enseñanza de las ciencias: Mitosis y meiosis
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Alien Attack
Hace 2 años
BIOTECNOLOGIA
Conceptos
BiotecnologíaIngeniería 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
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.
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.
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 técnicas[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).
[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.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.
Videoteca
>>>>> Técnica casera de obtención de ADN (Youtube)
>>>>> Células madre1 (Youtube)
>>>>> Células madre 2 (Youtube)
>>>>> Células madre 3 (Youtube)
>>>>> Obtención de células madre (Youtube)
>>>>> Clonación en animales (Youtube)
>>>>> Microarrays (Youtube)
>>>>> Plásmidos como vectores (Youtube)
>>>>> Creación de bibliotecas de genes (Youtube)
Actividades
ACTIVIDADES DE BIOQUÍMICA
El programa Averroes de la Junta de Andalucía nos ofrece actividades con distinto grado de dificultad con las que poder repasar la materia que hemos visto en el aula.
Replicación ADN
martes 24 de noviembre de 2009
EXPERIMENTO MESELSON Y STHAL
Aquí os dejo dos magníficos enlaces en los que se explica de forma animada el experimento realizado por Meselson y Sthal para comprobar la hipótesis semiconservativa en la duplicación del ADN.
La primera pertenece a Mcgraw-Hill Companies,Inc.
Cliquea sobre la imagen.
La primera pertenece a Mcgraw-Hill Companies,Inc.
Cliquea sobre la imagen.
Síntesis proteica
Regulación de la expresión génica
REGULACION DE LA EXPRESION GENICA
¿Cómo se regula la expresión de los genes?
Los genes deben ser regulados ya que no es necesario que se expresen (Transcriban y Traduzcan) todo el tiempo sino cuando es necesario.
Regulación en procariotas
Entre los organismos procariotas como las bacterias cuyo genoma es muy pequeño los genes se organizan en forma de operones como se describió en la historia de la genética. Es decir que varios genes involucrados en la misma ruta metabólica se transcriben juntos y sn controlados por el mismo promotor y la regulación del mismo.
El operón con el que se ejemplifica esto es el Operón lactosa que posee dos tipos de control de su expresión. El control negativo y positivo.
Un esquema del operón lactosa se muestra en la siguiente imágen
El control negativo se debe a que la proteina que regula al promotor impidiendo la transcripción es una proteína represora.
En el caso del control positivo es una proteína reguladora positiva la que controla al sistema. Es una proteína que se une al AMPc que aumenta ante la baja de glucosa en el medio y aumenta la tasa de transcripción
Algunos videos muestran el operón lactosa en forma animada
Regulación en Eucariotas
En este caso la regulación de los genes es mucho más compleja y depende de varios eventos:
- Regulación dada por las secuencias del ADN: En este caso el ADN posee muchas secuencias regulatorias o elementos de respuesta o secuencias internas de un promotor, algunas dentro del mismo promotor de un gen que son reconocidas por los factores de transcripción y por proteínas reguladoras aumentando la tasa de transcripción. En otros casos existen además los Aumentadores o Enhancers que cuando son reconocidos por una proteína reguladora aumentan aún más la tasa de transcripcióny no necesariamente están corriente arriba del gen sino que pueden localizarse dowstream o dentro del mismo gen. Asimismo existen silenciadores o silencers que cuando son reconocidos por una proteína específica bajan la tasa de trasncripción de un gen.
- En otros casos la misma estructura que adopta el ADN regula la expresión: El DNA puede adoptar la estructura clásica descripta por Watson y Crick (DNA tipo B) que es el que es activo a nivel de la transcripción. Esto es debido a que las proteínas reguladoras se unen a los surcos mayores del ADN. El ADN tipo B tiene surcos mayores y menores. En cambio el ADN tipo Z por su eje en forma de Zig zag no tiene ni surcos mayores ni menores por lo tanto las proteinas reguladoras no pueden unirse y por lo tanto aquellas regiones de ADN que adopten topologíaZ no serán transcriptas.
- La organización de la cromatina juega otro papel sumamente importante a nivel de la regulación: Comenzando por el hecho que la fibra de 30 nm o solenoide no es contínua sino que poseen regiones libres de nucleosomas que se denomina elementos reguladores del Locus y que dejan acceso a las proteínas reguladoras a las secuencias específicas para que puedan unirse y estimular la transcripción de un determinado gen en un determinado tejido. Estos patrones de la cromatina son propios de cada tejido dependiendo de que genes se requieren activos.A su vez hay cambios de las histonas que favorecen o frenas la expresión facilitando su afinidad con el ADN o reduciendola y de esta manera favoreciendo la transcripción y/o delimitándola.
