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2.7: Ácidos nucleicos - Biología

2.7: Ácidos nucleicos - Biología


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Objetivos de aprendizaje

  • Describir la estructura de los ácidos nucleicos y definir los tipos de ácidos nucleicos.
  • Explicar la estructura y el papel del ADN.
  • Explicar la estructura y las funciones del ARN.
  • Explicar la estructura y el papel del ATP.

Los ácidos nucleicos son las macromoléculas más importantes para la continuidad de la vida. Llevan el modelo genético de una célula y llevan instrucciones para el funcionamiento de la célula.

ADN y ARN

Los dos tipos principales de ácidos nucleicos son el ácido desoxirribonucleico (ADN) y el ácido ribonucleico (ARN). El ADN es el material genético que se encuentra en todos los organismos vivos, desde bacterias unicelulares hasta mamíferos multicelulares. Se encuentra en el núcleo de los eucariotas y en los orgánulos, cloroplastos y mitocondrias. En los procariotas, el ADN no está encerrado en una envoltura membranosa.

Todo el contenido genético de una célula se conoce como su genoma y el estudio de los genomas es genómica. Esto incluye tanto el ADN cromosómico como el extracromosómico. Los cromosomas en los procariotas tienen muy pocas diferencias en comparación con los eucariotas. Estas diferencias son principalmente de tamaño, número y forma. Ambos tienen proteínas de empaquetamiento, ambos contienen muchos genes. Los eucariotas generalmente tienen más ADN, números más altos y una forma lineal, en comparación con la circular en los procariotas. También en las células eucariotas, el ADN forma un complejo con las proteínas histonas para formar la cromatina, la sustancia de los cromosomas eucariotas. Un cromosoma puede contener de cientos a decenas de miles de genes. Muchos genes contienen la información para fabricar productos proteicos; otros genes codifican productos de ARN. El ADN controla todas las actividades celulares activando o desactivando los genes.

Otro tipo de ácido nucleico, el ARN, participa principalmente en la síntesis de proteínas. Las moléculas de ADN nunca abandonan el núcleo (en eucariotas) o nucleoide (en procariotas) sino que utilizan un intermediario para comunicarse con el resto de la célula. Este intermediario es el ARN mensajero (ARNm). Otros tipos de ARN, como ARNr, ARNt y microARN, también participan en la síntesis de proteínas y su regulación.

El ADN y el ARN son polímeros formados por monómeros conocidos como nucleótidos. Los nucleótidos se combinan entre sí para formar un polinucleótido. Cada nucleótido está formado por tres componentes: una base nitrogenada, un azúcar pentosa (cinco carbonos) y uno o más grupos fosfato (Figura ( PageIndex {1} )). Cada base nitrogenada en un nucleótido está unida a una molécula de azúcar, que está unida al grupo o grupos fosfato.

Las bases nitrogenadas, componentes importantes de los nucleótidos, son moléculas orgánicas y se denominan así porque contienen carbono y nitrógeno. Son bases porque contienen un grupo amino que tiene el potencial de unirse a un hidrógeno adicional y, por lo tanto, disminuye la concentración de iones de hidrógeno en su entorno, haciéndolo más básico. Cada nucleótido del ADN contiene una de las cuatro posibles bases nitrogenadas: adenina (A), guanina (G) citosina (C) y timina (T).

La adenina y la guanina se clasifican como purinas. La estructura principal de una purina son dos anillos de carbono-nitrógeno. La citosina, timina y uracilo se clasifican como pirimidinas que tienen un solo anillo de carbono-nitrógeno como estructura primaria (Figura ( PageIndex {1} )). Cada uno de estos anillos básicos de carbono-nitrógeno tiene diferentes grupos funcionales unidos. En abreviatura de biología molecular, las bases nitrogenadas se conocen simplemente por sus símbolos A, T, G, C y U.El ADN contiene A, T, G y C, mientras que el ARN contiene A, U, G y C.

El azúcar pentosa en el ADN es desoxirribosa y en el ARN, el azúcar es ribosa (Figura ( PageIndex {1} )). La diferencia entre los azúcares es la presencia del grupo hidroxilo en el segundo carbono de la ribosa e hidrógeno en el segundo carbono de la desoxirribosa. Los átomos de carbono de la molécula de azúcar se numeran como 1 ′, 2 ′, 3 ′, 4 ′ y 5 ′ (1 ′ se lee como "un primo"). El residuo de fosfato está unido al grupo hidroxilo del carbono 5 ′ de un azúcar y al grupo hidroxilo del carbono 3 ′ del azúcar del siguiente nucleótido, que forma un enlace fosfodiéster 5′-3 ′. El enlace fosfodiéster no se forma mediante una simple reacción de deshidratación como los otros enlaces que conectan monómeros en macromoléculas: su formación implica la eliminación de dos grupos fosfato. Un polinucleótido puede tener miles de tales enlaces fosfodiéster.

Estructura de ADN de doble hélice

El ADN tiene una estructura de doble hélice (Figura ( PageIndex {2} )). El azúcar y el fosfato se encuentran en el exterior de la hélice y forman la columna vertebral del ADN. Las bases nitrogenadas se apilan en el interior, como los peldaños de una escalera, en pares; los pares están unidos entre sí por enlaces de hidrógeno. Cada par de bases en el doble helivx está separado del siguiente par de bases por 0,34 nm. Las dos hebras de la hélice corren en direcciones opuestas, lo que significa que el extremo de carbono 5 ′ de una hebra se enfrentará al extremo de carbono 3 ′ de su hebra correspondiente. (Esto se conoce como orientación antiparalela y es importante para la replicación del ADN y en muchas interacciones de ácidos nucleicos).

