FACULTAD DE INGENIERÍA ESCUELA DE INGENIERÍA INFORMÁTICA III Jornada Tecnológica Día: Martes 4 de Junio del 2013 Lugar: Auditorio Ollantaytambo de la Facultad de Ingeniería Desde el develamiento del genoma humano en el 2003 ha pasado mucho, hoy contamos con bases de datos con genes secuenciados no solo de seres humanos sino de muchas otras especies de importancia económica y ecológica. Esas bases de datos son 100% públicas y de acceso gratuito, pudiendo realizarse investigaciones que aporten a la ciencia un mayor entendimiento de la evolución de los seres vivos con aplicación directa en los sectores de salud, producción y medio ambiente. El poder de los genes está a tu alcance ¿aceptas el desafió?

1. Hackeando el Genoma, un
desafío para la innovación
BIOINFORMÁTICA:
Blgo. Roberto Pineda Ch.

4. LA BIOINFORMÁTICA ES LA CIENCIA
QUE UTILIZA UNA COMBINACION DE
LAS TECNOLOGIAS DE LA
COMPUTACION, LAS CIENCIAS DE LA
INFORMACION Y EL CONOCIMIENTO
BIOLOGICO, PARA
COLECCIONAR, ALMACENAR, RELACIO
NAR, MODELAR E INTERPRETAR
DATOS BIOLOGICOS.

5. DEFINICIONES DEL NIH (2000)
BIOINFORMATICA BIOLOGIA COMPUTACIONAL
Investigación, desarrollo o
aplicación de herramientas y
enfoques computacionales,
para expandir el uso de datos
biológicos, médicos
conductuales o de salud;
incluyendo la adquisición,
almacenamiento,
organización, archivo,
análisis o visualización de los
datos.
El desarrollo y aplicación de
métodos de análisis de datos y
métodos teóricos, modelación
matemática y técnicas de
simulación
computacional, para el
estudio de sistemas
biológicos, conductuales y
sociales.

7. Biología, Informática y Computación

8. 1600 S.XVII
Pascal
La Pascalina
La Calculadora Universal
Leibniz

9. 1800 S.XIX
Darwin
Mendel

10. 1950 S.XX
ENIAC
V. Neumann y la EDVAC
Mauchly y Eckert

11. 1950 S.XX
Rosalind Franklin y la difracción
De rayos X
Watson y Crick

12. 1969

13. Gran capacidad de cómputo
Ya tenemos la posibilidad de simular sistemas bien complejos.
Supercomputadora Cluster de computadoras

18. genoma
Célula
cromosomas
genes
los genes
contienen
instrucciones
para hacer
proteínas
ADN
proteínas
las proteínas actúan
solas o en complejos
para realizar las
funciones celulares
ADN ADN
ARN
PROTEÍNAS
BASES MOLECULARES
DE LA VIDA

19. Fosfatos van unidos
al azúcar en el C-5’ y
el C-3’
Hebras
antiparalelas
Punta 3’ libre
Punta 5’ libre
ACIDOS NUCLEICOS

20. Crick demostró que los aminoácidos
de una proteína van a estar
codificados por la secuencia de tres
bases consecutivas (codones) en el
mRNA
Los codones que codifican para una
proteína son los que se encuentran
después de un triplete de inicio AUG.
CÓDIGO GENÉTICO

21. Código GenéticoSegunda letra
Pr
im
er
a
l
e
t
ra
Ter
cer
a
l
e
t
ra
Gen 2
Polimerasa
de RNA
Cadena molde gen
1
Polimerasa
de RNA
RNA Cadena molde gen
2
Cadena antisentido gen 2
Cadena antisentido
gen 1
Gen 1
Cadenas de DNA utilizadas como molde en la transcripción

22. TRANSCRIPCIÒN
La ARN polimerasa
se activa cuando
forma un complejo
con los factores de
transcripción o
elementos
trans. La interacción
de estos entre sí, y con
las secuencias
reguladoras del ADN
(los factores cis) es la
que determina donde,
cuando y con qué
rapidez ocurre la
transcripción

