 ¿Qué es la Biotecnología?
La Biotecnología, incluye cualquier técnica que utilice organismos vivos
(o parte de ellos) para obtener o modificar productos, mejorar plantas y
animales, o desarrollar microorganismos para usos específicos.
La biotecnología está dividida en diferentes ramas, ciencia y tecnología
con conocimiento.
Organismos y células, organelas, moléculas.
Para hacer productos útiles y para resolver problemas.
Diferencia de la biotecnología tradicional de la moderna.
En la Biotecnología tradicional, No se utilizan técnicas de manipulación
del ADN, Utilización de organismos vivos para la producción de bienes
o servicios. Surge nuevas áreas del conocimiento: nace la microbiología,
inmunología, la bioquímica y la genética.
Biotecnología moderna
Se utilizan las técnicas de manipulación del ADN de los organismos.
Utiliza técnicas que en su conjunto se denomina ingeniería genética, para
modificar y transferir los genes de un organismo a otro.
Surge a paso de la biotecnología de laboratorio a una biotecnología
industrial.
 Clasificación de la Biotecnología por colores o sectores.
Biotecnología blanca
Se utiliza en la Industria
Realización de nuevos y mejores productos que sean menos
contaminantes.
Ejemplo: mejoras de procesos industriales, bioprocesos,
bioplásticos, bioenergía.
Biotecnología gris
Se utiliza en el Ambiente
Disminuye y contrarresta los efectos de la contaminación en el
medio ambiente.
Ejemplo: biorremediación, limpieza de contaminación.
Biotecnología verde
Se utiliza en el Sector agrícola
Producir o modificar una planta
Ejemplo: soja transgénica, mejoramiento de plantas, biofertilizantes.
Biotecnología marrón
Se utiliza en Animales
Mejoramiento genético vacuno
Ejemplo: desarrollar y producir fármacos, vacunas y mejoramiento animal.
Biotecnología azul
Es la Marina
Preservar y restaurar la variedad de especies y usar especies para
desarrollar nuevas medicinas
Ejemplo: cosméticos.
Biotecnología violeta
Se utiliza en Bioseguridad y propiedad intelectual
Analiza el marco jurídico e institucional de los procesos y aplicaciones
de los resultados de la biotecnología.
Ejemplo: bioseguridad.
Biotecnología roja
En Medicina
Crear productos farmacéuticos, antibióticos y vacunas
Ejemplo: terapia genética, diagnósticos, vacunas, huella genética.
Biotecnología dorada
En Bioinformática y nanotecnología
Comprender la expresión y función de los genes y de las proteínas,
mediante herramientas computacionales e información tecnológica
Ejemplo: nanorobots y nanopartículas.
Biotecnología amarilla
Es la Alimentaria
Aumenta la producción y procesamiento de nuevos alimentos y bebidas
Ejemplo: uso de enzimas para la producción y procesamiento de los
nuevos y mejores alimentos.
Cuestionario – Fundamentos de la Biotecnología
1. ¿Qué es la célula?
La célula es la unidad estructural de los seres vivos. Sean bacterias,
amebas, espermatozoides o neuronas, las células están formadas por
agua, iones inorgánicos y moléculas orgánicas (proteínas, carbohidratos,
lípidos y ácidos nucleicos). Todas ellas presentan una membrana
plasmática que separa el citoplasma del medio externo y permite el
intercambio de moléculas entre ambas.
2. ¿Cómo se clasifican las células? ¿Qué las diferencia?
Las células se clasifican en procariotas y eucariotas.
Células procariotas
Se encuentran exclusivamente en el Reino Monera
Estas células son pequeñas y se multiplican rápidamente.
No posee núcleo
Presenta a la información genética dispersa en el citoplasma en forma
circular.
Células eucariotas
Se encuentra en los cuatro Reinos restantes (Protista, Fungi, Plantae y
Animalia.
Estas son dos veces más grandes que las procariotas.
Posee un núcleo bien definido y delimitado por una membrana celular.
Presenta a la información genética dentro del núcleo organizada en
cromosomas.
