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Estructura más destacada de la célula eucarionte. Tienen tres funciones primarias: almacenar la información genética en el ADN, recuperar la información almacenada en el ADN en la forma de ARN, ejecutar, dirigir y regular las actividades citoplasmáticas, a través del producto de la expresión de los genes: las proteínas. En el núcleo se localizan procesos como: duplicación del ADN y su ensamblado con histonas (cromatina), transcripción de los genes de ARN, el procesamiento de estos a sus formas maduras y transportadas al citoplasma para su traducción, y regulación de la expresión génica.

ESTRUCTURA: esta rodeado por la envoltura nuclear (doble membrana con poros nucleares, que actúan como compuerta selectiva) que esta sostenida desde el exterior por una red de filamentos intermedios e internamente por la lamina nuclear.

Posee un nucleoplasma, en el que están disueltos los solutos y la matriz celular (que provee soporte a los cromosomas y a los grandes complejos que intervienen en la replicación y la transcripción). Los cromosomas ocupan lugares específicos (los cromosomas que codifican ARNr se agrupan de forma tal que los genes de los ARNr estén todos juntos en el nucleolo, donde se sintetizan, procesan y ensamblan los ARNr). El organizador nucleolar contiene genes de diferentes grupos unidos que forman el nucleolo.

-Envoltura nuclear: formada por dos membranas concéntricas interrumpidas por poros nucleares y por la lámina nuclear. La membrana externa (en contacto con el citoplasma) tiene ribosomas adheridos que sintetizan proteínas que se vuelcan al espacio perinuclear (intermembrana), dicho espacio se continua con el REG. La interna tiene proteínas integrales que se unen a la lámina nuclear y a los cromosomas. La lamina nuclear esta formada por proteínas (polímeros de laminina); su función es la de conferir estabilidad mecánica y al interactuar con la cromatina determina la organización del núcleo interfasico. La fosforilación de la misma provoca su desensamble causando la ruptura de la envoltura al inicio de la división celular.

 Complejo del poro: La envoltura nuclear presenta estructuras discoidales (CPN) cuyo número es variable. Es una estructura macromolecular compleja constituida por un gran número de proteínas de disposición octamerica. Presenta uno o varios canales acuosos a través de los cuales pequeñas moléculas solubles en agua difunden. Las moléculas de gran tamaño utilizan transporte activo (requieren energía y moléculas transportadoras). Al núcleo se importan proteínas sintetizadas en el citoplasma, necesarias para ensamblar ribosomas, los factores de transcripción (activación o inactivación genes) y los factores de empalme (maduración ribosomas); puede exportar: subunidades ribosomales, ARNm, ARNt y factores de transcripción que son devueltos al citoplasma. Es una barrera selectiva entre el núcleo y el citoplasma, constituyendo la principal vía de comunicación entre estos. Moléculas de gran tamaño (proteínas, ARN) necesitan de señales para ser ingresadas o expulsadas.

Las NSL (señal de localización nuclear) y NES (señal nuclear de exportación) son dichas señales. Consisten en cadenas cortas de aminoácidos.

Las moléculas más grandes necesitan una cariotransportina (familia compuesta por importinas y exportinas). Las importinas son heterodimeros formados por dos subunidades (alfa y beta). La subunidad alfa se une a la NSL permitiendo la unión con la subunidad beta (complejo importina funcional) se ponen en contacto con los filamentos citosolicos y llega al poro nuclear. La translocación es regulada por la GTPasa Ran que se une a la subunidad beta importina (provoca la dilatación del poro y posibilita el ingreso de la proteína). Cuando entran al complejo las subunidades se separan y es liberada la carga. NES y retornan al citoplasma las subunidades.

Exportación del ARNm: los ARNm se asocian a proteínas (transbordadores) permitiendo el pasaje del ARN al citoplasma. Los ARN maduros presentan poli A se asocian con varias proteínas formando ribonucleoproteinas (RNP), al igual que las importinas las RNP son recicladas hacia el núcleo. En el citoplasma las RNP son reemplazadas por las CRBP para guiar a los ARN a sus destinos citosolicos correctos.

