Información

7.1: Introducción - Biología

7.1: Introducción - Biología


We are searching data for your request:

Forums and discussions:
Manuals and reference books:
Data from registers:
Wait the end of the search in all databases.
Upon completion, a link will appear to access the found materials.

En esta conferencia definiremos las cadenas de Markov y los HMM, proporcionando una serie de ejemplos motivadores. Finalmente, discutiremos el problema de determinar la ruta más probable de los estados correspondientes a las observaciones dadas, un objetivo que se logra mediante el algoritmo de Viterbi.

En la segunda conferencia sobre HMM, continuaremos nuestra discusión sobre decodificación explorando la decodificación posterior, que nos permite calcular el estado más probable en cada punto de la secuencia. Luego, exploraremos cómo aprender un modelo de Markov oculto. Cubrimos el aprendizaje supervisado y no supervisado, explicando cómo usar cada uno para aprender los parámetros del modelo. En el aprendizaje supervisado, tenemos datos de entrenamiento disponibles que etiquetan secuencias con modelos particulares. En el aprendizaje no supervisado, no tenemos etiquetas, por lo que debemos buscar dividir los datos en categorías discretas basadas en similitudes probabilísticas descubiertas. En nuestra discusión sobre el aprendizaje no supervisado, presentaremos el algoritmo general y ampliamente aplicable de maximización de expectativas (EM).


7.1 Reproducción sexual

La reproducción sexual fue una innovación evolutiva temprana después de la aparición de las células eucariotas. El hecho de que la mayoría de los eucariotas se reproduzcan sexualmente es evidencia de su éxito evolutivo. En muchos animales, es el único modo de reproducción. Y, sin embargo, los científicos reconocen algunas desventajas reales de la reproducción sexual. En la superficie, la descendencia que es genéticamente idéntica al padre puede parecer más ventajosa. Si el organismo padre ocupa con éxito un hábitat, la descendencia con los mismos rasgos tendrá un éxito similar. También existe el beneficio obvio para un organismo que puede producir descendencia por gemación asexual, fragmentación o huevos asexuales. Estos métodos de reproducción no requieren otro organismo del sexo opuesto. No hay necesidad de gastar energía en encontrar o atraer pareja. Esa energía se puede gastar en producir más descendencia. De hecho, algunos organismos que llevan un estilo de vida solitario han conservado la capacidad de reproducirse asexualmente. Además, las poblaciones asexuales solo tienen individuos femeninos, por lo que cada individuo es capaz de reproducirse. Por el contrario, los machos de las poblaciones sexuales (la mitad de la población) no están produciendo descendencia por sí mismos. Debido a esto, una población asexual puede crecer dos veces más rápido que una población sexual en teoría. Esto significa que en competencia, la población asexual tendría la ventaja. Todas estas ventajas para la reproducción asexual, que también son desventajas para la reproducción sexual, deberían significar que el número de especies con reproducción asexual debería ser más común.

Sin embargo, los organismos multicelulares que dependen exclusivamente de la reproducción asexual son extremadamente raros. ¿Por qué es tan común la reproducción sexual? Esta es una de las cuestiones importantes en biología y ha sido el foco de muchas investigaciones desde la segunda mitad del siglo XX hasta ahora. Una explicación probable es que la variación que crea la reproducción sexual entre la descendencia es muy importante para la supervivencia y reproducción de esa descendencia. La única fuente de variación en los organismos asexuales es la mutación. Ésta es la principal fuente de variación en los organismos sexuales. Además, esas diferentes mutaciones se reorganizan continuamente de una generación a la siguiente cuando diferentes padres combinan sus genomas únicos y los genes se mezclan en diferentes combinaciones mediante el proceso de meiosis. La meiosis es la división del contenido del núcleo que divide los cromosomas entre los gametos. La variación se introduce durante la meiosis, así como cuando los gametos se combinan en la fertilización.

