PROGRAMA
Unidad Temas Subtemas
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Introducción a la Biología Molecular
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1.1 El desarrollo de la Biología Molecular.
1.1.1 El descubrimiento del principio transformante.
1.1.2 El descubrimiento de la estructura del ADN.
1.1.3 El descubrimiento del código genético.
1.1.4 El modelo del operón.
1.2 La biología Molecular en México.
1.3 Perspectivas futuras de la Biología Molecular.
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INSTITUTO TECNOLÓGICO DE CIUDAD ALTAMIRANO GRO.
LIC.BIOLOGIA
MATERIA: biologia molecular
Bitacora de la unidad I
ALUMNA:
ELIDENE PEREZ QUINTANA
PROFESOR: FRANCISCO JAVIER PUCHE ACOSTA
VI SEMESTRE
CD. ALTAMIRANO, GRO.,8/02/20012
UNIDAD I:
INTRODUCCIÓN A LA BIOLOGÍA MOLECULAR
Biología molecular fue utilizado por primera vez en 1945 por William Astbury para referirse al estudio de la estructura química y física de las macromoléculas biológicas.
Es una ciencia cuyo objetivo fundamental es la comprensión de todos aquellos procesos celulares, que contribuyen a que la información genética se transmita eficientemente de unos seres a otros, y se exprese en los nuevos individuos.
Se ocupa entonces de las estructuras y funciones de las entidades de dimensiones inferiores a las de las células estudiadas en la biología clásica, pero superiores a las de moléculas, estudiadas por los métodos químicos tradicionales. Por lo tanto, trata de las bases moleculares que subyacen a los procesos biológicos.
Según Benjamín Lewin, el paradigma de la Biología Molecular es que los genes codifican proteínas que a su vez son responsables de la síntesis de otros tipos de estructuras, incluyendo los ácidos nucleicos y las propias proteínas.
1.1 EL DESARROLLO DE LA BIOLOGÍA MOLECULAR.
1.1.1 El descubrimiento del principio transformante:
Genomas está compuestos de DNA:Los cromosomas nucleares eucarióticos, es relativamente sencillo demostrar este hecho mediante la utilización de pruebas histoquímicas y físicas. Los colorantes que se unen al DNA, como Feulgen, tiñen principalmente los cromosomas nucleares y también mitocondrias y cloroplastos. El DNA es el material genético esta hoy día perfectamente demostrado en muchas procariotas y eucariotas.
EXPERIMENTOS DE GRIFFITH (1928)
El descubrimiento de la trasformación:
Utilizo en sus experimentos dos cepas que se distingan por la apariencia de las colonias crecidas en laboratorio. Las células de una de las cepas, de tipo virulento normal, están rodeadas por una cápsula de polisacáridos que le da a la colonia apariencia lisa (smooth en ingles); de ahí llamada estirpe S.
virulentas, hirviéndolas e inyecto las células
muertas en ratones. Los ratones sobrevivieron, demostrando así que las cápsulas
de las células no provocan la muerte.
Conclusión:
Los experimentos de Griffith demostraron que la transformación ocurría por la
absorción por parte de células vivas.
EXPERIMENTOS DE AVERY Y COLABORADORES
(1944)
En
1944, Oswald Avery, C. MacLeod y M. McCarty separaron los distintos tipos de
moléculas que se encuentran en las células S muertas y estudiaron su capacidad de transformación por separado.
EXPERIMENTOS
DE HERSEY Y CHASE (1952)
Los
experimentos llevados a cabo por Avery eran definitivos,
pero muchos científicos se resistieron a aceptar como material genético al DNA
(y no a las proteínas). La prueba definitiva se obtuvo en 1952 por Alfred Hersey y Martha Chase, usando el fago (virus T2). su razonamiento fue que la
infección del fago debe implicar la
introducción dentro de la bacteria
de la información que dicta la reproducción viral. El fago es relativamente
simple en cuanto a la composición molecular.
Estructura y partes de un Fago T2
La
mayor parte de la estructura de un fago es proteína, estando el DNA en el
interior de la envuelta proteica o “cabeza”.
En
las proteínas no se encuentra fósforo, que si forma parte del DNA; inversamente,
el azufre esta presente e las proteínas pero nunca en el DNA.
