ACTIVIDADES DE REPASO UNIDAD N fer

ACTIVIDADES DE REPASO UNIDAD N° 3: BIOTECNOLOGÍA
Actividad 1. Biotecnología tradicional y moderna
1. ¿A qué se denomina biotecnología tradicional?
2. Explicar cuál es la función de las enzimas y dar ejemplos de enzimas que se emplean en
productos biotecnológicos.
3. ¿Cuál es la principal diferencia entre la biotecnología tradicional y la moderna?
4. Identificar en los siguientes ejemplos si se trata de biotecnología tradicional o moderna:
a) El alcohol que se puede usar para la industria alimenticia o farmacéutica, pero también se
puede usar como combustible (en Brasil se produce alconafta a partir de la caña de azúcar).
b) Producción de yogures probióticos en los que se usa el microorganismo entero que está
presente en el producto final.
c) Producción de insulina humana en bacterias.
Muchos antibióticos son fabricados por microorganismos, como la penicilina que la fabrica un hongo
de la familia penicillium.
d) Los plásticos son polímeros de diferentes estructuras químicas. La mayoría de ellos se
producen a partir de derivados de petróleo. Pero hay microorganismos que fabrican
polímeros que son biodegradables.
e) Las enzimas se utilizan habitualmente en los detergentes o polvo para lavar la ropa. Cada tipo
de enzima tiene un rango de temperaturas dentro del cual es activa. En la temperatura
óptima actúa al 100% y al alejarse de esa temperatura disminuye su función. Para
determinados procesos en los cuales se necesitan temperaturas extremas, se van a emplear
enzimas provenientes de organismos extremófilos que pueden actuar a temperaturas
extremas (altas o bajas). Por ejemplo, la ropa de hospital que requiere esterilización se lava
con productos que tengan enzimas que funciones a temperaturas altas, mientras que el
lavado en agua fría emplea enzimas provenientes de microorganismos que se desarrollan en
temperaturas bajas.
f) Mejoramiento de cultivos de maíz al que se le ha transferido un gen bacteriano que le brinda
resistencia a un insecto que es plaga del maíz. (Maíz Bt por Bacillus thuringiensis)
g) Las enzimas también se usan en la industria textil para ablandar los jeans. En este caso se
cruzamiento tradicional
usa celulasa, que degrada la celulosa que es el principal componente de las células vegetales
planta(entre
parental
1 las células del algodón planta
parental
2
ellas,
que es
el principal
componente de la tela de jean).
X
Mediante un proceso controlado (temperatura, tiempo, cantidad y tipo de celulasa) se logran
gen de texturas
interés
diferentes
de jean. También se usa la enzima celulasa en la industria del papel (que
está formado por celulosa) para lograr diferentes texturas.
nueva variedad
Actividad 2: Biotecnología en esquemas
biotecnología moderna
organismo de origen
(cualquier especie)
variedad de planta
comercial
gen de interés
nueva variedad
cruzamiento tradicional
planta parental 1
planta parental 2
X
gen de interés
nueva variedad
biotecnología moderna
1. ¿Qué representan las cadenas o hileras de eslabones dibujadas en el esquema?
2. ¿Por qué se representan estas cadenas de diferente color?
3. Observar las flechas empleadas en cada esquema y su dirección. ¿Qué diferencia hay entre
ambos esquemas y a qué se atribuye?
4. ¿Cuál es la principal diferencia que se observa entre ambos esquemas en las características de la
nueva variedad obtenida? ¿Qué nombre recibe esta nueva variedad obtenida por esta tecnología?
5. ¿Qué esquema representa las técnicas de biotecnología tradicional y cuál la de biotecnología
moderna?
Actividad 3. Ingeniería genética
A continuación se presentan pares de términos. Redactar para cada par de conceptos un breve
texto (entre 5 y 8 líneas) en el cual ambos conceptos estén relacionados.
a.
b.
c.
d.
e.
ingeniería genética / genes
ADN recombinante / transgénico
Clonar / plásmido
ADN / enzimas de restricción
Maíz Bt / proteína recombinante
Actividad 4.
Analizar cada esquema y responder a las consignas:
Esquema 1
¿Qué representa el esquema?
¿Cuál es la característica que se transfiere de un
organismo a otro?