Solo se permiten ciertos tipos de emparejamiento de bases. Por ejemplo, una determinada purina solo puede emparejarse con una determinada pirimidina. Esto significa que A puede emparejarse con T y G puede emparejarse con C, como se muestra en la Figura ( PageIndex {3} ). Esto se conoce como la regla complementaria básica. En otras palabras, las cadenas de ADN son complementarias entre sí. Si la secuencia de una hebra es AATTGGCC, la hebra complementaria tendría la secuencia TTAACCGG. Durante la replicación del ADN, se copia cada hebra, lo que da como resultado una doble hélice de ADN hija que contiene una hebra de ADN parental y una hebra recién sintetizada.

ARN

El ácido ribonucleico, o ARN, participa principalmente en el proceso de síntesis de proteínas bajo la dirección del ADN. El ARN suele ser monocatenario y está formado por ribonucleótidos que están unidos por enlaces fosfodiéster. Un ribonucleótido en la cadena de ARN contiene ribosa (el azúcar pentosa), una de las cuatro bases nitrogenadas (A, U, G y C) y el grupo fosfato. Aunque el ARN es monocatenario, la mayoría de los tipos de ARN muestran un extenso apareamiento de bases intramoleculares entre secuencias complementarias, creando una estructura tridimensional predecible esencial para su función.

Hay cuatro tipos principales de ARN: ARN mensajero (ARNm), ARN ribosómico (ARNr), ARN de transferencia (ARNt) y microARN (miARN). El primero, el ARNm, transmite el mensaje del ADN, que controla todas las actividades celulares en una célula. Si una célula requiere que se sintetice una determinada proteína, el gen de este producto se “enciende” y el ARN mensajero se sintetiza en el núcleo. La secuencia de bases de ARN es complementaria a la secuencia codificante del ADN del que se ha copiado. Sin embargo, en el ARN, la base T está ausente y U está presente en su lugar. Si la cadena de ADN tiene una secuencia AATTGCGC, la secuencia del ARN complementario es UUAACGCG. En el citoplasma, el ARNm interactúa con los ribosomas y otra maquinaria celular (Figura ( PageIndex {3} )). Se describe más sobre sus roles en capítulos posteriores.

La tabla ( PageIndex {1} ) a continuación resume las características del ADN y el ARN.

Tabla ( PageIndex {1} ): Características de ADN y ARN.

Características del ADN y el ARN.
ADNARN
FunciónLleva información genéticaInvolucrado en la síntesis de proteínas
LocalizaciónPermanece en el núcleoDeja el núcleo
EstructuraDoble héliceGeneralmente monocatenario
AzúcarDesoxirribosaRibosa
PirimidinasCitosina, timinaCitosina, uracilo
PurinasAdenina, guaninaAdenina, guanina

Como ha aprendido, el flujo de información en un organismo tiene lugar desde el ADN hasta el ARN y las proteínas. El ADN dicta la estructura del ARNm en un proceso conocido como transcripción y el ARN dicta la estructura de la proteína en un proceso conocido como traducción. Esto se conoce como el dogma central de la vida, que se aplica a todos los organismos; sin embargo, se producen excepciones a la regla en relación con las infecciones virales.

Para obtener más información sobre el ADN, explore las animaciones biointeractivas del Instituto Médico Howard Hughes sobre el tema del ADN.

ATP

El ATP es una molécula pequeña y relativamente simple (Figura ( PageIndex {4} )), pero dentro de algunos de sus enlaces, contiene el potencial de una rápida explosión de energía que se puede aprovechar para realizar un trabajo celular. Se puede pensar en esta molécula como la moneda de energía primaria de las células de la misma manera que el dinero es la moneda que la gente cambia por las cosas que necesita. El ATP se utiliza para impulsar la mayoría de las reacciones celulares que requieren energía.

Como sugiere su nombre, el trifosfato de adenosina se compone de adenosina unida a tres grupos fosfato (Figura ( PageIndex {5} )). La adenosina es un nucleótido que consta de la base nitrogenada adenina y un azúcar de cinco carbonos, la ribosa. Los tres grupos fosfato, en orden de más cercano a más alejado del azúcar ribosa, están etiquetados como alfa, beta y gamma. Juntos, estos grupos químicos constituyen una fuente de energía. Sin embargo, no todos los enlaces dentro de esta molécula existen en un estado particularmente de alta energía. Ambos enlaces que unen los fosfatos son enlaces igualmente de alta energía (enlaces de fosfoanhídrido) que, cuando se rompen, liberan suficiente energía para impulsar una variedad de reacciones y procesos celulares. Estos enlaces de alta energía son los enlaces entre el segundo y tercer grupo (o beta y gamma) fosfato y entre el primer y segundo grupo fosfato. La razón por la que estos enlaces se consideran de "alta energía" es porque los productos de dicha ruptura de enlaces: difosfato de adenosina (ADP) y un grupo fosfato inorgánico (PI) —Tienen una energía libre considerablemente menor que los reactivos: ATP y una molécula de agua. Debido a que esta reacción tiene lugar con el uso de una molécula de agua, se considera una reacción de hidrólisis.