-Cromosoma y cromatina: el núcleo contiene los cromosomas, cada unos consiste en una única molécula de ADN con igual cantidad de proteínas. El ADN con sus proteínas asociadas se denomina cromatina. Las proteínas son en su mayoría copias de cinco tipos de histonas (proteínas básicas cargadas positivamente por lo que se unen fácil a los grupos fosfato (-) del ADN) H1 (acerca los nucleosomas entre si), H2A, H2B, H3, H4 (“core”). También tiene proteínas no histonicas y RNP (ribonucleoproteinas). La mayoría de ellas son factores de transcripción. La cromatina puede estar en dos estados: eucromatina (laxa) o heterocromatina (densa, transcripcionalmente inactiva). La eucromatina puede ser a la vez, accesible, es decir que los genes se están transcribiendo; o poco accesible, mas condensada, los genes no se transcriben.

Los nucleosomas (formados por un “core” de histonas) son las unidades de enrollamiento de la cromatina (10nm). La unión de las histonas al ADN depende de la secuencia de aminoácidos de las histonas. Estos a la vez se organizan en fibras de 30nm llamadas solenoide girando en forma de resorte alrededor de un eje virtual la cual es mantenida por la interacción de las H1 entre los nucleosomas cercanos. En siguiente nivel de empaquetamiento se forman bucles o asas superenrolladas (300nm) las cuales son estabilizadas por la interacción de las proteínas con la matriz nuclear (proteínas de la matriz sostienen la estructura), cada bucle representa un dominio funcional o unidad de replicación (hasta acá g1, s, g2). Durante la profase los cromosomas aparecen en forma más condensada, alcanzando la cromatina su mayor nivel de condensación en metafase (700nm). El empaquetamiento del ADN (2 metros) en forma de cromatina le permite entrar dentro de los límites del núcleo y lo protege del ataque de las nucleasas.

Cromosoma eucariota: consiste en una molécula de ADN lineal. La molécula de ADN de un cromosoma eucariota contiene un conjunto lineal de genes que codifican para ARN y proteínas interrumpido por muchas secuencias de ADN no codificante (Secuencias de nucleótidos de ADN satélite-centrómeros, secuencias repetitivas en los extremos-telomeros, secuencias señalizadoras-origen de replicación). El centrómero se encuentra centralmente o en los extremos de cada cromosoma, el ADN centromerico es altamente repetitivo, condensado formando parte de la heterocromatina. Antes de que la célula se divida los cromosomas deben ser duplicados (fase S). Al inicio de la división celular los cromosomas se condensan en estructuras que pueden teñirse fácilmente y se ven en el microscopio. Los cromosomas duplicados se mantienen juntos por el centrómero. El cinetocoro es una estructura proteica discoidal que forma parte del centrómero y ayuda a separar las cromatidas hermanas, es el sitio de unión con los microtúbulos del huso que tiran a los cromosomas en la anafase. Según donde se ubique puede ser metacéntrico (en el centro, brazos de igual longitud), submetacentrico (centrómero alejado del centro, un par de brazos es mas corto que el otro) o acrocentricos (centrómero próximo a uno de los extremos, un par de brazos es casi inexistente, el brazo mas corto es “p” y el mas largo es “q”). Los telomeros son necesarios para la duplicación completa del cromosoma, protegen a los cromosomas de las nucleasas y le facilitan la interacción con la envoltura nuclear (evitando la fusión entre si mismos). La telomerasa (RNP) es una enzima que agrega nuevas unidades al extremo 3’ de la cadena rica en guanosina, es una retrotranscriptasa ya que sintetiza ADN a partir de un molde de ARN. La telomerasa activa se encuentra en las células de la línea germinal, eucariotas unicelulares y células cancerosas.

CARIOTIPO: representación grafica o fotográfica de los cromosomas presentes en el núcleo de una sola célula somática. Para poder hacerlo, normalmente se bloquean las células (glóbulos blancos) durante la mitosis con colchicina. El análisis del cariotipo involucra la comparación de cromosomas por su longitud, la ubicación de los centrómeros y la ubicación y tamaños de las bandas G (regiones ricas en nucleótidos A-T). Todas las especies tienen un número diploide de cromosomas homólogos (2n).

