carrera de especializacion en...
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CARRERA DE ESPECIALIZACION EN
BIOTECNOLOGIA INDUSTRIAL
FCEyN-INTI
Materia de Articulación CEBI_A4
Química Biológica
Docente a cargo:Marta Blanca Mazzetti
CEBI_A4_1 : Célula
Biosensores
BioprocesosCultivo de células y tejidos
Ingeniería genética
MEDICINAMEDICINA
AMBIENTALAMBIENTAL
AGROPECUARIOAGROPECUARIO
Rendimiento de cosechas
Salud animal
Calidad de
alimentos
DiagnósticoVacunas
Terapéutica
BiorremediaciónMonitoreo ambiental
Control de la polución
APLICACIONES UTAPLICACIONES UTILEILESS
CONOCIMIENTO CIENTIFICOCONOCIMIENTO CIENTIFICO
BioquímicaIngeniería
BioquímicaMicrobiología
Biología Molecular
Biología Celular
Computación
Genética
Inmunología
Fisiología
HERRAMIENTAS BIOTECNOLOGICASHERRAMIENTAS BIOTECNOLOGICAS
Antisentido
Ingeniería de proteínas
Anticuerpos monoclonales
Ingeniería genética
Nos encontramos frente a una nueva
“Revolución Industrial” llamada
Biotecnología, no basada en hierro y
acero sino en microbios que, en manos acero sino en microbios que, en manos
de científicos, se convierten en
minúsculas fábricas para producir
fármacos, compuestos químicos
industriales, combustibles o alimentos.
El prefijo “BIO” se refiere a bacterias, levaduras y otras células vivas, así como a componentes de estas células.
La “TECNOLOGIA” consiste en relucientes La “TECNOLOGIA” consiste en relucientes depósitos de acero, llenos de microbios, conectados a sus fuentes de alimentación y oxígeno mediante una intrincada red de válvulas que se cierran y abren según los ritmos que marca una computadora.
DEFINICION
Según la Organización de Cooperación y Desarrollo Económicos:
Es la aplicación de los principios científicos y de la ingeniería al procesamiento de materiales por agentes biológicos para proveer bienes y servicios.
�PRINCIPIOS CIENTIFICOS Y DE LA INGENIERIA:
�Conjunto muy amplio de disciplinas que ponen especial disciplinas que ponen especial énfasis en la Microbiología, Bioquímica, Biología Molecular, Genética, Inmunología e Ingeniería Bioquímica y Química.
�MATERIALES:
�Incluye a aquellos orgánicos e inorgánicos, en tanto los agentes biológicos son, en general, biológicos son, en general, catalizadores biológicos; en particular, microorganismos, células animales, células vegetales, virus y enzimas.
�BIENES:
�Todos los productos (alimentos, productos farmacéuticos, recuperación de metales, etc.)
�SERVICIOS:�SERVICIOS:
�Lo relacionado específicamente con las prestaciones tales como purificación de agua o tratamiento de efluentes y extracción de derrames de petróleo.
AREAS TEMATICAS PRIORITARIAS
�SALUD:
�Vacunas (desarrollo de vacunas por procedimientos que utilicen ingeniería procedimientos que utilicen ingeniería genética).
�Reactivos de diagnóstico: Desarrollo de reactivos por técnicas inmunológicas (enzimo-inmunoensayos o por ingeniería genética).
�AREA AGRICOLA:
�Diagnóstico de fitopatógenos en plantas de interés económico.
�Desarrollo de agentes de control biológico y plantas.
�Desarrollo de plantas transgénicas resistentes a las plagas, enfermedades y herbicidas. Modificación del contenido celular en enfermedades y herbicidas. Modificación del contenido celular en macromoléculas.
�Métodos de mejoramiento de especies a través de técnicas no convencionales.
�Aceleración en la obtención de híbridos.
�Utilización de marcadores moleculares.
�Identificación y caracterización de genes de interés.
�AREA PECUARIA:
�SANIDAD ANIMAL:
�Desarrollo de métodos para el diagnóstico de enfermedades animales.
�Producción de nuevas vacunas virales, bacterianas y parasitarias por técnicas de bacterianas y parasitarias por técnicas de avanzada.
�PRODUCCION ANIMAL:
�Manipulación y sexado de embriones.
�Hormonas para el mejoramiento de la producción animal.