Enfoque clínico: resolución

Penny dejó de usar su nuevo protector solar y se aplicó la crema con corticosteroides en el sarpullido según las indicaciones. Sin embargo, después de varios días, su erupción no había mejorado y en realidad parecía estar empeorando. Hizo una cita de seguimiento con su médico, quien observó una erupción roja con bultos y ampollas llenas de pus alrededor de los folículos pilosos (Figura ( PageIndex {3} )). La erupción se concentró especialmente en áreas que habrían estado cubiertas por un traje de baño. Después de algunas preguntas, Penny le dijo al médico que había asistido recientemente a una fiesta en la piscina y que había pasado algún tiempo en un jacuzzi. A la luz de esta nueva información, el médico sospechó un caso de erupción cutánea en el jacuzzi, una infección frecuentemente causada por la bacteria. Pseudomonas aeruginosa, un patógeno oportunista que puede prosperar en jacuzzis y piscinas, especialmente cuando el agua no está lo suficientemente clorada. P. aeruginosa es la misma bacteria que se asocia con infecciones en los pulmones de pacientes con fibrosis quística.

El médico recogió una muestra de la erupción de Penny para enviarla al laboratorio de microbiología clínica. Se realizaron pruebas confirmatorias para distinguir P. aeruginosa de patógenos entéricos que también pueden estar presentes en el agua de piscinas y jacuzzis. La prueba incluyó la producción del pigmento piocianina azul verdoso en agar cetrimida y el crecimiento a 42 ° C. La cetrimida es un agente selectivo que inhibe el crecimiento de otras especies de flora microbiana y también mejora la producción de P. aeruginosa pigmentos piocianina y fluoresceína, que son de un característico azul verdoso y amarillo verdoso, respectivamente.

Las pruebas confirmaron la presencia de P. aeruginosa en la muestra de piel de Penny, pero el médico decidió no recetar un antibiótico. Aunque P. aeruginosa es una bacteria, Pseudomonas las especies son generalmente resistentes a muchos antibióticos. Afortunadamente, las infecciones de la piel como las de Penny suelen ser autolimitadas; la erupción suele durar alrededor de 2 semanas y se resuelve por sí sola, con o sin tratamiento médico. El médico le aconsejó a Penny que esperara y siguiera usando la crema con corticosteroides. La crema no matará al P. aeruginosa en la piel de Penny, pero debería calmar su sarpullido y minimizar la picazón al suprimir la respuesta inflamatoria de su cuerpo a las bacterias.

Conceptos clave y resumen

  • Los ácidos nucleicos son moléculas formadas por nucleótidos que dirigen actividades celulares como la división celular y la síntesis de proteínas.
  • Cada nucleótido está formado por un azúcar pentosa, una base nitrogenada y un grupo fosfato.
  • El ADN lleva el modelo genético de la célula y se transmite de padres a hijos (en forma de cromosomas). Tiene una estructura de doble hélice con las dos hebras que corren en direcciones opuestas, conectadas por enlaces de hidrógeno y complementarias entre sí.
  • El ARN es monocatenario y está compuesto por un azúcar pentosa (ribosa), una base nitrogenada y un grupo fosfato. El ARN participa en la síntesis de proteínas y su regulación.
  • El ATP es un solo nucleótido compuesto por un azúcar pentosa (ribosa), una base nitrogenada y tres grupos fosfato. Ayuda a la célula a almacenar y mover energía.

Glosario

trifosfato de adenosina (ATP)
trifosfato de adenosina, la moneda de energía de la célula
ácido desoxirribonucleico (ADN)
Molécula de doble hélice que transporta la información hereditaria de la célula.
ARN mensajero (ARNm)
ARN que transporta información del ADN a los ribosomas durante la síntesis de proteínas
ácido nucleico
macromolécula biológica que lleva el modelo genético de una célula y lleva instrucciones para el funcionamiento de la célula
nucleótido
monómero de ácidos nucleicos; contiene un azúcar pentosa, uno o más grupos fosfato y una base nitrogenada
fosfodiéster
enlace enlace químico covalente que mantiene unidas las cadenas de polinucleótidos con un grupo fosfato que une dos azúcares pentosa de nucleótidos vecinos
polinucleótido
cadena larga de nucleótidos
purina
tipo de base nitrogenada en ADN y ARN; la adenina y la guanina son purinas
pirimidina
tipo de base nitrogenada en ADN y ARN; la citosina, timina y uracilo son pirimidinas
ácido ribonucleico (ARN)
Molécula monocatenaria, a menudo con pares de bases internamente, que participa en la síntesis de proteínas.
ARN ribosómico (ARNr)
ARN que asegura la alineación adecuada del ARNm y los ribosomas durante la síntesis de proteínas y cataliza la formación del enlace peptídico
transcripción
proceso a través del cual se forma el ARN mensajero en una plantilla de ADN
transferencia de ARN (ARNt)
ARN que transporta aminoácidos activados al sitio de síntesis de proteínas en el ribosoma
traducción
Proceso a través del cual el ARN dirige la formación de proteínas.

2.7: replicación, transcripción y traducción del ADN

Ejercicio 1: En grupos, discutan: ¿qué posibles modelos de replicación del ADN se les puede ocurrir? Si comenzamos con una doble hélice de ADN "parental", ¿cómo podemos terminar con dos hélices de ADN "hijas"?

U2: La helicasa desenrolla la doble hélice y separa las dos hebras rompiendo los enlaces de hidrógeno.

U3: la ADN polimerasa une los nucleótidos para formar una nueva hebra, utilizando la hebra preexistente como plantilla.

Orientación de la guía: No es necesario distinguir los diferentes tipos de ADN polimerasa.

