Syllabus Biotecnología 1-2023

RED NACIONAL UNIVERSITARIA
UNIDAD ACADÉMICA DE SANTA CRUZ
FACULTAD DE CIENCIAS DE LA SALUD
CARRERA BIOQUÍMICA Y FARMACIA
SEXTO SEMESTRE
SYLLABUS DE LA ASIGNATURA DE
BIOTECNOLOGÍA
Elaborado por: Ing. Miguel Angel Ercilla Salvador
Gestión Académica I/2023
FACULTAD DE CIENCIAS DE LA SALUD
CARRERA DE BIOQUÍMICA Y FARMACIA
Acreditada como PLENA mediante R. M. 288/01
VISIÓN DE LA UNIVERSIDAD
Ser la Universidad líder en calidad educativa.
MISIÓN DE LA UNIVERSIDAD
Desarrollar la Educación Superior Universitaria con calidad
y Competitividad al servicio de la sociedad
Estimado(a) estudiante:
El Syllabus que ponemos en tus manos es el fruto del trabajo intelectual de tus docentes, quienes han
puesto sus mejores empeños en la planificación de los procesos de enseñanza para brindarte una
educación de la más alta calidad. Este documento te servirá de guía para que organices mejor tus
procesos de aprendizaje y los hagas mucho más productivos. Esperamos que sepas apreciarlo y
cuidarlo.
Aprobado por:
Fecha: Agosto de 2022
SELLO Y FIRMA
JEFATURA DE CARRERA
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FACULTAD DE CIENCIAS DE LA SALUD
CARRERA DE BIOQUÍMICA Y FARMACIA
SYLLABUS
Asignatura:
BIOTECNOLOGÍA
Código:
BTG-633
Requisito:
BTG-534
Carga Horaria
Horas Teóricas
Horas Prácticas
Créditos:
80 horas
40 horas
40 horas
8
I. OBJETIVOS GENERALES DE LA ASIGNATURA
•
Reconocer los procesos bioquímicos, moleculares, celulares y fisiológicos de los organismos
útiles en biotecnología.
•
Analizar las aplicaciones prácticas de esta ciencia en sectores industriales que abarca, la
industria alimentaria, química y farmacéutica.
•
Diseñar sistemas para la producción o modificación de productos de interés biotecnológico.
.
II. PROGRAMA ANALÍTICO DE LA ASIGNATURA.
Tema 1 ¿Qué es la biotecnología?
1.1 La biotecnología tradicional
1.2 La biotecnología moderna
1.3 Las definiciones de "biotecnología"
1.4 El impacto de la biotecnología
1.5 Biotecnología y desarrollo
1.6 Cronología de algunos acontecimientos en la historia de la biotecnología
Tema 2 Las células y los cromosomas
2.1 La célula como unidad de los seres vivos
2.2 Unidad estructural
2.3 Unidad funcional
2.4 Relación entre las estructuras celulares y su función
2.5 Las técnicas de laboratorio
2.6 Toda célula proviene de otra preexistente
2.7 Los cromosomas
2.8 La teoría cromosómica de la herencia
2.9 Las células y los cromosomas como agentes biológicos
Tema 3 Los microorganismos
3.1 La diversidad microbiana
3.2 Las bacterias
3.3 Las eubacterias
3.4 Las arqueobacterias
3.5 Los protozoarios
3.6 Las algas
3.7 Los hongos
3.8 Los virus
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FACULTAD DE CIENCIAS DE LA SALUD
CARRERA DE BIOQUÍMICA Y FARMACIA
3.9 Las técnicas de laboratorio
3.10 El cultivo y la identificación de microorganismos
3.11 Bioseguridad
3.12 Los microorganismos como agentes biológicos
Tema 4 Las enzimas y los anticuerpos
4.1 Las proteínas
4.2 Estructura
4.3 Algunas técnicas de laboratorio
4.4 Las enzimas
4.5 La catálisis enzimática
4.6 Los diversos tipos de enzimas
4.7 Importancia económica
4.8 Los anticuerpos
4.9 La molécula de anticuerpo
4.10 La producción de anticuerpos en el organismo
4.11 La producción de anticuerpos en el laboratorio
4.12 El empleo de los anticuerpos
Tema 5 Los ácidos nucleicos y los genes
5.1 Los ácidos nucleicos
5.2 La doble hélice
5.3 El código genético
5.4 La expresión génica
5.5 La regulación de la expresión génica
5.6 Células procariontes
5.7 Células eucariontes
5.8 La genómica
5.9 El genoma humano
5.10 Las herramientas básicas
Tema 6 Aplicaciones de la Biotecnología I
6.1 Biotecnología y salud: Las Vacunas
6.2 Las vacunas y la prevención de enfermedades infecciosas
6.3 La vacunación
6.4 Los diferentes tipos de vacunas
6.5 La aprobación de una vacuna
6.6 La producción de vacunas
6.7 Las vacunas y la erradicación de la enfermedad
6.8 Las enfermedades emergentes
6.9 El bioterrorismo
6.10 Biotecnología y salud: Las Pruebas de Diagnóstico
6.11 Las pruebas de rastreo
6.12 La tipificación de tejidos
6.13 La práctica forense
6.14 El diagnóstico de las enfermedades infecciosas
6.15 El diagnóstico de las enfermedades genéticas
Tema 7 Los procesos fermentativos
7.1 Los procesos fermentativos y la industria
7.2 Los microorganismos industriales
7.3 Nociones sobre el metabolismo
7.4 Las cepas industriales
7.5 La selección de la materia prima
7.6 Los procesos tradicionales
7.7 Los procesos sumergidos
7.8 Los fermentadores o biorreactores
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FACULTAD DE CIENCIAS DE LA SALUD
CARRERA DE BIOQUÍMICA Y FARMACIA
7.9 El cambio de escala
7.10 La operación del proceso
7.11 La recuperación del producto
7.12 Los procesos fermentativos en la industria de biofertilizantes
Tema 8 El cultivo de células y tejidos
8.1 La micropropagación de plantas
8.2 Las etapas
8.3 Los medios de cultivo
8.4 Las diferentes modalidades
8.5 El mejoramiento y la conservación de la biodiversidad vegetal
8.6 La difusión de la tecnología
8.7 El cultivo de células animales
8.8 La manipulación in vitro de las células animales
8.9 Las aplicaciones del cultivo in vitro de células de mamíferos
Tema 9 La tecnología del ADN
9.1 Las herramientas disponibles
9.2 La extracción del ADN
9.3 Las nucleasas y las enzimas de restricción
9.4 La electroforesis del ADN
9.5 Hibridización y sondas génicas
9.6 La técnica de Southern
9.7 La técnica de Fingerprint
9.8 La síntesis y amplificación del ADN
9.9 Síntesis de oligonucleótidos
9.10 Síntesis de ADNc
9.11 La reacción en cadena de la polimerasa
9.12 Los arrays o matrices
Tema 10 La ingeniería genética
10.1 El nacimiento de la biotecnología moderna
10.2 Las primeras experiencias
10.3 Mitos y realidades
10.4 Las bibliotecas de genes
10.5 La construcción de un microorganismo recombinante
10.6 Obtener el gen
10.7 Transferir el gen
10.8 Identificar a los microorganismos o células "combinantes"
10.9 La construcción de plantas transgénicas
10.10
Transferencia de los genes a las células vegetales
10.11
El problema de los marcadores de selección
10.12
Células y animales transgénicos
10.13
La transferencia génica a células animales
10.14
Los animales transgénicos
Tema 11 Aplicaciones de la Biotecnología II
11.1 Biotecnología y salud: Los Medicamentos
11.2 La industria de medicamentos
11.3 Los principios activos de las plantas
11.4 Los antibióticos
11.5 Las proteínas recombinantes
11.6 Los medicamentos personalizados
11.7 Patentes y genéricos
11.8 Biotecnología y salud: Los Nuevos Tratamientos
11.9 El progreso de la inmunoterapia
11.10 La lucha contra el cáncer
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CARRERA DE BIOQUÍMICA Y FARMACIA
11.11 La terapia génica
11.12 Los trasplantes
11.13 La medicina regenerativa
III. ACTIVIDADES A REALIZAR DIRECTAMENTE EN LA COMUNIDAD.
i.
Nombre del proyecto al que tributa la asignatura.
ii.
Contribución de la asignatura al proyecto.
iii.
Actividades a realizar durante el semestre para la implementación del proyecto.
Trabajo a
realizar por los
estudiantes
Elaboración de
un proyecto de
obtención de un
producto donde
intervenga una
microrganismo o
parte de él
Localidad, aula
o laboratorio
Laboratorio
Universidad de
Aquino Bolivia
Incidencia social
Obtención de un producto
Biotecnológico que ofrezca una
alternativa cotidiana.
Fecha
Durante todo
el semestre.
IV. EVALUACIÓN DE LA ASIGNATURA.
● Procesual o formativa.
Se evaluará al estudiante con calificaciones entre 0 a 40 puntos independientemente de la
cantidad de actividades realizadas, repasos escritos, trabajos grupales, Trabajo de Investigación,
desarrollo y presentación de los workpaper y los GIP.
•
Resultados de los procesos de aprendizaje o sumativa (examen parcial final)
Se realizarán 3 evaluaciones parciales con contenido teórico y práctico sobre 40 puntos cada
uno. Los parciales consistirán en un examen escrito con un valor de 60 puntos de la nota del final.
V. BIBLIOGRAFÍA
• MUÑOZ de Malajovich María Antonia. “Biotecnología”. Edit. Univ. Nacional del Quilmes. 2da Edición.
Argentina. 2.012.
• THIEMAN W. y PALLADINO M. “Introducción a la Biotecnología”. PEARSON. 2ª Edición. Madrid –
España 2.010.
• BISANG R., CAMPI M., CESA V. “Biotecnología y Desarrollo”. CEPAL. Naciones Unidas 2.009.
• BORZANI Walter. “Biotecnología Industrial”. Editora Edgard Blucher LTDA. Brasil 2.008.
• RENNEBERG Reinhard. “Biotecnología para Principiantes”. Editorial Reverte. España 2.008.
• BUEREN Juan. “Curso de Biotecnología Aplicada”. 7ma Edición. Sanidad y Ediciones. España
2.007.
• BOLÍVAR Z. Francisco. “Fundamentos y casos exitosos de la biotecnología moderna”. 2ª Edición.
México 2.007.
• MUÑOZ de Malajovich María. “Biotecnología y Vida Cotidiana”. ArgenBio. Argentina. 2.007.
• KREUZER H. “ADN Recombinante y Biotecnología - Guía para Estudiantes”. 1a edición. Edit. Aula
Magna. España. 2.004.
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CARRERA DE BIOQUÍMICA Y FARMACIA
VI. PLAN CALENDARIO.
PROGRAMA DE AVANCE DE LA MATERIA
CARRERA: BIOQUÍMICA Y FARMACIA
MATERIA: BIOTECNOLOGÍA
SEMESTRE: 6to
SEMANA
1
2
3
FECHA
06 al 11 de
Marzo
13 al 18 de
Marzo
20 al 25 de
Marzo
Nº DE
LA
UNIDAD
1
2
3
U N I V E R S I D A D
CONTENIDO
OBSERVACIONES
Tema 1 ¿Qué es la
biotecnología?
