Elementos biológicos de reconocimiento celular

ELEMENTOS BIOLÓGICOS DE RECONOCIMIENTO MOLECULAR

Un biosensor se define como un dispositivo

compacto de análisis que incorpora un

elemento de reconocimiento biológico

(ácido nucleico, enzima, anticuerpo,

receptor, tejido, célula) o biomimético (PIMs,

aptámeros, PNAs) asociado a un sistema de

transducción que permite procesar la señal

producida por la interacción entre el

elemento de reconocimiento y el analito.

Funcionamiento General de

Biosensores

Elementos de reconocimiento

molecular

Componente de un biosensor

con capacidad de reconocer e

interaccionar con el analito o

microorganismo de interés.

Clasificación de biosensores

según el elemento de

reconocimientoSensores biocatalíticos

Enzimas

Células, tejidos y orgánulos subcelulares

Sensores de bioafinidad

Anticuerpos

Receptores y canales iónicos

Lectinas

Células

Ácidos nucleicos

Aptámeros

Ácidos nucleicos peptídicos (PNAs)

Polímeros de impresión molecular

Sensores Biocatalíticos

Son los biosensores mejor conocidos y los

más aplicados.

Utilización de biocatalizadores que

favorecen la formación de productos

conocidos

Regeneración y reutilización del

biocatalizador.

Proteínas catalizadoras de reacciones

químicas

Producen la unión de un sustrato al sitio

activo y la formación de los productos.

Son reutilizables

Enzimas

VENTAJAS DE LAS ENZIMAS COMO ELEMENTO

DE RECONOCIMIENTO

Elevada selectividad.

Respuesta rápida.

Elevada variedad de enzimas disponibles.

Autorregenerables.

Algunas resultan económicas.

Simplicidad de construcción de los

dispositivos.

Células, tejidos y orgánulos subcelulares

Células

Células bacterianas, fúngicas, protozoos o

células procedentes de organismos superiores.

Poseen en su interior múltiples sistemas

multienzimáticos en su medio natural.

Orgánulos Subcelulares

Contienen determinados sistemas

enzimáticos completos

Sensores de Bioafinidad

Interacción del analito, con el elemento

de reconocimiento.

En esta interacción, no se consume

sustrato, ni se generan productos.

Tipos de reactivos de

bioafinidad

Anticuerpos (inmunosensores)

Proteína que se une de manera selectiva

a un antígeno especifico, también

reconoce haptenos

•Analitos: antígenos y haptenos

Es de un solo uso.

Receptores y canales iónicos

La unión del analito a estos receptores

produce la formación decanales a través

de los que se genera un flujo de iones.

• Pueden utilizarse para determinar

compuestos tóxicos

Lectinas

Las lectinas son un grupo de proteínas

que se unen de manera selectiva y

reversible a distintos sacáridos, como los

oligosacáridos que se encuentran en las

paredes celulares bacterianas.

Células

En la membrana de estas se encuentran

receptores, que al unirse con el ligando

correspondiente dan una respuesta.

Algunos compuestos tóxicos, se unen de

manera específica a receptores,

bloqueando los sistemas de señales,

impidiendo la unión del ligando

correspondiente, de esta manera se

puede detectar la presencia de estos

compuestos

Ácidos Nucleicos

Los biosensores para el análisis de ADN sebasan en el proceso de hibridación, quees la unión de una cadena de ADN consu cadena complementaria. Estosbiosensores, también conocidos como“gene chips” se usan para elreconocimiento y cuantificación de ADNs

Este tipo de elementos dereconocimiento pueden utilizarse para ladetección de organismos modificadosgenéticamente y microorganismospatógenos.

Aptámeros

Un aptámero es una secuencia de

oligonucleótidos (ADN o ARN) de cadena

sencilla, sintetizada artificialmente, capaz

de reconocer diversas moléculas diana

con una afinidad y especificidad

elevadas.

Ácidos nucleicos peptídicos

Moléculas que mimetizan al ADN y ARN

Su esqueleto es neutro, lo que reduce larepulsión electrostática durante el procesode hibridación, estableciendo enlacesmás fuertes con las hebras de ADN ymoléculas de ARN que reconocen, quelos correspondientes a las hibridacionesnaturales.

Este elemento de reconocimiento se utilizaen la detección de microorganismospatógenos.

Polímeros de impresión molecular

Se trata de materiales biomiméticos que

reproducen de un modo más básico el

mecanismo de reconocimiento de los

sistemas biológicos (hormona-receptor,

enzima-sustrato, antígeno-anticuerpo).

Inmovilización del elemento

de reconocimiento

Una etapa clave en la construcción de unbiosensor es la inmovilización del elementode reconocimiento sobre una membrana omatriz, que a su vez se fija a la superficie deltransductor. Este material de base puedeactuar únicamente como soporte delcomponente biológico o participar ademásen la transmisión de la señal al sistema detransducción (por ejemplo, mediante lainclusión de mediadores para las reaccionesredox).

Métodos de inmovilización

Métodos de inmovilización física

Adsorción

Atrapamiento

Métodos de inmovilización química

Inmovilización mediante enlace covalente

Inmovilización a través de una capa intermedia