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viernes, 14 de diciembre de 2018

Las mutaciones

A partir de una presentación bastante completa del IES Julio Caro Baroja de Fuenlabrada, solo  ligeramente modificada, haremos un resumen del apartado de las mutaciones:


Para los que quieran profundizar en un tema tan apasionante como las mutaciones cromosómicas, especialmente en las aneuploidías autosómicas en la especie humana, aquí tenéis esta estupenda presentación:

martes, 4 de diciembre de 2018

Expresión de la información genética

Francis Crick (1970) alumbró la idea de un sistema fundamental de mantenimiento y flujo de la información genética en los organismos vivos que denominó Dogma Central de la Biología Molecular
De manera que la información genética contenida en el ADN se mantiene mediante su capacidad de replicación (ver la animación y esta otra). 
La información contenida en el ADN se expresa dando lugar a proteínas, mediante los procesos de transcripción (ver la animación), paso por el que la información se transfiere a una molécula de ARN mensajero (ARN-m) y, mediante el proceso de la traducción (ver la animación y esta otra) el mensaje transportado por el ARN-m se traduce a proteína.

Eso sí, el procesamiento de la información tiene diferencias significativas en procariotas y en eucariotas: ver animación:



Este esquema central de flujo de la información pronto fue modificado, ya que en algunos virus cuyo material hereditario es ARN, la información se conserva o mantiene mediante replicación del ARN. Además, también se comprobó que la información no va siempre del ADN hacia el ARN (ADN→ARN), en algunos casos la información puede fluir del ARN hacia el ADN (ARN→ADN), es decir sintetizar ADN tomando como molde ARN, teniendo lugar el fenómeno de la transcripción inversa. H. Temin recibió el Premio Nobel en 1975 por sus descubrimientos en relación con la interacción entre los virus tumorales y el material genético en la célula, en particular por el descubrimiento de la transcripción inversa en virus ARN-ADN. 


Por tanto, la ciencia es un ente dinámico que no se asienta, salvo notables excepciones, en dogmas. De este modo, han surgido una serie de elementos que implican la ampliación de este dogma tan tajante. Estas excepciones atañen, entre otras situaciones o elementos, a los priones, ribozimas y la enzima transcriptasa inversa.
  • Transcriptasa inversa: Ciertos virus ARN (los retrovirus) tienen la facultad de sintetizar ADN mediante una polimerasa, la transcriptasa inversa, que tiene como molde ARN. Esto supone una evasión al dogma, que sólo permite la replicación del ADN empleando ADN, y que supedita el ARN al ADN.
  • Existen moléculas de ARN con propiedades autocatalíticas, los ribozimas, capaces de modificarse y replicarse a sí mismos, en ausencia de proteína y ADN.
  • Priones: Los priones son proteínas libres de ácido nucleico que, según los modelos genéticos actuales, se propagan en su naturaleza polipeptídica, sin que medie ningún tipo de replicación o transcripción directa; simplemente, afectan a proteínas de su misma secuencia, previamente existentes, alterando su conformación.

sábado, 1 de diciembre de 2018

Cuentos del ADN

Recomiendo encarecidamente la lectura de los siguientes artículos sobre el ADN y, para hacer "méritos",  podéis hacer un comentario como usuario anónimo (pero en el mensaje hay que poner vuestro nombre, apellidos y grupo) sobre los mismos en esta entrada hasta el 21 de este mes (inclusive).

"Hemos ENCONTRADO el secreto de la vida"
Probablemente era una tarde típica de un 28 de febrero en Cambridge, pero los clientes del pub The Eagle, asistían ese día a un anuncio que revolucionaría la biología. Dos jóvenes investigadores del cercano laboratorio Cavendish entraron en el local y uno de ellos, Francis Crick, espetó en voz alta a los presentes: "hemos encontrado el secreto de la vida". Podemos imaginar que su compañero, James Watson, le escuchaba visualizando en su mente la majestuosa doble hélice de ADN que acaban de descubrir.

