Bio-Aventura - Programa de Biotecnologia Agricola Vegetal

Presentacin

1/Presentacin

Programa de Educacin enBiotecnologa Agrcola

PresentacinBio-Aventura es un programa de educacin que invita a descubriry explorar el mundo de la biotecnologa agrcola, dirigido a maes-tros de educacin secundaria, nios y nias, tanto en zonas rura-les como urbanas. Este programa definido como la Exploracin alMundo de la biotecnologa agrcola ha sido concebido como unamanera de entender el uso, impacto, potenciales riesgos y benefi-cios de la biotecnologa agrcola.

Ha sido creado para introducir, ampliar y fortalecer las bases delconocimiento y la comprensin de los docentes y estudiantessobre esta aplicacin tecnolgica. Bio-Aventura busca abrir espa-cios que faciliten el entendimiento de la sociedad y el mejora-miento de la formacin de los docentes, principales promotores ymultiplicadores del conocimiento, en relacin con los nuevosavances tecnolgicos logrados a partir de las ciencias biolgicas.

A travs de la exploracin en el mundo de la biotecnologa agrco-la el docente cuenta con una nueva fuente de material de capaci-tacin con contenidos cientficos y de fcil comprensin, conherramientas guas para que la biotecnologa vegetal sea unaciencia ms VIVA, que puede ser introducida en forma didctica ysencilla en los contenidos temticos escolares. Como punto departida para el desarrollo temtico, se inicia desde la base delconocimiento con el objeto de lograr un mejor entendimiento delos conceptos y en el transcurso del programa se presenta uncarcter integral de la informacin.

Lo ms importante para Bio-Aventura es permitir a los docentes yalumnos, viajar por el mundo de la biologa vegetal moderna,guiados pero libres, para explorar esta nueva experiencia y permi-tir el anlisis y razonamiento como vehculo para lograr una realapropiacin del conocimiento.

Los invitamos a explorar y descubrir la naturaleza desde unaperspectiva tecnolgica, que les permitir acercar los desarrolloscientficos a la cotidianidad a travs de una divertida Bio-Aventura.

ISBN 958-33-6854-7

Programa de Educacin en Biotecnologa Agrcola

3Mdulo 1

Viaje al interior dela clula

Introduzcmonos al interior de la clula y familiaric-monos con las estructuras y procesos importantespara su funcionamiento. Centremos nuestra atencinen las molculas y componentes responsables de lainformacin hereditaria involucradas en la expresinde las caractersticas de los seres vivos.

Mdulo 1

ContenidoLa clulay sus estructuras

El ADN es la molculade la vida

Del gen a la protena

41118

Dis

eo

y P

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Mdulo 1

4/La clula y sus estructuras


OBJETIVO1. Identificar las estructuras celulares de especial inters en la

biotecnologa vegetal y sus principales funciones.

2. Reconocer las diferencias entre las clulas procariotas yeucariotas para un mejor entendimiento de la complejidadde stas y la importancia de su material gentico.

SECUENCIAMembrana celular - Citoplasma - Organelos - Material gentico

CONTENIDOS1. Teora celular2. Clulas: procariotas y eucariotas

Teora Celular

En 1839 el botnico Mattias Schleiden y el zologo TheodorSchwan formularon la teora que todos los seres vivos estnformados por clulas. Sin embargo, fue necesario esperar 50aos para que los cientficos entendieran otros conceptos bsi-cos de la clula. Las clulas vivas son producidas por otrasclulas vivas, La ms pequea unidad viviente en estructura yfuncin es la clula y Todos los organismos vivos estn consti-tuidos por una o ms clulas. Con base en estos tres conceptosnace la teora celular.

La idea de que la clula representa la unidad de la vida, esun concepto que con el transcurso de los aos ha sido apoya-do de acuerdo con las siguientes evidencias:

1. Todos los seres vivos existen en alguna forma celular2. Toda clula proviene de la divisin celular de otra clula pre-

existente3. La informacin hereditaria pasa de la clula progenitora

a la clula hija

La clulay sus estructuras

Materiales:

Tiras de papel con los nombres de lasestructuras celulares

Baln de icopor grande dividido en dosmitades

Tarros de plastilina de colores Palillos y palos de pincho Pelotas de icopor de diferentes tamaos Globos redondos y largos

Contexto

Imagnese que el baln de icopor es unaclula. Coloque las tiras de papel enrolladascon los nombres de los componentes de lasclulas en una de las mitades del baln deicopor. Extraiga por parejas o grupos una tirade papel e identifique el organelo o estructuracelular que le corresponda representar.

Represente con los materiales suministrados,cada organelo. Presntela al grupo y ubquelaen la clula, utilizando para esto el baln deicopor. Cuando todos los organelos hayansido ubicados, una las dos mitades del baln.Tenga presente que ciertos organelos estnestrechamente interrelacionadas en su funcio-namiento, de lo cual depende su ubicacin(por ejemplo el retculo endoplasmtico escontiguo al ncleo).

Reflexin

La clula, mnima unidad de todo ser vivo, esuna estructura tridimensional que est confor-mada por un conjunto de organelos confunciones especficas, para mantener viva ala clula. La clula est separada del ambientecircundante por la membrana celular y en suinterior estn distribuidas los organelos.

Dinmica:

Ideas para discutir con los estudiantes:Son los virus organismos vivos?

Claves para el docente:Los virus no son organismos vivos, son estructuras moleculares consti-tuidas por un cido nucleico y un cpside proteica que necesitan de unorganismo vivo (clula) para poder multiplicarse.

DINMICA

Exploracinde Preconceptos

Mdulo 1



Las clulas pueden ser agrupadas en dos grandes grupos: procariotas y eucariotas, siendo muchoms antiguas las procariotas. Las clulas procariotas precedieron a las eucariotas en 2 mil millonesde aos, aproximadamente. Estos trminos fueron propuestos en 1920 por E. Chatton, pero sola-mente 30 aos ms tarde fueron aceptados.

La clula procariota es un organismo unicelular contoda la maquinaria necesaria para su buen funcionamiento;un ejemplo de ellas son las bacterias. Tiene una paredcelular que protege y da soporte a la clula y una membra-na plasmtica que separa el interior de la clula de su am-biente externo, regulando el paso de materiales hacia

adentro o hacia fuera. Su material gentico (ADN)es circular, de doble cadena representa-

do en un cromosoma que se en-cuentran libre en el citoplasma, en

un sitio denominado nucleoide(regin con ADN), que no se

separa del resto de la clulaconformando un ncleo(como en las eucariotas).

Adicionalmente, algunasclulas procariotas pueden

presentar un ADNextracromosmico, conocido como

plsmido. Los plsmidos son secuenciasde ADN circular, muy cortas, capaces de

transferir informacin gentica de una clula a otra.

Las funciones metablicas en este tipo de clulas se desarro-llan en la membrana celular o en el citoplasma, en el que seencuentran complejos moleculares (por ej. grnulos dealimento) y en donde se localizan tambin algunas estructu-ras como los ribosomas, que intervienen en la sntesis deprotenas.

TAnto las clulas procariotas como las clulas eucariotas, seencuentran organizadas en compartimentos, conformadospor estructuras internas membranosas denominadasorganelos. A manera de espacios independientes, cada unode ellos se especializa en funciones especficas.

nucleoide(ADN)

plsmido (ADN)

grnulo de alimento

flagelo(procaritico)

ribosomas

citoplasma

membrana plasmtica

pared celular

pilus ofimbria

cpsula ocapamucilaginosa

Una breve historia de la vida en la tierra

4.500 millones de aos Se form la tierra3.500 millones de aos Surgen primeras formas de vida - clulas procariotas1.500 millones de aos Surgen clulas nucleadas - clulas eucariotas

500 millones de aos Explosin Cmbrica - Surgen organismos multicelulares - clulas eucariotas

Clulas: procariotas y eucariotas

Mdulo 1



Las clulas eucariotas componen la mayor parte delos organismos vivientes y se encuentran en los reinosprotista (ej. paramecium, amoeba); hongos (ej. levadura);vegetal (ej. musgos, helechos, conferas, plantas con flores) yanimal (en este reino se incluye el hombre).

En las clulas eucariotas se pueden distinguir dos grandesregiones: el citoplasma y el ncleo. La membrana celular aislala clula de su ambiente exterior y controla el paso de sustan-cias. En clulas vegetales existe una pared celular que le dasoporte a la clula.

En el citoplasma de las eucariotas se encuentran los organelos(ej. retculo endoplasmtico liso y rugoso, aparato de golgi,ribosomas, mitocondrias, cloroplastos -en clulas vegetales-,vacuolas y vesculas, etc.). El citoplasma no corresponde auna simple solucin acuosa en la cual flotan las organelos,sino que tiene estructuras filamentosas o citoesqueleto con-formando un esqueleto interno. El citoesqueletoda sostn a la clula y permite una distri-bucin organizada de los organelos alinterior de sta y facilita los movimientoscelulares.

cromatina (ADN)

nucleolo

envoltura nuclear ncleo

mitocondria

centrolo

filamentos intermedios

microtbulos

retculoendoplasmticorugoso

vescula

retculoendoplasmticoliso

aparato de Golgi

ribosomas

lisosoma

citoplasma

membranaplasmtica

Clula animal

Mdulo 1



A diferencia de las procariotas el material gentico (ADN) enlas clulas eucariotas se encuentra rodeado por una membra-na nuclear, conformando el ncleo. Esta separacin fsica dela informacin gentica del resto de la clula, genera conse-cuencias importantes para su funcionamiento, en especial enlos procesos de transcripcin (sntesis de ARN a partir delADN en el ncleo) y traduccin (lectura del ARN y forma-cin de cadenas proteicas en los ribosomas en la regincitoplasmtica), que sern tratadas ms adelante. La organi-zacin del material gentico en las clulas eucariotas es mscompleja que la procariotas, debido a que cuentan con infor-macin de 100 a 1000 veces ms importante en tamao,aunque no en nmero de genes.

Cuadro comparativo de estructuras y organelos

ESTRUCTURA BACTERIA PLANTA ANIMAL

Ncleo - + +

Membrana celular + + +

Pared + + -

ADN + + +

Plsmidos + - -

ADN asociado a protenas - + +

Mitocondrias - + +

Ribosomas + + +

Aparato de Golgi - + +

Retculo endoplasmtico - + +

Cloroplastos - + -

cromatina (ADN)

nucleolo



microtbulos


vacuola


aparato de Golgi

ribosomas

membranaplasmtica

La clula vegetal

cloroplastosmitocondria

pared celular

Mdulo 1



Ideas para discutir:Comparar clulas procariotas y eucariotas Por qu las clulas eucariotas no desplazaron a lasprocariotas, cuando aparecieron en la tierra?

