Es evidente que todos los hijos se parecen a sus padres en mayor o menor medida, ¿no es cierto? Si se parecen, eso quiere decir que tendrán algo material común






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fecha de publicación16.01.2016
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TEMA 5.- LA REVOLUCIÓN GENÉTICA.
Es evidente que todos los hijos se parecen a sus padres en mayor o menor medida, ¿no es cierto? Si se parecen, eso quiere decir que tendrán algo material común entre sí. A falta de mejor explicación, durante los siglos XVI y XVII se vinculaban las características de las personas a su sangre. A mediados del siglo XIX, un monje agustino llamado Mendel estudió la herencia de características en las plantas de guisante, descubriendo que se transmiten independientemente unas de otras. Estas características recibieron más tarde el nombre de genes. Los genes se hallan en los cromosomas.

1.- LOS CROMOSOMAS.

Los genes se agrupan en paquetes. En 1879, cuando el desarrollo de buenos microscopios ya permitía observar el interior de las células, los investigadores descubrieron que había dentro del núcleo celular una especie de bastones que llamaron cromosomas. A principios del s. XX se propuso que estos tenían relación con la herencia, lo que se confirmó 20 años más tarde.

Todas las células tienen cromosomas en un número que es característico y constante para cada especie animal o vegetal. Las células humanas tienen 46 cromosomas, las de la planta de la patata 48, igual que las del chimpancé; las del perro 78, las de la planta del guisante 14, y algunos helechos llegan a 600 cromosomas. Siempre hay parejas de cromosomas idénticos.

La cantidad de cromosomas de una especie se mantiene constante porque durante la formación de las células sexuales las parejas se deshacen y el número se reduce a la mitad; en lugar de llevar dos copias de cada cromosoma, sólo tienen una. Por ej.- los espermatozoides humanos tienen 23 cromosomas, igual que los óvulos humanos. Al producirse la fecundación, los cromosomas son 46.
2.- LOS GENES: PROTAGONISTAS DE LA HERENCIA.

Un gen de los que se encuentran en los cromosomas puede tener versiones diferentes. Ocurre, por ejemplo, con el gen humano que determina el color de los ojos.

Los animales y las plantas tienen en cada una de sus células dos copias de cada gen, uno procedente del padre y otro de la madre, y estos pueden ser iguales o diferentes.

Si son iguales, tenemos la seguridad de que esa característica se expresa o manifiesta, pero en el caso de ser distintas, uno de los genes se expresa (carácter dominante) y el otro no (carácter recesivo), aunque siga en las células y pueda ser heredado en la descendencia.

Por esta razón los hijos pueden mostrar características que no se observaron en sus padres, aunque estaban en sus genes. Algunos de sus abuelos o bisabuelos las habrán manifestado.
3.- EL ADN: PORTADOR DEL MENSAJE GENÉTICO.

Un gen es un fragmento de ADN que contiene información para sintetizar una proteína. ¿Pero qué es el ADN? Una molécula consistente en dos cadenas largas y paralelas que se retuercen juntas formando una doble hélice. Cada cadena de ADN está formada por grupos fosfato, azúcares y bases nitrogenadas. Estas bases pueden ser de cuatro tipos: adenina (A), guanina (G), citosina (C) y timina (T). Las bases de una de las cadenas se unen con las bases de la otra de la siguiente forma: la Adenina con la Timina y la Guanina con la Citosina.

Una célula humana contiene en total, en sus 23 pares de cromosomas, una cantidad de ADN que mide dos metros de longitud, y en la cual se encuentran en total unos 6.000 millones de pares de bases. La secuencia o el orden en el que se colocan las parejas de las cuatro bases a lo largo del ADN es la clave para almacenar la información biológica. Con este alfabeto de 4 letras se pueden formar infinidad de palabras distintas de enorme longitud.

La información almacenada en el ADN determina el tipo y el orden de aminoácidos de las proteínas que se forman siguiendo sus instrucciones. Para que sean sintetizadas se necesita la actuación del ARN, sustancia capaz de trasladar fuera del núcleo aquellas instrucciones y llevarlas al citoplasma, hasta el orgánulo que va uniendo aminoácidos tomando de molde la información previa del ADN: el ribosoma.
3.1.- El ADN se replica.

El ADN es la única molécula en los seres vivos que puede hacer una copia exacta de sí misma, es decir, replicarse. La replicación se produce justo antes de la división de la célula en dos hijas, por lo que así la información genética se puede transmitir de generación en generación.

Para replicarse, la doble hélice de ADN se abre como una cremallera y cada una de las hebras sirve de molde para que se sintetice su cadena complementaria. La enzima que va uniendo bases complementarias a la hebra molde se llama ADN-polimerasa. Al final del proceso habrá dos moléculas de ADN bicatenario.

Es vital que la complementariedad de bases sea correcta. A veces hay errores en la replicación que dan lugar a mutaciones, muchas de las cuales originan enfermedades o provocan la muerte del embrión antes de que llegue a término.
3.2.- El ADN se copia a ARN: transcripción.