Conexión Evolution

La hipótesis de la reina roja

No hay duda de que la reproducción sexual proporciona ventajas evolutivas a los organismos que emplean este mecanismo para producir descendencia. La pregunta problemática es por qué, incluso en condiciones bastante estables, la reproducción sexual persiste cuando es más difícil y produce menos descendencia para organismos individuales. La variación es el resultado de la reproducción sexual, pero ¿por qué son necesarias las variaciones continuas? Ingrese la hipótesis de la Reina Roja, propuesta por primera vez por Leigh Van Valen en 1973. 1 El concepto fue nombrado en referencia a la raza de la Reina Roja en el libro de Lewis Carroll, Através del espejo, en el que la Reina Roja dice que uno debe correr a toda velocidad solo para quedarse donde está.

Todas las especies coevolucionan con otros organismos. Por ejemplo, los depredadores coevolucionan con sus presas y los parásitos coevolucionan con sus anfitriones. Un ejemplo notable de coevolución entre los depredadores y sus presas es la coadaptación única de los murciélagos voladores nocturnos y su presa polilla. Los murciélagos encuentran a sus presas emitiendo clics agudos, pero las polillas han desarrollado oídos simples para escuchar estos clics y poder evitar a los murciélagos. Las polillas también tienen comportamientos adaptados, como volar lejos del murciélago cuando lo escuchan por primera vez o caer repentinamente al suelo cuando el murciélago está sobre ellas. Los murciélagos han desarrollado clics "silenciosos" en un intento de evadir el oído de la polilla. Algunas polillas han desarrollado la capacidad de responder a los clics de los murciélagos con sus propios clics como una estrategia para confundir las habilidades de ecolocalización de los murciélagos.

Cada pequeña ventaja obtenida por una variación favorable le da a una especie una ventaja sobre competidores cercanos, depredadores, parásitos o incluso presas. El único método que permitirá que una especie en coevolución conserve su propia parte de los recursos es también mejorar continuamente su capacidad para sobrevivir y producir descendencia. A medida que una especie obtiene una ventaja, otras especies también deben desarrollar una ventaja o serán superadas. Ninguna especie progresa demasiado porque la variación genética entre la progenie de la reproducción sexual proporciona a todas las especies un mecanismo para producir individuos adaptados. Las especies cuyos individuos no pueden mantenerse al día se extinguen. El eslogan de la Reina Roja era: "Es necesario correr todo lo posible para permanecer en el mismo lugar". Ésta es una descripción adecuada de la coevolución entre especies competidoras.

Ciclos de vida de los organismos que se reproducen sexualmente

La fertilización y la meiosis se alternan en los ciclos de vida sexual. Lo que sucede entre estos dos eventos depende del organismo. El proceso de meiosis reduce a la mitad el número de cromosomas del gameto resultante. La fertilización, la unión de dos gametos haploides, restaura la condición diploide. Hay tres categorías principales de ciclos de vida en los organismos multicelulares: diploide dominante, en el que la etapa multicelular diploide es la etapa de vida más obvia (y no hay una etapa multicelular haploide), como ocurre con la mayoría de los animales, incluidos los humanos, haploide dominante, en el que la etapa multicelular haploide es la etapa de vida más obvia (y no hay etapa multicelular diploide), como con todos los hongos y algunas algas y alternancia de generaciones, en la que las dos etapas, haploide y diploide, son aparentes en un grado u otro dependiendo en el grupo, como con plantas y algunas algas.

Casi todos los animales emplean una estrategia de ciclo de vida diploide dominante en la que las únicas células haploides producidas por el organismo son los gametos. Los gametos se producen a partir de células germinales diploides, una línea celular especial que solo produce gametos. Una vez que se forman los gametos haploides, pierden la capacidad de dividirse nuevamente. No existe una etapa de vida multicelular haploide. La fertilización ocurre con la fusión de dos gametos, generalmente de diferentes individuos, restaurando el estado diploide (Figura 7.2a).

Conexión visual

Si ocurre una mutación de modo que un hongo ya no puede producir un tipo de apareamiento negativo, ¿aún podrá reproducirse?