3. Similitudes y diferencias entre célula vegetal y animal.
diferencias
Célula vegetal
Presenta una pared celular que rodea a la membrana plasmática.
Contiene cloroplastos.
Poseen vacuolas de gran tamaño.
No poseen centriolos ni lisosomas.
Célula animal
No presenta pared celular.
No posee cloroplastos
Posee vacuolas de tamaño reducido. Poseen centriolos y lisosomas.
Similitudes
Una de las principales semejanzas o similitudes entre estos dos tipos de
células es que son las unidades morfológicas y funcionales básicas.
Tanto las células vegetales como animales son células eucariotas. Las
células eucariotas animales y vegetales, a diferencia de las células
procariotas (bacterias y arqueas), poseen un núcleo celular organizado
con una cubierta que los protege, orgánulos celulares, citoesqueleto
(esqueleto celular) y un genoma organizado y empaquetado en
cromosomas, entre otras cosas.
Están rodeadas por una membrana plasmática semipermeable que
delimita el citoplasma.
Tamaño que oscila entre 10 y 100 µm. Las células animales pueden
alcanzar las 30 µm, mientras que las vegetales, las 100 µm una micra es
una milésima parte de un milímetro).
Dado su pequeño tamaño, no pueden ser observadas a simple vista y se
requiere la ayuda de microscopios.
4. ¿Por qué la célula es la unidad funcional de un organismo?
Es unidad funcional porque todas las funciones que cumple un ser vivo
las cumplen sus células. Si un ser vivo se mueve, habla, escucha, ve, se
reproduce, etc. Es porque sus células se lo permiten.
Las principales funciones de los seres vivos son tres: nutrición,
sensibilidad y reproducción. La nutrición es la capacidad de obtener
nutrientes del medio y asimilarlos, es decir en transformarlos en
sustancias propias. La sensibilidad le permite relacionarse con el medio
en el cual se desarrolla captando una gran diversidad de señales (la
temperatura, la intensidad de la luz, la humedad, etc.) para poder
responder de la manera más adecuada y así poder sobrevivir. La
reproducción, finalmente, es la capacidad de dejar descendencia y así
permitir que las especies se perpetúen en el tiempo.
5. ¿Cuál es la composición de una célula?
Las células contienen cuatro tipos principales de moléculas orgánicas
pequeñas: azúcares, ácidos grasos, nucleótidos y aminoácidos. Se las
puede encontrar libres en el citoplasma o dentro de alguna organela,
vesícula o membrana, donde participan de diferentes procesos. Algunas
pueden ser transformadas en moléculas más pequeñas aún, con el fin de
que la célula obtenga la energía necesaria para sus funciones.
6. ¿Qué técnicas de laboratorio existen? Explique brevemente cada
una de ellas.
Técnicas de microscopia que permiten una visualización
detalla de las células:
 Microscopia óptica: se utiliza para observar cortes de
tejido, generalmente, esto se fijan y tiñen con colorantes que
reaccionan con las proteínas o con los ácidos nucleicos,
aumentando el contraste de la imagen.
 Microscopia de contraste de fase: transforma las
diferencias de grosor o la densidad del fragmento observado
en diferencias de contraste.
 Microscopia de fluorescencia: asocia anticuerpos
específicos a un reactivo como la GFP para marcar las
moléculas y visualizar su distribución en las células.
 Microscopia confoncal: combina la microscopia de
fluorescencia con el análisis electrónico de la imagen,
brindando una imagen tridimensional.
 Microscopia electrónica: permite la observación en un
plano de cortes teñidos con sales de metales pesados y la
observación tridimensional de la célula (microscopia de
barrido).
Técnicas físicas como la centrifugación diferencial
 Permiten separar los componentes celulares para estudios
bioquímicos posteriores.
Técnicas instrumentales
 Posibilitan el conteo de células y la separación de
poblaciones celulares o de cromosomas.
Técnicas de cultivos de células
 Conjunto de técnicas que permiten el mantenimiento de
células in vitro, preservando al máximo sus propiedades
fisiológicas, bioquímicas y genéticas
7. ¿A qué hace referencia la controversia de la generación
espontánea?