Hersey
y Chase marcaron el DNA del fago con
un radioisótopo del fósforo (P32)
y las proteínas con azufre (S35), en cultivos distintos de
fagos. Usaron entonces cada cultivo por separado, para infectar E. coli con muchas partículas de virus
por cada célula.
La conclusión es evidente: El
DNA es el material hereditario; las proteínas fágicas son meros empaquetadores
estructurales que se desechan después de inyectar el vital DNA en la célula bacteriana.
Esquema
del experimento de Hersey y Chase
1.1.2 El descubrimiento de la estructura
del ADN.
El
DNA en la herencia se hizo evidente, muchos científicos se dispusieron a
determinar su estructura con exactitud. Los primeros que tuvieron éxito en
descubrir la estructura fueron Watson y Crick en 1953- tuvieron en cuenta dos
tipos de pistas.
En
primer lugar, Rosalind Franklin y Maurice Wilkins, habían acumulado muchos
datos difracción de rayos X sobre la estructura de DNA
Difracción de rayos x
El
segundo tipo de datos procedía del trabajo de años antes de Edwin Chargaff. Estudio DNA de
diferentes organismos, Chargaff estableció ciertas reglas empíricas sobre las cantidades de cada componente del DNA:
Erwin Chargaff
analizó la composición de bases de distintos organismos y encontró distintas
proporciones de los 4 nucleótidos en cada uno de los organismos estudiados.
También observó que esta composición no cambiaba con la edad ni el ambiente.
Las reglas de Chargaff son:
* La cantidad total de nucleótidos
pirimidinicos (T + C) es siempre igual a al cantidad total de nucleótidos
púricos (A + G).
* La
cantidad de T es siempre igual a la de A y la cantidad de C es siempre igual a
la de G. pero A + T no necesariamente es igual a C+G
Watson y Crick:
construyeron un modelo que cumpliera todas las investigaciones que sobre el DNA
se habían realizado hasta la fecha y propusieron, además, cómo tenía que
conservarse y transmitirse la información de esta molécula. También
introdujeron que esta molécula se podía mutagenizar espontáneamente mediante la
tautomería.
1.1.3 El descubrimiento del código
genético.
Desde que se demostró que las proteínas eran producto de los genes, y que
cada gen estaba formado por fracciones de cadenas de ADN, los científicos
llegaron a la conclusión de que debe haber un código genético mediante el cual
el orden de las cuatro bases nitrogenadas en el ADN podría determinar la
secuencia de aminoácidos en la formación de polipéptidos.
La estructura tridimensional de la molécula de ADN fue
demostrada por James D. Watson y Francis Crick en 1953.
Diez años después de que Watson y Crick determinaran la estructura del ADN,
el código genético fue descifrado y verificado. Su solución dependió en gran
medida de las investigaciones llevadas a cabo sobre otro grupo de ácidos
nucleicos, los ácidos ribonucleicos (ARN). Se observó que la obtención de un
polipéptido a partir del ADN se producía de forma indirecta a través de una
molécula intermedia conocida como ARN mensajero (ARNm).
El código genético asocia a cada triplete de bases del
ADN, llamado codón, un aminoácido concreto. Con los cuatro tipos de bases (U,
uracilo; A, adenina; G, guanina; y C, citosina) La mayor parte de los
aminoácidos están determinados de manera casi unívoca por sus dos primeras
bases y, en muchos casos, el tercer nucleótido es un complemento indiferente o
designa otro aminoácido de una familia próxima.
La
forma en que la clave genética fue descifrada – como se determinaron los
aminoácidos concretos representados por cada triplete- constituye una de la
aventuras biológicas mas apasionantes en las ultimas décadas. Una vez que
estuvieron disponibles las técnicas experimentales adecuadas, la clave genética
se descifro en un suspiro.
Numero
de letras de cada codón: se partió del hecho de que la clave debería ser de 3
letras; Si la clave fuera de una letra (nucleótido : A, G, C, U) solo habría
cuatro aminoácidos diferentes (4 letras diferentes).