En las células eucariotas, el ADN se encuentra protegido en el interior del núcleo, del cual no puede salir. La síntesis de proteínas, sin embargo, se realiza en unos orgánulos, los ribosomas, que están en el citoplasma celular. Entonces, ¿cómo llegan las instrucciones desde un gen hasta los ribosomas?

Otro ácido nucleico, el ARN, es el encargado de leer la información genética que posee el ADN y llevarla desde el núcleo hasta el citoplasma. El ARN está formado por una sola cadena de nucleótidos de ribosa y por las mismas bases que el ADN, excepto la timina (T), que es sustituida por el uracilo (U), que se une a la adenina como lo hacía la timina, conservando así la complementariedad de bases.

El proceso de copia de una molécula de ARN tomando como molde el ADN se denomina transcripción. El ARN que sale del núcleo llevando el mensaje genético para dirigir la síntesis de proteínas es el ARN mensajero.
3.3.- Traducción a proteínas y código genético.

Una vez en el citoplasma, el ARNm se une a un ribosoma, el cual lee y traduce el mensaje cifrado que utilizará para sintetizar una proteína. Este proceso se denomina traducción y en él se usa un diccionario llamado código genético que asigna las equivalencias entre el lenguaje del ARNm (secuencia de bases) y el lenguaje de las proteínas (secuencia de aminoácidos).

A cada grupo de tres bases del ARNm (que se llama codón o triplete) le corresponde uno de los 20 aminoácidos que forman las proteínas. El ribosoma se mueve a lo largo de la cadena de ARNm leyendo codón tras codón y va uniendo los aminoácidos que llegan al ribosoma transportados por otro tipo de ARN llamado ARN de transferencia (ARNt).

4.- LA BIOTECNOLOGÍA.

Hoy día, la Biotecnología implica la manipulación deliberada del material genético (ADN) de un ser vivo con el fin de fabricar o modificar un producto, mejorar animales o plantas o desarrollar microorganismos con capacidades determinadas para usos específicos.
4.1.- Tecnología del ADN recombinante.

La tecnología del ADN recombinante comprende una serie de técnicas que permiten manipular el ADN, es decir, cortar, aislar, pegar, reproducir y secuenciar fragmentos específicos de ADN de cualquier organismo. Además incluye las técnicas necesarias con las que se puede insertar un fragmento de ADN de interés en otra molécula de ADN llamada vector.

Un ADN recombinante es cualquier molécula de ADN formada por la unión de segmentos de ADN de origen diferente.

Los pasos a seguir en estas tecnologías son los siguientes:

4.1.1.- Corte y pegado del ADN.

En las células vivas, el ADN es cortado y vuelto a unir una y otra vez por enzimas, un tipo de proteínas que han sido identificadas y purificadas por los científicos para usarlas en los laboratorios:

  • Las enzimas de restricción, que son como tijeras químicas que cortan trozos de ADN.

  • Las ligasas, enzimas que unen distintos fragmentos de ADN pegando sus extremos.

¿Cómo actúan las enzimas de restricción y las ligasas en la creación de ADN recombinante?

  1. Con la misma enzima de restricción se corta el ADN de dos organismos distintos. Cada enzima corta siguiendo una secuencia concreta.

  2. Los fragmentos de ADN de cada organismo se ponen en contacto y forman una molécula de ADN recombinante.

  3. Las ligasas pegan los extremos y los fragmentos se unen de forma permanente.

4.1.2.- Análisis de fragmentos de ADN.

Una vez que las enzimas de restricción han cortado un trozo de ADN, los fragmentos de distinto tamaño se pueden separar y analizar mediante diferentes técnicas, siendo una de ellas la electroforesis en gel de agarosa.

Esta técnica permite separar los fragmentos de ADN en función de su tamaño y su carga eléctrica. El soporte que se utiliza para que el ADN se pueda mover es la agarosa, un polisacárido que se comporta como gelatina y que tiene poros por donde puede ir pasando el ADN.

El procedimiento para realizar una electroforesis es el siguiente:

  1. Se prepara el gel de agarosa en un molde que deja una serie de huecos en hilera denominados pocillos para muestra.

  2. Cuando haya solidificado el gel, se introduce en una cubeta de electroforesis que contiene una solución de agua y sales y que posee electrodos adheridos a cada extremo.

  3. En cada pocillo del gel se carga con una micropipeta una muestra diferente que contiene la mezcla de los fragmentos de ADN que se hayan cortado y se quieran separar.

  4. Como el ADN está cargado negativamente, cuando se aplica una corriente eléctrica, los fragmentos de ADN avanzan a través del gel hacia el electrodo positivo que está situado en el otro extremo. Puesto que la agarosa contiene huecos, los fragmentos más pequeños cruzan la malla del gel más deprisa que los grandes, de manera que se separan en función de su longitud y en orden de tamaño decreciente.

