El
termino 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.
DEFINICION: es la disciplina científica que tiene como
objetivo el estudio de los procesos que se desarrollan en los seres vivos desde
un punto de vista molecular.
DESDE EL PUNTO DE VISTA DEL PROYECTO
GENOMA HUMANO: es el estudio de la estructura, función y composición de las
moléculas biológicamente importantes.
La biología molecular concierne
principalmente al entendimiento de las interacciones de los diferentes sistemas
de la célula,
lo que incluye muchísimas relaciones, entre ellas las del ADN con el ARN, la síntesis de proteínas, el metabolismo,
y el cómo todas esas interacciones son reguladas para conseguir un correcto
funcionamiento de la célula.
LA RELACION DE LA BIOLOGIA MOLECULAR
CON OTRAS CIENCIAS:
con la Genética
se interesa por la estructura y funcionamiento de los genes y por la regulación
(inducción y represión) de la síntesis intracelular de enzimas y de otras
proteínas. Con la Citología,
se ocupa de la estructura de los corpúsculos subcelulares (núcleo, nucléolo,
mitocondrias, ribosomas, lisosomas, etc.) y sus funciones dentro de la célula. Con la
Bioquímica estudia la composición y cinética de las enzimas, interesándose por
los tipos de catálisis enzimática, activaciones, inhibiciones competitivas o
alostéricas, etc. También
colabora con la Filogenética al estudiar la composición detallada de
determinadas moléculas en las distintas especies de seres vivos, aportando
valiosos datos para el conocimiento de la evolución.
1.1-
EL
DESARROLLO DE LA BIOLOGIA MOLECULAR
1.1.1 El descubrimiento del
principio transformante.
Para saber cual era el material genético,
es decir, el lugar o estructura donde se encuentra toda la información hereditaria
de todos los organismos vivos, se hicieron varios experimentos para poder
descubrir tal acontecimiento que cambiaria la perspectiva del mundo. Y fue haci
como empezó el estudio de la biología molecular.
EXPERIMEN
En 1928 en el
transcurso de sus experimentos con la bacteria Streptococcus pneumoniae, Frederick Griffith había hecho una
misteriosa observación. 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(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(R).
·
Primero griffith inyecto a ratones células vivas de la
bacteria de tipo letal(s) y murieron los ratones.
·
Después inyecto otros ratones con la otra cepa de células
vivas no letales(r)y los ratones no se murieron.
·
Después mato algunas células virulentas poniéndolas a
hervir y después inyecto las células muertas a los ratones pero estos no se
murieron.
·
Después lo que hizo fue mezclar células no virulentas
vivas y células virulentas muertas a los ratones y lo que obtuvo fueron la mayoría
de ratones muertos y solo pocos vivos. De alguna manera las células virulentas
muertas al calor debieron haber transformado las células vivas no virulentas en
letales, a este proceso se le denomina transformación.
RESUMEN: 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.
·
Estos científicos se basaron en el mismo experimento
de grifith para explicar lo mismo, pero lo que ellos hicieron fue separar todos
los componentes de la célula de tipo virulento (s) muertas por calor y
estudiaron su capacidad transformante por separado.
Estas
pruebas demostraron, en primer lugar, que los propios polisacáridos no
trasformaban a las células rugosas. Por tanto la cubierta de polisacáridos,
aunque claramente implicada en la acción patogénica, es solo la expresión fenotípica
de la virulencia. Tras el escrutinio de los diferentes compuestos (Polisacáridos, Lípidos, RNA, Proteínas y DNA),
Avery y col. 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.
Es mas, parece ser que proveer a las
células R del DNA de las células S es equivalente a ¡proveerlas de los genes de
las células S!!
·
EXPERIMENTOS
DE HERSEY Y CHASE (1952)
Para determinar por
completo y para que toda la gente aceptara que el ADN es donde se guarda todo
el material genético y no en las proteínas se hizo un ultimo experimento, el
cual lo llevaron acabo los científicos Alfred Hersey y Martha Chase en
1952, utilizando 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 en las
proteínas pero nunca en el DNA.
PROCEDIMIENTO:
Ø 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.
Ø Tras dejar tiempo suficiente para que se
produjera la infección, separaron de las células bacterianas las carcasas vacías de los fagos llamadas “fantasmas”
mediante agitación con una batidora de cocina.
