Biología 2º Bachillerato
BLOQUE III: La Herencia. Genética Molecular.
TEMA 8.- HERENCIA MENDELIANA Y TEORÍA CROMOSÓMICA . 8.1.- LEYES DE MENDEL. 8.1.1- PRIMERA LEY DE MENDEL. Mendel cruzó razas puras de plantas de semillas lisas con razas puras de semillas rugosas y obtuvo una primera generación filial (F1) uniforme, de semillas lisas. Con estos resultados formuló la ley de la uniformidad de los híbridos de la F1: «Cuando se cruzan dos razas puras para un carácter, todos los descendientes son iguales entre sí respecto a ese carácter».
8.1.2 - SEGUNDA LEY DE MENDEL. Cruzó entre sí las plantas de la F1 y obtuvo una segunda generación filial (F2) con individuos de semillas lisas (3/4) e individuos de semillas rugosas (1/4). De este experimento dedujo que el factor que controlaba ese carácter se encontraba por duplicado y que cada organismo poseía dos factores hereditarios para cada uno de sus caracteres, uno de un progenitor y otro del otro. Así, las plantas de la F1 tendrían ambos factores distintos, aunque solo se expresaba uno de ellos. Según esto, existirían dos categorías de factores: los dominantes, que se manifiestan siempre y los recesivos que solo lo hacían en ausencia del dominante. Con estos resultados formuló la ley de la segregación de los caracteres. «Los dos factores hereditarios de un mismo carácter no se fusionan o mezclan, sino que permanecen diferenciados durante toda la vida del individuo y se separan y reparten, en el momento de la formación de los gametos».
8.1.3 - TERCERA LEY DE MENDEL. Mendel estudió lo que sucedía para dos caracteres, la forma y el color de la semilla, escogiendo dos razas puras, una con semillas lisas de color amarillo y otra con semillas rugosas de color verde. Al cruzarlas, obtuvo una primera generación filial (F1) uniforme, con semillas lisas de color amarillo y dedujo que el factor amarillo era dominante sobre el factor verde. Al cruzar las plantas de la F1 entre sí obtuvo una segunda generación filial (F2) con la proporción 9 lisas y amarillas : 3 lisas y verdes : 3 rugosas y amarillas : 1 rugosas y verdes. Con estos resultados dedujo que los factores que determinan un carácter se heredan independientemente de los factores de otros caracteres, con lo que formuló su tercera ley o ley de la independencia de los caracteres. «Los factores hereditarios no antagónicos mantienen su independencia a través de las generaciones, agrupándose al azar en la descendencia».
8.1.4 - PROBLEMAS DE GENÉTICA; MODIFICACIONES A LA LEY DE SEGREGACIÓN: HERENCIA INTERMEDIA DE UN CARÁCTER (MIRABILIS JALAPA) ALELOS MÚLTIPLES (HERENCIA DEL CARÁCTER GRUPO SANGUÍNEO: ABO)
8.2.- TEORÍA CROMOSÓMICA DE LA HERENCIA. En 1902, Walter Sutton y Theodor Boveri observaron el paralelismo que había entre la herencia de los factores hereditarios mendelianos y el comportamiento de los cromosomas durante la meiosis y la fecundación. Propusieron que dichos factores hereditarios se debían encontrar en los cromosomas. Esto es lo que se conoce, actualmente como la teoría cromosómica de la herencia. Se basaron en que, al igual que para cada carácter hay un factor heredado de un progenitor y otro factor heredado del otro progenitor, el número de cromosomas de los organismos diploides también es doble, es decir, de cada tipo de cromosoma hay dos ejemplares, uno heredado de un progenitor y otro heredado de otro progenitor. A cada una de estas parejas de cromosomas se les denominó cromosomas homólogos. Durante la meiosis los cromosomas de la misma pareja se separan, yendo cada uno a un gameto al igual que lo propuesto por Mendel. En 1909, William Bateson introdujo el término genética para designar la ciencia que estudia los caracteres biológicos. Wilhelm Johannsen propuso el término gen como sustitutivo al concepto factor hereditario de Mendel. Un gen es un factor que determina una característica biológica. Las diferentes variedades que existen del gen que controla un determinado carácter se conocen como alelos. El lugar que ocupa un gen en un cromosoma se denominó locus, en plural loci. Posteriormente se descubrió que los machos tenían además de varias parejas de cromosomas iguales, una pareja de cromosomas distintos entre sí, a los que se conoce como heterocromosomas, que estaba formada por un cromosoma que se denominó X y otro Y. Las hembras en cambio tenían dos cromosomas X. De esta forma se comprobó la correlación entre caracteres (sexo masculino o sexo femenino) y cromosomas (cromosomas XY o cromosomas XX). Debido a esta correspondencia, a los heterocromosomas se les denominó también cromosomas sexuales y al resto de cromosomas se les llamó autosomas o cromosomas autosómicos.
