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Bioquímica
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Historia de la bioquímica
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Biología molecular / m ə l ɛ k j ʊ l ər / es la rama de la biología que se refiere a la molecular básicos de actividad biológica en y entre las células , incluyendo moleculares de síntesis, modificación, mecanismos e interacciones. [1] [2] El dogma central de la biología molecular describe el proceso por el cual el ADN se transcribe en ARN y luego se traduce en proteína. [2] [3]

William Astbury describió la biología molecular en 1961 en Nature , como:

... no tanto una técnica como un acercamiento, un acercamiento desde el punto de vista de las llamadas ciencias básicas con la idea principal de buscar debajo de las manifestaciones a gran escala de la biología clásica el plan molecular correspondiente. Se ocupa particularmente de las formas de las moléculas biológicas y [...] es predominantemente tridimensional y estructural, lo que no significa, sin embargo, que sea simplemente un refinamiento de la morfología. Debe investigar al mismo tiempo la génesis y la función. [4]

Algunas investigaciones clínicas y terapias médicas derivadas de la biología molecular están cubiertas por la terapia génica, mientras que el uso de la biología molecular o la biología celular molecular en medicina ahora se conoce como medicina molecular . La biología molecular también juega un papel importante en la comprensión de las formaciones, acciones y regulaciones de varias partes de las células que se pueden usar para atacar de manera eficiente nuevos medicamentos , diagnosticar enfermedades y comprender la fisiología de la célula. [5]

Historia [ editar ]

Artículo principal: Historia de la biología molecular.

Si bien la biología molecular se estableció como una rama oficial de la ciencia en la década de 1930, el término no fue acuñado hasta 1938 por Warren Weaver . En ese momento, Weaver fue el director de Ciencias Naturales de la Fundación Rockefeller y cree que la biología estaba a punto de experimentar un cambio significativo debido a los recientes avances en la tecnología, tales como la cristalografía de rayos X . [6] [7]

La biología molecular surgió como un intento de responder a las preguntas sobre los mecanismos de herencia genética y la estructura de un gen . En 1953, James Watson y Francis Crick publicaron la estructura de doble hélice del ADN por cortesía del trabajo de cristalografía de rayos X realizado por Rosalind Franklin y Maurice Wilkins . Watson y Crick describieron la estructura del ADN y las interacciones dentro de la molécula. Esta publicación impulsó la investigación en biología molecular y aumentó el interés en el tema. [8]

Relación con otras ciencias biológicas [ editar ]

Relación esquemática entre bioquímica , genética y biología molecular

La siguiente lista describe un punto de vista sobre las relaciones interdisciplinarias entre la biología molecular y otros campos relacionados. [9]

  • La biología molecular es el estudio de los fundamentos moleculares de los fenómenos biológicos, centrándose en la síntesis, modificación, mecanismos e interacciones moleculares.
  • La bioquímica es el estudio de las sustancias químicas y los procesos vitales que ocurren en los organismos vivos. Los bioquímicos se centran en gran medida en el papel, la función y la estructura de biomoléculas como proteínas , lípidos , carbohidratos y ácidos nucleicos . [10]
  • La genética es el estudio de cómo las diferencias genéticas afectan a los organismos. La genética intenta predecir cómo las mutaciones , los genes individualesy las interacciones genéticas pueden afectar la expresión de un fenotipo [11]

Si bien los investigadores practican técnicas específicas de la biología molecular, es común combinarlas con métodos de la genética y la bioquímica . Gran parte de la biología molecular es cuantitativa, y recientemente se ha realizado una cantidad significativa de trabajo utilizando técnicas informáticas como la bioinformática y la biología computacional . La genética molecular , el estudio de la estructura y función de los genes, ha sido uno de los subcampos más destacados de la biología molecular desde principios de la década de 2000. Otras ramas de la biología se basan en la biología molecular, ya sea estudiando directamente las interacciones de las moléculas por derecho propio, como en la biología celular y la biología del desarrollo., o indirectamente, donde se utilizan técnicas moleculares para inferir atributos históricos de poblaciones o especies , como en campos de la biología evolutiva como la genética de poblaciones y la filogenética . También existe una larga tradición de estudiar biomoléculas "desde cero", o molecularmente, en biofísica . [12]

Técnicas de biología molecular [ editar ]

Animación de ADN
Para obtener una lista más extensa sobre métodos de proteínas, consulte métodos de proteínas . Para obtener una lista más extensa sobre métodos de ácidos nucleicos, consulte métodos de ácidos nucleicos .

