Cuando a partir de sustancias simples se obtienen otras más complejas, estas sustancias se reducen y este poder reductor es aportado por el NADH+H o el FADPH2.

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FOTOSÍNTESIS Es un proceso que forma parte de los procesos de biosíntesis de glúcidos, pero sólo se produce en vegetales, algas y algunas bacterias. La energía lumínica se transforma en energía química. Esa energía lumínica es captada a través de una serie de compuestos capaces de recibirla que son los pigmentos fotosintéticos. La energía solar captada por los vegetales es la fuente del 90% de la energía que el hombre utiliza. Los pigmentos se agrupan en sistemas denominados Fotosistemas, que captan determinadas longitudes de onda de la luz. Entre estos pigmentos se destaca la Clorofila. Estos pigmentos trabajan asociados a la membrana de los tilacoides (estructuras en forma de laminillas que se encuentran en los cloroplastos) Una vez captada la energía lumínica, se transforma en energía química, que será almacenada en los enlaces C-C de los carbohidratos que se biosintetizan. Los carbonos necesarios para sintetizar carbohidratos salen del CO2 atmosférico que es fijado a través de este proceso. Ecuación general de la fotosíntesis 6CO2 + 6 H20

luz y clorofila

C6H12O6 + 6 O2

Este proceso consta de dos etapas que se llevan a cabo mediante reacciones REDOX y catalizadas por enzimas. ETAPA FOTOQUÍMICA Depende de la luz y consiste en transformar la energía lumínica en química en forma de ATP. Como consecuencia de la hidrólisis (fotólisis) del agua, esta se oxida desprendiéndose O2 a la atmósfera y reduciéndose la coenzima NADPH+H. Esta etapa se produce en las granas de los cloroplastos. Pasos: 1. Cuando los electrones de los pigmentos de un fotosistema captan la luz, se excitan aumentando la energía y haciendo que se desprendan de esa molécula para pasar a otras moléculas aceptoras de distinto nivel energético. 2. Paralelamente, se produce una ruptura del agua, lo que genera por un lado O2 libre y por el otro H+. 3. Estos H+ junto con algunos electrones de los liberados anteriormente reducen a la coenzima NADP generando NADPH+H que será utilizado como poder reductor para reducir al CO2 y formar carbohidratos en la segunda etapa. 4. Algunos otros de los electrones liberados por los fotosistemas generan energía suficiente como para fosforilar ADP y obtener ATP que también será utilizado después. 5. Los pigmentos fotosintéticos se agrupan en dos fotosistemas distintos que tienen la capacidad de captar diferentes longitudes de onda de la luz que incide sobre ellos, pero cumplen entre sí papeles complementarios: Los electrones liberados por el fotosistema I reducen al NADP, los electrones liberados por el fotosistema II intervienen en la fosforilación del ATP y ocupan el lugar libre que quedó en el fotosistema I. Por último, los electrones que se desprenden de la hidrólisis del agua ocupan los lugares libres del fotosistema II.

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EN SÍNTESIS: Durante esta etapa (fotoquímica) se rompen moléculas de agua, se capta energía lumínica y se produce NADPH y ATP ESQUEMA DE LA ETAPA FOTOQUÍMICA

ETAPA BIOQUÍMICA No depende directamente de la luz, pero sí de los productos obtenidos en la primera etapa y consiste en la fijación de CO2 para formar glucosa. Ocurre en el estroma de los cloroplastos. Las enzimas presentes en el estroma del cloroplasto, regulan una serie de reacciones bioquímicas que permiten la reducción del CO2 y su fijación por medio de la condensación que permite la formación de glucosa. Este proceso ocurre en forma de ciclo. A partir de una molécula de 5 átomos de carbono (ribulosa difosfato), que acepta la adición del CO2 se obtienen moléculas de 3 átomos de carbono (que al asociarse forman moléculas de 6 carbonos como glucosa) y se regenera el compuesto inicial. Este es el Ciclo de Calvin. Por cada vuelta del ciclo se incorpora un CO2. Por lo tanto hacen falta 6 vueltas, es decir, incorporar 6 moléculas de CO2, para formar una molécula nueva de glucosa. Para unir estos C que se van incorporando, se producen nuevas uniones químicas por lo que se consume ATP. EN SÍNTESIS:

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Durante esta etapa (bioquímica) se incorporan moléculas de CO2 para sintetizar (producir) moléculas de glucosa, este proceso de síntesis requiere del consumo de NADPH y ATP ESQUEMA DE LA ETAPA BIOQUÍMICA

ESQUEMA INTEGRADOR DE AMBAS ETAPAS

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UNIDAD 5 REPRODUCCIÓN CELULAR EL CICLO CELULAR La reproducción es una función básica de los seres vivos, es un proceso que les permite a las especies la continuidad de la vida tanto en el tiempo porque las perpetua, como en el espacio porque sustituye a los organismos que mueren y se mantiene el número de individuos. La reproducción tiene una íntima relación con la transmisión de caracteres hereditarios y la evolución de las especies. Como recordarás, el proceso de división celular por el cual una célula da origen a dos células idénticas con igual dotación de cromosomas, se denomina mitosis. En el caso de las células somáticas humanas cada célula que se divide da lugar a dos células hijas con 46 cromosomas. Cuando no se manifiestan los fenómenos de la división, se dice que la célula está en el periodo de interfase, en el cual el ADN no está compactado y forma una fina red dentro del núcleo. El ADN se encuentra entonces en estado de cromatina. Es este el estado activo del ADN, dado que puede leerse su información (recordar la unidad de síntesis de proteínas que ya hemos visto). En el momento de la división celular, el ADN ya duplicado se condensa y empaqueta constituyendo a los cromosomas, los que se repartirán en las células hijas. La mayoría de las células del organismo se divide periódicamente, existiendo notables excepciones como las neuronas. Para lograr esta división, ocurren transformaciones y fenómenos que se suceden de manera cíclica, constituyendo lo que se denomina el ciclo celular. Cuando una célula se divide la información genética contenida en su ADN debe duplicarse de manera precisa y luego las copias se transmiten a cada célula hija. La división celular debe cumplir con las siguientes etapas: 1. Crecimiento de la célula 2. Duplicación del ADN 3. Separación del ADN "original" y su "réplica" (para ello se empaqueta en forma de unidades discretas o cromosomas) 4. Separación de las dos células "hijas" con lo que finaliza la división celular. En general todas las células pasan por dos períodos en el curso de su CICLO CELULAR:  INTERFASE: Es el período durante el cual la célula crece, replica su ADN y se prepara para la siguiente división  FASE M o período de división: Es el estadio más dramático de la célula, produciéndose a su vez dos sucesos: MITOSIS o división del núcleo (se separan los cromosomas hijos replicados anteriormente) y CITOCINESIS o división del citoplasma en dos células hijas.

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La división celular mitótica produce dos células hijas genéticamente idénticas a la célula original.

Antes de describir estos procesos del ciclo celular, repasemos algunos conceptos: ADN y Cromosomas

La función esencial del núcleo es almacenar y proporcionar a la célula la información contenida en la molécula de ADN. La molécula de ADN se encuentra en el núcleo asociada a proteínas denominadas histonas y otras proteínas no histónicas en una estructura filamentosa denominada cromatina. Esta compactación permite que la larga molécula de ADN quepa en el núcleo celular. Durante la Interfase la cromatina está dispersa o no compactada, esta etapa de dispersión máxima es la que permite al ADN estar disponible para efectuar sus funciones de replicación y transcripción. Durante la división celular el núcleo sufre cambios muy importantes ya que esta cromatina debe condensarse aún mas para poder distribuirse entre las dos células hijas. La cromatina condensada formar cuerpos compactos denominados cromosomas que son complejas asociaciones de ADN y proteínas.

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CROMATINA

CROMOSOMAS

HAPLOIDIA Y DIPLOIDIA Cada organismo tiene un número de cromosomas característico de su especie. En la mayoría de los organismos superiores (en la mayoría de las plantas y animales conocidos), las células sexuales, o gametas, tienen exactamente la mitad del número de cromosomas que las células somáticas del organismo. El número de cromosomas de los gametos se conoce como número haploide (n), y en las células somáticas, como número diploide (2n). Las células que tienen más de dos dotaciones cromosómicas se denominan poliploides (3 o mas n), es frecuente en plantas. Utilizando una notación abreviada, el número haploide se designa como n y el número diploide como 2n. Cuando un espermatozoide fecunda a un óvulo, los dos núcleos haploides se fusionan, n + n = 2n, y el número diploide se restablece. La célula diploide producida por la fusión de dos gametos se conoce como cigoto o huevo. En toda célula diploide, cada cromosoma tiene su pareja. Estos pares de cromosomas se conocen como pares homólogos. Los dos se asemejan en tamaño y forma y también en el tipo de información hereditaria que contienen. Uno de los cromosomas homólogos proviene del gameto de uno de los progenitores y su pareja, del gameto del otro progenitor. Después de la fecundación, ambos homólogos se encuentran presentes en el cigoto. En la meiosis, la dotación cromosómica diploide, que contiene los dos homólogos de cada par, se reduce a una dotación haploide, que contiene solamente un homólogo de cada par. Así, la meiosis compensa los efectos de la fecundación.

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La reproducción sexual se caracteriza por dos hechos: la fecundación y la meiosis. Una vez finalizada la meiosis, las células resultantes tienen una sola dotación cromosómica, el número haploide de cromosomas (n). Después de la fecundación, el cigoto tiene una dotación cromosómica doble, o sea, el número diploide (2n).

Durante la meiosis, los miembros de cada par de cromosomas homólogos se separan y cada gameto haploide (n), producido por una célula diploide (2n), lleva sólo un miembro de cada par de homólogos. En la fecundación, los núcleos del espermatozoide y del óvulo se unen en el cigoto, cuyo núcleo contiene, nuevamente, los cromosomas homólogos de a pares. Entonces: A excepción de las gametas que son HAPLOIDES, cada célula del cuerpo o SOMÁTICA de un individuo posee un número idéntico de cromosomas (46 en el ser humano) los cuales se presentan de a pares. Un miembro del par proviene de cada padre. Cada miembro del par se denomina HOMÓLOGO, así el ser humano tiene 23 pares de homólogos. El número original de cromosomas de una célula se denomina número DIPLOIDE. La continuidad del número cromosómico de una especie es mantenida por una clase de división celular denominada MITOSIS.

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Cariotipo humano En los organismos unicelulares la división celular implica una verdadera reproducción ya que por este proceso se producen dos células hijas. En los organismos multicelulares sin embargo derivan de una sola célula: CIGOTO y, la repetida división de ésta y sus descendientes determina el desarrollo y crecimiento del individuo.