TEMA 9.- HERENCIA LIGADA AL SEXO. (DALTONISMO Y HEMOFILIA) PROBLEMAS.
TEMA 10.- REPLICACIÓN. 10.1.- BASES MOLECULARES DE LA HERENCIA. El ADN como material genético: En el siglo XX se sabía que los genes estaban en los cromosomas y que los cromosomas estaban formados por ADN y proteínas. Ambas moléculas eran candidatas a ser portadoras de la información genética. Los experimentos de Griffith en 1928, de Avery, McLeod y McCarthy en 1944, y de Hershey y chase en 1952; demostraron que era el ADN y no las proteínas la base Molecular de la herencia.
Características de la ADN polimerasa: Fue aislada en 1956 por Kornberg, discípulo de Severo Ochoa a partir de la bacteria E.Coli. Esta enzima es capaz de sintetizar ADN in vitro. Para ello necesita: Desoxirribonucleótidos trifosfato de A, G, C y T; Iones Mg; Una cadena de ADN que sirva de molde o ADN patrón; Un ADN cebador, al que le añade nucleótidos, ya que la ADN polimerasa no sabe iniciar una cadena de nuevo, solo sabe añadir nucleótidos. Añade nucleótidos al extremo que presenta un nucleótido con su carbono 3” libre ,por lo que la cadena de ADN solo puede crecer en sentido 5”----3''. La cadena formada es antiparalela y complementaria a la hebra patrón.
10.2.- DESCRIPCIÓN MECANISMO DE REPLICACIÓN. La replicación es el proceso mediante el cual, a partir de una molécula de ADN progenitora se sintetizan dos moléculas hijas con la misma secuencia que el ADN original, que sirve de molde, para que, después de la división celular, cada célula hija tenga la misma información genética. Ocurre en la fase S de la interfase. Se dice que la replicación es semiconservativa, ya que cada hebra de la doble hélice sirve de molde a una nueva cadena, con lo que las dobles hélices resultantes contienen una hebra antigua o parental y una nueva o hebra hija, recién sintetizada. Este modelo de replicación fue propuesto por Watson y Crick. La replicación del ADN se realiza mediante el desenrollamiento y separación de las dos cadenas, y formación de dos nuevas cadenas paralelas a aquellas. La replicación es discontinua (hebra de crecimiento continuo y hebra de crecimiento discontinuo ) y bidireccional. (replicación de las dos cadenas en las dos direcciones).
Al reproducirse, los seres vivos dan lugar a nuevos individuos con características muy similares o idénticas a las de sus progenitores. Esto se debe a que la información genética contenida en el ADN se copia durante el proceso de la duplicación y luego es transmitida a la descendencia.
10.2.1.- DUPLICACIÓN DEL ADN EN PROCARIOTAS FASE DE INICIACIÓN: Comienza en una secuencia de nucleótidos “origen de la replicación” que actúa como señal de iniciación. Actúa la enzima helicasa que rompe los puentes de hidrógeno. Las topoisomerasas eliminan tensiones y superenrollamientos al romperse la doble hélice y las proteínas estabilizadoras mantienen las dos cadenas separadas. Se forma la horquilla de replicación (forma en V) y como la síntesis es bidireccional, las dos horquillas enfrentadas forman las burbujas u ojos de replicación.
