ADN Biotecnología Composición Química

Biotecnología
Composición química del ADN
El ADN es una molécula formada por la
unión de otras moléculas más sencillas
llamadas nucleótidos
Los nucleótidos están
compuestos por:
Una molécula de ácido fosfórico.
Una pentosa (desoxiribosa).
Una base nitrogenada que puede
ser adenina, guanina, citosina o
timina
Los nucleótidos se unen
formando una secuencia en la
que reside la información
genética

Biotecnología
Composición química del ARN
El ARN es una molécula formada por la
unión de otras moléculas más sencillas
llamadas nucleótidos
Los nucleótidos están compuestos por:
Una molécula de ácido fosfórico.
Una pentosa (ribosa).
Una base nitrogenada que puede ser adenina,
guanina, citosina o uracilo
El ARN está formado por una sola cadena de
nucleótidos que se une al ADN, por sus bases
complementarias: A-U, C-G.

Biotecnología
El ADN está constituido por dos largas
cadenas enrolladas en una doble hélice.
Las dos cadenas son complementarias
químicamente.
Las bases nitrogenadas se unen entre sí
por medio de un doble o triple enlace de
puentes de hidrógeno, de forma que se
complementan uniéndose según los
siguientes pares de bases:
A=T, G=C.
Estructura del ADN

Biotecnología
El ADN de los virus está formado por una
molécula lineal encerrada en una cubierta
protectora llamada cápsida.
El ADN de las bacterias, mitocondrias y
cloroplastos es una doble hélice circular.
En las células eucariotas el ADN está
asociado a una proteinas especiales
llamadas histonas, formando la cormatina.
Durante la división celular se condensa y
forma cromosomas lineales.
Estructura del ADN

Biotecnología
EL ADN se replica
En la replicación el ADN se
libera de las histonas y se abre
como una cremallera, de manera
que cada hebra sirve como molde
para que se sintetice su cadena
complementaria.
Las enzimas ADN
polimerasas van uniendo cada uno
de los nucleótidos. Dada la
complementariaedad de las bases
se forman dos nuevas cadenas
complementarias a las que han
servido de molde.
Durante la replicación del
ADN se producen mutaciones.

Biotecnología
EL ADN transmite información
Los genes llevan información
para la síntesis de proteinas.
Las proteinas son moléculas formadas
por la unión de aminoácidos. Cada
proteina se caracteriza por la estructura
que adopta en el espacio y por la
secuencia en que están dispuestos los
aminoácidos.

Biotecnología
Transcripción del ADN
El primer proceso para transmitir la información es la transcripción.
La TRANSCRIPCIÓN es el proceso de copia de un gen o fragmento de ADN
utilizando ribonucléotidos y originándose diferentes tipos de ARN.
El ADN se abre en la región a copiar.
Por medio de la ARN-polimerasa se
unen nucleótidos de ARN
complementarios a las bases del
ADN. La cadena formada es
complementaria a la original y se
denomina ARN mensajero.
El ARN mensajero se traslada
hasta los ribosomas donde se
produce la traducción de la
información en una proteína.

Biotecnología
Traducción del ADN
El segundo proceso para transmitir la información es la traducción.
La TRADUCCIÓN es el proceso de síntesis de proteínas llevado a
cabo en los ribosomas, a partir de la información aportada por el
ARN mensajero que es, a su vez, una copia de un gen.
El código de traducción
está basado en secuencias
de tres bases de ARN,
llamadas codones, A cada
codón le corresponde un
aminoácido.

Biotecnología
Traducción del ADN
El ARN mensajero se une a un
ribosoma, donde se produce la
traducción.El ribosoma se mueve a
lo largo de la cadena leyendo cada
codón y uniendo los aminoácidos
que llegan transportados por el ARN
de transferencia. Este ARN está
formado por tres bases aunidas a
una cadena de proteina en cuyo
extremo transporta el aminoácido
correspondiente.

Biotecnología
Tecnología del ADN
recombinante.
Técnicas de ingeniería
genética (OGM).
Técnicas de clonación celular.
Técnicas de cultivo de células
y tejidos
La biotecnología implica la manipulación deliberada de material genético de
los organismos vivos con el fin de fabricar o modificar un porducto, mejorar
animales o plantas o desarrollar microorganismos con capacidades
determinadas.
Entre las técnicas
biotecnológicas destacan.
Aplicaciones
Medici
na
Industria
Agricult
ura y
Ganade
ría
Medioa
miente

Biotecnología
Tecnología del ADN recombinante
Comprende una serie de técnicas que permiten maipular el ADN, es decir, cortar,
pegar, aislar, reproducir y secuenciar fragmentos de ADN.
El ADN recombinante es cualquier molécula de ADN formada por la unión de
segmentos de ADN de origen diferente.
Enzimas celulares
Clonación del ADN
Amplificación del ADN
Secuenciación del ADN
En las células vivas el ADN es cortado
y vuelto a unir mendiante enzimas, un
tipo de proteinas que han sido
identificadas y extraidas para su uso en
el laboratorio.
➔ Enzimas de restricción: Cortan el
ADN en fragmentos (Obtenidas en
bacterias donde protegen su ADN)
➔ Ligasas: Unen distintos fragmentos
de ADN pegando sus extremos.