Ejercicio 2: Complete los espacios en blanco

La replicación del ADN es . Una enzima llamada desenrolla y separa las hebras de ADN en el origen. Cada hebra actúa como un para la formación de una nueva hebra. con las bases apropiadas alineadas frente a las bases de los hilos expuestos. Se forman enlaces entre las bases de la plantilla y la nueva hebra que las mantiene en su lugar. El ADN hace que el azúcar y el fosfato de los nucleótidos adyacentes se condensen y formen enlaces.

Ejercicio 3: Complete la tabla insertando el nombre de las enzimas involucradas en la replicación y sus funciones

Tabla de funciones enzimáticas

U1: La replicación del ADN es semiconservativa y depende del apareamiento de bases complementarias.

Ejercicio 3: Explica la importancia del apareamiento de bases complementarias para la replicación del ADN

S2: Análisis de los resultados de Meselson y Stahl para obtener apoyo para la teoría de la replicación semiconservadora del ADN.

NoS: Obtención de evidencia para teorías científicas: Meselson y Stahl obtuvieron evidencia para la replicación semiconservadora del ADN. (1,8)

Ejercicio 4: Mire el video y describa el experimento de Meselson y Stahl.

Ejercicio 5: Complete el ejercicio basado en datos de las páginas 113 y 114 del libro de texto de Allott & amp Mindorff.

A1: Uso de la ADN polimerasa Taq para producir múltiples copias de ADN rápidamente mediante la reacción en cadena de la polimerasa (PCR). Este proceso se trata en el tema 3.5 con 3.5 U2.

U4: La transcripción es la síntesis de ARNm copiado de las secuencias de bases de ADN por la ARN polimerasa.

Ejercicio 6: Responda estas preguntas

1. ¿De qué están hechas las proteínas?

2. ¿Qué determina las propiedades de una proteína?

3. ¿Qué determina las propiedades de una cadena polipeptídica individual?

4. ¿Qué determina el orden de aminoácidos específicos en un polipéptido?

Ejercicio 7: Complete los espacios en blanco

Las secuencias de bases dentro de la molécula de ADN están dentro: se hace una copia complementaria del código en una molécula de ARNm.

La doble hélice del ADN y los enlaces de hidrógeno están en el sitio de la secuencia que se transcribe mediante una enzima llamada.

La secuencia de la única hebra se copia en la molécula de ARNm. Esto se logra mediante el emparejamiento de bases de nucleótidos entre la otra hebra de ADN y el ARNm. .

La reacción es catalizada por la enzima. , que desenrolla la doble hélice del ADN, crea enlaces covalentes entre los nucleótidos del ARN y vuelve a enrollar la doble hélice del ADN

Una vez formada, la molécula de ARNm sale del núcleo a través de los poros de la membrana nuclear y pasa a los ribosomas (ya sea en el RER o en el citoplasma, donde se puede leer.

S4: Deducir la secuencia de bases de ADN para la cadena de ARNm.

Ejercicio 8: transcriba la secuencia de ARNm de la siguiente secuencia de bases de ADN:


¿Qué tan difícil es la transición de IGCSE a Biología del IB?

Esta es una pregunta que a menudo me hacen muchos estudiantes que están en Year 11 y tienen que decidir si deben elegir Biología del NM o del NS.

En primer lugar, no debe basar su decisión en si tomar Biología en el IB porque podría ser desafiante o difícil. Como estudiante que puede aspirar a ir a la Universidad para estudiar ciencias naturales, DEBE elegir Biología a nivel IB para continuar su educación en la disciplina Biológica.

En este blog discutiré la diferencia entre SL y NS.

Citas de estudiantes de biología:

& # 8220Biology HL es un desafío, hay mucho contenido para aprender & # 8221

& # 8220Aunque HL Biology es difícil, encontré la Unidad 3 y 10 increíblemente interesante & # 8221

& # 8220 Me sorprendió aprender sobre la endosimbiosis y el origen de la vida, se lo dije a mis padres y ¡no podían creerlo! & # 8221

& # 8220 La unidad 2 fue bastante fácil porque tiene mucho contenido IGCSE y porque estudio química entendí la Unidad 2.1 / 2.3 / 2.3 bastante bien & # 8221

& # 8220¡El aspecto más desafiante de la biología del IB no es el contenido de NS, es & # 8217 es la IA! & # 8221

& # 8220 No & # 8217t sé por qué los estudiantes se preocuparían por elegir HL para Biología, ¡los artículos siempre contienen preguntas del NM de todos modos! & # 8221

Formato de examen:

Si es un estudiante que está en transición de CIE a IB, encontrará que las técnicas de examen requeridas para IB son mucho más fáciles que un estudiante que pasa de Edexcel a IB. La razón es que la junta de examen CIE tiene una prueba de opción múltiple y una prueba práctica, mientras que IB tiene la prueba 1 como la prueba MCQ y la prueba 2 consiste en análisis de datos y preguntas de recordación de hechos.

Nivel estandar:

C: Ecología y conservación

En resumen, es importante elegir el NM o el NS en función del curso al que desee postularse a nivel universitario.