1.7La biotecnología tradicional
1.8La biotecnología moderna
1.9Las
definiciones
de
"biotecnología"
1.10
El impacto de la
biotecnología
1.11
Biotecnología
y
desarrollo
1.12
Cronología
de
algunos acontecimientos en
la
historia
de
la
biotecnología
Tema 2 Las células y los
cromosomas
2.10 La célula como unidad
de los seres vivos
2.11 Unidad estructural
2.12 Unidad funcional
2.13 Relación
entre
las
estructuras celulares y su
función
2.14 Las
técnicas
de
laboratorio
2.15 Toda célula proviene de
otra preexistente
2.16 Los cromosomas
2.17 La teoría cromosómica
de la herencia
2.18 Las células y los
cromosomas como agentes
biológicos
Tema
3
Los
microorganismos
3.13 La diversidad microbiana
3.14 Las bacterias
3.15 Las eubacterias
3.16 Las arqueobacterias
3.17 Los protozoarios
3.18 Las algas
3.19 Los hongos
3.20 Los virus
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Elaboración de:
- Work Paper # 1.
Elaboración de:
- Work Paper # 2.
- GIP # 1.
Elaboración de:
- Work Paper # 3.
- GIP # 2.
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CARRERA DE BIOQUÍMICA Y FARMACIA
4
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27 de
Marzo al
01 de Abril
03 al 08 de
Abril
10 al 22 de
Abril
3.21 Las
técnicas
de
laboratorio
3.22 El cultivo y la identificación
de microorganismos
3.23 Los
microorganismos
como agentes biológicos
Tema 4 Las enzimas y los
anticuerpos
4.13
Las proteínas
4.14 Estructura
4.15 Algunas técnicas de
laboratorio
4.16 Las enzimas
4.17 La catálisis enzimática
4.18 Los diversos tipos de
enzimas
4.19 Importancia económica
4.20 Los anticuerpos
4.21 La
molécula
de
anticuerpo
4.22 La
producción
de
anticuerpos
en
el
organismo
4.23 La
producción
de
anticuerpos
en
el
laboratorio
4.24 El empleo de los
anticuerpos
4
Tema
5
Los
ácidos
nucleicos y los genes
5.11 Los ácidos nucleicos
5.12 La doble hélice
5.13 El código genético
5.14 La expresión génica
5.15 La regulación de la
expresión génica
5.16 Células procariontes
5.17 Células eucariontes
5
5
6
U N I V E R S I D A D
5.18 La genómica
5.19 El genoma humano
5.20 Las
herramientas
básicas
Tema 6 Aplicaciones de la
Biotecnología I
6.16 Biotecnología y salud: Las
Vacunas
6.17 Las
vacunas
y
la
prevención
de
enfermedades infecciosas
6.18 La vacunación
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Elaboración de:
- Work Paper # 4.
- GIP # 3.
Elaboración de:
- Work Paper # 5
- GIP # 3.
.
1ER PARCIAL
Elaboración de:
- Work Paper # 6
- GIP # 4
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FACULTAD DE CIENCIAS DE LA SALUD
CARRERA DE BIOQUÍMICA Y FARMACIA
6.19 Los diferentes tipos de
vacunas
6.20 La aprobación de una
vacuna
6.21 La producción de vacunas
6.22 Las
vacunas
y
la
erradicación
de
la
enfermedad
6.23 Las
enfermedades
emergentes
6.24 El bioterrorismo
24 al 29 de
Abril
9
10
11
12 y13
01 al 06 de
Mayo
6
08 al 13 de
Mayo
15 al 20 de
Mayo
22 de
Mayo al 03
de Junio
7
7
8
U N I V E R S I D A D
6.25 Biotecnología y salud: Las
Pruebas de Diagnóstico
6.26 Las pruebas de rastreo
6.27 La tipificación de tejidos
6.28 La práctica forense
6.29 El diagnóstico de las
enfermedades infecciosas
6.30 El diagnóstico de las
enfermedades genéticas
Tema 7 Los procesos
fermentativos
7.13 Los
procesos
fermentativos
y
la
industria
7.14 Los
microorganismos
industriales
7.15 Nociones
sobre
el
metabolismo
7.16 Las cepas industriales
7.17 La selección de la
materia prima
7.18 Los
procesos
tradicionales
7.19 Los
procesos
sumergidos
7.20 Los fermentadores o
biorreactores
7.21 El cambio de escala
7.22 La
operación
del
proceso
7.23 La recuperación del
producto
7.24 Los
procesos
fermentativos
en
la
industria
de
biofertilizantes
Tema 8 El cultivo de células
y tejidos
8.10 La micropropagación
de plantas
8.11 Las etapas
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Ela
boración de:
- Work Paper # 6
- GIP # 4
Elaboración de:
- Work Paper # 7
- GIP # 4
Elaboración de:
- Work Paper # 7
2DO PARCIAL
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CARRERA DE BIOQUÍMICA Y FARMACIA
8.12
14
15
16
17
05 al 10 de
Junio
12 al 17 de
Junio
19 al 24 de
Junio
26 de
Junio al 01
de Julio
Los medios de cultivo
8.1 Las
diferentes
modalidades
8.2 El mejoramiento y la
conservación
de
la
biodiversidad vegetal
8.3 La
difusión
de
la
tecnología
8.4 El cultivo de células
animales
8.5 La manipulación in vitro de
las células animales
8.6 Las
aplicaciones
del
cultivo in vitro de células
de mamíferos
8
9
9
10
U N I V E R S I D A D
Tema 9 La tecnología del
ADN
9.13 Las
herramientas
disponibles
9.14 La extracción del ADN
9.15 Las nucleasas y las
enzimas de restricción
9.16 La electroforesis del
ADN
9.17 Hibridización y sondas
génicas
9.18 La técnica de Southern
9.19 La
técnica
de
Fingerprint
9.20 La
síntesis
y
amplificación del ADN
9.21 Síntesis
de
oligonucleótidos
9.22 Síntesis de ADNc
9.23 La reacción en cadena
de la polimerasa
9.24 Los arrays o matrices
Tema 10 La ingeniería
genética
10.15 El nacimiento de la
biotecnología moderna
10.16 Las
primeras
experiencias
10.17 Mitos y realidades
10.18 Las bibliotecas de genes
10.19 La construcción de un
microorganismo
recombinante
10.20 Obtener el gen
10.21 Transferir el gen
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Elaboración de:
- Work Paper # 8
Elaboración de:
- Work Paper # 9
Elaboración de:
- Work Paper # 9
Elaboración de:
- Work Paper # 10
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FACULTAD DE CIENCIAS DE LA SALUD
CARRERA DE BIOQUÍMICA Y FARMACIA
10.22 Identificar
a
los
microorganismos
o
células "combinantes"
10.23 La
construcción
de
plantas transgénicas
10.24 Transferencia de los
genes a las células
vegetales
10.25 El problema de los
marcadores de selección
10.26 Células
y
animales
transgénicos
10.27 La transferencia génica
a células animales
10.28 Los
animales
transgénicos
18 y19
20
03 al 15 de
Julio
11
Tema 11 Aplicaciones de la
Biotecnología II
11.14 Biotecnología y salud:
Los Medicamentos
11.15 La
industria
de
medicamentos
11.16 Los principios activos de
las plantas
11.17 Los antibióticos
11.18 Las
proteínas
recombinantes
11.19 Los
medicamentos
personalizados
11.20 Patentes y genéricos
11.21 Biotecnología y salud:
Los Nuevos Tratamientos
11.22 El progreso de la
inmunoterapia
11.23 La lucha contra el
cáncer
11.24 La terapia génica
11.25 Los trasplantes
11.26 La
medicina
regenerativa
17 al 22 de
Julio
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EXAMEN FINAL
EXAMEN DE 2DO
TURNO
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VII. WORKPAPER
PROGRAMA DE CONTROL DE CALIDAD
WORK PAPER # 1
TÍTULO: MOLÉCULAS INFORMACIONALES DE LA CÉLULA VIVA
ÁCIDOS NUCLEICOS Y PROTEÍNAS
FECHA DE ENTREGA: 4ª semana
PERÍODO DE EVALUACIÓN: 5ª semana
I.
OBJETIVO GENERAL
- Aplicar los conocimientos adquiridos esta unidad en la interpretación de las funciones de los ácidos
nucleicos.
II.
FUNDAMENTO TEORICO
LA CÉLULA VIVA; COMPONENTES Y FUNCIONES
Todos los seres vivos estamos integrados por una o más células, que conforman nuestro organismo.
Los seres vivos más sencillos, los llamados procariontes, están constituidos por una sola célula, es decir
son organismos unicelulares. Los demás, son organismos que se denominan eucariontes. Muchos de
los eucariontes, tales como el hombre y las plantas, son organismos pluricelulares, aunque también hay
eucariontes unicelulares, como la levadura.
Los procariontes, que incluyen a las bacterias y a las arqueas, son organismos sencillos en los cuales
su material genético no se encuentra contenido por una membrana nuclear, como es el caso de los
eucariontes, y por lo tanto el material genético está en contacto directo con el citoplasma celular. Los
cromosomas bacterianos son relativamente sencillos, comparados con los de los ecuariontes, y para
su duplicación no requieren de procesos de meiosis y mitosis que sí requieren los cromosomas de los
organismos eucariontes.
Las células procariontes están incluidas y delimitadas por membranas resistentes o semirrígidas, que
les dan forma (esférica, cilíndrica, elongadas, etc.), les protege del exterior y controla el paso de
materiales del exterior de la célula al citoplasma celular y viceversa. Las membranas están compuestas
principalmente por lípidos y proteínas, y de hecho están formadas por dos capas, la interna y la externa.
El citoplasma bacteriano es una solución acuosa en el que se llevan a cabo las reacciones bioquímicas
de la célula procarionte. Contiene al material genético, en la mayor parte de los casos un solo
cromosoma —aunque hay procariontes con varios cromosomas—, a los ribosomas, al conjunto de
proteínas —y entre ellas, enzimas involucradas en la síntesis del material genético y de las mismas
proteínas— a otras macromoléculas biológicas (lípidos y carbohidratos), y al conjunto de moléculas
involucradas en el metabolismo de la célula.
Los ribosomas son estructuras esféricas compuestas de RNA y proteína, en los cuales se lleva a cabo
la síntesis de proteínas, tal y como veremos más adelante. Cada ribosoma está compuesto por dos
moléculas grandes de RNA ribosomal —llamadas 70S y 50S—, y varias moléculas más pequeñas de
RNA, como el 5S. Además, cada ribosoma tiene del orden de 50 proteínas diferentes. La bacteria tiene
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varios cientos de ribosomas que se localizan en la parte interna de la membrana celular, para llevar a
cabo la función de la síntesis de proteínas.
Las células eucariontes son células que tienen en promedio un tamaño de varios miles de veces
mayor al de las células procariontes y cuya estructura, organización y complejidad es también mucho
mayor que el de las bacterias. Las células de los organismos eucariontes tienen una membrana
plasmática que las delimita pero que también permite la comunicación con las otras células del
organismo. Al igual que en los procariontes, la membrana está compuesta por lípidos y proteínas e
incluye una gran cantidad de subestructuras y organelos celulares entre los que destacan los siguientes:
La mitocondria. Es el organelo celular responsable del proceso de la síntesis biológica del ATP
(adenosin trifosfato), que es la molécula que provee la energía para la mayor parte de las reacciones
de biosíntesis en la célula. El ATP se sintetiza enzimáticamente mediante un proceso conocido con el
nombre de fosforilación oxidativa. La mitocondria posee su propio material genético (que es un solo
cromosoma), en donde reside la información para sintetizar muchas de las proteínas involucradas en
este proceso. Muchos biólogos consideran que la mitocondria tuvo su origen en un procarionte primitivo,
que se asoció en algún momento de la evolución, con el precursor de la célula eucarionte que hoy
existe. Una célula eucarionte tiene del orden de 150 mitocondrias. Las células de las plantas, además
de las mitocondrias, contienen también los cloroplastos, que son organelos involucrados en el proceso
de la fotosíntesis. Los cloroplastos también contienen su propio material genético y también se cree que
tienen un origen procarionte. El proceso de la fotosíntesis es fundamental para la vida en la Tierra, y
permite fijar la energía solar a través de un pigmento conocido con el nombre de clorofila (que además
es responsable del color de las plantas) y a través de este proceso generar también ATP, como
molécula de alta energía, para llevar a cabo las funciones celulares.