Claves para el docente:Los dos tipos de clulas son diferentes e importantes en lugares especficos. Aunque las clulaseucariotas pueden ser ms complejas que las procariotas, el funcionamiento bsico de ambas essimilar. Ambas tienen adaptaciones evolutivas especficas que les ha permitido sobrevivir y perma-necer exitosamente en ambientes especficos

cloroplastos

mitocondria

Revisados los conceptos anteriores, entremos a explorarcon ms detalle el citoplasma y los principales organelosde la clula eucariota:

Como ya se plante, en el citoplasma se encuentranalgunos organelos delimitados por su membranacomo son la mitocondria y el cloroplasto (enclulas vegetales):

Las mitocondrias constituyen la central energti-ca de la clula. Son de forma ovalada, tienendoble membrana y su funcin es la respiracincelular. Emplean el oxgeno que proviene delmedio y rompen las molculas con enlacesaltamente energticos como la glucosa, paraliberar la energa utilizable para las actividadescelulares en forma de Adenosin Trifosfato (ATP),moneda energtica de la clula. En caso necesa-rio pueden a partir de compuestos intermedios(cidos grasos y protenas), generar tambin ATP.Los cloroplastos se presentan slo en las clulasvegetales, son los organelos responsables de lafotosntesis, proceso en el cual la energa lumnica delsol es atrapada y utilizada para la sntesis de compuestosricos en energa como la glucosa.

eubacterios

cianobacteria

ADN del

husped

ancestral

mitocondrias

ncleo

cloroplastos

Origen de los organelos

Se cree que tanto las mitocondrias como loscloroplastos aparecen en el proceso evolutivode las clulas como consecuencia de un eventosimbitico (relacin de dos organismos paramutuo beneficio), cuando clulas procariotasque cumplan funciones similares a lasmitocondrias actuales o a la de los cloroplastos,se alojan clulas ms grandes y permanecen enel interior de stas sin ser digeridas. As lasclulas ms grandes les brindaron proteccin ynutrientes a las ms pequeas y a su vez estasltimas, les suministraron a las clulas grandes,energa a travs de un proceso similar a larespiracin celular y la fotosntesis.

Evolucin de los organelos

Mdulo 1



En el citoplasma se ubican otras estructurasmembranosas como el retculo endoplasmtico,asociado a la sntesis de protenas y de lpidos y elaparato de golgi, asociado a la clasificacin, altera-cin qumica y ensamblaje de biomolculas comopor ej. la formacin de glucolpidos yglucoprotenas, etc. Igualmente se encuen-tran vesculas membranosas en las cualeslas sustancias producidas o no en la clulaviajan hacia el interior o exterior de laclula, los lisosomas tipo de vescula relati-vamente grande con enzimas para la diges-tin intracelular. Las vacuolas alimenticiasvesculas con partculas de alimento a lascuales se unen los lisosomas para digerirlo,peroxisomas vesculas grandes conenzimas encargadas de la degradacin delperxido de hidrgeno, que es altamentetxico para la clula y resulta del metabo-lismo celular. En las clulas vegetales seencuentra una gran vacuola central consolucin acuosa y desechos, que le dapresin de turgencia en su interior y leproporciona soporte a la clula.

Otros organelos son los ribosomas loscuales pueden estar temporalmente libres en elcitoplasma o se asocian al retculo endoplsmico(RE rugoso). Los ribosomas estn constituidos pordos unidades la subunidad pequea y la grande yparticipan en la sntesis de protenas.

Ahora conozcamos la otra gran reginde la clula eucariota: El Ncleo

El ncleo est conformado por unaenvoltura nuclear y en su interiorse encuentran los cromosomas,compuestos por el cidodesoxirribonucleico ADN. Eneucariotes el ADN est rodeado deprotenas histonas y no histonas,que lo protegen y estabilizan. Enel ncleo se encuentra codificadala informacin gentica que pasade una clula progenitora a la clulahija. En la siguiente seccin seprofundizar sobre esta temtica.

Ribosomas

A G G A GU

U CA

G C G

P

5 3

cromatina (ADN)

nucleolo


Subunidadgrande

Subunidadpequea

Mdulo 1



Ideas para discutir con los estudiantes:Compare una bacteria (clula procariota) con una clula vegetal (clula eucariota), considerando entreotros aspectos su material gentico. Por qu una bacteria puede ser un vehculo para transmitir lainformacin gentica a otra clula?

Claves para el docente:Las clulas bacterianas son organismos ms verstiles que las clulas vegetales. Adicionalmente, lasbacterias presentan un plsmido, que es el elemento gentico capaz de transferirse de un organismo aotro en procesos diferentes a la divisin celular, (conjugacin y transformacin), por ello representanuna herramienta fundamental en la transformacin gentica.

Repaso de Conceptos Claves: La Clula

Existen clulas procariotas y eucariotas cada una con diferentes niveles de complejidad.

La clula procariota presenta estructuras genticas extracromosomales independientes, llamadasplsmidos.

La clula eucariota esta constituida por dos grandes regiones intracelulares: citoplasma y ncleo.

Taller de comprensin de la seccin para realizar con los estudiantes

Metas de Comprensin

Los niveles de complejidad de los diferentes tipos de clulas, segn sus estructuras, organelos y funciones

El uso de las bacterias como vehculos para la transferencia de informacin deuna clula a otra

1. Materiales

Papel peridico o cartulina de diferentes colores, marcadores o lpices de colores, tijeras,cinta adhesiva

Procedimiento

Asignar por grupos los roles de cada organelo de la clula. Cada grupo representar conel papel o la cartulina el organelo que le correspondi y que le servir a su vez como unescudo distintivo para los integrantes del grupo. Hacer una pequea representacinteatral, con el profesor genial viajando al interior a travs de la clula procariota yeucariota.

2. Construccin de una clula- Gelatina- Bolsas resellables- Dulces, gomas

Mdulo 1

11/El ADN es la molcula de la vida


OBJETIVOS1. Identificar las principales caractersticas y organizacin de

las molculas responsables de la herencia (ADN, ARN yprotenas).

2. Comparar el nivel de complejidad del genoma deeucariotas en relacin con el genoma de procariotas.

SECUENCIAADN - Cromosoma - Gen - Genoma

CONTENIDOS1. Definicin y estructura del ADN2. Cromosoma3. Genes y genoma4. Definicin y estructura del ARN y las protenas

El ADN es el material gentico responsable de la herencia yde las caractersticas fsicas y metablicas de un organismo. Launidad bsica del ADN, conocida como nucletido, estconformada por la unin de una molcula de fosfato (P), unazcar (desoxirribosa) y una base nitrogenada: Adenina (A),Timina (T), Citosina (C) y Guanina (G).

La molcula de ADN consta de dos cadenas lineales que seunen entre s por complementariedad entre sus nucletidos(A=T y G =C), formando una doble hlice, que semeja unaescalera en caracol. La parte externa de esta estructurahelicoidal o las barandas de la escalera en caracol, estconformada por unidades de azcar-fosfato y los peldaos dela escalera los conforman las bases nitrogenadas, que se unencomplementariamente por puentes de hidrgeno.

El ADN es el material gentico responsable de la herencia yde las caractersticas fsicas y metablicas de un organismo.Sus unidades bsicas de informacin son los genes.

DINMICA

Mdulo 1

El ADN es la molculade la vida

Contexto

Repartir los roles de las diferentes organelos porgrupos. A partir de las funciones de los diferentesorganelos y estructuras celulares, identificados enla anterior seccin, hacer que cada grupo re-flexione sobre la importancia del ADN en laclula y qu le pasara a la funcin de cadaorganelo que representa, si el ADN se desnatura-liza y deja de cumplir su funcin en la clula.

Reflexin

La importancia del ADN como codificador de lainformacin hereditaria y necesaria para elfuncionamiento de la clula.



Mdulo 1



El modelo de Watson & Crick:

En 1953, despus de prolongados esfuerzos de investigacinWatson y Crick, propusieron la estructura del ADN y llegarona la siguientes conclusiones utilizando tcnicas decromatografa y difraccin de rayos X:

Dos cadenas lineales de nucletidos estn enrollados alre-dedor de un eje formando una hlice con giro a la derecha

Las dos cadenas son antiparalelas. Una va en sentido C-5-C-3y la otra al contrario C-3-C-5 (los dos extremos de unacadena lineal de ADN son diferentes: El extremo 5 tieneun fosfato no enlazado o libre; el extremo 3 tiene unazcar no enlazado o libre)

Las bases de las dos cadenas estn apiladas con una distan-cia de 3.4 Angstrms*

Las bases nitrogenadas se unen por puentes de hidrgenocon complementariedad A-T y G-C entre las dos cadenas

Cada vuelta completa de la hlice es de 34 Angstrm, esdecir, hay 10 bases por cada vuelta

En cualquier segmento de la molcula ADN se alternan elsurco mayor y el surco menor

La doble hlice mide 20 Angstrm de dimetro

* Un Angstrms es igual a 0.0000001 mm

Cromosoma

Enrollamiento

Doble hlice

Conceptos Claves: El ADN: Almacena toda la informacin y por procesos de divisin celular

asegura que se transfiera. Permite que al reproducirse los seres den origen a descendientes

que mantienen las caractersticas de la especie Tolera cierta variabilidad, lo cual dentro de las especies asegura su

posible evolucin

Ideas para discutir:Un ncleo de una clula humana tiene 0.006 mm de dimetro yalmacena 2 m de ADN Cmo se explica que una molcula tanlarga est contenida en una estructura tan pequea como elncleo?

Claves para el docente:La respuesta est en el enrollamiento y empaquetamiento del ADN

Diagrama de empaquetamiento del ADN

Nucleosoma

Cromatina

Mdulo 1



Taller para realizar con los estudiantes

Las clulas eucariotas contienen mayor cantidad deADN que las procariotas. El ADN forma un comple-jo con protenas histonas y no histonas, formandola cromatina, que significa hebras teidas por elcolor que toma con colorantes especficos. Lacromatina se encuentra organizada a manera decuentas de un collar en nucleosomas, que consti-tuyen la unidad de empaquetamiento fundamentalde la cromatina.