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Ahora si, podemos introducirnos en el análisis de las diferentes etapas del CICLO CELULAR: Interfase La vida de las células transita por dos etapas que se alternan cíclicamente: interfase y división celular. La interfase es el período durante el cual la célula crece, replica su ADN y se prepara para la siguiente division. Se subdivide en tres períodos G1, S y G2. 1. G1: (G por gap: intervalo) en esta fase tienen lugar las actividades de crecimiento de la célula: secreción, conducción, endocitosis, etc. Comenzando a partir de la citocinesis de la división anterior, la célula hija resulta pequeña y posee un bajo contenido de ATP resultante del gasto experimentado en el ciclo anterior, por lo que en este período se produce la acumulación del ATP necesario y el incremento de tamaño celular. Es el período que mas variación de tiempo presenta, pudiendo durar días, meses o años. Las células que no se dividen nuevamente (como las nerviosas o del músculo esquelético) pasan toda su vida en este período, que en estos casos se denomina G0, ya que las células se retiran del ciclo celular. 2. S o fase de síntesis - replicación del ADN: comienza cuando la célula adquiere el tamaño suficiente y el ATP necesario para encarar la replicación. Dado que el ADN lleva la información genética de la célula, antes de la mitosis deben generarse dos moléculas idénticas para ser repartidas entre las dos células hijas. Durante la interfase el ADN asociado a las histonas constituye la cromatina, que se encuentra desenrollada en largas y delicadas hebras. El ADN es una doble hélice que se abre y cada cadena es usada como molde para la producción de una nueva cadena, que queda unida a la original usada como molde. Por esta razón la replicación del ADN se denomina Semiconservativa. Estos ADNs nuevos quedan unidos por el centrómero hasta la mitosis, recibiendo el nombre de CROMÁTIDAS HERMANAS. Contienen información idéntica. 3. G2: Es el tiempo que transcurre entre la duplicación del ADN y el inicio de la mitosis. Dado que el proceso de síntesis consume una gran cantidad de energía la célula entra nuevamente en un proceso de crecimiento y adquisición de ATP. La energía adquirida durante la fase G2 se utiliza para el proceso de mitosis. Factores ambientales tales como cambios en la temperatura y el pH, o disminución de los niveles de nutrientes, llevan a la disminución de la velocidad de división celular. Cuando las células detienen su división generalmente lo hacen en una fase tardía de la G1 denominado el punto R (por restricción).

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FASE M O DE DIVISIÓN CELULAR: MITOSIS Y CITOCINESIS Mitosis La mitosis es el proceso de formación de dos células idénticas (generalmente) por replicación y división de los cromosomas de la original que da como resultado una "copia" de la misma. La estructura de los cromosomas replicados y condensados tiene varios aspectos de interés. Los cromosomas replicados consisten en dos moléculas de ADN (junto con sus proteínas asociadas: las histonas) que se conocen con el nombre de cromátidas. El área donde ambas cromátidas se encuentran en contacto se conoce como centrómero, Se debe hacer hincapié en que los cromosomas son cromatina (ADN más histonas). El punto de inserción de los microtúbulos del centríolo (cuya función veremos mas adelante) a los cromosomas se llama cinetocoro.

Esquema de un cromosoma. Modificada de: http://www.whfreeman.com/life/update/. Dependiendo de la posición del centrómero los cromosomas se clasifican en:  Telocéntricos: con el centrómero en un extremo  Subtelocéntricos o Acrocéntricos: uno de sus brazos es muy corto  Submetacéntricos: brazos de diferente longitud  Metacéntricos: brazos de igual longitud

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Durante la mitosis los cromosomas replicados se posicionan cerca de la mitad de la célula y luego se segregan (separan) de manera tal que cada célula hija resultante recibe una copia de cada cromosoma original (si se comienza con 46 cromosomas en la célula original se termina con 46 cromosomas en las 2 células resultantes). Para realizar esto las células utilizan microtúbulos (que en este caso en conjunto forman el huso mitótico) que "tiran" de los cromosomas para llevarlos a cada futura célula. Las células animales (excepto un grupo de gusanos conocidos con el nombre de nematodos) poseen centríolos. Las plantas y la mayor parte de los otros eucariotas no poseen centríolos.

Esquema del huso. http://www.whfreeman.com/life/update/.

Modificado

de:

Las fases de la mitosis son en realidad difíciles de separar. Se debe tener en cuenta que el proceso no es el estático que se describe en el texto FASES DE LA MITOSIS Profase La profase es el primer estadio de la mitosis. La cromatina se condensa (recordar que el ADN de la cromatina se replica en la interfase), por lo que en este punto existen dos cromátidas unidas. La membrana nuclear se disuelve, los centríolos (si se encuentran presentes) se dividen y los pares migran a los polos, se forma el huso mitótico. Los centrómeros (o constricciones primarias) se vuelven claramente visibles, debido a que se le han asociados placas proteicas a ambos lados: el cinetocoro. En el citoplasma el retículo endoplasmático y el complejo de Golgi se fragmentan en vesículas, se desorganiza el citoesqueleto por lo que la célula pierde su forma original y se hace esférica.

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Modificado de: http://www.whfreeman.com/life/update/. Metafase La metafase sigue a la profase. Los cromosomas (que a este punto consisten en dos cromátidas mantenidas juntas por el centrómero) alcanzan su máxima condensación y migran al ecuador de la célula donde las fibras del huso se "pegan" a las fibras del cinetocoro. Anafase La anafase comienza con la separación de los centrómeros y el arrastre de las cromátidas (los llamamos cromosomas luego de la separación de los centrómeros) a los polos opuestos.

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Modificado de: http://www.whfreeman.com/life/update/. Telofase En la telofase los cromosomas llegan a los polos de sus respectivos husos, la membrana nuclear se reconstituye, los cromosomas se desenrollan y pasan a formar la cromatina y el nucleolo, que desapareció en la profase se vuelve a constituir. Donde antes había una célula ahora existen dos pequeñas con exactamente la misma información genética y número cromosómico. Estas células pueden luego diferenciarse en diferentes formas durante el desarrollo.

Modificado de: http://www.whfreeman.com/life/update Citocinesis La citocinesis es el proceso de separación de las células formadas. En tanto la mitosis es la división del núcleo en la citocinesis ocurre la división y la relocalización de los plástidos, Golgi y citoplasma en cada nueva célula. Se reestablece el citoesqueleto. Difiere entre células animales y vegetales. En las primeras, la membrana comienza a constreñirse alrededor de la circunferencia de la célula, formándose un anillo contráctil de miosina y actina. En las células vegetales una serie de vesículas divide al citoplasma en la línea media formando una placa celular que crece en forma centrífuga y se fusiona a la membrana de la célula madre dividiendo la célula en dos.

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CITOCINESIS EN CÉLULAS ANIMAL Y VEGETAL

Resumiendo: La mitosis es el proceso de formación de dos células hijas idénticas por duplicación y división de los cromosomas de la célula original (madre) que da como resultado una "copia" de la misma. En este proceso, previamente a la división del citoplasma, el núcleo sufre una serie de modificaciones al final de las cuales los cromosomas (previamente duplicados) se dividen en 2 partes iguales, pasando a constituir los cromosomas de las células hijas. El hecho más importante de la mitosis es que los cromosomas se duplican para luego dividirse en dos partes iguales. De esta forma, cada célula hija contiene la misma cantidad y calidad de cromosomas que la célula madre. Una célula diploide (2n) que sufre mitosis, origina dos células hijas diploides, es decir que los cromosomas homólogos no se separan.

MEIOSIS Si todas las células (incluidas las sexuales) fueran diploides (2n), la cigota (célula producto de la fecundación) resultaría con el doble de cromosomas (4n). Para que esto no ocurra, las células que van a producir gametas tienen un tipo de división especial llamado meiosis En la mayoría de las plantas y animales cuando ciertas células se dividen el resultado no es un par de nuevas células somáticas con la dotación cromosómica completa (diploides o 2n) sino que originan células con la mitad del número cromosómico (haploides o n). Estas células reproductivas son los gametos, y la división que los origina es la MEIOSIS. Cuando un gameto femenino se une al masculino el resultado es un nuevo organismo o CIGOTO con la dotación cromosómica nuevamente diploide. Este tipo de

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reproducción que involucra unión de diferentes gametas es la REPRODUCCIÓN SEXUAL. La reproducción sexual ocurre solo en eucariotas. Durante la formación de los gametos, el número de cromosomas se reduce a la mitad y retornan al número completo cuando los dos gametos se unen durante la fecundación. Recordemos que (a excepción de los gametos) cada célula del cuerpo o SOMÁTICA de un individuo posee un número idéntico diploide de cromosomas (46 en el ser humano) los cuales se presentan de a pares. Un miembro del par proviene de cada padre. Cada miembro del par se denomina HOMÓLOGO, así el ser humano tiene 23 pares de homólogos. Los procesos esenciales de la meiosis consisten en:  Reducción del número de cromosomas  Segregación al azar de los cromosomas  Recombinación genética por intercambio de segmentos cromosómicos Fases de la Meiosis En la meiosis ocurren dos divisiones celulares sucesivas, Meiosis I (Reducción, donde se separan los cromosomas homólogos) y Meiosis II (División, donde se separan las cromátidas hermanas). La Meiosis produce 4 células haploides. A la meiosis también se la conoce como división reduccional. En la Meiosis I se reduce el nivel de ploidía desde 2n a n mientras que en la Meiosis II se divide el "juego" de cromosomas remanente en un proceso similar a la mitosis (división). La mayor diferencia en el proceso ocurre durante la Meiosis I. MEIOSIS I: Profase I Durante la Profase I tiene lugar un evento clave: el apareamiento de los cromosomas homólogos Pueden reconocerse varios procesos:  el núcleo aumenta de tamaño y los cromosomas comienzan a visualizarse, sin embargo son diferentes a los de una mitosis ya que son delgados, pese a que ya han duplicado su ADN durante la fase S de la interfase y poseen 2 cromátidas cada uno.  los cromosomas homólogos replicados se alinean mediante un proceso de unión o sinapsis. La estructura resultante se denomina tétrada, por estar formado por las dos cromátidas de cada cromosoma homólogo. En esta tétrada puede ocurrir un entrecruzamiento de material genético o crossing over

 los cromosomas se acortan y se completa el apareamiento de los homólogos. Lo más importante que ocurre aquí es el fenómeno de entrecruzamiento o crossing-over. Durante el entrecruzamiento un

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fragmento de una cromátida puede separarse e intercambiarse por otro fragmento de su correspondiente homólogo. Esto ocurre en el nódulo de recombinación que es el lugar donde se produce el entrecruzamiento, mediante un complejo multienzimático encargado de reunir las cromátidas paternas y maternas y producir en ellas los cortes y empalmes necesarios. Si ejemplificamos con letras los alelos de los genes de una porción de los cromosomas podemos entender el entrecruzamiento:

Modificada de University of Arizona's Bio 181 Page. Por lo tanto en vez de producirse solo dos tipos de cromosomas (todos mayúsculas o todos minúsculas), se producen cuatro, lo cual duplica la variabilidad del genotipo de los gametos. La presencia del fenómeno de entrecruzamiento se visualiza en una estructura especial llamada quiasma.  los cromosomas homólogos se separan, si bien todavía permanecen unidos a nivel de los quiasmas  la condensación de los cromosomas se acentúa aún más, el nucleolo se disuelve, desaparece la membrana nuclear, y se forma el huso mitótico.

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Metafase I En la Metafase I las tétradas se alinean en el ecuador de la célula. Las fibras del huso se "pegan" al centrómero de cada par homólogo y los eventos subsiguientes son similares a la mitosis. Anafase I Durante la Anafase I las tétradas se separan y los cromosomas son arrastrados a los polos opuestos por las fibras del huso. Los centrómeros en la Anafase I permanecen intactos.

Telofase I La Telofase I es similar a la mitosis, salvo que al final cada "célula" solo posee un grupo de cromosomas replicados. Dependiendo de la especie, se puede formar (o no) la nueva membrana nuclear. Algunos animales pueden dividir sus centríolos durante esta fase.