El retículo endoplásmico. Es un organelo cuya función primaria es la de asociarse a los ribosomas para
servir de soporte en la síntesis de las proteínas.
Los ribosomas de las células eucariontes son similares a aquellos de los procariontes, aunque son de
mayor tamaño y están asociados formando estructuras de varios cientos de ellos, llamados
polirribosomas, donde se sintetizan las proteínas.
El aparato de Golgi. Es un organelo celular ligado al retículo endoplásmico, donde muchas de las
proteínas (y otras macromoléculas) sintetizadas en el retículo, son incorporadas en el aparato de Golgi,
que también es una estructura de origen membranal, y que permite exportar y procesar las proteínas
sintetizadas. Otro tipo de organelo muy importante en la célula cuya función está involucrada en la
degradación de los productos proteicos (y de otro tipo de metabolitos), son los llamados lisosomas, que
son estructuras membranales que contienen enzimas con la capacidad de degradar macromoléculas
biológicas.
El citoesqueleto celular. Es un organelo que está formado por microtúbulos y microfilamentos de
proteínas estructurales como la actina, la miosina y la tubulina. Estas estructuras son las responsables
de darle forma y organizar el citoplasma de la célula, dependiendo de la función de la célula y del tipo
de estructuras celulares involucradas.
CUESTIONARIO DEL WORK PAPER
Complementar la lectura en el capítulo I (páginas 19 a 56) de BOLÍVAR Z. Francisco. Fundamentos y
casos exitosos de la biotecnología moderna. 2ª Edición. México 2.007.
1.
2.
3.
4.
5.
6.
Qué son los cromosomas
Qué son los genes
Esquematice todos los cromosomas humanos
Cómo se componen y organizan los genes en los cromosomas
Cómo es la estructura del ADN
En el ADN cómo se realiza el apareamiento de bases complementarias
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7.
8.
9.
10.
11.
12.
13.
14.
15.
Cómo se realiza la replicación del ADN
Explique el dogma central de la biología
Realice en una tabla el código genético
Por qué el código genético es universal
Cómo se sintetizan las proteínas
Qué es una mutación
Qué tipos de mutación existen
Cómo es la estructura de las proteínas
Qué funciones cumplen las proteínas
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WORK PAPER # 2
TÍTULO: INGENIERÍA GENÉTICA
LAS HERRAMIENTAS MOLECULARES Y LOS MÉTODOS
PARA AISLAR, CARACTERIZAR Y MANIPULAR EL DNA
FECHA DE ENTREGA: 4ª Semana
PERÍODO DE EVALUACIÓN: 5ª semana
I.
OBJETIVO GENERAL
- Aplicar los conocimientos adquiridos esta unidad en la interpretación de los métodos para aislar, y
manipular el ADN.
II.
FUNDAMENTO TEORICO
LA MANIPULACIÓN IN VITRO DEL MATERIAL GENÉTICO
La ingeniería genética, llamada también metodología del DNA recombinante, es un conjunto de
herramientas y métodos que permiten la manipulación in vitro —la edición molecular— del material
genético de los organismos vivos. Esta poderosa metodología está sustentada en dos grandes tipos de
herramientas celulares. La primera de ellas son las enzimas que utiliza la propia célula en sus procesos
internos para el manejo de su material genético. El otro tipo de herramientas son los vehículos
moleculares de clonación de DNA, que son moléculas de DNA que permiten la replicación de
fragmentos de ácido nucleico incapaces de hacerlo en forma autónoma. La ingeniería genética está
también soportada por un conjunto de métodos que permiten aislar, caracterizar y manipular el DNA
entre los que resaltan las técnicas de secuenciación del ácido desoxirribonucleico, mediante las cuales
es posible determinar la secuencia nucleotídica del DNA. La sofisticación de estas técnicas de
secuenciación ha permitido, como veremos más adelante, la determinación de las secuencias de varios
genomas, incluyendo el humano, en tiempos muy cortos. Existen también técnicas de síntesis química
de oligonucleótidos que son fragmentos pequeños de DNA, que indudablemente son herramientas
fundamentales para modificar, editar y detectar de manera muy fina y específica el DNA y finalmente,
la técnica de reacción en cadena de polimerasa o PCR que es una metodología que permite la
amplificación de cualquier fragmento de DNA, generando varios billones de copias idénticas a este
fragmento de DNA en pocas horas.
Las herramientas y técnicas señaladas y algunas otras auxiliares que se presentan en este capítulo,
integran la metodología que permiten el aislamiento, manejo y edición del material genético de los seres
vivos, llamada ingeniería genética o del DNA recombinante. Por su significado se describen con mayor
detalle las más importantes.
LAS HERRAMIENTAS CELULARES; ENZIMOLOGÍA DE ÁCIDOS NUCLEICOS
A principios de 1970, habían sido ya descritos los principales mecanismos en la célula involucrados en
la utilización de la información genética para sintetizar las proteínas, y así se establecía sólidamente el
dogma central de la biología moderna.
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Estos dos mecanismos, el de transcripción del DNA en RNA y el de traducción de RNA en proteína, así
como el mecanismo de replicación del DNA, que han sido descritos con detalle en el capítulo anterior,
han permitido conocer cómo participa un gran número de proteínas en el interior de la célula, las cuales
tienen diferentes actividades enzimáticas y funcionales, algunas de ellas involucradas en el manejo de
su propio material genético. Así, han sido descritas enzimas, que son moléculas de proteínas con
actividades biológicas, que permiten cortar las uniones covalentes fosfodiester en las cadenas del DNA,
como verdaderas “tijeras moleculares”. A estas enzimas se les conoce con el nombre genérico de
nucleasas y entre ellas destacan las endonucleasas de restricción, las cuales reconocen secuencias
específicas de nucleótidos en el DNA y luego proceden al rompimiento de algunas de las uniones
covalentes en estas secuencias. Las enzimas que llevan a cabo la función contraria a las nucleasas, o
sea el formar uniones covalentes fosfodiester entre moléculas de DNA, reciben el nombre genérico de
ligasas de DNA. Éstos son dos de los ejemplos más importantes del tipo de enzimas que tienen como
sustrato a los ácidos nucleicos. En este capítulo se presenta una descripción de las principales enzimas
utilizadas por la célula para manejar sus propios ácidos nucleicos. Es relevante señalar que muchas de
estas herramientas celulares han sido purificadas y hoy son utilizadas para manejar o modificar, in vitro
—es decir en el tubo de ensayo en el laboratorio— el DNA y el RNA de cualquier organismo. Las
enzimas que tienen como sustrato los ácidos nucleicos son las herramientas fundamentales de la
ingeniería genética, ya que a través de su uso es posible modificar y editar a nivel molecular el DNA de
cualquier organismo. Los principales tipos de enzimas utilizadas en la ingeniería genética se describen
a continuación.
CUESTIONARIO DEL WORK PAPER
Complementar la lectura en el capítulo II (páginas 57 a 84) de BOLÍVAR Z. Francisco. Fundamentos y
casos exitosos de la biotecnología moderna. 2ª Edición. México 2.007.
1.
2.
3.
4.
5.
6.
7.
8.
Qué son las nucleasas y que función tienen
Qué funciones cumplen las fosfatas, las cinasas y las ligasas del ADN
Funciones de las polimerasas del ADN
Qué técnicas existen para la generación y separación de fragmentos de ADN
Cómo se realiza la síntesis química del ADN
Explique acerca de la reacción en cadena de la polimerasa o PCR
Qué características debe poseer el vector de clonación sea fácil de manejar
Cómo se realiza la clonación molecular de ADN de un plásmido
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WORK PAPER # 3
TÍTULO: CIENCIA GENÓMICA, PROTEÓMICA Y BIOINFORMÁTICA
EL GENOMA, EL TRANSCRIPTOMA Y EL PROTEOMA HUMANO
FECHA DE ENTREGA: 4ª semana
PERÍODO DE EVALUACIÓN: 5ª semana
I.
OBJETIVO GENERAL
- Aplicar los conocimientos adquiridos esta unidad en la interpretación de los métodos para aislar, y
manipular el ADN.
II.
FUNDAMENTO TEORICO
GENES INTERRUMPIDOS EN EUCARIONTES; SÍNTESIS Y PROCESAMIENTO DE RNA
El avance de las metodologías de la ingeniería genética, a principios de la década de los años ochenta
en el siglo pasado, cataliza un esfuerzo muy importante encaminado al aislamiento y la caracterización
de genes de organismos superiores incluyendo el humano, con el objetivo general de entender en
detalle la organización y la expresión de los genes. Así, utilizando diferentes estrategias y metodologías,
se aísla un primer conjunto de DNA complementarios a partir de copiar moléculas de RNA mensajeros
específicos, los cuales fueron, a su vez, utilizados para aislar los genes correspondientes a partir
directamente del DNA cromosomal. Sorpresivamente, muchos de los genes cromosomales de
organismos superiores resultaron tener un mayor número de nucleótidos, es decir un mayor tamaño,
que los DNA complementarios correspondientes utilizados para aislarlos. Tras un análisis cuidadoso de
estos resultados, que incluyó la determinación de la secuencia del material genético, fue posible concluir
que, a diferencia de las bacterias, la mayor parte de los genes que codifican para proteínas en los
organismos superiores están constituidos por dos tipos de regiones de DNA. El primer tipo son regiones
que codifican para una proteína, llamadas “exones”, y el segundo tipo son regiones de DNA que no
codifican para esa proteína, a las cuales se les denominó “intrones”. El DNA complementario, obtenido
a partir de RNA mensajeros, sólo lleva o está constituido por las regiones de DNA que son los exones,
y por eso siempre es de menor tamaño que el gene a nivel del DNA cromosomal, el cual lleva también
los intrones.
Hoy sabemos que las células de organismos superiores, han desarrollado mecanismos muy
sofisticados para procesar el RNA que se produce durante la transcripción de un gene en el núcleo de
la célula. La transcripción del DNA en RNA, genera una molécula de RNA que es copia fiel del DNA
transcrito. En el caso de las bacterias, las moléculas de RNA mensajero son directamente traducidas
en proteínas. Sin embargo, en el caso de los organismos eucariontes, la mayor parte de los transcritos
de RNA mensajero son procesados, para ser transformados en los RNA mensajeros maduros que se
traducen en proteína a nivel de los ribosomas.
Es importante señalar que en términos generales, el procesamiento del RNA premensajero, puede ser
realizado de manera alternativa para el caso de varios genes, en cuanto a los fragmentos del RNA
premensajero que son removidos. De hecho, se ha reportado que al menos 38% de los genes humanos
que codifican para proteínas pudieran tener un procesamiento diferente y alternativo de su RNA
premensajero, lo que implica que a partir de un RNA de este tipo se pudieran generar al menos dos
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RNA mensajeros diferentes (del mismo RNA premensajero) y de esta manera generar, a su vez, al
menos dos proteínas diferentes a partir de un gene.