Fuente: www.pilaralmagro.com
La historia de este descubrimiento había empezado unos años atrás. En 1951, Watson, con 23 años, había decidido abandonar su trabajo en un laboratorio danés para instalarse en Cambridge. Allí se encontró con Crick, un físico de 35 años que estudiaba la estructura de las proteínas y que aceptó compartir la aventura de determinar la estructura del ADN antes que Linus Pauling del Instituto de Tecnología de California. En aquel momento no existían potentes ordenadores para visualizar la
estructura de grandes moléculas. A principios de los 50, la tecnología disponible era la difracción de rayos X, algo así como una radiografía, y la imaginación. Con estas herramientas Watson y Crick se lanzaron a la tarea.

Ya se sabía que el ADN estaba constituido por cuatro especies moleculares más simples, las bases nitrogenadas. A falta de medios, los jóvenes científicos tomaron trozos de cartón, de metal y varillas y comenzaron a probar las mil y una maneras de dar forma al ácido nucleico. Paralelamente, en otro centro de investigación, el King's College en Londres, una mujer consagraba su trabajo a radiografiar la deseada molécula. Una de las fotografías obtenidas por Rosalind Franklin fue la que proporcionó la prueba definitiva.

Sin embargo, la importante aportación de Franklin ha quedado empañada y sin reconocimiento debido a una truculenta historia de robos y descalificaciones. Los datos de esta científica llegaron a manos de Watson y Crick sin el conocimiento de su autora. Además, su nombre nunca figuró
entre los firmantes de la publicación que recibió el Nobel. A pesar de que los dos investigadores aseguran que Rosalind nunca expresó resentimiento ni se sintió robada, muchos opinan que este episodio simboliza los abusos que las mujeres de ciencia tienen que sufrir por parte de sus compañeros masculinos.

Con un cierto toque de película de intriga y no sin dificultades en sus relaciones personales, Watson y Crick no se equivocaron al anunciar en el The Eagle que habían encontrado el secreto de la vida. Ambos aseguran que eran conscientes de la trascendencia de su descubrimiento, aunque no podían prever que la secuenciación del genoma de diferentes especies se hiciera tan rápido.

En cualquier caso, Crick puntualizaba en 1974 en un artículo "más que creer que Watson y Crick hicieron la estructura del ADN, hay que recalcar que la estructura hizo a Watson y Crick. [....] Pero lo que realmente se ha pasado por alto es la belleza intrínseca de la doble hélice".

Los resultados de su trabajo fueron presentados a la comunidad científica en la revista Nature el 25 de abril de 1953. Rosalind murió en 1958, a los 37 años, de un cáncer. En 1962, Watson, Crick y Wilkins, jefe de Franklin, recibieron el Nobel por el descubrimiento de la estructura del ADN. Este galardón no se concede con carácter póstumo y tampoco se comparte entre más de tres personas. ¿Qué hubiera pasado si la científica estuviera aún viva en ese momento?


Diagnóstico y tratamiento
La aplicación en el área de la salud es menos evidente de lo que se supondría. La mayoría de las enfermedades se producen por complejas interacciones entre genes y factores externos. La aplicación clínica del genoma dista, por el momento, de ser amplia.

Terapia génica
El principio es simple: sustituir un gen defectuoso por una copia correcta. Sin embargo, la práctica demuestra no ser tan fácil. Las enfermedades con un alto componente genético como la de los niños

burbuja son el primer objetivo de este tratamiento, aunque también se está experimentando en cáncer. Los últimos casos de leucemia en niños burbuja a causa de la terapia han supuesto un revés para su futuro.

Chips de ADN
Existen ya varios dispositivos que determinan la actividad de un gran número de genes al mismo tiempo. Algunos de ellos se emplean para analizar las características de ciertos tumores, predecir su evolución e incluso, la respuesta a los tratamientos.

Farmacogenómica
Un campo muy llamativo de desarrollo de la era genómica es la producción de fármacos a la carta. Una enfermedad puede tener síntomas comunes a todos los pacientes, pero que su estudio a nivel molecular muestre múltiples patologías bajo la misma apariencia. Los análisis de ADN de diferentes
poblaciones podrían permitir diseñar tratamientos específicos para un perfil genético determinado.

Toxicogenómica
Es otra de las nuevas disciplinas "-ómicas" cuyo objetivo es analizar la respuesta genómica a fármacos, aditivos de alimentos u otros productos químicos. Se estudia la respuesta tóxica de los genes ante estos agentes.