  5. Tras un tiempo, interrumpimos la corriente. Para ver el patrón de bandas de ADN, la lámina de agarosa se tiñe con bromuro de etidio, una sustancia que al unirse al ADN emite fluorescencia bajo la luz ultravioleta.

Esta técnica permite obtener el patrón de bandas característico del ADN de cualquier organismo, denominado huella génica. La huella génica permite averiguar la identidad de un individuo comparándola con otras muestras.

Aplicaciones: esto se utiliza para investigar la autoría de delitos, establecer la paternidad y ayudar a historiadores a resolver antiguos misterios.


4.1.3.- Hibridación mediante sondas de ADN: búsqueda específica de un gen.

La hibridación del ADN es el proceso en el que dos hebras de ADN de cadena sencilla, con una secuencia de bases complementaria, se unen para originar una molécula de ADN de cadena doble correctamente apareada.

Gracias a esta técnica podemos identificar la presencia de un gen que codifica una proteína de interés en un cromosoma. Para ello se hacen ensayos de hibridación con sondas de ADN.

Una sonda de ADN es un fragmento artificial de ADN de cadena sencilla marcada con radiactividad o fluorescencia y cuya secuencia de nucleótidos es complementaria a la secuencia del gen que se desea detectar.



Aplicaciones: detectar mutaciones, diagnóstico de enfermedades genéticas.
4.1.4.- Clonación de 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 autorreplicarse dentro de ella.





El método de clonación es el siguiente:

  1. El ADN que se quiere clonar y el vector se cortan con la misma enzima de restricción y se unen con ligasas, quedando un ADN recombinante = ADN de interés + vector.

  2. Estos ADN recombinantes se ponen a crecer con bacterias y se dejan crecer en una placa Petri. Algunas bacterias los cogen, otras no.

  3. Como los vectores llevan un gen que les confiere resistencia a un antibiótico, las bacterias que han captado el vector se seleccionan poniendo en su medio de cultivo un antibiótico, pues serán resistentes a él.

  4. Cada colonia de bacterias con el ADN recombinante se aísla y se sigue cultivando. Cada vez que se duplican las bacterias, también lo hace el ADN que lleva inserto en el vector.


4.1.5.- Amplificación del ADN: reacción en cadena de la polimerasa.

La PCR (“Polimerase Chain Reaction”) o “Reacción en Cadena de la Polimerasa” es una reacción en cadena que origina millones de copias a partir de una sola muestra de un ADN específico. Esto se consigue mediante la repetición de múltiples ciclos de replicación del ADN en el laboratorio.

La PCR se emplea para amplificar segmentos de ADN de los que se dispone muy poca cantidad, por ejemplo, ADN obtenido a partir de pequeñas muestras de tejidos, sangre o semen conseguidos en la escena de un crimen, ADN de microorganismos patógenos para su identificación, y ADN de células embrionarias con el fin de realizar un diagnóstico prenatal de enfermedades genéticas.

4.1.6.- Secuenciación del ADN.

La determinación de la secuencia de nucleótidos es básica para obtener la información que lleva un ADN. Hoy día existen técnicas automatizadas e informatizadas que han permitido incluso llegar a descifrar la totalidad del genoma de la especie humana.

5.- 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.

Las aplicaciones prácticas de estas técnicas son numerosas. Destacar la obtención de organismos genéticamente modificados y la terapia génica.
5.1.- Organismos genéticamente modificados o transgénicos.

Los organismos transgénicos son aquellos organismos que contienen un gen procedente de otro organismo o transgén. Lo que se pretende con los transgénicos es producir sustancias útiles (como proteínas), obtener variedades de plantas y animales con alguna característica interesante, etc. A continuación tenemos varios ejemplos de transgénicos:

  • Microorganismos genéticamente modificados. Se pueden emplear para limpiar el medio ambiente (biorremediación), como por ej.- para eliminar mareas negras o metales pesados muy contaminantes, o se pueden emplear para producir biocombustibles, para fabricar enzimas que degradan sustancias (por ej.- detergentes en polvo, vaqueros desgastados), producir antibióticos, proteínas humanas (insulina, hormona del crecimiento).

  • Animales transgénicos. Se crean vacas que se desarrollan en menos tiempo, ovejas con lana de mejor calidad, cerdos con carne más magra, etc. También se fabrican órganos de animales para trasplantes, como cerdos transgénicos con órganos similares a humanos para que no se rechacen al trasplantarlos.

  • Plantas transgénicas. Se han conseguido plantas que resisten a herbicidas, a plagas, a heladas y a sequías; también se han desarrollados plantas que producen frutos que no se ablandan al madurar, plantas de arroz que producen granos con provitamina A, más nutritivos, o plantas que producen sustancias de interés farmacológico.


5.2.- Terapia génica.

Consiste en tratar, curar y prevenir enfermedades producidas por un solo gen defectuoso introduciendo en el paciente un gen terapéutico o funcional. Esta terapia tiene muchos problemas éticos, hay sectores sociales que no aceptan que se puedan manipular los genes humanos.

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