FASE DE ELONGACIÓN: Primero actúa la ARN pol o primasa que sintetiza un corto fragmento de ARN, llamado ARN cebador o primer. Después la ADN polimerasa III empieza a sintetizar una hebra de ADN en sentido 5”----3”, a partir de nucleótidos Trifosfato. Recorre las hebras molde y selecciona en cada momento el desoxirribonucleótido trifosfato, cuya base debe ser complementaria a la base del molde. Si el nucleótido trifosfato seleccionado es en efecto el complementario, cataliza su hidrólisis, separando un resto pirofosfato (PP) del nucleótido monofosfato, que se incorpora a la cadena de ADN en formación mediante un enlace fosfodiester para el que utiliza la energía desprendida en la hidrólisis. Esta nueva hebra tiene un crecimiento continuo y se denomina hebra conductora. La otra hebra, como no se enfrenta en el sentido correcto para que pueda actuar la ADN pol, el problema se resuelve de la siguiente manera: la ARN pol sintetiza unos 40 nucleótidos de ARN en un punto que dista unos mil nucleótidos de la señal de iniciación. A continuación la ADN pol III y en el sentido correcto sintetiza a partir de estos, unos mil nucleótidos, formándose los fragmentos de okazaki. Este proceso se repite a medida q se van separando las dos cadenas de ADN. Esta última hebra se denomina hebra retardada y tiene un crecimiento discontinuo.
TERMINACIÓN: La hebra adelantada termina la replicación cuando llega al final de la hebra patrón, y para la hebra retardada la ADN pol I retira (actividad exonucleasa 3”----5”) los fragmentos de ARN y añade nucleótidos de ADN en su lugar. Finalmente la ADN ligasa une los diferentes fragmentos de ADN sintetizados (FRAGMENTOS DE OKAZAKI), mediante enlaces fosfodiester.
10.2.2.- DIFERENCIAS PROCARIOTAS.
DE LA DUPLICACIÓN DEL
ADN
EN EUCARIOTAS Y
La replicación en procariotas ocurre en el citoplasma, mientras que en eucariotas ocurre en el núcleo. Debido a que los cromosomas eucarióticos tienen moléculas de ADN muy largas, la replicación se inicia a la vez en cientos o miles de puntos de un cromosoma llamados replicones, puesto que si no fuera así, tardaría mucho tiempo en llevarse a cabo. Las horquillas son similares a las de las bacterias, su distribución es irregular (puede haber regiones con muchas y regiones con pocas), y se activan de forma coordinada. Hay cinco ADN-polimerasas: unas efectúan la replicación, otras reparan el ADN, y otra se encarga de la replicación del ADN mitocondrial. El ADN está asociado a histonas que se sintetizan durante la interfase (al igual que la replicación). Durante la replicación, la hebra que sirve de molde a la hebra continua se queda con las histonas y ambas se enrollan sobre las histonas antiguas. La hebra que sirve de patrón a la discontinua y ésta, se arrollan sobre nuevas histonas que llegan al lugar de replicación para formar nuevos nucleosomas. Los fragmentos de Okazaki tienen de 100 a 400 nucleótidos, a diferencia de los 1000 a 2000 que tienen en procariotas.
TEMA 11.- TRANSCRIPCIÓN Y TRADUCCIÓN.
