| Fundamental | Suplemento |
|---|---|
| 1 Indicar que las bacterias son útiles en la biotecnología y la modificación genética debido a su rápida tasa de reproducción y su capacidad para producir moléculas complejas | 2 Discutir por qué las bacterias son útiles en la biotecnología y la modificación genética, limitándose a: (a) las pocas preocupaciones éticas sobre su manipulación y crecimiento (b) la presencia de plásmidos |
Biotecnología y modificación genética
IGCSE Biología · Tema 21
7:59
Biotecnología y modificación genética
Tanques de acero, cálidos y suavemente agitados. Dentro de tanques como estos, miles de millones de microbios vivos están trabajando para nosotros—haciendo penicilina, un alimento proteico llamado…
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21.1
Por qué las bacterias son útiles
Syllabus
Fuente: Plan de estudios Cambridge International
La biotecnología utiliza seres vivos (o sus enzimas) para fabricar productos útiles. Las bacterias son especialmente útiles porque:
- se reproducen muy rápido (alta tasa de reproducción).
- pueden sintetizar moléculas complejas.
- (Suplemento) existen pocas preocupaciones éticas sobre su cultivo, y contienen plásmidos (pequeños anillos de ADN fáciles de manipular).
Vocabulario
Entrenar
| Inglés | Chino | Pinyin |
|---|---|---|
| bacteria/bækˈtɪərɪə/ | 细菌 | xì jūn |
| rate/reɪt/ | 速率 | sù lǜ |
| molecules/ˈmɒlɪkjuːlz/ | 分子 | fèn zǐ |
| ethical/ˈeθɪkl/ | 伦理 | lún lǐ |
| plasmids/ˈplæzmɪdz/ | 质粒 | zhì lì |
21.2
Biotecnología en acción
Syllabus
| Núcleo | Suplemento |
|---|---|
| 1 Describir el papel de la respiración anaeróbica en la levadura durante la producción de etanol para biocombustibles | |
| 2 Describir el papel de la respiración anaeróbica en la levadura durante la elaboración de pan | |
| 3 Describir el uso de la pectinasa en la producción de jugos de fruta | |
| 4 Investigar y describir el uso de detergentes biológicos que contienen enzimas | |
| 5 Explicar el uso de la lactasa para producir leche sin lactosa | |
| 6 Describir cómo los fermentadores pueden utilizarse para la producción a gran escala de productos útiles por bacterias y hongos, incluyendo insulina, penicilina y micoproteína | |
| 7 Describir y explicar las condiciones que deben controlarse en un fermentador, incluyendo: temperatura, pH, oxígeno, suministro de nutrientes y productos de desecho |
Fuente: Plan de estudios Cambridge International
Levadura: biocombustibles y pan
La levadura realiza respiración anaeróbica (sin oxígeno), produciendo etanol y dióxido de carbono.
- el etanol puede utilizarse como un biocombustible.
- en la elaboración del pan, el dióxido de carbono hace que la masa suba.
Enzimas en la industria
- La pectinasa descompone las paredes celulares para liberar más jugo de la fruta, obteniendo más jugo y más claro.
- los detergentes biológicos contienen enzimas (como proteasas y lipasas) que digieren manchas, incluso a temperaturas más bajas.
- (Suplemento) La lactasa descompone la lactosa para producir leche sin lactosa, para personas que no pueden digerirla.
Fermentadores (Suplemento)
Un fermentador es un tanque grande utilizado para cultivar bacterias u hongos con el fin de obtener productos útiles, como insulina, penicilina y micoproteína. Las condiciones internas deben controlarse cuidadosamente: temperatura, pH, oxígeno, suministro de nutrientes y eliminación de residuos.
Explorar
Laboratorio de aplicaciones de biotecnología
Clasificar ejemplos de biotecnología según el problema que resuelven.
