sábado, 29 de agosto de 2009

viernes, 28 de agosto de 2009

NUTRICIÓN EN VEGETALES SUPERIORES(INTRODUCCIÓN)

Nutrición en plantas superiores
En general, las plantas necesitan grandes cantidades de agua para su mantenimiento: 1) por la continua emisión de vapor de agua por las hojas y 2) en la época de crecimiento o de formación de nuevas hojas, por la enorme absorción de agua que realizan las vacuolas.
Como además la planta sintetiza toda su materia orgánica, ha de obtener del suelo todos los elementos minerales necesarios. Como estos elementos se encuentran allí en cantidades muy pequeñas, la planta debe tomar grandes cantidades de agua para conseguir los elementos precisos. Con esta finalidad absorbe agua por la raíz.
El agua con sales minerales diluidas sube por la planta y constituye la llamada savia bruta o savia ascendente, que llega hasta las hojas. En las hojas tiene lugar la fotosíntesis: se elaboran las sustancias orgánicas solubles (principalmente hidratos de carbono), que se reparten por todas las células del vegetal en un movimiento descendente, y que constituyen la savia descendente o savia elaborada.
En resumen:
I) Absorción de agua y sales minerales por las raíces.
II) Ascenso de esa savia bruta.
III) Elaboración de materia orgánica en las hojas gracias al proceso de fotosíntesis.
IV) Distribución de la savia elaborada (solución de sustancias orgánicas) por todo el vegetal.
Por los vasos leñosos (xilema) circula la savia bruta, y por los vasos liberianos o cribosos (floema) la savia elaborada. Todos los tubos del xilema y del floema son finos, aproximadamente del mismo tamaño, y se disponen en paquetes de tubos paralelos llamados haces vasculares, que discurren a lo largo del tallo y van perdiendo grosor a medida que algunos de los vasos que los forman se desvían para penetrar en las ramas y en las hojas (nervaduras).
I) Absorción radicular y formación de la savia bruta
Para absorber agua las plantas presentan un órgano hundido en el suelo que es la raíz. La raíz se constituye como el órgano de absorción de agua por excelencia, gracias al gran desarrollo de sus ramificaciones y a la presencia de infinidad de pelos absorbentes en las mismas.
La absorción de agua por las células de la raíz es pasiva: el agua penetra por ÓSMOSIS como consecuencia de las tensiones del xilema (CAPILARIDAD) y también junto con ellas las sales minerales diluidas que han sido absorbidos activamente (con gasto de energía) a través de las membranas celulares de la raíz.
Cuando la concentración de sales en el suelo es baja y la transpiración pequeña, la absorción se da cerca de la superficie de la raíz, particularmente a través de las células de los pelos radicales. Estas células (pelos absorbentes) están muy próximas a las partículas del suelo y aumentan el área de contacto entre el suelo y las raíces. A partir de esta zona de la raíz -muy activa metabólicamente y con abundancia de pelos radicales-, los tejidos -más viejos- se suberifican (zona de corcho) y se vuelven relativamente impermeables (aunque todavía absorben un poco).
II) Transporte a través del xilema
Las plantas terrestres muy desarrolladas, tales como los árboles, poseen dos tipos de tejidos especializados para el transporte a larga distancia: el xilema y el floema. El agua y las sales minerales disueltos ascienden por el xilema (leño), y los productos de la fotosíntesis –azúcares disueltos- se mueven desde las hojas a otras partes de la planta por el floema (descenso).
En la tierra, las plantas necesitan una estructura rígida de auto-sostenimiento; esta estructura es el xilema, que consta de diminutos tubos rígidos huecos (con Lignina) a través de los cuales pueden moverse el agua y los elementos minerales disueltos. La rigidez de los tubos en el interior de un tallo es suficiente para que se puedan sostener por sí mismos.
Sobre el mecanismo de ascenso de la savia bruta se han elaborado muchas teorías, pero se admite la participación de fuerzas como:
-La presión radical: se desarrolla desde abajo como consecuencia del empuje osmótico del agua absorbida por los pelos de la raíz.
-La fuerza aspirante o presión negativa: que se ejerce desde la parte alta del vegetal (hojas), fruto de la pérdida de agua por transpiración.