- Por otra parte para evitar que las regiones de ADN menos condensadas en las células (fibra de 30 nm) continúen empaquetándose y terminen convertidas en heterocromatina impidiendo que ningún gen se exprese, existen unos elementos denominados Delimitadores o Insulators que impedirán como si fueran paredes que avance la heterocromatinización hacia regiones que deben transcribirse.
Este es un ejemplo de como actúan los delimitadores en conjunto con los aumentadores o potenciadores de la expresión génica.
Finalmente tenemos otro tipo de regulación denominado IMPRINTING o sellado de una region de ADN o de genes que modifica la herencia de los genes tal como la describió Mendel, ya que es el sellado o silenciamiento de una region gracias a la metilación del ADN que es propia de si el cromosoma es de orígen materno o paterno. Por eso se dice que estos genes tienen expresión materna (cuando el gen sellado es el paterno) o paterna si el gen sellado es el materno es decir el que heredamos de nuestra madre. A su vez este tipo de sellado se vuelve a heredar a los hijos para que el gen continúe teniendo un sello materno o paterno. Muchos genes involucrados en el desarrollo embrionario tienen este tipo de sellado, asi como algunos involucrados en ciertas patologías como el cáncer.
Un ejemplo en la forma de la herencia se muestra en la siguiente imágen
Estrategias de enseñanza
El uso de la imaginación a través de las imágenes de la mente
Enseñar Biología Celular y Molecular es un desafío a la hora de buscar que nuestros alumnos realicen aprendizajes significativos, esto es en palabras de Ausubel, que puedan establecer conexiones lógicas en las redes de conceptos que tienen en sus mentes.Una estrategia interesante para lograr este objetivo, se basa en el uso de la imaginación: ¿Cómo nos imaginamos nosotros aquello que no podemos ver pero que nos explican? ya sean docentes o textos.
Vamos a ejemplificar de qué manera aplicamos esta estrategia con alumnos de Biología Celular y Molecular del profesorado en Ciencias Biológicas, para comprender un contenido difícil, como son las especulaciones que los científicos han hecho y hacen acerca del posible origen bioquímico de la vida.
¿Por qué considerar difícil este tema? Por varias razones:
1º Se trata de imaginar procesos químicos y físicos que en un principio, tuvieron como consecuencia el surgimiento de un orden, de una organización muy particular que es la característica de los seres vivos. Para esto es necesario tener presente algo sobre la entropía y la energía suelta en el Universo.
2º La capacidad de autoduplicación que tuvieron que adquirir en algún momento de su desarrollo las moléculas tales como ácidos nucleicos y proteínas.
3º Los sucesivos cambios, mutaciones, selección natural a los que estuvieron sometidos los primeros polímeros y luego las protocélulas.
La estrategia utilizada en clase fue la siguiente:
1º Lectura, comentario, análisis y selección de las ideas principales del siguiente texto:
2º Explicitación de las ideas principales de acuerdo a lo analizado por el grupo clase. En este caso se enumeraron las siguientes:
a.- Los seres vivos tienen la capacidad de autoduplicarse, por lo tanto, las primeras moléculas que dieron origen a las protocélulas debían tener esa capacidad.
b.- Las condiciones atmosféricas eran favorables a la síntesis química porque se trataba de un ambiente reductor por la presencia de hidrógeno. La ausencia de oxígeno actuó como un aspecto positivo pues eran escasas las reacciones de oxidación.
c.- Para el desarrollo de los polímeros fue necesaria la concentración de monómeros, esto pudo suceder a partir de la presencia de ambientes especiales, como son las arcillas o determinados minerales.
3º Se solicitó a los alumnos que "imaginaran" este proceso, tuvieran en cuenta las ideas principales enumeradas y lo plasmaran en una hoja, haciendo uso de dibujos o bien figuras que pudieran representar lo que ellos imaginaban.
Estos fueron los resultados:
El siguiente paso fue que cada grupo o alumno, expusiera y explicara a sus compañeros y docente el significado de las figuras escogidas y las relaciones entre ellas.