Biotecnología
Clonación del ADN
La clonación de un fragmento de ADN
consiste en la obtención de miles de
millones de copias idénticas de dicho
fragmento.
Para clonar un fragmento
de ADN este debe ser
introducido en una
molécula transportadora
llamada vector.
Un vector de clonación
es una molécula de ADN
pequeña capaz de entrar
en una bacteria y de
autoreplicación dentro de
ella.
Uno de los más
empleados es un
plásmido bacteriano.

Biotecnología
Clonación del ADN
El método de clonación es el siguiente:
TRANSFORMACIÓN: El plásmido y el ADN a clonar se
cortan con la misma enzima de restricción. Se obtiene ADN
recombinante que es incubado junto con un cultivo de
bacterias que en condiciones adecuadas lo incorpora a su
citoplasma.
SELECCIÓN: El plásmido suele incorporar un gen que
confiere resistencia a un antibiótico. Las bacterias se
cultivan en presencia de este antibiótico con lo que se
seleccionan las que portan el plásmido.
DUPLICACIÓN: Cada colonia de bacterias se cultivan y se
obtiene así gran cantidad de ADN que se extrae de las
bacterias .

Biotecnología
La clonación de un fragmento de ADN
consiste en la obtención de miles de
millones de copias idénticas de dicho
fragmento.
Para clonar un fragmento
de ADN este debe ser
introducido en una
molécula transportadora
llamada vector.
Un vector de clonación
es una molécula de ADN
pequeña capaz de entrar
en una bacteria y de
autoreplicación dentro de
ella.
Uno de los más
empleados es un
plásmido bacteriano.

Biotecnología
La amplificación consiste en obtener
cantidades mayores por acción de la
enzima ADN polimerasa.
La reacción en caden de la
polimerasa PCR origina millones
de copias de un segmento de ADN
mediante la repetición de múltiples
ciclos de replicación del ADN in
vitro.
El proceso es el siguiente:
Desnaturalización: Separación de
las dos hebras de ADN.
Alineamiento /Unión del cebador:
Se une una pequeña cadena de
ADN que iniciará la copia.
Extensión: Cada una de las
cadenas se duplica.
Repetición del ciclo.
Amplificación del ADN

Biotecnología
La secuenciación consiste en conocer la secuencia de bases y la posicicón
de los distintos genes en la cadena de ADN.
La secuenciación incluye varias técnicas de separación de fragmentos,
reconocimiento de genes mediante sondas, hibridación y biochips.:
Secuenciación del ADN
Análisis de fragmentos Se realiza la separación de fragmentos
de ADN mediante la técnica de
electroforesis en gel. Esta técnica separa
los distintos fragmentos de ADN en
función del tamaño de la cadena.

Biotecnología
Análisis de fragmentos
En el enlace se muestra un
vídeo donde se realiza una
electroforesis en gel.
Electroforesis en gel
El procedimento es el siguiente:
Se prepara una lámina de gel que se
introduce en una cubeta de electroforesis.
Se ponen las muestras de ADN en los
pocillos del gel.
Se aplica una corriente eléctrica que
obliga al ADN a desplazarse hacia el polo
positivo.
El ADN se separa de acuerdo a su
longitd, los fragmentos más cortos
avanzan más.
Para visializarlo se tiñe con un tinte que
fluorece con la luz ultravioleta.

Biotecnología
Hibridación mediante sondas
La hibridación es el proceso en el que dos hebras de ADN de cadena sencilla, con
una secuencia de bases complementarias, se unen para originar una molécula de
ADN de cadena doble.
Una sonda de ADN es un fragmento de ADN de cadena sencilla marcada
radiactivamente o con fluorescencia y cuya secuencia de nucleótidos es
complementaria a la secuencia del gen que se desea detectar.
Los biochips son láminas de vidriocon microceldas donde se fija en cada
celda una cantidad de fragmentos de ADN de cadena simple cuya
secuencia actúa como sonda para un gen determinado.