�PRODUCCION DE INSUMOS INDUSTRIALES:
�Mejoramiento y control de calidad �Mejoramiento y control de calidad de las industrias de alimentos, incluyendo derivados lácteos, vinos y cervezas.
�Tratamiento biológico de efluentes.
HISTORIA DE LA HISTORIA DE LA HISTORIA DE LA HISTORIA DE LA
BIOTECNOLOGIABIOTECNOLOGIA
•6000 AC: Arte de fermentar. Los sumerios y babilonios usaban levaduras para fabricar cerveza.
•4000 AC: Los egipcios descubrieron la manera de fermentar pan con la la manera de fermentar pan con la levadura cervecera.
•Libro del Génesis (9: 20,21): “Noé se dedicó a la labranza y plantó una viña. Bebió del vino, se embriagó…”
•Siglo XVII: Anthony von Leeuwenhoek (1632-1723) descubre el mundo microbiano con sus microscopios
•Siglo XIV DC: Destilación de bebidas alcohólicas. Uso de bacterias de ácido acético para fabricar vinagre, de bacterias de ácido láctico para conservar la leche (yogur, por ejemplo).
descubre el mundo microbiano con sus microscopios primitivos.
•Siglo XIX: El desarrollo técnico de los microscopios permite demostrar el origen de los microbios y vencer la creencia de la “generación espontánea”.
•Francesco Redi (1626-1697): Médico italiano que demostró que los gusanos de la carne son larvas de mosca y que no aparecen si la carne se guarda bien tapada (“fiambrera”).
•Lázaro Spallanzani (1729-1799): Naturalista italiano, demostró que los microbios son transportados por el aire; los mismos no invaden los frascos cerrados herméticamente.
•Nicolas-Francois Appert (1750-1841): Desarrolla los primeros procedimientos de enlatado.
•Louis Pasteur (1822-1895): Fue quien sentó las bases de la futura industria biotecnológica al demostrar que todos los procesos de fermentación eran el resultado procesos de fermentación eran el resultado de la actividad microbiana.
•Edward Buchner (1860-1917): Descubre, dentro de las células microbianas, las sustancias vitales responsables de todas las transformaciones químicas: las enzimas.
Hasta la primera guerra mundial, apenas progresó la idea de utilizar bacterias y levaduras para fabricar otra cosa que no fuera alcohol.fuera alcohol.
Sin embargo, las restricciones impuestas durante el conflicto anunciaron lo que puede llamarse como “segunda era biotecnológica.”
•La Guerra Mundial (1914-1918) supuso demandas biotecnológicas:
•Proceso Neuberg para producir glicerol (para nitroglicerina) mediante la “fermentación dirigida” de Saccharomyces cerevisiae. Agregando álcali y bisulfito de sodio al depósito de fermentación alcohólica se fomentaba la producción de glicerol.
•Proceso Weizmann, usando Clostridium acetobutylicum, para la producción de disolventes como la acetona (fabricación de cordita).
•Los descubrimientos de Pasteur, Robert Koch (1843-1910) y Alexander Fleming (1928) revolucionaron el tratamiento de las enfermedades infecciosas con el descubrimiento de los antibióticos.antibióticos.
•Durante la Segunda Guerra Mundial comienza la tercera era biotecnológica, por la necesidad de contar con ciertos medicamentos para que las víctimas no murieran de sepsis bacteriana.
Puede decirse que la “cuarta era biotecnológica” comienza a principios de la década de 1970, con el advenimiento de la Ingeniería Genética.
•El descubrimiento de los sistemas de restricción y modificación en bacterias y la aplicación de las y modificación en bacterias y la aplicación de las endonucleasas.
•Los trabajos de Milstein y Kohler sobre la formación de hibridomas con la posterior utilización para la producción de anticuerpos monoclonales (1975).
Un hito que merece resaltarse ocurrió en 1982 cuando la compañía Eli Lilly consiguió la aprobación de la Food and Drug Administration de los Estados Unidos de Norteamérica para la los Estados Unidos de Norteamérica para la utilización de “insulina humana” clonada y producida en Escherichia coli. A esto siguieron los interferones, hormonas de crecimiento humana y bovina, el antígeno de superficie del virus de la hepatitis B, etc.
¿En qué se diferencian o, ¿En qué se diferencian o,
mejor, en qué se parecen los mejor, en qué se parecen los mejor, en qué se parecen los mejor, en qué se parecen los
organismos?organismos?