- Nucléolo: en el se forman subunidades ribosómicas, la síntesis y procesamiento de ARNr y participa en la regulación del ciclo celular. Es un aglomerado de fibras de cromatina de distintos cromosomas, todos acocentricos. Es una estructura carente de componente membranoso, presenta dos regiones: zona fibrilar central (ADN ribosómico y ARNr naciente) y la zona granular periférica (subunidades ribosómicas en proceso de ensamblado). Los nucleolos desaparecen en la mitosis y se reorganizan alrededor de los segmentos de ADNr que codifican ARNr.

Gen: unidad informativa discreta responsable de una característica transmisible. Es un fragmento de ADN localizado en determinado lugar de un cromosoma. Los genes especifican la estructura de las proteínas individuales. Es una secuencia de ADN con la información necesaria para la síntesis de una proteína en particular. La información del ADN se expresa a través de otras moléculas. El ADN dirige la síntesis de proteínas y estas determinan las características físicas y químicas de la célula. Un gen es una secuencia de ADN transcripta que genera un producto con función celular especifica (definición no satisfactoria al 100%).

Genoma: conjunto de genes de una especie. Utilizan al ADN como depositario de la información genética.

Mutaciones: alteraciones en la secuencia de nucleótidos del ADN

GENOMA EUCARIOTA: se distingue en tres tipos de secuencias:

1)      altamente repetidas: son cortas, y se repiten en forma consecutiva sin interrupción. Se hallan en heterocromatina y no hay evidencia de que se expresen. Representan el 10% del ADN de los vertebrados. Puede ser ADN satélite (secuencias cortas de 5 a 10 pares de bases, muchas poseen bases bien diferentes de la del resto del genoma. En centrifugación se separan en bandas distintas. Ej.: ADN centrómeros), minisatélite (15 pares de bases en grupos de 1000 a 3000 repeticiones) y microsatélite (2 a 5 pares de bases grupos de 100 copias dispersos en el genoma).

2)      Medianamente repetitivas: 20-80% ADN total. Pertenecen a distintas familias y sus copias se encuentran dispersas a lo largo del genoma. Algunas codifican productos conocidos otras no. Secuencias con función codificadora: secuencias que codifica al ARNt, ARNr y genes de histonas. Se ubican en serie. Secuencias sin función codificadora: ADN medianamente repetido. Secuencias dispersas 2 tipos: ECIN Y ELIN.

3)       De copia única: nucleótidos que codifican para proteínas.

Proceso por el cual se sintetiza ARN a partir de un molde de ADN (negativa no codificante). Para que se lleve a cabo es necesaria la intervención de una enzima llamada ARN polimerasa ADN dependiente la cual sintetiza una cadena de ARN cuyos inicio, terminación y secuencia de bases vienen determinados por el propio gen. Primer paso de la transcripción: la ARN polimerasa se une al promotor (secuencia específica de bases con alta afinidad por la enzima), es una señal que indica cual cadena se ha de transcribir. Es un proceso asimétrico ya que no se transcriben las dos cadenas. La transcripta es la cadena molde y la otra, la antimolde (positiva, codificante). La ARN polimerasa se desplaza sobre la cadena molde recorriéndola en dirección 3’à 5’ y transcribiéndola a partir del nucleótido (+1) que el promotor señala como punto de inicio. Se mueve desde el extremo 3’ al 5’. Para que la enzima pueda moverse y transcribir la doble hélice debe desenrollarse (se rompen los puentes de hidrogeno entre las bases). Para que suceda se forma en la cadena una burbuja de transcripción que se mueve hacia el extremo 3’ que desaparea la cadena molde, la cual expone sus bases. Esto causa un superenrollamiento  hacia el extremo 5’  que se corrige con la enzima topoisomerasa I.  A medida que la ARN polimerasa avanza va colocando junto a cada base el ribonucleótido trifosfatado complementario (se aparean mediante puentes de hidrogeno. A, T, C, G=U, A, G, C). Una vez ubicados los dos primeros ribonucleótidos la enzima cataliza la formación del puente forfodiester (extremo 3’ primer nucleótido y el grupo fosfato interno del segundo 5’) (inicia cadena ARN). Al sintetizar de manera antiparalela, se dice que la ARN polimerasa sintetiza de 5’ a 3’. Transitoriamente el ADN forma una hélice corta con el ARN. El proceso termina cuando la ARN polimerasa alcanza una señal (secuencia especifica de ADN) que actúa como señal de terminación. Producto obtenido: ARN transcripto primario, copia complementaria y antiparalela. Repite la dirección y la secuencia de la hebra antimolde (positiva o codificante).