La mayoría de los hongos y algas emplean una estrategia de ciclo de vida en la que el "cuerpo" multicelular del organismo es haploide. Durante la reproducción sexual, las células haploides especializadas de dos individuos se unen para formar un cigoto diploide. El cigoto sufre inmediatamente la meiosis para formar cuatro células haploides llamadas esporas (Figura 7.2B).

El tercer tipo de ciclo de vida, empleado por algunas algas y todas las plantas, se llama alternancia de generaciones. Estas especies tienen organismos multicelulares haploides y diploides como parte de su ciclo de vida. Las plantas multicelulares haploides se llaman gametofitos porque producen gametos. La meiosis no está involucrada en la producción de gametos en este caso, ya que el organismo que produce los gametos ya es haploide. La fertilización entre los gametos forma un cigoto diploide. El cigoto sufrirá muchas rondas de mitosis y dará lugar a una planta multicelular diploide llamada esporofito. Las células especializadas del esporofito se someterán a meiosis y producirán esporas haploides. Las esporas se convertirán en gametofitos (Figura 7.2C).


7.1 ADN y ARN

Su ADN, o ácido desoxirribonucleico, contiene los genes que determinan quién es usted. ¿Cómo puede esta molécula orgánica controlar tus características? El ADN contiene instrucciones para todas las proteínas que produce su cuerpo. Las proteínas, a su vez, determinan la estructura y función de todas sus células. ¿Qué determina la estructura de una proteína? Comienza con la secuencia de aminoácidos que componen la proteína. Las instrucciones para producir proteínas con la secuencia correcta de aminoácidos están codificadas en el ADN.

¿Qué es el ADN y cómo funciona?

El vocabulario del ADN: cromosomas, cromátidas, cromatina, transcripción, traducción y replicación se analiza en http://www.youtube.com/user/khanacademy#p/c/7A9646BC5110CF64/6/s9HPNwXd9fk (18:23). Video OPCIONAL!

Dogma central de la biología molecular

El ADN se encuentra en los cromosomas. En las células eucariotas, los cromosomas siempre permanecen en el núcleo, pero las proteínas se producen en los ribosomas del citoplasma. ¿Cómo llegan las instrucciones del ADN al sitio de síntesis de proteínas fuera del núcleo? Otro tipo de ácido nucleico es el responsable. Este ácido nucleico es ARN o ácido ribonucleico. El ARN es una pequeña molécula que puede pasar a través de los poros de la membrana nuclear. Transporta la información del ADN en el núcleo a un ribosoma en el citoplasma y luego ayuda a ensamblar la proteína. En breve:

ADN → ARN → Proteína

El descubrimiento de esta secuencia de eventos fue un hito importante en biología molecular. Se llama el dogma central de la biología molecular. Puede ver un video sobre el dogma central y otros conceptos de esta lección en este enlace: http://www.youtube.com/watch?v=ZjRCmU0_dhY&feature=fvw (8:07). BONUS: Está & # 8217 en japonés, LOL & # 8230 pero eso & # 8217 está bien, puedes leer los subtítulos. Mi hija vive en Japón, por lo que estará encantada de que veas algo en el idioma que ahora habla con fluidez.

El ADN es el material genético de sus células. Te lo transmitieron tus padres y determina tus características. El descubrimiento de que el ADN es el material genético fue otro hito importante en la biología molecular.

Griffith busca material genético

Muchos científicos contribuyeron a la identificación del ADN como material genético. En la década de 1920, Frederick Griffith hizo un descubrimiento importante. Estaba estudiando dos cepas diferentes de una bacteria, llamada cepa R (rugosa) y cepa S (suave). Inyectó las dos cepas en ratones. La cepa S mató (virulenta) a los ratones, pero la cepa R no (no virulenta) (ver Figura debajo). Griffith también inyectó ratones con bacterias de la cepa S que habían muerto por el calor. Como era de esperar, las bacterias muertas no dañaron a los ratones. Sin embargo, cuando las bacterias de la cepa S muertas se mezclaron con bacterias de la cepa R vivas y se inyectaron, los ratones murieron.