Explorar
Bucle de control del fermentador
Observe cómo un fermentador mantiene a los microbios creciendo a la tasa óptima.
Vocabulario
Entrenar
| Inglés | Chino | Pinyin |
|---|---|---|
| biotechnology/ˌbaɪəʊtekˈnɒlədʒi/ | 生物技术 | shēng wù jì shù |
| enzymes/ˈenzaɪmz/ | 酶 | méi |
| yeast/jiːst/ | 酵母 | jiào mǔ |
| anaerobic respiration/ˌæneəˈrəʊbɪk ˌrespɪˈreɪʃn/ | 无氧呼吸 | wú yǎng hū xī |
| ethanol/ˈeθənɒl/ | 乙醇 | yǐ chún |
| biofuel/ˌbaɪəʊˈfjuːəl/ | 生物燃料 | shēng wù rán liào |
| pectinase/ˈpektɪneɪs/ | 果胶酶 | guǒ jiāo méi |
| washing powders/ˈwɒʃɪŋ ˈpaʊdəz/ | 洗衣粉 | xǐ yī fěn |
| lactase/ˈlækteɪs/ | 乳糖酶 | rǔ táng méi |
| lactose/ˈlæktəʊs/ | 乳糖 | rǔ táng |
| fermenter/fɜːˈmentə/ | 发酵罐 | fā jiào guàn |
| insulin/ˈɪnsjuːlɪn/ | 胰岛素 | yí dǎo sù |
| penicillin/ˌpenɪˈsɪlɪn/ | 青霉素 | qīng méi sù |
| mycoprotein/ˈmaɪkəprəʊtiːn/ | 真菌蛋白 | zhēn jūn dàn bái |
| temperature/ˈtemprɪtʃə/ | 温度 | wēn dù |
| oxygen/ˈɒksɪdʒn/ | 氧气 | yǎng qì |
21.3
Modificación genética
Syllabus
| Núcleo | Suplemento |
|---|---|
| 1 Describir la modificación genética como el cambio en el material genético de un organismo mediante la eliminación, alteración o inserción de genes individuales | 3 Describir brevemente el proceso de modificación genética utilizando la producción bacteriana de una proteína humana como ejemplo, limitado a: (a) aislamiento del ADN que forma un gen humano mediante enzimas de restricción, formando extremidades pegajosas; (b) corte del ADN plasmídico bacteriano con las mismas enzimas de restricción, formando extremidades pegajosas complementarias; (c) inserción del ADN humano en el ADN plasmídico bacteriano usando ligasa de ADN para formar un plásmido recombinante; (d) inserción de plásmidos recombinantes en bacterias (no se requieren detalles específicos); (e) multiplicación de bacterias que contienen plásmidos recombinantes; (f) expresión en bacterias del gen humano para producir la proteína humana |
| 2 Describir brevemente ejemplos de modificación genética: (a) la inserción de genes humanos en bacterias para producir proteínas humanas; (b) la inserción de genes en plantas de cultivo para conferir resistencia a herbicidas; (c) la inserción de genes en plantas de cultivo para conferir resistencia a plagas insectílicas; (d) la inserción de genes en plantas de cultivo para mejorar sus cualidades nutricionales | |
| 4 Discutir las ventajas e inconvenientes de modificar genéticamente cultivos, incluyendo la soja, el maíz y el arroz |
Fuente: Plan de estudios Cambridge International
La modificación genética significa alterar el material genético de un organismo eliminando, modificando o insertando genes individuales.
Producción de una proteína humana en bacterias (Suplemento)
Por ejemplo, para fabricar una proteína humana (como la insulina) en bacterias:
- cortar el gen humano fuera del ADN humano usando enzimas de restricción, que dejan extremos cohesivos (o pegajosos).
- abrir un plásmido bacteriano con las mismas enzimas de restricción, obteniendo extremos cohesivos compatibles.
- unir el gen humano al plásmido utilizando la DNA ligasa, formando un plásmido recombinante.
