problemas de genetica mendeliana

Los trabajos de Mendel fueron publicados en 1866, pero aún así sus experiencias
pasaron inadvertidas, hasta que 35 años después fueron reconocidas y renombradas como
leyes de Mendel.
3.2.1. Primera ley de Mendel: Ley de la uniformidad de los híbridos de la primera
generación filial (F1).
Al cruzar individuos distintos, ambos homocigóticos (razas puras) para un carácter,
todos los descendientes de la primera generación filial son idénticos entre sí, con el mismo
genotipo y fenotipo. Su fenotipo es igual al de uno de los padres (si la herencia es dominante) o
intermedio entre ambos parentales (si la herencia es intermedia).
Por ejemplo, el color de la semilla del guisante está controlado por un par de genes
que forman una pareja de alelos: uno (A), que determina el color amarillo, que es dominante
sobre (a), que es recesivo y determina el color verde.
Los parentales son razas puras (AA o aa) y, por tanto, los gametos que formen tras
la meiosis serán de un mismo tipo (A o a). Los gametos se unen en la fecundación para dar
origen a los individuos integrantes de la F1, que genéticamente serán híbridos o heterocigotos y
de fenotipo amarillo.
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3.2.2. Segunda ley de Mendel: Ley de la segregación de los caracteres antagónicos
en la segunda generación filial (F2).
Cuando se cruzan entre sí los individuos de la primera
generación filial (o bien se autofecunda uno de ellos), se
obtiene una descendencia no uniforme, debido a la
separación (segregación) de los alelos implicados en el
carácter estudiado, al formarse los gametos.
Como los individuos de la F1 son heterocigóticos dan
lugar a dos tipos de gametos: la mitad portan el alelo A y la
otra mitad el a. La fecundación entre estos gametos, para
dar origen a la F2, se realiza al azar, de tal manera que se
pueden obtener combinaciones distintas que determinen
fenotipos amarillos y verdes, en proporción 3 a 1, y
genotipos diferentes, AA, Aa y aa, en proporciones de 25 %,
50 % y 25 % respectivamente.
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Bloque II
Genética mendeliana. Genética aplicada
A Mellado. P Cadenas 2º de Bachillerato.4 Biología
Cruzamiento prueba o retrocruzamiento.
Se utiliza en los casos de herencia dominante para averiguar si un individuo que
presenta carácter dominante es homocigótico (AA) o heterocigótico (Aa).
Consiste en cruzar al individuo problema (el que presenta el carácter dominante) con
otro individuo de genotipo homocigótico recesivo (aa), lo cual se denomina
retrocruzamiento.
Si todos los descendientes presentan el fenotipo dominante, el individuo problema será
probablemente homocigótico. Por el contrario, si en la descendencia aparece algún individuo
con el carácter recesivo, podemos afirmar rotundamente que individuo problema es
heterocigótico.
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3.3.3. Tercera ley de Mendel: Ley de la independencia de los factores hereditarios.
En la transmisión de más de un carácter se observa que estos se transmiten
independientemente, ya que cada par de alelos se transmiten de forma independiente de los
otros, y por tanto,se obtienen combinaciones nuevas,algunas
de las cuales no están presentes en los parentales.
Las líneas puras (parentales) serán, en este caso, una
planta con guisantes amarillos y lisos (AALL) y una con
guisantes verdes y rugosos (aall). La F1 es uniforme, pues cada
progenitor de la generación P produce n solo tipo de gameto
(AL) y (al).
En cambio, los individuos de la generación F1
generan cuatro tipos de gametos diferentes:AL,Al, aL,al.
Para obtener la F2 de una forma cómoda,se hace un cuadro de
doble entrada (denominado Punnett) con estos gametos.
michael-biologia.blogspot.com
Los fenotipos obtenidos en la F2 se encuentran en la
proporción: 9:3:3:1
Bloque II
Genética mendeliana. Genética aplicada
A Mellado. P Cadenas 2º de Bachillerato.5 Biología
· 9 amarillos-lisos.
· 3 amarillos-rugosos.
· 3 verdes-lisos.
· 1 verdes-rugosos.
De los resultados obtenidos en la F2 se deduce que los caracteres amarillo y liso no
permanecen siempre unidos, lo que demuestra que existe una independencia entre ellos, ya
que se pueden formar combinaciones nuevas: amarillo-rugoso y verde-liso.
3.3. Ejemplos de herencia mendeliana en animales y plantas.
3.4. Teoría cromosómica de la herencia
En la época en que Mendel realizó sus experimentos, se desconocía lo que eran los
genes, así como su localización en los cromosomas, y el papel de la meiosis y de los gametos
en la transmisión hereditaria. Ni Mendel ni los descubridores de sus leyes pudieron encontrar un
mecanismo citológico

El mundo microscópico


Características de las bacterias

I
Las bacterias son células procariotas que pueden tener diferentes formas. En el siguiente video muestras ejemplos de bacterias en fotografías a través del scaner.



http://www.youtube.com/watch?v=RrTjOrzva3I

El Flagelo

El flagelo de las bacterias tiene diferente estructura y origen que el flagelo de las células eucariotas. Observen el siguiente esquema y el tipo de movimiento que se logra a partir del motor proteico.
¿Qué mecanismo molecular permite la rotación del flagelo?







.

http://www.youtube.com/watch?v=PlOfMifowP4

.

La formación de los flagelos bacterianos

.