Introducción

La terapia génica se considera un tratamiento prometedor para muchas enfermedades, ya sean adquiridas (p.ej. SIDA o cáncer) o heredado a través de un trastorno genético (fibrosis quística, enfermedad de Parkinson & # x27s ...). El concepto básico que subyace a la terapia génica es que la enfermedad puede tratarse mediante la transferencia de material genético a células específicas de un paciente para mejorar la expresión génica (transfección del ADN) o para inhibir la producción de una proteína diana mediante el uso de la maquinaria de interferencia del ARN (es decir. transfección de ARNip). Debido al tamaño y la naturaleza polianiónica del ácido nucleico, su fragilidad hacia las nucleasas y el potencial negativo de la superficie de la membrana celular, la terapia génica requiere el uso de un portador adecuado para la administración intracelular segura y eficiente de la carga útil terapéutica. Aunque los vectores virales ofrecen una mayor eficiencia en la entrega de genes, estos portadores tienen problemas fundamentales y muchos ensayos clínicos en los que se utilizaron se han interrumpido debido a efectos adversos inesperados [1], [2], [3], [4]. Además, se encuentran severas limitaciones con respecto a los procedimientos de producción y escalado. Esto ha animado a los investigadores a desarrollar otros andamiajes potenciales para introducir ácidos nucleicos exógenos en tejidos diana. Estos vehículos denominados no virales (o sintéticos) se basan típicamente en lípidos o polímeros catiónicos, dendrímeros, polipéptidos o nanopartículas sólidas, que pueden formar complejos con ácido nucleico cargado negativamente para formar partículas de tamaño nanométrico [5]. Los portadores no virales tienen varias ventajas tales como facilidad de síntesis, direccionamiento celular / tejido, baja inmunogenicidad y capacidad para transportar plásmidos de tamaño ilimitado. El cuello de botella más severo en el uso clínico de vectores sintéticos es su baja en vivo eficiencia de transfección y ninguno de estos vectores ha recibido la aprobación de la FDA o la EMA hasta la fecha. Por lo tanto, aún se requieren esfuerzos para desarrollar portadores que permitan una mejor captación celular, un escape endosómico optimizado y la migración de ácido nucleico a través del citoplasma (al núcleo celular o al complejo silenciador citosólico inducido por ARN, RISC), junto con la disociación del ácido nucleico de el portador para una expresión adecuada.

El reciente descubrimiento de puntos de carbono (CD) y los rápidos avances en su preparación sintética ofrecen una oportunidad única para investigar su potencial como una nueva familia de vehículos especialmente interesantes para la liberación de ácidos nucleicos. Estos puntos cuánticos carbonosos combinan varios atributos favorables de los puntos cuánticos tradicionales basados ​​en semiconductores (a saber, el tamaño de nanoescala, la emisión de luminiscencia dependiente del tamaño y la longitud de onda, la resistencia al fotoblanqueo, la facilidad de bioconjugación) sin incurrir en la carga de la toxicidad intrínseca o la escasez elemental, y sin la necesidad de pasos de preparación rigurosos, costosos o ineficientes [6]. Además, la pasivación de la superficie de la CD por compuestos amino, necesaria para obtener propiedades de fluorescencia intrínseca exacerbadas [7], permite la instalación sencilla de la densidad de carga catiónica en la superficie de las nanopartículas. Esto fue investigado por Liu et al. quienes recientemente introdujeron polietilenimina (PEI ramificada 25 kDa, bPEI25k), un reactivo de transfección estándar de oro (para revisiones recientes, ver Refs. [8], [9]), para la pasivación de CD [10]. Los CD se prepararon a partir de bPEI25k y glicerol bajo radiación de microondas. Las nanopartículas fluorescentes brillantes solubles en agua resultantes exhibieron in vitro Eficiencia de transfección de ADN comparable a la del control bPEI25k, con menor toxicidad. Estos resultados son los primeros en sugerir el potencial de la EC para aplicaciones en la entrega de genes. Desde entonces, solo otros tres informes han descrito el uso de puntos de carbono diseñados para fines de transfección. En 2013, Kim et al. informó sobre un complejo ternario entre CD funcionalizado con PEI, nanopartículas de oro funcionalizadas con PEI y ADN plasmídico (pDNA) para in vitro transfección y seguimiento en tiempo real del tráfico celular de plásmidos [11]. En este estudio, los CD funcionalizados con PEI se prepararon de acuerdo con el procedimiento previamente informado por Liu. Más recientemente, Wu et al. describió la preparación hidrotermal de CD empleando bPEI como fuente de carbono [12]. Las nanopartículas catiónicas resultantes demostraron ser eficaces para in vitro transfección de células MCF-7 utilizando EGFP como gen indicador. Por último, Chen et al. describió la posfuncionalización de CD con Alquil-PEI2k (bPEI2k con 11% de átomos de nitrógeno que llevan un sustituyente dodecilo) y su uso para en vivo entrega de ADN o ARNip [13]. Por lo tanto, demostraron la expresión génica y el silenciamiento, respectivamente, después de la administración intratumoral de los complejos CD-pDNA y CD-siRNA en un modelo de ratón con tumor xenoinjerto. Aunque el modelo utilizado es muy específico, proporcionó la primera prueba de concepto de que la CD puede mediar en la transfección. en vivo.

En este documento, empleando ácido cítrico y bPEI25k como fuente de carbono, establecimos una ruta simple y sin pasivación hacia la CD catiónica. Se investigaron sistemáticamente las condiciones experimentales para la pirólisis en un solo paso de la fuente de carbono bajo radiación de microondas. Los puntos de carbono producidos se purificaron mediante diálisis en condiciones específicas y no requirieron ninguna posfuncionalización para lograr un ADN o ARNip eficaz. in vitro transfección. El potencial de estas nanopartículas para en vivo Se investigó la transfección de ADN por la vía de administración no invasiva de las vías respiratorias.