Ø Separaron las células bacterianas de los
fantasmas de los fagos, mediante centrifugación, y midieron entonces la
radioactividad en las dos fracciones. Cuando se usaron los fagos con P32,
la mayor parte de la radioactividad terminaba en las células bacterianas,
indicando que el DNA viral entraba en las células.
Ø Cuando se usaron los fagos marcados con S35,
la mayor parte de la radiactividad terminaba en los fantasmas virales,
indicando que la proteína viral nunca entra en la célula bacteriana.
CONCLUSION: 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. Demostraron que
el DNA es donde se guarda toda la información genética hereditaria y que en las
proteínas no, terminando así con la gran controversia de esa época y aceptando
todos el ADN como esa estructura.
Después de que el papel central del 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.
v Rosalind Franklin y Maurice Wilkins,
habían acumulado muchos datos de difracción de rayos X sobre la estructura de
DNA.
v 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 la 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.
1.1.1
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. Pero faltaba averiguar cómo interpreta el
organismo la secuencia de las distintas bases que forman la estructura lineal
del ADN para sintetizar las cadenas de aminoácidos de las proteínas. La
solución a este enigma, el código genético, se halló en 1966 gracias a la
colaboración entre numerosos investigadores, entre ellos Marshall Núremberg.
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) 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.
El
primer mensajero sintético obtenido, Poli(U), se fabrico mezclando solo nucleótidos
de U, produciendo así –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. Así pues, el triplete UUU debe ser el codón de
fenilalanina.
UUU UUU UUU UUU
I I I I
I I I I
- Phe - Phe - Phe
-Phe -
1.1
LA
BIOLOGÍA MOLECULAR EN MÉXICO.
VENTAJAS:
Existe en México una gran institución que
aporta recursos para llevar acabo investigaciones(CONACYT). En México existen instituciones que
aceptan donativos de fundaciones privadas de otros países, para llevar acabo
las investigaciones(E.U). De acuerdo a las investigaciones que se
han hecho, se ha logrado salvar vidas, como los trasplantes de páncreas en Acapulco
gro(órganos de animales a humanos). Gracias a investigadores mexicanos que
estuvieron en el extranjero realizando trabajos de investigación lograron
formar una gran institución de investigación, que ahora es una de las mejores
instituciones a nivel nacional e internacional(CINVESTAV). Gracias a las instituciones que se han
formado, brindan la posibilidad de que estudiantes se titulen, hagan posgrados,
doctorados y que publiquen sus artículos de investigación en fuentes
reconocidas. Gracias a las plantas transgénicas que
se han logrado desarrollar en estos centros de investigación, se han generado
muchos recursos económicos y han contribuido a la ciencia muy positivamente.
No es una carrera bien pagada en mexico Mexico no invierte casi nada en investigaciones cientificas No hay apoyo a todas las instituciones que existen en el pais, solo lo
acen con unas pocas y a esas les dan grandes inversiones de dinero y dejan como
consecuencia a las otras aun lado, provocando que se vallan retirando poco a
poco de proyectos de investigacion cientifica. En mexico, no hay apoyo a los cientificos investigadores de mayor edad al retirarse y por eso casi
nadie quiere serlo y prefiere otra carrera que si lo haga y que paguen mas,
aunque sea poco reconocida. No hay o no invierten en infracestructura para nuevos centros de
investigacion, con tecnologia de punta. A los estudiantes no los apoyan economicamente con becas para que puedan
terminar su carrera, ya que la mayoria de las carreras que tienen que ver con
estas investigaciones, son muy caras de estudiarlas.
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 genética 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 la mecánica cuántica de los años
20. el éxito inicial y la acumulación de
una gran cantidad de información permitieron a los investigadores aplicar las
técnicas y los modernos métodos biológicos de la genética molecular.
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 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 microrganismos que llegan a convertir en
auténticas fábricas para producir grandes cantidades de sustancias útiles. Por
ejemplo, esta técnica se ha empleado para producir insulina (necesaria para los
enfermos de diabetes) o interferón (muy útil en el tratamiento del cáncer). 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.
HUELLA DE ADN
BIBLIOGRAFIA:
·
Wikipedia/imágenes/.com
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