Basándose en sus observaciones, Griffith dedujo que algo en la cepa S muerta se transfirió a la cepa R previamente inofensiva, lo que hace que la cepa R sea mortal. ¿Qué fue ese algo? ¿Qué tipo de sustancia podría cambiar las características del organismo que la recibió?

El equipo de Avery hace una contribución importante

A principios de la década de 1940, un equipo de científicos dirigido por Oswald Avery intentó responder a la pregunta planteada por los resultados de Griffith. Inactivaron varias sustancias en las bacterias de la cepa S. Luego mataron a las bacterias de la cepa S y mezclaron los restos con bacterias de la cepa R vivas. (Tenga en cuenta que las bacterias de la cepa R generalmente no dañaban a los ratones). Cuando inactivaban proteínas, la cepa R era mortal para los ratones inyectados. Esto descartó las proteínas como material genético. ¿Por qué? Incluso sin las proteínas de la cepa S, la cepa R se cambió o se transformó en la cepa mortal. Sin embargo, cuando los investigadores inactivaron el ADN en la cepa S, la cepa R permaneció inofensiva. Esto llevó a la conclusión de que el ADN es la sustancia que controla las características de los organismos. En otras palabras, el ADN es el material genético. Puede ver una animación sobre la investigación de Griffith y Avery en este enlace:

Hershey y Chase sellan el trato

La conclusión de que el ADN es el material genético no fue ampliamente aceptada al principio. Tenía que ser confirmado por otra investigación. En la década de 1950, Alfred Hershey y Martha Chase hicieron experimentos con virus y bacterias. Los virus no son células. Básicamente son ADN dentro de una capa de proteína. Para reproducirse, un virus debe insertar su propio material genético en una célula (como una bacteria). Luego, utiliza la maquinaria de la célula para producir más virus. Los investigadores utilizaron diferentes elementos radiactivos para etiquetar el ADN y las proteínas de los virus. Esto les permitió identificar qué molécula insertaban los virus en las bacterias. El ADN fue la molécula que identificaron. Esto confirmó que el ADN es el material genético.

Chargaff escribe las reglas

Erwin Chargaff hizo otros descubrimientos importantes sobre el ADN a mediados del siglo XX. Estudió el ADN de muchas especies diferentes. Estaba especialmente interesado en las cuatro bases nitrogenadas diferentes del ADN: adenina (A), guanina (G), citosina (C) y timina (T) (ver Figura debajo). Chargaff descubrió que las concentraciones de las cuatro bases diferían de una especie a otra. Sin embargo, dentro de cada especie, la concentración de adenina siempre fue aproximadamente la misma que la concentración de timina. Lo mismo ocurrió con las concentraciones de guanina y citosina. Estas observaciones llegaron a conocerse como Reglas de Chargaff. El significado de las reglas no se revelaría hasta que se descubriera la estructura del ADN.

The Twisting Tale of DNA (opcional):

La doble hélice

Después de que se descubrió que el ADN era el material genético, los científicos quisieron aprender más sobre él. A James Watson y Francis Crick se les suele atribuir el mérito de haber descubierto que el ADN tiene una forma de doble hélice, como una escalera de caracol (ver Figura debajo). El descubrimiento se basó en el trabajo anterior de Rosalind Franklin y otros científicos, que habían utilizado rayos X para aprender más sobre la estructura del ADN. Franklin y estos otros científicos no siempre han recibido crédito por sus contribuciones. Puede obtener más información sobre el trabajo de Franklin viendo el video en este enlace: http://www.youtube.com/watch?v=s3whouvZYG8 (7:47).

La forma de doble hélice del ADN, junto con las reglas de Chargaff, llevaron a una mejor comprensión del ADN. El ADN, como ácido nucleico, está hecho de monómeros de nucleótidos y la doble hélice del ADN consta de dos cadenas de polinucleótidos. Cada nucleótido consta de un azúcar (desoxirribosa), un grupo fosfato y una base que contiene nitrógeno (A, C, G o T). La columna vertebral de azúcar-fosfato de la doble hélice se discutió en el Química de la vida capítulo.