Biotecnología
Secuenciación
La Secuenciación de ADN es un conjunto de métodos y técnicas bioquímicas cuya
finalidad es la determinación del orden de los nucleótidos (A, C, G y T) en una
cadena de ADN.
Los instrumentos modernos automáticos de secuenciación del ADN
(secuenciadores de ADN) pueden secuenciar más de 384 muestras
marcadas por fluoresciencia de una sola vez y llevar a cabo 24 ciclos de
secuenciación al día.
Los secuenciadores automáticos de ADN llevan a cabo solamente
separación del ADN basada en el tamaño (por electroforesis capilar),
detección y registro de la coloración fluorescente, y los datos resultantes
se dan como cromatogramas

Biotecnología
Técnicas de ingeniería genética
Las técnicas de ingeniería genética son un conjunto de procedimientos que
permiten la manipulación del ADN de un organismo para conseguir nuevas formas
de vida con combinaciones únicas de genes adecuadas a nuestras necesidades.
Mediante ingeniería genética se pueden transferir genes entre especies distintas,
es decir, de un organismo a cualquier otro.
Las aplicaciones practicas de estas técnicas son numerosas e influyen en
nuestras vidas de muchas formas. Algunas de dichas aplicaciones son la
obtención de organismos genéticamente modificados y la terapia génica.
TIG
OGM
Terapia genética

Biotecnología
Para introducir un transgén en un organismo determinado se utilizan vectores de
expresión, como algunos virus o plásmidos bacterianos, en los que se han
insertado los genes de un organismo y que posteriormente se usan para introducir
dichos genes en otro organismo. Cuando el transgén se expresa, elabora la
misma proteína en el organismo transgénico que la que elabora en el organismo
del que ha sido transferido.
Organismo Genéticamente
Modificados
Los organismos genéticamente modificados (OGM) o transgénicos
son los organismos (bacterias, hongos, animales plantas) que
contienen un gen procedente de otro organismo o transgén.

Biotecnología
Modificados
Microrganismos
Mejora del medio
ambiente.
(Biorremediación)
Eliminación de mareas
negras.
Eliminación de metales
pesados del agua.
Producción de
biocombustibles.
Obtención de productos químicos.
Las enzimas. Proteinas que hacen procesos de
degradación de sustancias (empleados en
detergentes).
Antibióticos: Sustancias que se usan para
matar o inhibir el crecimiente de las bacterias. La
penicilina es producida por bacterias y hongos
genéticamente medificados.
Obtención de proteinas. Las bacterias y las
levaduras modificadas genéticamente se usan
para producir proteínas humanas utilizadas en
medicina, como la insulina humana.

Biotecnología
Modificados
Plantas
Obtención.
Para introducir nuevos genes en una
planta se pueden utilizar diferentes
procedimientos.
Usar un plasmido presente en la
bacteria del suelo Agrobacterium
tumefaciens.
Microinyección de los genes
directamente en las células o disparo
de una pistola de genes que lanza
balas microscópicas de ADN contra
las células vegetales.
Aplicaciones
Resistencia contra herbicidas o plagas..
Resistencia a las heladas, las sequías
o al exceso de acidez y salinidad del
suelo.
Retrasar la maduración.
Mejorar el valor nutritivo de las plantas
empleadas en agricultura.
Producir sustancias de interés
farmacológico.

Biotecnología
Modificados
Animales
Aplicaciones
Aumentar la resistencia a
enfermedades y mejorar la producción
animal.
Diseñar animales knockout. (Sin
determinados genes para estudiar su
función).
Fabricar órganos de animales para
trasplantes. (Xenotransplantes)
Creación de granjas farmacéuticas
(Producción de fármacos)

Biotecnología
Terápia génica
La terapia génica tiene como objetivo tratar, curar y prevenir
enfermedades producidas por un solo gen defectuoso introduciendo
en el paciente un gen terapéutico o funcional.
Existen dos tipos de terapia génica:
Terapia génica somática. Con ella se intenta corregir una enfermedad
tratando algunas células del cuerpo (soma) de la persona enferma, de modo que la
existencia de unas cuantas células transgénicas pueden ser bastante para
disminuir los síntomas de la enfermedad.
Terapia génica de la línea germinal. Consiste en introducir células
transgénicas en un óvulo fecundado, de modo que cualquier gen terapéutico
formara parte del código genético de todas las células del cuerpo, incluidas las de
la línea germinal futura. (Todavía no de aplicación en humanos)

Biotecnología
Terápia génica
La transferencia de genes terapéuticos a ias células
somáticas se puede realizar en el iaboratorio (ex vivo)
o directamente a Ias células del cuerpo (in vivo). En la
forma ex vivo, se extraen algunas celulas del tejido
afectado, se exponen ai virus portador del gen. Tras
su modificación mediante la inserción del gen
funcional, se reinyectan en el cuerpo del paciente. En
la forma in vivo, el vector portador del gen funcional
se inyecta en Ia sangre del paciente desde donde
llega a las celulas diana o directamente en el
tejido de destino.