Observen en la siguiente simulación, cómo va construyéndose el flagelo bacteriano a partir de la síntesis y disposición de las proteínas.



http://www.youtube.com/watch?v=hLTFiekwFy8


Para más información pueden consultar las siguientes páginas:
http://www.biologia-en-internet.com/default.asp?Id=9&Fs=2


La vida microscópica

I
Observar organismos al microscopio no es difícil. Basta con tener un buen microscopio y tiempo para acostumbrar a la vista a distinguir las diferentes formas que tienen estos seres vivos.
Comenzaremos a "acostumbrarnos" a ellos a partir de un recorrido por distintos videos.

Para empezar miren este material y con ayuda de un texto, o guía intenten reconocer los distintos grupos de organismos que se muestran.

Como ayuda les cuento, que en él aparecen protozoos, flagelados y ciliados, algas unicelulares como las diatomeas, pequeños invertebrados como rotíferos, artrópodos acuáticos, gusanos.






http://www.youtube.com/watch?v=xyPd8Wt_DJU

No todos los microorganismos que existen pertenecen al mismo reino. No todos son Moneras o Protistas. Existen organismos pluricelulares, como son algunos pequeños invertebrados, pluricelulares que tienen tamaños apenas más grandes que protozoos.

En una laguna, por ejemplo, vamos a encontrar una gran diversidad, como lo muestra el siguiente video.

Con ayuda de un texto, intenten reconocer y describir los microorganismos que se muestran en él.






http://www.youtube.com/watch?v=98Ra2q1ZqUU



En este video podrán observar cuatro organismos microscópicos:

1º Una colonia: Volvox

2º Una Ameba

3º Un paramecio

4º Un protista flagelado

¿Qué características particulares pueden señalar en cada uno de ellos?






http://www.youtube.com/watch?v=SCfg3sywC7k



En este otro video se observan artrópodos acuáticos, gotas de aire, protozoos y rotíferos. Con ayuda de un texto o incluso con el buscador de imágenes de Google, intenten identificar y describir quién es quién.






http://www.youtube.com/watch?v=1cLWKDhBYxo



La reproducción en las colonias:

Observen este cortísimo video en dónde muestran la reproducción de una colonia de algas unicelulares. ¿Qué tipo de reproducción es? ¿Por qué pueden hacer esa afirmación?






http://www.youtube.com/watch?v=cYUKsLNu35A&feature=related



Ciliados y Flagelados:





Observen en el siguiente video protistas pertenecientes a los grupos de Ciliados y Flagelados.

  • Describan en número, distribución, ubicación en el cuerpo de estas estructuras.

  • Dibujen un organismo flagelado y otro ciliado y traten de indicar el movimiento que realiza el cuerpo a partir del impulso dado por las estructuras.

  • En el video se observan dos protozoos de vida fija. Intenten identificarlos y observen para qué utilizan sus cilios.

http://www.youtube.com/watch?v=QGAm6hMysTA&feature=related


Amebas en movimiento

Observen estos organismos cuya locomoción se realiza a través de pseudópodos. Esquematicen y describan los movimientos que se perciben en el citoplasma.




http://www.youtube.com/watch?v=x1ErCyZCFw8

La multiplicación del virus del SIDA


http://www.youtube.com/watch?v=RO8MP3wMvqg&feature=related

En esta simulación podrán encontrar los alumnos de Biología y Laboratorio I una interesante recreación de cómo se reproduce el Virus del Sida en las células T de nuestro sistema inmune.

No tengan en cuenta para seguir el proceso todos los nombres de las estructuras que intervienen. Concentrense en seguir los procesos implicados, que como observarán coinciden con lo trabajado en clase.


Protocolos de prácticas de laboratorio

SEPARACIÓN DE PIGMENTOS VEGETALES MEDIANTE CROMATOGRAFÍA EN PAPEL

MATERIALES
• Mortero.
• Tijeras.
• Espinacas u hojas verdes.
• Embudo con papel de filtro.
• Tubo de ensayo en gradilla.
• Éter etílico. • Alcohol metílico puro (cuidado, sus vapores son muy tóxicos).
• Cápsula de Petri o vaso de precipitados.
• Capilar o micropipeta (cuentagotas en su defecto).
• Tira de papel cromatográfico Wathman (con un buen papel de filtro se obtienen, incluso, mejores resultados).
INTRODUCCIÓN
Los cloroplastos poseen una mezcla de pigmentos con diferentes colores: clorofila-a (verde intenso), clorofila-b (verde), carotenos (amarillo claro) y xantofilas (amarillo anaranjado) en diferentes proporciones.
FUNDAMENTO
Todas estas sustancias presentan un grado diferente de solubilidad en disolventes apolares, lo que permite su separación cuando una solución de las mismas asciende por capilaridad a través de una tira de papel poroso (papel de cromatografía o de filtro) dispuesta verticalmente sobre una película de un disolvente orgánico (etanol), ya que las más solubles se desplazarán a mayor velocidad, pues acompañarán fácilmente al disolvente a medida que éste asciende. Las menos solubles avanzarán menos en la tira de papel de filtro.
Aparecerán, por tanto, varias bandas de diferentes colores (hasta siete o más, dependiendo del material utilizado) que estarán más o menos alejados de la disolución alcohólica según la mayor o menor solubilidad de los pigmentos. Estas bandas poseerán diferente grosor, dependiendo de la abundancia del pigmento en la disolución.
TÉCNICA
1. Colocar en un mortero trozos de hojas de espinacas lavadas, quitando las nerviaciones más gruesas, junto con 10 o 15 cc de éter etílico.
2. Triturar sin golpear hasta que el líquido adquiera una coloración verde intensa (utilizar campana de gases a lo largo de toda la práctica).
3. Filtrar en un embudo con papel de filtro y recoger en un tubo de ensayo (es suficiente con 2 o 3 cc. de solución de pigmentos).
4. Colocar en la tapadera de una caja de Petri metanol absoluto hasta una altura de 0,5 a 1 cm.
5. Cortar una tira de papel de filtro de unos 8 cms. de anchura y unos 10 a 15 cms. de altura.
6. Poner con el capilar en el papel de cromatografía entre 5 y 10 gotas de solución de pigmentos, espaciadas en el tiempo con el fin de que vaya secándose el éter etílico y aumente la cantidad de pigmentos. Las gotas se pondrán siempre en el mismo punto (se puede marcar con un lápiz), situado a nos 2 cm por encima del borde inferior del papel.
7. Doblar el papel cromatográfico a lo largo y colocarlo en la placa de petri con la mancha de pigmento a 1 cm. de la superficie del eluyente. Podemos sustituir la placa de petri por un vaso de precipitados y fijar el papel cromatográfico con una pinza a un soporte horizontal colocado en el borde del vaso (por ejemplo, una varilla de vidrio).
8. Esperar unos 30 minutos y observar.
CUESTIONES Y RESULTADOS
1. La solubilidad en alcohol de los pigmentos es, de mayor a menor: carotenos, clorofila a, clorofila b y xantofila. Indicar qué pigmento corresponde a cada banda.
2. ¿Por qué empleamos éter etílico para extraer la clorofila?
3. ¿Qué pigmentos son los más abundantes?
4. Por encima de las clorofilas aparece más de una banda, ¿qué significado tiene?
Práctica en formato Word 2003: pigmentos.zip (24Kb)