IB Biology (2016) - 7.2 - PPT de transcripción y expresión génica de amplificador

Esta presentación de PowerPoint de 21 diapositivas cubre el 'Tema 7.2 - Transcripción y expresión génica amplificada' en el plan de estudios de Biología del IB de 2016. Cada diapositiva incluye el objetivo de aprendizaje específico, así como el vocabulario clave que los estudiantes deben tener en cuenta.

La presentación en sí contiene información mínima, ya que está destinada a ser utilizada con la orientación del maestro. A veces hay 'Video' a lo largo de los cuales se vinculan a contenido relevante e informativo de YouTube. Las diapositivas están formateadas para ser visualmente agradables y también para imprimirse bien para distribuirlas o revisarlas. Consulte el archivo de vista previa (primeras 8 diapositivas) para tener una idea de la estética y el nivel de detalle de la presentación. El "Conocimiento esencial" correspondiente se puede encontrar a continuación.

He tenido éxito al utilizar estas presentaciones para revisar temas después de que los estudiantes hayan estado expuestos al material en casa. Por lo general, hago que la clase lea material relevante (libro, sitio, etc.) y luego vea los videos el día antes de presentar un tema. Durante el período de clase, utilizo las diapositivas para estructurar la discusión en torno a los Bio Entendimientos del IB. El tiempo restante de la clase se dedica a reforzar el conocimiento o trabajar en actividades, práctica de exámenes escritos o la naturaleza de la ciencia.

Como siempre, avíseme si tiene alguna sugerencia de mejora. ¡Estos son siempre un trabajo en progreso!


Introducción

Obtener estimaciones confiables in situ de la condición nutricional y el estado de crecimiento es un primer paso hacia la comprensión de cómo los procesos ambientales afectan la supervivencia y el crecimiento de los organismos. En las primeras etapas de la vida de los peces marinos, se han utilizado índices morfométricos, mediciones bioquímicas y análisis de microestructura de otolitos para generar estimaciones del crecimiento y la condición in situ (por ejemplo, Ferron y Leggett, 1994). El índice morfológico más común es el factor de condición (K), una métrica normalizada de masa por longitud (por ejemplo, Bolger y Connolly, 1989, Peck et al., 2005). La relación de concentraciones de ácido nucleico (relación RN-ADN, RD) es uno de los índices bioquímicos más comúnmente aplicados para estimar el crecimiento in situ reciente y / o la condición de las etapas tempranas de la vida de los peces marinos (por ejemplo, Buckley, 1984, Malloy y Targett, 1994, Peck et al., 2003, Amara y Galois, 2004 , Buckley et al., 2008, Meyer et al., 2012). Por último, el análisis de la microestructura de los otolitos ha demostrado ser la técnica más utilizada para estimar las historias de crecimiento individual (a partir de las mediciones de los anchos de los incrementos) en las etapas de crías del año (larvas y juveniles jóvenes) de peces marinos (p. Ej., Barkman y Bengtson). , 1987, Jones, 1992, Oozeki y Watanabe, 2000). Cada uno de estos indicadores (somáticos, bioquímicos, otolitos) puede verse afectado por una serie de factores intrínsecos (p. Ej., Tamaño del pez, etapa de desarrollo) y extrínsecos (p. Ej., Temperatura, disponibilidad de presas) (Ferron y Leggett, 1994, Suthers, 1998) , por lo tanto, se requieren estudios de laboratorio controlados que examinen los efectos de estos factores antes de interpretar las mediciones obtenidas en individuos capturados en el campo.

Los peces clúpeidos son actores clave en la estructura y función trofodinámicas de muchos ecosistemas marinos, como las zonas de surgencia y plataforma costera (Cury et al., 2000, Pikitch et al., 2012). Los estudios de campo que examinan el crecimiento in situ y la condición de larvas y juveniles han empleado a menudo análisis de ácidos nucleicos (p. Ej., Chícharo et al., 1998, Ramírez et al., 2001) y / o análisis de microestructura de otolitos (Butler, 1991, Bolz y Burns, 1996, Cermeño et al., 2003, Rossi-Wongtschowski et al., 2003, Takahashi y Watanabe, 2004, Fey, 2005). Desafortunadamente, los experimentos de laboratorio con peces de esta familia son relativamente raros (p. Ej., De Silva y Balbontin, 1974, Folkvord et al., 1996, Opaliński et al., 2004, Peck et al., 2012, Peck et al., 2014) , y se carece en gran medida de experimentos que calibren los proxies de crecimiento in situ (aunque véase Bernreuthr et al., 2013). Este también es el caso del espadín (Sprattus sprattus L.), un pequeño clupeide pelágico importante para los procesos "de arriba hacia abajo" y "de abajo hacia arriba" en los mares Báltico, Norte y Mediterráneo (Valenzuela y Vargas, 2002, MacKenzie y Köster, 2004, Peck et al., 2012). Se han realizado mediciones de la microestructura de los otolitos y los ácidos nucleicos para evaluar el crecimiento y el estado de las larvas de espadín en el campo (Munk, 1993, Valenzuela y Vargas, 2002, Lee et al., 2006, Voss et al., 2006, Daenhardt et al. , 2007, Günther et al., 2012). Sin embargo, no se han realizado calibraciones de proxies de crecimiento somáticos, ácidos nucleicos y otolitos principalmente debido a las dificultades para criar espadín en el laboratorio más allá de las primeras etapas de la vida. Por el contrario, los juveniles de espadín pueden capturarse fácilmente en áreas costeras poco profundas y aclimatarse a las condiciones de laboratorio (Baumann et al., 2005, Baumann et al., 2007, Peck et al., 2012). El período juvenil temprano en el espadín báltico representa una fase importante de la vida cuando la fuerza de la clase anual se determina en última instancia, probablemente a través de procesos dependientes de la densidad, como el control de arriba hacia abajo de los recursos de presas que conducen al hambre y la mortalidad antes o durante el primer invierno de la vida (Baumann et al., 2007, Voss et al., 2012).