La especulación sobre el origen de los microorganismos dividió a los
científicos en dos grupos. Por un lado, estaban los que pensaban que los
microorganismos provenían de la descomposición de las plantas o
animales, es decir, eran el resultado y no la causa de la descomposición.
Los que apoyaban esta teoría creían que la vida se generaba a partir de
materia no viva, proceso que se denominó abiogénesis y que fue la base
del concepto de la generación espontánea. Por otro lado, estaban los que
apoyaban la teoría de la biogénesis, que creían que los microorganismos
se originaban a partir de otros microorganismos, como ocurre con las
plantas y los animales
8. Describa las proteínas y los ácidos nucleicos
Proteínas: Las proteínas son las verdaderas obreras de la célula, y
también las macromoléculas más abundantes y diversas en estructura y
función. Hay proteínas estructurales, como las que le dan forma a la
célula, otras transportan oxígeno, como la hemoglobina, otras participan
en la respuesta inmune contra los agentes patógenos, como los
anticuerpos. Pero muchas son enzimas, proteínas que tienen la capacidad
de acelerar (catalizar) reacciones químicas que no podrían ocurrir
espontáneamente en la célula. Sin las enzimas, los procesos celulares
como la reproducción, conversión de alimento en energía, construcción
de macromoléculas, excreción de desechos celulares, entre otros, no
serían posibles.
Las proteínas son polímeros de aminoácidos.
Ácidos nucleicos: Los ácidos nucleicos son polímeros de nucleótidos.
Cada nucleótido está compuesto por una base nitrogenada, un fosfato y
un azúcar. Hay dos tipos de ácidos nucleicos: el que tiene nucleótidos
formados por el azúcar ribosa, es el ARN (ácido ribonucleico), y contiene
las bases nitrogenadas A (adenina), G (guanina), C (citosina) y U
(uracilo).
9. ¿En qué se basa la teoría celular?
Hoy la teoría celular se basa en los siguientes postulados:
• Todos los seres vivos están formados por células
• Todas las células derivan de otra preexistente
• Todas las funciones vitales de los organismos ocurren dentro de las células
• Las células contienen la información necesaria para realizar sus propias
funciones y las funciones de las próximas generaciones de células.
10.Función y distribución de las estructuras celulares (tabla)
11.Diferencie la estructura y composición del ADN y del ARN.
ADN y ARN son los ácidos nucleicos que conforman la base de nuestro
genoma. Estas dos biomoléculas determinan lo que somos como especie y en
buena medida, lo que somos como individuos.
El ácido desoxirribonucleico (ADN) es un ácido nucleico que contiene toda la
información genética hereditaria que sirve de “manual de instrucción” para
desarrollarnos, vivir y reproducirnos. El ADN se encuentra en el núcleo de las
células, aunque una pequeña parte también se localiza en las mitocondrias, de
ahí los términos ADN mitocondrial y ADN nuclear. El ADN como ácido
nucleico está compuesto por estructuras más simples, las bases nitrogenadas.
Estas son 4:
Citosina – Guanina – Adenina - Timina. El orden que adoptan estas bases
determinará nuestro código genético.
El ARN o ácido ribonucleico es el otro tipo de ácido nucleico que posibilita la
síntesis de proteínas. Si bien el ADN contiene la información genética, el
ARN es el que permite que esta sea comprendida por las células. Está
compuesto por una cadena simple, al contrario del ADN, que tiene una doble
cadena.
12.¿Qué tipos de células madre existen? ¿A qué hace referencia cada
una?
Las células madre pueden clasificarse atendiendo a su origen en: células
madre adultas (CMA) y células madre embrionarias (CME). Las CMA o
multipotenciales, también son conocidas como órgano-específicas, ya que
generan los tipos celulares del mismo tejido. Las CME provienen de
embriones y actualmente se conocen tres fuentes para su obtención, a saber: a)
embriones que no llegaron a utilizarse en los procedimientos de FIV, b)
embriones creados de células somáticas por técnicas de transfección y c)
líneas de CME ya existentes, las cuales se obtienen de cultivos celulares. Estas
últimas son las que han provocado menos controversia en cuanto a factores
bioéticos.