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MEIOSIS II: Profase II Durante la Profase II, la membrana nuclear (si se formó durante la Telofase I) se disuelve, y aparecen las fibras del huso, al igual que en la profase de la mitosis. En realidad la Meiosis II es muy similar a la mitosis.

Metafase II La Metafase II es similar a la de la mitosis, con los cromosomas en el plano ecuatorial y las fibras del huso pegándose a las caras opuesta de los centrómero en la región del cinetocoro. Anafase II Durante la Anafase II, el centrómero se divide y las entonces cromátidas, ahora cromosomas, son segregadas a los polos opuestos de la célula.

Telofase II La Telofase II es idéntica a la Telofase de la mitosis. La citocinesis separa a las células.

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Resumiendo: La meiosis es el proceso de formación de cuatro células hijas idénticas por duplicación y división de cromosomas, tanto de homólogos como de cromátidas hermanas. En la meiosis, a partir de una célula diploide (2n), se producen 4 células hijas haploides (n). Esto ocurre gracias a que los cromosomas homólogos se separan. En la meiosis, hay dos etapas. En la primera se separan los cromosomas homólogos y en la segunda las cromátidas hermanas. El resultado es la formación de 4 células hijas que poseen la mitad de la información respecto de la célula madre.

Consecuencias genéticas de la Meiosis 1. Reducción del número de cromosomas a la mitad: de una célula diploide (Ej.: 46 cromosomas en el ser humano) se forman células haploides (23 cromosomas). Esta reducción a la mitad es la que permite que el fenómeno siguiente de la fecundación mantenga el número de cromosomas de la especie. 2. Recombinación de información genética heredada del padre y la madre: el apareamiento de los homólogos y consecuente crossing- over permite que se intercambie la información. La consecuencia de este fenómeno es que ningún hijo heredará un cromosoma íntegro de uno de sus abuelos. 3. Segregación al azar de cromosomas maternos y paternos: la separación de los cromosomas paternos y maternos recombinados, durante la anafase I y II,

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se realiza completamente al azar, por lo que contribuyen al aumento de la diversidad genética. En el ser humano, con 23 pares de cromosomas homólogos, la posibilidad de recombinación es 2 23: 8.388.608 combinaciones, este número es sin tener en cuenta las múltiples combinaciones dadas por la recombinación durante el crossing-over. Comparación de la Mitosis y la Meiosis  En la mitosis: hay una duplicación de cromosomas seguida de una separación de los mismos. En la meiosis: a la duplicación de cromosomas le siguen dos divisiones sucesivas: primero se separan los cromosomas homólogos y luego las copias de los originales (que se llaman cromátidas hermanas).  En la mitosis: a partir de 1 célula diploide (2n) se obtienen 2 células hijas diploides (2n) es decir que mantiene el número cromosómico. En la meiosis: a partir de 1 célula diploide (2n) se obtienen 4 células hijas haploides (n), por lo tanto, reduce el número cromosómico a la mitad.  La mitosis: Ocurre en todas las células del cuerpo (somáticas) excepto en las gametas. La meiosis: ocurre solo en la formación de gametas La meiosis es un proceso que ocurre solo en la formación de gametas (óvulos y espermatozoides). De esta forma, cuando un óvulo (n) es fecundado por un espermatozoide (n), origina una cigota (2n) que se desarrollará hasta originar un nuevo ser con todas sus células diploides. Gametogénesis Se denomina Gametogénesis al proceso de formación de gametos (por definición haploides, n) a partir de la células haploides de la línea germinal. La espermatogénesis es el proceso de formación de espermatozoides por meiosis (en animales, por mitosis en plantas) en órganos especializados conocidos como gónadas (que en los machos se denominan testículos). Luego de la división las células se diferencian transformándose en espermatozoides. La ovogénesis es el proceso de formación de un óvulo por meiosis (en animales) o por mitosis (en el gametofito de las plantas) en órganos especializados conocidos como ovarios. Debe destacarse que si bien en la espermatogénesis las cuatro células derivadas de la meiosis se diferencian en espermatozoides, durante la oogénesis el citoplasma y organelas van a una a una célula más grande: el óvulo y las otras tres (llamadas glóbulos polares) no desarrollan. En humanos, en el caso de las gónadas masculinas se producen cerca de 200.000.000 de espermatozoides por día, mientras que las femeninas producen generalmente un óvulo mensual durante el ciclo menstrual. ¿POR QUÉ CREEN QUE EXISTE ESA DIFERENCIA?

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Ciclo vital: Haploide, diploide y Haplodiploide Es la descripción de los fenómenos que ocurren desde un momento determinado de una generación (por ejemplo el estado adulto de una especie) hasta el mismo momento en la generación siguiente. Para conocer el ciclo vital de un organismo, debemos primero analizar su reproducción. Todos los seres vivos se reproducen, es decir que forman en algún momento otro ser vivo similar a ellos. Cuando la reproducción es sexual la MEIOSIS forma gametas haploides, es decir con la mitad de la dotación cromosómica de la especie. La fusión de los gametos masculinos y femeninos en la FECUNDACIÓN forma un cigoto diploide, con los dos juegos de cromosomas. Esta alternancia de etapas en el ciclo biológico se conoce como fases, denominadas haploide y diploide respectivamente. Normalmente, luego de la meiosis y de la fecundación hay un período de desarrollo representado por una serie de divisiones mitóticas, lo cual recibe el nombre de GENERACIÓN. Entonces: Reproducción sexual Comprende dos procesos fundamentales:

I. Meiosis: Es un mecanismo de división celular en donde a partir de una célula diploide (2n) y por separación de los cromosomas homólogos, se generan 4 células hijas haploides (n), de modo que se reduce el número de cromosomas a la mitad. Por ejemplo, las células de los ovarios, que son diploides (2n), se dividen por meiosis produciendo óvulos haploides (n). Lo mismo ocurre con las células de los testículos (2n) que producen espermatozoides (n). II. Fecundación: Cuando se unen las dos células gaméticas (espermatozoide y óvulo) que son haploides (n) producen una nueva célula, la cigota, que es diploide dado que recibe los cromosomas de los dos núcleos (el del óvulo y el del espermatozoide) fusionados. Ésta cigota se desarrollará originando nuevas células comenzando el desarrollo del embrión del nuevo ser, que será diploide (2n).

De modo que: Se puede ver que la FECUNDACIÓN y la MEIOSIS son los hitos que marcan la alternancia de generaciones.

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Ahora bien, dependiendo del momento en que se produzca la meiosis, el individuo adulto podrá ser:

o Haploide: Cuando la meiosis se produce tempranamente, luego de la formación de la cigota, los individuos adultos serán haploides. Esto ocurre en el ciclo vital de algunas algas y hongos. o Diploide: Cuando la meiosis se produce recién en la formación de gametas (como el caso ya explicado de la formación de óvulos y espermatozoides). Por lo tanto los individuos adultos serán diploides y solo serán haploides sus células reproductoras (gametas). Éste es el ciclo típico de la mayoría de los animales, y también se produce en unas pocas algas. o Haplodiploide: En éste caso existe una alternancia de generaciones compleja. La cigota produce organismos diploides. Estos organismos, llamados esporofitos (2n), por meiosis, producen gametas haploides llamadas esporas. Estas se desarrollan y originan otros individuos adultos pero que son haploides: los llamados gametofitos. Al madurar, los gametofitos producen gametas haploides que al unirse a otras gametas por fecundación producen cigotas diploides que volverán a desarrollar esporofitos, cerrando el ciclo.

Esquemáticamente podríamos mostrarlo de este modo: CICLO VITAL HAPLOIDE

Gametas Haploides Mitosis y desarrollo

Fecundación

Organismo Haploide

Meiosis

Cigota Diploide

CICLO VITAL DIPLOIDE

Gametas Haploides Meiosis

Organismo Diploide

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Fecundación

Mitosis y desarrollo

Cigota Diploide

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CICLO VITAL HAPLODIPLOIDE

Esporas Haploides Meiosis

Mitosis y desarrollo

Esporofito Diploide

Gametofito Haploide

Fecundaciรณn

Maduraciรณn y Mitosis

Gametas Haploides

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UNIDAD 6 BIOTECNOLOGÍA De los genes a la ingeniería genética Cuando los científicos comprendieron la estructura de los genes y cómo la información que portaban se traducía en funciones o características, comenzaron a buscar la forma de aislarlos, analizarlos, modificarlos y hasta de transferirlos de un organismo a otro para conferirle una nueva característica. Justamente, de eso se trata la ingeniería genética, que se podría definir como un conjunto de metodologías que permite transferir genes de un organismo a otro y expresarlos (producir las proteínas para las cuales estos genes codifican) en organismos diferentes al de origen. El ADN que combina fragmentos de organismos diferentes se denomina ADN recombinante. En consecuencia, las técnicas que emplea la ingeniería genética se denominan técnicas de ADN recombinante. Así, es posible no sólo obtener proteínas recombinantes de interés sino también mejorar cultivos y animales. Los organismos que reciben un gen que les aporta una nueva característica se denominan organismos genéticamente modificados (OGM) o transgénicos. A su vez, la ingeniería genética es lo que caracteriza a la biotecnología moderna que implementa estas técnicas en la producción de bienes y servicios útiles para el ser humano, el ambiente y la industria. Etapas para la obtención de un organismo transgénico Técnicas de Ingeniería Genética o del ADN Recombinante La obtención de un organismo transgénico mediante técnicas de ingeniería genética implica la participación de un organismo que dona el gen de interés y un organismo receptor del gen que expresará la nueva característica deseada. Por ejemplo, para el caso particular de la producción de una variedad de maíz que resista el ataque de insectos, el organismo dador es la bacteria del suelo denominada Bacillus thuringiensis (Bt) de la cual se extrae el gen que determina la síntesis de la proteína insecticida, y el organismo receptor del gen es la planta de maíz. Las etapas y técnicas involucradas en este proceso serían: 1. Corroborar que existe un gen que codifica para la característica de interés. Cuando se encuentra una característica en un organismo que resulta interesante para transferir a otro organismo debe verificarse que es producto de un gen. Se identifica el gen de interés por medio de cruzamientos a partir de una característica que se expresa, y se verifican las proporciones mendelianas. Si la característica se atribuye a una proteína, que es producto directo de un gen, será más sencillo transferir esa característica a un organismo que no la tiene. 2. Clonar el gen de interés. Clonar un gen significa tenerlo puro en el tubo de ensayos, o mejor aún, dentro de un vector (una molécula mayor de ADN que permite guardar fragmentos de ADN en forma estable y práctica por más tiempo). La tarea de clonar un gen involucra varias técnicas: i) Extracción de ADN; ii) Búsqueda de un gen entre la mezcla de genes del ADN; iii) Secuenciación; iv) Construcción del vector recombinante.

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El ADN de interés se inserta en plásmidos-vectores que son moléculas de ADN lineales o circulares en las cuales se puede “guardar” (clonar) un fragmento de ADN. Los más usados son los plásmidos de origen bacteriano.