Esto pone en evidencia el alto nivel decompactacin del ADN de las clulas eucariotas.

Ideas para el docentePuede representar el cromosoma empleando dos estropajos y unirlosen el centro con un hilo alambre. Con esta estructura se observapor un lado la forma de los cromosomas y por el otro elenrollamiento.

Metas de Comprensin

Construye una estructura tridimensional deun cromosoma y una doble hlice

Materiales sugeridos

- Cromosoma- Estropajo, hilo alambre-ADN- Alambre, mangueras, bolas de icopor, papel, etc.

Mdulo 1



Humano

Exones / Intrones

Bacteria Regiones Intergnicas

Levadura

Drosophila

Intrn Exn

20 kb

20 kb

20 kb

20 kb

cariotipo

El ADN est organizadoen los cromosomasEl cromosoma es un cuerpo con aspecto de filamen-to. Solamente puede ser visto durante la divisincelular, bien sea en la mitosis o meiosis, momento enel cual la cromatina se condensa, haciendo visible loscromosomas.

El conjunto de cromosomas es denominado cariotipo.

El ADN se encuentra organizado en secuencia denucletidos (A, G, C, T) que forman segmentos deADN denominados genes, los cuales cumplen unafuncin especfica y determinan la secuencia deaminocidos de una protena.

Los genes son los portadores de la informacinhereditaria y controlan las caractersticas espec-ficas de un organismo. El gen se expresa enforma de protenas que representan las caracte-rsticas fsicas (apariencia), metablicas ymoleculares (caractersticas bioqumicas), decualquier organismo).

En eucariotas, las secuencias de nucletidos queconforman un gen se pueden dividir en dostipos:

Secuencias codificadoras, llamadas exones y las nocodificadoras llamadas intrones. La secuencia deexones no es continua, est interrumpida por losintrones.

Cuanto ms evolucionada es una especie ms canti-dad de intrones presenta. Sin embargo, no todas lascaractersticas son codificadas porun solo gen, por ello se habla decaracteres monognicos opolignicos dependiendo delnmero de genes que participanen su regulacin y expresin.

ADN

PP

DD D

A C A

A G AG

D DD

D

D

P

P

P

P

Mdulo 1



AngiospermasAvesMamferosReptilesAnfibiosTeleosteosCartilaginososEquinodermosCrustceosInsectosMoluscosGusanosMohosAlgasHongosGram+Gram-Micoplasma

Tamao del Genoma (kb)103 104 105 106 107 108

Qu tan grande es el genoma?

A B C D E F

A B C D E

Elemento transponible

Copia del elementotransponible

Gen F interrumpidoy por lo tanto no funcional

Transposn

Elemento transponible Elemento transponibleOtrosGenes

El tamao del genoma no es medido por el nmero de cromosomas sino en unidades demiles de pares de nucletidos (kilobases Kb).

Ideas para discutir con los estudiantes:El tamao del genoma est relacionado con la cantidad de informacin quecodifican?

Claves para el docente:No existe relacin, por que en los genomas grandes existen muchas secuencias queno codifican informacin (intrones) pero que amplan el tamao del genoma.

Transposon

Mdulo 1

Por otra parte, los genes han sido clasifica-dos de acuerdo con sus secuencias, de lascuales se reconocen:

Repetitivas funcionales: secuencias denucletidos que codifican alguna caracte-rstica y se encuentran en mltiples copias.

Funcionales no codificantes: secuenciassimples de ADN que no codifican paraARN o protena.

Sin funcin conocida. Altamente repetitivas. Transponibles, conocidos tambin como

genes saltarines, elementos controla-dores, genes mviles o transposones;secuencias capaces de moverse dentro de unmismo cromosoma o a diferentes cromosomas.

El conjunto de genes de un organismo vivose conoce como genoma y su tamao es variable deacuerdo con el organismo.


Mdulo 1



Cmo se expresa la informacin almacenada en elADN?... Para ello se requiere un intermediario, ELCIDO RIBONUCLICO (ARN)

El ARN, molcula conformada por nucletidos como enel ADN. A diferencia de ste, el azcar desoxirribosa esreemplazada por la ribosa y la base nitrogenada Timinapor el Uracilo.

Existen tres tipos de ARN:

El ARN mensajero, ARNm, es una molcula detamao variable cuya misin es dirigir la informa-cin codificada en el ADN para la sntesis de pro-tenas. En eucariotas las secuencias de ARNm(transcrito a partir del ADN), que no codificanpara protenas son removidas, proceso conocidocomo maduracin del ARNm.

El ARN ribosomal, ARNr, se encuentra en losribosomas, organelo implicado en la sntesis deprotenas. Los ARNr son extremadamente abundan-tes y constituyen por lo menos un 80% del ARN quese encuentran en clulas eucariotas.

Grandes hitos en la historia del material gentico ysu papel en la herencia

1866 Mendel publica sus hallazgos sobre la trans-misin de caracteres hereditarios y propone lasleyes de la segregacin que conducirn al conceptodel gen.

1869 Meiescher asla por primera vez ADN a partirde ncleos de pus y lo define como nuclena. Des-cribe su composicin qumica e identifica la pre-sencia de fsforo, lo que distingue a esta molculade las protenas.

1900-1920 Se establece la teora cromosmica dela herencia.

1910-1930 Se determina la composicin de lasbases de los cidos nucleicos y la diferencia entre elADN y el ARN.

1928 Griffith realiza el clsico experimento detransfeccin in vivo de neumococos no virulentosmediante coinfeccin con neumococos virulentosen ratones.

1930-1933 Dawson y Sia realizan la transfeccinbacteriana empleando extracto celular deneumococos virulentos muertos.

1943 Schrorindger postula que el material genticohereditario es un mensaje qumico codificado.

1944 Se identifica el principio de transformacin deGriffith por mtodo enzimtico propuesto por Avery,Mac Leod y Mac Carty.

1948 Boivin y Vendrely afirman que el ADN conteni-do en los ncleos de las clulas eucariotas constituyeel soporte de los caracteres hereditarios.

1952 Hershey y Chase identifican la naturaleza qumi-ca del material gentico de un bacterifago (virusque ataca una bacteria).

1953 Watson y Criack establecen la estructuramolecular de la doble hlice del ADN. Gamow propo-ne el concepto de cdigo gentico y plantea cmodescifrarlo y estudiar cmo funcionan los genes. Seinicia la era de la biologa moderna.

1956 Con los estudios de Fraenkel-Conrat se identifi-ca el material gentico del virus del mosaico deltabaco (TMV).

1961-1966 Se descifra el cdigo gentico y se diluci-dan los mecanismos de expresin en bacterias.

1975 Nace la Ingeniera Gentica.

ARN

Mdulo 1



Repaso de conceptos claves: El ADN Molcula de doble hlice, constituida por nucletidos

complementarios de AGCT. La informacin gentica contenida en los genes es expre-

sada en protenas usando como intermediario el ARN. El ADN de las clulas eucariotas est compuesto por

exones e intrones.

El ARN de transferencia ARNt, cuya funcin es reco-nocer un aminocido especfico y transferirlo en elproceso de sntesis las protenas a la cadena proteicanaciente, de acuerdo con la informacin especficaque le proporciona el ARNm.

As, todos y cada uno de los ARN participan en la snte-sis de protenas, cumpliendo funciones especficas.

PROTENAS

Son molculas de gran tamao, formadas por variascentenas de molculas pequeas llamadas aminocidosligadas entre s, que reciben el nombre de pptidos. Deacuerdo con la secuencia de aminocidos, las molculasde protenas tienen caractersticas qumicas especficas ycumplen funciones especiales. Por ejemplo algunascumplen funciones estructurales y hacen parte de lasestructuras de las clulas y de los organismos vivos,mientras que otras como las enzimas, regulan las reac-ciones qumicas del metabolismo de los seres vivos.

Las enzimas, ciertas hormonas y la albmina son pro-tenas producidas por las clulas, que regulan la rapidezy especificidad de las miles de reacciones qumicascelulares. Estas reacciones son fundamentales paratodos los fenmenos vitales, como la respiracin, creci-miento, fotosntesis, digestin, entre otros.

Taller de comprensin de la seccinpara realizar con los estudiantes

Metas de comprensin1. La estructura y organizacin de la molcula de

ADN, es la base para comprender lacomplementariedad entre las dos cadenas, en laconformacin de la doble hlice y la codificacin dela informacin gentica.

2. Estructura y organizacin del ARN

MaterialesCartulina de diferentes colores. Cuatro colores pararepresentar con cada uno de las bases nitrogenadas delADN: A, T, G, C y un quinto color para representar labase nitrogenada adicional que se encuentra en el ARN,el uracilo. Tijeras y cinta adhesiva.

ProcedimientoDisear figuras de nucletidos con la cartulina, talcomo se indica en la figura, buscando que cada unoest representado de diferente color. Cuidar que elmolde de la adenina sea complementario y encaje conel molde de la timina. Igualmente que sean comple-mentarios los moldes de la guanina con la citosina (parael ADN) y el uracilo con la adenina (para el ARN).Construir tambin figuras adicionales de desoxirribosa ycido fosfrico (ADN) y de ribosa de tal manera queensamblen con cualquier figura de las basesnitrogenadas.

Fabricar varios moldes repetidos de estas unidades,para luego ensamblar estas figuras y representar laestructura lineal del ADN (con la desoxirribosa y elcido fosfrico hacia fuera y las bases hacia aden-tro, imitando la forma de una escalera en caracol).Ensamblar tambin una cadena simple de ARNm,siguiendo de forma similar los pasos anteriores.Recuerde que para el ARN la timina debe ser reem-plazada por el uracilo.

Forme con las figuras de cartulina una cadena lineal deADN con una secuencia de 10 nucletidos. Si un gen esun segmento conformado al menos por algunos ovarios nucletidos, represente a travs de diferentescombinatorias de nucletidos (conformando un voca-blo), algunos de los genes que podran estar codifican-do para determinada caracterstica.

Mdulo 1

18/Del gen a la protena


OBJETIVOS1. Revisar los principales conceptos implicados en el proceso

de replicacin del ADN, transcripcin a ARN y traduccin aprotenas

2. Integrar la maquinaria implicada en la transferencia de lainformacin y la expresin de caractersticas

3. Comprender los sistemas de control de la expresingentica en procariotes y eucariotes

SECUENCIAReplicacin - Transcripcin - Traduccin

CONTENIDOS1. Del gen a la protena2. Regulacin de la expresin de los genes

Del gen a la protena

Del gen a laprotenaLos procesos implicados en la expresingentica son:

1. Replicacin

2. Transcripcin

3. Traduccin

Conociendo la estructura de cada una de lasmacromolculas (ADN, ARN y protenas) entremos a descu-brir y comprender como ocurre la transferencia de la infor-macin desde el ADN hasta el ensamble de una protena.