23. ARN de transferencia activado:
cargado con el aminoácido
correspondiente
Aminoacidos
tRNA

25. DOGMA CENTRAL DE LA BIOLOGÌA MOLECULAR
Hebra molde
Transcripción
Traducción

26. TRADUCCIÓN
ARN --- Proteína

28. Cuatro monómeros de aminoácidos
Reacción de
condensación
Polipéptido
Enlace peptídico catalizado por el complejo enzimático localizado en el ribosoma

29. 01_03_3.jpg
No polares o hidrofóbicos

30. 01_03_2.jpg
Polares neutros
En sus residuos tienen grupos aminos, hidroxilos o sulfidrilos

31. Estructura cuaternaria: combinación de monómeros

32. Microtúbulos
• Los microtúbulos intervienen en diversos
procesos celulares que involucran
desplazamiento de vesículas de secreción,
movimiento de orgánulos, transporte
intracelular de sustancias, así como en la
división celular (mitosis y meiosis) y que, junto
con los microfilamentos y los filamentos
intermedios, forman el citoesqueleto. Además,
constituyen la estructura interna de los cilios y
los flagelos.
• Los microtúbulos son heteropolímeros de α- y β-
tubulina, los cuales forman dímeros, que son su
unidad estructural.1 Los dímeros polimerizan en
13 protofilamentos, que luego se agregan
lateralmente para formar estructuras cilíndricas
huecas. Para polimerizar se requiere la
presencia de dímeros a una concentración
mínima determinada denominada
concentración crítica, aunque el proceso se
acelera por la adición de núcleos, que son
elongados.

33. Luciferasa:
• La imagen muestra a una molécula
globular con un centro de color
fosforescente. Una explicación
simplificada del funcionamiento de
esta proteina nos dice que con la
ayuda de otra proteina
llamada luciferin se forma un
complejo que cataliza oxígeno y otra
molécula energética llamada
trifosfato de adenosina o ATP (por sus
siglás en inglés) para generar dióxido
de carbono que en el proceso emite
fotones de luz verde. Además de su
uso en la naturaleza, científicos usan
esta enzima para medir procesos
biológicos que consumen energía
proveniente del ATP.

35. Receptores Nucleares o Citoplasmáticos
• Los receptores nucleares o citoplasmátics son proteínas solubles
localizadas en el citoplasma o en el núcleo celular. La hormona que
pasa a través de la membrana plasmática, normalmente por difusión
pasiva, alcanza el receptor e inicia la cascada de señales. Los
receptores nucleares son activadores de la transcripción activados
por ligandos, que se transportan con el ligando u hormona, que
pasan a través de la membrana nuclear al interior del núcleo celular y
activan la transcripción de ciertos genes y por lo tanto la producción
de una proteína.
• Los ligandos típicos de los receptores nucleares son hormonas
lipofílicas como las hormonas esteroideas, por ejemplo
la testosterona, la progesterona y el cortisol, derivados de la vitamina
A yvitamina D. Estas hormonas desempeñan una función muy
importante en la regulación del metabolismo, en las funciones de
muchos órganos, en el proceso de desarrollo y crecimiento de los
organismos y en la diferenciación celular. La importancia de la fuerza
de la señal es la concentración de hormona, que está regulada por:
• Los receptores nucleares que son activados por hormonas activan
receptores específicos del ADN llamados elementos sensibles a
hormonas (HREs, del inglés Hormone Responsive Elements), que son
secuencias de ADN que están situados en la región promotora de los
genes que son activados por el complejo hormona receptor. Como
este complejo activa la transcripción de determinados genes, estas
hormonas también se llaman inductores de la expresión genética.
Androgen
Receptor
Ecdysone
Receptor
Vitamin D
Receptor