EL GENOMA, EL TRANSCRIPTOMA Y EL PROTEOMA DEL ORGANISMO VIVO
Con toda esta información y gracias al mejoramiento y sofisticación continuos de las técnicas del DNA
recombinante, en particular la aparición de técnicas poderosas de amplificación de DNA (PCR) y de
secuenciación automática de DNA, hoy es posible analizar, inclusive sin clonar, genes de cualquier
organismo, incluyendo los del hombre. A través de ello, inició la etapa o la era del genoma, en la cual
el esfuerzo ya no se concentra solamente en genes aislados, sino en el análisis del conjunto de todos
los genes presentes en un organismo. En el caso de las bacterias, organismos unicelulares, su genoma
lo conforman los 3 000 a 5 000 genes que se localizan en sus cromosomas, dependiendo de la especie.
En el caso de los humanos, tenemos entre 20 000 y 25 000 genes que codifican para proteínas
localizados en las 46 cintas de DNA, los 46 cromosomas que conforman nuestro genoma, que por cierto
es diploide (23 pares de cromosomas), lo cual quiere decir que tenemos la información genética por
duplicado, una parte proveniente de nuestro padre y la otra de nuestra madre.
Al inicio de la era del genoma, el objetivo fue conocer primeramente cuál era la secuencia de nucleótidos
de todos los genes de un organismo y con ello iniciar el análisis de cómo están organizados y localizados
todos los genes en los cromosomas; es decir, el objetivo global era contribuir a determinar los “mapas
genéticos” de los seres vivos. Asimismo, se busca también conocer cómo se regulan y en qué tipo de
procesos celulares participan los genes y sus productos. En geografía, un mapa es la posición que
guarda un país con respecto a los otros países en el planeta. En genética, un mapa es la posición que
guarda un gene con respecto a los otros genes en las cintas de DNA que forman los cromosomas de
un determinado organismo. El genoma es, pues, el conjunto de todos los pares de nucleótidos, que
incluyen el total de los genes y otras secuencias de DNA que se encuentran en nuestros cromosomas.
El transcriptoma es el conjunto de todos los transcriptos de RNA que se pueden generar a partir del
genoma. Los transcriptos de RNA están involucrados en muchas funciones celulares ya sea
directamente como moléculas biológicas activas de RNA, o indirectamente a través de las proteínas
que codifican los RNA mensajeros. El conocimiento del genoma y de su transcripción han avanzado y
hoy sabemos que existen además de los RNA ribosomales (rRNA) y de transferencia (tRNA),
muchísimos transcritos de RNA pequeños tales como microRNA, iRNA, snRNA, codificados por genes
que frecuentemente están entre genes que codifican para proteínas. Muchos de estos RNAs pequeños
juegan papeles importantes en la regulación de la traducción de los RNA mensajeros de genes que
codifican para proteínas. Además, algunos de estos RNAs pequeños aparentemente se asocian a la
eucromatina inhibiendo la transcripción y se han asignado también posibles papeles en la diferenciación
celular a estos RNA pequeños. Así, aparentemente el número de transcritos de RNA pequeños pudiera
superar al de los transcritos de RNA mensajero en los genomas del eucarionte.
El proteoma de un organismo es el conjunto de todas las proteínas que puede sintetizar ese organismo
a partir de la información localizada en sus genes, que codifican proteínas. Los humanos tenemos poco
más de veinte mil genes que codifican para proteínas en cada célula de nuestro organismo, lo cual
implica que podemos fabricar en nuestro organismo al menos veinte mil proteínas (ya que el
procesamiento diferencial de ciertos transcritos de RNA premensajeros de algunos genes humanos
permitirá sintetizar más proteínas; ver más adelante). En cambio, las bacterias que tienen entre tres y
cinco mil genes que codifican para proteínas en su genoma (dependiendo de la especie), no tienen
intrones (por lo que no tienen procesamiento diferencial de sus transcritos de RNA), y por ello son
capaces de sintetizar un proteoma de sólo 3000 a 5000 proteínas.
CUESTIONARIO DEL WORK PAPER
Complementar la lectura en el capítulo III (páginas 85 a 116) de BOLÍVAR Z. Francisco. Fundamentos
y casos exitosos de la biotecnología moderna. 2ª Edición. México 2.007.
1. Realice un cuadro comparando genomas de distintos organismos
2. Qué son los microarreglos
3. A qué se refiere el genoma, el transcriptoma y el proteoma humano
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4.
5.
6.
7.
8.
9.
10.
Qué características importantes presenta el genoma humano
Cuál es el impacto de la información genómica en la salud
Cómo se aplica el diagnóstico genético
Realice un cuadro indicando unas 20 enfermedades genéticas más comunes
A qué se refiere la farmacogenómica
Cómo se realiza la terapia génica
Esquematice el uso de los genes humanos en medicina
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WORK PAPER # 4
TITULO: MANIPULACIÓN GENÉTICA DE ANIMALES
TRANSGÉNESIS Y CLONACIÓN
FECHA DE ENTREGA: 10ª semana
PERÍODO DE EVALUACIÓN: 11ª semana
I.
OBJETIVO GENERAL
- Aplicar los conocimientos adquiridos esta unidad en la interpretación de los métodos de clonación y
transgénesis.
II.
FUNDAMENTO TEORICO
DISEÑO Y CONSTRUCCIÓN DE LOS PRIMEROS ANIMALES TRANSGÉNICOS
El funcionamiento de los organismos vivos está gobernado por conjuntos de genes. Diferencias en su
contenido, variaciones e incluso la manera en que se organizan éstos a lo largo de los cromosomas,
determinan las características de cada una de las especies. Alterando esta disposición, se puede
modificar el desempeño original de los organismos. La posibilidad de alterar este proceso puede darse
al transferir un gene responsable de determinada característica en un organismo hacia otro, al cual se
le pretende incorporar la nueva característica. De allí el nombre de organismo transgénico o
genéticamente modificado (OGM).
Este tipo de tecnología permite transferir información genética de plantas, bacterias o virus hacia otros
organismos, combinar genes de vegetales con otros vegetales, de animales entre sí o de vegetales con
animales, superando las llamadas “barreras naturales” que diferencian a unas especies de otras. Las
técnicas para construir microorganismos transgénicos han sido descritas en capítulos anteriores y en
éste nos concentraremos inicialmente en describir las técnicas involucradas en la construcción de
animales transgénicos, y continuaremos con la descripción del uso de estos organismos.
Los animales transgénicos son aquellos en los que al inicio de su desarrollo embrionario sus genomas
fueron modificados por la inserción de fragmentos de DNA para introducir, eliminar, cambiar o combinar
características genéticas deseables de la misma u otra especie. Los animales transgénicos se han
empleado por años para estudiar la función de los genes o para generar modelos de estudio de
enfermedades humanas. También han llegado a convertirse en biorreactores industriales productores
de biológicos para uso humano, como son las hormonas y otras proteínas de importancia médica; e
inclusive se están empleando en la producción de órganos, diseñados especialmente para transplantes
y que no presentan los problemas del rechazo inmune. También han sido empleados en investigaciones
sobre el desarrollo, las patologías y el diseño de tratamientos, entre otros. Uno más de los campos
donde se está investigando intensamente es en el área pecuaria, generando transgénicos para el
mejoramiento de la calidad y cantidad de los alimentos de origen animal.
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En la actualidad, los animales transgénicos aún no han sido tan estudiados como sus equivalentes en
plantas, que incluso ya están en el mercado. Sin embargo, resultan muy relevantes por las
contribuciones que aportan al avance del conocimiento de la fisiología y genética de los animales y sus
extrapolaciones a la raza humana. En ciertos casos, los resultados que arrojan algunos modelos
animales tradicionales empleados para investigar las causas y desarrollo de las enfermedades del
hombre, no han sido favorables, y por ello se tiene que recurrir a realizar la investigación en otra especie
o modelo con alguna característica especifica; es aquí donde el estudio de los animales transgénicos
se diversifica y se profundiza.
Los primeros adelantos que hicieron posible la transgénesis animal se remontan al desarrollo de las
técnicas de ingeniería genética para la construcción de plásmidos recombinantes y de manipulación y
cultivo de embriones. Los primeros ensayos para generar ratones transgénicos tuvieron su inicio en
1980, y consistieron en la inyección de DNA de ratón en uno de los pronúcleos (generalmente el
masculino por ser el de mayor tamaño) de un cigoto de la misma especie. Con esto se inició una nueva
era en la manipulación genética de embriones de mamíferos.
En 1981 se demostró la integración y transmisión estable a través de la línea germinal de genes
inyectados en pronúcleos de cigotos de ratón obtenidos por fertilización in vitro. El paso siguiente
consistió en demostrar que también se podían obtener ratones transgénicos que incorporaran en su
genoma un gene de otra especie. Pero tal vez el experimento más dramático consistió en demostrar
que el producto de un transgene, el correspondiente a la hormona del crecimiento (GH), inducía un
cambio fenotípico dramático en el ratón transgénico.
CUESTIONARIO DEL WORK PAPER
Complementar la lectura en el capítulo V (páginas 131 a 166) de BOLÍVAR Z. Francisco. Fundamentos
y casos exitosos de la biotecnología moderna. 2ª Edición. México 2.007.
1.
2.
3.
4.
5.
6.
7.
Cómo surge el auge de la transgénesis experimental
Qué metodología se utiliza para la construcción de animales transgénicos
Explique la técnica de la microinyección
Explique la técnica de la sonicación y electroporación
Explique los métodos químicos usados en la transgenie
Cómo se utilizan los virus y células estaminales en la transgenie
Con qué fines se construyen animales transgénicos, explique dos en el campo de la
investigación
8. De ejemplos explicando la utilización de los animales transgénicos con fines comerciales
9. Cómo se aplica la industria biotecnológica de animales transgénicos
10. Explique los distintos métodos de clonación y las aplicaciones de la clonación
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WORK PAPER # 5
TÍTULO: PLANTAS TRANSGÉNICAS
FECHA DE ENTREGA: 10ª semana.
PERÍODO DE EVALUACIÓN: 11ª semana
I.
OBJETIVO GENERAL
- Aplicar los conocimientos adquiridos esta unidad en la interpretación del fundamento de las plantas
transgénicas.
II.
FUNDAMENTO TEORICO
LA IMPORTANCIA DE LAS TÉCNICAS DE FITOMEJORAMIENTO
PARA INCREMENTAR LA PRODUCCIÓN AGRÍCOLA
La permanente necesidad de disponer de satisfactores que atiendan las demandas humanas de
alimento, vestido y obtención de materias primas para la elaboración de diversos productos, ha sido la
causa de que, desde el surgimiento de la agricultura, las plantas de interés para el hombre hayan sido
cultivadas, seleccionadas y consecuentemente mejoradas en características tales como mayor
rendimiento, calidad nutricional, facilidad de cultivo y resistencia a los agentes bióticos o abióticos que
las afectan.