Las ciencias forenses
La configuración genética de un individuo es única, se trata de una auténtica huella de identidad molecular. En la actualidad se dispone de técnicas que rastrean regiones específicas del ADN donde se puede encontrar las particularidades de un individuo. Estos análisis se emplean para reconocer cadáveres, para pruebas de paternidad e incluso para identificar a sospechosos de un crimen o para exculpar a inocentes.

Mary-Claire King, bióloga de la Universidad de California comprometida con el uso de la ciencia para fines sociales, consiguió identificar mediante pruebas de ADN a 50 de los 210 hijos de los desaparecidos durante la dictadura argentina.

En 1991 dos hombres de leyes fundaron el Proyecto Inocente, una organización que emplea las huellas genéticas para liberar de sus cargos a personas inocentes. (web de Red Inocente)

Esta técnica se empleó también para el reconocimiento de las víctimas del 11 de septiembre y para identificar cadáveres de desaparecidos.


Una antena cuántica
En los últimos años son numerosas las investigaciones que parten de las teorías de la física cuántica para estudiar los procesos biológicos.

Una de estas aproximaciones ha surgido de los trabajos conjuntos de dos investigadores de campos muy diferentes: Stuart Hameroff, catedrático de Anestesiología y Psicología de la Universidad de Arizona, y Sir Roger Penrose, matemático de la Universidad de Oxford, conocido por sus teorias sobre el funcionamiento del cerebro y la inteligencia artificial.

La novedad del trabajo es que considera que el ADN funciona como una antena cuántica con capacidad para establecer comunicaciones con otros ácidos nucleicos e, incluso, con toda la maquinaria celular. El centro de la doble hélice es una nube de cargas negativas que pueden existir en infinitas configuraciones, característica que la convierte en una antena cuántica.

En el mundo cuántico todo son probabilidades y la materialización de uno de estos estados probables depende de las condiciones exteriores. En el caso del ADN como antena cuántica, la molécula adoptará una estructura u otra dependiendo de las señales que capta del entorno.


Genética de ciencia ficción
Los secretos del ADN han llegado hasta los argumentos de los videojuegos y se han colado en los guiones cinematográficos.

MetalGear Solid es un buen ejemplo de la irrupción de esta temática en el ámbito de los videojuegos. En la aventura, el protagonista, un mercenario utilizado por el gobierno, fue concebido utilizando genes que le aportaran cualidades superiores para el combate. Sin embargo, y como estos
Los experimentos genéticos no son perfectos ni siquiera en los juegos, la muerte súbita de origen celular turba al aguerrido mercenario.

El séptimo arte también se ha dejado seducir por la era genómica. En la película Gattaca, Ethan Hawke y Uma Thurman vivían en un mundo futuro marcado por las diferencias genéticas. La sociedad estaba dividida en castas determinadas por la configuración del ADN. De un lado, los individuos que tenían un buen genoma y que, por tanto, podían aspirar a los puestos más
prestigiosos. De otro, los parias del ADN, los no válidos, condenados por sus genes a no tener aspiraciones. Sin embargo, uno de los marcados como no válido consigue enfrentarse y burlar al sistema demostrando que no todo está en los genes.

jueves, 22 de noviembre de 2018

Anímate con el ADN

Fuente: http://www.canalgif.net
Aquí tenéis varias animaciones para ayudaros a entender la estructura del ADN y la relación que tiene la misma con la importantísima función de esta macromolécula:

domingo, 18 de noviembre de 2018

Historia de un descubrimiento fundamental en Biología

Para comenzar el tema de genética molecular nos viene estupendamente hacer un poco de historia sobre el descubrimiento de los ácidos nucleicos y de su importantísima función en los seres vivos. El texto está copiado de nuestra web colaborativa de Ampliación de Biología y geología de 4º de ESO:

Entre 1868 y 1869, el suizo Friedrich Miescher (1844-1895), siendo estudiante postdoctoral en el laboratorio de Frierich Hoppe-Seyler en Tübingen, aisló núcleos a partir de leucocitos del pus de los vendajes usados de hospital. Tras un tratamiento simple, comprobó que estaban formados por una única sustancia química muy homogénea y no proteica que denominó nucleína —el término «ácido nucleico» fue acuñado posteriormente por R. Altman en 1889—. Según sus palabras, la nucleína son «sustancias ricas en fósforo localizadas exclusivamente en el núcleo celular».