Reconocimiento de lípidos
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MATERIALES
• Tubos de ensayo
• Gradilla
• Varillas de vidrio
• Mechero
• Vasos de precipitados
• Pipetas • Solución de NaOH al 20%
• Solución de Sudán III
• Tinta china roja
• Eter, cloroformo o acetona
• Aceite de oliva
1. SAPONIFICACIÓN
FUNDAMENTO
Las grasas reaccionan en caliente con el hidróxido sódico o potásico descomponiéndose en los dos elementos que las integran: glicerina y ácidos grasos. Éstos se combinan con los iones sodio o potasio del hidróxido para dar jabones, que son en consecuencia las sales sódicas o potásicas de los ácidos grasos. En los seres vivos, la hidrólisis de los triglicéridos se realiza mediante la acción de enzimas específicos (lipasas) que dan lugar a la formación de ácidos grasos y glicerina.
TÉCNICA
. Colocar en un tubo de ensayo 2ml de aceite y 2ml de NaOH al 20%.
. Agitar enérgicamente y colocar el tubo al baño María de 20 a 30 minutos.
. Pasado este tiempo, se pueden observar en el tubo 3 fases: una inferior clara que contiene la solución de sosa sobrante junto con la glicerina formada, otra intermedia semisólida que es el jabón formado y una superior lipídica de aceite inalterado.

2. TINCIÓN
FUNDAMENTO
Los lípidos se colorean selectivamente de rojo-anaranjado con el colorante Sudán III.
TÉCNICA
1. Disponer en una gradilla 2 tubos de ensayo colocando en ambos 2ml de aceite.
2. Añadir a uno de los tubos 4-5 gotas de solución alcohólica de Sudán III.
3. Al otro tubo añadir 4-5 gotas de tinta roja.
4. Agitar ambos tubos y dejar reposar.
5. Observar los resultados: en el tubo con Sudán III todo el aceite tiene que aparecer teñido, mientras que en el tubo con tinta, ésta se irá al fondo y el aceite no estará teñido.
3. SOLUBILIDAD
FUNDAMENTO
Los lípidos son insolubles en agua. Cuando se agitan fuertemente en ella se dividen en pequeñísimas gotas formando una emulsión de aspecto lechoso, que es transitoria, pues desaparece en reposo por reagrupación de las gotitas de grasa en una capa que, por su menor densidad, se sitúa sobre el agua.
Por el contrario, las grasas son solubles en disolventes orgánicos, como el éter, cloroformo, acetona, benceno, etc.
TÉCNICA
1. Poner 2ml de aceite en dos tubos de ensayo.
2. Añadir a uno de ellos 2ml de agua y al otro 2ml de éter u otro disolvente orgánico,
3. Agitar fuertemente ambos tubos y dejar reposar.
4. Observar los resultados: Se verá cómo el aceite se ha disuelto en el éter y, en cambio no lo hace en el agua y el aceite subirá debido a su menor densidad.
CUESTIONES
1. ¿Qué son los jabones?
2. ¿Cómo se pueden obtener los jabones?
3. ¿Por qué en la saponificación la glicerina aparece en la fase acuosa?
4. ¿Qué enzima logra en el aparato digestivo la hidrólisis de las grasas?
5. Indica lo que ocurre con la mezcla aceite-Sudán III y aceite-tinta y explica a qué se debe la diferencia entre ambos resultados.
6. ¿Qué ocurre con la emulsión de agua en aceite transcurridos unos minutos de reposo?¿Y con la de benceno y aceite?¿A qué se deben las diferencias observadas entre ambas emulsiones?
Observación de bacterias
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OBJETIVOS
1. Realizar una tinción simple de bacterias procedentes de distintas muestras naturales.
2. Realizar dos tipos de fijaciones bacterianas y saber en qué casos se recomienda una u otra.
3. Observar la morfología bacteriana y aprender a distinguir los distintos tipos de agrupaciones que existen.
4. Practicar con el microscopio al máximo aumento y con el correcto empleo del aceite de inmersión.
MATERIAL
• Mechero Bunsen o de alcohol
• Asa de siembra o aguja enmangada
• Pinzas
• Portaobjetos
• Muestras bacterianas de origen natural: yogur, vinagre, sarro dental, suelo, etc. • Colorantes para tinción:
a) Solución de cristal violeta al 1%
b) Solución de safranina al 0,5%
c) Azul de metileno al 1%
• Microscopio y aceite de inmersión