El fitomejoramiento tiene sus bases en los experimentos realizados hace más de un siglo por Gregor
Mendel, en los que concluyó que las características de los organismos están dadas por factores
discretos heredables (genes), y no son resultado, como se creía anteriormente, de la mezcla azarosa
de las cualidades de los progenitores. Con este conocimiento comenzó, entre los cultivos de mayor
importancia, el método tradicional de producción de cultivares mejorados mediante cruzas dirigidas
entre individuos, de la misma especie o de especies estrechamente relacionadas. Los individuos
sobresalientes son seleccionados en ciclos subsecuentes de cultivo, hasta que después de numerosos
eventos de cruzas y retrocruzas, aunadas a laboriosas pruebas de campo, se obtiene una generación
portadora de la característica deseada que es reconocida como una nueva variedad. Todo el proceso
de selección va acompañado de colectas, tanto de semillas como de plantas completas, que son
almacenadas en bancos de germoplasma quedando a disposición para posteriores usos. Cabe destacar
que una importante limitante de todo proyecto de producción de nuevas variedades vegetales es la
incompatibilidad sexual entre las especies de plantas seleccionadas como progenitores y que, si la
divergencia genética entre las especies involucradas es muy grande, la probabilidad de obtener semillas
viables de tal cruza es demasiado baja y mayor será el número de generaciones requerido para
incorporar en la progenie el carácter elegido.
La técnica descrita, también conocida como fitomejoramiento tradicional, se ha empleado
ancestralmente y sus logros resultan innegables. Sin embargo, dichos métodos, además de resultar ya
insuficientes para incrementar la producción agrícola a un ritmo que permita satisfacer la creciente
demanda de alimentos impuestas por el permanente crecimiento demográfico, tienen el inconveniente
de haber producido variedades vegetales extremadamente dependientes de agroquímicos, cuyo uso
desmedido impacta negativamente al ambiente.
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Los objetivos principales de los programas de fitomejoramiento actuales siguen siendo aumentar el
rendimiento, disminuir las pérdidas ocasionadas por plagas y enfermedades y reducir los costos de
producción. Sin embargo, ahora también se tiene interés de emplear los cultivos agrícolas para generar
productos de alto valor agregado para usos en la industria química, alimenticia y farmacéutica. Así, hoy
en día la ingeniería genética, definida como la manipulación en el laboratorio de la información genética
de un organismo utilizando las técnicas de la biología molecular, se presenta como una poderosa
alternativa para obtener cultivares transgénicos que superen en su productividad y calidad a sus
contrapartes obtenidas por métodos tradicionales.
La ingeniería genética permite el acceso y la manipulación directa de la información genética de
cualquier ser vivo, e incluso posibilita la creación de genes sintéticos. Por ello, esta tecnología, rompe
con las barreras impuestas por la incompatibilidad sexual y hace posible introducir en plantas, genes
provenientes no sólo de otras especies vegetales evolutivamente distantes, sino incluso de hongos,
virus, bacterias y animales; esta modificación se lleva a cabo en un ciclo. Lo anterior se basa en el
principio de que el código genético de los organismos vivos es universal. Es por ello que la obtención
de plantas transgénicas (portadoras de un gene ajeno o heterólogo) empleando alguna de las técnicas
disponibles para tal efecto, representa hoy en día uno de los medios más versátil y preciso para producir
variedades vegetales mejoradas.
MÉTODOS DE TRANSFORMACIÓN GENÉTICA DE PLANTAS
Con las metodologías del DNA recombinante ahora es posible la producción de organismos modificados
genéticamente o transgénicos, en los que se han insertado genes heterólogos mediante su
manipulación en el laboratorio. Particularmente en plantas, el poder introducir nueva información
genética requiere que se cumpla con los siguientes dos requisitos: a) disponer de un método para la
regeneración in vitro de la especie de interés, y b) contar con un método de transformación eficiente
para la misma.
Puesto que las técnicas de cultivo de tejidos hacen posible que a partir de cualquier célula o tejido se
puedan regenerar plantas completas, su uso resulta indispensable para la regeneración de individuos
transgénicos que contengan la nueva información genética. En lo que a transformación se refiere, es
necesario contar con un método que permita tanto la introducción del material genético que se pretende
incorporar, como su integración estable, funcional y heredable en el genoma vegetal.
Las plantas transgénicas que se han logrado obtener a la fecha, provienen del uso de diversos métodos
de transformación genética. Entre ellos se tiene un método biológico y por lo tanto natural, basado en
el empleo de una bacteria que vive en todos los suelos del mundo llamada Agrobacterium tumefaciens.
Debido a que inicialmente se pensó que el sistema basado en Agrobacterium sólo se podía aplicar a un
número limitado de especies vegetales (ahora se sabe que puede no sólo transformar todas las
especies vegetales sino también otros organismos como hongos), surgió la necesidad de desarrollar
métodos de transformación genética alternativos. Entre estos métodos alternativos se pueden
mencionar protocolos fisicoquímicos de transformación directa, como la electroporación de protoplastos
y los tratamientos con polietilenglicol y cloruro de calcio, y métodos físicos, como el bombardeo con
micropartículas recubiertas de DNA.
CUESTIONARIO DEL WORK PAPER
Complementar la lectura en el capítulo VI (páginas 167 a 193) de BOLÍVAR Z. Francisco. Fundamentos
y casos exitosos de la biotecnología moderna. 2ª Edición. México 2.007.
1. Cómo se realiza el fitomejoramiento mediante ingeniería genética
2. Qué es la biobalística
3. Indique y explique las aplicaciones de la genética de plantas
4. Explique a qué se refiere las plantas como biorreactores
5. Cómo se realiza la producción de vacunas orales en plantas transgénicas
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6. Qué aspectos de bioseguridad están relacionados con la siembra y consumo de productos
transgénicos
7. Qué aspectos éticos deben comentarse y mencionarse sobre la producción y uso de plantas
transgénicas y su posible efecto en la biodiversidad
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WORK PAPER # 6
TÍTULO: INGENIERÍA BIOQUÍMICA
FECHA DE ENTREGA: 10ª semana
PERÍODO DE EVALUACIÓ: 11ª semana
I.
OBJETIVO GENERAL
- Estudiar los fundamentos de la ingeniería genética.
II.
FUNDAMENTO TEORICO
LA MISIÓN DE LA INGENIERÍA BIOQUÍMICA
Como ha sido señalado en capítulos anteriores, la biotecnología tiene como característica inherente
conjuntar diferentes disciplinas del conocimiento para aprovechar las capacidades de seres vivos con
la finalidad de proporcionar bienestar al ser humano. Una de estas disciplinas es la ingeniería
bioquímica, la cual estudia el procesamiento de materiales de origen biológico para generar bienes y
servicios. Los materiales biológicos que competen a la ingeniería bioquímica son primordialmente
aquellos derivados de microorganismos, células, o sus partes. La ingeniería bioquímica se distingue de
otras disciplinas afines de la biología por la aplicación de principios físicos y químicos para lograr una
comprensión cuantitativa de las transformaciones biológicas. El objetivo de la ingeniería bioquímica es
contribuir a la generación de productos a los menores costos, mejor calidad y mayor seguridad posibles
tanto para el ser humano como para el medio ambiente. Para esto, el tema central de atención es el
diseño y operación de bioprocesos eficientes y reproducibles mediante la integración de las ciencias
biológicas con diversas ingenierías como la mecánica, eléctrica, económica e industrial.
El presente capítulo ofrece una perspectiva general de la ingeniería bioquímica, resumiendo algunos
temas principales de esta disciplina, tales como la estequiometría y la cinética del crecimiento celular y
producción de productos, los fenómenos de transportes aplicados al diseño de biorreactores, el
escalamiento, la instrumentación y el control de bioprocesos.
A lo largo de las diversas secciones se presentan los conceptos más relevantes, ofreciendo en la
medida de lo posible ejemplos específicos de casos representativos. El capítulo es sólo una introducción
somera ya que las materias tratadas son amplias y complejas, por lo que muchas de éstas requieren
descripciones más profundas y completas para una descripción cabal. Además, varios temas
fundamentales de la ingeniería bioquímica, tales como catálisis enzimática, las bioseparaciones y la
economía de bioprocesos, no son abordados.
LOS ORÍGENES DE LA INGENIERÍA BIOQUÍMICA Y LOS BIOPROCESOS
La ingeniería bioquímica e ingeniería de bioprocesos son disciplinas relativamente recientes. Surgen
de la microbiología industrial y tienen como cimiento la combinación de los principios de las ingenierías
química y mecánica con los de la microbiología, bioquímica y biología.
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Entre los primeros bioprocesos desarrollados se encuentra el tratamiento de aguas de desecho. Hacia
1850, era práctica común en Inglaterra rociar campos con efluentes municipales como método para su
eliminación. De ahí surgieron inicialmente los primeros filtros percoladores; sin embargo, el aumento
continuo de los volúmenes a tratar hacía necesarios métodos más intensivos. Surgió así la aireación de
las aguas de desecho como método para eliminar olores desagradables. Más tarde se empezaron a
operar los reactores de forma cíclica (llenado y vaciado), permitiendo que la biomasa adherida a
paredes no escapara del tanque de oxidación, con lo que se lograba mejorar sustancialmente la
eficiencia del tratamiento. La aplicación de conceptos incipientes de diseño de reactores y estrategias
de operación condujo en 1912 al desarrollo de los sistemas de tratamiento de aguas por lodos activados,
principio que hasta la fecha aún se usa. Además de los tratamientos aerobios (en presencia de oxígeno),
ya desde finales del siglo XIX se producía biogas al tratar aguas de desecho mediante fosas sépticas
en China e India, dos de los países que en la actualidad más han explotado la digestión anaerobia a
gran escala. Sistemas tecnificados de digestión anaerobia (en ausencia de oxígeno) empezaron a
aparecer desde los años 1930’s en Inglaterra y Alemania. En la actualidad, los sistemas de tratamiento
de aguas constituyen los bioprocesos más grandes del mundo ya que el volumen de los reactores
empleados fácilmente rebasa los millones de litros.
Otro proceso que data de principios del siglo XX es la producción de proteína de origen microbiano
llamada también unicelular como suplemento alimenticio. La primera producción industrial de proteína
unicelular para propósitos nutritivos se remonta a la Alemania de la primera Guerra Mundial. A mediados
de los años treinta, durante la segunda Guerra Mundial, Alemania ya producía 15 000 toneladas por
año de levadura que era utilizada en dietas tanto de civiles como de militares.
Hacia mediados de los años setenta, el proceso de producción de proteína unicelular se constituye
como una verdadera insignia de la ingeniería de bioprocesos ya que representa la escala más grande
alcanzada para una fermentación axénica (población de una sola especie de microorganismo, a
diferencia de los sistemas de tratamiento de aguas que están basados en poblaciones mixtas), con una
producción de 15 000 toneladas al año en un solo fermentador de 1 500 metros cúbicos de volumen y
60 metros de alto. El proceso se basaba en la producción de levaduras metilotróficas como
Methylophilus methylotropus que utilizan metanol derivado del petróleo como fuente principal de
carbono.
El caso de la proteína unicelular es quizás uno de los ejemplos más espectaculares de la ingeniería
bioquímica, por lo monumental de las instalaciones, procesos, equipos y servicios requeridos, así como
por el reto que consistió el traslado de los estudios experimentales iniciales en fermentadores de 5 L al
complejo industrial de gran escala. Asimismo, el proceso de producción de proteína unicelular también
representa una de las lecciones más interesantes sobre lo crítico que pueden resultar las interrelaciones
técnicas y económicas, ya que finalmente el aumento en el precio del petróleo y la disponibilidad de
otras fuentes de proteína vegetal más baratas, tales como la soya, ocasionaron que el proceso perdiera
viabilidad comercial.
CUESTIONARIO DEL WORK PAPER
Complementar la lectura en el capítulo IX (páginas 249 a 297) de BOLÍVAR Z. Francisco. Fundamentos
y casos exitosos de la biotecnología moderna. 2ª Edición. México 2.007.