- La capilaridad: es la tendencia que tiene un líquido a desplazarse y subir por las paredes del tubo, cuanto más fino es el vaso asciende más rápido.
- Tensión- Cohesión: las moléculas líquidas de la savia bruta, que alcanzan valores de más de 350 atm e impiden la ruptura de las finas columnas de agua que ascienden por los vasos leñosos.
III) Intercambio gaseoso y elaboración del alimento en las hojas
Continuamente tiene lugar un intercambio de CO2, O2 y H2O entre todas las partes de la planta y su ambiente. La hoja es el órgano de intercambio de gases más eficaz, y ya que casi todas las hojas están cubiertas de una capa o cutícula relativamente impermeable, ordinariamente el intercambio más importante tiene lugar a través de los estomas.
La transpiración es la pérdida del exceso de agua de las plantas en forma de vapor. Aunque se pierde agua a través de todas las superficies de todas las células foliares, la mayor parte se pierde a través de los estomas. Éstos son poros cuyas aberturas están controladas por un par de células flexibles llamadas células oclusivas o de cierre. Estas células se abren durante el día y se cierran durante la noche o en condiciones de excesivo déficit hídrico.
La abertura estomática permite, además del escape del vapor de agua, la entrada de CO2 y O2 en las hojas para la fotosíntesis y la respiración. La fotosíntesis se detiene durante la noche.
La mayor parte del agua que absorben las raíces se pierde por la transpiración. El tejido foliar es muy esponjoso: las células están rodeadas por abundantes espacios gaseosos en comunicación: el agua se evapora en esos espacios y difunde por ellos hacia los estomas.
La corteza del tallo también tiene estomas cuando es joven, y estructuras similares suberificadas (aberturas denominadas lenticelas) cuando es vieja. Los tallos muy jóvenes funcionan de alguna manera como las hojas: fotosintetizan y transpiran. Los viejos apenas fotosintetizan.
IV) Transporte de la savia elaborada a través del floema
La savia elaborada circula por los tubos liberianos, ocupando la gran vacuola central de las células que los forman y atravesando los tabiques de separación por los orificios que éstos presentan (vasos cribosos o liberianos). A diferencia de la savia bruta, la elaborada circula tanto hacia arriba como hacia abajo, pues debe hacer llegar la materia orgánica que transporta a todas las células del vegetal.
El mecanismo de circulación de la savia elaborada se debe a una diferencia de presión hidráulica que hay en los lugares donde se produce dicha savia y la que hay en los lugares donde se recibe. Según esto, las células donde se elabora la savia (hojas) se hallan turgentes, es decir, con una elevada presión interna, mientras que las de los órganos receptores tienen menor presión. La savia elaborada tiende a desplazarse desde los puntos de mayor presión a los de menor presión. La circulación será mucho más lenta que la de la savia bruta.
La circulación de la savia elaborada presenta variaciones según las estaciones del año. Durante el invierno se encuentra reducida al mínimo debido al taponamiento de las cribas de los vasos liberianos por una sustancia llamada calosa, pero al llegar la primavera se reabsorbe y la circulación de la savia es mucho más activa: precisamente cuando los nuevos brotes en fase de crecimiento requieren un gran aporte de materias nutritivas.


VIDA

SUBTEMA: CONCEPTO de VIDA u ORGANISMO VIVO:
Es todo material físico-químico con un alto grado de complejidad, que puede autorregularse, posee metabolismo, interactúa con el medio para mantener su integridad estructural y funcional. y se perpetúa a sí mismo a través del tiempo.
Según esta definición encontramos que todo ser vivo tiene ciertas características:
Metabolismo: son las reacciones que ocurren dentro de una unidad viviente, integrado por un Anabolismo y un Catabolismo. En el Anabolismo hay formación de moléculas más complejas, partiendo de unas sencillas, con gasto de energía. El Catabolismo es la desintegración o digestión de moléculas complejas para formar otras más simples que puedan ser usadas por el organismo, hay liberación de energía. Los seres vivos toman energía del ambiente y la transforman.
Movimiento: puede ser dentro del organismo o los que se desplazan (locomoción).