¿Qué componente celular se transfiere de un organismo a otro?
¿Qué características presenta el organismo que aporta el rasgo deseado?
¿Qué ventaja podría representar obtener un cultivo de maíz con esta nueva característica?
Esquema 2
1. Explicar qué representa el esquema.
2. Ordenar correctamente la secuencia y colocar los números que correspondan en el esquema:
Fragmentos de ADN se insertan en plásmidos;
Se forman colonias de clones (bacterias idénticas) resistentes al antibiótico y que incorporaron el
plásmido.
Plásmidos – vectores;
Fragmentos de ADN a clonar;
Se transforman células y se cultivan en placas de Petri y se seleccionan por su resistencia a un
antibiótico.
Actividad 5. Producción de insulina recombinante
La siguiente lista resume los pasos a seguir en la producción de insulina recombinante.
Numerarlos en el orden en el que deberían realizarse:
Ubicar el plásmido en la célula que corresponde.
La bacteria transformada se multiplica y se obtienen muchas bacterias, cada una con un plásmido
con ADN recombinante.
Ubicar el cromosoma humano con el gen de la insulina en la célula correspondiente.
Cada bacteria produce varias moléculas de insulina a partir del gen humano.
Se purifica la insulina y se envasa para su comercialización y administración a personas diabéticas.
Insertar el plásmido que contiene el gen de la insulina en una nueva bacteria (proceso de
transformación)
Cortar con la misma enzima el gen de la insulina del cromosoma humano.
Se extrae la insulina de las bacterias transformadas.
Extraer el plásmido de la bacteria y cortar con la enzima de restricción.
Formar el ADN recombinante ligando el gen de la insulina humana con el plásmido abierto.
Actividad 6. Las enzimas de restricción.
Responde verdadero o falso según corresponda. Justifica las falsas y amplía las verdaderas.
1.
2.
3.
4.
Las enzimas de restricción reconocen secuencias de nucleótidos en el ADN.
Los fragmentos de ADN pueden ser incorporados a plásmidos o virus que actúen como vectores.
Los plásmidos extracromosómicos no son vehículos corrientes utilizados para clonación.
Las enzimas de restricción ofrecen la posibilidad de segmentar el ADN en trozos y ordenarlos en
forma secuencial.
5. Las enzimas de restricción fueron producidas por el hombre para emplearlas en las técnicas de
ingeniería genética.
6. Las enzimas de restricción actúan sobre cualquier tipo de molécula.
Actividad 7.
A continuación se presenta un esquema general para construir un clon de moléculas de ADN
recombinante utilizando plásmidos y endonucleasas de restricción.
Observar y completar los recuadros del esquema utilizando las referencias que figuran a la derecha
del mismo.
Referencias:
Transferencia del vector a una
célula huésped
Selección de las células con ADN
recombinante
Clonación (replicación)
Cortes por la endonucleasa de
restricción
Apareamiento y unión (ligasa)
Cromosoma huésped
Vector plasmídico
Lugares de reconocimiento por la
enzima
Molécula de ADN recombinante.
Actividad 8. Producción de antibióticos
1. Explicar por qué la producción de antibióticos se considera un proceso biotecnológico.
2. ¿Qué son los antibióticos?
3. ¿Por qué la producción de antibióticos le pueden ofrecer al microorganismo productor una
ventaja adaptativa frente a sus competidores? ¿Cuáles serían esos “competidores”?
4. ¿Por qué es importante en la actualidad encontrar nuevos antibióticos?
5. ¿Cuál sería la influencia del hombre en el proceso de adquisición de resistencia a los
antibióticos?
6. ¿Por qué la adquisición de resistencia a los antibióticos por las bacterias representa un riesgo
para la salud humana?
Actividad 9. La evolución de las bacterias
Existen organismos, como las bacterias y muchos tipos de insectos que tienen un ciclo de vida corto,
y su tiempo de reproducción es veloz. Esto determina que la transmisión de las nuevas
características de una generación a la siguiente se realice a corto plazo. Este tipo de organismos
constituyen un buen modelo para el estudio del proceso de evolución, debido a que los cambios de
una generación a la siguiente se ponen de manifiesto en poco tiempo.