Este estudio informa los resultados de ensayos de laboratorio realizados para evaluar y calibrar proxies de crecimiento somáticos, bioquímicos y basados ​​en otolitos en juveniles tempranos (29,5 a 57 mm de longitud estándar, LS) Espadín europeo. Específicamente, las mediciones se hicieron de K, RD y OIW de individuos de: i) ensayos de alimentación-crecimiento de 12 días realizados a 14, 18 y 22 ° C, ii) ensayos de alimentación ad libitum de 5 días realizados a 7, 11, 15, 18 y 21 ° C, y iii) alimentos Ensayos de privación y realimentación (sin alimentar durante 4, 8 y 12 días) a 18 ° C. Todos estos proxies tienen en cuenta diferentes aspectos relevantes de la fisiología del crecimiento (catabolismo y anabolismo) y, dada la investigación previa, existían diferentes expectativas que podrían ser probadas. La primera expectativa era que las tasas de crecimiento establecidas al alimentar a los peces con diferentes niveles de raciones constantes se correlacionarían bien con cada uno de estos tres indicadores. Segundo, ambos RD y OIW se esperaba que reflejara la historia térmica de los juveniles para peces bien alimentados a diferentes temperaturas (óptimas y subóptimas frías y cálidas). Finalmente, se esperaba que la privación de alimentos (realimentación) causara cambios más rápidos en RD a través de la regulación inmediata hacia abajo (hacia arriba) en la síntesis de proteínas y respuestas más lentas en K y OIW a través de cambios en la asignación de masa y longitud (K y OIW).


Banco de preguntas de biología de DP

Naturaleza de la ciencia:
Los avances en la investigación científica siguen a las mejoras en la informática y el uso de computadoras ha permitido a los científicos realizar avances en aplicaciones bioinformáticas, como la localización de genes dentro de los genomas y la identificación de secuencias conservadas. (3,7)Comprensiones:

  • El inicio de la traducción implica el ensamblaje de los componentes que llevan a cabo el proceso.
  • La síntesis del polipéptido implica un ciclo repetido de eventos.
  • El desmontaje de los componentes sigue a la terminación de la traducción.
  • Los ribosomas libres sintetizan proteínas para su uso principalmente dentro de la célula.
  • Los ribosomas unidos sintetizan proteínas principalmente para su secreción o para su uso en lisosomas.
  • La traducción puede ocurrir inmediatamente después de la transcripción en procariotas debido a la ausencia de una membrana nuclear.
  • La secuencia y el número de aminoácidos del polipéptido es la estructura primaria.
  • La estructura secundaria es la formación de hélices alfa y láminas plisadas beta estabilizadas por enlaces de hidrógeno.
  • La estructura terciaria es el plegamiento adicional del polipéptido estabilizado por interacciones entre grupos R.
  • La estructura cuaternaria existe en proteínas con más de una cadena polipeptídica.

Aplicación y habilidades:

  • Aplicación: las enzimas que activan el ARNt ilustran la especificidad de la enzima y el sustrato y el papel de la fosforilación.
  • Habilidad: Identificación de polisomas en micrografías electrónicas de procariotas y eucariotas.
  • Habilidad: El uso de software de visualización molecular para analizar la estructura de ribosomas eucariotas y una molécula de ARNt.
  • Se esperan los nombres de los sitios de unión del ARNt, así como sus funciones.
  • No se requieren ejemplos de codones de inicio y parada.
  • Los aminoácidos polares y no polares son relevantes para los enlaces formados entre los grupos R.
  • La estructura cuaternaria puede implicar la unión de un grupo prostético para formar una proteína conjugada.

Utilización:
Programa de estudios y enlaces transversales:
Biología
Tema 2.7 Replicación, transcripción y traducción del ADN
Opción B: Biotecnología y bioinformática

Preguntas directamente relacionadas

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  • 13M.3.SL.TZ1.8a (i): Identify the level of protein structure of the part labelled X.
  • 12M.2.HL.TZ1.2c (i): Label the sense and antisense strands.
  • 12M.2.HL.TZ1.2c (ii): Draw an arrow on the diagram to show where the next nucleotide will be added to the growing mRNA.
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  • 10M.3.SL.TZ2.9b: Explain the significance of polar amino acids and non-polar amino acids in membranes.
  • 10M.3.SL.TZ2.9a: List three functions of proteins, giving a named example of each.
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  • 12N.1.HL.TZ0.24: The diagram is a three-dimensional molecular model of a protein. Which bonds stabilize the.
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  • 10N.2.HL.TZ0.4b: Outline the structure of ribosomes.
  • 09N.2.HL.TZ0.3d: Explain the role of transfer RNA (tRNA) in the process of translation.
  • 09N.3.SL.TZ0.8b: Distinguish between the secondary structure and tertiary structure of proteins.