Los científicos concluyeron que los enlaces (enlaces de hidrógeno) entre bases complementarias mantienen unidas las dos cadenas de polinucleótidos del ADN. La adenina siempre se une a su base complementaria, la timina. La citosina siempre se une a su base complementaria, la guanina. Si miras las bases nitrogenadas en Figura arriba, verá por qué. La adenina y la guanina tienen una estructura de dos anillos. La citosina y la timina tienen un solo anillo. Si la adenina se uniera a la guanina y la citosina a la timina, la distancia entre las dos cadenas de ADN sería variable. Sin embargo, cuando una molécula de un anillo se une a una molécula de dos anillos, la distancia entre las dos cadenas se mantiene constante. Esto mantiene la forma uniforme de la doble hélice del ADN. Estas pares de bases (A-T o G-C) se pegan en el medio de la doble hélice, formando, en esencia, los escalones de la escalera de caracol.

Replicación de ADN

El conocimiento de la estructura del ADN ayudó a los científicos a comprender cómo se replica el ADN. La replicación del ADN es el proceso en el que se copia el ADN. Ocurre durante la fase de síntesis (S) del ciclo celular eucariota. La replicación del ADN comienza cuando una enzima rompe los enlaces entre bases complementarias en el ADN (ver Figura debajo). Esto expone las bases dentro de la molécula para que puedan ser "leídas" por otra enzima y utilizadas para construir dos nuevas cadenas de ADN con bases complementarias. Las dos moléculas hijas que resultan contienen cada una una hebra de la molécula madre y una hebra nueva que es complementaria a ella. Como resultado, las dos moléculas hijas son idénticas a la molécula madre. El proceso de replicación del ADN es en realidad mucho más complejo que este simple resumen.

Replicación del ADN (Amoeba Sisters):

El ADN por sí solo no puede “decirle” a sus células cómo producir proteínas. Necesita la ayuda del ARN, el otro actor principal del dogma central de la biología molecular. Recuerde, el ADN & # 8220 vive & # 8221 en el núcleo, pero las proteínas se producen en los ribosomas del citoplasma. ¿Cómo llega la información genética del núcleo al citoplasma? El ARN es la respuesta.

ARN frente a ADN

El ARN, como el ADN, es un ácido nucleico. Sin embargo, el ARN se diferencia del ADN de varias formas. Además de ser más pequeño que el ADN, el ARN también

  • consta de una cadena de nucleótidos en lugar de dos,
  • contiene uracilo (U) a base de nitrógeno en lugar de timina,
  • contiene el azúcar ribosa en lugar de desoxirribosa.

Por qué el ARN es tan genial como el ADN:

Este imprimible te ayudará a recordar el material del video de arriba:

Tipos de ARN

Hay tres tipos principales de ARN, todos los cuales participan en la producción de proteínas.

  1. ARN mensajero (ARNm) copia las instrucciones genéticas del ADN en el núcleo y las lleva al citoplasma.
  2. ARN ribosómico (ARNr) ayuda a formar ribosomas, donde se ensamblan las proteínas.
  3. Transferir ARN (ARNt) lleva los aminoácidos a los ribosomas, donde se unen para formar proteínas.

En la siguiente lección, puede leer en detalle cómo estos tres tipos de ARN ayudan a las células a producir proteínas.

Resumen de la lección

  • El dogma central de la biología molecular establece que el ADN contiene instrucciones para producir una proteína, que son copiadas por el ARN. Luego, el ARN usa las instrucciones para producir una proteína. En breve: ADN → ARN → Proteína.
  • El trabajo de varios investigadores llevó al descubrimiento de que el ADN es el material genético. Otros investigadores descubrieron que el ADN tiene una forma de doble hélice, que consta de dos cadenas de polinucleótidos unidas por enlaces entre bases complementarias.
  • El ARN se diferencia del ADN de varias formas. Existen tres tipos principales de ARN: ARN mensajero (ARNm), ARN ribosómico (ARNr) y ARN de transferencia (ARNt). Cada tipo juega un papel diferente en la producción de proteínas.