Requisitos de la transcripción: molécula de ADN molde con región promotora que indica el inicio de la transcripción, con secuencia de terminación. Enzima ARN polimerasa que: reconoce las secuencias señalizadoras, abre la hélice, lee el molde, reconoce y ubica los sustratos complementarios polimeriza los sustratos. Cofactores enzimáticos de la ARN polimerasa: Mg++ o Mn++. Sustratos: UTP, ATP, GTP, Y CTP. Fuente de energía (los mismos sustratos por estar trifosfatados, una vez ubicados los 2 primeros ribonucleótidos la enzima cataliza la formación del puente fosfodiester entre ambos). Pirofosfatasa (puente fosfodiester entre oxidrilo 3’ del primer nucleótido y el grupo fosfato interno en posición 5’ del segundo libera un grupo pirofosfatado que se transforma en 2 fosfatos por acción de la pirofosfatasa) y una Topoisomerasa I.

TRANSCRIPCION EN PROCARIONTES: poseen un solo tipo de ARN polimerasa, que consiste en un complejo proteico, constituido por 5 subunidades (alfa, beta, beta’, omega y w) 2 alfa 1 del resto. Todas las subunidades menos la omega, forman el núcleo enzimático capaz de realizar la transcripción pero incapaz de reconocer los sitios correctos donde iniciar la transcripción. Para esto, omega (factor de inicio de la transcripción) se une al núcleo enzimático formando una holoenzima para leer adecuadamente las secuencias promotoras. Los promotores bacterianos constan de dos secuencias consenso (TATAAT -10 Y TTGACA -35) indispensables para la unión de la enzima y la señalización del punto de inicio. Sustituciones en las secuencias consenso alteran la tasa de transcripción, por tal motivo funcionan también como sitios de control de la expresión genética. Al iniciar la transcripción la holoenzima ARN polimerasa forma en principio un complejo promotor cerrado, pero inmediatamente la enzima cataliza el desenrollamiento del ADN y forma al complejo promotor abierto, de esta manera comienza a copiar en el nucleótido +1, luego el factor omega se disocia de la ARN polimerasa y la transcripción es continuada por el núcleo de la enzima. La señal de terminación puede ser: independientes y dependientes de la proteína Rho. Independiente de Rho: El ARN transcripto lleva dos seguidillas de CG y varias U en su extremo 3’. Esta secuencia repetida en la terminación del ARN le permite la autocomplementaridad, las citosinas y guaninas de la misma cadena se aparean entre si dando origen a una estructura de “tallo-bucle”, lo que impide el avance de la ARN polimerasa. La secuencia de adeninas de la plantilla de ADN permanece emparejada con los uracilos de su transcripto, como el par AU tiene la conformación mas inestable de sus puentes de hidrogeno, contribuye a la separación de ARN polimerasa poniendo fin a la transcripción.

Dependiente de Rho: también se forma la estructura “tallo-bucle”. La proteína Rho se enlaza a la cadena de ARN y se desliza sobre ella hidrolizando ATP hasta alcanzar el extremo 3’, es allí donde se produce la liberación del transcripto.

TRANSCRIPCION EN EUCARIONTES: se lleva a cabo por tres tipos de ARN polimerasa: I, II y III (todas proteínas cuaternarias constituidas por distintas subunidades).ARN pol I, se encuentra en el nucleolo y sintetiza ARN4SS (solo transcribe en el nucleolo); ARN pol II, se encuentra en el nucleoplasma y sintetiza todos los ARNm y la mayoría de los ARN pequeños nucleares; ARN pol III, se encuentra en el nucleoplasma y sintetiza ARNt, ARN pequeños citoplasmáticos y el resto de los ARN pequeños nucleares. Reconocen al promotor en forma directa. Solo se unen al promotor por medio de proteínas llamadas factores basales de transcripción (son específicos para cada tipo de polimerasa,). Las células eucariotas poseen además factores de transcripción específicos (controlan la tasa de transcripción) los cuales relacionan las regiones reguladoras del gen con los factores basales. Los promotores para la ARN polimerasa II suelen comprender tres sitios (río arriba), uno de ellos en posición -25 es la caja TATA (secuencia consenso heptanucleotidica formada por restos de timina y adenina). Las cajas TATA están rodeadas por secuencias ricas en GC, en interacción con los factores basales están encargados de que la transcripción se inicie en el sitio correcto. Otros sitios del promotor son las cajas CAAT y GC. La transcripción comienza con la inserción de un ribonucleótido y el ARN transcripto primario, el cual será modificado (30 nucleótidos). La secuencia AAUAAA de los pre-ARNm es reconocida por una endonucleasa como una señal de terminación poniéndole fin al transcripto primario, esta se llama señal de poliadenilacion. (No hay en los genes que codifican histonas, en algunos hay más de una señal, en ese caso el mismo gen puede ser transcripto dos veces en dos productos diferentes dependiendo de la señal). VER CUADRO 12.2 PAGINA 43.