Tamaño relativo
¿Qué es importante recalcar¿Qué es importante recalcar
en Química Biológica y, enen Química Biológica y, enen Química Biológica y, enen Química Biológica y, en
especial acerca de la célula?especial acerca de la célula?
Todos vivimos en un mundo
tridimensional...
Y estamos acostumbrados a él...Y estamos acostumbrados a él...
Pero...
Al enseñar Química Biológica,
tendemos a utilizar pizarrón o tendemos a utilizar pizarrón o
transparencias bidimensionales...
Por ejemplo, consideremos a la
célula…
Ahora, este modelo tiene grandes Ahora, este modelo tiene grandes
ventajas debido a su ventajas debido a su
versatilidad…versatilidad…
Por ejemplo…Por ejemplo…
Apoptosis Apoptosis celularcelular
Pero, si queremos ver lo que ocurre Pero, si queremos ver lo que ocurre
en realidad…en realidad…en realidad…en realidad…
¿Por qué no lo mostramos?…¿Por qué no lo mostramos?…
Glóbulo blanco en apoptosis
Modelos de estudio
Bacteria
Proteínas involucradas en la síntesis de
ADN, ARN, proteínas y metabolismo
Regulación de genesRegulación de genes
Blancos para nuevos antibióticos
Ciclo celular
Señalización
Levadura (Saccharomyces cerevisiae)
Control de ciclo celular y división celular
Secreción de proteínas y biogénesis de
membrana
Función del citoesqueletoFunción del citoesqueleto
Diferenciación celular
Envejecimiento
Regulación de genes y estructura de
cromosomas
Gusano redondo (Caenorhabditis elegans)
Desarrollo del mapa corporal
Linaje celular
Formación y función del sistema nervioso
Control de muerte celular programadaControl de muerte celular programada
Proliferación celular y genes en cáncer
Comportamiento
Regulación de genes y estructura de
cromosomas
Mosca de la fruta (Drosophila melanogaster)
Desarrollo del mapa corporal
Generación de linajes de células diferenciadas
Formación del sistema nervioso, corazón y
musculaturamusculatura
Muerte celular programada
Control genético y comportamiento
Genes en cáncer y control de la proliferación
celular
Control de la polaridad celular
Efecto de drogas, alcohol y pesticidas
Pez cebra
Desarrollo de tejidos en un cuerpo
vertebrado
Formación y función de cerebro y sistema
nerviosonervioso
Defectos al nacimiento
Cáncer
Ratón (incluyendo células en cultivo)
Desarrollo de tejidos corporales
Función del sistema inmune en mamíferos
Formación y función del cerebro y sistema
nerviosonervioso
Modelo de cáncer y otras enfermedades
humanas
Regulación de genes y herencia
Enfermedades infecciosas
Planta (Arabidopsis thaliana)
Desarrollo y patrón de tejidos
Genética de la biología celular
Aplicaciones en agricultura
Fisiología
Regulación genéticaRegulación genética
Inmunidad
Enfermedades infecciosas
Virus
Proteínas involucradas en la síntesis de ADN,
ARN y proteínas
Regulación de genes
Cáncer y control de proliferación celularCáncer y control de proliferación celular
Transporte de proteínas y organelas dentro
de las células
Infección e inmunidad
Posible uso en terapia génica
MitocondriaMitocondria
••Centro para la producción de energía Centro para la producción de energía
celularcelular
••Dos membranas, externa e internaDos membranas, externa e interna
••La membrana interna plegada para La membrana interna plegada para
formar crestasformar crestas
••La membrana interna encierra la La membrana interna encierra la
matriz, ribosomas, ADN y gránulos de matriz, ribosomas, ADN y gránulos de
fosfato cálcicofosfato cálcico
CloroplastosCloroplastos
••Sitio de fotosíntesis en plantasSitio de fotosíntesis en plantas
••Envoltorio externo membranoso: Envoltorio externo membranoso:
estromaestroma
••Capa interna altamente laminada: Capa interna altamente laminada:
tilacoidetilacoide
••GranaGrana
••Contiene clorofilaContiene clorofila
LisosomasLisosomas
••Cuerpos pequeños que contienen un Cuerpos pequeños que contienen un
gran número de enzimasgran número de enzimas
••Su función es la digestiónSu función es la digestión••Su función es la digestiónSu función es la digestión
••Línea primaria de defensa para la Línea primaria de defensa para la
célulacélula
••Las plantas poseen vacuolas: Las plantas poseen vacuolas:
¿tienen la misma función?¿tienen la misma función?