Los plásmidos pueden extraerse de las bacterias e incorporarse a otras, a través del proceso de transformación. Los plásmidos fueron modificados por los investigadores para ser empleados como vectores (vehículos). Así, el gen de interés puede insertarse en el plásmido-vector e incorporarse a una nueva célula. El desarrollo de estas técnicas fue posible en gran medida por el descubrimiento de las enzimas de restricción. Las enzimas de restricción reconocen secuencias determinadas en el ADN. De esta manera, conociendo la secuencia de un fragmento de ADN, es posible aislarlo del genoma original para insertarlo en otra molécula de ADN. Hay muchas enzimas de restricción obtenidas a partir de bacterias y que sirven como herramientas para la ingeniería genética.

Las enzimas de restricción reconocen secuencias de 4, 6 o más bases y cortan generando extremos romos o extremos cohesivos. Estos extremos, generados en diferentes moléculas de ADN, pueden sellarse con la enzima ADN ligasa y generar así una molécula de ADN nueva, denominada recombinante. Para tener gran cantidad y fácil disponibilidad del ADN de interés, el vector se inserta dentro de bacterias (E. coli), las cuales crecen fácil y rápidamente. O sea, la bacteria se utiliza como “multiplicadora” del vector, y por ende del inserto de interés. Esta es una etapa de “amplificación” del ADN para poder tener gran cantidad para secuenciarlo, caracterizarlo, y luego poder hacer con él ADN recombinante.

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En placas de Petri se cultivan las bacterias. Se originan colonias de bacterias iguales (clones). Las bacterias transformadas, que incorporaron el plásmido y el gen de interés, se seleccionan por medio de antibióticos y por reacciones con indicadores de color. 3. Caracterizar el gen de interés. A partir de conocer la secuencia del gen se puede, mediante bioinformática, comparar esta secuencia con las de genes ya conocidos para determinar a qué gen se parece, y se le asigna una posible función. Una vez predicha la función del gen clonado por medio de análisis informático, se debe proceder a confirmar la función real in vivo, o sea corroborar que en un sistema biológico funciona acorde a lo que se prevé. Para ello se suele transferir el gen a un organismo modelo, en el cual se pueda expresar el gen y medir su función. En el ejemplo del maíz, el gen Bt se puede transferir primero a las especies modelo Arabidopsis thaliana y Nicotiana tabacum (ver cuaderno 07). 4. Modificar el gen de interés. Si así se desea se puede agregar, deletar o mutar secuencias dentro de la región codificante, y agregar secuencias (promotor, terminador, intrones) para que se pueda expresar en el sistema de interés. Por ejemplo: si se clona un gen Bt de una bacteria para luego ponerlo en maíz, se debe agregar un promotor que funcione bien en plantas, es decir, que permita que las células vegetales expresen la proteína Bt. El promotor es una región fundamental del gen ya que determina cuándo y dónde se expresará el gen.

Fuente: http://www.agronort.com/informacion/abcbiotec/abcbio6.html

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4. Transformación de un organismo con el gen de interés. Una vez hecha la construcción genética con el gen y promotor deseado, se elige el método de transformación más indicado para el organismo que se desea hacer transgénico. 6. Caracterización del OGM (organismo genéticamente modificado) Una vez obtenido el OGM, se lo analiza desde el punto de vista molecular y biológico. Para el análisis molecular se debe demostrar, entre otras cosas, si tiene una (o más) copias del transgén, y cómo y en qué tejidos se expresa el gen. Para analizar en qué tejido, momento y cantidad se expresa el gen se analiza la presencia del ARN mensajero y de la proteína recombinante codificados por el transgén (ver Cuaderno Nº 49 y Nº67). Para la caracterización biológica, el OGM se analiza desde el punto de vista del objetivo (en este ejemplo, si el maíz resulta efectivamente resistente a los insectos) y desde el punto de vista que sea necesario acorde al OGM en cuestión. Si será utilizado como alimento y se lo cultivará a campo, entonces se deberá hacer el análisis de riesgo alimentario y ambiental. Hasta el momento se ha utilizado la ingeniería genética para producir, entre otras aplicaciones: • Vacunas, por ejemplo contra la hepatitis B • Fármacos, como la insulina y la hormona del crecimiento humano, tanto en células transformadas y crecidas in vitro como en bacterias recombinantes y animales transgénicos • Enzimas para disolver manchas, como las que se usan en los detergentes en polvo, mayormente por medio de microorganismos recombinantes (transgénicos) que crecen en biorreactores. • Enzimas para la industria alimenticia, como las empleadas en la elaboración del queso y en la obtención de jugos de fruta, entre otras. • Plantas resistentes a enfermedades, entre otras características. BIOTECNOLOGÍA EN ANIMALES Además de la comprensión de los conceptos vinculados con la ingeniería genética, resulta interesante trabajar en el aula la transgénesis animal para interpretar y destacar las ventajas que representan estos nuevos desarrollos biotecnológicos para la población. Algunos de los aspectos que se pueden destacar: la importancia que representa para el desarrollo del país la interacción entre la actividad científica y la industrial; las ventajas de estas tecnologías desde el punto de vista de la producción (obtener una proteína completamente ajena al organismo, en grandes cantidades, fácil de purificar), y la ventaja que representa para la población la obtención de productos farmacológicos que podrían resultar más convenientes que los fármacos obtenidos por técnicas “tradicionales”. Por ejemplo, la producción en animales de los factores de coagulación de la sangre a partir de genes humanos, que se emplea para el tratamiento de hemofílicos, evitaría extraerlo de sangre humana, y se reducirían de esta forma los riesgos asociados a la transmisión de enfermedades.

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ANIMALES COMO FÁBRICAS DE MOLÉCULAS Los animales transgénicos La ingeniería genética permite modificar genéticamente animales. Los primeros animales modificados genéticamente, o transgénicos, se obtuvieron como resultado de experimentos realizados en la década de 1980. Entre ellos, se logró obtener ratones mucho más grandes que su tamaño normal, que resultaron de la introducción del gen que codifica para la hormona de crecimiento de rata. Esta experiencia demostraba que un gen podía transferirse de una especie a otra diferente, integrarse a su genoma, ser funcional y transmitirse a la descendencia. La modificación genética se realiza de dos maneras: alterando ciertos genes presentes en un animal de manera que esta modificación se transmita a la descendencia, o bien transfiriendo genes a un animal de la misma especie o de una especie diferente. En la actualidad los animales transgénicos se aplican con fines diversos: • Para ayudar a los investigadores a identificar, aislar y caracterizar los genes, y así entender cómo funcionan. • Como modelos de enfermedades que afectan al hombre, con el fin de desarrollar nuevas drogas y nuevas estrategias de tratamiento. • Como fuente de tejidos y órganos para transplantes en humanos. • Para mejoramiento del ganado y otros animales de importancia económica. • Para producir leche con mayor valor nutricional o que contenga proteínas de importancia farmacéutica. “Biofábricas” de moléculas El concepto "fábrica de moléculas" (en inglés “molecular pharming”) se utiliza para designar el uso de plantas y de animales en la producción de moléculas de interés para diferentes industrias, como la farmacéutica, la alimenticia, la química, etc. Por ejemplo, se pueden modificar genéticamente plantas con el fin de producir la proteína del pegamento de los bivalvos que serviría en ortodoncia, o la proteína mayoritaria de la tela de araña que por su resistencia se podría aplicar en la fabricación de ropa antibalas, o introducir genes cuyos productos puedan ser utilizados para el tratamiento de enfermedades en humanos (por ejemplo, anticuerpos). Con el advenimiento de las técnicas de ingeniería genética que permitieron obtener animales transgénicos surgió también la posibilidad de utilizar a los animales para la producción de proteínas recombinantes de interés farmacológico. Es decir, producir estas proteínas recombinantes en animales en vez de en biorreactores o fermentadores industriales. La estrategia de utilizar animales de granja (ovejas, vacas, cerdos, cabras, gallinas, conejos, etc.) como fábricas de productos farmacológicos recombinantes se denominó “Granja farmacológica”, un término adaptado del concepto de “Molecular Pharming” (“farm” en inglés significa granja, y a su vez hace alusión a la farmacología). Así, en este caso, el nuevo biorreactor es un animal transgénico. Los fármacos provenientes de organismos transgénicos se producen hoy en día básicamente en tres sistemas: bacterias (fundamentalmente E. Coli), en levaduras, y en células de mamífero (en placas de laboratorio). Próximamente se supone que estarán en el mercado las proteínas farmacológicas provenientes de plantas transgénicas y de animales transgénicos.

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¿Cómo se obtiene un animal transgénico? Cuando se quiere expresar proteínas farmacológicas para abastecer grandes demandas, se debe pensar en producirlas en grandes cantidades. Pero, a su vez, la producción de estas proteínas dentro del animal no debe interferir con la biología misma del organismo. Por ello se pensó en obtener las nuevas moléculas a partir de la leche de los animales de granja. Las ventajas de esta estrategia consisten en que es un método natural con muy bajo impacto ambiental (no se utilizan plantas industriales para la producción de la proteína), y el costo de producción es relativamente bajo. Además, la leche es un fluido corporal renovable secretado por los mamíferos en cantidades sustanciales, que permite una purificación relativamente simple de la proteína de interés. Se puede dividir el trabajo de obtención de un animal transgénico en tres partes: a) Construcción del transgén, que incluye el gen de interés. b) Transgénesis o transferencia del gen a las células de mamíferos. c) Detección de la proteína recombinante. Una vez producido un animal transgénico, se lo puede clonar para obtener una descendencia importante genéticamente idéntica que, por lo tanto, producirá también la nueva molécula de interés. a) Construcción del transgén Dado que el objetivo es que la proteína recombinante se produzca en la glándula mamaria para que sea secretada en la leche, sin interferir con el crecimiento y metabolismo del animal, es fundamental armar la construcción genética utilizando un elemento (promotor) que permita la expresión del gen únicamente en la glándula mamaria. Para ello se utiliza el promotor del gen de la caseína del mismo animal, que es la proteína mayoritaria de la leche y que se expresa sólo en glándula mamaria para ser secretada a la leche. b) Transgénesis del animal Existen varias técnicas para transferir genes a células de mamíferos con el objetivo de que dicha secuencia se integre al genoma. Una de ellas es la microinyección del ADN de interés directamente en un óvulo fecundado, como muestra la siguiente imagen: Para la microinyección se utiliza una micro-jeringa que se carga con el ADN que se quiere inyectar, una micropipeta para sostener al óvulo fecundado y se realiza la inyección bajo un microscopio. Los cigotos así obtenidos son luego implantados en el útero de una madre adoptiva, o receptora, que ha sido preparada hormonalmente para poder llevar adelante la gestación. Otra técnica que se encuentra en desarrollo para ser aplicada a animales de granja, consiste en transferir el gen de interés a las células de un embrión de mamífero que proliferan in vitro y conservan su capacidad de poder diferenciarse a otros tipos celulares. Cuando el embrión sigue su desarrollo en el útero de una madre receptora, se forma un animal con células transgénicas. c) Detección de la proteína Una vez nacidos los animales hay que determinar que sean transgénicos, es decir, que contengan al menos una copia del transgén y que lo expresen, es decir, que

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produzcan la proteína. Si la proteína de interés farmacológico se produce en la leche del animal, sólo cuando el animal comienza a producir leche se puede detectar la proteína. En ese caso, la proteína se purifica y se obtiene el producto farmacológico deseado. Clonación de animales Cuando se quieren tener muchos animales transgénicos idénticos que produzcan la misma proteína recombinante de interés, se recurre a la clonación. Esta técnica permite obtener individuos genéticamente idénticos al animal deseado. El siguiente esquema representa una forma de realizar la técnica de clonación, denominada de transferencia nuclear:

Se toma el núcleo de alguna célula del cuerpo del animal que se quiere clonar (animal A). Ese núcleo tiene toda la información genética que determina las características de ese individuo. Este núcleo se introduce en un óvulo de otro individuo al que previamente se le quitó el núcleo (animal B). De esta forma, se obtiene una célula que se asemeja a un cigoto. Este cigoto realiza in vitro las primeras divisiones mitóticas hasta convertirse en embrión de unas pocas células y entonces es implantado en el útero de una madre adoptiva (animal C). A partir de ese cigoto se desarrolla un individuo exactamente igual a aquel individuo que donó su material genético. En total son necesarios 3 animales: el que se quiere clonar que aporta el núcleo, una hembra que aporta óvulos y otra adoptiva que llevará a cabo la preñez. Existe otra técnica de clonación, denominada “clonación por fusión nuclear” que es similar a la anterior pero en lugar de tomar el núcleo de la célula, se fusiona una célula completa del animal que se quiere clonar (animal A) con un óvulo de otro animal (B) al que se le ha extraído el núcleo. Esa fusión genera un óvulo con toda la carga cromosómica completa, es decir, un cigoto, el cual se desarrollará en embrión in vitro y luego será implantado en una madre adoptiva (animal C). Algunos animales de granja transgénicos La primera oveja transgénica fue Tracy y vivió entre 1991 y 1998. Tracy producía a1-antitripsina en la leche, un medicamento para tratar la fibrosis quística, una enfermedad que afecta los pulmones. Posteriormente, se conoció a Dolly, que aunque fue más famosa y “mediática”, no era transgénica sino clonada.