Alto grado de complejidad: formados por macromoléculas (proteínas, glúcidos, lípidos y ácidos nucleicos), algunas de ellas con información que regulan las reacciones internas y pueden llegar a formar nuevos seres. Esta complejidad hace posible la especialización de partes distintas de un ser vivo para funciones diferentes.
Homeostasis: se mantienen estables. Aunque intercambian materiales continuamente con el mundo exterior, mantienen un medio interno estable, a diferencia de lo que ocurre en sus alrededores.
Irritabilidad: capacidad de responder a los cambios (estímulos) en su medio interno y externo.
Crecimiento: posibilidad de incrementar la masa de materia viva por asimilación de materiales extraídos del ambiente.
Adaptación: tendencia de los organismos a sufrir cambios en su estructura, funciones o comportamiento que mejoren su capacidad de supervivencia en el ambiente.
Autoperpetuación o Reproducción: capacidad para producir nuevos individuos de la misma especie.
SUBTEMA: CICLO VITAL:
1) NACIMIENTO:
Es un instante y no un período de la vida. Se caracteriza por ser el momento de aparición de un nuevo individuo. En los que tienen reproducción asexuada, coincide cuando el nuevo ser se separa de la madre. En los que tienen reproducción sexuada, puede ser: a) en la fecundación (unión de gameto femenino y masculino),
b) en la partenogénesis: el nuevo ser proviene de un sólo gameto, nace cuando éste comienza a segmentarse. (óvulo: Zánganos en abejas)
2) CRECIMIENTO:
Es el período durante el cual se produce un aumento de masa del organismo, por multiplicación celular, pero también por aumento del tamaño de las células y de la sustancia intercelular.
Cuando las células aumentan de tamaño y se diferencian para cumplir funciones se denomina DESARROLLO.


3) ESTADO ADULTO:
Es el período que se caracteriza por la adquisición de la forma específica, del equilibrio nutritivo y porque se logra pleno domino de todas las facultades biológicas. Si bien se lleva a cabo la función reproductora, no siempre ocurre en el estado adulto, por cuanto se puede dar en formas juveniles.
4) SENECTUD:
Se caracteriza por la pérdida de la armonía entre las distintas partes del todo; se producen pérdidas progresivas en el rendimiento de los distintos aparatos, obteniéndose un hipofunción generalizada. (aparatos y sistemas con menor velocidad de trabajo).
5) MUERTE:
Es el cese de toda actividad biológica. Los seres unicelulares no tienen muerte natural ya que alcanzan el estado adulto y se reproducen.
La muerte del ser vivo se da como consecuencia de una agresión que no es capaz de neutralizar. Así, una agresión bacteriana, da escasa reacción defensiva en lactantes mal nutridos y en ancianos (con menos defensas) provocando bronconeumonía; en adultos, con mayores defensas la misma enfermedad es menos grave (neumonía).
SUBTEMA: TEORÍAS SOBRE EL ORIGEN DE LA VIDA.
Teoría: es una explicación de algo en la naturaleza, que la evidencia ha apoyado repetidas veces y sirve como base para la experimentación. En ciencia, una teoría es una explicación que tiene un alto grado de confiabilidad. Las teorías científicas pueden cambiar o aparecen otras que las sustituyen, pues están siempre sujetas a comprobación.
TEORIA CREACIONISTA O CREACIONISMO:
Supone la existencia de un ser superior que creó la Tierra hace 10000años y a los seres vivos hace 6000 años en un solo acto o en actos sucesivos. Aceptada por la Iglesia (Nuevo Testamento-Génesis). Muy aceptada en la Edad Media ya que no se permitía las demostraciones científicas.
TEORÍA COSMOZOICA, PANSPERMIA O PANGÉNESIS:
Traslada el origen de la vida a otros planetas. Las primeras células que llegaron a nuestro planeta atravesaron el espacio soportando diferencias de temperaturas, presión, radiaciones, etc. Estaban cubiertas por una cápsula protectora que las hacía resistentes, estas células se llamaban esporas o panspermias. En la actualidad se ha comprobado que los planetas que nos rodean presentan pocos indicios de vida.
