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La relacin de la Qumica conotras disciplinas cientficas
y tecnolgicas
Carlos Miranda29 de abril de 2009
I CURSO DE DIVULGACIN
LOS AVANCES DE LA QUMICA Y SU IMPACTO EN LA SOCIEDAD
La relacin de la Qumica con otras disciplinas cientficas y tecnolgicas

La relacin de la Qumica con otras disciplinas cientficas y tecnolgicasQumica enCiencias Medioambientales
La relacin de la Qumica con otras disciplinas cientficas y tecnolgicasQumica en Toxicologa

BIOLOGABiologa celularMicrobiologa
AnatomaFisiologaGentica
La Qumica, la ciencia central
QUMICA
FSICAFsica atmica y nuclear
Mecnica cunticaEspectroscopa
Ciencia de materialesBiomecnica
BIOQUMICABiologa molecular
InmunologaEndocrinologa
Ingeniera gentica
MEDICINA y CC. SALUDFarmacologa
NutricinQumica clnica
Radiologa
QUMICANUCLEARRadioqumica
Medicina nuclear
CIENCIAS DE LASPLANTAS
BotnicaAgronoma
CIENCIASMEDIOAMBIENTALES
EcologaEstudios de contaminacin
GEOLOGA
ASTRONOMA
La relacin de la Qumica con otras disciplinas cientficas y tecnolgicasQumica en Biologa:Secuenciacin del ADN
Walter GILBERT Frederick SANGER
Premio Nobel de Qumica (1980)
Determinacin de la secuencia de bases de los cidos nucleicos

Aspectos estructurales de la molcula de ADN
La molcula de ADN es un polinucletido = polmero de nucletidos
Qu es un nucletido?
NUCLETIDO Pentosa(Azcar de 5 t. de C)
Base nitrogenada Grupos fosfato(de uno a tres)
= + +
nuclesido
nucletido monofosfato
PURINA
PIRIMIDINA
NH
N
O
O
RUracilo
ARN
nucletido difosfato
nucletido trifosfato
Aspectos estructurales de la molcula de ADN
En los seres vivos est constituida por dos cadenas antiparalelas, formando la conocida doble hlice
Interacciones por enlaces de hidrogeno por pares A=T y C=G=

El grupo OH en posicin 3 del anillo de desoxirribosa es fundamental para la polimerizacin de la molcula de ADN
: :
O
HO
HH
HH
PO
O-
O-
O
HO
HH
HH
PO O-
Base
Base
O
HOH
HH
HH
O Base
O
P-O O-
O-
5
3
O
HOH
HH
HH
OPO
O-
O
POP-O
O
O-
O
O-
Base
O
HO
HH
HH
PO
O-
O
O-
O
HO
HH
HH
PO O-
Base
Base
O
HO
HH
HH
O Base
PO O-
O
HOH
HH
HH
O Base
O
P-O
O-
5
3
OP-O
O-
O
OHP
O-
O
Mecanismo de polimerizacin del ADN
ADN Polimerasa
La relacin de la Qumica con otras disciplinas cientficas y tecnolgicasSecuenciar el ADN:Planteamiento del problema
El nucletido es el bloque fundamental
Cmo conocer el orden de los nucletidos?
El OH en posicin 3 es el responsable de la polimerizacinNUCLETIDO
Grupo OH (3)
Hebra de ADN

La relacin de la Qumica con otras disciplinas cientficas y tecnolgicasSecuenciar el ADN:Mtodo de terminacin de la cadena
Se puede separar ADN en funcin del tamao
Distinta longitud?
SParando la elongacin de la cadena
Cmo?
Neutralizando el punto de crecimiento
Electroforesis Poliacrilamida-Urea(Resolucin: 1 nucletido)
La relacin de la Qumica con otras disciplinas cientficas y tecnolgicasSecuenciar el ADN:Didesoxinucletidos trifosfatados
DESOXINUCLETIDOS (dNTP) vs DIDESOXINUCLETIDOS (ddNTP)
ddATPdATP
Ausencia del grupo OH en posicin 3 del anillo de ribosa
No se puede formar el enlace fosfodister
Terminacin qumica de la cadena de ADN

Identificacin de los fragmentos
polimerasa
muestra ADNdATPdCTP
dGTP
dTTP
ddATPddCTPddTTPddGTP
3
5
Identificacin de los fragmentos
Fsforo radiactivo (32P y 33P)
MARCAJE
SOLUCIN:
5aAAATCAATTCTGTGAACGATAATCCAGTCATTGATGTTGCCAGAGACAAAGCT 3'
pequeos
grandes
TAM
A
O F
RA
GM
EN
TOS