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Animales transgénicos y clonados, industria argentina. La primera vaca transgénica argentina se llama Pampa Mansa, y fue producida en 2002. Pampa Mansa, transgénica y clonada, produce la hormona de crecimiento humano para tratar casos de enanismo, y comenzó a dar leche con buenos niveles de hormona de crecimiento en octubre de 2003. La técnica empleada consiste en la fusión de un óvulo de vaca no fecundado al que se le quitó el núcleo, con una célula de una vaca que fue previamente transformada mediante la introducción del gen humano que codifica para la hormona de crecimiento humana. La célula que contiene el transgén en este caso fue un fibroblasto (un tipo de célula que forma parte del tejido conectivo). Como resultado de la fusión se origina un cigoto transgénico, que se desarrolla en embrión y se implanta dentro de una vaca madre “portadora”, hasta su nacimiento. Posteriormente, en febrero de 2004 se obtuvo la segunda generación de animales transgénicos, Pampa Mansa II y III, clones obtenidos a partir de Pampa Mansa. Un óvulo no fecundado de la vaca Aberdeen Angus, al que se le quitó el núcleo, se fusionó con un fibroblasto de Pampa Mansa, que ya tiene en su material genético el gen que expresa la hormona de crecimiento humana. El embrión obtenido se desarrolló dentro de otra vaca, de la que nacieron Pampa Mansa II y III que son clones de Pampa Mansa. ACTIVIDAD Técnica para la clonación de animales Aunque se la incluye dentro de la biotecnología, es interesante aclarar que la clonación es una tecnología de reproducción o multiplicación celular, y que no es estrictamente una técnica de ingeniería genética, ni los clones pueden ser considerados organismos transgénicos. Sin embargo, la técnica de clonación permite obtener animales transgénicos más fácilmente, ya que la transgénesis por microinyección de ovocitos fecundados en mamíferos es compleja. A continuación se presentan de manera desordenada los pasos para la clonación de un animal. Se sugiere que los alumnos ordenen correctamente estas etapas y luego respondan a las preguntas que se formulan a continuación. • • • •

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Se fusiona la célula de la oveja A y el óvulo no fecundado. La oveja adulta A dona una célula somática, con la información genética completa de la oveja adulta. Esta célula, in vitro, origina un embrión para que después se implante en una oveja nodriza, diferente a la oveja donante y a la oveja A. La oveja donante aporta un óvulo no fecundado a la cual se le extrae el núcleo, para sacar su información genética, que se va a reemplazar por el núcleo de la célula somática de A. Al cabo de un tiempo nace el animal clonado que es idéntico al animal A.

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Preguntas para el análisis: 1. ¿Dentro de qué tipo de reproducción clasificarían a la clonación? Aclarar qué criterios tuvieron en cuenta para determinarlo. --------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------2. ¿Cómo suponen que debería realizarse la clonación si se quisiera obtener un clon macho? ------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------3. ¿Qué características tiene el óvulo por las cuales es usado para la creación de un clon? --------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------4. ¿Por qué no se implanta directamente el óvulo con su carga genética tal como está? ------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------5. ¿Cuál es el aporte que hace la oveja nodriza a la clonación? ---------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------6. Una persona cortó un gajo de una planta de su jardín, la transplantó y al poco tiempo, obtuvo una nueva planta. ¿Será idéntica la nueva planta a la primera de la cual obtuvo el gajo? ¿Cómo se explicaría? ¿Podría decirse que este es un ejemplo de clonación semejante a la realizada en la experiencia de Dolly? Justificar la respuesta. ------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------

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Habitualmente, se considera la clonación una técnica nueva debido, fundamentalmente, a la gran difusión que recibió en los medios de comunicación la clonación de la oveja Dolly. Es interesante interpretar la clonación de plantas como un procedimiento antiguo y, a su vez, plantear las diferencias que presenta con la clonación de animales cuyas células difieren en cuanto a su totipotencialidad. Es interesante trabajar las implicancias que tuvo la clonación de Dolly en cuanto a los conocimientos acerca del ADN y su función. La clonación de mamíferos replanteó algunas teorías existentes acerca del ADN, que plantean que las células adultas de mamíferos perdían su totipotencialidad, debido a la inactivación de segmentos de ADN. Esto determinaba que no pudieran diferenciarse y dar origen a un organismo completo. Sin embargo, y a pesar de las dificultades que sufrió Dolly, esta oveja clonada se originó a partir del ADN extraído de células adultas. A partir de esta experiencia, los desarrollos se fueron mejorando y actualmente se obtienen terneros clonados y transgénicos a partir de células fetales totipotentes. Desde el punto de vista conceptual, es importante diferenciar la clonación como duplicación de un organismo y la clonación terapéutica, que permite el cultivo de tejidos de un organismo para ser aplicado en la regeneración o reemplazo de tejidos dañados y, consecuentemente al tratamiento o cura de enfermedades. Esta diferenciación es importante ya que la clonación involucra aspectos éticos cuya discusión requiere tener claros estos conceptos. De lo contrario, se puede incurrir en interpretaciones erróneas o en desconocimiento, que interfiera con los avances científicos y tecnológicos que podrían beneficiar a la sociedad. Biotecnología moderna en animales Los animales transgénicos A diferencia de la biotecnología vegetal y de los microorganismos recombinantes (transgénicos) que ya se aplican a algunos sectores de la producción, los beneficios que puede ofrecer la modificación de animales a través de la ingeniería genética está en sus comienzos. Sin embargo, ya existen desarrollos importantes en marcha, y la Argentina es uno de los países que lidera en este sector. Concretamente, la empresa argentina Biosidus ha obtenido en 2002 terneros transgénicos que producen en su leche la hormona de crecimiento humana que se aplicaría para tratar patologías del crecimiento en los niños. Por otra parte, recientemente se ha publicado el primer caso de vacunos modificados genéticamente para mejorar su calidad, y no para producir fármacos. Ocurrió en Nueva Zelanda donde se logró la creación de vacas transgénicas que producen leche con alto contenido de proteínas, destinada a la fabricación de quesos. Pero... ¿qué es un animal transgénico? Es un animal genéticamente modificado al que le transfieren un gen o grupo de genes con el fin de obtener un producto de interés. Algo de historia... Los ratones fueron los primeros animales transgénicos, y se obtuvieron en la década de 1980, paralelamente con el advenimiento de la ingeniería genética. El primer ratón transgénico, producto de una investigación publicada en la prestigiosa revista científica Nature en 1982, producía la hormona de crecimiento de rata. Esto hacía que el ratón transgénico produjera mucha más hormona de crecimiento que el ratón “silvestre”, por lo cual se veía bastante más grande que él.

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Este experimento constituyó una revolución porque mostraba que un gen de una especie podía introducirse en otra especie diferente, integrarse al genoma del receptor, y expresarse (la proteína se fabrica y el organismo manifiesta la característica asociada). Desde ese momento los ratones transgénicos constituyeron una herramienta fundamental en el laboratorio para el estudio de la fisiología animal y sirvieron de modelos experimentales para entender las bases de muchas enfermedades que afectan al hombre. Más adelante, crearon el primer ratón knockout (KO), esto significa que se le anula la actividad de un gen para analizar los efectos producidos. Esta técnica resultó clave para estudiar la función de los genes. Los ratones transgénicos se obtienen por: 1. microinyección del ADN en el óvulo fecundado: el ADN se introduce por medio de un capilar, bajo el microscopio, en el ovocito fecundado. Esto se debe hacer muchas veces porque en ocasiones los ovocitos o los núcleos se rompen y los óvulos transformados resultan escasos. 2. microinyección del ADN en células embrionarias: el organismo adulto será una quimera ya que no todas las células incorporan el nuevo gen. Entonces, se utilizarán solo los animales que tengan el gen en sus gametas y por lo tanto lo transmitan a su descendencia. Esta técnica es más fácil y eficiente que la anterior a pesar de que se descarten animales.

3. Microinyección de ovocitos fecundados: El gen que se inserta está dentro del plásmido de una bacteria E. Coli. Se introduce todo el plásmido (con el gen de interés y con otras secuencias del plásmido) y una vez dentro del núcleo de la célula el ADN se integra al material genético del animal. Los ratones transgénicos se utilizan fundamentalmente: •

Como herramientas de laboratorio para estudiar los genes, su función, y cómo se regula su expresión si se cambia el lugar o el tiempo de expresión de ese gen. Por ejemplo, se puede hacer que la proteína se manifieste en todos los tejidos, o que se exprese en adultos en lugar del organismo recién nacido.

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Como modelos de enfermedades para el desarrollo de drogas y estrategias de tratamiento.

Otros animales transgénicos Hoy es posible obtener animales transgénicos grandes, como ovejas, cabras, cerdos y vacas. Esto se debe en parte al desarrollo de las técnicas de clonación. La ingeniería genética permite modificar genéticamente animales, con diferentes aplicaciones: •

ayudar a los investigadores a identificar, aislar y caracterizar los genes y así entender cómo funcionan.

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servir como modelos de enfermedades que afectan al hombre y así poder desarrollar nuevas drogas y nuevas estrategias de tratamiento.

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como fuente de tejidos y órganos para transplantes en humanos.

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para mejoramiento del ganado y otros animales de importancia económica.

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para producir leche con mayor valor nutricional o que contenga proteínas de importancia farmacéutica (que se purifican de la leche en grandes cantidades).