GENERACIÓN ESPONTÁNEA, ABIOGÉNESIS O HETEROGÉNESIS:
Desde ARISTÓTELES (350 A,C,) hasta el siglo XVII se sostenía que todo ser viviente surgía de la materia no viviente (inerte). Había observado en una charca durante un período de sequía. El agua de la charca se fue secando hasta que sólo quedó fango en el fondo. Al terminar la sequía, la charca se volvió a llenar de agua. Al principio no había peces, después sí. Llegó a la conclusión de que estos peces no habían sido producidos por otros peces, porque todos los peces que había antes murieron durante la sequía, los nuevos peces habían salido del fango. Creía también que las moscas salían de la carne podrida de los animales. Pensaba que otros insectos salían de la madera, de las hojas secas y hasta del pelo de los caballos (piojos).
VAN HELMONT: sostenía que para obtener ratones había que colocar dentro de una caja semillas de trigo y una camisa sudada. El sudor proporcionaba el ―espíritu vital‖ necesario y al cabo de 21 días en las semillas germinadas aparecían ratones.
Refutación de la Generación espontánea:
REDI—(1650) Médico Italiano, no estaba convencido de que las moscas salían de la carne podrida. Observó que las moscas se posaban en la carne podrida, aparecían en la carne pequeños organismos blancos parecidos a gusanos, que se comían la carne. Los gusanos dejaban de moverse y se convertían en pequeñas estructuras ovaladas, de las cuales salían
moscas. Formuló la hipótesis de que las moscas que se habían desarrollado de los gusanos eran la progenie de las moscas originales.
Diseñó un experimento para determinar si se desarrollaban gusanos en caso de que no se dejara a ninguna mosca entrar en contacto con la carne. Puso carne en cuatro frascos. Uno de ellos permaneció abierto. Selló los otros, uno con un tul de orificios pequeños, otro con un tul de orificios grandes y el restante permaneció con una tapa hermética. En el frasco abierto, observó que había moscas continuamente. En el de orificios pequeños había huevos en el tul, pero no contactaron con la carne; en el de orificios grandes aparecieron gusanos en la carne y en el cerrado no apareció nada.
Llegó a la conclusión de que los huevos aparecían en la carne descompuesta sólo si las moscas habían puesto antes sus huevos en la carne, es decir que todo ser vivo se origina de otro ser vivo que estuvo ahí. BIOGÉNESIS
PASTEUR—(1864) Se preguntó si existen o no gérmenes en el aire, y en caso de existir, si se encuentran en cantidad suficiente como para explicar la aparición de microorganismos en los caldos de cultivo. Examinó las partículas obtenidas del aire aspirado de la calle y filtrado con algodón que luego disolvía en alcohol-éter.
Halló cantidad de esporas bacterianas. Preparó cultivos que colocó en matraces de cuello delgado y largo, que comunicaban con un tubo de platino calentado al rojo. Hacía hervir el líquido y luego permitía la entrada de aire, pero haciéndolo pasar por el tubo al rojo. Después de cerrar el cuello del matraz, pudo conservar los recipientes libres de microorganismos por un año y medio, cuando los abrió. Se le objetó que en estas condiciones no hay producción de vida porque se había quemado el espíritu vital, realizó otra experiencia uniendo el matraz a un tubo con varias curvaturas en U; abierto en la extremidad para permitir la entrada de aire. Tampoco aparecieron microorganismos en el caldo hervido, porque los gérmenes que llevaba el aire quedaban retenidos en el agua dispuesta en las curvas del tubo. Comprobó que cuanto mayor era el número de curvaturas del matraz, menos gérmenes se encontraban en el fondo de éste, al quedar en las curvaturas y no llegar al cultivo. Otros Experimentos: Colocó un caldo nutritivo (azúcar y levadura de cerveza) en dos tipos de matraces y luego hizo hervir el líquido para matar los microbios presentes. Utilizó como control matraces con cuello recto, que permitían la caída de bacterias en el medio nutritivo: el caldo en ellos tenía al poco tiempo abundantes bacterias. Los matraces experimentales tenían largos cuellos en forma de S, que no permitían el acceso a las bacterias, aún cuando estaban abiertos al aire, no aparecieron bacterias, a menos que se rompieran los cuellos de éstos.