BACTERIAS DEL YOGUR
El yogur es un producto lácteo producido por la fermentación natural de la leche. A escala industrial se realiza la fermentación añadiendo a la leche dosis del 3-4% de una asociación de dos cepas bacterianas: el Streptococcus termophilus, poco productor de ácido, pero muy aromático, y el Lactobacillus bulgaricus, muy acidificante. En esta preparación se podrán, por tanto, observar dos morfologías bacterianas distintas (cocos y bacilos) y un tipo de agrupación (estreptococos, cocos en cadenas arrosariadas). Además, el tamaño del lactobacilo (unos 30µm de longitud) facilita la observación aunque no se tenga mucha práctica con el enfoque del microscopio.
1. Realizar el frotis disolviendo una mínima porción de yogur en una pequeña gota de agua.
2. Fijar con metanol para eliminar parte de la grasa.
3. Teñir con un colorante cualquiera de los arriba indicados durante 1-2 minutos.
4. Observar al máximo aumento del microscopio.
BACTERIAS DEL VINAGRE
El vinagre es una solución acuosa rica en ácido acético resultante de la fermentación espontánea del vino o de bebidas alcohólicas de baja graduación. La acetificación del vino es producida por bacterias aeróbicas del ácido acético, principalmente Acetobacter aceti, aunque también Gluconobacter. Se trata de bacilos rectos con flagelos polares.
1. Tomar con una aguja enmangada una pequeña porción de madre de vinagre natural o de la telilla que se forma sobre la superficie de los vinos agriado.
2. Extender la muestra en el portaobjetos con una gota de agua y hacer el frotis.
3. Dejar secar y fijar con calor.
4. Teñir 2-3 minutos, lavar el exceso de colorante y secar.
BACTERIAS DEL SARRO DENTAL
El sarro dental es un depósito consistente y adherente localizado sobre el esmalte de los dientes. Está constituido principalmente por restos proteicos, sales minerales y bacterias junto con sus productos metabólicos. La flora bacteriana de la cavidad bucal es muy variable dependiendo de las condiciones que se den en el momento de hacer la preparación, pero suelen abundar bacterias saprófitas, pudiéndose observar gran variedad de morfologías: espiroquetas, cocobacilos, diplococos y bacilos.
1. Con una aguja enmangada tomar una pequeña porción de sarro dental y disolverla en una gota de agua sobre el portaobjetos.
2. Dejar secar y fijar con calor.
3. Teñir 2-3 minutos, lavar el exceso de colorante y secar.
BACTERIAS DEL SUELO
La variedad de bacterias que pueden aparecer en una muestra de suelo es prácticamente infinita, muchas de ellas no cultivables en los laboratorios y algunas, incluso, desconocidas para los microbiólogos. Para recoger la muestra y hacer el frotis basta con dejar parcialmente enterrado en vertical un portaobjetos en la tierra de una maceta o de un jardín. Después de varios días, las bacterias se habrán adherido al vidrio y sólo habrá que fijarlas por calor y teñirlas con un colorante cualquiera. Previamente hay que limpiar los bordes del portaobjetos, así como la parte que no se va a teñir.

Gemación de levaduras
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MATERIAL
• Microscopio
• Portaobjetos
• Cubreobjetos
• Levadura • Agua azucarada
• Aguja enmangada
• Lactofenol-safranina

TÉCNICA
1. Disolver con ayuda de una aguja enmangada un poco de levadura sobre un porta que contenga 2 o 3 gotas de agua ligeramente azucarada.
2. Colocar el cubreobjetos y observar al microscopio.
3. Repetir los pasos anteriores mezclando sobre el portaobjetos la suspensión acuosa de la levadura con una gota de lactofenol-safranina. Con este procedimiento se consigue una doble finalidad:
o Ver mejor las células de las levaduras, teñidas por la safranina.
o Retrasar un poco el desprendimiento de las células hijas gracias a la acción desfavorable del fenol para la vida normal de las levaduras.
RESULTADOS
Las siguientes fotos han sido obtenidas a partir de preparaciones teñidas con azul de metileno y no con lactofenol-safranina.

