elo-326 introducción a softcomputing y aplicaciones bio...

UNIVERSIDAD TECNICA FEDERICO SANTA MARIA

DEPARTAMENTO DE ELECTRONICA

ELO-326 Introducción a SoftComputing y Aplicaciones

Bio-introducción

Dr. Tomás Arredondo Vidal

1er Semestre 2005


DEPARTAMENTO DE ELECTRONICAELO-326 Bio-introducción

En la siguiente charla vamos a introducir conceptos relacionados con la biologia.Específicamente se va a discutir lo siguiente:●células, ●ADN, ●ARN, ●dogma central,●evolución.



●Las funciones biológicas de los organismos dependen de las células para la producción y regulación de compuestos necesarios para su funcionamiento●Las células a su vez dependen de la información almacenada en el ADN para su replicación y para la determinación de cuales compuestos deben producir●¿Como llega el ADN a conformarse de esta manera?



●Fuerzas estocásticas evolucionarías actúan sobre los genómas●Esto resulta en un patron de características que se manifiestan en la forma de patrones celulares, ADN, motifs etc



●El ADN es el que especifica el genoma y es el genoma de un organismo que contiene la información biologica necesaria para construir y mantener al organismo●La mayoría de los organismos tienen genómas de ADN (Ácido Desoxirribonucleico)●Algunos viruses tienen genómas de ARN (Ácido Ribonucleico)



●La secuencia genética del ADN esta codificada en secuencias de nucleotidos (Adenosina, Timina, Citosina, Guanina) ●El ARN substituye Timina por Uracilo●El ADN actúa como un molde en la replicación celular para producir mas ADN (mitosis)●El ADN también transmite la información necesaria para la reproducción celular (meiosis)



●Dogma Central: ADN transcrito a RNA, RNA traducido (usando el código genetico) a proteínas



●El filósofo Griego Anaximandro (611-547 a.C.) y el romano Lucrecio (99-55 a.C.) intuyeron que todas las cosas vivas se encuentran relacionadas y que ellas cambiaron en el transcurso del tiempo. ●Aristóteles desarrolló su Scala Naturae, o Escala de la naturaleza, para explicar su concepto del avance de las cosas vivientes desde lo inanimado a las plantas, luego a los animales y finalmente al hombre.



●Los científicos post-Aristotélicos fueron restringidos por los pensamientos prevalentes en la Edad Media que exigía la aceptación del dogma religioso sobre la creación del mundo● El Arzobispo James Ussher de Irlanda, a mediados del siglo 17, calculó la edad de la Tierra basado en la genealogía desde Adán y Eva. De acuerdo a sus cálculos, la Tierra se formó el 22 de Octubre, 4004 a.C.



● Leonardo da Vinci calculó, en base a los sedimentos del río italiano Po, que debió haber tomado unos 200.000 para formarse sus depósitos.●James Hutton, considerado el padre de la moderna Geología, desarrolló (en 1795) la teoría del uniformismo en la cual ciertos procesos geológicos operaron en el pasado en la misma forma que lo hacen hoy en día. ●Por lo tanto muchas estructuras geológicas no podían explicarse con una Tierra de solo 5.000 años.



●Jean Baptiste de Lamarck (1744-1829) el mismo científico que acuñó el término biología, concluyó que los organismos mas complejos evolucionaron de organismos mas simples preexistentes●Charles Darwin (1836) y Alfred Wallace, ambos trabajando independientemente, realizaron extensos viajes y, eventualmente, desarrollaron la misma teoría acerca de como cambió la vida a lo largo de los tiempos como así también un mecanismo para ese cambio: la selección natural.●Darwin viajo en el H.M.S. Beagle (His Majesty's Ship) al mando de Robert FitzRoy.



Darwin concluyo en su libro “On the Origin of Species”1. Adaptación: todos los organismos se adaptan a su medio ambiente2. Variación: todos los organismos presentan caracteres variables, estos son una cuestión de azar, aparecen en cada población natural y se heredan entre los individuos. No los produce una fuerza creadora, ni el ambiente, ni el esfuerzo inconsciente del organismo, no tienen destino ni dirección, pero a menudo ofrecen valores adaptativos positivos o negativos.