TEORÍA MATERIALISTA, NATURALISTA O DE EVOLUCIÓN QUÍMICA:
Explica el origen de la vida a través de reacciones químicas que se realizaron durante millones de años en la formación del planeta hasta llegar a obtener un ser vivo.
Según la TEORÍA DEL BIG-BANG o GRAN EXPLOSIÓN el Universo surgió hace 15000 millones (13.500) de años. 10000 millones de años—Vía Láctea (galaxia)
Hace 5000 millones de años se formó el Sistema Solar y la Tierra, a partir de una nube de gas y polvo inmensa y muy caliente. La parte más grande de esta nube se condensó lentamente para formar el sol. Los nueve planetas, incluyendo la Tierra, se formaron de porciones pequeñas de gases y polvo que quedaron dando vueltas alrededor del sol. A medida que se iba enfriando lentamente la corteza y la atmósfera primitiva terrestre se formaron los continentes con rocas hirvientes. Las erupciones volcánicas derramaban lava en las regiones calientes del interior, aumentando el material de la corteza. El vapor que salía de estos volcanes se condensaba y caía nuevamente en la superficie en forma de lluvia. A medida que la Tierra se enfriaba, se condensaba más agua para formar los océanos. (pobre en sales minerales)
La atmósfera de la Tierra primitiva era distinta de la de ahora, consistía mayormente en amoníaco y metano (gases venenosos), con algo de hidrógeno y vapor de agua.
OPARÍN: Bioquímico ruso. (1922) Sostiene que al formarse el planeta, en una atmósfera rica en carbono y nitrógeno reducidos, las nubes de carbono en contacto con los metales pesados,
produjeron carburos, los cuales reaccionaron con el vapor de agua sobrecalentado, originando hidrocarburos. Éstos habrían dado por oxidación alcoholes, aldehídos, ácidos (moléculas simples), que por agregado formaron moléculas orgánicas complejas.
Estas moléculas necesitaban energía, proveniente de la energía eléctrica de los relámpagos, la energía ultravioleta del sol, la energía térmica de los volcanes y la energía proveniente de la desintegración de las sustancias radioactivas.
Se habría producido la formación de coloides coadcervados. Un coadcervado es un grupo de gotas microscópicas que se forma por atracción entre moléculas. El agua formaba como una capa que limitaba el coadcervado (similar a una membrana celular). Algunos científicos (Haldane) llaman sopa primitiva a la solución que componía los océanos primitivos. Estas gotas serían capaces de crecer, siendo el eslabón entre la materia inerte y la sustancia viva. Las gotas más aptas para asimilar sustancias del agua, pueden crecer a expensas de las otras. Los coadcervados pueden intercambiar material con su ambiente, a través de la capa limitante formando PROTOBIONTES O PROTOCÉLULAS (forma antecesora de las células) o MICROESFERAS, con identidad propia. Pudieron haber surgido proteinoides (agregado de hasta 18 aminoácidos) para formar proteínas. También pudieron producirse pedacitos de ácidos nucleicos con a capacidad de replicarse por sí mismos.
MILLER: Bioquímico estadounidense. Realizó síntesis de aminoácidos, en una atmósfera similar a la que existía cuando surgió la vida sobre la Tierra: hidrógeno, agua, metano, amoníaco. Utilizó un aparato donde se pasaban corrientes eléctricas a través de los gases. Después de dos semanas de chispazos y burbujeos se obtuvieron dos aminoácidos y otros compuestos complejos.
OCHOA Y KORNBERG obtuvieron el Premio Nobel de Medicina por haber logrado la síntesis de ácidos nucleicos. Kornberg colocó enzimas purificadas de una bacteria (E: coli) con distintas moléculas de A.D.N. de hongos, bacterias, etc. Y la enzima reprodujo el ácido que se daba como modelo, formando cantidad de moléculas. Ochoa logró que unas enzimas fabricaran a partir de elementos simples una larga cadena de ácido ribonucleico con todas sus propiedades.
Los grupos de moléculas encapsulados, con agua, proteínas, azúcares y ácidos nucleicos, pudieron haber crecido obteniendo materiales del ambiente y pudieron duplicarse. Las gotas que se desprendían pudieron haber formado copias exactas.