La diferencia entre las CME y las CMA radica en la capacidad de cada una
para generar las líneas germinales de un organismo. Las CMA se derivan
principalmente de la MO, mismas que son capaces de generar todos los tipos
celulares de la sangre y del sistema inmune; se han aislado también de la piel,
tejido adiposo, ligamentos periodontales, membranas sinoviales, hueso
trabecular, sistema nervioso, piel, entre otros.
13.¿Qué es la diferenciación celular?
Por diferenciación celular se entiende el proceso mediante el cual una célula
cambia sus características de un modo permanente (aunque no forzosamente
irreversible), de forma que sus descendientes mantendrán esas características o
las cambiarán de nuevo si ocurre una nueva diferenciación en otro sentido.
14.Describa señalización química
Es el proceso por el que la célula responde a sustancias del exterior de
la célula mediante moléculas de señalización que están en la superficie
de la célula o dentro de ella.
15.¿De qué se trata la medicina regenerativa?
Es la especialidad que aplica principios de la ingeniería y de ciencias de
la salud para fabricar sustitos biológicos que mejoren o reemplacen
órganos o tejidos que están tan dañados que ya no pueden llevar a cabo
sus funciones. La piel y los cartílagos artificiales son ejemplos de
tejidos fabricados por la ingeniería, aunque actualmente tienen un uso
limitado en pacientes humanos.
Enzimas y biotecnología
 ¿A qué grupo de macromoléculas pertenecen las enzimas?
Las enzimas pertenecen a un grupo especial de macromoléculas: las proteínas.
 ¿Qué función tienen las enzimas?
La función que presentan las enzimas es acelerar la velocidad de las
reacciones químicas que ocurren dentro de la célula. Por eso se las conoce
como “catalizadores biológicos”. Las enzimas ayudan en procesos esenciales,
tales como la digestión de los alimentos, el metabolismo, la coagulación de la
sangre y la contracción muscular. El modo de acción es específico, cada tipo
de enzima actúa sobre un tipo particular de reacción y sobre un sustrato
específico.
 ¿Cómo realiza su función?
Para realizar su función, una enzima reconoce una molécula específica,
llamada sustrato. Cada enzima une a su sustrato específico en el sitio activo y
provoca en él un cambio químico, por el cual se obtiene un producto. El
cambio implica la formación o rotura de un enlace covalente. La enzima que
participa en la reacción no sufre modificaciones, y puede volver a actuar sobre
otro sustrato del mismo tipo.
 Hay dos modelos sobre la forma en que el sustrato se une al
centro activo del enzima: el modelo llave-cerradura y el modelo
del ajuste inducido. Descríbalos.
El modelo llave-cerradura supone que la estructura del sustrato y la del
centro activo son complementarias, de la misma forma que una llave encaja en
una cerradura.
En algunos casos, el centro activo de la enzima adopta la conformación idónea
sólo en presencia del sustrato. La unión del sustrato al centro activo de la
enzima desencadena un cambio conformacional que da lugar a la formación
del producto. Este es el modelo de ajuste inducido.
 ¿Qué pasaría en ausencia de enzimas?
En ausencia de las enzimas, las reacciones bioquímicas serían
extremadamente lentas y la vida no sería posible. Las enzimas pueden
aumentar la velocidad de las reacciones en un millón de veces.
 ¿Debido a qué se desnaturalizan las enzimas? ¿Qué significa que
se desnaturalicen?
Las enzimas se desnaturalizan debido a los cambios de temperatura y acidez.
Las enzimas funcionan correctamente dentro de un rango limitado de pH y
temperatura. En condiciones de temperatura elevada o pH alto, una enzima se
desnaturaliza. Que una enzima se desnaturalice significa que se rompen las
uniones débiles y se desarma la estructura tridimensional de la proteína,
perdiendo su capacidad para actuar como enzima.