Mitosis en células de raíz de cebolla
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MATERIALES
• Microscopio
• Portaobjetos
• Cubreobjetos
• Lanceta estéril
• Cubeta de tinción
• Aguja enmangada
• Pinzas
• Palillos • Frasco lavador
• Mechero de alcohol
• Tijeras
• Papel de filtro
• Vaso de precipitados
• Vidrio de reloj
• Orceína A
• Orceína B
TÉCNICA
1. Llenar un vaso de precipitados con agua y colocar un bulbo de cebolla sujeto con dos o tres palillos de manera que la parte inferior quede inmersa en el agua. Al cabo de 3-4 días aparecerán numerosas raicillas en crecimiento de unos 3 o 4 cm de longitud.
2. Cortar con las tijeras unos 2-3 mm del extremos de las raicillas y depositarlo en un vidrio de reloj en el que se han vertido 2-3 ml de orceína A.
3. Calentar suavemente el vidrio de reloj a la llama del mechero durante unos 8 minutos, evitando la ebullición, hasta la emisión de vapores tenues.
4. Con las pinzas tomar uno de los ápices o extremos de las raicillas y colocarla sobre un portaobjetos, añadir una gota de orceína B y dejar actuar durante 1 minuto.
5. Colocar el cubreobjetos con mucho cuidado sobre la raíz. Con el mango de una aguja enmangada dar unos golpecitos sobre el cubre sin romperlo de modo que la raíz quede extendida.
6. Sobre la preparación colocar unas tiras de papel de filtro, 5 o 6. Poner el dedo pulgar sobre el papel de filtro en la zona del cubreobjetos y hacer una suave presión, evitando que el cubre resbale. Si la preparación está bien asentada no hay peligro de rotura por mucha presión que se realice.
7. Observar al microscopio.
OBSERVACIÓN MICROSCÓPICA (foto x150 / x600)
Se realizará a fuertes aumentos. La orceína A reblandece las membranas celulares y la B completa el proceso de tinción. Con la presión sobre el porta de la preparación se logra una extensión y difusión de las células del meristemo de la cebolla.
La preparación presenta el aspecto de una dispersión de células por todo el campo que abarca el microscopio. Se observan células en diversas fases o estados de división celular. Se ven los cromosomas teñidos de morado por la orceína. El aspecto reticulado así como el mayor tamaño de algunos núcleos corresponde a las células que se encontraban en los procesos iniciales de la división mitótica. Ver secuencia completa

Los virus y otras formas acelulares

Etimológicamente virus significa "veneno" dado que, por su debido tamaño, los virus atraviesan los filtros que se utilizaban para eliminar las bacterias de los cultivos celulares, por lo que se creyó que eran algún tipo de sustancia química. Ahora sabemos, sin embargo, que se trata de grandes complejos moleculares constituidos por materiales biológicos, concretamente por proteínas y ácidos nucleicos.



A pesar de su naturaleza química y de que poseen información genética propia, los virus no se consideran seres vivos como tal, sino que se encuentran en la frontera entre lo vivo y lo inerte. Aunque existen discrepncias en la comunidad científica respecto a estas consideraciones. . Los virus no poseen todos los compuestos propios de los organismos, no presentan estructura celular (son mucho más pequeños que las células de menor tamaño) y no son capaces de realizar de forma autónoma las funciones vitales: aunque es cierto que son capaces de replicarse, para hacerlo necesitan, en todo caso, utilizar los sistemas enzimáticos propios de la célula que infectan.



Por esta razón, desde el punto de vista biológico los virus se consideran sistemas agentes patógenos con carácter de parásitos intracelulares obligados. En su ciclo "vital" se distinguen, en todo caso, dos fases: una inactiva, extracelular, y otra activa, que se desarrolla cuando el virus penetra en el interior de la célula, infectándola.

Composición y estructura de los virus

Todos los virus están compuestos, al menos, por proteínas y un tipo de ácido nucleico, que puede ser ARN o ADN, pero nunca ambos simultáneamente. Además algunos tipos de virus, en particular algunos de los que infectan células animales, presentan también una estructura membranosa formada por la bicapa lipídica característica. En este caso, la envuelta del virus procede siempre de la célula que había sido invadida por el virus.

En cuanto a su estructura, el ácido nucleico se encuentra siempre en el interior de la partícula vírica (denominada virión), rodeado por una estructura proteica llamada cápside, que siempre está formada por varias unidades de proteína (capsómeros) que pueden ser iguales o distintas entre sí. El conjunto formado por la cápside y el ácido nuclecio, que recibe el nombre de nucleocápside, posee siempre algún tipo de simetría.

Los virus helicoidales, como el del mosaico del tabaco, son estructuras alargadas, con el ácido nucleico dispuesto en el centro del cilindro. La cápside está formada, en general, por capsómeros iguales, que se disponen formando una hélice alrededor del material genético.






Los virus icosaédricos presentan una cápside con la forma de este poliedro, formado por veinte triángulos equiláteros. Los capsómeros pueden ser iguales entre sí o de diferentes tipos. La imagen muestra el virus de inmunodeficiencia humana (VIH), causante del SIDA.

Por último, los virus de simetría compleja pueden incluir algunos elementos con simetría icosaédrica, pero además presentan otros elementos con otro tipo de simetría. Los fagos (virus que infectan bacterias) de la serie T-par se incluyen en este grupo.







Clasificación de los virus

En primer lugar, cabe diferenciar a los virus según el tipo de organismo que atacan; así se distinguen los virus que infectan bacterias, llamados bacteriófagos (o simplemente fagos), los que atacan a vegetales y los que infectan células animales.

Otro sistema de clasificación los diferencia según la naturaleza del material genético que poseen. Así se distinguen los siguientes grupos:

1. Virus con ADN bicatenario: La célula lee esta molécula igual que su propio ADN

2. Virus con ADN monocatenario: el primer proceso que ocurre tras la entrada en la célula es la replicación de esta cadena. La nueva hebra es la que servirá como molde para la síntesis de ARNm.

3. Virus con ARN bicatenario: No necesitan que su información se copie a ADN. La replicación ocurre gracias a una ARN polimerasa vírica, y la síntesis de ARNm se produce a partir de una de las cadenas.

4. Virus con ARN monocatenario positivo: La cadena sirve de molde para la síntesis de proteínas (es ARN mensajero). La replicación del genoma necesita que se produzca una cadena de ARN negativo que sirve de molde para la cadena positiva.

5. Virus con ARN monocatenario negativo: Necesitan sintetizar la cadena complementaria (positiva) tanto para producir proteínas como para replicar su genoma.

