Documentación de referencia sobre el tema de biología molecular y celular.

1. BIOLOGÍA MOLECULAR
Y CELULAR
Dr. Marcel Bacó Eró
UCATECI

2. • GENOMA HUMANO
• TECNOLOGÍA DEL ADN RECOMBINANTE
• SEÑALIZACIÓN CELULAR
• CICLO DE DIVISIÓN CELULAR
• MUERTE CELULAR
• PROYECTO GENOMA HUMANO
• NUEVAS ESTRATEGIAS TERAPÉUTICAS
• CONSECUENCIAS ÉTICAS, PSICOLÓGICAS Y
JURÍDICAS

3. GENOMA HUMANO
• Mendel fue el primero que definió los genes
como elementos que contenían información y
que pasan de padres a hijos.
• En 1944, cuando Avery demostró que el ADN era
el material hereditario que formaba los genes.
• Esta información genética se transfiere al ARN y
después a las proteínas, dando lugar a la
expresión de unas características biológicas
específicas, o fenotipos.

4. • Acontecimientos destacados en la biología molecular
• AÑO ACONTECIMIENTO
• 1941 Se descubre que los genes codifican las proteínas
• 1944 Se determina que el ADN transporta la información genética
• 1953 Se establece la estructura del ADN
• 1962 Se descubren las endonucleasas de restricción
• 1966 Se descifra el código genético
• 1973 Se establece la técnica de clonación del ADN
• 1976 Se descubre el primer oncogén
• 1977 Se sintetiza la hormona del crecimiento humana mediante
• bacterias
• 1978 Se clona el gen humano de la insulina
• 1981 Se obtiene el primer animal transgénico
• 1985 Se inventa la reacción en cadena de la polimerasa
• Se descubre el primer gen supresor de tumores
• 1990 Se crea el Proyecto Genoma Humano
• 1998 Se clona el primer mamífero

5. Estructura de los genes y del ADN

6. El ADN está compuesto por dos hebras
antiparalelas de polímeros sin ramificar que se
enroscan entre sí formando una hélice doble
dextrógira.
• Cada una de las hebras está compuesta por
cuatro tipos de desoxirribonucleótidos que
contienen las bases adenina (A), citosina (C),
guanina (G) y timina (T)
• Menos del 10% de las secuencias de ADN se
copian a moléculas de ARN mensajero (ARNm),
que codifican proteínas, o en moléculas de ARN
estructural, como el ARN de transferencia (ARNt)
o el ARN ribosómico (ARNr).

7. • Los seres humanos son organismos diploides,
cada célula somática contiene dos copias de
cada autosoma y dos cromosomas sexuales, lo
que hace un total de 46 cromosomas.
• Se hereda una copia de cromosomas de la
madre y otra del padre.
• Las células germinales contienen solo 22
autosomas y un cromosoma sexual.
• En los seres humanos, el ADN se replica a una
velocidad aproximada de unos 50 nucleótidos
por segundo, con un índice de error de 1 por
cada 10/9 pares de bases replicados.

9. Visión general de la meiosis. En la interfase se duplica el
material genético. En meiosis I los cromosomas homólogos
se reparten en dos células hijas, se produce el fenómeno
de entrecruzamiento. En meiosis II, al igual que en una
mitosis, cada cromátida migra hacia un polo. El resultado
son 4 células hijas haploides (n).

11. CROMOSOMAS HUMANOS

12. Síntesis del ARN y las proteínas
• La transferencia de información del ADN a las
proteínas depende de la síntesis de una
molécula intermedia, denominada ARN. El
ARN, lo mismo que el ADN, está formado por
una secuencia lineal de nucleótidos
compuestos por 4 bases complementarias.

13. • El ARN se diferencia del ADN en dos aspectos:
• 1. Su esqueleto de azúcar-fosfato contiene
como azúcar ribosa en lugar de desoxirribosa.
• 2. La timina (T) es sustituida por el uracilo (U),
una base muy parecida que se empareja con
la adenina (A).