1.
2.
3.
4.
Cómo es actualmente la ingeniería bioquímica moderna
Cuáles son las principales disciplinas que sustentan a la ingeniería bioquímica
Qué ámbitos de estudios competen a la ingeniería bioquímica moderna
Cómo se realiza el cultivo de microorganismos, células y tejidos para la regeneración de
productos
5. Cómo se aplica la cinética del crecimiento celular y producción de metabolitos
6. A qué se refiere el traslado del laboratorio a la industria
7. Cómo se realiza la instrumentación, control y optimización de los bioprocesos
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VIII. GIP´S
PROGRAMA DE CONTROL DE CALIDAD
GUÍA DE INVESTIGACIÓN PRÁCTICA - GIP # 1
TÍTULO: PREPARACIÓN DE SOLUCIONES A UTILIZAR EN EL
LABORATORIO DE BIOTECNOLOGÍA
FECHA DE ENTREGA: 1ª y 2ª semana
PERÍODO DE EVALUACIÓN: 3ª semana
I. OBJETIVO GENERAL
- Aplicar los conocimientos adquiridos en la preparación correcta de las soluciones a utilizarse
en la asignatura durante el semestre.
II. FUNDAMENTO TEORICO
SOLUCIÓN QUÍMICA: Es una mezcla homogénea de dos o más sustancias. La sustancia
disuelta se denomina soluto y está presente generalmente en pequeña cantidad, en
comparación con la sustancia donde se disuelve denominada solvente.
La concentración de una solución expresa la relación de la cantidad de soluto a la cantidad
de solvente. Las soluciones poseen una serie de propiedades que las caracterizan:
1. Su composición química es variable.
2. Las propiedades químicas de los componentes de una solución no se alteran.
3. Las propiedades físicas de la solución son diferentes a las del solvente puro: la adición de
un soluto a un solvente aumenta su punto de ebullición y disminuye su punto de congelación;
la adición de un soluto a un solvente disminuye la presión de vapor de éste.
CLASES DE DISOLUCIONES: De acuerdo con la concentración de las soluciones, ellas
pueden ser analizadas en términos cualitativos y cuantitativos dependiendo de su estado:
A. Disoluciones empíricas o Cualitativas: No toman en cuenta la cantidad numérica de soluto
y disolvente presentes, y dependiendo de la proporción entre ellos se clasifican de la siguiente
manera:
Disolución diluida: Es aquella en donde la cantidad de soluto que interviene está en mínima
proporción en un volumen determinado.
Disolución concentrada: Tiene una cantidad considerable de soluto en un volumen
determinado.
Disolución insaturada: No tiene la cantidad máxima posible de soluto para una temperatura y
presión dados.
Disolución saturada: Tienen la mayor cantidad posible de soluto para una temperatura y
presión dadas. En ellas existe un equilibrio entre el soluto y el solvente.
Disolución sobresaturada: es la solución en la cual no es posible disolver más soluto.
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B. Disoluciones valoradas o Cuantitativas:
A diferencia de las disoluciones empíricas, las disoluciones valoradas cuantitativas, sí toman
en cuenta las cantidades numéricas exactas de soluto y solvente que se utilizan en una
disolución. Este tipo de clasificación es muy utilizada en el campo de la ciencia y la tecnología,
pues en ellas es muy importante una alta precisión.
Las medidas más utilizadas para expresar la concentración de las disoluciones cuantitativas
son:
a. Porcentaje masa a masa (%m/m)
b. Porcentaje masa a Volumen (%m/v)
c. Porcentaje Volumen a Volumen (%v/v)
d. Partes por Millón (ppm)
e. Molaridad (M)
f. Normalidad (N)
g. Molalidad (m)
h. Fracción Molar (f molar)
MATERIALES.
1.- Balanza analítica.
2.- Matraces aforados de 100 ml.
3.- Vaso de precipitado varias medidas.
4.- Probeta de 20, 50 y 100 ml.
5.- Varillas de vidrios.
6.- Espátulas.
7.- Pipeta de 1, 2 y 5 ml.
8.- Propipetas.
9.- Picetas.
10.- Cajas Petri
11.- Vidrio reloj
12.- Embudos de vidrio
13.- Pipetas Pasteur
PARA ESTA PRÁCTICA TRAER:
De acuerdo al número de estudiantes y grupos de prácticas, los grupos tendrán que
traer en la 2da semana:
• 3 frascos de vidrio de 100 ml, color ámbar, tapa rosca y etiquetas
• 100 g de glucosa en polvo (A1, B1, C1)
• 100 ml de etanol al 70% (A2, B2, C2)
• 100 ml de alcohol isopropílico (A3, B3, C3)
PROCEDIMIENTO.
REALIZAR TODOS LOS CÁLCULOS PARA LA PREPARACIÓN DE 100 ml DE
SOLUCIÓN:
1.
2.
3.
4.
5.
6.
7.
Solución de Glucosa al 0,60 M
Solución de Glucosa al 1,40 M
Hidróxido de sodio al 0,75 M
Hidróxido de sodio al 5 %
Acetato de sodio 1,5 M
Sulfato cúprico al 1 %
Permanganato de potasio al 0,05 M
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8. Etanol al 50 % a partir de etanol al 70 %
9. Alcohol Isopropílico al 40 % a partir de alcohol isopropílico al 90%
10. Ácido clorhídrico 2 M a partir de una solución concentrada al 42,5% de pureza y una densidad de
1,35 g/ml
RESULTADOS.
CUESTIONARIO.
1. Investigue fundamento de soluciones o reactivo trabajo, para realizar: uremia, proteinemia y
albuminemia.
2. Convierta la concentración del NaOH al 5% en molaridad, y convierta también el NaOH 0,75
M a %.
3. Prepare 250 ml de ácido sulfúrico 1 M a partir de un ácido concentrado al 40% y densidad
1,5 g/ml
4. Investigue y explique la utilidad de la cromatografía en las soluciones
5. Investigue y explique las diferentes unidades químicas para expresar la concentración de
las soluciones
6. Investigue y explique las diferentes unidades físicas para expresar la concentración de las
soluciones
7. ¿Qué es una dilución? ¿En el laboratorio de serología para qué se utiliza?
8. Si tenemos permanganato de potasio al 0,05 M y se realizan sucesivas diluciones 1/2, 1/4,
1/8, 1/16, cuanto será la molaridad de cada una de las diluciones?
9. Indique al menos 3 factores que afectan la solubilidad de las soluciones.
10. Realice un cuadro con ejemplos de soluciones: sólido-sólido, sólido-líquido, sólido-gas;
líquido-sólido, líquido-líquido, líquido-gas; gas-sólido, gas-líquido, gas-gas.
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PROGRAMA DE CONTROL DE CALIDAD
GUÍA DE INVESTIGACIÓN PRÁCTICA - GIP # 2
TÍTULO: LAS LEVADURAS COMO ESPONJANTE DE LA MASA
PANARIA
FECHA DE ENTREGA: 3ª semana
PERÍODO DE EVALUACIÓN: 4ª semana
COMPETENCIAS
Aplica los conocimientos adquiridos sobre la intervención de los microorganismos en los
procesos de fermentación para obtener un producto determinado.
INDICADORES
Prepara cuatro masas panarias con diferentes
cantidades de ingredientes cada una.
Compara los volúmenes alcanzados por cada
masa y explica la razón de las diferencias.
I. OBJETIVO GENERAL
- Evaluar el papel que desempeñan los microorganismos (levaduras) como esponjante de la
masa panaria.
II. FUNDAMENTO TEORICO
A partir de harina de trigo y de una suspensión de levadura se prepara la masa, a la que se
añade glucosa o sacarosa. Se vierte en la probeta y en ella se determina cuantitativamente la
esponjosidad de la masa por el aumento de volumen que experimenta. Es una medida de la
fuerza de la levadura.
Duración 1,5 horas.
MATERIALES y EQUIPOS.
Levadura (Saccharomyces cerevisiae)
Glucosa o sacarosa
Harina de trigo
4 vasos de precipitados de 250 ml
4 probetas de 250 ml
1 matraz Erlenmeyer de 250 ml
2 probeta de 50 ml
1 probeta de 100 ml
1 balanza de precisión
4 espátula
4 varillas de vidrio
2 Picetas con agua destilada
4 cajas Petri
PARA ESTA PRÁCTICA TRAER:
• 200 g de harina
• 20 g de glucosa en polvo
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• 20 g de levaduras
PROCEDIMIENTO.
-
Numerar los vasos precipitados de 1 a 4
Añadir a cada uno 50 g de gramo de harina
Añadir 10 g de glucosa (o sacarosa) a cada vaso de 1-3
Vaso 1 añadir 45 ml de agua
Vaso 2 añadir 30 ml de agua
Preparar la suspensión de levaduras: suspender por agitación 20 g de levadura + 200 ml
de agua en el matraz Erlenmeyer.
Pasar la suspensión de levadura: vaso 1 15 ml. Vaso 2 30 ml. Vaso 3 60 ml. Vaso 4 60 ml
Mezclar la masa con la varilla de vidrio
Numerar las probetas 1-4
Añadir la masa a las probetas correspondientes
Leer y anotar la altura de la masa en cada probeta al principio y a intervalos de 10 minutos,
durante 30 minutos
RESULTADOS.
CUESTIONARIO.
1.- Investigue otras especies de Saccharomyces.
2.- En la práctica realizada, ¿mencione y explique al menos 3 factores que pueden haber
influido en los resultados?
3.- En la práctica ideal, ¿explique cuál de las probetas debió alcanzar el mayor volumen?
4.- En la práctica, ¿cuál podría ser la diferencia en los resultados si se utilizará azúcar común
(sacarosa) en lugar de glucosa?
5.- Qué productos metabólicos sintetiza Saccharomyces cerevisiae?
6.- Saccharomyces cerevisiae también es capaz de fermentar almidón? La fermentación de
almidón, ¿se realiza gracias a cuál enzima?
7.- ¿De qué depende el aumento del volumen de las masas, en la práctica realizada?
8.- En las fermentaciones alcohólicas, la cantidad de CO2, eliminado, ¿con qué compuesto
se halla relacionado?
9.- Realice con fórmulas químicas la glucólisis.
10.- Realice con fórmulas químicas el ciclo de Krebs.
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PROGRAMA DE CONTROL DE CALIDAD
GUÍA DE INVESTIGACIÓN PRÁCTICA - GIP # 3
TÍTULO: PREPARACIÓN DE LECHE ÁCIDA: YOGURT
FECHA DE ENTREGA: 4ª semana
PERÍODO DE EVALUACIÓN: 5ª semana
I. OBJETIVO GENERAL
- Obtener leche ácida a través de la intervención de microorganismos que fermentan azucares.
II. FUNDAMENTO TEORICO
Se inocula y se incuba la leche fresca pasteurizada con el cultivo iniciador del yogurt. Las
bacterias lácticas presentes en el yogurt producen ácido láctico a partir del azúcar de la leche.
El ácido láctico libera caseína y la precipita.
Duración 20 horas.
MATERIALES y EQUIPOS.
Mechero
Trípode
Malla de amianto
Termómetro
Algodón
Alcohol
Hornilla eléctrica
PARA ESTA PRÁCTICA TRAER:
• 1 litro de leche pasteurizada
• 6 cucharadas de leche en polvo
• 1 vasito con yogurt natural
• 1 termo con capacidad mínima de un litro *imprescindible para realizar la
práctica*
• 1 olla casera de al menos un litro
• 1 cuchara grande para batir
PROCEDIMIENTO.