11.1.- DESCRIPCIÓN MECANISMO TRANSCRIPCIÓN. Es el paso de ADN a ARN en el cual intervienen: El ADN que sirve de molde; Ribonucleótidos trifosfato de A,G,C y U; las ARN pol; diversos cofactores. Solo se transcribe una de las dos cadenas de ADN. La ARN pol sintetiza en sentido 5”----3”. La nueva molécula de ARN transcrita es complementaria al ADN, igual que con la replicación, con la diferencia que la base complementaria de la A no es la T, sino el U. Ocurre en el núcleo de eucariotas y en el citoplasma de procariotas
11.1.1- PROCARIOTAS INICIACIÓN: existe una región de ADN que no se transcribe, denominada promotor , dónde se asocia la ARN pol, abriéndose la doble hélice para iniciar la polimerización del ARN. ELONGACIÓN: La ARN pol recorre la hebra de ADN patrón hacia el extremo 5”, de manera que la nueva hebra de ARN crece en sentido 5”-----3” TERMINACIÓN: Al llegar a una secuencia denominada terminador se origina un bucle al final del ARN, favoreciendo su separación y formándose nuevamente la doble hélice
11.1.2- EUCARIOTAS Existen tres ARN pol según el ARN que sinteticen. Los genes presentan unas secuencias sin sentido o intrones (se transcriben pero no se traducen) y una secuencias con sentido o exones (se transcriben y se traducen). INICIACIÓN: la ARN pol II se une al promotor, para ello se necesitan unas proteínas denominadas factores de transcripción. ELONGACIÓN: la cadena crece en sentido 5”-----3”. Se transcriben tanto los exones como los intrones .Una vez transcritos unos cuantos nucleótidos se añade una capucha de metil guanosina trifosfato invertida al extremo 5”.Un mismo gen puede ser transcrito por varias ARN pol. TERMINACIÓN: cuando se llega a una señal de terminación `TTATTT del ADN. la enzima poliA pol añade al extremo 3` una cola de poliA. De esta forma se forma un pre ARN m o ARN m inmaduro MADURACIÓN: Unas enzimas denominadas ribonucleoproteínas pequeñas nucleares, tienen secuencias complementarias de los extremos de los intrones, formando unos bucles que permiten la aproximación de los exones , la separación de los intrones y el empalme de los exones mediante unas ligasas.
11.2.- EL CÓDIGO GENÉTICO Y LA TRADUCCIÓN. 11.2.1- CÓDIGO GENÉTICO. Establece la correspondencia entre los nucleótidos de ARNm y los aminoácidos que forman las proteínas. Explicación de que sean tripletes. Sus características principales: Específico: Cada triplete de bases ( codón) codifica un solo aminoácido. Degenerado: varios codones codifican un mismo aminoácido Universal: Es compartido por todos los organismos salvo alguna excepción en mitocondrias y protozoos. No solapado: los tripletes se hallan dispuestos de manera lineal sin que existan comas ni espacios y sin compartir ninguna base nitrogenada entre ellos.
11.2.2- TRADUCCIÓN: DESCRIPCIÓN DE LAS ETAPAS DEL PROCESO. INICIACIÓN: Determinados factores de iniciación (FI) y la energía que suministra el GTP provocan la unión de la subunidad pequeña del ribosoma (40S) con el ARNt iniciador, cargado con el aminoácido metionina. Otros factores de iniciación facilitan que la subunidad menor del ribosoma unida al ARNt-met , reconozca la caperuza de metilguanosina tri P y se una con el ARNm en el extremo 5´. La subunidad pequeña del ribosoma se desplaza por el ARNm en sentido 5´---3´con la energía aportada por el ATP y rastrea la secuencia de ARNm hasta encontrar el primer codón de iniciación AUG. En este momento se produce la unión al codón AUG del ARNt iniciador cargado con el aminoácido metionina , el cual posee el anticodón UAC. A continuación se liberan los FI y deja paso a la subunidad mayor del ribosoma (60S)que se acopla con la subunidad pequeña, el ARNm y el ARNt-met, para formar el complejo de iniciación 80s completo y funcional En la subunidad mayor del ribosoma se localizan tres hendiduras o sitios de fijación: A,P y El primer aminoacil ARNt queda situado en el lugar P.
ELONGACIÓN: Se inicia cuando un segundo aminoacil ARNt ( cuyo anticodón es complementario del siguiente codón) llega al sitio A que se encuentra libre. Formación del enlace peptídico entre el radical carboxilo de la met y el radical amino del segundo aminoácido. Catalizado por la peptidil transferasa. El dipéptido formado queda unido al segundo ARNt, quedando el primer ARNt vacío. Translocación ribosomal: desplazamiento del ribosoma tres bases, a lo largo del ARNm en sentido 5’---3’. De esta forma el ARNt vacio queda en el lugar E, el ARNt con el dipéptido en el lugar P ,de manera que queda libre el lugar A para recibir otro aminoacil ARNt. Se necesitan factores de elongación y GTP. TERMINACIÓN: Codón de terminación: UAA, UAG, UGA. La peptidil transferasa se sitúa en el lugar A haciendo que se libere la cadena polipeptídica. A continuación se libera el ARNm y las dos subunidades ribosomales. Se necesitan factores de liberación y GTP.