 ¿Para qué se usan las enzimas?
Las enzimas se utilizan en procesos biotecnológicos tradicionales, como la
obtención de yogurt, la producción de cerveza o la fermentación de la uva para
fabricar vino.
La mayoría de las enzimas industriales se extraen de bacterias y hongos. Entre
ellas: Proteasa de bacilo, Amiloglucosidasa, Glucosa isomerasa, Cuajo
microbiano, Pectinasa, Proteasa fúngica.
 Aplicaciones de las enzimas en diferentes áreas de la
Biotecnología:
 Fabricación de alimentos: la fermentación alcohólica es un ejemplo de
los procedimientos en que se efectúan alteraciones enzimáticas, tanto
cuando se agrega alguna enzima como cuando se añade algún microbio
vivo que las contiene (por ej, levaduras). Mediante un proceso
fermentativo, se fabrican el yogur, las bebidas alcohólicas, el vinagre,
los embutidos, etc. Por ejemplo, la elaboración de vinagre con alcoholes
es un proceso enzimático producido por un microbio vivo (Acetobacter
acetil). En la fabricación de queso, se utiliza la enzima renina para
producir la coagulación de las proteínas de la leche (caseína).
 Industria textil: en la fabricación de telas, se utiliza un proceso
llamado lavado enzimático. En éste, se realiza la bio-preparación del
algodón en rama utilizando ciertas enzimas. Entre las enzimas más
utilizadas, se pueden mencionar: Proteasas, usadas en el tratamiento de
fibras proteínicas (seda y lana); Catalasa, para la eliminación del
peróxido de hidrógeno después del blanqueado y antes del teñido;
Lipasa, para el desengrasado.
 Industria de detergentes: las enzimas empleadas en detergentes se
constituyen las manchas, facilitando la remoción de los mismos. Entre
las enzimas utilizadas, se pueden encontrar: proteasas (degradación de
proteínas); amilasas (degradan el almidón, quitando manchas de
chocolate y papa); lipasas (rompen los lípidos por hidrólisis); celulosas
(utilizadas para restaurar la suavidad y el color de fibras de algodón).
 Industria del papel: se utilizan las enzimas celulosas para degradar la
celulosa, componente principal de la madera.
 Análisis clínicos: las enzimas se emplean como reactivos estándar en
los laboratorios para el diagnóstico de enfermedades (anemias,
leucemias, tumores, entre otras). También se usan para la identificación
y control de la concentración de drogas o sus metabolitos en la sangre.
 Productos médicos y farmacéuticos: uno de los productos obtenidos
mediante el uso de enzimas son los aminoácidos. Además, las enzimas
son utilizadas para la producción de antibióticos semi-sintéticos; por
ejemplo, la penicilina semi-sintética. También se utilizan en la
producción de esteroides, éstos se utilizan en antiinflamatorios.
 Generación de energía: otra aplicación biotecnológica de las enzimas
es la generación de energía, a partir de fuentes orgánicas. Un ejemplo de
biocombustible es el alcohol obtenido por fermentación de material rico
en azúcares y almidón, o de residuos forestales.
ÁCIDOS NUCLEICOS
1. ¿Qué es el dogma central de la Biología?
Consiste en la generación de moléculas de ARN o RNA, para permitir a
nivel citoplasmático la síntesis de proteínas, conocido también como
proceso de decodificación. El producto final es la creación de proteínas
y recibe en nombre de síntesis de proteínas. Éste consiste de dos procesos:
transcripción y traducción. La transcripción ocurre en el núcleo. Utiliza
el ADN como modelo para crear una molécula de ARN. EL ARN luego
sale del núcleo y va a un ribosoma en el citoplasma, donde ocurre la
traducción. La traducción lee el código genético en el ARNm y crea una
proteína.