1.-Colocar en un recipiente un litro de leche y llevar a fuego lento hasta que llegue a los 45º C
2.- Agregar 6 cucharadas de leche entera en polvo y mezclar hasta homogeneizar completamente.
3.- Agregar el contenido de un vasito de yogurt natural que contenga los lactobacilos requeridos.
Mezclar y homogeneizar.
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4.-Verter la mezcla en un termo e incubar durante 10 horas.
5.- Pasada las 10 horas verter en un recipiente abierto y llevar a refrigerar, en ese instante se puede
añadir los saborizantes, colorantes, esencias y frutas deseadas.
6.- Dejar en la heladera otras 10 horas, para poder consumir el producto.
RESULTADOS.
CUESTIONARIO.
1.- Cuál es la importancia reconocida al lactobacillus bulgaricus, y en qué país desarrolla
mejor, por qué?
2.- Qué diferencias existe entre probiótico y prebiótico, de ejemplos de cada uno.
3.- Qué sucedería si se incumplen las horas de incubación en el termo.
4.- Explique mediante fórmulas y reacciones químicas la fermentación láctica.
5.- Qué es el yogurt griego y por qué se llama así?
6.- Investigue el nombre de las bacterias lácticas termófilas que se hallan en el cultivo iniciador
(yogurt)?
7.- ¿Según su experiencia, qué tipos de yogures podría preparar su grupo y como lo haría?
8.- Qué acción o efecto ocasiona el enfrío brusco? ¿Y por qué es necesario este paso?
9.- Investigue como se preparan el yogurt en alguna industria local
10.- Dibuje las bacterias que se utilizan en la preparación de leche ácida, son Gram (+) o Gram
(-)?
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PROGRAMA DE CONTROL DE CALIDAD
GUÍA DE INVESTIGACIÓN PRÁCTICA - GIP # 4
TÍTULO: AUTOCALENTAMIENTO DEL HENO A PARTIR DE BACTERIAS
TERMÓFILAS
FECHA DE ENTREGA: 6ª y 7ª semana
PERÍODO DE EVALUACIÓN: 8ª semana
I. OBJETIVO GENERAL
- Evaluar el mecanismo involucrado en los microorganismos termófilos en la generación de
calor, explicando el fundamento.
II. FUNDAMENTO TEORICO
El heno fresco se humedece artificialmente, se introduce en el termo que se cierra
herméticamente. Comenzará el desarrollo de bacterias termófilas. El autocalentamiento se
podrá observar por el aumento de temperatura producido en el interior del recipiente. Duración
12 días.
MATERIALES y EQUIPOS.
Heno secado al aire
- peptona 10 g
- lactosa o leche en polvo 10 g
- fructosa o azúcar 5 g
- agua 500 ml
2 probetas de 250 o 500 ml
4 vasos precipitados o metálicos de 500 ml
4 espátulas
4 varillas de vidrio
1 bolsa de algodón
1 termo
2 termómetros
4 cajas Petri
2 Picetas con agua
PARA ESTA PRÁCTICA TRAER:
• Una bolsa de heno seco, cortado *imprescindible para hacer la práctica*
• Un termo que no vayan a usar durante dos semanas
• Algodón
• 5 gramos de azúcar
• 10 g leche en polvo
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PROCEDIMIENTO.
-
Cortar el heno en fragmentos de unos 3 cm de longitud
Macerar en el medio de cultivo durante una hora aproximadamente
Colocar en el termo una capa de algodón
Extraer el heno del medio de cultivo, dejarlo escurrir y colocarlo en el termo entre varias
capas de algodón
Introducir el termómetro en la capa de heno y medir la temperatura inicial
Dejar incubar en el termo durante 12 días.
Medir la temperatura del heno en el interior del termo cada 2 días hasta el día 12
Elaborar un gráfico día vs temperatura y explicar.
RESULTADOS.
CUESTIONARIO.
1.- Cuál es considerada la bacteria más resistente del mundo según el Libro Guinness de los Records?
2.- Investigue acerca de la bacteria Thermus aquaticus?
3.- ¿Qué interés industrial o práctico, tiene la presente práctica?
4.- Verifique y explique por qué sucede el aumento de temperatura?
5.- De acuerdo a su práctica indique cuanto °C alcanzó el calentamiento entre el 6º y el 10º día de
espera. ¿Hasta qué temperatura llego el último día?
6.- Investigue qué tipo de bacterias termófilas son las que se encuentran en el heno.
7.- Investigue acerca del Dominio Archeae.
8.- ¿Cuántos tipos de células procariotas existen, explique las diferencias?
9.- Cuánto debió ser la temperatura máxima alcanzada por las bacterias termófilas del heno…. ¿Su
grupo de práctica alcanzó esa temperatura… si, no por qué?
10.- Investigue los siguientes organismos extremófilos:
Acidófilo.
Barófilo.
Endolito.
Halófilo.
Hipertermófilo.
Hipolito.
Litoautotrofo.
Metalotolerante.
Oligotrofo.
Osmófilo.
Poliextremófilo.
Psicrófilo o criófilo.
Radio-resistente.
Termófilo.
Xerófilo.
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PROGRAMA DE CONTROL DE CALIDAD
GUÍA DE INVESTIGACIÓN PRACTICA - GIP # 5
TÍTULO: EXTRACCIÓN DE ADN A PARTIR DE UNA MUESTRA VEGETAL
FECHA DE ENTREGA: 8ª semana de clases
PERÍODO DE EVALUACIÓN: 9ª semana
I. OBJETIVO GENERAL
- Desarrollar técnicas convencionales para la extracción de ADN de una muestra vegetal.
II. FUNDAMENTO TEORICO
La extracción de ADN de una muestra celular se basa en el hecho de que los iones salinos son atraídos
hacia las cargas negativas del ADN, permitiendo su disolución y posterior extracción de la célula.
Se empieza por lisar (romper) las células mediante un detergente, vaciándose su contenido molecular
en una disolución tampón en la que se disuelve el ADN. En ese momento, el tampón contiene ADN y
todo un surtido de restos moleculares: ARN, carbohidratos, proteínas y otras sustancias en menor
proporción. Las proteínas asociadas al ADN, de gran longitud, se habrán fraccionado en cadenas más
pequeñas y separadas de él por acción del detergente. Sólo queda, por tanto, extraer el ADN de esa
mezcla de tampón y detergente, para lo cual se utiliza alcohol isoamílico o isopropílico.
MATERIALES Y REACTIVOS.
Muestra vegetal
1,5 g Cloruro de sodio
5 g
Bicarbonato de sodio
5 ml Lauril sulfato de sodio
120 ml Agua
50 ml Alcohol isopropílico
1 centrífuga
1 matraz Erlenmeyer 250 ml
2 Picetas con agua
4 cajas Petri
2 espátulas
1 probeta de 250 ml
4 morteros con pilones
4 varillas de vidrio
8 pipetas Pasteur
4 probetas de 10 ml
8 tubos grandes de 20 ml
8 tubos de centrífuga
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2 gradillas
PARA ESTA PRÁCTICA TRAER:
• Para esta práctica traer cada subgrupo una muestra vegetal distinta….
• 50 ml de champú
• Alcohol isopropílico
PROCEDIMIENTO.
1. Preparar el tampón con los siguientes reactivos y mantener en la nevera o en un baño de hielo
triturado:
−
120 ml de agua destilada
−
1,5 g de NaCl, preferiblemente puro.
−
5 g de bicarbonato sódico.
−
5 ml de detergente líquido.
2. Elegir la muestra que va a proporcionar el ADN entre los vegetales y cortar en cuadraditos unos 2030g.
3. Triturar la muestra con un poco de agua en el mortero. Así se romperán muchas células.
4. Mezclar en un recipiente limpio 5 ml del triturado celular con 10 ml del tampón y agitar
vigorosamente durante 5 minutos. Separar después los restos vegetales más grandes del caldo
molecular centrifugando a baja velocidad por 5 minutos y después pipetear el sobrenadante.
5. Retirar 5 ml del caldo molecular a un tubo de ensayo y añadir 5 ml de alcohol isopropílico enfriado
a 0ºC. Se debe dejar escurrir lentamente el alcohol por la cara interna del recipiente, teniendo éste
inclinado. El alcohol quedará flotando sobre el tampón.
6. Introducir una varilla estrecha hasta justo debajo de la separación entre el alcohol y el tampón.
Remover la varilla hacia delante y hacia atrás y poco a poco se irán enrollando los fragmentos de
mayor tamaño de ADN. Pasado un minuto retirar la varilla atravesando la capa de alcohol con lo
cual el ADN quedará adherido a su extremo con el aspecto de un copo de algodón mojado. O en
algunos casos caerá y se observará como una neblina.
RESULTADOS.
CUESTIONARIO.
1. ¿Explique en forma resumida la función de cada paso realizado en el procedimiento de la
extracción de ácidos nucleicos?
2. ¿Dibuje todas las bases nitrogenadas y azúcares que conforman los ácidos nucleicos?
3. En cuanto a las mutaciones, investigue cuáles aminoácidos son sustituidos para que se
produzca la anemia de células falciformes y el enanismo acondroplásico y en qué tripletes se
localizan estos cambios.
4. Investigue como se realiza la extracción de genes en Ingeniería Genética
5. Investigue en ingeniería genética, como se introduce un nuevo gen de una especie a otra.
6. Explique de forma esquemática: Duplicación, Transcripción, Traducción.
7. Recorte un cuadro del código genético, y explique cómo se lo utiliza.
8. Investigue acerca de la enzimas de restricción o endonucleasas, tipos y funciones de éstas.
9. Indique utilizando el código genético, que aminoácidos corresponden a los siguientes tripletes
o codones de bases nitrogenadas: U-U-A; C-U-G; G-G-G; CUA; UGA.
10. Realice la fórmula química de los aminoácidos con cadenas laterales alifáticas.
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GUÍA DE INVESTIGACIÓN PRACTICA - GIP # 6
TITULO: IDENTIFICACIÓN DE ÁCIDO ASCÓRBICO EN CÁSCARA DE NARANJA
FECHA DE ENTREGA: 9ª semana
PERÍODO DE EVALUACIÓN: 10ª semana
I. OBJETIVO GENERAL
- Identificar la presencia de ácido ascórbico obtenido de la maceración de las cáscaras de
naranja.
II. FUNDAMENTO TEORICO
El ácido ascórbico, es un nutriente esencial para los humanos. Una baja ingesta causa una enfermedad,
por deficiencia, conocida como escorbuto. Este ácido está presente en forma natural en muchas frutas
y verduras, además, estos alimentos son ricos en vitaminas antioxidantes, compuestos fenólicos y
carotenos.
La FDA, clasifica al ácido ascórbico sintético como un aditivo alimenticio generalmente reconocido como
seguro. Se adiciona a una amplia variedad de alimentos, tanto por razones nutricionales como técnicas.
Entre las funciones del ácido ascórbico, están la fijación del oxígeno: cuando los alimentos se
embotellan o se enlatan estos contienen oxígeno, que podría reaccionar con varias moléculas del
alimento, provocando rancidez, pérdida de color, entre otras características. Al agregar ácido ascórbico,
este fija o elimina el oxígeno.
Además, la fijación de radicales libres y control del pardeamiento, hacen que esta vitamina sea uno de
los aditivos más empleados en la industria de los alimentos.
MATERIALES Y REACTIVOS.