38. 1950 S.XX
Rosalind Franklin y la difracción
De rayos X
Watson y Crick

39. http://www.youtube.com/watch?v=8O3qEtH76OA

40. Cibernetica y TGS
Wiener Bertalanffy

41. Matrimonio: Biología e Informática
• historia

42. genoma
Célula
cromosomas
genes
los genes
contienen
instrucciones
para hacer
proteínas
ADN
proteínas
las proteínas actúan
solas o en complejos
para realizar las
funciones celulares
ADN ADN
ARN
PROTEÍNAS
BASES MOLECULARES
DE LA VIDA

43. Humanos
30,000
genes
GENOMAS
Chimpancé
30,000
genes
A. thaliana
25,000
genes
Ratón
30,000
genes
C. elegans
19,000
genes
D. melanogaster
13,000
genes
95% idéntico
70%
20%
60%
De 289 genes
humanos
implicados en
enfermedades,
hay 177
cercanamente
similares a los
genes de
Drosophila.
Entre una persona y otra el ADN solo difiere en 0.2%
El genoma de un organismo es el juego completo de ADN.
La planificación del Proyecto Genoma Humano se inició en
1986, previsto para el 2007. En Junio de 2000 se presentó el 90% del borrador con la
secuenciación de unos 30,000 genes y 3 mil millones de pares de bases (pb). Los
genes son secuencias específicas de bases que codifican instrucciones para hacer
proteínas. Los genes son un 2% del genoma humano.
IDENTIDAD GENÉTICA
Tecnología del ADN

52. “OMICS”
GENOMA
A
X
B
C
E
TRANSCRIPTOMA
PROTEOMA
METABOLOMA
FISIOMA (órganos)
FENOMA (fenotipos)

53. NUMEROS PARA PENSAR:
•Moléculas orgánicas conocidas  107
•Especies de seres vivos  106 millones (108)
•Genes en el Genoma Humano  34 000
•“Espacio de Estados” del genoma  234 000 = 1010 000 (!)
•Proteínas de una célula  100 000
•Anticuerpos diferentes en un individuo  108
•Anticuerpos diferentes posibles  1030
•Proteínas existentes en la biosfera  108 x 105 = 1013
•Proteínas (100aa) posibles con 20aa = 20100  10130
•Neuronas en el cerebro  1011
•Conexiones inter-neuronales  1015
•Moléculas de Hidrógeno en el universo conocido  1060

56. Bases de Datos
• Biodiversidad
• Moleculares:
– Secuencias
– Estructuras
– Redes y Ontologias

57. Alineamiento de Secuencias
• Secuenciamiento Shot Gun
• Algoritmo Smith-Waterman
• Matrices PAM, (Point Accepted Mutation)
• Evolución de Secuencias y Proteínas

58. M&M
• http://www.youtube.com/watch?v=8O3qEtH7
6OA

59. BioNetworks
http://oracleofbacon.org/

60. EQUILIBRIO CAOS
Alejado del Equilibrio
Al Borde del Caos
Equilibrio Caos
ESTRUCTURA DISIPATIVA
Sistemas Dinamicos Complejos

61. Modelado Basado en Agentes
• http://ccl.northwestern.edu/netlogo/models/WolfSheepPredation
• http://ccl.northwestern.edu/netlogo/models/Flocking
• http://ccl.northwestern.edu/netlogo/models/Ants
• http://ccl.northwestern.edu/netlogo/models/Daisyworld

63. Sistemas
• Conway: Juego de la Vida
• http://www.bitstorm.org/gameoflife/
• Biomorfos: Richard Dawkins
• http://www.annanardella.it/biomorph.html#quick
• Autopoiesis: Maturana
• http://ccl.northwestern.edu/courses/mam2009/student_work/Autopoiesis.html
• Kauffman: redes boleanas
• http://www.mariusthart.net/specials/kauffman/kauffman.html

64. Disciplinaridad
• Multidisciplinariedad
• Interdisciplinariedad
• Transdisciplinariedad

65. Biomimetica
• Educación: Piaget
• Memética: Dawkins
• Algoritmos Genéticos
• Redes Neurales