LUZ EUGENIA RUIZ NAJERA
UNIDAD I INTRODUCCIÓN A LA
BIOLOGÍA MOLECULAR
El termino biología molecular fue utilizado
por primera vez en 1945 por William Astur para referirse al estudio de la
estructura química y física de las macromoléculas biológicas.
La
Biología Molecular 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
La Biología Molecular 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 Lewis, 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
la Biología Molecular ha sido tal que la ha
conducido hacia una importante interdisciplinaridad a través de la
interrelación con otras disciplinas tales como Biofísica, Genética,
Microbiología, Inmunología, Fisiología, Neuroquímica, Patología, Filosofía de
la Naturaleza, Matemáticas, Física
1.1 el desarrollo de la biología molecular.
1.1.1
El descubrimiento del principio transformante
El
DNA es el natural genético demostrando
hasta el día de hoy en procariontes
y eucarionte
Si
se fraccionan los componentes de una masa de células, se observa claramente que
la mayor parte del DNA aparece en la fracción nuclear y el resto en las
mitocondrias y cloroplastos.
El
descubrimiento de la trasformación
Griffith 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. Las células de la otra cepa (un tipo mutante) no
virulento que se reproduce en los ratones pero no es letal, carecen de esta
cápsula de polisacáridos, lo cual hace que las colonias tengan apariencia
rugosa; esta es la denominada estirpe R.
Griffith mato algunas células 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 (estirpe R) de un “principio
transformante” que se encontraba en las células muertas (Estirpe S). Ese
principio transformante tenia la característica de producir una cápsula de
polisacáridos (se expresaba) y producía además la muerte en ratones, en otras
palabras estaban confiriendo propiedades
hereditarias a la célula recipiente, ese principio transformante se sabría
después que eran moléculas de DNA.
experimentos
de avery y colaboradores (1944)
En 1944, Oswaldo Avery, C. MacLeod y M. McCarthy separaron los distintos tipos de moléculas que se encuentran en las células S muertas y estudiaron su capacidad de transformación por separado.
Descubrieron
que solo DNA, inducía la
transformación de las células R,
dedujeron que el DNA es el agente que determina la aparición del polisacárido
y, por tanto, del carácter patogénico.
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
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.se Usaron cada cultivo por
separado, para infectar E. coli Separaron las células
bacterianas de los fantasmas de los fagos, mediante centrifugación, y midieron
entonces la radioactividad en las dos fracciones
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.
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 de difracción de rayos X sobre la estructura de DNA.
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. Pero lo más importante es que había tantas
purinas como pirimidinas en todos los organismos. Las reglas de Chargaff
son:
1.
la
cantidad total de nucleótidos pirimidinicos (T + C) es siempre igual a al
cantidad total de nucleótidos púricos (A + G).
2.
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
En los primeros análisis de difracción de R-X realizados por Rosalyn Franklin se observaba que el DNA tenía un espaciado regular de 0,34 nm. Éste y otros indicios indicaban que debe tener algún tipo de estructura en hélice que se repite periódicamente, los datos sugerían que el DNA era largo y fino y que consta de dos partes separadas que corre una al lado de la otra a lo largo de la molécula, también demostraba que la molécula era helicoidal.
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.
La
solución a este enigma, el código genético, se halló en 1966 gracias a la
colaboración entre numerosos investigadores, entre ellos Marshall Núremberg. Se observó que la obtención de un poli
péptido 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) que forman la molécula de ARN, sintetizada de manera complementaria a
partir de la de ADN, se pueden formar 64 tripletes distintos (por ejemplo, UAC,
UGG y AUC, entre otros). Cada codón se atribuye a un aminoácido concreto de los
veinte posibles sin ninguna ambigüedad. Como hay menos aminoácidos que codones,
algunos de aquéllos quedan designados por varios de éstos. Así, los seis triple-tes UUA, UUG, CUU, CUC, CUA y CUG designan el aminoácido leucina y los
dos AGU y AGC la serina; en cambio, el triptófano queda designado por un solo
codón, UGG 1961 parecía claro que estos cordones no eran solapados El primer mensajero sintético obtenido,
Poli(U), se fabrico mezclando solo nucleótidos de U, produciendo asi
–UUUUUUUU-.