La relacin de la Qumica con otras disciplinas cientficas y tecnolgicasMarcaje de los nucletidos de terminacin
Marcaje con colorantes fluorescentes
NB
NF F
CH3
CHS
CHR
Bodipy-FL-510[abs (max) = 502 nm; em (max) = 510 nm]
R6G [abs (max) = 525 nm; em (max) = 550 nm]
Bodipy-650[abs (max) = 630 nm; em (max) = 650 nm]
ROX[abs (max) = 575 nm; em (max) = 602 nm]
VENTAJAS:
Una sola reaccin de secuenciacin Fcil automatizacin
La relacin de la Qumica con otras disciplinas cientficas y tecnolgicasMarcaje de los nucletidos de terminacin
Separacin de fragmentos por electroforesis capilar
..
Pol. lquido
ATTGC A
Laser
Prisma
Detectores
-
VentanaReaccin Secuencia
Capilar
....
Pol. lquidoPol. lquido
ATTGC AATTGC A
LaserLaser
PrismaPrisma
DetectoresDetectores
--
VentanaVentanaReaccin SecuenciaReaccin Secuencia
CapilarCapilar

Proyecto GENOMA HUMANO
Febrero de 2001
Science 291,1304-1351 (16 February 2001)
Nature 409, 856-859 (15 February 2001)
Qumica en Medicina

La relacin de la Qumica con otras disciplinas cientficas y tecnolgicasQumica y Medicina:Contrastes radiolgicos
RADIOGRAFA
Distinguen tejidos blandos por diferencia de opacidad frente a rayos X
CONTRASTES RADIOLGICOS
Sustancia susceptible de ser empleada en exmenes mdicos de rayos X
Contrastes densos
Basados en compuestos qumicos que contienen tomos pesados
Ofrecen una mayor opacidad a los rayos X
FUEN
TE R
AYO
S X
Plac
a fo
tose
nsib
le

Contrastes densos
Sulfato de Bario Compuestos de yodo
Iohexol
Contrastes densos
Contrastes hipodensos
Basados en compuestos qumicos que contienen tomos pesados
Ofrecen una mayor opacidad a los rayos X
Basado en el uso de un gas o de aire
Presentan una menor opacidad
FUEN
TE R
AYO
S X
Plac
a fo
tose
nsib
le

La relacin de la Qumica con otras disciplinas cientficas y tecnolgicasQumica y Medicina:Medicina Nuclear
Radioistopos ms empleados
Henri Danlos (fsico frances) en 1901 emple radio para tratar heridas de piel producidas en enfermos de tuberculosis
Empleo de istopos radioactivos para dianstico clnico y tratamiento de enfermedades: Algunos tipos de cncer
Enfermedades cardiovasculares Desrdenes neurolgicos
Radioistopo Smbolo Radiacin Vida media Uso
Tritio 12.32 aos Trazador bioqumico
Sodio-24 14.95 horas Circulacin sangunea
Fsforo-32 14.28 das Terapia anti-leucemia
Cobalto-60 , 5.27 aos Terapia cancerosa
Arsnico-74 + 17.8 das Localizacin tumores cerebrales
Tecnecio-99 6.01 horas Escner cerebral
Yodo-131 8.04 das Terapia tiroidea
H13
Na1124
P1532
Co2760
As3374
I53131
Tc4399m
Tomografa por emisin de positrones
Tcnica de anlisis en tiempo real no invasiva
En combinacin con TAC(tomografa axial computerizada)
imagen de PET TAC cuerpo entero
Imagen tpica PET cerebral
Informacin y diagnsticos MUY PRECISOS

PET: Radiotrazadores
Administrado por va intravenosa, va oral o va respiratoria imagen PET TAC de cuerpo entero
Medicin de la
ACTIVIDAD METABLICA
Se acumula en los rganos con afinidad por el radiotrazador
Emisin de radiacin gamma en los rganos donde se localiza
PET: Radionuclidos
Istopos de vida media corta:
Se incorporan en molculas que sabemos como utiliza nuestro cuerpo
Desintegracin por emisin de positrones
11C, ~20 minutos13N, ~10 minutos15O, ~2 minutos18F, ~110 minutos
0
10
20
30
40
50
60
70
80
90
100
0 1 2 3 4 5 6 7 8
Periodo de semidesintegracin
n de periodos
% ra
diac
tivi
dad
11 C613 N7158 O
18 F9
B11513 C6157 N
18 O8
+ + + e + 0.45 MeV
+ + + e + 2.22 MeV
+ + + e + 2.85 MeV
+ + + e + 1.66 MeV
+ = e+

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