Mdulo 1



Replicacin

Cuando ocurre la divisin celular, el material gentico sedebe duplicar para pasar la informacin a la generacincelular siguiente. El proceso mediante el cual se duplica elADN, se denomina replicacin. Se lleva a cabo en condicio-nes naturales de la clula in vivo o bajo condicionescontroladas en el laboratorio in vitro.

El principio de la replicacin exige que las dos cadenas porlas que est formado el ADN se separen mediante la accinde una enzima la helicasa, liberando las dos cadenasmoldes.

REPLICACIN:

Para que las cadenas sean replicadas se requie-re de nucletidos y una enzima ADNpolimerasa en el medio celular que une losnucletidos. Esta enzima reconoce losnucletidos y los une de manera complementa-ria a la cadena molde (G-C y A-T). En el proce-so de replicacin una cadena es replicada enforma fragmentada dando origen a los frag-mentos de Okasaki. Las enzimas encargadas deunir los fragmentos que se estn sintetizandode manera fraccionada son las ligasas. En laotra cadena la replicacin es continua.

ReplicacinTRANSCRIPCIN:

La transcripcin ocurre en forma similar al de lareplicacin. En este proceso el ADN se vuelve a leer, estavez originando una molcula de ARN. As, el ARN se fabricaa partir de nucletidos que se unen de manera comple-mentaria al ADN para que con la ayuda de la enzima ARN

polimerasa se fabrique una cadena de ARNa partir de una de ADN.

El ADN se transcribe a ARN reemplazndosela Timina por el Uracilo.

ARNprimasaenzima queinicia lapolimerizacin

ADNpolimerasa

Inicia con la doble hlice

Protenas deestabilizacin

ADNpolimerasa

5

3

5

3

Hebra retardado

ADN ligasa une

Hebra lider(continua)

Sitio deiniciacin

Burbuja de transcripcin

ARNm

ARNpolimerasa

Sitio determinacin

Hebramolde5

3

3

5

Helicasaabre ladoble hlice

Direccin de transcripcin

Fragmento de Okasaki

ADN

Ribosoma(subunidad grande)

Mdulo 1



ReplicacinTRADUCCIN:

La sntesis de protenas, ms comnmente conocida comotraduccin, es un proceso en el cual la informacin contenidaen los genes (genotipo) es expresada en protenas(fenotipo). Tiene lugar en los ribosomas de manera similaren eucariotas y procariotes. Las reglas especficas para latraduccin dependen del cdigo gentico, el lenguaje en elque se conserva la informacin que viene de los genes y es decarcter universal.

Caractersticas de cdigo gentico:

Tres nucletidos sucesivos (del ARNm),constituyen un codn que codifica paraun aminocido especfico.

Algunos aminocidos pueden estar defini-dos por ms de un codn. (Ver cdigogentico).

61 de las 64 posibles combi-naciones de las tres basesnitrogenadas codificanaminocidos especficos.

Existen 3 combinaciones queno codifican para amino-cidos UAA, UAG, UGA sinoque constituyen seales determinacin que indican quela cadena de protena haterminado.

El codn AUG codifica para elaminocido metionina yadicionalmente funcionacomo secuencia de iniciacin.

El proceso de traduccin tienelas siguientes etapas:

1. Iniciacin: proceso de unindel ARNm a la unidad mspequea del ribosoma, lacual se encuentra libre en elcitoplasma y se une en un

Molcula deADN

Transcripcin

Traduccin

mARN

Protena

3

5

5

3

A A A A AC C C C G G T

U U U U UG G G G C C A

Codn

Aminocido

Gen 1Gen 2

Gen 3

Correspondencia lineal

ADN

trp

leu

hisser

gly

ala

phegly

cys

arg

serhis

glu

U U G G UU G U A A A G

A C C A U U

A AGA CU G A G C A U

met arg

ser

U C UUAC

U C G

U A U G AG U A G A GCC

met arg

U C UU A C


ARNm

met

U CU

U A C

argAminocido

ARNt


metRibosoma

U A C

Trp Phe Gly Ser

terminacin

Maquinaria empleada en la sntesis de protena

Mdulo 1



CAA Gln Q

CAG Gln Q

CAU His H

CAC His H

AAA Lys K

AAG Lys K

AAU Asn N

AAC Asn N

GAA Glu E

GAG Glu E

GAU Asp D

GAC Asp D

CGA Arg R

CGG Arg R

CGU Arg R

CGC Arg R

CUA Leu L

CUG Leu L

CUU Leu L

CUC Leu L

CCA Pro P

CCG Pro P

CCU Pro P

CCC Pro P

A

G

U

C

AGA Arg R

AGG Arg R

AGU Ser S

AGC Ser S

GGA Gly G

GGG Gly G

GGU Gly G

GGC Gly G

UGA Stp -

UGG Trp W

UGU Cys W

UGC Cys W

AUA Ile I

AUG Met M

AUU Ile I

AUC Ile I

UUA Leu L

UUG Leu L

UUU Phe F

UUC Phe F

ACA Thr T

ACG Thr T

ACU Thr T

ACC Thr T

GCA Ala A

GCG Ala A

GCU Ala A

GCC Ala A

UCA Ser S

UCG Ser S

UCU Ser S

UCC Ser S

A

G

U

C

A

G

U

C

A

G

U

C

UAA Stp -

UAG Stp -

UAU Tyr Y

UAC Tyr Y

GUA Val V

GUG Val V

GUU Val V

GUC Val V

A G U C

A

G

U

C

Fuente http://www.lab314.com/genmol/code-standard.htm

Mdulo 1

extremo del ARNmexponiendo el codniniciador, AUG (Adenina,Uracilo y Guanina) a lasecuencia complementa-ria en el ARNt(anticodn UAC). Deeste modo, las protenassintetizadas tendrnsiempre al inicio elaminocido metionina. Acontinuacin se une lasubunidad grande delribosoma formndose asel ribosoma completo yfuncional que tiene dossitios claves:

i. Sitio P (peptidil), ocupado por el ARNt-metionina

ii. Sitio A (aminoacil), libre para recibir un segundoARNt cargado con un nuevo aminocido.

2. Enlongacin: consiste en la unin de los aminocidospara la elaboracin de la protena. Cada vez que ARNttrae un aminocido ocurre un proceso cclico deenlongacin.

3. Terminacin: fin de la sntesis de protenas. La infor-macin de terminacin est dada por los siguientecodones: UAA, UAG, UGA. Estos codones bloquean launin del ARNt al ribosoma y hacen que se suelten lasdos unidades del ribosoma y se libere la protena.

Regulacin de la expresin de los genes

Para que toda secuencia que codifica en el ADN (exones)se exprese en protenas, es necesario que exista un proce-so de control conocido como regulacin gentica.

En procariotas la regulacin gentica ocurre a travs deoperones. Un opern es una asociacin de genes cada unade las cuales codifica una protena.

El opern consta de un promotor, una regin de control yuna secuencia de genes codificantes.

La expresin o no de las secuenciascodificantes depender esencialmente de ladisponibilidad de las protenas codificadas enel entorno. La expresin de las protenas estaregulada por la unin de una protena (pro-motor o represor) al promotor o control.

En Eucariotas se han definido los siguienteselementos bsicos de regulacin:

1. Los promotores: Son regiones en el ADNque sealan el inicio de la secuenciacodificadora y a las que se unen los facto-res de transcripcin y la polimerasa. Elpromotor ms importante es la caja TATA,una corta secuencia de pares de bases T-Ay A-T.

2. Enhacers: regiones fomentadores de latranscripcin.

3. Silenciadores: bloquean la sntesis deprotenas cuando existe sobreexpresin, esdecir cuando los niveles de sntesis parauna protena exceden el nivel normal.

La regulacin gentica consiste en encendery apagar los genes.


Mdulo 1



Val

Gly

Lys Arg

Ala Ser

AlaLys Gly

ValArgSer


ObjetivoComprender y familiarizarse en cmo el proceso secuencial de expresin del genotipo setraduce en fenotipo.

Materiales Cartulinas con nucletidos Hojas de papel con el cdigo gentico Cartulina con intrones Exones Cartulinas con aminocidos: Lisina, Arginina, Arg, Metionina, Met, Alanina, Ala, Serina, Ser,

leusina, Leu, Glutmico, Glu, Valina, Val, Prolina, pro, Fenilalanina, phe, Lle, Treonina, Thr,triptofano, Trp, cysteina, Cys, Aspartico, Asp

Hojas de papel con los Fenotipos

1. Flor blanca

2. Flor azul

3. Mazorcas moradas

4. Mazorcas amarillas

Represente, empleando los materiales suministrados el proceso de expresin de las protenasresponsables del fenotipo correspondiente.

1. Seleccione una caracterstica fenotpica

2. Identifique la secuencia de aminocidos correspondiente a la caracterstica fenotpica yconstruya la estructura proteica, empleando los aminocidos proporcionados

3. Construya con los nucletidos suministrados, la molcula de ARN a la que corresponde lasecuencia de aminocidos de la caracterstica que le correspondi (fenotipo). Recuerde quedebe usar el cdigo gentico

4. Construya a partir de la molcula de ARN, la molcula de ADN correspondiente usandolos nucletidos suministrados

5. Organice secuencialmente el orden en el que ocurre el proceso genotipo-fenotipo

6. Ubique los intrones y exones en la cadena que corresponda y en el lugar adecuado

Metas de comprensin El genotipo es la informacin contenida en los genes El fenotipo es la expresin de la protena Existe una proceso secuencial para garantizar el paso de genotipo al fenotipo

nucleoide(ADN)

plsmido(ADN)

grnulo de alimento

flagelo(procaritico)

ribosomas citoplasma

membrana plasmtica

pared celular

pilus o fimbriacpsula o capa mucilaginosa

ncleo


retculoendoplasmtico rugoso

vacuola

vescula


aparato de Golgi

ribosomas

membrana plasmtica

microtbulos

clula vegetal

cloroplastos mitocondria

Introduzcmonos al interior de la clula yfamiliaricmonos con las estructuras yprocesos importantes para su funcionamiento.Centremos nuestra atencin en las molculasresponsables de la informacin hereditariainvolucradas en la expresin de lascaractersticas de los seres vivos.

ncleo

mitocondria

centrolo

membranaplasmtica

clula animal


microtbulos


vescula


aparato de Golgi

ribosomas

lisosoma

citoplasma

clula procariota


Dis

e

o y

Pro

du

cci

n:

S.C

.; I

lust

raci

n

: JC

N.

