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• Haylis Fiallos

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¿Cómo y por qué han aparecido/evolucionado químicamente cada una de las biomoléculas que la bioquímica estudia? ¿De qué modo las moléculas inanimadas interactuaron para dar origen a la vida y sus complejas propiedades?

Las biomoléculas cumplen todas las leyes fisicoquímicas que describen el comportamiento de la materia inanimada

BASES QUÍMICAS Y FÍSICAS DE LOS PROCESOS BIOLÓGICOS

BASES QUÍMICAS Y FÍSICAS DE LOS PROCESOS BIOLÓGICOS

LÓGICA MOLECULAR DE LA VIDA

ORGANISMOS: Agrupaciones de materia inanimada → biomoléculas

Aisladas: leyes fisicoquímicas del universo inanimado Interacción: vida

COMPLEJIDAD EN LA ORGANIZACIÓN RELACIÓN DINÁMICA

NIVELES DE ORGANIZACIÓN DE LOS SERES VIVOS

BASES QUÍMICAS Y FÍSICAS DE LOS PROCESOS BIOLÓGICOS

METABOLISMO BIOLÓGICO

BASES QUÍMICAS Y FÍSICAS DE LOS PROCESOS BIOLÓGICOS

TODOS LOS SISTEMAS BIOLÓGICOS SE COMPORTAN COMO UN CONJUNTO ORDENADO Y COMPLEJO DEREACCIONES QUÍMICAS

DOMINIOS BIOLÓGICOS

BASES QUÍMICAS Y FÍSICAS DE LOS PROCESOS BIOLÓGICOS

ARCHAEA BACTERIA EUKARYA

BIOLOGÍA MOLECULAR  BIOLOGÍA MOLECULAR ↔ Bioquímica y Genética  Desarrollo: técnicas moleculares  50’s: secuencia de primeras proteínas y estructura del ADN  80´s: secuenciación rutinaria  Finales del siglo XX: secuenciación masiva y completa de genomas  Actualidad: mayor volumen de datos completos  Bioinformática

BIOLOGÍA MOLECULAR  Mecanismos fundamentales que sustentan el funcionamiento de la célula: participación de las moléculas en los procesos de transmisión de la información genética.

 Biomoléculas poliméricas: ADN, ARN y las proteínas  Aplicaciones biotecnológicas: la codificación química de información en el ADN, la secuenciación del genoma humano, la posibilidad de las terapias génicas, el diagnóstico molecular de enfermedades y la clonación de genes.

NATURALEZA Y PROPIEDADES DEL MATERIAL HEREDITARIO

ÁCIDOS NUCLEICOS

ÁCIDOS NUCLEICOS

GENES Y CROMOSOMASC

GENES Y CROMOSOMAS

GENES Y CROMOSOMAS

GENES Y CROMOSOMAS

GENES Y CROMOSOMAS

GENES Y CROMOSOMAS

TÉCNICAS DE BIOLOGÍA MOLECULAR

BIOLOGÍA MOLECULAR Reacción en cadena de la polimerasa.  Simula in vitro el proceso de la replicación del ADN

 Permite la síntesis dirigida de millones de copias de moléculas de ADN en minutos.

BIOLOGÍA MOLECULAR Electroforesis.  Separación basado en la movilidad de las biomoléculas en una fase líquida sometida a un campo eléctrico.  Los ácidos nucleicos son polímeros de carga negativa

 Las proteínas tienen carga variable: aminoácidos – y +

Electroforesis.

BIOLOGÍA MOLECULAR Secuenciación.  Conocer el orden de los monómeros  Inferir su evolución y su función  Proteína: marcar el extremo N-terminal

Fenilisotiocianato

Derivado de fenilhidantoína (PTH)

HPLC

Secuenciación.  ADN: cada monómero se marca con una molécula fluorescente diferente

BIOLOGÍA MOLECULAR Clonación de ADN

ORGANISMOS MODELO  Todos los seres vivos tenemos un grupo de ancestros en común.  Comporten las mismas moléculas que guardan la información genética

 Hacen los mismos procesos (con ligeras variantes) para la replicación, transcripción y traducción de los ácidos nucleicos.

↓ Extrapolarlos

↓ NO único organismo: virus, bacterias, levaduras, plantas, animales o cultivos de células

ORGANISMOS MODELO ORGANISMOS MODELO GENÉTICOS.  Especies que son susceptibles al análisis genético  Alta tasa de reproducción

 Corto tiempo de generación  Posible crear mapas genéticos altamente detallados.