En la siguiente actividad se presenta un caso de evolución a corto plazo en una población de
bacterias como consecuencia de su exposición a los efectos de los antibióticos, destinados a
eliminarlos y proteger la salud humana.
El gráfico 1 representa la curva de crecimiento normal para una población de bacterias cultivada en
el laboratorio en condiciones óptimas de temperatura, con una provisión abundante de nutrientes y
suficiente espacio para el crecimiento de la población.
El gráfico 2 representa las variaciones en el crecimiento de una población similar de bacterias, en
las mismas condiciones de crecimiento que la población representada en el gráfico 1, pero con una
variante: a diferentes tiempos se le agregan al cultivo de bacterias antibióticos destinados a
eliminarlas.
En el Tiempo 1 (T1) se agrega al cultivo el antibiótico X.
En T2 se le suministra otra dosis del mismo antibiótico.
En T3 se le agrega el antibiótico Y.
1
n° de individuos
2
n° de individuos
antibiótico X
antibiótico Y
antibiótico X
0
Tiempo
0
T1
T2
T3
Tiempo
Preguntas para el análisis de la actividad:
a.
Analizar el gráfico 1 y explicar cuál fue la variación en el tamaño de la población de bacterias
de esta experiencia. ¿Cuál es el dato del gráfico que permite interpretar este comportamiento
de la población?
b. Analizar el gráfico 2 responder:
i. ¿Cuál fue el efecto que provocó el antibiótico X sobre la población de bacterias en el tiempo
T1? ¿Cómo es posible determinarlo a partir del gráfico?
ii. ¿Qué indicaría el hecho de que el mínimo de la curva no llegue a 0 después de haber aplicado
el antibiótico respecto de la población de bacterias?
iii.
¿La respuesta de la población de bacterias al antibiótico X aplicado en el tiempo 2 es igual a
la ocurrida en el tiempo 1? Explicar la respuesta.
c. A partir de la observación del gráfico 2 explicar cómo varió la población de bacterias en
respuesta a la aplicación del antibiótico Y.
d. ¿Cómo se explicaría el hecho de que en este caso la curva haya llegado a 0 después de la
aplicación del antibiótico Y?
e. ¿Consideran que la respuesta de las bacterias al antibiótico X representa un caso de selección
natural o de selección artificial? Justificar la respuesta. El siguiente esquema aporta una
interpretación al fenómeno ocurrido en la población de bacterias como respuesta a la aplicación
del antibiótico X. Analizar el esquema y responder a las consignas que siguen:
f.
Antibiótico X
i.
ii.
reproducción
¿Cómo se explicaría la presencia de una bacteria diferente (representada con otro color)
en la colonia de bacterias del esquema? ¿Cuál es el mecanismo por el cual se puede generar
diversidad en una especie de bacterias? ¿Qué le sucedió a la bacteria que era diferente del
resto en presencia del antibiótico X?
¿Qué le sucedió al resto de las bacterias en las mismas condiciones?
Actividad 10. Proteínas recombinantes
Determinar si las siguientes afirmaciones son verdaderas o falsas.
a) La ingeniería genética se denomina también "Tecnología de ADN recombinante”.
b) La ingeniería genética incluye técnicas que permiten la obtención de un gran número de
copias de genes de interés.
c) Las endonucleasas de restricción son proteínas.
d) Las endonucleasas son enzimas exclusivas de los virus.
e) Las ligasas se utilizan para cortar el ADN en regiones específicas.
f) Las proteínas recombinantes se obtienen al combinar proteínas de organismos diferentes.
g) La insulina es una proteína.
h) La insulina es una hormona.
i) La existencia de un código genético común en todos los seres vivos posibilita la síntesis de
insulina humana en bacterias.
j) La insulina recombinante se produce a partir del gen de la insulina de cerdo introducido en
bacterias.
k) La insulina recombinante se produce a partir del gen de la insulina humana introducido en
bacterias.
l) La ventaja de producir proteínas recombinantes consiste en que se producen en mayor
cantidad y a menor costo que si se extrajeran directamente desde su fuente de origen.
m) Las proteínas recombinantes para uso terapéutico aún no están aprobadas para uso en
humanos en la Argentina.
Actividad 11. Insulina recombinante humana. Completar los espacios en blanco del texto
utilizando los siguientes términos:
Insulina recombinante humana. Diabéticos. Escherichia coli. Plásmido bacteriano. Insulina humana. Insulina.