Pu

bli

caci

n

de A

gro

bio

-

Bo

go

t,

Oct

ub

re 2

00

4,

Co

lom

bia

cromatina (ADN)

envoltura nuclear

nucleolo

nucleolo

cromatina (ADN)

envoltura nuclear

A G G A GU

U CA

G C G

P

Virus

Vaina

Fibras dela cola

Placa basal Espiculas

Cabeza

Cuello

Cola

RibosomasEvolucin de los organelos

eubacterios

cianobacteria

ADN del

husped

ancestral

mitocondrias

ncleo

cloroplastos

Met

ARNm35

pared celular

Puentes de hidrgeno

Guanina

Citosina

Adenina

Timina

Azcardesoxirribosa

Fosfato

Careotipo


Dis

e

o y

Pro

du

cci

n:

S.C

.; I

lust

raci

n

: JC

N.

Pu

bli

caci

n

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gro

bio

-

Bo

go

t,

Oct

ub

re 2

00

4,

Co

lom

bia

ADN Doble hlice

ARN

Nucleosomas

Cromatina

Enrollamiento

Cromatinacondensado

Cromosomacondensado 1.400 nm

El ADN es el material gentico responsablede la herencia y de las caractersticasfsicas y metablicas de un organismo.

Sus unidades bsicas de informacin sonlos genes.

P

P

P

P

D D

D

DD

P

A GA

T C T

DADN

PP

D D D

A C A

A G AG

D DD

D

D

P

P

P

P

Traduccin

Transcripcin


ReplicacinARN primasaenzima que iniciala polimerizacin

ADN polimerasa

Helicasaabre la doble hlice

Inicia con la doble hlice

Proteinas de estabilizacinADN polimerasa

5

3

3

5

Hebra retardada

ADN ligasa

Hebra lider (continua)

Sitio de iniciacin

Burbuja de transcripcin

ARNmARN-ADN

ARN polimerasa

Sitio de terminacin

Hebra molde

5

3

3

5

Aminocido

ARNt

U A U G AG U A G A G C C UA U G AG U A G A G CC U

A U G AG U A G A G C C AA G A CU G A G C A U U U G

G UU G U A A A G

met Ribosoma

ARNm

met

arg

met arg met arg

ser

trp

leu

hisser gly

ala

phegly

cys

arg

serhis glu

A C C A U UUC UU

A C

U C G

U C UU A C

U CU

U A CU A C

Direccin de transcripcin

Ncleo

terminacin

Citoplasma

Dis

e

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Pro

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n:

S.C

.; I

lust

raci

n

: JC

N.

Pu

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n

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gro

bio

-

Bo

go

t,

Oct

ub

re 2

00

4,

Co

lom

bia

Ribosoma(subunidad grande)

23

Mdulo 2

Contenido

2429


Exploracin de la biotecnologa y sus aplicaciones

La biotecnologa y suevolucin

La aplicacin de labiotecnologa en laagricultura

Exploremos como los avances en elconocimiento han sido aplicados paradarle valor agregado a los sistemasbiolgicos y recursos vivos.

Dis

eo

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rod

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Co

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Mdulo 2Programa de Educacin en

Biotecnologa Agrcola

24/La biotecnologa y su evolucin

OBJETIVO1. Entender la biotecnologa como una herramienta tecnol-

gica que permite la optimizacin de procesos biolgicos.2. Conocer cmo y cules han sido los avances de la biotec-

nologa en el transcurso del tiempo3. Identificar las diferentes reas de aplicacin de la bio-

tecnologa.4. Introducir el tema del cultivo in vitro de tejidos vegetales

como herramienta biotecnolgica.5. Reconocer el aporte del conocimiento y el avance cientfi-

co en el desarrollo de la biotecnologa

SECUENCIABiotecnologa: Tradicional - Clsica - Moderna

CONTENIDO1. Definicin de la biotecnologa2. Historia y evolucin de la biotecnologa3. Aplicaciones de la biotecnologa

DEFINICIN:La biotecnologa es una aplicacin tecnolgica que usa a losorganismos vivos o sus partes para generar productos o servi-cios. No es una ciencia, es una herramienta que integra dife-rentes disciplinas para generar beneficios en diversos sectores.

Tecnologa de genesCultivo de tejidos in vitro

Fermentaciones

La biotecnologay su evolucin

Clula vegetal

rganos

Sistema vascular

DINMICA

Exploracin de preconceptos

Contexto

Qu entiendes por biotecnologa?

Mostrar imgenes o nombrar productos desarro-llados por procesos biotecnolgicos y nobiotecnolgicos. Usar ejemplos de aplicacin enindustria, salud, agropecuaria, ambiental,alimentaria y animal. Reconocer cules de ellosson producto de la biotecnologa.

Reflexin

La biotecnologa es una herramienta que ha sidousada ampliamente por el hombre desde pocasmilenarias. Los resultados de su aplicacin vandesde la preparacin del yogurt, quesos y vinoshasta la obtencin de organismosgenticamente modificados.

Bio: Biologa oestudio de losorganismos vivos.

Pensemos un pocoen lo que significa bio

Un organismo completo - sistemas - rganos -tejidos - clulas

Tecnologa: Herramienta

Realicemos el mismo ejercicio con tecnologaFermentaciones - cultivo de tejidos in vitro -tecnologa de genes.




El origen de la biotecnologa se remota a lostiempos de la prehistoria, cuando se empeza-ron a utilizar los microorganismos en losprocesos de fermentacin, para la produccindel yogurt y quesos a partir de la leche, elvinagre a partir de melazas, la produccin debutanol y acetona utilizando especies deClostridium y la produccin de antibiticoscomo la penicilina a partir del hongoPenicillium notatum.

Desde el ao 10.000 A.C., la biotecnologacobra valor con las prcticas de domesticacinde cultivos, llevados a cabo por el hombrecuando sus costumbres cambiaron y pas deser nmada a sedentario. Su nueva organiza-cin le exigi iniciar un proceso de seleccinde sus alimentos que muestran caractersticasde inters: plantas ms resistentes, frutos msgrandes y dulces, entre otros.

Con base en simples observaciones, le fueposible distinguir cultivos ms productivos,resistentes a plagas y enfermedades lo queresult en ventajas adaptativas para el orga-nismo. Sin conocer ni disponer de tcnicas demejoramiento de cultivos y con el objeto demejorar su alimentacin, el hombre empiezaa intervenir en la naturaleza para tener a sualcance mejores materiales vegetales.

As, en la medida en que aument el conoci-miento y comprensin sobre el funciona-miento de los organismos vivos y susprocesos, el hombre tuvo a su alcance nuevasherramienta que le permitieron desarrollar ymejorar productos. Sin embargo, el auge dela biotecnologa solo se alcanza en la dcadade los 70s con el descubrimiento de lasenzimas de restriccin, las cuales permitieronel desarrollo de la tecnologa de genes, loque se consider revolucionario en este siglo.

En la ilustracin se resumen los principaleshitos en la historia, donde la biotecnologahizo grandes aportes en campos como elagropecuario, la salud, el industrial y dealimentos.

10.000 A.C.,Domesticacin decultivos

8.000 - 9.000 A.C.,Domesticacinde animales

6.000 A.C.,Procesosde fermentacin

4.000 A.C., Panes y levaduras

1.940,Produccin de antibiticos

1.960,Produccin de variedades de arrozy trigo con alta productividad

1.880,Produccin de vacunas

1.898,Cultivo de tejidos

1.990,Desarrollo de plantasgenticamente modificadas

Historia y evolucin de la biotecnologa





Ideas para discutir:Imagnese en su hogar cules productos puedenser el resultado del uso y aplicacin de labiotecnologa y por qu?

Claves para el docente:La biotecnologa se encuentra presente enmuchos lugares, momentos y actividades denuestra vida diaria. En nuestro hogar nosencontramos con productos como:

A pesar que el uso de esta tecnologa se remonta a pocasmilenarias, el trmino biotecnologa fue usado, por primeravez, en 1919 por el ingeniero hngaro Karl Ereky, parareferirse a los mtodos de agricultura intensiva. Pero, comoya vimos, la definicin de biotecnologa ha cambiado conel transcurso del tiempo y diferentes organizaciones ladefinen como:

Toda aplicacin tecnolgica que utilice sistemas biolgi-cos y organismos vivos y sus derivados, para la creacin omodificacin de productos o procesos para usos especfi-cos. Convenio de Diversidad Biolgica (CDB).

Uso controlado de agentes como microorganismos ocomponentes celulares de uso benfico (Fundacin Na-cional de Ciencias US).

Independientemente de la definicin de biotecnologa o dela poca a la que estemos haciendo referencia, sta siem-pre se har en el marco del uso de los organismos vivos.Sin embargo, cuando tenemos en cuenta la poca, ladiferencia radicar en los niveles de conocimiento que elhombre tiene de los procesos y sistemas biolgicos, de estamanera, la biotecnologa se puede dividir en:

TradicionalProcesos y actividades desarrollas a travs de recetas ytradiciones: obtencin y fabricacin de queso, yogurt,pan y vino.

ClsicaEl conocimiento de la totipotencia celular hace posibleel cultivo de tejidos vegetales bajo condiciones delaboratorio.

ModernaSe han identificado organismos en los procesosinvolucrados, los mecanismos de control yadicionalmente la forma de modificarlos. Entran enaplicacin las tecnologas del ADN recombinante.

Ahora exploremos las reas y los alcances de labiotecnologa en los diferentes campos.

Yogurt: uso demicroorganismos (bacteria)para fermentar la leche.

Pan: uso de levaduras paralevantar la masa de trigo,como resultado de la produc-cin de gas.

Aditivos, colorantes alimenti-cios, endulzantes ypreservantes naturales parajugos.

Vino: uso de microorganismospara fermentar el jugo de uva.

Detergentes: producidos conenzimas obtenidas de organis-mos vivos y utilizadas paraeliminar las manchas de lostextiles.

Blue jeans: el colorante parateir los jeans se obtiene debacterias genticamentemodificadas.

Medicamentos: la insulinapara el control de la diabetesse obtiene a partir de bacte-rias genticamente modifica-das con el gen humano de lainsulina.