ORGANISMOS MODELO Escherichia coli  Gram negativa, anaerobia facultativa y no esporulada.

 Organización simple: mecanismos internos (replicación, transcripción y traducción de la información genética).  Gran parte de sus estructuras y funciones extrapolables.  Almacenamiento de material genético, fábrica de virus, plásmidos.

ORGANISMOS MODELO Saccharomyces cerevisiae  Hongo unicelular, levadura del pan, la cerveza y el vino.

 Gran número de proteínas homólogas a proteínas humanas.  Rápido crecimiento e inexistente patogenicidad.

 Introducir secuencias ajenas, transmitirlas o conservarlas.

ORGANISMOS MODELO Arabidopsis thaliana  Primer genoma secuenciado dentro del reino vegetal.  Se utiliza como modelo en plantas.

 Ciclo vital muy corto y alta cantidad de semillas por generación.

ORGANISMOS MODELO Drosophila melanogaster

 Cercanía genética al hombre.  Ciclo vital breve (unos 30 días) y elevada progenie.  Inexistencia de recombinación meiótica en machos: facilita el estudio de las mutaciones y sus fenotipos.

 Estudio de procesos de diferenciación celular mediante mutagénesis.  Estudio de enfermedades: 75% de enfermedades humanas presentan de Drosophila.

los genes homología

relacionados con con secuencias

ORGANISMOS MODELO Mus musculus  Breve periodo gestacional, abundancia de crías y fácil manejo

 Investigación terapéutica: patologías humanas.  Gran similitud con el hombre: genoma muy parecido con un 80% de genes que contienen ortólogos en humanos  El 80% de las proteínas presentan una similitud superior al 70% en sus equivalentes proteicos en humanos.

ORGANISMOS MODELO ORGANISMOS MODELO EXPERIMENTALES.  Especies no necesariamente genéticamente susceptibles: pueden tener largos intervalos de generaciones y mapas genéticos pobres  Pollo  Ranas (Xenopus laevis)  Desventajas en términos de genética, pero producen embriones robustos que se pueden estudiar y manipular con facilidad.

GENÉTICA CLÁSICA  Organismos modelo actuales cumplen con las características que ya buscó Mendel en los guisantes: mantenimiento, t generación y descendencia, control de cruzamientos, etc.

GENÉTICA

GENÉTICA CLÁSICA PRIMERA LEY DE MENDEL: Principio de Segregación  C/organismo diploide: 2 alelos para un carácter

 Formación de gametos: alelos se separan, c/u a un gameto  Dominancia, recesividad

GENÉTICA

PRIMERA LEY DE MENDEL: Principio de Segregación

SEGUNDA LEY DE MENDEL: Principio de la distribución independiente Genes se separan durante la formación de los gametos, pudiéndose combinar entre ellos de todas las formas posibles

GENÉTICA CLÁSICA SEGUNDA LEY DE MENDEL: Principio de la distribución independiente

 Alelos de loci diferentes se separan de forma independiente  Sistema de alelos múltiples: grupos sanguíneos: ABO 3 alelos:  IA→ antígeno A

GENÉTICA

 IB → antígeno B  IO → ningún antígeno

 IO: Recesivo  IA - IB : Codominantes

6 Genotipos y 4 Fenotipos

GENÉTICA CLÁSICA PATRÓN DE HERENCIA  Aunque en una población puede existir multitud de alelos distintos para un gen, un individuo sólo cuenta con dos. CARÁCTER

GENÉTICA

 Interacción de diversos genes

 Condiciones ambientales  Dominancia incompleta  No

todas

las

parejas

de

independientemente: ligamiento

loci

se

heredan

DOMINANCIA INCOMPLETA

GENÉTICA CLÁSICA GRUPOS DE LIGAMIENTO Genes se transmiten como “un todo”

GENÉTICA CLÁSICA LIGAMIENTO  Sobre un cromosoma numerosos genes → cromosomas se transmiten enteros

→

genes

se

transmiten

conjuntamente → Ligados

 Genes de un mismo cromosoma

pueden separarse en la formación de los gametos → Recombinación

intracromosómica

G: amarillo g: verde

C: liso c: rugoso

GENÉTICA CLÁSICA HERENCIA LIGADA AL SEXO  Determinación del sexo: cromosomas sexuales.  No totalmente homólogos  HUMANOS:  XX: Sexo masculino  XY: Sexo femenino  AVES Y LEPIDÓPTEROS:

 ZW: Hembras  ZZ: Machos  Y: Heterocromático