Sub sections and their related questions

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IB Biology (2016) - Topic 7 - Nucleic Acids PPTs BUNDLE

This bundle includes all of my PPT products designed specifically for 'Topic 7 - Nucleic Acids' in the 2016 IB Biology curriculum. The Topics and slide counts (109 total) are:

I have had success using these presentations to review topics after students have been exposed to the material at home. I typically have the class read relevant material (book, site, etc.) and then watch the videos the day before introducing a topic. During the class period, I use the slides to structure the discussion around the IB Bio Understandings. The remaining class time is spent reinforcing the knowledge or working on activities, written test practice, or nature of science.

**These presentations are based on the IB Biology Course Guide and do not follow any textbook

As always, please let me know if you have any suggestions for improvements. These are always a work in progress!


Functions of RNA in Protein Synthesis

Cells access the information stored in DNA by creating RNA to direct the synthesis of proteins through the process of traducción. Proteins within a cell have many functions, including building cellular structures and serving as enzyme catalysts for cellular chemical reactions that give cells their specific characteristics. The three main types of RNA directly involved in protein synthesis are messenger RNA (mRNA), ribosomal RNA (rRNA), y transfer RNA (tRNA).

In 1961, French scientists François Jacob and Jacques Monod hypothesized the existence of an intermediary between DNA and its protein products, which they called messenger RNA. [1] Evidence supporting their hypothesis was gathered soon afterwards showing that information from DNA is transmitted to the ribosome for protein synthesis using mRNA. If DNA serves as the complete library of cellular information, mRNA serves as a photocopy of specific information needed at a particular point in time that serves as the instructions to make a protein.

The mRNA carries the message from the DNA, which controls all of the cellular activities in a cell. If a cell requires a certain protein to be synthesized, the gene for this product is “turned on” and the mRNA is synthesized through the process of transcripción (see RNA Transcription). The mRNA then interacts with ribosomas and other cellular machinery (Figure 3) to direct the synthesis of the protein it encodes during the process of traducción (see Protein Synthesis). mRNA is relatively unstable and short-lived in the cell, especially in prokaryotic cells, ensuring that proteins are only made when needed.

Figure 3. A generalized illustration of how mRNA and tRNA are used in protein synthesis within a cell.

rRNA and tRNA are stable types of RNA. In prokaryotes and eukaryotes, tRNA and rRNA are encoded in the DNA, then copied into long RNA molecules that are cut to release smaller fragments containing the individual mature RNA species. In eukaryotes, synthesis, cutting, and assembly of rRNA into ribosomes takes place in the nucleolus region of the nucleus, but these activities occur in the cytoplasm of prokaryotes. Neither of these types of RNA carries instructions to direct the synthesis of a polypeptide, but they play other important roles in protein synthesis.

Ribosomes are composed of rRNA and protein. As its name suggests, rRNA is a major constituent of ribosomas, composing up to about 60% of the ribosome by mass and providing the location where the mRNA binds. The rRNA ensures the proper alignment of the mRNA, tRNA, and the ribosomes the rRNA of the ribosome also has an enzymatic activity (peptidyl transferase) and catalyzes the formation of the peptide bonds between two aligned amino acids during protein synthesis. Although rRNA had long been thought to serve primarily a structural role, its catalytic role within the ribosome was proven in 2000. [2] Scientists in the laboratories of Thomas Steitz (1940–) and Peter Moore (1939–) at Yale University were able to crystallize the ribosome structure from Haloarcula marismortui, a halophilic archaeon isolated from the Dead Sea. Because of the importance of this work, Steitz shared the 2009 Nobel Prize in Chemistry with other scientists who made significant contributions to the understanding of ribosome structure.

Transfer RNA is the third main type of RNA and one of the smallest, usually only 70–90 nucleotides long. It carries the correct amino acid to the site of protein synthesis in the ribosome. It is the base pairing between the tRNA and mRNA that allows for the correct amino acid to be inserted in the polypeptide chain being synthesized (Figure 4). Any mutations in the tRNA or rRNA can result in global problems for the cell because both are necessary for proper protein synthesis (Table 1).

Figure 4. A tRNA molecule is a single-stranded molecule that exhibits significant intracellular base pairing, giving it its characteristic three-dimensional shape.

Table 1. Structure and Function of RNA
mRNA ARNr ARNt
Estructura Short, unstable, single-stranded ARN corresponding to a gene encoded within DNA Longer, stable RNA molecules composing 60% of ribosome’s mass Short (70-90 nucleotides), stable RNA with extensive intramolecular base pairing contains an amino acid binding site and an mRNA binding site
Function Serves as intermediary between ADN and protein used by ribosome to direct synthesis of protein it encodes Ensures the proper alignment of mRNA, tRNA, and ribosome during protein synthesis catalyzes peptide bond formation between amino acids Carries the correct amino acid to the site of protein synthesis in the ribosome

Think about It

  • What are the functions of the three major types of RNA molecules involved in protein synthesis?

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Ver el vídeo: BIOMOLÉCULAS ORGÁNICAS - ÁCIDOS NUCLEICOS (Mayo 2022).


Comentarios:

  1. Ozturk

    Pido disculpas, pero en mi opinión estás equivocado. Ingrese, discutiremos. Escríbeme en PM, lo manejaremos.

  2. Stiles

    Sorprendente pero cierto. Su recurso es caro. Al menos en su propia subasta podría venderse por un buen dinero.

  3. Jeryl

    En ella algo es. Ahora todo está claro, muchas gracias por la información.

  4. Maukree

    frase verdadera

  5. Brakasa

    Pido disculpas, no puedo ayudar en nada. Yo creo que encontrarás la decisión correcta.

  6. Meshakar

    Aún así. Aunque hay mucho escrito sobre este tema. Pero realmente NADA nuevo.



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