6. Virus con ARN monocatenario retrotranscrito: El ARN se copia a ADN mediante una enzima vírica llamada transcriptasa inversa. Este ADN es leido por la célula como si fuera el suyo propio.
7. Virus con ADN bicatenario retrotranscrito: El material genético que se introduce en el virión es ARN mensajero. Una vez en el interior de la cápside se retrotranscribe formando ADN bicatenario, que es el material que nfectará a otras células.


Ciclos de vida de los virus

Todos los virus que infectan células bacterianas atraviesan por varias etapas comunes durante su ciclo vital pero, una vez que han accedido al interior de la célula pueden seguir procesos vitales de dos tipos: los fagos líticos provocan la muerte de la célula tras un periodo corto de tiempo, mientras que los lisogénicos o atemperados pueden pasar largos periodos de tiempo en un estado de "latencia", terminando su ciclo vital solo si son activados por un inductor.

Fases comunes del ciclo vital de los fagos

* Adsorción: se trata del proceso de unión del virus a la superficie de la



célula, que se produce mediante el reconocimiento, por parte del virus, de proteínas específicas de la superficie celular que actúan como receptores. En condiciones normales estas proteínas desempeñan funciones necesarias para la vida del organismo infectado, y los virus las aprovechan como mecanismo de entrada. En el caso de los virus vegetales es habitual que la penetración no se produzca mediante adsorción, sino a través de heridas o como consecuencia de la actividad de animales que actúan como vectores, en general insectos.

* Penetración: se trata del proceso mediante el cual el virus introduce su material genético dentro de la célula hospedadora.



Existen diferentes mecanismos, que dependen tanto de la estructura del virus como de la forma en que éste se relaciona con el organismo hospedador. En el caso de los fagos es frecuente que la penetración se produzca mediante la inyección del material genético, especialmente en el caso de virus complejos como los fagos T pares, una parte de cuya cápside actúa como sistema de introducción. En otros casos, la célula absorbe al virus mediante un proceso de endocitosis o, si el virus posee una cubierta lipídica, es habitual que ésta se fusione con la membrana de la célula.

En este punto el virus puede seguir dos caminos diferentes: los virus líticos producen una infección rápida, mientras que los lisogénicos o atemperados pasan un tiempo indeterminado en estado latente dentro de la célula.

Virus líticos

* Replicación y síntesis de los componentes víricos: una vez liberado el material genético vírico, éste "toma el control" de la maquinaria celular, que se ocupa de replicar el genoma del virus.



El material genético viral se multiplica bien en el citoplasma (fagos y virus ARN), bien en el núcleo de la célula (virus ADN animales y vegetales). Simultáneamente se produce la traducción del ARN vírico, lo que da lugar a la presencia en el interior de la célula de miles de copias, tanto del genoma viral como de los capsómeros y del resto de las proteínas del virus.

* Maduración: los capsómeros se ensamblan para formar cápsides completas, que encierran en su interior copias del material genético vírico.


* Liberación: las partículas víricas ensambladas abandonan la célula. Esta salida puede tener lugar de modo progresivo, mediante gemación (especialmente en el caso de virus con envuelta lipídica) o bien mediante rotura violenta de la célula hospedadora (lisis).




Virus lisogénicos

* Formación del profago: en el caso de los virus lisogénicos, el material genético del virus se introduce dentro del genoma del hospedador.



En este estado el virus recibe el nombre de profago. Durante la fase de profago la bacteria sigue un ciclo biológico normal. Este periodo tiene una duración indeterminada y, en general, solo acaba cuando un agente externo altera la lectura del material genético bacteriano.


* Inducción: El estado latente del virus está favorecido por la presencia de una proteína represora, que impide la expresión de su genoma.



Cuando las bacterias infectadas por un virus atemperado sufren condiciones adversas (desecación, exposición a radiaciones) reaccionan produciendo proteasas, que también eliminan el represor vírico, lo que permite que su genoma se exprese.

Después de la inducción el virus lleva a cabo procesos idénticos a los que tienen lugar durante la infección lítica: replica su material genético rápidamente, sintetiza sus proteínas, se ensambla y abandona la célula hospedadora.

Todos los fagos tienen capacidad para seguir ciclos líticos, mientras que solo algunos de ellos pueden seguir ciclos de vida lisogénicos. Esto significa que los fagos atemperados, al llegar a una bacteria, pueden iniciar un tipo de ciclo o el otro. El resultado depende, por una parte, de las características de la bacteria infectada (concretamente de la concentración de proteasas que hay en ella), y por otra de la presencia de ciertas proteínas víricas.

Ciclo de vida de los retrovirus

La mayoría de los virus ARN son capaces, gracias a algunas de sus proteínas, de copiar replicar directamente esta molécula, dando lugar a un ARN complementario. Sin embargo, los retrovirus consiguen multiplicar su material genético siguiendo una estrategia diferente: una de las enzimas que poseen, la transcriptasa inversa, es capaz de sintetizar una cadena de ADN utilizando como molde una molécula de ARN. Gracias a este proceso, llamado retrotranscripción, estos virus consiguen formar una cadena de ADN doble que, con ayuda de una proteína llamada integrasa, se inserta dentro del genoma de la célula hospedadora. El virus puede permanecer en estado latente durante un tiempo indefinido, pero en un momento dado puede activarse y seguir su ciclo vital, que incluye la transcripción, para formar el material genético que se encapsula en la cápside, y la síntesis de sus proteínas


Un ejemplo típico de retrovirus es el virus de inmunodeficiencia humana, VIH, causante del SIDA. Se trata de un virus con envuelta lipídica que rodea a dos cápsides proteicas. La envuelta presenta en su superficie proteínas capaces de unirse específicamente a receptores de linfocitos T4, células que forman parte del sistema inmunitario, razón por la cual este virus solo afecta a ese tipo celular, debilitando el sistema defensivo del organismo.