En
1961 Marshall Núremberg 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.
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. hacia 1966 con Severo Ochoa ya se había descifrado
los codones de los 20 aminoácidos.
1.1.4
El modelo del o perón
Es
una forma, donde se expresan
los genes en bacterias el
modelo operon
Unidad
coordinada de expresión
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 Wilkes, Rosalinda Franklin
el concepto de que la
biología obedecía a fenómenos físicos y químicos cuantificables; esto es, que
la biología no era meramente una disciplina descriptiva sino también
cuantitativa La biología molecular nace, asimismo, de la bioquímica. 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 enzima
El
inicio de la biología molecular en México
Como en todo el mundo, la biología molecular en México nació de la bioquímica. La Sociedad Mexicana de Bioquímica había sido fundada el primero de julio de 1957, por doce visionarios de la ciencia mexicano Previamente a este trabajo, Edwin Chargaff había realizado los estudios más completos sobre la composición bioquímica del DNA y Oswaldo T. Avery y colaboradores las primeras observaciones sobre la transformación En 1957, se estaban realizando los primeros estudios relativos a descifrar el código genético, por Marshall Núremberg, Severo Ochoa, y H.G. Khorana, y la estructura de los ribosomas y el RNA (ácido ribonucleico) ribosoma, mensajero, y de transferencia, por Masaya su Nomura, entre otros Por esto, no es de extrañar que varios grupos de investigación científica en México, empezaran a interesarse seriamente en la biología molecular sino hasta principios de la década de
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). En subsecuentes congresos nacionales de bioquímica, fue interesante interactuar con Gabriel Guarneros Peña, quien fue el pilar de la consolidación de la biología molecular en el Centro de Investigación y Estudios Avanzados 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 En esa época, en enero de 1979, los principios y métodos de la ingeniería genética eran del dominio de unos cuantos laboratorios muy especializados. En esa época, se usaban conceptos y procedimientos experimentales en situaciones de gran desventaja, como fue el estar alejado de los pocos expertos mundiales de la época y el contender con la deficiente provisión de reactivos y equipo.
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 Carmen Quinto Hernández, tras un
entrenamiento en biología molecular en San Francisco, California, comenzó en el
país la clonación de nuevos genes en plásmidos; en este caso los genes de
fijación de nitrógeno (NIF) de la bacteria Rhizobium etli,
que forma nódulos en el frijol.
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
De 1982 a la fecha se generaron 1 653 artículos que fueron publicados en
revistas, la mayoría de circulación internacional, y se concluyeron 958 tesis,
de las cuales 562 fueron de postgrado con Fernando Bastarrechea, en la
clonación y caracterización de genes del metabolismo nitrogenado en Escherichia
coli y ahora contribuye de manera independiente a la biología
molecular de la respuesta a estrés hídrico en plantas
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
·
Estudios en investigación molecular básica y
aplicada:
·
Clonación genética e hibridación
·
Tecnología del ADN Recombinante o ingeniería
genética (organismos transgénicos)
·
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)
·
Taxonomía genética y evolucionismo
·
Otros.
La
investigación sobre el ADN tiene un impacto significativo, especialmente en el
ámbito de la medicina. A través de la tecnología del ADN recombinante los científicos
pueden modificar microorganismos que llegan a convertir en auténticas fábricas
para producir grandes cantidades de sustancias útiles
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 filogenéticamente presentan moléculas de ADN más semejantes entre
sí que cuando se comparan con especies más distantes evolutivamente
BIBLIOGRAFÍA
1.- Avers, Ch. 1987. Biología Celular.
2.- .Brown,C.M; I. Campbell y F.G. Priest 1989. Introducción a la
Biotecnología.
3 - Clark. 1996.
Plant Molecular Biology.
4.- De Robertos y
Robertis, F. K. 1987. Biología celular y molecular.
5.- Gardner, E. J.
1979. Principios de genética.
6 - Glick y
Pasternak. 1998.Molecular biotecnología.
7 - Griffith et al.
1997. Genética. McGraw-Hill/Interamericana. España.
8 - Griffiths et al.
1999. Genetica moderna. McGraw-Hill/Interamericana. España.
9.- . Karp, G. 1992.
Biología celular
10.- . Levine, R.
1981. Genética. Compañía.
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