NúcleoNúcleo
••La mayoría de las células posee La mayoría de las células posee
un único núcleoun único núcleo
••Está rodeado por una membrana Está rodeado por una membrana
que contiene porosque contiene porosque contiene porosque contiene poros
••Contiene uno o más nucleolosContiene uno o más nucleolos
••La información hereditaria se La información hereditaria se
encuentra en el ADN encuentra en el ADN
(cromosomas)(cromosomas)
NúcleoNúcleo
••El ADN se replicaEl ADN se replica-- los los
cromosomas pueden estar cromosomas pueden estar
compactos o como fibrascompactos o como fibras
••Se sintetizan las subunidades Se sintetizan las subunidades
ribosomales con proteínas y ARNribosomales con proteínas y ARN
••Contiene centriolosContiene centriolos-- división división
celular.celular.
¿Cómo se utiliza la información en la célula?
¿Alguna vez se preguntaron por ¿Alguna vez se preguntaron por
qué…?qué…?qué…?qué…?
…y yo …y yo
qué sé…qué sé…
Para Para poderpoder entenderentender el el ProyectoProyecto
GenomaGenoma y y temastemas tan tan extrañosextraños comocomo la la
clonaciónclonación, , debemosdebemos comprendercomprender cómocómoclonaciónclonación, , debemosdebemos comprendercomprender cómocómo
se se transmitetransmite la la informacióninformación entre entre
célulascélulas… … cómocómo manejamaneja unauna célulacélula la la
informacióninformación queque poseeposee… y en … y en quéqué
consisteconsiste esaesa informacióninformación……
Composición de un nucleótido
Bases heterocíclicas
Y, en Y, en realidadrealidad, , todostodos ustedesustedes
sabensaben yaya todotodo estoesto. Lo . Lo
demostraremosdemostraremos con con ejemplosejemplos de la de la demostraremosdemostraremos con con ejemplosejemplos de la de la
vidavida diariadiaria……
Si Si unouno piensapiensa en en informacióninformación y en y en
un un lugarlugar dondedonde se se concentraconcentra esaesa
informacióninformación, , unouno piensapiensa en en unauna……
BIBLIOTECABIBLIOTECA
VeamosVeamos cómocómo estáestá organizadaorganizada la la
informacióninformación en en unauna bibliotecabiblioteca……
…y, en paralelo, veamos cómo …y, en paralelo, veamos cómo
se organiza y maneja la se organiza y maneja la
información en la célula…información en la célula…
La La informacióninformación se se encuentraencuentra localizadalocalizada en el en el edificioedificio de la de la bibliotecabiblioteca..
La La informacióninformación se se ordenaordenasegúnsegún temastemas en en distintasdistintas
La La informacióninformación se se encuentraencuentra localizadalocalizada en el en el
núcleonúcleo de la de la célulacélula..
La La informacióninformación se se ordenaordenasegúnsegún temastemas en los en los segúnsegún temastemas en en distintasdistintas
áreasáreas ((HistoriaHistoria, Arte, , Arte, MedicinaMedicina, etc.), etc.)
UnaUna vezvez elegidaelegida la la informacióninformación queque se se
necesitanecesita, se , se buscabusca en el en el librolibro correspondientecorrespondiente..
segúnsegún temastemas en los en los cromosomascromosomas..
UnaUna vezvez elegidaelegida la la informacióninformación a a utilizarutilizar, se , se
buscabusca el gen el gen correspondientecorrespondiente..
AúnAún másmás, , supongamossupongamos queque el el
librolibro queque nosnos interesainteresa eses un un
ejemplarejemplar únicoúnico, un “, un “incunableincunable”.”.