11.2.3- DIFERENCIAS ENTRE PROCARIOTAS Y EUCARIOTAS. En eucariotas, el ARNm se sintetiza en el núcleo y antes de salir experimenta un proceso de maduración. En el extremo 5’ lleva una capucha que permite que los ribosomas identifiquen el inicio del ARNm.. En procariotas no sufre maduración, antes de finalizar la síntesis ya se está traduciendo. En eucariotas el primer aminoácido incorporado es la met, en procariotas la formil met. En eucariotas el ARNm es monocistrónico, en procariotas policistrónico.
TEMA 12.- ALTERACIONES MATERIAL GENÉTICO: 12.1.- MUTACIÓN COMO FUENTE DE VARIABILIDAD GENÉTICA Y SU IMPLICACIÓN EN LA EVOLUCIÓN. El material genético tanto el de las células como el de los virus puede sufrir alteraciones al azar. Normalmente estas alteraciones comportan deficiencias que pueden llegar a ser letales. Los cambios del material genético reciben el nombre de mutaciones. Las mutaciones son una fuente de variación para la población, es decir, hace que existan diferencias entre los individuos. De este modo, cuando las condiciones ambientales cambian, es posible que los individuos con alguna mutación determinada se vean favorecidos y tengan una mayor posibilidad de sobrevivir en las nuevas condiciones que otros. En esto consiste la selección natural. Las mutaciones, como fuente de variabilidad genética, permiten la evolución de las especies y, por tanto la continuidad de la vida a lo largo de millones de años.
Según el tipo de células afectadas se distinguen: Las mutaciones somáticas (las cuales afectan a una célula somática y por tanto no se transmiten a la descendencia), que en ocasiones pueden dar lugar a un individuo mosaico el cual presenta células con distintos genotipos porque la célula mutada sobrevive a la mutación y la transmite a sus descendientes. Las mutaciones germinales son las que afectan a las células germinales, teniendo por tanto importancia evolutiva, ya que como las alteraciones afectan a los gametos se pueden transmitir a la descendencia. Según la extensión del material genético afectado se pueden distinguir tres tipos de mutaciones: las mutaciones génicas, cromosómicas y genómicas.
12.2.- MUTACIONES GÉNICAS. Son alteraciones en la secuencia de nucleótidos de un gen. Por ello, también se denominan mutaciones puntuales. Según el tipo de alteración que se produzca, se clasifican en mutaciones por sustitución de bases y mutaciones por pérdida o inserción de nucleótidos. Las mutaciones por sustitución de bases constituyen el 20% de las mutaciones génicas espontáneas y se producen por el cambio de una base por otra. Estas, a su vez pueden ser: transiciones (sustitución de una base púrica por otra o de una pirimidínica por otra) o transversiones (sustituciones de una base púrica pro una pirimidínica o a la inversa). Estas mutaciones provocan la alteración de un único triplete del gen. En ocasiones, el nuevo triplete codifica el mismo aminoácido o un aminoácido distinto pero que no hace que se altere la función de la proteína, con lo que la mutación no tiene consecuencias perjudiciales. En otras ocasiones, la mutación hace que cambie un aminoácido del centro activo de una enzima o afecta a un triplete de finalización. En estos casos, la mutación puede resultar perjudicial. Las mutaciones por pérdida o inserción de nucleótidos. Pueden ser delecciones, cuando se pierde un nucleótido, o inserciones, cuando se añade un nuevo nucleótido. En ambos casos, resulta afectado el proceso de síntesis de proteínas. La consecuencia de estas mutaciones es un corrimiento en el orden de lectura de los tripletes a partir del punto en el que ocurre la mutación y por tanto, alteran todos los tripletes siguientes. Las consecuencias que comportan suelen ser graves. Constituyen el 80% de las mutaciones génicas espontáneas.