Si
la clave fuera de 3 letras, entonces seria posible 43 = 64; por
ejemplo AUU, GCC o UGC. Esta clave ofrece mas combinaciones que las necesarias
para los aminoácidos.
Y
hacia 1961 parecía claro que estos codones no eran solapados.
El
primer paso para el desciframiento fue el descubrimiento de cómo fabricar RNAm
sintético. Si los nucleótidos que conforman el RNA se mezclan con una enzima
especial (fosforilasa de los polinucleotidos) se forma una cadena sencilla de
RNA de la reacción. Esta síntesis no requiere ADN y los nucleotidos se
incorporan al azar. La capacidad de sintetizar RNA habria la posibilidad de
crear secuencias especificas de ARN y comprobar que aminoácidos se incorporaban
al utilizarlas como RNAm.
En
1961 Marshal Nirenberg y Heinrich Mathaei mezclaron in vitro Poli (u) y la
maquina sintetizadora de proteínas de E. coli (Ribosomas, RNAt, energía, varias
enzimas y algunas cosas mas) y observaron
la formación de una proteína!! Resultando como secuencia de proteína ser
una ristra de Fenilalanina. Así pues, el triplete UUU debe ser el codón de
fenilalanina.
Este
tipo de análisis se amplio mezclando diferentes tipos de nucleótidos, en
proporciones fijas conocidas. En un experimento los nucleótidos Uracilo y
Guanina se mezclaron en razón 3:1. Al incorporase los nucleótidos al azar en el
RNAm sintético, la frecuencia relativa con la que aparece.
1.1.4 El modelo del operón.
1.2 LA BIOLOGÍA MOLECULAR EN MÉXICO.
La biología molecular nace formalmente en 1953, con la publicación del modelo estructural del ácido desoxirribonucleico ADN o, de manera universal, DNA por sus siglas en inglés propuesto por James Watson, Maurice Wilkins, Rosalind Franklin y Francis Crick.
La bioquímica en sí, se gestó dentro del pensamiento cuantitativo, particularmente con la visión de que la vida se podía explicar a través de una serie de reacciones químicas, catalizadas por enzimas.
El inicio de la biología molecular en México:
Previamente a este trabajo, Edwin Chargaff había realizado los estudios más completos sobre la composición bioquímica del DNA y Oswald T. En 1957, se estaban realizando los primeros estudios relativos a descifrar el código genético, por Marshall Nirenberg, Severo Ochoa, y H.G. Khorana, y la estructura de los ribosomas y el RNA (ácido ribonucleico) ribosomal, mensajero, y de transferencia, por Masayasu Nomura, entre otros muchos; así como las primeras descripciones del modo de replicación del DNA por Matthew Meselson y Frank Stahl, y el concepto del operón por Francois Jacob y Jacques Monod.
El Instituto de Investigaciones Biomédicas:
En los 1970´s, Rafael Palacios de la Lama, era fiel reflejo de la transición del estudio de las enzimas al estudio de los genes (IIBM). 1976 Congreso Nacional de Bioquímica celebrado en Mazatlán, Sinaloa. Algunos grupos de la UNAM y del Instituto Politécnico Nacional (IPN) apuntaban hacia la parasitología molecular.
Sergio Sánchez estaba ya, en ese entonces, adscrito al Departamento de Biotecnología del propio IIBM, fungiendo como un investigador independiente con estancias postdoctorales previas en los Estados Unidos. Sergio fue pionero en introducir la biología molecular o, mejor dicho, la microbiología molecular, en el estudio de la biotecnología en México. Su labor ha sido plenamente reconocida en México y en el extranjero.
Incorporado Francisco Bolívar Zapata, quien había generado el pBR322, uno de los primeros plásmidos (molécula de replicación autónoma al cromosoma bacteriano) construidos como vectores de clonación. Este vector, aunque fue precedido por otros, fue el más popular dentro de la ingeniería genética por muchos años, por su fácil y conveniente manejo. En esa época, en enero de 1979, los principios y métodos de la ingeniería genética eran del dominio de unos cuantos laboratorios muy especializados.