Preguntas de repaso de la lección

Recordar

1. Enuncie el dogma central de la biología molecular.

2. Resuma la investigación que determinó que el ADN es el material genético.

3. ¿Cuáles son las reglas de Chargaff?

4. Identifica la estructura de la molécula de ADN.

5. ¿Por qué se dice que la replicación del ADN es semiconservadora?

Aplicar conceptos

6. Cree un diagrama que muestre cómo ocurre la replicación del ADN.

Piensa críticamente

7. Explique por qué es necesario el apareamiento de bases complementarias para mantener la forma de doble hélice de la molécula de ADN.


7.1 Objetivos del capítulo

Nuestro objetivo para este capítulo es que empiece a apreciar que la reproducción sexual es costosa desde una perspectiva evolutiva y que existen hipótesis para explicar por qué existe la reproducción sexual a pesar de estos costos. Específicamente, al final de su lectura y nuestra discusión en clase, podrá:

  1. Define los terminos siguientes:
    • reproducción asexual
    • partenogénesis
    • Trinquete de Muller
    • La reina roja
    • complejo mayor de histocompatibilidad (MHC)
    • poligénico
    • polimórfico
    • codominante
  2. Identifique tres hipótesis para la persistencia de la reproducción sexual.
  3. Cuando sea posible, enumere las predicciones comprobables asociadas con estas hipótesis.
  4. Identificar evidencia que apoye hipótesis específicas sobre la existencia del sexo.

Respuesta libre

Explique la ventaja que tienen las poblaciones de organismos que se reproducen sexualmente sobre los organismos que se reproducen asexualmente.

Todos los descendientes de organismos que se reproducen sexualmente son genéticamente únicos. Debido a esto, los organismos que se reproducen sexualmente pueden tener más éxito en la supervivencia de la descendencia en entornos que cambian que los organismos que se reproducen asexualmente, cuya descendencia es genéticamente idéntica. Además, la tasa de adaptación de los organismos que se reproducen sexualmente es mayor, debido a su mayor variación. Esto puede permitir que los organismos que se reproducen sexualmente se adapten más rápidamente a los competidores y parásitos, que están desarrollando nuevas formas de explotarlos o superarlos.

Describe los dos eventos que son comunes a todos los organismos que se reproducen sexualmente y cómo encajan en los diferentes ciclos de vida de esos organismos.

Los dos eventos comunes a todos los organismos que se reproducen sexualmente son la meiosis y la fertilización. La meiosis reduce una célula diploide a un estado haploide. La célula haploide puede dividirse mitóticamente para producir un organismo, algunas de cuyas células se combinarán durante la fertilización, o las células haploides producidas por la meiosis pueden combinarse inmediatamente en la fertilización para producir una célula diploide que se divide para producir un organismo.

Glosario

alternancia de generaciones: un tipo de ciclo de vida en el que se alternan las etapas diploide y haploide

diploide dominante: un tipo de ciclo de vida en el que prevalece la etapa diploide multicelular

dominante haploide: un tipo de ciclo de vida en el que prevalece la etapa multicelular haploide

gametofito: una etapa multicelular del ciclo de vida haploide que produce gametos

Célula germinal: una célula especializada que produce gametos, como óvulos o espermatozoides

ciclo vital: la secuencia de eventos en el desarrollo de un organismo y la producción de células que producen descendencia

mitosis: un proceso de división nuclear que da como resultado cuatro células haploides

esporofito: una etapa del ciclo de vida diploide multicelular que produce esporas


Ver el vídeo: Presentación del curso. Biología molecular: Bases y aplicaciones. (Mayo 2022).


Comentarios:

  1. Math

    Estoy totalmente de acuerdo con usted. La idea es buena, la apoyo.

  2. Dervon

    Este argumento solo incomparablemente

  3. Samuzahn

    Estas equivocado. Puedo probarlo. Escribe en PM, hablaremos.

  4. Gard

    Se encontraron al menos un par de personas con comprensión



Escribe un mensaje