2. Completar la siguiente tabla
Componentes de los ácidos nucleicos
ADN
ADN
ADN
ARN
Fosfato
Presente
Presente
Base
Azúcar
Purinas
Desoxiribosa Guanina
Adenina
Ribosa
Guanina
Adenina
Pirimidinas
Citosina
Timina
Citosina
Uracilo
Señalar la respuesta correcta
¿Cuál de estos científicos no intervino en las investigaciones que llevaron al
conocimiento de ADN?
d. Charles Darwin
El científico P.A. Levene analizó los componentes del ADN y concluyó
que la unidad básica (un nucleótido) estaba compuesto a partir de,:
a. una base pegada a un azúcar y que el fosfato también estaba pegado al azúcar.
¿Cuál de estos compuestos no estaba en la lista de los que Levene
describió
como formando parte del ADN?
c. Uracilo
¿Cuál de estos es el azúcar que Levene identificó formando parte del ADN?
c. desoxirribosa
Las hebras que forman el ADN son:
b. complementarias
Cuando de un lado de la molécula de ADN se encuentra A (adenina) del
otro lado se encuentra:
b. T (timina)
Las bases de ambas hebras de ADN se unen entre sí por
b. puente hidrógeno
Biotecnología – Metabolismo Celular
 Cuadro comparativo entre catabolismo y anabolismo.
Catabolismo, Oxidación neta, Degradación de biomoléculas, Producción de
energía.
Anabolismo, Consumo de energía, Síntesis de biomoléculas, Reducción neta
.
 Metabolismo: Conjunto de reacciones degradativas, mediante las
cuales se oxidan las biomoléculas con liberación de energía y poder
reductor.
 Electrones: Plural) Partícula elemental de carga negativa que junto con
los protones y los neutrones forma a los átomos y las moléculas.
Pueden estar libres. Cuando una molécula los acepta se reduce y al
cederlos se oxida.
 ATP: Molécula transportadora de energía por excelencia.
 NADH: Molécula transportadora de electrones (reducida). Interviene
en la respiración celular, aceptando los electrones provenientes del
ciclo de Krebs y cediéndolos en la cadena transportadora de electrones
mitocondrial.
 Anabolismo: Conjunto de reacciones de biosíntesis que ocurren en la
célula. Consumen energía y poder reductor.
 Retro inhibición: Estrategia de regulación enzimática en la que un
producto de la vía metabólica inhibe alguna de las primeras enzimas
implicadas.
 Glucosa: Se trata de un azúcar simple, intermediario clave en varias
vías del metabolismo. Cuando hay exceso de energía se almacena en
forma de glucógeno o almidón. En caso contrario es oxidada para la
obtención de energía e la respiración celular aeróbica.
 Energía: Es la medida del trabajo que un sistema puede entregar. Es
absorbida durante reacciones anabólicas o de reducción y liberada en
reacciones catabólicas o de oxidación.
 Fotosíntesis: Proceso de biosíntesis, en el que la energía lumínica es
transformada en química durante la síntesis de azúcares a partir de CO2
y agua.
 Enzimas: Catalizadores biológicos por excelencia. En su mayoría son
de naturaleza proteica.
 Oxidación: Proceso inverso a la reducción.
A. El esquema anterior: ¿se trata de una ruta metabólica? ¿Por qué?
Claramente el esquema presente hace referencia a una ruta metabólica,
siendo el metabolismo un conjunto de transformaciones y reacciones
que se produce en la célula por lo que se puede observar que todas las
transformaciones que se produce, hasta la síntesis de los tres
aminoácidos (lisina, metionina, y treonina) conforman el metabolismo
celular. La ruta presentada grafica solo una pequeña porción del
metabolismo en su totalidad.
B. ¿A qué hacen referencia las flechas continuas del esquema?
Las flechas continuas representan a la actividad catálica de las diversas
enzimas o sea describen las transformaciones que cada una de las enzimas
lleva a cabo, de este modo transforma sustratos en productos.
C. ¿A qué hacen referencia las flechas discontinuas del esquema?
Las flechas discontinuas representan la regulación negativa que
presentan algunas moléculas sobre dos de las enzimas (treonina y lisina)
lo que inhibe la actividad catálica de las enzimas lo que provoca el
bloqueo en diferentes puntos la ruta.
D. Graficar la ruta metabólica abreviada.