¿Por qué no se degradaban? Debido a que no existían otros seres que los consumieran y a la atmósfera reductora que no los oxidaba. La atmósfera seguía formando moléculas ricas en energía, los mares debieron acumular esas moléculas hasta que adquirieron las características de una sopa caliente. Por esto se multiplicaron y resistieron cada vez más. Las células primitivas eran bacterias procariotas anaerobias y heterótrofas, que se alimentaban de las sustancias orgánicas del medio. Aparecieron hace 3500-3800 millones de años. Más adelante evolucionaron (por mutaciones) los que hacían fotosíntesis (2000 millones de años), que sobrevivieron por la presencia de bióxido de carbono en la atmósfera. Estos organismos añadieron el oxígeno resultante de la fotosíntesis a la atmósfera. Los organismos que no toleraban el oxígeno se vieron forzados a vivir en ambientes anóxicos. El oxígeno atmosférico se acumuló formando el ozono que filtraba la radiación ultravioleta, posibilitando mayor sobrevivencia de los protobiontes. Autotrofismo.
¿Qué moléculas surgieron primero: los ácidos nucleicos, indispensables para la síntesis de proteínas, o las proteínas, cuya actividad es indispensable para fabricar las enzimas de los ácidos nucleicos?
Existen proteínas llamadas ribozimas (moléculas de ARN) que son capaces de transmitir la información necesaria para la síntesis de las proteínas y, a su vez, tienen actividad enzimática que les permiten fabricar proteínas. Así, la primera forma de vida terrestre fue una célula simple que encerraba un ácido similar al ARN dentro de una membrana que les permitía fabricar proteínas. Algunas ribozimas tempranas empezaron a enlazar aminoácidos y a formar proteínas cortas. Más mutaciones de ribozimas pudieron llevar a la formación de las primeras enzimas de proteínas. Otras mutaciones permitieron que ciertas ribozimas se copiaran a sí mismas en moléculas de ADN, que estarían a salvo de su destrucción por parte de sus compañeras ribozimas. En esta hipótesis, el ARN fue la primera molécula viva, y el ADN y las proteínas se desarrollaron después. Más adelante, el ARN se separó para ser intermediario entre el ADN y las proteínas.
¿Cómo evolucionaron los Eucariotas?
De los Procariotas, hace 1500 millones de años. La TEORÍA ENDOSIMBIÓTICA propone que las células eucariotas surgieron porque algunos procariotas empezaron a vivir dentro de otras células (simbiosis: asociación entre organismos de diferentes clases con beneficio mutuo).
Estas bacterias irían quedando incorporadas definitivamente a la célula hospedante, dentro de la cual se transformarían en mitocondrias. Originalmente pudieron ser ingeridas, pero no digeridas, por la célula huésped. Sobrevivieron y se reprodujeron junto con ella, de modo que las generaciones sucesivas también contenían endosimbiontes. Esta teoría dice que cada uno de los simbiontes aportó a la relación algo de lo que el otro carecía. Las mitocondrias dieron la capacidad de respiración aerobia a la bacteria huésped. Los cloroplastos dieron la capacidad de utilizar una fuente de carbono sencilla (CO2) para producir moléculas orgánicas complejas. La célula huésped proporcionó un hábitat seguro y nutrimentos.
La considerable semejanza que hay entre mitocondrias y bacterias es un argumento a favor de esta teoría. Los cloroplastos propios de las células vegetales serían quizá bacterias clorofílicas que habrían colonizado otras células.
Una mitocondria es similar a ciertas bacterias. Los cloroplastos son similares a las bacterias verde-azules. Las mitocondrias y los cloroplastos tienen su propio ADN y ribosomas, similares al ADN y a los ribosomas de las bacterias, y pueden llevar a cabo la reproducción y síntesis de proteínas.
Algunas procariotas no se asociaron y por eso conviven hoy día los dos tipos de células.
Los primeros seres pluricelulares se originaron hace 670 millones de años. Cuando la capa de ozono alcanzó un espesor suficiente, los vegetales y animales pudieron abandonar la protección que proporcionaba el medio acuático y colonizar la tierra firme.