Luego de escuchar cada exposición, se indicó algunos aspectos que parecían poco claros o bien que podían indicar un error de comprensión. Al finalizar los alumnos compararon sus producciones y sacaron conclusiones sobre qué aspectos habían aparecido como elemento no mencionado en el texto pero conocido por ellos y presente como "ancla" en la cual sustentar la nueva información, y qué aspectos no habían tenido en cuenta.
Como última tarea se pidió que escribieran un comentario a modo de autoevaluación sobre qué elementos del texto no fueron incorporados y cuales sí estuvieron presentes. Tarea que resultó sumamente difícil, pues no es habitual que nos soliciten que evaluemos nuestras producciones y realicemos una crítica con el objetivo de superar los obstáculos que pudimos autodiagnosticarnos.
Para leer más sobre esta estrategia pueden consultar el libro "Una Didáctica de las Ciencias" Procesos y aplicaciones de C.Minnick Santa y D. Alvermann. Editorial Aique (1994). El último capítulo "Uso de la imaginación guiada para la enseñanza de conceptos científicos" de Barbara T. Walker y Paul T. Wilson, realiza un desarrollo y fundamentación de esta técnica.
La célula
Observar y describir células al microscopio
Observar células con un microscopio no es una tarea sencilla, ni tampoco accesible para todos. Las fotografías tomadas a través de un microscopio nos facilitan ese trabajo.
En el siguiente slide van a encontrar una serie de fotos, algunas acompañadas por los esquemas con las referencias.
Intenten reconocer esas estructuras señaladas en cada fotografía. Es un ejercicio interesante para aprender a "observar", "reconocer" las distintas partes de una célula o un tejido.
En el siguiente slide van a encontrar una serie de fotos, algunas acompañadas por los esquemas con las referencias.
Intenten reconocer esas estructuras señaladas en cada fotografía. Es un ejercicio interesante para aprender a "observar", "reconocer" las distintas partes de una célula o un tejido.
Acción de los antibióticos en cultivo de bacterias del suelo
Registro fotográfico del trabajo práctico.
Historia de las Ciencias. Las vacunas
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La historia de las ciencias es una estrategia importante para transmitir a nuestros alumnos una mirada contextualizada sobre el entorno del descubrimiento de los conocimientos en ciencias.
En este video podrán observar una línea histórica sobre cómo se llegó a la invención de las vacunas y el impacto que tuvieron en nuestra sociedad.
http://www.youtube.com/watch?v=00NPrklOXxY
La historia de las ciencias es una estrategia importante para transmitir a nuestros alumnos una mirada contextualizada sobre el entorno del descubrimiento de los conocimientos en ciencias.
En este video podrán observar una línea histórica sobre cómo se llegó a la invención de las vacunas y el impacto que tuvieron en nuestra sociedad.
http://www.youtube.com/watch?v=00NPrklOXxY
Reproducción en bacterias
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Detalle del cruzamiento de información entre ADN de Bacterias diferentes
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Proceso de Transformación y Transducción
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Esquemas extraídos de la página Web del Libro Vida, la Ciencia de la Biología.
Reproducción asexual
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Reproducción por conjugación
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Infección de un bacteriófago - ciclo lítico -
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Detalle del cruzamiento de información entre ADN de Bacterias diferentes
.Proceso de Transformación y Transducción
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.Esquemas extraídos de la página Web del Libro Vida, la Ciencia de la Biología.
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Colonias de Bacterias
Observación de las características de diferentes colonias de bacterias.
Criterios para describir las colonias observadas
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a. Forma:
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-Regular/irregular-Redondeada/difusa/estrellada/ramificada.
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b. Aspecto superficial:
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-Pulida (lisa y regular)
-Áspera (con pequeñas irregularidades)
-Con anillos concéntricos.
-Con radios en su interior.
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c. Color y transparencia
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d. Consistencia (se percibe como)
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-Mantecosa
-Fibrosa
-Viscosa
-Seca
-Quebradiza
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e. Elevación
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-Difusa
-Plana
-Elevada
-Conexa
-Umblicada
-Mamelonar
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f. Borde
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-Entero
-Ondulado
-Lobulado
-Erosionado
-Filamentosa
-Enrulada
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Bacterias: Estructura
.Las Bacterias son células procariotas, porque no tienen un núcleo organizado. Su organización es sencilla como pueden observar en el esquema.
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