14. Control de la expresión de los genes
• El organismo humano está constituido por
millones de células especializadas, cada una de
las cuales realiza unas funciones preestablecidas.
• El primer control (y el más importante) de la
expresión genética se localiza en la transcripción
de los genes, que establece cuándo y con qué
frecuencia se transcribe un gen determinado para
producir moléculas de ARN.

15. Nucleasas de restricción
• Son enzimas bacterianas que cortan la doble
espiral del ADN en secuencias específicas de
4-8 nucleótidos.
• Se han aislado más de 400 nucleasas de
restricción.
• Combinando diferentes enzimas de restricción
es posible crear un mapa de restricción de
cada ADN, lo que facilita el aislamiento de cada
uno de los genes.

16. Reacción en Cadena de la Polimerasa
(PCR)
• Este método,, permite amplificar por medios
enzimáticos un segmento de ADN hasta mil
millones de veces.
• Para amplificar un segmento de ADN hay que
sintetizar primero dos oligonucleótidos de una
sola hebra, o iniciadores, cada uno de ellos
complementario de una hebra de la doble
espiral de ADN y localizados en los lados
opuestos de la región que se desea amplificar.

17. • En los laboratorios moleculares se ha utilizado
la PCR para la clonación directa del ADN, la
ingeniería del ADN, el análisis de las
variaciones alélicas de las secuencias y la
secuenciación del ADN. La PCR tiene también
numerosas aplicaciones clínicas, como el
diagnóstico de enfermedades genéticas, el
estudio de agentes infecciosos y la obtención
de huellas genéticas para análisis forenses.

18. Secuenciación del ADN
• Cada gen puede contener más de 3.000
nucleótidos.
• Identificada por técnicas estandar para
analizar la secuencia del AND con métodos
enzimáticos en síntesis in vitro del AND
• Las técnicas de secuenciación han permitido
identificar y sintetizar in vitro proteínas
importantes, como la insulina, el interferón, la
hemoglobina y las hormonas del crecimiento.

19. Clonación del ADN
• Las técnicas de clonación del ADN permiten
identificar un gen que nos interese en el
genoma humano. Primero, todo el contenido
de ADN de una célula se corta con una
nucleasa de restricción para generar
fragmentos de ADN, que se unen a un
elemento génico que se replica (un virus o
plásmido).

20. Animales Transgénicos
• El fragmento de ADN
debe contener todos
los componentes
necesarios para una
expresión adecuada
del gen, incluyendo
un promotor y una
región reguladora que
dirija la transcripción.

21. • El uso de animales transgénicos tiene el gran
inconveniente de que solo pone de manifiesto
los efectos dominantes del gen, ya que estos
animales conservan todavía en su genoma dos
copias normales del gen. Por consiguiente,
resulta muy útil conseguir animales que no
expresen ambas copias del gen estudiado.

22. Interferencia del ARN
• La mejor forma de evaluar la función de un gen
consiste en recurrir a la genética inversa, (es decir, la
supresión selectiva de la expresión de un determinado
gen), e investigar las consecuencias biológicas.
• En 1998 Andrew Fire y Craig Mello desarrollaron un
nuevo método, muy potente, que consiste en silenciar
determinados genes mediante ARN de doble hebra
(ARNds)."’ Para esta tecnología, conocida como ARN de
interferencia (ARNi) hay que sintetizar un ARNds que
sea homólogo del gen que se quiere anular.

23. CICLO DE DIVISIÓN CELULAR
• Mecanismo fundamental por el que los organismos se
propagan y mantienen una homeostasia tisular normal.
Este ciclo es una sucesión organizada de procesos
biológicos complejos que se dividen tradicionalmente
en cuatro fases diferentes.
• Cada ciclina demuestra un patrón de expresión
específico de una fase del ciclo celular. Por el contrario,
las Cdk se expresan durante todo el ciclo celular. Las
ciclinas, las Cdk y las CKI constituyen las unidades
reguladoras fundamentales de la maquinaria del ciclo
celular.

24. Puntos de Control del Ciclo Celular
• La progresión del ciclo celular está regulada en
dos puntos de control fundamentales: las
transiciones de Gi a S y de G2 a Fase Mitótica
(M).