12.3.- MUTACIONES CROMOSÓMICAS. Son las mutaciones que provocan cambios en la estructura interna de los cromosomas. Es decir, afectan a la secuencia de los genes dentro de los cromosomas. La delección se produce por la pérdida de un fragmento del cromosoma. Si el fragmento contiene muchos genes, la delección puede tener consecuencias graves o incluso letales. Cuando afecta a los dos cromosomas homólogos suele ser letal. La duplicación se forma por la repetición de un segmento de un cromosoma, con lo que la cantidad de material genético aumenta. Sobre el fragmento duplicado se pueden producir otras mutaciones. Así, pueden llegar a aparecer nuevos genes sin que se modifiquen los antiguos, lo que favorece el proceso evolutivo. La inversión se origina cuando un fragmento cambia de sentido en el cromosoma. Si en el segmento invertido se encuentra incluido el centrómero, se denomina inversión pericéntrica y si no lo está se llama inversión paracéntrica. Las inversiones no suelen ser negativas para el individuo. Sin embargo, pueden ser dañinas para su descendencia, pues durante la gametogénesis la meiosis no se produce adecuadamente, debido a que los cromosomas con inversiones no se aparean correctamente con sus homólogos. La translocación consiste en un cambio de posición de un segmento de cromosoma. Si el intercambio de segmentos tiene lugar entre dos cromosomas no homólogos, que es lo más frecuente, se denominan translocación recíproca. Cuando solo hay traslación de un segmento a otro lugar del mismo cromosoma o de otros cromosomas, sin reciprocidad, se denomina transposición. Como las inversiones, las translocaciones no resultan negativas para el individuo que las ha sufrido, pero sí pueden afectar a sus descendientes, en primer lugar, porque se dificulta la gametogénesis, y en segundo lugar, porque los gametos pueden tener algún cromosoma incompleto o bien con duplicaciones.
12.4.- MUTACIONES GENÓMICAS. Son las que afectan al número de cromosomas propio de una especie. Las causas parecen estar relacionadas con una segregación anormal de los cromosomas o de las cromátidas durante la división meiótica. Las aneuploidías consisten en un cambio en el número de cromosomas por ganancia o pérdida de uno o varios de ellos. Existen varios tipos: nulisomía, falta un par de cromosomas homólogos; monosomía, falta un solo cromosoma; trisomía, tetrasomía, etc, existe un cromosoma de más, o dos, etc.
Las aneuploidías por alteraciones en los autosomas pueden producir enfermedades como el síndrome de Down (trisomía del cromosoma 21) o el síndrome de Edwards (trisomía en el cromosoma 18). Las aneuploidías por alteraciones en los heterocromosomas pueden producir enfermedades como el síndrome de Turner (monosomía del cromosoma X, se trata de mujeres con retraso en el crecimiento y esterilidad), y el síndrome duplo Y (un cromosoma X y dos Y, mayor probabilidad de mostrar comportamientos violentos).
Las euploidías son alteraciones del número de juegos completos de cromosomas de un organismo.
La monoploidía o haploidía se produce cuando las células presentan un solo juego de cromosomas (n). La poliploidía consiste en la presencia de más de dos juegos cromosómicos; puede ser triploidía (3n), tetraploidía (4n)… — Autopoliploidía, todos los juegos cromosómicos proceden de la misma especie. — Alopoliploidía, los juegos cromosómicos proceden de dos especies diferentes. La poliploidía es rara en los animales, pero frecuente en las plantas. Las formas poliploides tienen hojas y frutos más grandes, por lo que resultan de interés económico. Un porcentaje alto de las plantas angiospermas que se utilizan para el consumo humano son poliploides.
12.5.- AGENTES MUTÁGENOS. Los agentes mutagénicos o mutágenos son factores que aumentan sensiblemente la frecuencia de mutación en los seres vivos. Actúan alterando o dañando la composición y la estructura del ADN. Se pueden distinguir entre mutágenos físicos, químicos y biológicos.