El Centro de Investigación sobre Fijación de Nitrógeno:
La unam creó, en el mes de abril de 1980, el Centro de Investigación sobre Fijación de Nitrógeno (CIFN), para ser establecido en el campus de la Universidad Autónoma del Estado de Morelos (UAEM), en la ciudad de Cuernavaca. El Centro fue creado a instancias del Departamento de Biología Molecular del IIBM, en un esfuerzo colectivo encabezado por Rafael Palacios. El fundamento era precisamente desarrollar la biología molecular alrededor de un problema biológico, con consecuencias directas tanto en el ámbito académico como en el área productiva del país, en este caso, la agrícola. El CIFN fue inaugurado en Cuernavaca el 23 de marzo de 1981.
Esperanza Martínez Romero es ahora una experta internacional en la sistemática y ecología molecular de Rhizobium etli. Gloria Soberón Chávez ha contribuido a estudios de regulación molecular en Azotobacter vinelandii y Pseudomonas aeruginosa. Gloria, tras una estancia larga como investigadora en el ibt, ahora se ha establecido en el iibm. Alicia González Manjarrez, alumna de Jaime Mora, se consolidó como investigadora del metabolismo nitrogenado y de la estructura de la cromatina en la levadura común, Saccharomyces cerevisiae. Ahora está ubicada en el Instituto de Fisiología Celular de la UNAM..
El Instituto de Biotecnología
En abril de 1982, se creó en la ciudad de México el Centro de Investigación sobre Ingeniería Genética y Biotecnología (CIIGB), también bajo los auspicios de Guillermo Soberón, y a partir del Departamento de Biología Molecular del IIBM.
El Centro abrió sus puertas en Cuernavaca a principios de 1985, bajo el liderazgo de Francisco Bolívar Zapata, su Director fundador. El 14 de septiembre de 1991, el CIIGB fue transformado en el Instituto de Biotecnología (IBT), por acuerdo del Consejo Universitario. El CIIGB había iniciado sus labores con 9 investigadores y 8 técnicos académicos. Para diciembre de 2006, en el IBT laboraban 100 investigadores (76 titulares y 24 asociados), 81 técnicos académicos y más de 250 estudiantes (cerca de 200 de postgrado).
1.3 Perspectivas futuras de la Biología
Molecular.
Después de que los
científicos lograron identificar el ADN como la molécula que contiene la
mayoría, si no toda, de la información genética de una célula el mero campo de
la geneática molecular avanzo rápidamente a finales de la década de los años 50
y principios de los años 60 proporcionado nuevos conceptos a una velocidad que
solo puede compararse con la del desarrollo de al mecánica cuántica de los años
20.
Las aplicaciones de la biología molecular y campo de estudio:
_Estudios
en investigación molecular básica y aplicada:
_Clonación
genética e hibridación
_Tecnología
del ADN Recombinante o ingeniería genética (organismos transgenicos)
_Reacción
en Cadena de la Polimerasa (RCP)
_Aislamiento
de DNA y RNA (Southern y Northern)
_La
tecnología denominada huella de ADN (DNA fingerprinting)
_Procedimiento
denominado secuenciación de ADN
_Terapia
génica
_Genes
interrumpidos (Knock out)
_Control
de la expresión génica
_Terapia
germinal (células madres)
_Creación
de genotecas (bibliotecas de ADN)
_Taxonomia
genética y evolucionismo
La
investigación sobre el ADN tiene un impacto significativo, especialmente en el
ámbito de la medicina.
Los
estudios sobre el ADN humano también revelan la existencia de genes asociados
con enfermedades específicas como la fibrosis quística y determinados tipos de
cáncer. Esta información puede ser valiosa para el diagnóstico preventivo de
varios tipos de enfermedades.
La
medicina forense utiliza técnicas desarrolladas en el curso de la investigación
sobre el ADN para identificar delincuentes. Las muestras de ADN tomadas de
semen, piel o sangre en el escenario del crimen se comparan con el ADN del
sospechoso; el resultado es una prueba que puede utilizarse ante los
tribunales.
El
estudio del ADN también ayuda a los taxónomos a establecer las relaciones evolutivas
entre animales, plantas y otras formas de vida, ya que las especies más
cercanas alfabéticamente presentan moléculas de ADN más semejantes entre sí
que cuando se comparan con especies más distantes evolutivamente.
Huella de DNA
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