ADN. ADN humano. Cerdos.
En 1972 se presentó el primer clonaje exitoso de un gen. Para realizarlo, los científicos utilizaron
tres componentes: la bacteria ______________, un plásmido, que es un fragmento de ADN
circular ubicado dentro de la bacteria, y el _____de un humano.
¿Qué realizaron con esto? Los científicos lograron tomar un fragmento del ______________ e
insertarlo dentro del ___________________. Luego, introdujeron esta construcción dentro de E.
coli para que ésta, al multiplicar su material genético, produjera millones de veces la copia del gen
insertado.
Esto fue la gran revolución de la biotecnología en los años ochentas. Años más tarde, se aplicó esta
nueva técnica al gen de la ___________________, obteniendo la proteína que ese gen codificaba.
Y no sólo los científicos estaban contentos con su descubrimiento. Los más favorecidos fueron los
____________, porque a ellos les falta ___________ y hasta ese momento tenían que aplicarse
la insulina que se extraía del páncreas de los __________. El problema era que un porcentaje de
personas
era sensible a este medicamento y presentaban reacciones
de rechazo. La
_________________________no presenta ese problema y la calidad de vida mejoró para esos
enfermos.
Actividad 12. ADN DETECTIVE.
Lee el texto y responde las preguntas que figuran debajo
El análisis del ADN y sus aplicaciones
En más de un caso ficticio o real se ha escuchado hablar del “análisis de ADN” para determinar
parentescos e identificar criminales. Efectivamente, debido a que todos los individuos son
diferentes, las moléculas de ADN permiten identificarlos y resolver casos de filiación y de
criminología. Pero, el análisis de ADN tiene otras aplicaciones de interés para el hombre. Por
ejemplo, sirve para diferenciar variedades de cultivos, identificar cepas de microorganismos
causantes de enfermedades, reconocer animales valuados en miles de dólares (caballos de carrera,
toros sementales), acelerar programas de mejoramiento genético de especies vegetales y animales,
e identificar biodiversidad, entre otras aplicaciones.
Identificación de individuos: de las huellas dactilares al ADN
Cada individuo es único, y esa individualidad fue evidenciada en las huellas dactilares a fines del
siglo XIX por Juan Vucetich, científico de la policía de la provincia de Buenos Aires, Argentina.
Vucetich ideó un sistema para identificar a las personas por el rastro que dejaban los dibujos de las
yemas de sus dedos. El primer crimen resuelto en el mundo con este sistema fue en junio de 1892
en la ciudad de Necochea, provincia de Buenos Aires. Hoy se utilizan las huellas dactilares en todos
los prontuarios policiales del mundo y en el Documento Nacional de Identidad de algunos países.
El siglo XX se caracterizó, desde el punto de vista científico-biológico, por tratar de entender la
diferencia entre los individuos desde el punto de vista genético. Además, desde el ámbito
criminalístico se buscaron herramientas del campo de la bioquímica que permitieran identificar
individuos utilizando otras muestras y evidencias biológicas, además de las huellas dactilares. Así,
comenzaron a utilizarse los grupos sanguíneos y moléculas que sirven como “marcadores” (por
ejemplo, antígenos leucocitarios). Pero, su potencial resultó ser limitado ya que existe poca
variabilidad entre personas para esos marcadores, y porque no siempre la muestra con la que se
cuenta es suficiente para realizar las pruebas.
La muestra biológica ideal para caracterizar individuos sería aquella que contenga gran variabilidad
entre individuos, que se pueda estudiar incluso con muy pocas cantidades e independientemente del
paso del tiempo (horas, días, meses o años), que sea automatizable y relativamente fácil de
interpretar. La solución la aportaría en la década de 1980 la biología molecular y los polimorfismos
del ADN.