Repaso de conceptos clavesLa biotecnologa:

Aplicacin tecnolgica que emplea los organis-mos vivos o sus parte para generar bienes oservicios

Tiene diferentes reas de aplicacin:agropecuario, salud, ambiente, industria

No es una aplicacin nueva El conocimiento cientfico ha permitido ampliar y

mejorar los aportes de la biotecnologa a la sociedad

Conozcamos como se aplica la biotecnologa endiferentes reas:

SALUD HUMANA Y ANIMAL: Sistema de diagnstico de enfermedades Productos farmacuticos: Antibiticos, vitaminas, insulina Vacunas: La vacuna de la hepatitis B obtenida a travs de la

modificacin de la levadura. Terapia gnica: Tratamiento contra enfermedades de origen

gentico mediante el reemplazo y/o modificacin de losgenes que presentan un funcionamiento anmalo.

Identidad molecular: Tcnica que permite la identificacin delos personas a travs de patrones de secuencias genticas paraprueba de paternidad y gentica forense. En animales se aplicapara estudio de diversidad, evolucin, gentica de poblacionesy programas de mejoramiento.

INDUSTRIA: Aditivos: ctricos Saborizantes Colorantes: azul indigo Alcohol carburante: etanol Productos lcticos (yogurt y quesos) uso de partes o del

organismo completo (enzimas o microorganismos) Detergentes: obtencin de enzimas que degradan cidos

grasos, lipolasa (Aspergillus), cutinasa (Saccharomyces), deprotenas (Bacillus licheniformis) para eliminar manchas desangre, comida, etc.

AMBIENTE: Biorremediacin: Tratamiento de residuos lquidos contamina-

dos. Un ejemplo de esta aplicacin es la limpieza de derramesde petrleo empleando bacterias.

Manejo de residuos slidos: Uso de bacterias, hongos para ladegradacin de residuos orgnicos.

Biolixiviacin: Recuperacin de metales mediante susolubilizacin. Aplicacin de gran inters para la industriaminera.

Diagnstico y deteccin de sustancias: Uso de organismos,bacterias, plantas etc., que detecten e informen acerca de lapresencia de sustancias especficas actuando comobiosensores.

AGRCOLA: Sistemas de diagnstico de enfermedades. Agrobiolgicos, uso de organismos vivos o las sustancias

producidas por ellos para mejorar la productividad de loscultivos o para el control de plagas y malezas.

Cultivo de clulas y tejidos in vitro, para produccin deplantas a gran escala, obtencin de metabolitos secunda-rios y mejoramiento gentico.

Cultivos genticamente modificados mediante tecnologade genes.

Conservacin de germoplasma. Estudios de diversidad, evolucin, gentica de poblaciones

y programas de mejoramiento.




Preguntas:Cul es el papel del yogurt comercial en la produccin de yogurt que usted fabric? Por qu es necesario mantener latemperatura para la elaboracin del yogurt? Qu es la fermentacin lctica?

Claves para el docente:Los yogures comerciales contienen bacterias cido lcticas que actan como iniciadores del proceso de produccin del yogurt.Las bacterias, seres vivos, tienen actividad encimtica a partir de la leche.

Actividades complementariasVisite una panadera, conozca el proceso de elaboracin del pan y comprelo con el de la elaboracin del yogurt. Elabore un cuadro comparativo (similitudes y diferencias) entre los dos procesos y analice por qu son consideradas

biotecnologas. Plantee las siguientes preguntas al panadero y tome nota de sus respuestas:

- Utiliza usted organismos vivos para la produccin del pan? Sabe usted qu es biotecnologa?

Qu hace que la masa del pan crezca?

- Si se le ocurren ms preguntas no dude en realizarlas.

Recuerde la curiosidad es el alimento de la investigacin.

Analice sus resultados en clase.


Produccin de yogurt

Meta de comprensinLas tcnicas las biotecnolgicas tradicionales y sus aplicaciones

Materiales1 Litro de Leche1 cuchara sopera de yogurt comercialEstufaBalletilla o toallaTermmetro1 Cuchara1 olla1 recipiente con tapa

Procedimiento1. Caliente la leche hasta que alcance una temperatura de 52C. Retire del fuego.2. Cambie de recipiente la leche y deje enfriar hasta que alcance la temperatura de 43C. (un poco

ms que tibia).3. Agregue la cucharada de yogurt comercial a la leche y mezcle.4. Tape la mezcla y cubra con la toalla.5. Coloque en lugar clido (puede ser cerca de la estufa).6. Deje la mezcla en reposo durante 24 horas.7. Luego de las 24 horas, destape y si as lo desea endulce con azcar o miel y agregue pequeos

pedazos de frutas.8. Refrigere y disfrtelo!

Mdulo 2

29/La aplicacin de la biotecnologa en la agricultura


El rea agrcola es el mundo de exploracin deBio-Aventura. Veamos en detalle como labiotecnologa se ha aplicado en este sector.

Iniciemos con el cultivo in vitro de tejidos vegetales.

OBJETIVO1. Comprender el principio de las tcnicas utilizadas en la

propagacin de plantas in vitro.

2. Identificar los criterios para la seleccin de cada una de lastcnicas.

3. Identificar los principales requerimientos de una planta encondiciones de campo para un mejor establecimiento invitro.

SECUENCIAExplante - Introduccin in vitro - Regeneracin - Endurecimiento

rganoTejidoClula

CONTENIDO1. Definicin cultivo de tejidos vegetales2. Historia del cultivo de tejidos3. Tcnicas de propagacin in vitro

DINMICA

La aplicacin de la biotecnologaen la agricultura

Organice los elementos en unorden lgico

1 6

2 7

3 8

4 9

zanahoria

separacin declulas en mediode cultivolquido

planta joven

proliferacin declulas

corte de unaporcin dezanahoria

endurecimiento

embrin joven

desarrollo detallos, hojas yenraizamiento


Planta

Respuesta:

9-1-4-38-2-7

Mdulo 2



Exploracinde preconceptos

DINMICA

Con sus palabras describa cules procesos cree usted ocurren encada paso de la secuencia

Podras definir revigorizacin? autotrofa? yheterotrofa?

Contexto

Una clula vegetal en multiplicacin

Reflexin

La reproduccin asexual de plantas porcultivo in vitro de tejidos es posible gracias aque cada una de las clulas de un individuovegetal, posee la capacidad necesaria parapermitir el crecimiento y desarrollo de unnuevo individuo, sin que medie ningn tipode fusin de clulas sexuales o gametos. Estacapacidad se denomina totipotencialidadcelular.

Bsicamente, la reproduccin asexual ocurrepor divisin mittica, mediante el cual, secumplen sucesivas etapas de crecimiento ydesarrollo. La mitosis implica una replicacinde los cromosomas de las clulas hijas, por loque las mismas poseen un genotipo idnticoal de la clula madre. As, las clulas vegetalescrecidas en condiciones aspticas sobremedios de cultivo con suplementos dereguladores del crecimiento (tambin llama-dos hormonas vegetales), pueden dividirsedando dos tipos de respuesta:

1. Una dediferenciacin celular acompaadade crecimiento celular desorganizado, queda lugar a una masa de clulas denomina-da callo, el cual bajo condiciones controla-das y uso de reguladores de crecimientoes capaz de generar rganos o embrionessomticos,

2. Una respuesta morfogentica por la cual ose forman directamente rganos o em-briones.

El cultivo in vitro consiste en tomar unexplante, una porcin de una planta (pice,hoja, segmento de tallo, meristemo, embrin,nudo, semilla, antera, etc.) y colocarlo en unmedio nutritivo estril (usualmente gelificado,semislido) donde se regenerarn plantascompletas.

Mdulo 2



El cultivo de tejidos vegetales forma parte de la biotec-nologa clsica y se define como el conjunto de tecnolo-gas empleadas en la propagacin y mejoramiento deuna especie. Estas tecnologas se fundamentan en losprocesos naturales de propagacin va vegetativa ysexual y en la capacidad que tiene la clula vegetal pararegenerar una planta completa, a partir de un explante,esa potencialidad se define como totipotencia.

Explante: fragmento de tejido diferenciado u rgano(semilla, meristemo, hoja, raz, tallo, ptalos, anteras,polen, entre otros).

semilla

meristemo

hoja

raz

tallo

ptalo

anteras

polen

HISTORIAComo ya comentamos durante los aos 1800 la teora celular

defini que la clula era la unidad estructural bsica de los seresvivos. En la segunda parte de esta teora se afirm, que esas unidades

estructurales son distintas y tienen una capacidad particular en lasplantas: la Totipotencia.

La historia del cultivo de tejidos vegetales se remonta a los aos 1800,cuando Schwann y Schleiden introdujeron el concepto fundamentalde la Totipotencia en el laboratorio.

Los primeros intentos de cultivar in vitro clulas de tejidos vegetalesllevados a cabo por Haberland en 1902 no tuvieron xito, pues pensa-

ba que solamente el medio de cultivo nutritivo era suficiente.

Entre 1898 y 1922 Haberland y sus colaboradores decidieron cultivar clulas deparenquima empalizada, mdula de parenquima y epidermis de hoja. Sin embargo, estascrecieron pero no se dividieron.

Desde 1934 hasta 1939, Gautheret, Nobecourt y White, desarrollaron trabajos de investiga-cin paralelos cultivando puntas de raz de tomate y zanahoria utilizando medios de cultivoenriquecidos con vitaminas, azcares y extracto de levadura.

En los aos 50s tienen lugar grandes descubrimientos: Millar & Skoog obtiene brotes a partir de mdula de tabaco. A partir de este trabajo descubren

que la sustancia responsable de este fenmeno era la Kinetina, un regulador de crecimiento. Steward, cultiva tejido de zanahoria en medio de cultivo con leche de coco y descubre el

proceso de embriognesis. Muir, report que fragmentos de tejidos desorganizados (callos) de tabaco cultivados en

medio lquido dan origen a clulas en suspensin.

En los aos 60s se generan importantes avances: Se confirma la regeneracin de una planta completa a partir de un tejido. Morel & Martin obtienen plantas de dalia libres de virus y formulan la composicin de

vitaminas ms utilizadas hasta el presente, las vitaminas de Morel. Cocking logr remover la pared de la clula vegetal empleando enzimas para dar origen a

los protoplastos. En 1962 Murashige & Skoog desarrollan la composicin del medio de cultivo universal-

mente ms utilizado que contiene adems de sales minerales, azcar, carbono comofuente de energa, vitaminas y los reguladores de crecimiento (hormonas vegetales).

