Cicles Biogeoquímics i Enginyeria Genètica: Conceptes Essencials
El Cicle del Nitrogen
Els bacteris fixadors converteixen el nitrogen no aprofitable de l’atmosfera i el transformen en aprofitable gràcies a uns enzims. Després, aquest nitrogen aprofitable es filtra en el sòl i es dilueix en l’aigua. Més tard, les plantes incorporaran el nitrogen i fabricaran aminoàcids que permetran als consumidors crear les seves pròpies proteïnes. Amb l'excreció i la descomposició, el nitrogen surt dels organismes i pot retornar al seu estat inert pels bacteris desnitrificants.
El Cicle del Fòsfor
Es troba en els àcids nucleics, en proteïnes i en els fosfolípids. És més abundant en els ecosistemes terrestres, ja que és insoluble i el fa limitant al mar.
En el medi aquàtic, es troba en les zones no il·luminades, però els productors no poden accedir-hi.
Els descomponedors descomponen l'ió fosfat dels cadàvers. Aquest es quedarà en el sòl i després serà incorporat pels productors a les cadenes tròfiques. O bé anirà al mar a través de les pluges i els aqüífers.
El Cicle del Sofre
D'una banda, l’atmosfera conté sofre en diferents formes a causa de les erupcions volcàniques i les activitats humanes. Quan aquest reacciona amb el vapor d’aigua de l’atmosfera, es forma àcid sulfúric, que provoca pluges àcides. Aquesta aigua àcida pot filtrar-se i arribar als aqüífers, contaminant-los.
D'altra banda, els productors incorporen l’ió sulfat que prové del sòl i es transforma en components de proteïnes que després s'incorporaran a altres nivells tròfics. Després, els descomponedors el transformaran en matèria inorgànica, però gràcies als bacteris sulfatitzants es podrà tornar a introduir el sofre als nivells tròfics.
El Flux de l'Energia
L’energia entra com a energia lluminosa del sol i es transforma en energia química mitjançant la formació i el trencament d’enllaços químics dels éssers vius. L’energia que surt dels organismes és en forma de calor i, quan es dissipa, torna a l’atmosfera, però no tornarà a ser energia lluminosa, ja que no és un cicle que es repeteix.
Energia Endosomàtica
Energia que es troba dins dels éssers vius. Només s’aprofita l’1,1% de l’energia que arriba del sol. Només pot ser química o lluminosa.
Energia Exosomàtica
És l’energia externa dels éssers vius. Representa el 99% de l’energia que ens proporciona el sol i que s’inverteix en els fenòmens físics terrestres (escalfament de l’aigua, escalfament de l’atmosfera, etc.).
Distribució de la Radiació Solar
- Radiació incident: 100%
- Reflectida (abans o després d’arribar a la Terra): 30%
- Absorbida (en els núvols): 19%
- Arriba a la Terra i s’hi queda: 51%
Albedo
La reflectivitat de qualsevol superfície terrestre (radiació solar reflectida / radiació absorbida). Les zones terrestres fosques tenen un albedo del 0% perquè absorbeixen tota la calor. Les zones terrestres clares (neu, pols, etc.) tenen un albedo de gairebé el 100%.
Eines d'Enginyeria Genètica
Enzims de Restricció
Enzims bacterians que tallen seqüències concretes d’ADN.
Vectors de Clonació
Vectors per a Procariotes
Es poden utilitzar de dues maneres:
- Introduir al bacteri un plasmidi vector al qual hem incorporat el gen amb enzims de restricció.
- Introduir al bacteri un virus al qual hem enganxat el gen i l’hem atenuat perquè no mati el bacteri. Quan el virus ataca el bacteri, introdueix el gen.
Vectors per a Eucariotes
En les eucariotes, a més d’aquestes dues maneres, també podem injectar directament ADN.
PCR (Reacció en Cadena de la Polimerasa)
Tècnica que utilitza enzims per crear còpies d’una petita mostra d’ADN. Aquesta tècnica permet amplificar la mostra.
Passos per a l'Obtenció d'Organismes Transgènics
Procés d'Obtenció
- Detecció del gen mutat.
- Aïllament del gen amb els enzims de restricció.
- Clonació del gen amb la tècnica de la PCR.
- Construcció d’un vector recombinant amb els enzims de restricció.
- Transferència del gen a l’organisme amb el vector.
- Comprovació de l'obtenció d'un transgènic amb els marcadors.
Aplicacions de l'Enginyeria Genètica
Edició Genètica
Consisteix a canviar els gens d’una cèl·lula. Es pot fer pel mètode tradicional (enzims i vectors) o amb el CRISPR-Cas9. Aquest últim és un mecanisme bacterià que utilitza la proteïna Cas9 per a l'edició de gens.
Mecanisme del CRISPR-Cas9
- El bacteri fabrica trossos d’ARNm complementari del material víric.
- Quan el virus entra, l’ARNm reconeix l’ADN víric i s’hi enganxa.
- La proteïna Cas9 engloba aquest complex i trosseja l’ADN víric.
Producció de Vacunes
S’agafa el virus del qual volem obtenir la vacuna. S’extreu l’ADN víric i s'introdueix, de manera clàssica, dins d’un plasmidi al qual hem extret els gens perjudicials. Aquest plasmidi es fa créixer dins d’un bacteri o d’un llevat. Així doncs, el llevat o el bacteri crea moltes proteïnes del virus, i aquestes seran injectades dins dels organismes als quals volem immunitzar.
Producció de Proteïnes
S’utilitza el mètode clàssic per a la producció de proteïnes com la insulina.
Teràpia Gènica
Consisteix a utilitzar el mètode clàssic o el CRISPR-Cas9 per a tractar malalties.
Clonació d'Organismes
Procés de Clonació
- S’extreu el nucli d’una cèl·lula de l’organisme que es vol clonar.
- S’obté un òvul d’un altre organisme o del mateix (si és femella) i se li extreu el nucli.
- S'introdueix el nucli de la cèl·lula donant dins de l'òvul sense nucli, creant així un embrió.
- Nota: Si l’òvul prové d’un organisme diferent, no hi haurà una clonació completa, ja que l’òvul té material hereditari.