Variabilidad o Polimorfismos del ADN
Todos los organismos tienen su ADN constituido a partir de las mismas cuatro unidades (adenina,
citosina, timina y guanina). Por lo tanto, la diferencia entre los organismos radica en la secuencia de
ADN, es decir, cómo estas unidades se combinan una detrás de otra a lo largo de los cromosomas. El
genoma de los organismos está formado por secuencias específicas de ADN, o genes, que codifican
para la síntesis de proteínas, y por el resto del ADN que no codifca para proteínas pero juega un
papel importante en la estructura y función de los cromosomas. Las “secuencias no codificantes”
constituyen una porción importante del genoma (por ejemplo, 98% en humanos y 15% en bacterias),
y se encuentran separando un gen de otro, en los extremos de los cromosomas, en el centrómero,
etc. Como el ADN no codificante es el de mayor proporción en organismos eucariontes, existe
mayor probabilidad de que las mutaciones “caigan” en esas zonas. Como las mutaciones que se
producen en las regiones no codificantes no sufren una presión de selección tan importante como
las mutaciones que se producen en los genes, se acumulan a lo largo de la evolución. Por eso, las
regiones no codificantes aportan la mayor variabilidad a nivel del genoma.
Además, una misma región de ADN puede tener diferentes secuencias en los individuos. Estas
distintas secuencias se conocen como “variables alélicas” o alelos (uno proviene del padre y el otro
de la madre). Cuando, dentro de una población, una región del ADN presenta sólo dos variantes se la
denomina “dimórfica” y cuando presenta varias formas distintas se dice que es “polimórfica”. Para
poder determinar si una región de ADN es polimórfica, se analiza su secuencia en varios individuos y
si se encuentran muchas variantes, entonces se trata de un polimorfismo de ADN. Las regiones
polimórficas aportan información importante para identificar individuos. Los polimorfismos más
utilizados para la identificación de individuos son de dos tipos: i) las secuencias repetitivas y ii) las
mutaciones puntuales.
Análisis de mutaciones puntuales para la identificación de individuos
Entre las diferencias en la secuencia del ADN de distintos individuos están las mutaciones
puntuales, es decir, el cambio de un nucleótido por otro. Esta mutación puede no traer ninguna
consecuencia biológica, pero sí puede detectarse al aplicar alguna técnica de laboratorio, como el
corte del ADN con enzimas de restricción.
En lo que respecta a las enzimas de restricción, una mutación puede provocar que desaparezca (o se
genere) un sitio de restricción en comparación con otro individuo que no tiene esa mutación. Ello
hará que se generen fragmentos de distinta longitud cuando se trate al ADN con la enzima en
cuestión, como se indica en la figura. Este es el principio de la técnica conocida como “Polimorfismo
en la longitud de los fragmentos de restricción” o RFLP (por las iniciales en inglés Restriction
Fragment Length Polymorphisms)
Esquema que representa la técnica de RFLP. Debido a una mutación en un sector particular del
ADN, la misma enzima de restricción (EcoRI) genera fragmentos de diferente tamaño en dos
individuos. (Nota: en el Individuo I y II las líneas representan la doble hebra de ADN.)
1.
2.
3.
4.
5.
6.
7.
8.
9.
10.
11.
12.
13.
14.
15.
¿Por qué es posible emplear el ADN como método de reconocimiento de individuos?
¿Cuáles son los casos más comunes que se difunden acerca de la utilización de análisis de ADN?
En la escena de un crimen, ¿cómo es posible obtener ADN del sospechoso
¿Cómo sería posible corroborar que el sospechoso es efectivamente el culpable?
En ocasiones se analiza la estructura y el color de un cabello encontrado en la escena del crimen
o el tipo de sangre de una muestra hallada, como evidencia para inculpar a una persona. ¿Cuál es
la ventaja del análisis del ADN frente a esas evidencias?
¿Qué es un polimorfismo de ADN?
¿Qué son las variantes alélicas (o alelos) en estos casos?
¿Cuáles son los tipos principales de polimorfismos de ADN que se utilizan para caracterizar
individuos?
¿De qué manera las mutaciones puntuales se utilizan para el reconocimiento de individuos?
¿Por qué se utilizan las mutaciones puntuales del “ADN no codificante”?
¿Cuáles son las ventajas de utilizar marcadores moleculares de ADN sobre los otros métodos?
¿Qué es un marcador molecular?
¿Qué es un marcador molecular de ADN?
¿Qué utilidad tiene la electroforesis en gel en el empleo de las mutaciones puntuales como
marcadores de ADN?
¿Por qué otro camino se podría determinar si el ADN del sospechoso coincide con el de la escena
del crimen?