Una vez producida la infección, el virus libera su material genético, ARN monocatenario. La transcriptasa inversa lo copia para formar, en primer lugar, una molécula de ADN monocatenario. Esta misma proteína se encarga de replicar esta cadena. La integrasa inserta el genoma vírico en un punto aleatorio del genoma celular.

Cuando el virus se activa sus proteínas se sintetizan en dos fases: en primer lugar, las que se integran en la membrana de la célula, que luego constituirá la envuelta externa del virus, y en segundo lugar las que forman la cápside. Estas se sintetizan como una sola cadena proteica inactiva, y se encapsulan de esta forma dentro de "burbujas" de membrana. Solo después de que estas burbujas se liberen, por gemación, de la célula hospedadora una proteasa las romperá en fragmentos activos, permitiendo la formación de las cápsides proteicas.

Virus animales y vegetales

Los virus son siempre agentes patógenos: producen enfermedades en las células que infectan: en ocasiones dan lugar a la muerte celular a corto plazo, mientras que en otros casos se producen cambios en la célula que se mantienen durante periodos largos de tiempo, mientras los virus se liberan lenta y progresivamente por gemación. En otros casos, incluso, la infección puede permanecer en estado latente, manifestándose solo ante ciertos estímulos.

Se han identificado virus que tienen capacidad de provocar la transformación de células normales en células cancerosas, especialmente virus de ADN bicatenario y retrovirus.

Los daños que los virus provocan en las plantas se manifiestan en forma de mosaicos (manchas de color amarillento, verde claro o pardo distribuidas en la hoja), moteados, anillos necróticos o alteraciones en el desarrollo o en la formación de brotes.

Otras formas acelulares

Existen agentes patógenos que son aún más pequeños que los virus; se trata de los viroides y de los priones.

Los viroides

son moléculas de ARN monocatenario cerrado, que forman una estructura no asociada a proteínas con forma de varilla. Provocan enfermedades en plantas, y son considerados por algunos autores virus primitivos, derivados de intrones. Se sabe que no llegan a codificar la síntesis de proteínas, suponiéndose que su efecto se debe a la interacción con el genoma de la célula vegetal, o con sus sistemas de control de la información genética.

Los priones

son proteínas con capacidad infectiva: se transmiten de un organismo a otro y pueden provocar enfermedades en el organismo infectado, debido a su actividad biológica: los priones son formas anómalas de proteínas funcionales. La modificación en su estructura terciaria (que tiene carácter post-traduccional, es decir, que se debe a cambios que ocurren después de la síntesis) hace que pierdan su actividad original, adquiriendo otra. Curiosamente, su nueva actividad consiste, precisamente, en modificar la estructura terciaria de la forma funcional de esa misma proteína.



Los priones producen enfermedades degenerativas tanto en diversos animales como en el hombre.

Evolución y origen de los virus

La extrema sencillez de los virus ha llevado a los biólogos a proponer dos posibles hipótesis explicativas de su origen evolutivo: una de ellas considera que se trata de organismos muy primitivos, "precelulares", muy relacionados con los primeros seres vivos. Esta teoría plantea el serio problema de la insuficiencia metabólica de los virus, que no podrían siquiera conseguir los elementos necesarios para su replicación. La segunda hipótesis, más extendida en la actualidad, sugiere que los virus habrían evolucionado a partir de células o de elementos genéticos de las mismas

BIOTECNOLOGIA

Conceptos

Biotecnología
Ingeniería genética
Tecnología del ADN recombinante
Enzimas de restricción
ADN recombinante
Vector de clonación
Genes marcadores
Célula hospedadora
Organismos transgénicos
Clonación
Reacción en cadena de la polimerasa
Genoma humano

Repercusiones sociales y valoraciones éticas de la biotecnología


Ver apuntes.

El genoma humano

Genoma humano. El proyecto Genoma Humano (iniciado en 1990) trata de localizar cada gen en los cromosomas (mapa genético humano) y determinar su secuencia de nucleótidos y su función. Se ha comprobado que:

El genoma humano contiene en los 23 pares de cromosomas humanos, menos de 30.000 genes (1) y 3.000 millones de pares de bases. La mayor parte es “ADN basura”(2) que no se expresa en proteínas.

El genoma humano es prácticamente idéntico en todas las razas.

No existen muchas diferencias entre los genomas de organismos diferentes.


Aplicaciones
Determinar si la descendencia de una pareja puede sufrir alguna enfermedad genética. Se conocen unas 5000 enfermedades hereditarias.
Terapia génica (introducir un gen normal en células en las que dicho gen es defectuoso).
Mejorar el conocimiento del cáncer y de la evolución de nuestra especie.

(1) Contamos sólo con el doble de genes que la mosca de la fruta, el mismo número de genes que un chimpancé y pocos más que un ratón.
(2) Secuencias repetitivas que se han ido incorporando a lo largo de la evolución.

Clonación es la formación de copias idénticas de un gen, una célula o un organismo.