Tracy fue la primera oveja transgénica, antes de la “famosa” Dolly, y vivió entre 1991 y 1998. Producía 40 g/l de alfa-1-antitripsina (un fármaco) en la leche. Fue hecha transgénica por la técnica de microinyección. Dolly fue la primera oveja obtenida por clonación a partir de células somáticas. Fue una revolución porque sentó las bases para crear posteriormente animales transgénicos grandes, y desde el punto de vista de la biología se conseguía hacer por primera vez lo que se puede hacer con una planta, es decir regenerar todo el organismo a partir de una célula somática adulta (de la ubre). Dolly vivió entre 1997 y 2003, y murió con muchas complicaciones propias de un individuo de más edad ya que sus células derivan de una célula original adulta. La modificación genética de animales El genoma de los animales se puede modificar: •

Insertando genes de la misma especie o de una especie diferente (por ejemplo para que una vaca produzca en su leche la hormona de crecimiento humana).

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Alterando ciertos genes presentes en el animal de manera que esta modificación se transmita a la descendencia. En general esta estrategia está relacionada con conocer la función de ese gen.

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Clonación de animales

La oveja adulta A dona una célula somática (de la ubre). La oveja adulta donante aporta un óvulo no fecundado al cual se le extrae el núcleo para sacar su información genética, que se va a reemplazar por el núcleo de la célula somática de A. Se fusiona la célula de la oveja A y el óvulo no fecundado que tiene la potencialidad del óvulo, con la información genética diploide (2n) de la oveja adulta. Esta célula, in vitro, origina un embrión para que después se implante en una oveja nodriza que es diferente a la oveja donante y a la oveja A. La oveja nodriza aporta el útero. Al cabo de un tiempo nace el animal clonado que es genéticamente idéntico al animal A. La producción de determinadas proteínas en la leche de animales transgénicos es particularmente interesante cuando esas proteínas se requieren en gran cantidad o son muy complejas. La producción en leche permite, además, una purificación relativamente simple de la proteína de interés. Como la producción de la nueva molécula no debe interferir con el crecimiento y metabolismo del animal, se introduce el gen de interés junto con una secuencia (promotor) que permite su expresión únicamente en la glándula mamaria. De esta forma se consiguió la expresión de genes que producen sustancias con función farmacológica en glándulas mamarias de ovejas, de cabras y de vacas. La primera ternera transgénica desarrollada por clonación fue obtenida por BioSidus en Argentina, y produce la hormona de crecimiento humana en su leche. Mansa es una ternera argentina que nació en 2002. Fue la primera ternera clonada y transgénica, y pertenece a una serie de experimentos que realiza la empresa Bio Sidus. Esta investigación empezó con el nacimiento de Pampa en 2001, la primera ternera clonada del mundo (no transgénica) que demuestra que las vacas se pueden clonar y se pueden hacer transgénicas. Pampa se hizo con una técnica similar a Dolly pero en lugar de células de la ubre se utilizaron células fetales. Luego llegó Pampa Mansa y sus hermanas que, además, son transgénicas.

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Obtención de animales transgénicos Mansa se obtuvo a partir de células de un feto de la raza lechera Jersey, de las que se extrajeron células de tipo fibroblasto, que forma parte del tejido conectivo. A los fibroblastos se les incorporó el gen que codifica para una proteína que es la hormona de crecimiento humana (el plásmido transformado se incorpora al genoma). El óvulo, al que se le sacó el núcleo, fue aportado por una vaca de raza Aberdeen Angus. El óvulo y el fibroblasto se fusionaron y de esta forma se obtuvieron células con la información genética de una célula fetal pero con el agregado del gen para la hormona de crecimiento humana. Estas células se cultivaronn in vitro y el embrión resultante se implantó en el útero de una vaca nodriza Aberdeen Angus. Luego de 278 días nació Mansa que produce la hormona de crecimiento humana en su leche. Una vez que se tiene el animal transgénico, es posible obtener otros idénticos a partir de la clonación. De esta forma se puede conservar y multiplicar alguna característica beneficiosa. La clonación permite, además, recuperar animales en extinción para proteger la especie, obtener tejidos y órganos para transplantes y también stem cells (“células madre”) que son células embrionarias totipotentes que sirven para generar diferentes tejidos. Estas células se pueden transformar y emplear con fines terapéuticos en determinadas enfermedades y en transplantes. En los próximos años se esperan avances en estos desarrollos biotecnológicos. En Argentina, ya se obtuvieron descendientes de Mansa, una dinastía de animales transgénicos que integran el “tambo farmacéutico”.

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ACTIVIDADES ACTIVIDAD 1. Repaso de conceptos A continuación se sugieren preguntas para repasar los conceptos trabajados: 1. ¿Cuándo se logró obtener los primeros animales transgénicos, y por qué se lo consideró un hecho revolucionario para la ciencia? ------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------2. La clonación es un proceso natural y habitual en las plantas. ¿Por qué, entonces fue tan novedoso en el caso de los animales? ---------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------3. La técnica para la obtención de Dolly, la primera oveja clonada, empleaba células adultas, ya diferenciadas, empleadas para extraer el ADN. ¿En qué se diferencia la técnica empleada actualmente para obtener terneros clonados en la Argentina? ----------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------4. ¿Cuál es la característica que se le incorporó a Mansa y cuál es el beneficio que trae? --------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------5. ¿Cuál es el aporte de la clonación para la obtención de los terneros transgénicos? --------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------ACTIVIDAD 2. Análisis del esquema de clonación A continuación se presenta una guía de preguntas que pretende ayudar a interpretar el esquema de clonación. 1. ¿Qué tipo de células aporta cada animal, y en qué se diferencian en cuanto a su contenido de ADN? ----------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------2. ¿Por qué se elimina el ADN del óvulo? ---------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------3. ¿Por qué se elige un óvulo para introducir el ADN? ------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------4. En esta técnica no ocurre la fecundación, ¿cómo se obtiene entonces la cantidad total de ADN necesaria para el desarrollo normal del nuevo individuo? ----------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------

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5. ¿Interviene en este caso un animal de sexo masculino? Justificar la respuesta. -----------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------6. ¿Por qué la oveja que nace es idéntica a la oveja A? ----------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------7. ¿Qué representa la foto ubicada en el extremo derecho superior? ------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------8. ¿Qué se debería cambiar en esta técnica para que el animal clonado sea un macho? -------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------

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CRECIMIENTO Y DIFERENCIACIÓN CELULAR: CICLO CELULAR Como ya hemos visto, el ciclo celular se describe como la secuencia general de acontecimientos que se producen durante la vida de una célula eucariota y se divide en cuatro fases diferenciadas: 1) La mitosis o fase M, corresponde a la fase de división celular. 2) Luego viene la fase G1 (del término gap o intervalo) que ocupa la mayor parte del ciclo. 3) Le sigue la fase S, o fase de síntesis de ADN. 4) Durante la fase G2 se prepara la mitosis con una célula tetraploide que entra en la fase M y en el comienzo de un nuevo ciclo celular. La duración temporal del ciclo es variable, y aunque en un cultivo de laboratorio, es de 16 a 24 horas, en las células de un organismo pluricelular puede ir de 8 horas a más de 100 días. Algunas células muy diferenciadas como las neuronas o las células musculares nunca se dividen y asumen un estado quiescente conocido como fase G0. El arranque y desarrollo del ciclo es regulado por señales tanto internas como externas, y dispone de varios puntos de control que determinan su progreso y si el estado de la célula es correcto, deteniéndole si no se desarrolla de manera exacta. Las proteínas que regulan estos procesos reciben el nombre de ciclinas y proteincinasas dependientes de ciclinas. Se sintetizan durante una fase del ciclo y se degradan por completo en la fase siguiente. Un ciclina se une específicamente a su o sus proteinacinasas dependientes y fosforilan proteínas nucleares como las histonas para reorganizar el material nuclear y el citoesqueleto y permitir que la fase se desarrolle. Hay también inhibidores de las cinasas dependientes de ciclina que detienen el ciclo celular en respuestas a señales contrarias a la proliferación, como el contacto con otras células, el daño del DNA, la diferenciación terminal y la senescencia (o detención definitiva). DIFERENCIACIÓN NORMAL La diferenciación celular es el proceso por el cual una célula cambia su estructura de manera que pueda realizar una función específica. Las células bien diferenciadas son células maduras, completamente relacionadas que están listas para cumplir con su función particular. Cada tipo celular tiene características, funciones, y lapsos de vida específicos, aunque todos se han diferenciado de la célula original o zigoto. Las primeras células de un ser humano procedentes del zigoto son denominadas células totipotenciales, por ser capaces de diferenciarse en todo tipo de células especializadas; proceso que comienza a los 4 días de desarrollo. De una célula totipotencial se puede obtener un organismo funcional. A medida que se diferencian restringen su potencial y se convierten en células pluripotenciales, que pueden desarrollarse en varios, pero ya no en todos los tipos celulares. De estas células ya no es posible obtener un organismo. A medida que avanza la diferenciación se van desarrollando los distintos tipos de tejidos del cuerpo. Con la especialización y la maduración muchas células pierden la capacidad de reproducción. En cambio otras denominadas células troncales o células madre conservan la capacidad de división. En los adultos estas células sólo, pueden diferenciarse en un tipo concreto de célula especializada (ej.: las células sanguíneas). A estas células troncales indiferenciadas de un tejido que pueden desarrollarse a células especializadas de dicho tejido se las denomina multipotenciales. (Ej. Las de la médula ósea que darán lugar a células sanguíneas). CONTROL DEL CRECIMIENTO CELULAR El estudio de los genes ha permitido conocer el control del crecimiento. Cuando se descubrió que ciertos virus podían provocar cáncer se llegó a la conclusión de que el origen del mismo dependía de determinados genes que se denominaron oncogenes. Estos son mutantes de genes que participan en el control del crecimiento celular. En muchos casos la mutación permite a los

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productos del gen eludir los mecanismos de control que normalmente regulan su actividad, de manera que se encuentran activados permanentemente. En consecuencia provocan un crecimiento sin restricciones, es decir, de naturaleza tumoral. El estudio de los oncogenes ha servido para descubrir mucha información sobre el control del crecimiento celular, así como las vías a través de las cuáles se lleva a cabo. En una situación normal el crecimiento celular está sometido a un estricto control debido fundamentalmente a la inhibición por contacto. Las células cancerosas se caracterizan por no estar sujetas a este tipo de inhibición. En este tipo de control intervienen señales de comunicación celular. FUSIÓN CELULAR Se la define como la fusión de células somáticas (del cuerpo, no las gametas) in vitro o in vivo, que produce hibridación celular somática. La fusión celular o nueva ingeniería genética es un tratamiento biomédico que consiste en la utilización de genomas completos, normales y sanos (de la especie adecuada, según sea el caso) suspendidos con un fusionante celular. Esta suspensión se introduce mediante una inyección, a las células receptoras enfermas o decadentes del ser viviente a tratar, lográndose la formación de sincicios por hibridación y su complementación genética; esto sin inhibir el sistema inmune, sin rechazo inmunológio, sin efectos colaterales y sin efectuar una cirugía. Las células se obtienen de cordones umbilicales de niños sanos con todo su potencial genético, libres de cualquier enfermedad. La hibridación celular, sin rechazo, aplicada al hombre, constituye una nueva técnica de Ingeniería Genética pues en lugar de intentar aislar un gen determinado e introducirlo a células humanas, por este procedimiento se introduce a las células enfermas o decadentes todo un genoma normal. Al formarse un sincicio por hibridación, el rechazo no se presenta (situación que no han podido superar ni los trasplantes de órganos, ni los implantes de células transgénicas u otro tipo de células madre). La ausencia de efectos colaterales, tanto a corto plazo como en periodos largos después del implante, justifican la aplicación de implantes celulares en los seres humanos mediante la Fusión Celular o nueva Ingeniería Genética. REGULACIÓN DE LA EXPRESIÓN GENÉTICA La transmisión de la información genética (transcripción), posibilita la formación de proteínas, cuyas funciones van a caracterizar la actividad y morfología de las células; pero la regulación de los tipos y cantidades de proteínas presentes en cada momento constituye un tema de tanta relevancia como el propio hecho de la síntesis. Las células son estructuras muy organizadas cuyas moléculas se ordenan de forma rigurosa. En un organismo no se necesitan todos los productos génicos de forma simultánea, ni a los mismos niveles, con lo cual el sistema de regulación va a servir para ajustar el uso del depósito de información de los ácidos nucleicos a los requerimientos de cada célula o de cada organismo. A la regulación de la síntesis de las macromoléculas se la denomina regulación de la expresión genética o génica.