3. Sobre-reproducción: los organismos tienden a reproducirse mas allá de la capacidad de su medio ambiente para mantenerlos (esto se basó en las teorías de Thomas Malthus, señaló que las poblaciones tienden a crecer geométricamente hasta un límite dado por la restricción, entre otros, de la cantidad de alimentos, tierra, etc).4. Dado que no todos los individuos están adaptados por igual a su medio ambiente, algunos sobrevivirán y se reproducirán mejor que otros, esto es conocido como selección natural. Alguna veces se hace referencia a este hecho como "la supervivencia del mas fuerte", en realidad tiene mas que ver con los logros reproductivos del organismo mas que con la fuerza del mismo.



●Ni Darwin ni Wallace pudieron explicar cómo ocurre la evolución, ni como pasaban las variaciones de una generación a otra (el moje agustino Gregor Mendel había publicado sus trabajos acerca de la genética pero Darwin no llegó a conocerlo, Mendel luego de sus trabajos fue nombrado abad de su monasterio y en ello ocupó el resto de su vida). ●Redescubiertos los trabajos de Mendel en 1900, la genética proveyó las respuestas necesarias.



Teoría NEODARWINIANA

1. Los individuos en una población tiene niveles variables de agilidad, tamaño, capacidad para obtener comida y diferente éxito en reproducirse.2. Libradas a si mismas, las poblaciones tienden a expandirse exponencialmente, llevando esto a que los recursos escaseen.



3. En el curso de su existencia algunos individuos son mas exitosos que otros, lo que los lleva a sobrevivir en mayor grado y a reproducirse mas exitosamente.4. Estos organismos de mayor supervivencia y reproducción dejarán mas descendientes que aquellos individuos menos adaptados.5. Con el tiempo las variaciones heredables darán lugar a cambios genotípicos y fenotípicos de la especie cuya resultante es la transformación de la especie original en una nueva especie, distinta de la especie que le dio origen.



●Gregor Mendel, desarrolló los principios fundamentales de que hoy es la moderna ciencia de la genética. ●Mendel demostró que las características heredables son llevadas en unidades discretas que se heredan por separado en cada generación. ●Estas unidades discretas, que Mendel llamó elemente, se conocen hoy como genes.



●Mendel en 1865 hizo experimentos sobre la descendencia de las arvejas basados en el fenotipo observable de ellas.



●Así, Mendel aisló 7 pares de caracteres que eran razas puras: cada carácter estudiado se presentaba en dos variantes, tales como: altura de la planta (alta o baja), superficie de la semilla (lisa o rugosa), forma de la vaina (inflada o contraída), forma de la vaina y otras (ver esquema a continuación). ●En sus experimentos Mendel uso unas 28.000 plantas de arvejas.



●Como ejemplo observo que el tamaño y forma de las arvejas correspondía a dos características (genes) que tenían múltiples formas (alelos). ●En el caso de tamaño es alto y bajo en el caso de la forma es arrugado o redondo



Mendel termino determinando dos leyes de la genética:●Los alelos se distribuyen aleatoriamente●Pares de alelos se distribuyen independientemente

En el caso de la segunda ley esto indica que la descendencia de un gen es independiente del otro gen. Por eso es que los resultados de los cruces genéticos son predecibles.



●

●En 1905 Bateson, Saunders y Punnett descubrieron la conexión genetica.●Ellos determinaron que genes están localizados en cromosomas y que cada cromosoma es una unidad que se reproduce intactamente.●Esta idea fue modificada posteriormente por Thomas Hunt Morgan



●Thomas Hunt Morgan en 1910 estudio en detalle la conexión genética (genetic linkage) con moscas de la fruta. ●El determino que los genes en los cromosomas tienen conexión parcial (partial linkage) al estudiar Meiosis.●Esto ocurre porque las cromosomas homologas pueden intercambiar ADN durante la fase Prophase I



●En esta fase los cromosomas establecen un bivalente y se puede ocurrir el intercambio de genes.●La frecuencia con la cual los genes son separados por cruces es directamente proporcional con su distancia en su cromosoma.



Referencias:

Brown, T.A., Genomes, Wiley, 1999Perkus, J. K., Mathematics of Genome Analysis, 2002Gibas, C., Developing Bioinformatics Computer Skills, 2001http://www.biologia.edu.ar/index.htmlhttp://www.arrakis.es/%7Elluengo/Link antiguo: http://www.multisan2001.com

elo-326 introducción a softcomputing y aplicaciones bio...

Documents