25. Oncogenes y Genes Supresores de
Tumores
• Los genes que codifican las proteínas
reguladoras del ciclo celular sufren a menudo
mutaciones durante las transformaciones
neoplásicas.

26. MUERTE CELULAR
• La proliferación celular debe estar equilibrada mediante un proceso adecuado de
muerte celular para mantener la homeostasis tisular.
• La muerte celular tiene importantes funciones fisiológicas,
• incluidos la restructuración de los tejidos durante el desarrollo, la
• eliminación de las células senescentes y de las células con alteraciones
• génicas que no pueden repararse y el mantenimiento de la homeostasis
• tisular. En este apartado revisaremos la maquinaria molecular que
• controla la apoptosis y la muerte celular autofágica.
• La muerte celular del tipo 1, o apoptosis. caracteriza por la condensación de la
cromatina, la fragmentación nuclear, la contracción del citoplasma con organillos
citoplásmicos intactos y finalmente la formación de vesículas rodeadas
• de membrana llamadas cuerpos apoptósicos, que después son eliminados por las
células fagocíticas vecinas.
• La muerte celular del tipo 2, o muerte celular autofágica, caracteriza por una
vacuolización masiva del citoplasma sin condensación de la cromatina.

27. • La muerte celular del tipo 3, o necrosis, se
caracteriza por un aumento del volumen
• celular, una tumefacción de los orgánulos
citoplásmicos y la rotura de la membrana
plasmática.

28. Apoptosis
• La vía extrínseca o del receptor mortal:
• Los receptores mortales de la superficie celular se
unen a ligandos proapoptósicos, como el factor
de necrosis tumoral (TNF), lo que provoca el
reclutamiento de un complejo multiproteínico
llamado complejo transmisor de señales
inductoras de muerte (DISC) y una proteína
• adaptadora llamada dominio mortal asociado a
Fas (FADD).

29. Apoptosis

30. • La vía intrínseca :
• Se activa cuando detectores intracelulares
perciben estímulos proapoptósicos, como el
daño genotóxico o el factor de crecimiento y
la privación de nutrientes, lo que conduce a la
activación de Bax y Bak, que son miembros
proapoptósicos de la familia Bcl-2 de proteínas

32. Autofagia
• es un proceso de degradación caracterizado
por el secuestro de
• orgánulos y porciones del citoplasma en
vesículas con doble membrana conocidas
como autofagosomas

34. PROYECTO GENOMA HUMANO
Aportando nueva información sobre las
variaciones genéticas en la población humana
mediante la identificación de variantes del ADN
como los polimorfismos de un solo nucleótido
(PSN) que se producen aproximadamente en
una de cada 300-500 bases a lo largo del
genoma humano, que comprende 3.000
millones de bases.

35. Transplantes
• A pesar de los avances tan notables en el
campo de los transplantes, la obtención de
órganos y la inmunodepresión, la
disponibilidad de órganos viables sigue siendo
un impedimento importante.
• La demanda de órganos y tejidos no puede
cubrirse exclusivamente con las donaciones de
órganos.

36. Oncología
• En consecuencia, conforme se vayan
conociendo más datos sobre las mutaciones
• en estos genes y las repercusiones clínicas de
dichas mutaciones, los protocolos de
tratamiento oncológico irán cambiando.

37. Cirugía pediátrica y fetal
• La identificación del genoma humano facilitará
las pruebas diagnósticas y los estudios de
detección prenatales.

38. Proteómica
• La expresión y las modificaciones de las proteínas
están sujetas a una determinada regulación en las
condiciones fisiológicas normales (p. ej.,
diferenciación, apoptosis y envejecimiento), y se
ven alteradas como consecuencia de los procesos
fisiopatológicos, dando lugar a la aparición y la
progresión de enfermedades.
• Sin embargo, el proteoma humano es al mismo
tiempo un conjunto complejo y dinámico, y para
su estudio es necesario desarrollar nuevos
medios y tecnologías.

39. Terapia génica
• En lugar de administrar a un paciente un
fármaco para tratar o controlar los síntomas
de una anomalía genética, los médicos podrán
combatir el problema básico alterando la
configuración genética de las células del
paciente.
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