Biotecnología
Técnicas de clonación
La clonación es el proceso mediante el cual se producen organismos
genéticamente identicos entre sí.
Algunos seres vivos pueden reproducirse asexualmente y originar copias exactas
de si mismos o clones naturales.
Técnicas de clonación reproductiva
Esta técnica consiste en eliminar el núcleo de un ovulo de un animal donante y
reemplazarlo per el núcleo de una célula somática procedente del animal que se
quiere clonar. Asi, se crea un embrión «artificial» que posteriermente se implanta
en el útero de una hembra de la misma especie para que finalice su desarrollo
embrionario. El organismo que se obtiene es genéticamente identico al individuo
del que procede el núcleo de la célula somática utilizada.

Biotecnología
Técnicas de clonación
Técnicas de clonación reproductiva

Biotecnología
Técnicas de cultivo de células y tejidos
Actualmente se entiende por cultivo celular al conjunto de técnicas que
permiten el mantenimiento de las células 'in vitro', manteniendo al máximo sus
propiedades fisiológicas, bioquímicas y genéticas.
Aplicaciones
Virología : Producción de vacunas y
antivirales
Investigación del Cáncer
Inmunología.
Ingeniería de proteínas. Por la producción de
proteínas en líneas celulares : interferón,
insulina.
Aplicaciones diagnósticas.
Aplicaciones médicas : mantenimiento y
producción de tejidos para transplante.
Aplicaciones agronómicas : producción por
reproducción "in vitro" de clones de plantas.

Biotecnología
Células madre
Las células madre o células troncales son células
indlferenciadas que pueden tanto dividirse
indefinidamente produciendo nuevas células madre,
como, en condiciones adecuadas, diferenciarse en
uno o varios tipos celulares especializados.
Tipos
● Células madre embrionarias
● Células madre adultas
● Células madre fetales
➢ Totipotentes
➢ Pluripotentes
➢ Multipotentes
➢ Unipotentes

Biotecnología
Células madre
embrionarias
Después de que un espermatozoide fecunda a un
óvulo, se forma el cigoto, una única célula
totipotente que es capaz de generar, a través de
sucesivas divisiones celulares, toda la variedad de
células diferentes del nuevo organismo y, por
tanto, cualquier tejido, y la placenta.
Totipotentes
El embrión temprano esta integrado entonces por una serie de células que
forman una esfera casi hueca llamada blastocisto, en el que se pueden
apreciar dos tipos de células: las que forman la capa superficial, de las que
se ha de originar la placenta, y las que ocupan parte del interior, que son las
células madre embrionarias.
Pluripotentes
Las células madre embrionarias son células
pluripotentes, porque, son el origen de todos
los tipos celulares y tejidos del individuo
adulto.

Biotecnología
Células madre adultas
Se encuentran en una gran cantidad de tejidos del
organismo adulto, como la sangre o la piel. Su
principal función es reemplazar las células que
mueren dentro de un órgano o de un tejido.
Las células madre adultas son células
multipotentes, capaces de originar muchos tipos
celulares, pero no todos. .
Multipotentes
Las células madre fetales, que son células que
pueden aislarse de fetos cuyo desarrollo ha sido
interrumpido por causas naturales o por razones
médicas; las células madre extraídas del cordón
umbilical tras el nacimiento, que son células adultas
con plasticidad similar a las de origen embrionario
Células madre fetales
Pluripotentes

Biotecnología
Aplicaciones de las células madre
➔ Testar toxinas y probar nuevos fármacos con potencial terapéutico.
Actualmente, las líneas celulares cancerígenas estan siendo utilizadas para
analizar posibles drogas antitumorales.
➔ Terapias celulares y trasplantes. lloy en día existen terapias basadas en el
uso de células madre adultas que se utilizan para reparar órganos y tejidos
dañados. Sin embargo, para algunos científicos la verdadera medicina
regenerativa comenzará cuando se puedan emplear células madre
embrionarias y, sobretodo, células embrionarias derivadas del propio paciente.
Pero, ¿cómo se obtendrían las células madre embrionarias de un individuo
que ya ha nacido si estas células proceden de embriones?
Para conseguir células embrionarias se debería utilizarla clonación con
finalidad terapéutica, una tecnica excepcionalmente compleja y que conlleva
numerosos problemas eticos y legales, a pesar de no tener como finalidad la
clonación de personas, sino generar un embrión clónico del que obtener
células para usos médicos.

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