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Introducción a la Biotecnología Agrícola Extraído del Manual de biotecnología del Programa educativo ARGENBIO La biotecnología agrícola se refiere a la aplicación de las técnicas de la ingeniería genética al mejoramiento de los cultivos, con el objetivo de generar beneficios para el productor agropecuario, el consumidor, la industria, la salud animal y humana y el medioambiente. Entre sus aplicaciones se encuentran la obtención de plantas tolerantes a herbicidas, resistentes a insectos y enfermedades, así como plantas que pueden sobrevivir mejor en suelos salinos, a bajas temperaturas o en ambientes con lluvias escasas. También se incluye la obtención de alimentos más nutritivos o más saludables, frutos que resistan mejor al transporte y almacenamiento, así como plantas productoras de moléculas de uso farmacológico, biopolímeros o destinadas a la producción de lubricantes o biocombustibles. Las nuevas variedades vegetales obtenidas por ingeniería genética son los llamados cultivos transgénicos los cuales son compatibles con el manejo integrado de plagas y con la agricultura sustentable. El uso de estas nuevas tecnologías permite aumentar la competitividad de países agroexportadores como la Argentina incrementando los rendimientos, disminuyendo los costos y aumentando la seguridad de la cosecha. Además, permite obtener alimentos de mayor calidad en forma más eficiente y segura para la salud y el medio ambiente. ¿Por qué producir cultivos transgénicos? Diferentes análisis de expertos prevén para los próximos 30 años un incremento de la demanda mundial de alimentos de entre el doble y el triple de la actual, especialmente en países subdesarrollados. Esto conlleva otras consecuencias, como el crecimiento en la demanda de proteínas para alimentación animal, y mejoras cualitativas en los alimentos para resolver problemas nutricionales de importantes sectores de la población mundial. Para lograr estos incrementos y mejoras en la calidad alimentaria deberá plantearse una producción sustentable en términos de respeto por el medio ambiente y por la biodiversidad. Y, ante la limitación de recursos físicos, como el suelo, una de las variables disponibles para duplicar la productividad agrícola es el mejoramiento genético. El incremento de la eficacia productiva de los organismos puede encararse mediante el mejoramiento genético convencional (cruzamientos intra e interespecíficos, mutagénesis inducida) o mediante la transformación genética. En la actualidad el mejoramiento de plantas es un proceso multidisciplinario y coordinado, donde una gran número de herramientas y elementos de la mejora tradicional, bioinformática, biología molecular e ingeniería genética son utilizados e integrados.

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El mejoramiento genético convencional enfrenta algunas limitaciones, tanto en términos de la disponibilidad de germoplasma, como de los plazos requeridos para la obtención de nuevas variedades. Las técnicas de ingeniería genética se usan para mejorar o introducir nuevas características a los cultivos mediante intervenciones más precisas, rápidas y predictivas, cuando todas las otras técnicas de mejoramiento agotan sus posibilidades. Por ejemplo, la ingeniería genética se aplica cuando la característica a ser introducida no está presente en la especie de interés, o la característica es muy difícil de mejorar por métodos convencionales, o cuando la introducción o mejora de una característica pueda llevar mucho tiempo por métodos convencionales. Algunos de los cambios o mejoras realizadas a los cultivos resultan de la modificación de los genes ya presentes en la planta, o la supresión de ciertos genes. En otros casos, en cambio, se requiere de la transferencia de genes desde otras fuentes (por ejemplo desde diferentes especies). La posibilidad de superar la barrera de cruzamiento sexual mediante la ingeniería genética y transgénesis permite hacer uso de un pool genético más amplio, ya que es posible aislar genes de cualquier origen y transferirlos entre especies no emparentadas. Es también posible dirigir la expresión de estos nuevos genes a ciertas partes específicas de la planta (raíz, hoja) o en algún momento en particular o circunstancia del ciclo vital del organismo, como la floración. La biotecnología moderna, una alternativa sustentable La intensificación agrícola ha acentuado los procesos de erosión y de degradación de los suelos, y el uso masivo de agroquímicos y fertilizantes ha contribuido a una creciente contaminación de tierras y de acuíferos. Además, la contribución del mejoramiento genético por métodos tradicionales de cruzamiento y selección, encuentra limitaciones ante las nuevas demandas. En consecuencia, se busca introducir tecnologías y métodos de manejo agronómico que incrementen la productividad sin agregar impactos negativos al medioambiente y que, incluso, resuelvan los impactos ya reconocidos. La biotecnología es una alternativa sustentable a las prácticas convencionales. En la actualidad, millones de hectáreas en todo el mundo se cultivan con métodos conservacionistas para reducir al mínimo el daño a las tierras. Con el paquete tecnológico “cultivo transgénico tolerante a herbicida - siembra directa” es posible evitar la degradación y erosión del suelo, por cuanto se reduce o elimina el desmalezado y roturación de la tierra (ver Cuaderno Nº 8, 60, 92) y se deja en los lotes el residuo de las cosechas formando una capa protectora con reciclado de materia orgánica al suelo. Otro problema existente en la agricultura es la causada por la escarcha y las sequías o inundaciones que pueden arrasar los cultivos. La biotecnología puede proporcionar cultivos con una mayor resistencia a las variaciones climáticas naturales y disminuir la dependencia de la gestión de los recursos hídricos, desarrollando variedades resistentes a estrés hídrico. También, es posible aumentar la capacidad de las plantas de soportar un descenso de la temperatura y la escarcha. Los insectos plaga y las enfermedades de las plantas que atentan contra la producción agrícola exigen una alternativa a los tratamientos químicos que sean menos perjudiciales para los recursos naturales. Los cultivos transgénicos pueden disminuir potencialmente la necesidad de plaguicidas y herbicidas para controlar plagas, malezas y enfermedades y permitir una aplicación más selectiva de los productos químicos agrícolas. Por ejemplo, los cultivos transgénicos BT

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comercializados hace ya varios años (ver cuaderno Nº 18, 26, 43) pueden resistir los ataques de los insectos por sí mismos. Expertos de todo el mundo estiman que las innovaciones biotecnológicas triplicarán los rindes de los granos sin requerir más tierra cultivada.

Cultivos genéticamente modificados y sus beneficios para el consumidor La biotecnología ofrece los medios para producir alimentos más nutritivos y de mejor gusto, mayor rendimiento de las cosechas y plantas protegidas naturalmente de enfermedades e insectos. Si bien con la primera generación de productos biotecnológicos en el mercado, caracterizados por mejoras agronómicas (mayor rendimiento, resistencia a insectos, etc.), los beneficios han sido capitalizados principalmente por los productores, el consumidor se beneficia en el sentido de que estas variedades ofrecen el potencial de reducir el empleo de agroquímicos. Y, por supuesto, si se reduce el empleo de fitosanitarios, menor será la contaminación ambiental, y la exposición animal y humana a los químicos. La siguiente generación de productos transgénicos, está orientada a explotar otros nichos económicos y promete beneficios más directos para la nutrición y salud animal y humana. Estos nuevos cultivos en desarrollo, podrán presentar modificaciones que mejoren o complementen su calidad alimentaria y modificaciones que les permitan producir compuestos con diversos fines industriales que mejoren la calidad de vida. Ejemplos de modificaciones para mejorar el valor nutritivo de las plantas son aquellas que optimizan el balance de aminoácidos esenciales que deben ser provistos por la dieta porque el organismo es incapaz de sintetizarlos, o la composición de determinados micronutrientes, por ejemplo, la concentración de hierro. También es posible modificar rutas metabólicas con la finalidad de producir lípidos o carbohidratos de estructuras especiales, destinados a aplicaciones industriales o alimentarias específicas (por ejemplo, aceites con distintas composiciones de ácidos grasos o almidones de distinta composición). Por último, también es posible implantar nuevas rutas metabólicas para la síntesis de factores nutritivos no proteicos como vitaminas A o E, que no están normalmente presentes en las plantas. Un ejemplo de beneficio para el consumidor es el arroz dorado, el cual podrá ayudar a combatir la deficiencia de vitamina A en países subdesarrollados proveyendo betacaroteno, precursor de la vitamina A, y hierro (ver Cuaderno Nº 23, 91). Otros ejemplos en desarrollo son las papas que absorben menor cantidad de aceite, y alimentos hipoalergénicos (por ejemplo, maní y soja libres de componentes alergénicos naturales). Cultivos genéticamente modificados y posibilidades para la industria La ingeniería genética hace posible la utilización de las plantas para producir moléculas de uso industrial (molecular farming, producción de moléculas en la granja) que antes debían extraerse de otros organismos u obtenerse mediante fermentación microbiana. Dentro de estas aplicaciones se incluye la producción de sustancias de interés farmacológico o para la elaboración de lubricantes y plásticos biodegradables. También se trabaja en las rutas de síntesis de lignina (polímero que al combinarse con la celulosa da rigidez a la madera) para obtener distintas calidades de madera en

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los árboles, o la alteración de la síntesis de determinados pigmentos para uso textil, cosmética, pinturas, etc. Finalmente el mejoramiento de plantas para su utilización como materia prima renovable para la producción de biocombustibles (bioetanol, biodiesel, biogás) constituye una necesidad mundial y en esto la ingeniería genética presenta un enorme potencial. La seguridad de uso y consumo de lo cultivos transgénicos Pocas tecnologías en la historia de la humanidad han sido introducidas con marcos regulatorios tan estrictos como la biotecnología moderna (ver Cuaderno Nº 19). Las variedades transgénicas son testeadas rigurosamente antes de ser introducidos en el mercado, en lo que respecta a seguridad ambiental y aptitud de los nuevos cultivos para el consumo humano y animal en lo que se refiere a composición sustancial, calidad nutricional y presencia de toxinas o alérgenos. El proceso de análisis ha sido seguido regularmente por la comunidad científica internacional y ha sido motivo de un intenso debate público. Puede afirmarse que ningún otro tipo de cultivo (de mejoramiento clásico) ha sido sometido a evaluaciones tan rigurosas como los transgénicos, aún cuando hay casos en que pudiera presumirse que éstos involucran mayores riesgos para la salud humana. Millones de personas vienen consumiendo en todo el mundo plantas transgénicas y sus derivados (aceite, harina, almidón, etc.) desde hace más de una década sin que se haya reportado evidencia científica alguna que sugiera que los alimentos derivados de cultivos genéticamente modificados sean más riesgosos para la salud humana que el resto de los alimentos. Biotecnología agrícola: conclusiones finales En resumen, los retos de la biotecnología agrícola residen en aumentar la productividad en simultáneo con la reducción de los costos, generar innovaciones para la industria y mejoras en la calidad de vida, por ejemplo con alimentos de mayor calidad y más saludables, y conducir a prácticas de cultivo más “ecológicas”. Todas estas innovaciones generan una enorme diversidad de nichos productivos, y proporcionan valor agregado a la producción agrícola. Se está produciendo así la transición desde una agricultura basada exclusivamente en la producción de productos primarios (conocidos como commodities) hacia una agricultura de productos elaborados con fines específicos o valor agregado (specialities). La biotecnología puede y debe jugar un rol importante en el desarrollo de nuevos productos agrícolas, pero otros factores, incluyendo tecnologías de fitomejoramiento tradicionales y de las infraestructuras agrícolo-ganaderas no serán menos importantes. Las aplicaciones biotecnológicas a la agricultura encierran grandes promesas. Por una parte, se asume que el mejoramiento de los cultivos mediante técnicas de biología molecular conducirá a una mayor producción y generación de nuevos nichos económicos. Los descensos de costos de producción están hoy principalmente asociados a la menor utilización de herbicidas y plaguicidas, aunque en desarrollos futuros también podrían involucrar una mejor asimilación de los fertilizantes. Asimismo, la introducción de tecnologías más benignas para el medio ambiente es un requerimiento urgente de lo cual dependerá la sustentabilidad futura de los sistemas productivos.