Los mutágenos físicos pueden clasificarse en radiaciones no ionizantes (son los ratos ultravioletas, el ADN absorbe la luz ultravioleta. que induce el establecimiento de enlaces covalentes entre dos pirimidinas contiguas) y ionizantes (radiaciones electromagnéticas de longitud de onda inferior a los UV como los rayos X y los rayos gamma, se trata de radiaciones mucho más energéticas que las UV y llegan a romper los enlaces fosfodiéster, con la ruptura consiguiente del ADN y de los cromosomas.
Los mutágenos químicos son sustancias químicas que reaccionan con el ADN y provocan modificaciones de las bases nitrogenadas (como el ácido nitroso y el gas mostaza) e intercalación de moléculas (como la acridina y la proflavina).
Los mutágenos biológicos son aquellos organismos vivos que pueden alterar la secuencia de material genético de su hospedador. Como los oncovirus y algunas bacterias (Helicobacter pylori relacionada con el cáncer de estómago).
TEMA 13.- INGENIERÍA GENÉTICA: 13.1.- CONCEPTO DE ORGANISMO TRANSGÉNICO. La ingeniería genética es el conjunto de técnicas que permiten alterar las características de un organismo mediante la modificación dirigida y controlada de su genoma, añadiendo, eliminando o modificando algunos de sus genes. Un organismo transgénico es un organismo manipulado genéticamente. Desarrollado a partir de una célula en la que se han introducido genes extraños. El transgen es un gen de un organismo que ha sido introducido en el genoma de otro organismo. (Es un gen procedente de otro organismo). La clonación es un mecanismo que permite obtener múltiples copias de algo. Por ejemplo, clonación de un gen o de una célula o de un organismo.
13.2.- CONSTRUCCIÓN DE UN ADN RECOMBINANTE. En las herramientas utilizadas para la construcción del ADN recombinante se encuentra una enzima de restricción (o endonucleasas de restricción) que es aquella que puede reconocer una secuencia característica de nucleótidos dentro de una molécula de ADN y cortar el ADN en ese punto en concreto, o en un sitio no muy lejano a éste, dependiendo de la enzima. Estas secuencias se denominan palindrómicas. Cada enzima de restricción tiene un sitio de reconocimiento. El mecanismo de corte de DNA se realiza a través de la ruptura de dos enlaces fosfodiéster en la doble hebra, lo que da lugar a dos extremos de DNA. Éstos pueden ser romos (cuando los enlaces rotos coinciden) o cohesivos/escalonados (si no coinciden). Las ADN ligasas unen los distintos fragmentos de ADN cortados por la misma enzima de restricción.
13.3.- LA CLONACIÓN DEL ADN. VECTORES (PLÁSMIDOS) Los vectores de clonación son los medio biológicos que se emplean para introducir material genético en una célula. Para introducir material genético en las células bacterianas se emplean plásmidos, virus bacteriófagos y cósmidos. Los plásmidos son pequeños fragmentos de ADN circular bacteriano de doble hélice que poseen su propio origen de replicación, de modo que se replican independientemente del cromosoma de la bacteria. En una bacteria puede haber entre 20 y 50 plásmidos. Muchos de estos plásmidos contienen genes que confieren resistencia a antibióticos. (plásmidos R).
Los virus bacteriófagos son virus que infectan bacterias. Estos fagos pueden manipular, de modo que se elimina una parte de su ADN, que se puede reemplazar por un ADN extraño. Cuando infectan una bacteria, introducen en ella el ADN insertado y, cuando se multiplican, se multiplica también la secuencia insertada. El bacteriófago más empleado es el fago λ, que infecta a Escherichia coli. Los cósmidos son un tipo de plásmidos que contienen los extremos complementarios del genoma del fago λ, los llamados extremos COS. Esto les permite introducirse en la cápsida del fago lambda y así pasar al interior de las bacterias. En ellas, se recircularizan y generan el plásmido. Para insertar el ADN en cualquiera de los vectores, se corta el vector con la misma enzima de restricción que se ha empleado para obtener el ADN que se quiere introducir. De este modo, los extremos monofibrilares del ADN y del plásmido tienden a unirse. Luego se añade una enzima ADN-ligasa para que una los extremos de los ADN, de modo que queda el vector con el ADN extraño insertado. Así obtenemos un ADN recombinante, también llamado «quimera».