BIOTECNOLOGÍA

El término biotecnología fue creado en 1917 por el ingeniero húngaro Karl Ereky para describir procesos en los que se formaban productos a partir de materiales crudos, con la ayuda de la actividad metabólica de organismos vivos. Hoy el término biotecnología engloba la utilización de seres vivos o sus componentes para realizar procesos químicos con finalidad industrial. Incluye:
A) procedimientos clásicos, como fermentaciones (levaduras, bebidas, yogures).
B) INGENIERÍA GENÉTICA: se altera intencionalmente la información genética.
1) Identificación y aislamiento de GENES TERAPEÚTICOS, lo que implica la extracción del ARNm, su traducción y obtención de la proteína, y posterior estudio de la posible solución terapéutica.
2) Obtención de ORGANISMOS TRANSGÉNICOS: para la producción de medicamentos o el poder conseguir órganos para trasplante. Estos organismos transgénicos son importantes para el agro, la industria y la medicina. Por ejemplo: obtener individuos que den frutos de maduración lenta. Es posible recolectar tomates maduros que lleguen al consumidor conservando intacto su sabor, color, olor y textura. Los animales se usan con fines farmacológicos, produciendo grandes cantidades de proteínas útiles para tratar enfermedades. Hay animales de granja portadores de genes que mejoran la calidad de su carne o la producción de leche.
Técnicas:
A) Empalme de genes: el ADN de un organismo exótico se introduce en un genoma de una especie diferente, dando como resultado un genoma híbrido con características del donador en el receptor. Ejemplo: gen de insulina humana en bacterias, hormona del crecimiento, factor VIII de la coagulación, interferón (antiviral y anti-cáncer), etc. Se usan: 1- ENZIMAS DE RESTRICCIÓN: son como tijeras químicas que cortan el ADN en regiones precisas.
2-PLÁSMIDOS: pequeños fragmentos circular de ADN fuera del cromosoma bacteriano y de algunas levaduras. Puede tener uno o varios genes, dando a veces resistencia contra antibióticos. El ADN exótico se incorpora a los plásmidos, se cierran, se introducen en las bacterias receptoras. Éstas se dividen, el plásmido se replica y pasa a las células hijas. 3- VIRUS: Se incuba ADN viral con ADN exótico para que se incorporen al genoma del virus. El virus invade una bacteria, se integra a su genoma con ADN viral y exótico. TRANSDUCCIÓN. Las vacunas contra enfermedades virales son otro producto importante de la biotecnología. Todos los virus, como se sabe, consisten en ácido nucleico envuelto por una cubierta proteínica. Son las proteínas exteriores del virus las que determinan si el virus puede unirse o no a la célula blanco y penetrar en ella. En el torrente sanguíneo de los animales, estas proteínas del virus, reconocidas como extrañas por células del sistema inmune, generan la formación de anticuerpos, moléculas que desempeñan un papel central en la inmunidad futura contra el virus. La mayoría de las vacunas se hacen utilizando partículas virales inactivas o modificadas. Las vacunas producidas exclusivamente a partir de las proteínas virales externas sintetizadas en bacterias son más seguras dado que, sin el ácido nucleico viral, no puede ocurrir contaminación de la vacuna por partículas infectivas.
B) AMPLIFICACIÓN GÉNICA: Consiste en formar muchas copias de pequeños fragmentos de ADN. Se usa la Técnica de PCR (Reacción en Cadena de la Polimerasa) Consiste en usar una enzima llamada polimerasa y consta de tres etapas: 1) Desnaturalización: se caliente el ADN para separar las dos cadenas. 2) Templado: la temperatura de la mezcla se rebaja para que los cebadores (fragmentos iniciadores del ADN) se enlacen con las cadenas separadas. 3) Polimerización: se eleva de nuevo la temperatura para que la enzima polimerasa copie rápidamente el ADN. En cada ciclo se duplica todo el ADN y en pocas horas se obtienen más de mil millones de copias de un solo fragmento. Aplicaciones de la PCR: la detección precoz o prenatal de enfermedades genéticas, la detección de infecciones virales latentes o la producción de grandes cantidades de fragmentos de DNA humano a una velocidad muy superior a la posible mediante otros métodos. Esta técnica también se aplica para estudios de identidad y filiación.