Mdulo 2



Para un mejor entendimiento de los procesos implicados en elproceso de cultivo de tejidos vegetales es necesario manejarlos siguientes conceptos:

1. Diferenciacin: Desarrollo de clulas o tejidos con funcio-nes especficas y/o regeneracin de rganos o estructuras:races, brotes pro-embriones.

2. Dediferenciacin: Reversin del estado diferenciado al nodiferenciado.

3. Revigoracin: Rejuvenecimiento, reversin del estadoadulto al juvenil.

4. Variacion somaclonal: Incrementode la variabilidad gentica enplantas superiores. Se presentacuando el estado indiferen-ciado, callo, ocupa unlargo perodo y ocurreuna prdida de la me-moria gentica. Lasclulas comprometidasen un programagentico especfico,sufren reorientacionesy pueden formar nue-vos grupos con caracte-res genticos diferentesal inicial.

5. Callos: Formacin desorgani-zada (dediferenciado) de ungrupo de clulas, resultado de unaalta actividad mittica de clulasdiferenciadas en respuesta a un estmuloej.: heridas, alta produccin de auxinas en seal de cicatri-zacin.

6. Endurecimiento: Aclimatizacin de la planta in vitro a lascondiciones in vivo. Se presenta un gradual decrecimiento enla humedad relativa donde crecieron las plantas.

7. Suspensiones celulares: conjunto de clulas provenientesde callos, que al ser sometidos a digestiones enzimticas orupturas mecnicas son separadas en medio de cultivolquido. Pueden crecer como agregados o permanecerdispersas en el medio de cultivo lquido.

8. Protoplastos: clula vegetal desprovista de pared celular ycultivadas inicialmente en medio lquido.

Para el cultivo de tejidos vegetales pueden ser empleadosdiferentes partes de la planta. Sin embargo hay que tener en

CTV

cuenta que el xito del proceso esta determi-nado por factores como:

1. Genotipo de la especie2. Edad de la planta3. Edad y tipo de explante4. Condiciones de crecimiento de la planta

madre5. poca del ao

El crecimiento de las clulas a partir de losdiferentes explantes para la regeneracin dela planta puede ser:

(Fossard, 1977)

1. Organizados: corres-ponde al cultivo de

estructuras organizadasde la planta o de

rganos, a partir delos cuales se pue-de formar directa-mente una nuevaestructura organi-za. Ejemplo: apartir de discos dehoja se regeneranraces de maneradirecta.

2. No-organizados:hace referencia al creci-

miento desorganizado delas clulas, cuando stas o los

tejidos, son aislados de partes orga-nizadas, luego dediferenciados y poste-

riormente cultivados. Pueden resultar agre-gados de clulas (callos) o se pueden indu-cir suspensiones celulares. El crecimiento noorganizado es el resultado, principalmente,del uso de altas concentraciones de auxinao citoquininas (hormonas vegetales) en elmedio. La estabilidad gentica de estoscultivos es bastante baja.

3. No-organizados/organizados: Es interme-dio entre los dos anteriores. Un rgano otejido aislado se diferencia, formando tejidoso una capa de tejido calloso, por divisin delos cuales se pueden regenerar rganos(races o brotes) o an individuos completos(pro-embriones y embriones). En estos casosla progenie no es completamente idntica ala planta original.

FUENTES DE EXPLANTES

Meristemo

semilla

Clula

Yemas

rganos

Protoplasto

Callos

Embrin

Mdulo 2



El cultivo de tejidos vegetales in vitro ofrece diferentes tcnicas:

1. Micropropagacin2. Organognesis3. Embriognesis4. Suspensiones celulares5. Cultivo de anteras y polen6. Cultivo de protoplastos

Veamos en detalle cada una de ellas:

MICROPROPAGACIN

La micropropagacin se conoce tambin con el trmino depropagacin clonal y fue descrita por primera vez por Weberpara plantas cultivadas y producidas vegetativamente. Estetrmino significa que la planta es multiplicada a travs debrotes, yemas, injertos o estacas. La propagacin clonalderiva del trmino clon y se refiere a plantas producidas porreproduccin asexual donde las descendientes son idnticas ala planta de origen.

La micropropagacin se emplea para la produccin deplantas a gran escala y es utilizada principalmente en aque-llos materiales vegetales que presentan problemas con lagerminacin de la semilla o cuando tienen periodosvegetativos muy largos como ocurre en frutales y forestales.

Las ventajas que ofrece este sistema de multiplicacin com-parado con los mtodos convencionales en el campo son:

Menor tiempo y espacio para obtener un mayor nmerode plantas en sistema asptico in vitro.

Se pueden obtener plantas libres de virus utilizandomeristemos, por lo cual se asegura que son plantas limpiaspero no resistentes a virus. La propagacin in vitro utilizandomeristemo como explantes y tratamientos a altas temperatu-ras como termoterapia, garantizan la eliminacin de virus.

Ideas para discutir:Qu aspectos deben tenerse en cuenta parala seleccin del explante?Un organismo que se desarrolla bajo condi-ciones in vitro es hetertrofo o auttrofo?De acuerdo con la respuesta anterior, culesconsidera debe ser los componentes de unmedio de cultivo adecuado para la multipli-cacin in vitro de clulas vegetales?

Claves para el docente:Para la seleccin de explante debe tenerse encuenta el genotipo, la edad fisiolgica, laposicin del explante en la planta, la proce-dencia del material (zonas geogrficas) y lascondiciones de cultivo (invernadero ocampo).Los componentes de un medio de cultivopara la propagacin de plantas incluyen: Fuente de carbono Reguladores de crecimiento Vitaminas y aminocidos Agentes gelificantes , cuando se trata de

un medio slido Sales minerales (Macro y micronutrientes) Agua

Desinfestacin e introduccin delexplante a condiciones in vitro

Etapa 1

Enraizamiento

Etapa 3

Multiplicacin de brotes

Etapa 2Endurecimiento

Etapa 4

Mdulo 2



Las etapas de la micropropagacin son:

Etapa 1: Seleccin del explante

Es importante tener en cuenta en esta etapa elgenotipo, la edad fisiolgica, la posicin del explanteen la planta, la procedencia del material (zonas geo-grficas), las condiciones de cultivo de la planta madre(invernadero o campo) y la poca del ao. El explantees desinfestado con soluciones de hipoclorito de sodioy alcohol 70% para eliminar contaminantes superficia-les antes de ser introducido al medio de cultivo estrilbajo condiciones de asepsia.

Medio de cultivo: es uno de los factores ms impor-tantes para la respuesta del explante in vitro y con-tiene todos los requerimientos nutricionales paraque se logre la regeneracin de plantas. Debido aque las plantas bajo estas condiciones sonheterotrofas y no autotrofas, se hace necesario adi-cionar al medio de cultivo estos elementos. (Verclaves para el docente).

Etapa 2: Proliferacin o multiplicacin debrotes a partir de los explantes

En esta etapa, los reguladores de crecimiento enparticular las citoquininas juegan un papel impor-tante. Es necesario que el medio de cultivo utilizadoen la regeneracin contenga adems un azcar comofuente de carbono, vitaminas y los aminocidosnecesarios para su completo desarrollo.

Etapa 3: Enraizamiento

Para inducir el enraizamiento es necesario transferirel material vegetal a un medio de cultivo que conten-ga reguladores de crecimiento en especial auxinas.

Etapa 4. Endurecimiento

Consiste en la adaptacin gradual de las plantasproducidas in vitro a las condiciones externas dondela humedad relativa es menor y no requieren defuentes de carbono exgenas.

Es el proceso de diferenciacin en el cual rganos,races y brotes adventicios y tallos se forman directa oindirectamente a partir de otros tejidos. La formacinde estas estructuras se logran a partir del desarrollode cultivo de estos rganos. Tejidos que usualmenteno los forman.

La produccin de plantas por esta va puede llevarse acabo bajo dos modalidades:

1. Organognesis indirecta: Implica la formacin deun callo sobre el explante inicial como resultadode la herida producida al remover el explante dela planta y por la accin de los reguladores decrecimiento ya sean exgenos o endgenos.

2. Organognesis directa: Los brotes adventicios seforman directamente de los explantes sin forma-cin de callos. Este fenmeno pone de manifiesto elconcepto de totipotencia, propio de los vegetales.

ORGANOGNESIS

Formacin de rganos como races y brotes sin formacin de callo

Directa:

Seleccin del explante

Durante el desarrollo de la planta apareceuna etapade formacin de callo

Indirecta:

Introduccin in vitro

Formacin de callos Diferenciacin de rganos

Mdulo 2



Es el proceso mediante el cual se induce la formacin delembrin. Esta puede ocurrir a partir de embrioneszigticos o sexuales inmaduros (embriognesis zigtica)o a partir de tejidos somticos de la planta (embrio-gnesis somtica). Durante la embriognesis se puedeencontrar embriones adventicios, aquellos que se formande rganos o de embriones y embriones partenognicoslos cuales se forman a partir de huevos no fertilizados.

La embriognesis somtica difiere de la organognesisen que los embriones tienen estructura bipolar (dospolos para la diferenciacin), un polo que da origen alsistema radicular y el otro a la parte area de la planta.

En 1980 Sharp y su grupo de investigacin describie-ron dos rutas para la embriognesis:a. La embriognesis directa, a travs de la cual el

embrin inicia la formacin de tejido sin formacinde callo. Las clulas de este tejido tienen definidoun programa morfogentico, el cual las comprome-te en la formacin de embriones y necesitan nica-mente ser liberadas. Tales clulas se encuentran en

tejidos embrionarios como el escutelo, en tejidosjvenes como hipocotilos o en plantas maduras apartir de vulos.

b. Embriognesis indirecta ocurre por proliferacin declulas para formar callos, los cuales a su vez origi-nan los embriones. Estos aparecen comnmente declulas del floema secundario.

La embriognesis somtica in vitro a diferencia de lapropagacin clonal no garantiza la estabilidad gen-tica de la progenie debido a la alta probabilidad deque aparezcan cambios genticos, en especial si elestado de callo permanece mucho tiempo.

Adicionalmente presenta las siguientes dificultades:a. La obtencin de plantas completas en algunas

especies no siempre resulta en un proceso exitoso.b. En algunas plantas la induccin de la embriognesis

somtica ha resultado imposible.c. El estado de dormancia de la semilla aparece con

alguna frecuencia y por lo general es extremada-mente difcil de romper.