- introducir el plásmido recombinante en una bacteria.
- las bacterias se multiplican y expresan el gen humano, produciendo la proteína humana.
Ejemplo resuelto. Ordena los pasos para fabricar insulina humana en bacterias. Las enzimas de restricción cortan el gen de insulina humana fuera del ADN humano, dejando extremos cohesivos. La misma enzima de restricción abre un plásmido bacteriano, por lo que sus extremos cohesivos coinciden con los del gen. La ligasa une el gen al plásmido, creando un plásmido recombinante. El plásmido se introduce en una bacteria, y las bacterias se multiplican en un fermentador, cada una expresando el gen y produciendo insulina humana. Dos puntos dependen de la precisión: la misma enzima debe cortar tanto el gen como el plásmido, lo cual hace que los extremos cohesivos encajen; y la ligasa une —no corta—.
Ejemplos de modificación genética
La modificación genética se utiliza para:
- insertar genes humanos en bacterias para producir proteínas humanas (como la insulina).
- insertar genes en plantas de cultivo para conferir resistencia a herbicidas.
- insertar genes en cultivos para conferir resistencia a plagas insectícidas.
- insertar genes en cultivos para mejorar su valor nutricional.
(Suplemento) Los cultivos GM como la soja, el maíz y el arroz pueden ofrecer mayores rendimientos y mejor nutrición, pero algunas personas temen efectos en la salud, en especies silvestres y sobre el costo de las semillas GM.
Explorar
Ruta de la modificación genética
Siga los pasos principales desde un gen útil hasta un organismo modificado.
Vocabulario
Entrenar
| Inglés | Chino | Pinyin |
|---|---|---|
| genetic modification/dʒɪˈnetɪk ˌmɒdɪfɪˈkeɪʃn/ | 基因改造 | jī yīn gǎi zào |
| genetic material/dʒɪˈnetɪk məˈtɪərɪəl/ | 遗传物质 | yí chuán wù zhì |
| genes/dʒiːnz/ | 基因 | jī yīn |
| protein/ˈprəʊtiːn/ | 蛋白质 | dàn bái zhì |
| restriction enzymes/rɪˈstrɪkʃn ˈenzaɪmz/ | 限制酶 | xiàn zhì méi |
| sticky ends/ˈstɪki endz/ | 黏性末端 | nián xìng mò duān |
| ligase/ˈlɪɡeɪs/ | 连接酶 | lián jiē méi |
| recombinant plasmid/ˌriːˈkɒmbɪnənt ˈplæzmɪd/ | 重组质粒 | chóng zǔ zhì lì |
| express/ekˈspres/ | 表达 | biǎo dá |
| crop plants/krɒp plænts/ | 农作物 | nóng zuò wù |
| resistance/rɪˈzɪstəns/ | 抗性 | kàng xìng |
| herbicides/ˈhɜːbɪsaɪdz/ | 除草剂 | chú cǎo jì |
21.3
Consejos para el examen
- Se usan bacterias porque se reproducen rápido, sintetizan moléculas complejas y contienen plásmidos.
- Levadura (respiración anaeróbica) → etanol (biocombustible) y dióxido de carbono (pan). Enzimas: pectinasa (jugo de frutas), proteasas y lipasas (detergentes), lactasa (leche sin lactosa).
- Los fermentadores producen insulina, penicilina y micoproteína; controlan temperatura, pH, oxígeno, nutrientes y residuos.
- Modificación genética: cortar un gen con enzimas de restricción (extremos cohesivos) → unirlo a un plásmido con ligasa (un plásmido recombinante) → introducirlo en bacterias → expresar el gen para producir la proteína.
- Los cultivos GM pueden resistir herbicidas o plagas insectícidas, o tener mejor nutrición.
Lecciones interactivas sobre este tema
Trátalo paso a paso, con ejercicios de verificación instantánea.