Permanganato de potasio
Papel pH en tiras
2 Picetas con agua destilada
1 matraz Erlenmeyer de 250 ml
4 mecheros de alcohol
4 trípodes
4 malla de amianto
4 vasos precipitados de 250 ml
4 pinzas de madera
12 tubos de ensayo
2 gradillas
4 embudos de plástico
16 papel filtro circular
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8 pipetas Pasteur
PARA ESTA PRÁCTICA TRAER:
•
•
Para esta práctica traer cáscara de naranja macerada en alcohol al 50 % por un lapso de
4-5 días.
El permanganato de potasio preparado en la primera práctica
PROCEDIMIENTO.
•
•
•
•
•
•
Filtrar el macerado.
Del producto obtenido del macerado medir el pH (comprobando así que tenga
un pH ácido), luego llevar a baño maría hasta completa evaporación del alcohol.
Al polvo resultante añadir 2ml de agua destilada formando una suspensión.
En un Erlenmeyer aparte se prepara una solución de permanganato de potasio.
Añadir en un tubo 2 ml de permanganato de potasio, y agregar 2 ml de la
suspensión anterior, gota a gota, verificando el color con cada una.
Si el color violeta del permanganato de potasio se decolora (cambio de color),
quiere decir, que hay presencia de ácido ascórbico (Vitamina C) en la cáscara
de naranja.
RESULTADOS.
CUESTIONARIO.
1. Realice las fórmulas químicas del ácido ascórbico y del ácido deshidroascórbico.
2. Investigue qué microorganismos producen ácido ascórbico.
3. Explique cómo se realiza la hidroxilación de la prolina y lisina en hidroxiprolina e hidroxilisina
respectivamente.
4. Investigue acerca de la obtención de ácido cítrico a partir de Aspergillus niger.
5. Investigue técnicas analíticas utilizadas para la determinación del ácido ascórbico,
teniendo en cuenta las propiedades fisicoquímicas de la molécula.
6. Investigue acerca del Bacillus thuringiensis y su importancia en biotecnología.
7. Investigue algas como por ejemplo la Spirulina y la Dunaliella y su utilización en
biotecnología.
8. Investigue acerca del arroz dorado y cómo se incluye en éste la vitamina A.
9. Investigue acerca de la obtención de penicilina a partir de Penicilium notatum y otras
especies.
10. Realice un cuadro indicando las 10 vitaminas hidrosolubles y sus respectivas formas
activas o coenzimas de cada una de ellas, además de la función de la coenzima.
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CARRERA DE BIOQUÍMICA Y FARMACIA
PROGRAMA DE CONTROL DE CALIDAD
GUÍA DE INVESTIGACIÓN PRACTICA - GIP # 7
TITULO: ELABORACIÓN DE QUESO DE UNTAR
FECHA DE ENTREGA: 13ª semana
PERÍODO DE EVALUACIÓN: 14ª semana
I. OBJETIVO GENERAL
- Obtener un producto derivado de la leche utilizando bacterias durante el preceso.
II. FUNDAMENTO TEORICO
Este tipo de queso se puede elaborar añadiendo un agente acidificante a la leche (limón o vinagre) o
empleando bacterias ácido lácticas. El empleo de las bacterias ofrece la ventaja de que es la lactosa
(azúcar de la leche) la que se metaboliza produciendo un sabor, una textura y una digestibilidad superior
a la del producto obtenido por la simple acidificación.
Como consecuencia de la fermentación, en la cual las bacterias degradan el azúcar de la leche (lactosa)
se obtiene ácido láctico. Un aumento en la acidez de la leche estimula la acción de enzimas que causan
la coagulación de las proteínas lácticas (fundamentalmente caseína) y esto resulta en la formación de
estructuras de mayor tamaño que se separan de la parte acuosa de la leche (suero). Además, la acidez
inhibe el desarrollo de gérmenes indeseables, incluyendo los potencialmente patógenos. El queso que
se obtiene en este caso tiene un sabor marcadamente ácido
y su estructura es muy blanda.
Nota: se puede probar aumentar o disminuir las dosis de fermento, los tiempos de acidificación y de
cuajado, trabajar a diferentes temperaturas y dejar madurar el queso bajo diferentes circunstancias para
llegar a realizar una gama amplia de productos.
MATERIALES.
1 litro de leche
Olla grande para el baño María si la temperatura es inferior a 22 ºC
Recipiente de plástico, acero inoxidable o vidrio. No se recomienda la porcelana, ni el
aluminio, ni cualquier recipiente que pueda ser afectado por la acción del ácido o no se pueda limpiar
con facilidad.
Gasa
Fermento (bacterias lácticas). Se pueden adquirir o emplear un yogur comercial ácido.
Cucharón
Colador
Cuchillo de punta
Cuchara sopera
Termómetro (rango de 0ºC a 100ºC)
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PROCEDIMIENTO.
Pasteurizar la leche si se trabaja con leche no comercial: calentar la leche hasta 70ºC al baño María nunca directamente- y mantener esta temperatura de 1 a 3 minutos.
Enfriar rápidamente introduciendo el recipiente de la leche en agua fría. Bajar la temperatura hasta los
30ºC.
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Cuando el queso tenga la consistencia deseada es posible añadirle condimentos (sal, pimienta, ajo,
orégano, finas hierbas, etc.), y luego se envasa en un recipiente
hermético para colocarlo en la heladera donde se conservará hasta 10 días.
RESULTADOS.
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GUÍA DE INVESTIGACIÓN PRACTICA - GIP # 8
TITULO: FABRICACIÓN DE UNA HOJA DE PAPEL
FECHA DE ENTREGA: 14ª semana
PERÍODO DE EVALUACIÓN: 15ª semana
I. OBJETIVO GENERAL
- Fabricar hojas de papel, de diferentes tamaños, formas y colores; utilizando hojas recicladas,
en beneficio del medio ambiente.
II. FUNDAMENTO TEORICO
La pulpa de celulosa o pasta de celulosa es el material hecho a base de madera más utilizado para la
fabricación de papel. las maderas utilizadas para este fin son conocidas como maderas pulpables, que
generalmente son maderas blandas como la picea, el pino, el abeto y el alerce, pero también maderas
duras como el eucalipto y el abedul.
Los efectos ambientales más evidentes de la producción de la pulpa de celulosa vienen del impacto
sobre los bosques y los subproductos generados en el blanqueo.
El número de árboles consumidos depende del tipo del papel a fabricar y del proceso de producción
utilizado. Se estima que se necesita aproximadamente 24 árboles para producir una tonelada de papel
utilizando el proceso Kraft. No es tan eficiente como otros procesos, pero tiene la gran ventaja de
producir energía eléctrica en excedente, la cual por haber sido producida a partir de biomasa, no genera
un aporte neto de dióxido de carbono a la atmósfera, una de las fuentes del calentamiento global.
MATERIALES.
· La materia prima: el papel a reciclar.
· Una licuadora.
· Una tela donde formar la hoja de papel. Se puede usar un bastidor con una tela de
fibra. El bastidor puede ser rectangular, o se podría usar uno de los que existen en
el comercio para bordados.
· Papel filtro para secar la hoja formada.
· Un rodillo o palo de amasar del tamaño del bastidor.
PROCEDIMIENTO.
1. Picar manualmente en trozos pequeños el papel a reciclar (aproximadamente 6
gramos)
2. Remojar el papel picado en más o menos un litro de agua.
3. Disgregar en licuadora la mezcla de agua y papel. Se obtiene una suspensión de fibras en agua.
4. Tomar una muestra homogénea de suspensión (aproximadamente 400 ml) y agregarla al bastidor,
sobre la tela.
5. Dejar que drene, moviendo manualmente.
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6. Cuando ya se vea formada una hoja húmeda de papel
poner sobre ella el papel secante, y pasar el rodillo.
7. Retirar la hoja formada y dejar secar
Variaciones:
a.- Teñir con algún colorante vegetal las fibras al formar la suspensión para obtener papel de color.
b.- Tapar algún sector de la tela con gotas de vela (se puede dibujar un logo por ejemplo) y este dibujo
quedará en el papel.
RESULTADOS.
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GUÍA DE INVESTIGACIÓN PRÁCTICA - GIP # 9
TÍTULO: EXTRACCIÓN DE PIGMENTOS DE PLANTAS VERDES
FECHA DE ENTREGA: 15ª semana
PERÍODO DE EVALUACIÓN: 16ª semana
I. OBJETIVO GENERAL
- Realizar la extracción de pigmentos vegetales utilizando los solventes adecuados y aplicando
técnicas cromatográficas en papel.
II. FUNDAMENTO TEORICO
La clorofila es un pigmento encargado de dar el característico color verde a las plantas y transformar la
energía de la luz solar en energía química, es decir, es el responsable de la vida en este planeta
La fotosíntesis hace que las plantas fabriquen su propia materia orgánica a partir del CO2 del aire,
utilizando como fuente de energía la luz solar. Las hojas contienen varios pigmentos fotosintéticos,
capaces cada uno de ellos de absorber luz de distinta longitud de onda, lo que permite que la fotosíntesis
tenga una mayor eficacia. Entre ellos están la clorofila A (verde azulado) y la clorofila B (verde
amarillento), carotenos (amarillo anaranjado), xantofilas (amarillo) y antocianos (rosado). En esta
práctica vamos a separar y caracterizar cada uno de estos pigmentos utilizando la técnica de la
cromatografía en papel.
La cromatografía es una técnica que permite separar mezclas de sustancias. En ella siempre hay una
fase móvil (en este caso etanol) y una fase estacionaria (en este caso papel de filtro); la mezcla de
pigmentos se distribuye entre las dos fases según su afinidad química, lo que permite separar sus
componentes porque cada uno se desplaza a distinta velocidad.
MATERIALES.
· Mortero
· Embudo
· Frasco
· Papel de filtro
· Tiza blanca
· Alcohol
· Hojas de espinaca
· Gotero
· Otras hojas verdes
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PROCEDIMIENTO.
1. Lavar las hojas de espinacas, cortarlas en pedacitos, y colocarlas en un mortero,
junto con el alcohol.
2. Triturar la mezcla hasta que el disolvente adquiera un color verde intenso.
3. Filtrar con un embudo y papel de filtro. Se puede colocar esta solución a baño María
durante unos minutos para concentrarla.
A) Separación en tiza
1. Colocar medio centímetro de altura del filtrado en una placa de Petri.
2. Sumergir dentro del extracto la base ancha de la tiza, y dejarla entre 3 y 5
minutos.
3. Pasado ese lapso, retirar la tiza, y colocarla en un vaso que contenga ½
centímetro de altura de alcohol.
Atención: es importante que la línea de extracto en la tiza no quede sumergida
en el alcohol.
4. Dejar la tiza en el alcohol y observar qué sucede.
B) Separación en papel de filtro
1. Cortar una tira de papel de filtro de unos 10 centímetros de alto.
2. Colocar con el gotero una gota del extracto, a un centímetro del borde. Dejarlo secar. Colocar luego
sobre esa gota otra, y dejarla secar. Repetir esto, colocando entre 8 y 10 gotas de extracto.
3. Sumergir la tira de papel en un frasco con alcohol y esperar una hora.
Atención: es importante que la línea de extracto en el papel no quede sumergida en el alcohol.
4. Observar los resultados.
RESULTADOS.
CUESTIONARIO.
Señale y nombra los pigmentos separados en la tira de papel.
1.¿Por qué se separan los pigmentos?
2. ¿Cuál es la función de los pigmentos en las plantas?
3. Las flores también son estructuras pigmentadas. ¿Qué función tienen estos pigmentos?
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