13.4.- AGRICULTURA Y MEDIO AMBIENTE. 13.4.1- PRODUCCIÓN REGENERACIÓN.
DE PLANTAS TRANSGÉNICAS: TRANSFORMACIÓN Y
Las plantas transgénicas son plantas modificadas genéticamente mediante ingeniería genética. Para su obtención se realizan unos procesos: La transformación consiste en la inserción de un gen en el genoma de la planta. Se suele emplear como vector de clonación el plásmido Ti de la bacteria agrobacterium tumefaciens, que de forma natural se introduce en el genoma de la planta, induciéndole a la formación de tumores, obteniéndose células transformadas. Esta característica se puede aprovechar para insertar el gen que queramos, por ejemplo un gen que hace que la planta sea resistente al herbicida glifosato.
La regeneración consiste en la obtención de una planta completa a partir de esa célula vegetal transformada, cultivando los fragmentos de tejido vegetal que han sido inoculados con agrobacterium. Para que solo se regeneren las células que han sido transformadas se aíslan usando el herbicida que seleccionará aquellas que han incorporado el gen con resistencia y, a partir de ellas y, por regeneración se obtendrá la planta resistente al herbicida.
13.4.3- BACTERIAS TRANSGÉNICAS: BIORREMEDIACIÓN. Se le denomina a cualquier proceso que utilice microorganismos, hongos, plantas o las enzimas derivadas de ellos para retornar un medio ambiente alterado por contaminantes a su condición natural. La biorremediación puede ser empleada para atacar contaminantes específicos del suelo, como en la degradación bacteriana de compuestos organoclorados o de hidrocarburos. Un ejemplo es la limpieza de derrames de petróleo mediante adición de fertilizantes con nitratos o sulfatos para estimular la reproducción de bacterias nativas o exógenas (introducidas) y así facilitar la descomposición del petróleo crudo. El uso de la ingeniería genética para crear organismos específicamente diseñados para la biorremediación tiene gran potencial. La bacteria Deinococcus radiodurans (organismo muy resistente a la radiación) ha sido modificado para que pueda consumir el tolueno y los iones de mercurio de desperdicio nuclear altamente radioactivo. La biorremediación tiene varias ventajas sobre otros métodos, como cuando la contaminación está en lugares inaccesibles, es el caso de derrames de petróleo que hayan penetrado en el suelo y amenacen contaminar a la capa de agua. Debe ser supervisado usando métodos como la medición del potencial de reducciónoxidación (también llamado redox) en el suelo o el agua junto con la medición del pH, temperatura, contenido de oxígeno, concentraciones de productos de degradación (como el anhidrido carbónico)
13.5.- MEDICINA. OBTENCIÓN DE INSULINA. Entre las aplicaciones de la ingeniería genética en medicina se pueden encontrar:
La obtención de productos farmacéuticos: insulina, interferón, hormona del crecimiento, factores de coagulación, etc. La producción de vacunas como en la hepatitis B. La terapia génica como con la deficiencia de la enzima ADA (niños burbuja).
La insulina es una proteína formada por dos cadenas polipeptídicas, A y B. El primer paso para su obtención por ingeniería genética consiste en obtener las dos cadenas de ADN que expresan los polipéptidos A y B; esto es posible gracias a que se conoce la secuencia de nucleótidos de esas cadenas. El segundo paso es construir un plásmido recombinante, que se utiliza como vector para expresar los genes que codifican las cadenas A y B. Cada gen sintético, junto al gen que expresa la Bgalactosidasa, se inserta por separado en un plásmido de la bacteria E.coli, donde se expresa, y se obtiene una proteína de fusión llamada B-Gal-insulina de cada uno de los plásmidos, que es más estable que la insulina sola. A continuación, hay que separar los polipéptidos de la insulina de las proteínas de fusión y, finalmente, mediante renaturalización y oxidación de las cisteínas, se unen para obtener la insulina activa.