CLONACIÓN DE GENES

Es la obtención de un gran número de copias de un gen(1). Para ello, se introduce el gen que se desea clonar, mediante un vector de clonación –plásmido-, en una célula hospedadora (una bacteria, por ejemplo) que, al reproducirse, aumenta el número de copias de ese gen. ETAPAS:

1. Obtención, mediante enzimas de restricción, de fragmentos de ADN con el gen que se quiere clonar.
2. Unión a un vector de clonación: formación de ADN recombinante. Se corta el vector de clonación con la misma enzima de restricción que se utilizó para cortar el ADN que se quiere clonar, así se forman extremos cohesivos por los que se unen.
El vector de clonación, un plásmido o el genoma de un virus bacteriófago, es una pequeña molécula de ADN que transporta los genes que se quieren clonar, los introduce en la célula hospedadora (bacteria) y replica de forma autónoma para obtener múltiples copias. Características: se replica de forma independiente y posee genes marcadores (de resistencia a un antibiótico o de luminiscencia, por ejemplo) para identificar las bacterias que contienen el vector de clonaciónllevan el gen útil.

3. Introducción del ADN recombinante (vector de clonación) en la célula hospedadora(2) El ADN recombinante entra en las bacterias mediante transformación (si es un plásmido) o transducción (si se trata del genoma de un virus).
4. Multiplicación: En un medio de cultivo adecuado las bacterias se reproducen y heredan el plásmido con ADN recombinante, así se obtiene un clon de células con el gen de interés. Así se puede formar diferentes clones con genes de interés para el ser humano, cuyo conjunto se denomina biblioteca genómica.
5. Detección y selección de células hospedadoras recombinantes
Se añade al medio de cultivo el antibiótico para el que el vector confiere resistencia y sobreviven las bacterias transformadas con el plásmido recombinante.



(1) El gen que se desea clonar suele producir alguna proteína de interés -hormonas, vacunas, …-.
(2) Como células hospedadoras se suelen utilizar microorganismos de crecimiento rápido y muy estudiados genéticamente como alguna bacteria (E. Coli y Bacillus subtilis) y levadura (S. Cerevisiae). Las células hospedadoras se multiplican y originan el clon celular que lleva el gen concreto.





CLONACIÓN EN HUMANOS

La clonación natural ocurre en el caso de los gemelos monocigóticos.

La clonación artificial puede ser:

Clonación reproductiva: se utiliza para obtener individuos clónicos.

§ Partición de embriones tempranos o gemelación artificial.

§ Paraclonación: por transferencia de núcleos de células embrionarias o fetales a óvulos o cigotos enucleados. El “progenitor” de los clones es el embrión o feto.

§ Clonación verdadera (en sentido estricto): por transferencia de núcleos de células de individuos ya nacidos a óvulos o cigotos enucleados.

Clonación no reproductiva (terapéutica): Se realiza con fines de investigación o terapéuticos (reparación de tejidos u órganos dañados). A partir de células madres embrionarias[1] de un paciente se obtienen cultivos de tejidos u órganos, que se pueden trasplantar al paciente sin rechazo inmunológico ya que son genéticamente idénticos a él.

[1] Estas células madres embrionarias se obtienen de un embrión clonado que se ha creado mediante la transferencia del núcleo de una célula del paciente a un óvulo enucleado.

Clonación de genes

Organismos transgénicos

La transgénesis es la introducción de un gen extraño (transgén) en el genoma de un organismo, mediante las técnicas de ingeniería genética, que pasa a ser un organismo transgénico o modificado genéticamente (OMG).


ADN recombinante

El ADN recombinante es una molécula formada por la unión de fragmentos de ADN de origen diferente. Se obtiene cortando ambos ADN con la misma enzima de restricción, así se originan extremos cohesivos o pegajosos que se pueden unir entre sí aunque sean de especies diferentes.

Enzimas de restricción

Las enzimas de restricción son enzimas (endonucleasas bacterianas[1]) que cortan el ADN, en sitios determinados y en forma de escalón, originando fragmentos de ADN con extremos cohesivos o pegajosos[2].
Actúan como “tijeras moleculares” que se utilizan para obtener ADN recombinante, ya que permiten obtener fragmentos de ADN de especies distintas que se pueden unir entre sí.

[1] Las enzimas de restricción son enzimas producidas por bacterias como método de defensa contra virus ya que degradan el ADN extraño. Cortan el genoma de cualquier organismo en pequeños fragmentos llamados fragmentos de restricción. La colección de miles o millones de estos fragmentos se llama biblioteca génica.

[2] Los extremos cohesivos o pegajosos tienen una sola cadena y son complementarios.

Profesora Lourdes Luengo

12/05/07

Ingeniería genética

Es el conjunto de cnicas[1] que permiten manipular el material genético de un ser vivo: introducir, eliminar, modificar, secuenciar y clonar genes.
[1] Destacan la tecnología del ADN recombinante (permite aislar un gen de un organismo, unirlo a un vector para introducirlo en otro organismo diferente, una bacteria por ejemplo, para que sintetice las proteínas necesarias) y la reacción en cadena de la polimerasa PCR (aumenta el número de copias de un fragmento determinado de ADN).

B I O T E C N O L O G Í A

Es el conjunto de técnicas que utilizan organismos (o sus componentes) y procesos biológicos para crear o modificar productos, para “mejorar” plantas o animales, o para desarrollar microorganismos con un fin determinado.
Aplicaciones de la biotecnología:
Industria
: desarrollo de microorganismos transgénicos para la producción de fármacos, nuevas vacunas, antibióticos y sustancias químicas útiles (insulina, hormona del crecimiento, ...).
Agricultura y ganadería
: lucha contra plagas, desarrollo de plantas y animales transgénicos, …
Medicina
: mejora de las técnicas de diagnóstico, terapia génica, reparación de tejidos y órganos dañados a partir de cultivos de células madre.
Medio ambiente
: biorremediación o desarrollo de microorganismos para la eliminación de contaminantes (mareas negras, metales pesados) y el tratamiento de residuos.