C) CLONACIÓN: se producen muchas copias de un solo gen, cromosoma o individuo. "Retoño", en griego. Se utilizan tejidos no reproductivos, sin recombinación sexual. El clon tiene características del organismo del que se toma el núcleo. En el caso de mamíferos se necesita de un útero para que pueda desarrollarse. En 1997 se obtuvo el 1º clon de oveja: "Dolly". En mamíferos 90% de los ensayos no son viables. Lo negativo de esta técnica es que el material genético de los clones es más viejo. Cada vez que las células se dividen se acortan los cromosomas hasta que en un momento la división celular se detiene y mueren las células.
D) TERAPIA GÉNICA: consiste en introducir un gen sano en un individuo en el que ese gen no funciona correctamente, para corregir una alteración heredada o una enfermedad adquirida. Se hacen estudios de diagnóstico prenatal de enfermedades genéticas: se realizan cultivos de células del líquido amniótico extraído del vientre materno entre las 14 y 17 semanas de gestación, así como estudios cromosómicos y metabólicos sobre las vellosidades coriónicas. La falta de una enzima activa, a raíz del problema genético tiene como consecuencia la acumulación excesiva de determinados metabolitos o su ausencia. La detección temprana de estas enfermedades ha hecho posible su tratamiento a través de dietas adecuadas alcanzando la persona un desarrollo neurológico normal. Algunas enfermedades cuyos genes responsables han sido aislados son: -Hemofilia (defecto en el control de hemorragias) -Distrofia muscular (deterioro muscular progresivo) -Fibrosis quística (acumulación mucosa en pulmones) -Síndrome de Down (3 copias del cromosoma 21) -Melanoma maligno (tumores originados en la piel) -Anemia crónica hereditaria. En distintos grados de estudio están: enfermedad de Alzheimer (senilidad precoz) Cáncer de mama (5 a 10 % de casos) Cáncer de colon (5 personas de cada mil tienen este gen y más de la mitad desarrolla la enfermedad). Se han hecho estudios sobre crecimiento celular incontrolado propio del cáncer: diseño de una proteína para que una vez insertada en la célula, reconozca una secuencia específica de ADN (que solo existe en los tumores) e interrumpa la formación de la proteína que activa el desarrollo del cáncer. En el caso de la HEPATITIS B: el cultivar virus es costoso y duran poco. Por ingeniería genética se identifica el ADN que produce los antígenos en el virus y se lo inserta en células intestinales de hamster. Aumenta el número de antígenos como respuesta de las células y se saca el antígeno que, se inyecta al ser humano y fabrica sus propios anticuerpos. De esta manera se hace la vacuna más eficaz y menos costosa.
PROBLEMA PLANTEADO. BIOÉTICA. MANIPULACIÓN DE GENES HUMANOS: La estructura genética del ser humano tiene 3 millones de nucleótidos que conforman 100 mil genes. Actualmente se desarrollan técnicas para generar órganos destinados a transplantes, pero esto lleva a un cuestionamiento ético en relación con la clonación de seres humanos. ¿Cómo se usa esa información? ¿Será confidencial? ¿Se podrá optar por conocer la existencia de alteraciones en el genoma? ¿Habrá discriminación social o laboral en caso de tener alguna alteración génica el individuo.
OTRAS APLICACIONES DE LA BIOTECNOLOGÍA: BIORREMEDIACIÓN: consiste en usar microorganismos frente a la contaminación. 1) Biodegradación del Petróleo: Algunos tipos de bacterias, mohos, levaduras y algas verdes pueden crecer sobre el petróleo, descomponiéndolo a fuentes no contaminantes. Esto es útil cuando se produce un derramamiento. 2) Tratamiento microbiológico de Aguas Residuales: Los microorganismos se emplean para eliminar las sustancias orgánicas que contaminan el agua, mediante reacciones de fermentación. 3) Remediación de vertidos tóxicos: Muchas plantas que poseen una capacidad natural para concentrar metales pesados, pueden potenciar esa cualidad mediante un tratamiento de ingeniería genética. 4) Obtención de energía no contaminante: Una de esas fuentes es el Biogás (metano).Este gas se puede producir usando como materia prima aguas residuales, cianobacterias, algas verdes, arqueobacterias metanógenas y otras bacterias.