Clonación molecular [ editar ]

Artículo principal: Clonación molecular
Imagen de transducción

Una de las técnicas más básicas de la biología molecular para estudiar la función de las proteínas es la clonación molecular . En esta técnica, el ADN que codifica una proteína de interés se clona mediante la reacción en cadena de la polimerasa (PCR) y / o enzimas de restricción en un plásmido ( vector de expresión ). Un vector tiene 3 características distintivas: un origen de replicación, un sitio de clonación múltiple (MCS) y un marcador selectivo que suele ser de resistencia a los antibióticos . Localizadas corriente arriba del sitio de clonación múltiple están las regiones promotoras y la transcripciónsitio de inicio que regula la expresión del gen clonado. Este plásmido se puede insertar en células bacterianas o animales. La introducción de ADN en células bacterianas se puede realizar mediante transformación mediante la captación de ADN desnudo, conjugación mediante contacto célula-célula o mediante transducción mediante un vector viral. La introducción de ADN en células eucariotas , como las células animales, por medios físicos o químicos se denomina transfección . Se encuentran disponibles varias técnicas de transfección diferentes, tales como transfección con fosfato de calcio, electroporación , microinyección y transfección de liposomas . El plásmido puede integrarse en el genoma., lo que da como resultado una transfección estable, o puede permanecer independiente del genoma, lo que se denomina transfección transitoria. [13] [14]

El ADN que codifica una proteína de interés ahora está dentro de una célula y la proteína ahora se puede expresar. Una variedad de sistemas, como promotores inducibles y factores de señalización celular específicos, están disponibles para ayudar a expresar la proteína de interés en niveles altos. A continuación, se pueden extraer grandes cantidades de una proteína de la célula bacteriana o eucariota. La proteína se puede probar para determinar su actividad enzimática en una variedad de situaciones, la proteína se puede cristalizar para estudiar su estructura terciaria o, en la industria farmacéutica, se puede estudiar la actividad de nuevos fármacos contra la proteína. [15]

Reacción en cadena de la polimerasa [ editar ]

Artículo principal: reacción en cadena de la polimerasa

La reacción en cadena de la polimerasa (PCR) es una técnica extremadamente versátil para copiar ADN. En resumen, la PCR permite copiar o modificar una secuencia de ADN específica de formas predeterminadas. La reacción es extremadamente poderosa y en condiciones perfectas podría amplificar una molécula de ADN para convertirse en 1.07 mil millones de moléculas en menos de dos horas. La técnica de PCR puede usarse para introducir sitios de enzimas de restricción en los extremos de moléculas de ADN, o para mutar bases particulares de ADN, este último es un método denominado mutagénesis dirigida al sitio . La PCR también se puede usar para determinar si un fragmento de ADN particular se encuentra en una biblioteca de ADNc . La PCR tiene muchas variaciones, como la PCR de transcripción inversa ( RT-PCR) para la amplificación de ARN y, más recientemente, PCR cuantitativa que permite la medición cuantitativa de moléculas de ADN o ARN. [16] [17]

Electroforesis en gel [ editar ]

Artículo principal: Electroforesis en gel
Gel de agarosa al dos por ciento en tampón de borato vertido en una bandeja de gel.