Este descubrimiento, que se publicó por primera vez en 1871, al principio no pareció relevante, hasta que Albrecht Kossel hizo las primeras investigaciones de su estructura química. Establece las bases de la estructura del ADN, al estudiar las nucleínas (nucleoproteínas) mostrando que consistían en una porción proteica y otra no proteica (ácidos nucleicos).

Este trabajo dio acceso a Kossel al Premio Nobel en 1910. El trabajo fue continuado por su discípulo, el químico ruso-americano Phoebus Levene (1869-1940), quien comprobó en 1900 que la nucleína se encontraba en todos los tipos de células animales analizadas. Más adelante, en 1909, comprobó las evidencias de Kossel, obteniendo que los ácidos nucleicos estaban compuestos de ácido fosfórico, una pentosa, y las bases nitrogenadas. La pentosa aislada de la nucleína de levadura comprobó que era ribosa. Tuvo que esperar hasta 1929 para identificar que la pentosa aislada del timo de los animales era desoxirribosa. Esta diferencia le hizo proponer que la nucleína de los animales era el nucleato de desoxirribosa (hoy en día llamado ácido desoxirribonucleico o ADN), mientras que los vegetales contenían el nucleato de ribosa (ácido ribonucleico o ARN).

E. Zacharias demuestra en 1881 que la naturaleza química de los cromosomas era nucleína. Entre 1879 y 1882 Walther Flemming (1843-1905) y Robert Feulgen, independientemente, desarrollan nuevas técnicas de tinción (se conoce como tinción de Feulgen) y logran visualizar los cromosomas en división, lo que les permitió describir la manera en que se replican los cromosomas (la mitosis).

En 1889 August Weismann (1834-1914) asocia de manera teórica, casi intuitiva, la herencia y los cromosomas, puesto que hubo que esperar hasta 1902 para que Walter S. Sutton (1877-1916) proponga, gracias a evidencias experimentales, que los genes de Mendel son unidades físicas que realmente se localizan en los cromosomas (la llamada teoría cromosómica de la herencia). Parte del trabajo que permitió a Sutton proponer ese modelo se debió al descubrimiento de la meiosis, junto a Theodor Boveri (1862-1915).


A su vez, Thomas Hunt Morgan (1866-1945) en la Universidad de Columbia (1909), realiza los experimentos con la mosca de la fruta (Drosophila melanogaster) que hoy se consideran clásicos sobre los rasgos genéticos ligados al sexo, lo que le valió el Premio Nobel en 1933.


Rosalind Franklin
El posterior y famosísimo descubrimiento de la estructura en doble hélice del ADN (ver animación y vídeo), en 1953,  por James Watson y Francis Crick, gracias a las reglas de Chargaff y, sobre todo, a las imágenes de cristalografía de rayos X obtenidas por M. Wilkins (quien compartió el premio Nobel en 1962 con Watson y Crick) y Rosalind Franklin, daría para una montaña de libros, pero nos podemos conformar con ver el siguiente vídeo y este otro vídeo en V.O.S.




Imagen de rayos X del ADN ("fotografía 51")


Y merece la pena conocer más del trabajo de investigación y de la biografía de Rosalind Franklin (1920-1958) y este vídeo en galego.





domingo, 21 de octubre de 2018

La Genética mendeliana y problemas para practicar



Caracteres del guisante estudiados por Mendel




En una entrada anterior ya se hablaba de Gregor Mendel, considerado mayoritariamente como el precursor de la Genética moderna, al redescubrirse sus experiencias en 1900 por tres científicos (Carl Correns, Hugo De Vries y Erich von Tschermak) ¿de forma independiente?, aunque fueron publicadas 35 años antes.