No No podríamospodríamos sacarlosacarlo y y llevarlollevarlo a a
casa casa parapara consultarconsultar, , tendríamostendríamos
queque fotocopiarfotocopiar la la informacióninformación……
Bien, Bien, cadacada gen gen eses un “un “incunableincunable” ”
y y parapara manejarmanejar la la informacióninformación (a (a
nivelnivel ribosomal ribosomal parapara sintetizarsintetizar la la
proteínaproteína correspondientecorrespondiente) ) proteínaproteína correspondientecorrespondiente) )
deberemosdeberemos ““fotocopiarlofotocopiarlo” ” parapara
llevarlollevarlo fuerafuera del del núcleonúcleo……
A A esteeste procesoproceso lo lo llamamosllamamos
transcripcióntranscripción y el y el resultadoresultado eses la la
síntesissíntesis de de unauna nuevanueva moléculamolécula de de
ácidoácido nucleiconucleico, el ARN , el ARN mensajeromensajero..ácidoácido nucleiconucleico, el ARN , el ARN mensajeromensajero..
FLUJO DE INFORMACION
CLASICOCLASICO
¿¿PodemosPodemos tenertener unauna idea de idea de
cómocómo utilizautiliza la la célulacélula la la
informacióninformación y en y en quéqué consisteconsisteinformacióninformación y en y en quéqué consisteconsiste
estaesta informacióninformación??
SiguiendoSiguiendo con el con el ejemploejemplo de la de la
vidavida diariadiaria, , veamosveamos cómocómo
manejamosmanejamos nosotrosnosotros la la manejamosmanejamos nosotrosnosotros la la
informacióninformación……
A B C CH D E F G H I J K L LL M A B C CH D E F G H I J K L LL M N Ñ O P Q R S T U V W X Y ZN Ñ O P Q R S T U V W X Y Z
CHARLACHARLA ESTAESTA
MEME
ESTA CHARLA ME ESTA ESTA CHARLA ME ESTA RESULTANDO INSOPORTABLERESULTANDO INSOPORTABLE
INSOPORTABLEINSOPORTABLE
MEME
ESTAESTA
RESULTANDORESULTANDO
A C T G UA C T G U
AUG CGG
CAAUAG
GAA
GCAUAG GCA
AUG CGG CAA GCA GAA UAG
Para Para completarcompletar el el paralelismoparalelismo
entre el entre el manejomanejo de de informacióninformación
celularcelular y y nuestronuestro ejemploejemplocelularcelular y y nuestronuestro ejemploejemplo
diariodiario……
¿¿QuéQué pasaríapasaría sisi en en esteeste instanteinstante
aparecieseapareciese alguienalguien de de otrootro paíspaís y y
hablasehablase en en susu propiopropio idiomaidioma??
A A menosmenos queque manejemosmanejemos sussusA A menosmenos queque manejemosmanejemos sussus
mismosmismos códigoscódigos, no , no podríamospodríamos
entenderloentenderlo……
Salvo Salvo queque……
AparecieseApareciese un un traductortraductor……
Este Este traductortraductor deberádeberá conocerconocer
ambos ambos idiomasidiomas, , parapara poderpoderambos ambos idiomasidiomas, , parapara poderpoder
traducirtraducir entre ambos…entre ambos…
Lo Lo mismomismo ocurreocurre en la en la célulacélula con el con el
ARN de ARN de transferenciatransferencia, el , el queque
““conoceconoce” el ” el idiomaidioma nucleotídiconucleotídico y el y el
aminoacídicoaminoacídico..aminoacídicoaminoacídico..
Y a Y a esteeste procesoproceso lo lo llamamosllamamos
traduccióntraducción, , tambiéntambién a a nivelnivel
celularcelular……
MECANISMO DE TRANSCRIPCION
Biosíntesis de proteínasBiosíntesis de proteínas
RibosomasRibosomas
••Compuestos por ARN y proteínasCompuestos por ARN y proteínas
••Sitio de la síntesis proteicaSitio de la síntesis proteica••Sitio de la síntesis proteicaSitio de la síntesis proteica
••Asociados con el retículo Asociados con el retículo
endoplásmico o libresendoplásmico o libres
••Más grandes que los de Más grandes que los de
procariotas (80S).procariotas (80S).
Cuerpos de Cuerpos de GolgiGolgi
(Aparato de (Aparato de GolgiGolgi))
••Parece una “pila de panqueques”Parece una “pila de panqueques”
••Aquí se acumula el material en células Aquí se acumula el material en células ••Aquí se acumula el material en células Aquí se acumula el material en células
que sintetizan y secretan productosque sintetizan y secretan productos
••Sitio de modificación de lípidos y Sitio de modificación de lípidos y
proteínas.proteínas.