La electroforesis en gel es una de las principales herramientas de la biología molecular. El principio básico es que el ADN, el ARN y las proteínas pueden separarse mediante un campo eléctrico y su tamaño. En la electroforesis en gel de agarosa , el ADN y el ARN pueden separarse en función del tamaño haciendo pasar el ADN a través de un gel de agarosa cargado eléctricamente. Las proteínas se pueden separar sobre la base del tamaño usando un gel SDS-PAGE , o sobre la base del tamaño y su carga eléctrica usando lo que se conoce como electroforesis en gel 2D . [18]

Transferencia y sondeo de macromoléculas [ editar ]

Los términos transferencia del norte , occidental y oriental se derivan de lo que inicialmente fue una broma de biología molecular que jugó con el término transferencia de Southern , después de la técnica descrita por Edwin Southern para la hibridación de ADN borrado. Patricia Thomas, desarrolladora de la transferencia de ARN que luego se conoció como transferencia del norte , en realidad no usó el término. [19]

Transferencia del sur [ editar ]

Artículo principal: Southern blot

El nombre de su inventor, el biólogo Edwin Southern , el Southern blot es un método para probar la presencia de una secuencia de ADN específica dentro de una muestra de ADN. Las muestras de ADN antes o después de la digestión con enzimas de restricción (endonucleasa de restricción) se separan mediante electroforesis en gel y luego se transfieren a una membrana mediante transferencia por capilaridad . Luego, la membrana se expone a una sonda de ADN marcada que tiene una secuencia de bases complementaria a la secuencia del ADN de interés. [20] La transferencia Southern se utiliza con menos frecuencia en las ciencias de laboratorio debido a la capacidad de otras técnicas, como la PCR., para detectar secuencias de ADN específicas a partir de muestras de ADN. Estas transferencias se utilizan todavía para algunas aplicaciones, sin embargo, como la medición transgén número de copias en ratones transgénicos o en la ingeniería de gen knockout líneas de células madre embrionarias . [12]

Transferencia del norte [ editar ]

Artículo principal: Northern blot
Diagrama de transferencia Northern

La transferencia Northern se utiliza para estudiar la presencia de moléculas de ARN específicas como comparación relativa entre un conjunto de diferentes muestras de ARN. Es esencialmente una combinación de electroforesis en gel de ARN desnaturalizante y una mancha . En este proceso, el ARN se separa según el tamaño y luego se transfiere a una membrana que luego se prueba con un complemento marcado.de una secuencia de interés. Los resultados pueden visualizarse a través de una variedad de formas dependiendo de la etiqueta utilizada; sin embargo, la mayoría resulta en la revelación de bandas que representan los tamaños del ARN detectado en la muestra. La intensidad de estas bandas está relacionada con la cantidad de ARN diana en las muestras analizadas. El procedimiento se usa comúnmente para estudiar cuándo y cuánta expresión génica está ocurriendo midiendo cuánto de ese ARN está presente en diferentes muestras, asumiendo que no se produce una regulación postranscripcional y que los niveles de ARNm reflejan niveles proporcionales de la proteína correspondiente que se está produciendo. producido. Es una de las herramientas más básicas para determinar en qué momento y en qué condiciones se expresan ciertos genes en los tejidos vivos. [21] [22]

Western blot [ editar ]

Artículo principal: Western blot

En el Western Blot , las proteínas se separan primero por tamaño, en un gel delgado intercalado entre dos placas de vidrio en una técnica conocida como SDS-PAGE . Las proteínas del gel se transfieren luego a un fluoruro de polivinilideno (PVDF), nitrocelulosa, nailon u otra membrana de soporte. Luego, esta membrana se puede sondar con soluciones de anticuerpos . Los anticuerpos que se unen específicamente a la proteína de interés pueden visualizarse luego mediante una variedad de técnicas, que incluyen productos coloreados, quimioluminiscencia o autorradiografía . A menudo, los anticuerpos se marcan con enzimas. Cuando un sustrato quimioluminiscente se expone a la enzimapermite la detección. El uso de técnicas de Western Blot permite no solo la detección sino también el análisis cuantitativo. Pueden usarse métodos análogos a la transferencia Western para teñir directamente proteínas específicas en células vivas o secciones de tejido . [23] [24]

Mancha oriental [ editar ]

Artículo principal: mancha oriental

La técnica de transferencia oriental se utiliza para detectar modificaciones postraduccionales de proteínas. Las proteínas transferidas al PVDF o la membrana de nitrocelulosa se sondean en busca de modificaciones utilizando sustratos específicos. [25]

Microarrays [ editar ]