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La satisfacción de la futura demanda de alimentos, tanto desde el punto de vista cuantitativo como cualitativo, es un problema muy complejo que demandará la utilización de todos los instrumentos disponibles para su resolución, incluyendo tecnologías convencionales y de última generación cono la ingeniería genética, genómica, y la bioinformática, entre otras. Argentina es un país que depende de sus exportaciones agropecuarias. Diferentes análisis económicos revelan que, pese a los esfuerzos y apoyos a otras ramas industriales, por su competitividad natural el sector de agroalimentos y bebidas es, y seguirá siendo, el gran motor de la economía argentina (ver en www.argenbio.org el link Cultivos aprobados y adopción en Argentina). En tal sentido la competencia con otros países exportadores es muy alta. Estos países exportadores son los que ya hoy tienen plantas transgénicas y compiten con ellas por los mercados mundiales. La tecnología, es una herramienta genuina de competitividad y la biotecnología es una herramienta clave para poder competir (ver en www.argenbio.org los links: Distribución por cultivo y característica y Distribución por país).

ACTIVIDADES Actividad 1. Repaso El objetivo de esta actividad es que los alumnos lean, interpreten y puedan reconocer en el texto las diferentes aplicaciones que tiene la biotecnología moderna. La consigna es señalar en el texto y realizar una lista de los objetivos que se plantea la biotecnología agrícola moderna, según este texto. Actividad 2. Investigación: cultivos transgénicos en Argentina Esta actividad propone un trabajo de investigación acerca de los cultivos OGM aprobados en la Argentina. Ir a la página www.argenbio.org, buscar la sección “Cultivos aprobados y adopción” y leer cuáles son los únicos cultivos genéticamente modificados aprobados en la Argentina. En base a esta lectura, responder: 1. En qué zonas de la Argentina se cultiva soja, maíz y algodón. 2. Marcar las zonas en un mapa con división política. Para cada cultivo realizar un mapa distinto. Al utilizar papel calco, se podrá ver la superposición de las zonas de cultivo. 3. Investigar en www.argenbio.org cuál es la situación actual de estos cultivos en la Argentina y en el mundo. Analizar qué proporción de los cultivos de soja, maíz y algodón son GM y qué proporción es cultivo tradicional. 4. Investigar qué productos se realizan en el mundo con estos cultivos. La respuesta a esta actividad se encuentra en la lámina “¿Para qué nos sirven el maíz, el algodón y la soja?” que se encuentra en www.porquebiotecnologia.com.ar/Área Educativa/ Láminas

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AREA: CIENCIAS NATURALES MATERIA: BIOLOGÍA, GENÉTICA Y SOCIEDAD CURSO: SEXTO ES

GUÍA DE TRABAJOS PRÁCTICOS PROFESOR: LIC. FERNANDO MERANI

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TRABAJO PRÁCTICO Nº1 EXTRACCIÓN DEL ADN DEL TEJIDO EPITELIAL HUMANO Material  Sal común (1,5 g).  Bicarbonato de sodio (5 g).  Agua mineral (120 ml).  Detergente (5 ml).  Saliva de la boca (2 ml, aproximadamente).  Alcohol etílico 96° 15 ml. Fundamento teórico La saliva arrastra las células del epitelio que recubre las paredes internas de la boca y que se están desprendiendo constantemente. La sal común (NaCl), con esa concentración, es un medio hipertónico que provoca el estallido de las células y los núcleos, quedando libre las fibras de cromatina. El detergente cumple la misión de formar un complejo con las proteínas histonas y separarlas del ADN. Desarrollo 1. En un pequeño vaso de precipitado de 50 ml, deposita 15 ml de tampón frío. El tampón frío se fabrica formando una solución con el ClNa, el bicarbonato, el detergente y el agua mineral. 2. A continuación escupe unas siete veces en el interior del frasco, teniendo la precaución de no haber ingerido alimento alguno en los 15 minutos previos. 3. Mueve ligeramente el frasco para que se mezclen bien. 4. Pipetea 15 ml de alcohol al 96°, frío, y lo dejas caer resbalando por las paredes del frasco. En la interfase agua-alcohol se empiezan a visualizar inmediatamente unas fibras blanquecinas que son las moléculas de ADN. 5. Recoge estas fibras con una varilla de cristal y tíñelas con azul de metileno para observarlo al microscopio óptico. 6. Dibujar lo observado:

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TRABAJO PRÁCTICO Nº2 EXTRACCIÓN Y OBSERVACIÓN DE ADN EN HÍGADO DE POLLO Material  Sal común  Alcohol etílico 96°  Bicarbonato de sodio  Agua mineral  Detergente  Hígado de pollo  Mortero  Varilla de vidrio  Vaso de precipitados  Pipeta  Probeta  Embudo  Varios trozos de tela limpia, de 10x10 cm aproximadamente Desarrollo 1. Colocar el hígado de pollo en el mortero, agregar un poco de arena y triturar. 2. Agregar 50 ml de agua mineral y seguir triturando hasta formar una papilla 3. Filtrar el triturado varias veces por las telas para separar los restos de tejido. 4. Medir el volumen del filtrado en la probeta y luego colocarlo en un vaso de precipitados. 5. Disolver 10 grs de sal en 100 ml de agua mineral. 6. Añadir al filtrado un volumen de solución salina igual al del filtrado. 7. Agregar 1 ml de detergente de cocina. Revolver suavemente. 8. Medir 50 ml de alcohol etílico y dejarlos escurrir suavemente por la pared del vaso. 9. Revolver suavemente la mezcla con una varilla de vidrio. Se podrá observar que a la varilla se adhieren delgadas fibras de color blanco: son agrupaciones de moléculas de ADN. 10. Tomar una pequeña muestra, colocarla en un portaobjetos y agregar una gota de azul de metileno. Desliza, con un gotero y de modo suave, agua para retirar el exceso de colorante. 11. Observar al microscopio y dibujar lo observado

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TRABAJO PRÁCTICO Nº3 ESTUDIO DEL CARIOTIPO HUMANO Se denomina cariotipo al conjunto de cromosomas de una especie determinada. Su determinación se realiza observando durante la metafase la dotación cromosómica de una célula y la obtención de una fotografía de esta observación permite investigaciones genéticas sobre ese individuo o esa especie. REALIZACIÓN . La lámina 1 representa un cariotipo humano. . Recorta cada uno de los cromosomas. . Agrúpalos de acuerdo con su tamaño, forma y bandas de tinción. . Identifica cada pareja de homólogos ayudándote del cariotipo ordenado de la lámina 2. . Pega cada pareja en la plantilla vacía de la ficha del alumno.

Lámina 1

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Lรกmina 2

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ESTUDIO DEL CARIOTIPO HUMANO FICHA DEL ALUMNO______________________CURSO______

1. 2. 3. 4.

Responder: ¿Cuántos pares de cromosomas tiene la especie humana? ¿Cuál es el sexo del individuo cuyo cariotipo has investigado? Razona la respuesta. ¿A qué se denominan autosomas? ¿Qué es una anomalía cromosómica?

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TRABAJO PRÁCTICO Nº6 OBSERVACIÓN MICROSCÓPICA DEL MECANISMO DE MITOSIS EN CÉLULAS RADICULARES DE CEBOLLA OBJETIVOS 1. Realizar preparaciones en fresco de células radiculares de cebolla y tinción con Orceina. 2. Observar los distintos estadíos de la mitosis en dichas células MATERIALES - Microscopio - Portaobjetos - Cubreobjetos - Lanceta estéril - Cubeta de tinción - Aguja enmangada - Pinzas - Palillos

Frasco lavador Mechero de alcohol Tijeras Papel de filtro Vaso de precipitados Vidrio de reloj Orceína A Orceína B

TÉCNICA  Llenar un vaso de precipitados con agua y colocar un bulbo de cebolla sujeto con dos o tres palillos de manera que la parte inferior quede inmersa en el agua. Al cabo de 3-4 días aparecerán numerosas raicillas en crecimiento de unos 3 o 4 cm de longitud.  Cortar con las tijeras unos 2-3 mm del extremo de las raicillas y depositarlo en un vidrio de reloj en el que se han vertido 2-3 ml de orceína A.  Calentar suavemente el vidrio de reloj a la llama del mechero durante unos 8 minutos, evitando la ebullición, hasta la emisión de vapores tenues.  Con las pinzas tomar uno de los ápices o extremos de las raicillas y colocarla sobre un portaobjetos, añadir una gota de orceína B y dejar actuar durante 1 minuto.  Colocar el cubreobjetos con mucho cuidado sobre la raíz. Con el mango de una aguja enmangada dar unos golpecitos sobre el cubre sin romperlo de modo que la raíz quede extendida.  Sobre la preparación colocar unas tiras de papel de filtro, 5 o 6. Poner el dedo pulgar sobre el papel de filtro en la zona del cubreobjetos y hacer una suave presión, evitando que el cubre resbale. Si la preparación está bien asentada no hay peligro de rotura por mucha presión que se realice.  Observar al microscopio y dibujar lo observado.

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OBSERVACIÓN MICROSCÓPICA Se realizará a fuertes aumentos. La orceína A reblandece las membranas celulares y la B completa el proceso de tinción. Con la presión sobre el porta de la preparación se logra una extensión y difusión de las células del meristema de la raíz de la cebolla. La preparación presenta el aspecto de una dispersión de células por todo el campo que abarca el microscopio. Se observan células en diversas fases o estadios de división celular. Se ven los cromosomas teñidos de morado por la orceína. El aspecto reticulado así como el mayor tamaño de algunos núcleos corresponde a las células que se encontraban en los procesos iniciales de la división mitótica. RESPONDER 1. ¿Para que sirve la mitosis? ¿Dónde ocurre?

2. ¿Por qué los cromosomas se tiñen de morado?

3. ¿Has observado el proceso de citocinesis? En caso afirmativo, descríbelo.

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OBSERVACIÓN DE LA MITOSIS EN CÉLULAS DE RAÍZ DE CEBOLLA Nombre:

Apellido:

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