La contaminacin, en particular de origen endgeno interfierecon el proceso, deteriorando el explante, caso especial enforestales.

Puede ocurrir variabilidad gentica si el estado de callo es muyprolongado. La fuente de variabilidad puede deberse a aberra-ciones durante las divisiones celulares en las masas callosas.

Muchos tejidos se ven afectados por problemas de oxidacindebido a la presencia de taninos y fenoles particularmente enespecies leosas. Otros como los ornamentales se ven afectadospor problemas de hiperhidratacin (aspecto vidrioso en las hojas).

Se requieren muy pequeas cantidades de plantas para obtenerhasta millones de plantas en un ao

Es muy til en plantas de difcil propagacin por va sexual (semillas)

Es un buen sistema para el intercambio de material gentico, pueses fcil de transladar

Es posible producir plantas limpias, libres de virus cuando se utili-zan meristemos como fuente de explante. Es el caso de papa y deornamentales donde la tcnica es muy empleada

EMBRIOGNESIS

VENTAJAS Y LIMITACIONES DE LA MICROPROPAGACIN

VENTAJAS LIMITANTES

Transplante

Iniciacin

Germinacin

Maduracin deembrionessomticos

Proliferacin detejidosembrionarios

Aclimatacin

Etapa 1 Etapa 2 Etapa 3 Etapa 4 Etapa 5 Etapa 6

Regeneracin de unaplanta completa a partirde un embrin

Mdulo 2



Corresponde al cultivo de clulas en medio lquido.Estas clulas pueden estar dispersas o agregadas en elmedio. Normalmente se inicia el cultivo a partir decallos que se disgregan fcilmente (callos friables) y quecrecen continuamente en agitacin. En la suspensinhay clulas activas, clulas muertas y restos de losrganos (debris), que deben ser con removidos porcentrifugacin y filtracin para favorecer el crecimientocelular. Este sistema de cultivo es similar al empleadopara cultivos bacterianos y para procesos de fermenta-cin (fermentadores y birreactores).

Esta tcnica es aplicada en la produccin demetabolitos secundarios que se encuentran con fre-cuencia en las plantas medicinales. Debido a que natu-ral existen factores ambientales que afectan laproduccin de estos metabolitos, el clima, presencia depatgenos y cambios de estacin son algunos de ellos.Al inducir la formacin de suspensiones celulares , lacantidad y concentracin del metabolito pueden versefavorecidas, pues el nmero de clulas es mayor y las

condiciones controladas del sistema ayudan a superarlas barreras climticas.

Un aspecto importante a considerar en esta tcnicaes la asincrona que tienen las clulas. Su tamao yforma variable, el volumen nuclear, el contenido deADN y los tiempos en la divisin celular, varan por locual es necesario sincronizar las clulas, es decir,todas las clulas en la suspensin deben estar en unmismo momento del ciclo celular.

Cmo se sincronizan las clulas en cultivo?

a. Sometindolas a choques a bajas temperaturas 4Cpor unos das

b. Privando el cultivo de elementos esenciales, talescomo el nitrgeno, fsforo y carbohidratos quefavorecen su actividad mittica

c. Adicionando inhibidores como la hidroxiurea, latimidita y la colchicina que detienen la divisincelular

rrollaron para apoyar y complementar los avan-ces de los programas de mejoramiento genticoconvencionales.

SUSPENSIONES CELULARES

CULTIVO DE ANTERAS Y POLEN

calloembriognico

embriones somticos

Tcnicaaplicada a laproduccin demetabolitossecundarios

Cultivo de clulas a partir de callos en mediolquido en continua agitacin

El cultivo de anteras y polen es empleado para laobtencin de haploides y para la de deteccinmutaciones en especies. Ambos tcnicas se desa-

Se desarrollaron para apoyar ycomplementar los programas demejoramiento gentico convencional,ya que permiten la obtencin dehaploides.

Obtencin de haploides

polen

Tipos de polen

Mdulo 2



Los haploides, organismos donde todos los tejidostienen una carga gentica igual a la de una clulasexual, fueron de gran importancia en el campo de lagentica y del mejoramiento vegetal, sin embargo suaprovechamiento se ha limitado dada la baja frecuen-cia con la que ocurren en la naturaleza. En condicionesnaturales, un haploide es el resultado del procesos deapomixis o partenognesis (reproduccin sexual sinfertilizacin del vulo). En condiciones artificiales selogra por mtodos de germinacin del polen, trata-mientos hormonales y bajas temperaturas.

En 1967 Nitsch obtuvo la primera planta haploide detabaco a partir de clulas de polen. La planta origina-da por este mtodo tiene una carga gentica reduci-da a la mitad y mediante tratamiento con colchicinase obtiene durante la segunda generacin una cargagentica diploide.

Importancia del uso de los haploidesa. Desarrollo de lneas homocigotas puras para

obtener nuevas variedades en menor tiempo,

unos meses un ao, mientras que empleandosistemas convencionales puede tardarse entre 6-8 aos

b. Desarrollo de hbridos como resultado de ladiploidizacin de un haploide que fija ms fcil-mente las caractersticas

c. Deteccin de mutacionesd. Induccin de la variabilidad gentica, a travs

del cultivo de anteras, no solo fue posible obte-ner plantas haploides, sino plantas con diferen-tes niveles de ploidia que son aprovechadas eincorporadas en los programas de mejoramiento

e. Obtencin exclusiva de plantas masculinas. Lainduccin de haploides seguida de la duplicacinde los cromosomas permite obtener nicamenteplantas masculinas

Recientemente se han obtenido plantas haploides apartir de cultivo de vulos y ovarios lo que se cono-ce con el nombre de haploides ginognicos. Estasplantas son comparables con las obtenidas a partirde anteras y polen (haploides andrognicos).

Los protoplastos se definen como una clula vegetal a la cualse le ha retirado su pared celular. El trmino fue introducidopor Hanstein en 1880 para definir una clula rodeada nica-mente por la membrana.

Para la eliminacin de la pared de la clula vegetal se em-plean mtodos mecnicos o enzimas que degradan la celulo-sa y las pectinas presentes en sta. Los mtodos enzimticosaventajan a los mtodos mecnicos debido a que no causanun mayor dao a las clulas durante el aislamiento.

Esta tcnica se desarroll con el objeto de producir nuevasvariedades pues era posible unir protoplastos provenientesde fuentes de tejido diferentes (ex: de raz con hoja) o deespecies taxonmicamente muy distantes.

Los protoplastos aislados son sembrados en un mediolquido enriquecido con reguladores de crecimiento, vita-minas y estabilizadores osmticos que reemplazan la fun-cin de la pared para que la clula no se desintegre. A las24-48 horas el protoplasto debe regenerar su pared y eldesarrollo del cultivo se asemeja al de las clulas en suspen-sin. De aqu en adelante todos los procesos revisadosanteriormente tienen lugar para conducir a la formacin deuna planta completa.

AISLAMIENTO Y CULTIVO DEPROTOPLASTOS

Esta tcnica se desarrollcon el objeto de producirnuevas variedades deplantas, a travs, de launin de protoplastos.

Mdulo 2



Mtodos de fusin:

1. Espontnea: Ocurre durante las primeras etapasdel cultivo, donde los protoplastos tienden afusionarse de manera no controlada conduciendoa la obtencin de diferentes tipos de fusin,aquellos que fusionan solo los citoplasmas y losque fusionan los dos ncleos.

2. Inducida con qumicos: Se usa comnmente elpolietilen glycol (PEG), el calcio, y el nitrato de sodio.

3. Electrofusin: Los cultivos de protoplastos son some-tidos a descargas elctricas a travs de electrodos demanera que llegan a alinearse y fusionarse. Este mto-do result fcil, rpido y eficiente y no era necesarioagregar sustancias qumicas que pudieran ser txicas.Sin embargo, no fue muy aceptado por la especiali-

Ideas para discutir:Porqu y para qu considera importante el uso de cultivo in vitro de tejidos vegetales?

Claves para el docente:El cultivo in vitro de tejidos vegetales es importante para: Propagacin masiva de plantas, especialmente beneficioso para especies de difcil propagacin por

otros mtodos convencionales o para especies en vas de extincin Clonacin de individuos elite durante todo el ao Obtencin de plantas libres de virus Produccin de semillas sintticas Conservacin de germoplasma Obtencin de metabolitos secundarios Produccin de nuevos hbridos Mejora gentica de plantas Germinacin de semillas. Produccin de haploides.

Ideas para discutir:Cul es la relacin del cultivo in vitro con la biotecnologa?

Claves para el docente:La propagacin de plantas in vitro es una tcnica biotecnolgica muy utilizada en cultivos de importanciaeconmica. Como se mencion permite cultivar clulas, tejidos, rganos, semillas, embriones y obtenerindividuos en forma rpida. Los cultivos son realizados por personal especializado empleando mediosespecficos (reguladores de crecimiento, sales minerales, vitaminas, fuente de carbono, agente gelificante,agua, etc.). Las condiciones ambientales suelen estar controladas (temperatura, humedad y luz). Una vezajustados los protocolos para la especie o cultivo de inters es posible escalonar el proceso y llevarlo a escalaindustrial. La micropropagacin (propagacin clonal por cultivo in vitro) constituye uno de los mtodosbiotecnolgicos que mayores logros ha aportado al desarrollo de una nueva agricultura, la misma es aplicadaen la produccin masiva de especies hortcolas, aromticas, medicinales, frutcolas, ornamentales y forestales.

Ventajas del Cultivo de tejidos in vitro: Otorga la posibilidad de incrementar rpidamente nuevos materiales. Permite estudiar diversos procesos fisiolgicos Evita el riesgo de que proliferen agentes patgenos mediante el uso de medios estriles y bajo

condiciones de asepcia. Se puede obtener gran cantidad de individuos en espacios reducidos. Permite la obtencin de individuos uniformes. Facilita el transporte del material.

dad de los equipos y la destreza en los tiempos deaplicaciones de la corriente.

4. Electroporacin: con base en el principio del mtodode electrofusin se generan poros en la membranapara permitir el ingreso del material gentico forneo.

5. Microinyeccin: con ayuda de una aguja fina, seperfora la membrana y se inyecta el materialgentico externo

Finalmente, muchas de estas tecnologas utilizadaspara la transferencia de material gentico provenien-te de o

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Bio-Aventura - Programa de Biotecnologia Agricola Vegetal