Artículo principal: microarrays de ADN
Reproducir medios
Se está imprimiendo una micromatriz de ADN
Hibridación de objetivo a sonda

Una micromatriz de ADN es una colección de puntos unidos a un soporte sólido, como un portaobjetos de microscopio, donde cada punto contiene uno o más fragmentos de oligonucleótidos de ADN monocatenarios . Las matrices permiten colocar grandes cantidades de puntos muy pequeños (100 micrómetros de diámetro) en una sola diapositiva. Cada mancha tiene una molécula de fragmento de ADN que es complementaria a una única secuencia de ADN . Una variación de esta técnica permite calificar la expresión génica de un organismo en una etapa particular de desarrollo ( perfil de expresión ). En esta técnica, el ARN de un tejido se aísla y se convierte en ADN complementario marcado.(ADNc). A continuación, este ADNc se hibrida con los fragmentos de la matriz y se puede realizar la visualización de la hibridación. Dado que se pueden hacer múltiples matrices con exactamente la misma posición de fragmentos, son particularmente útiles para comparar la expresión génica de dos tejidos diferentes, como un tejido sano y canceroso. Además, se puede medir qué genes se expresan y cómo esa expresión cambia con el tiempo o con otros factores. Hay muchas formas diferentes de fabricar microarrays; los más comunes son los chips de silicio, los portaobjetos de microscopio con manchas de ~ 100 micrómetros de diámetro, matrices personalizadas y matrices con manchas más grandes en membranas porosas (macroarrays). Puede haber desde 100 puntos hasta más de 10,000 en una matriz determinada. Las matrices también se pueden hacer con moléculas distintas del ADN. [26] [27][28] [29]

Oligonucleótido específico de alelo [ editar ]

Artículo principal: oligonucleótido específico de alelo

El oligonucleótido específico de alelo (ASO) es una técnica que permite la detección de mutaciones de una sola base sin necesidad de PCR o electroforesis en gel. Las sondas marcadas, cortas (20-25 nucleótidos de longitud) se exponen al ADN diana no fragmentado, la hibridación se produce con una alta especificidad debido a la longitud corta de las sondas e incluso un cambio de base única dificultará la hibridación. A continuación, se lava el ADN diana y se eliminan las sondas marcadas que no se hibridaron. A continuación, se analiza el ADN diana para determinar la presencia de la sonda mediante radiactividad o fluorescencia. En este experimento, como en la mayoría de las técnicas de biología molecular, se debe usar un control para asegurar una experimentación exitosa. [30] [31]

SDS-PAGE

En biología molecular, los procedimientos y tecnologías se desarrollan continuamente y las tecnologías más antiguas se abandonan. Por ejemplo, antes del advenimiento de la electroforesis en gel de ADN ( agarosa o poliacrilamida ), el tamaño de las moléculas de ADN se determinaba típicamente mediante la velocidad de sedimentación en gradientes de sacarosa , una técnica lenta y laboriosa que requiere instrumentación costosa; antes de los gradientes de sacarosa, se utilizó viscosimetría . Aparte de su interés histórico, a menudo vale la pena conocer la tecnología más antigua, ya que en ocasiones es útil para resolver otro problema nuevo para el que la técnica más nueva es inapropiada. [32]

Ver también [ editar ]

  • Astrobiología
  • Dogma central de la biología molecular
  • Codigo genetico
  • Genoma
  • Institutos de biología molecular
  • Ingeniería molecular
  • Microbiología molecular
  • Modelado molecular
  • Predicción de la interacción de proteínas
  • Predicción de la estructura de proteínas
  • Proteoma
  • Biología Celular

Referencias [ editar ]

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Lectura adicional [ editar ]

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  • Rodgers M (junio de 1975). "El congreso de la caja de Pandora". Rolling Stone . 189 : 37–77.
  • Roberts K, Raff M, Alberts B, Walter P, Lewis J, Johnson A (2002). Biología molecular de la célula . Garland Science. ISBN 978-0-8153-3218-3.

Enlaces externos [ editar ]

Recursos de la biblioteca sobre
biología molecular
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  • Medios relacionados con la biología molecular en Wikimedia Commons
  • Bioquímica y Biología Molecular en Curlie