Mediante la primera presentación estudiaremos los conceptos básicos de Genética mendeliana, sus principios fundamentales, así como las excepciones, haciendo hincapié en caracteres mendelianos en la especie humana:



En la segunda presentación, elaborada por Manuel García-Viñó Sánchez, tenéis varios problemas para practicar:

problemas de Genética

Y más problemas para practicar en el siguiente enlace

jueves, 18 de octubre de 2018

El enorme mérito de Mendel

Releyendo una pequeña historia de la Genética y de los genetistas en el delicioso libro de N. Lúchnik, de título "Por qué me parezco a mi padre", me vuelve a aparecer la meritoria figura de  J. Gregor Mendel, considerado por muchos como el "padre" de la Genética.

¿Por qué se le considera el precursor de la Genética moderna? Una posible explicación se puede deducir del siguiente texto, extraído del libro anteriormente mencionado:

"A diferencia de sus antecesores, quienes realizaban cruzamientos interespecíficos, es decir, trataban con las diferencias de un gran número de caracteres, Mendel se puso a investigar caracteres aislados y bien discernibles. En todos los experimentos cruzaba plantas que sólo se diferenciaban en uno de los caracteres y eran totalmente idénticos en todo lo demás.

Para comenzar, Mendel encargó a distintas casas especializadas en semillas 34 variedades de guisante (Pisum sativum). Pero los experimentos no los empezó de inmediato. Durante dos años estuvo comprobando la pureza de las variedades recibidas y una vez convencido de que daban una descendencia totalmente homogénea, comenzó los experimentos.

Los experimentos eran difíciles y minuciosos. El guisante se eligió, en particular, porque en él está excluida por completo la polinización cruzada fortuita (el estigma se cubre con su propio polen antes del florecimiento). Mendel depositaba polen ajeno en el estigma. Este procedimiento debía repetirlo con cada flor, y eran centenares y miles.

Uniformidad de los híbridos de la 1ª generación
En todos los experimentos se obtuvo un cuadro análogo. Mendel cruzaba, por ejemplo, plantas de semillas redondas (lisas) y semillas arrugadas, mientras que los descendientes de todas resultaron redondas. Además, ese resultado se obtenía independientemente de si semillas redondas las tenía o no la planta materna o paterna. Significaba que la forma redonda o lisa dominaba totalmente sobre la forma arrugada.

 Después  Mendel siembra las semillas híbridas y no hace nada más: que se autopolinicen. Y qué cosa tan asombrosa: si en la primera generación todas las plantas eran totalmente homogéneas y manifestaban sólo caracteres dominantes, en cambio, en la segunda se observaba mayor diversidad. Había muchas más plantas con caracteres dominantes, pero también eran bastantes las que tenían caracteres opuestos (llamados recesivos). Y lo más interesante era que entre los caracteres dominantes y recesivos se observaba una correlación muy determinada. La cantidad de semillas lisas fue 2,96 veces mayor, es decir, casi 3 veces.

Mendel no sólo repitió, sino que continuó lo empezado. Observó cómo sería, después de la autopolinización, la tercera generación y otra vez se presentó un cuadro nuevo. Después de la autopolinización de las plantas con caracteres recesivos no se producía ninguna segregación: toda la generación resultaba ser homogénea. En lo referente a las plantas con caracteres dominantes, éstas se portaban de manera distinta. Algunas, al igual que las plantas con caracteres recesivos, a continuación no presentaban segregación. Las demás, igual que antes, originaban la segregación de 1 : 3. Y aquí también se manifestaba una correlación cuantitativa determinada: una tercera parte de los dominantes no se segregaban; las dos terceras partes restantes se segregaban.

Mendel llegó a la conclusión de que sería más justo sustituir la segregación observada de 3 : 1 por la proporción de 2 : 1 : 1. Es decir, 1/2 daba semillas híbridas; 1/4, dominantes que no se segregaban y 1/4, recesivas. Esto era todo el cuadro. El fenómeno hereditario encajó en varias reglas sencillas. Para hacer una narración de ellas, nos hicieron falta bastantes palabras, pero representadas en un esquema, estas reglas tienen un aspecto muy simple. Estas son precisamente las famosas leyes de Mendel, como las llamara más tarde el botánico holandés Hugo De Vries".

miércoles, 7 de enero de 2015

Mutaciones cromosómicas

Para los que quieran profundizar en un tema tan apasionante como las mutaciones cromosómicas, especialmente en las aneuploidías autosómicas en la especie humana, aquí tenéis esta estupenda presentación: