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Biotecnología

Biotechnology

La biotecnología usa enzimas de restricción para cortar el ADN en sitios elegidos, ADN ligasa para unir los fragmentos y la PCR para copiar una y otra vez un fragmento de ADN concreto. Una enzima de restricción reconoce una secuencia palindrómica, que se lee igual en las dos hebras, y corta las dos hebras en puntos escalonados dejando extremos cohesivos; cada ciclo de PCR de desnaturalización, unión de cebadores y extensión duplica el ADN. Si se introduce un gen en un vector como un plásmido y se expresa en un huésped como E. coli, se obtienen proteínas como la insulina en grandes cantidades. En el diagrama puedes ver cómo EcoRI corta GAATTC y deja en cada fragmento una cola monocatenaria AATT, y cómo el número de moléculas de ADN sube en línea recta en escala logarítmica al sumar ciclos de PCR.

Cortar, unir y copiar genes

💡 Las herramientas básicas de la biotecnología
①Enzima de restricción: tijeras moleculares que reconocen una secuencia de bases concreta del ADN y cortan justo ahí
②ADN ligasa: pegamento molecular que une los esqueletos de azúcar y fosfato de los fragmentos cortados
③PCR (reacción en cadena de la polimerasa): técnica que selecciona un fragmento de ADN y lo copia millones de veces o más
④Las pruebas de infección por virus usan la PCR para multiplicar el material genético del virus en una muestra hasta poder detectarlo
⑤El ADN recombinante hecho con estas herramientas sirve para producir en masa proteínas como la insulina y la hormona del crecimiento

Enzimas de restricción: tijeras moleculares

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🔍 Cómo corta una enzima de restricción
①EcoRI reconoce 5'-GAATTC-3', y la hebra complementaria también se lee GAATTC de 5' a 3', así que el sitio es un palíndromo
②EcoRI corta las dos hebras entre la G y la A, así que los cortes de una y otra hebra quedan escalonados
③Como resultado, cada fragmento termina con cuatro bases monocatenarias, AATT, que sobresalen: un extremo cohesivo
④Cualquier otro ADN cortado con la misma enzima tiene los mismos extremos cohesivos, así que los fragmentos se emparejan y se unen con facilidad
⑤Algunas enzimas de restricción cortan las dos hebras en el mismo punto y dejan extremos romos, sin cola monocatenaria

PCR: multiplicar solo el ADN que interesa

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ADN obtenido por PCR
número de moléculas de ADN = número inicial × 2n (n = número de ciclos)
en teoría, 30 ciclos convierten una molécula en unos mil millones (2³⁰ ≈ 1,07 × 10⁹)
💡 Las tres fases de la PCR
①Desnaturalización (unos 94 °C): el calor rompe los puentes de hidrógeno del ADN bicatenario y separa las dos hebras
②Unión de cebadores (unos 55 °C): al bajar la temperatura, los cebadores se unen a los dos extremos de la región que se quiere copiar
③Extensión (unos 72 °C): una ADN polimerasa resistente al calor alarga los cebadores y fabrica hebras nuevas
④Estas tres fases forman un ciclo, cada ciclo duplica el ADN y suele repetirse de 25 a 35 veces
⑤Para detectar un virus de ARN, la transcriptasa inversa convierte primero el ARN en ADNc, que luego se multiplica por PCR

ADN recombinante y sus aplicaciones

Cómo se obtiene ADN recombinante
cortar el gen y el plásmido con la misma enzima de restricción → unirlos con ADN ligasa → introducirlos en E. coli (transformación) → seleccionar las bacterias con el plásmido recombinante
se introduce un gen elegido en otro organismo para que este fabrique el producto del gen
📐 Técnicas clave y sus usos
①Vector: el vehículo que lleva un gen a una célula huésped; los plásmidos, que se copian solos dentro de las bacterias, son el ejemplo típico
②Transformación: las bacterias que incorporan un gen ajeno lo expresan y muestran un rasgo nuevo
③E. coli con el gen humano de la insulina fabrica insulina humana en grandes cantidades para tratar la diabetes
④Electroforesis en gel: los fragmentos de ADN, con carga negativa, avanzan por el gel hacia el polo positivo, y los más pequeños llegan más lejos
⑤Huella genética: se distingue a las personas comparando repeticiones cortas en tándem (STR), cuyo número de repeticiones varía de una persona a otra

Ejemplos y examen

Ejemplo 1
En teoría, ¿cuántas moléculas se obtienen a partir de una molécula de ADN tras 10 ciclos de PCR?
1
Cada ciclo de PCR duplica el ADN, así que tras n ciclos hay 2n veces más.
2
Tras 10 ciclos, 210 = 1024, así que una molécula pasa a ser 1024.
▸ 210 = 1024 moléculas
El eje vertical de la gráfica es logarítmico, así que 2n se ve como una recta. Cada 10 ciclos más multiplican el ADN por unas 1000 veces: un millón tras 20 ciclos y mil millones tras 30.
Ejemplo 2
Dos ADN distintos se cortan con la misma enzima de restricción para obtener extremos cohesivos. ¿Qué enzima une los dos fragmentos en uno?
1
Al cortar con la misma enzima, los extremos cohesivos de los dos fragmentos tienen secuencias complementarias.
2
Cuando los extremos se emparejan, la ADN ligasa une los esqueletos de azúcar y fosfato y completa una molécula de ADN recombinante.
▸ ADN ligasa
Si la enzima de restricción es la tijera, la ADN ligasa es el pegamento. Las dos se usan juntas para insertar un gen elegido en un plásmido.
tipo examen de clase
¿Qué afirmación sobre las técnicas de biotecnología es correcta?
①La fase de extensión de la PCR se hace a unos 94 °C.
②Las enzimas de restricción cortan el ADN en cualquier posición.
③En teoría, n ciclos de PCR multiplican el ADN por 2n.
④En la electroforesis en gel, los fragmentos de ADN grandes avanzan más deprisa.
⑤La ADN ligasa es una enzima que corta el ADN.
▸ ③ En teoría, n ciclos de PCR multiplican el ADN por 2n.
1
La PCR repite como un ciclo la desnaturalización, la unión de cebadores y la extensión, y cada ciclo duplica el ADN, así que tras n ciclos hay 2n veces más.
2
La extensión se hace a unos 72 °C (①), las enzimas de restricción solo cortan secuencias palindrómicas concretas (②), en la electroforesis avanzan más deprisa los fragmentos pequeños (④) y la ADN ligasa une el ADN (⑤).

Resumen

Amplificación por PCR
n ciclos → 2n veces más (n = número de ciclos)
en teoría, un millón de veces tras 20 ciclos y mil millones tras 30
🎯 Puntos clave
①La PCR repite como un ciclo desnaturalización (unos 94 °C) → unión de cebadores (unos 55 °C) → extensión (unos 72 °C)
②En teoría, tras n ciclos hay 2^n veces más ADN
③Las enzimas de restricción reconocen secuencias palindrómicas concretas y las cortan, dejando extremos cohesivos o romos
④Para obtener ADN recombinante se usan enzimas de restricción, ADN ligasa y un vector (plásmido)
⑤En la electroforesis en gel los fragmentos pequeños llegan más lejos, y la huella genética distingue a las personas por el número de repeticiones de los STR
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