Diferencias transcripción procariotas y eucariotas:

Existe una sola ARN polimerasa en proca y tres en euca.

La ARN polimerasa en proca no requiere factores de transcripción. Las euca requieren factores de transcripción basales y específicos.

Las secuencias señalizadoras son diferentes.

Los genes son segmentos de ADN situados en los cromosomas y se comportan como unidades de transcripción. En algunos genes la transcripción es terminal, muchos otros contienen información necesaria para especificar la secuencia de aminoácidos de las proteínas a sintetizar, en estos casos la transcripción es el primer paso de la expresión genética ya que la información transportada por los ARNm debe ser decodificada, traducirse en la síntesis te una proteína. La información para la construir una proteína se encuentra en la secuencia de bases y se denomina “código genético”.

“Letras” del código: son las de la cadena de ARN: A, U, C, G.

“Palabras” tripletes de bases (3 letras) o codones (ARNm): Las combinaciones designan a cada uno de los 20 aminoácidos. Al unirse de a tres (cada tres bases un aminoácido, se pueden formar en total 64 combinaciones diferentes, el código genético usa distintos codones para nombrar a un mismo aminoácido. La mayoría de los aminoácidos están codificados por más de un codón, se denominan codones sinónimos (son similares entre si, la sustitución de una sola base da por resultado otro codón que especifica al mismo aminoácido). El código es degenerado gracias a la presencia de estos codones sinónimos. Aminoácidos con propiedades semejantes van a ser codificados por codones semejantes. La flexibilidad del código no indica que sea ambiguo, cada codón especifica a un solo aminoácido. Hay tres codones que no especifican ningún aminoácido: son codones de terminación o stop: UGA, UAG, UAA (señal de terminación en traducción o síntesis de proteínas). El código es universal, ya que todos los organismos comparten un mismo origen. Una excepción es el ADN mitocondrial, en el que algunos codones se leen de manera diferente. Los ARNm tienen un codón de iniciación: AUG, interpretado por los ribosomas, da el marco de lectura. Las mutaciones modifican el marco de la lectura y alteran el mensaje. El código es leído sin solapamiento.

ARNm: moléculas lineales de cadena simple donde residen las instrucciones para la elaboración de un producto proteico. Presentan una secuencia continua de codones que se extienden desde el principio al fin del mensaje genético. Se lee en dirección 5’-3’. Presenta un codón iniciador (AUG) y uno de terminación o stop (UGA, UAA, UAG). Posee otras dos secuencias: directora y seguidora las cuales no se traducen a proteína.

ARNm EUCARIOTA:

- Presentan la secuencia del mensaje interrumpido. Coexisten sectores que codifican para la proteína (exones) y sectores sin información (intrones).

- Los ARNm transcriptos primarios sufren modificaciones post-transcripción (antes de salir al citoplasma como ARNm maduro): capping y poliadenilacion.

Capping: se agrega en el extremo 5’ una molécula de 7 metil-guanosina (nucleótido metilado) a la que se conoce como cap (capuchón) al ser una modificación simultánea a la transcripción se dice que es co-transcripcional. El cap impide la degradación del ARNm inmaduro por nucleadas y fosfatasas nucleares. Participa en la remoción de intrones y en el inicio de la traducción.

Poliadenilacion: se agrega en el extremo 3’ del ARNm alrededor de 250 adenosinas o cola poli A. El ARNm presenta una señal de poliadenilacion (secuencia específica de nucleótidos AAUAAA). Una nucleasa corta el pre-ARNm, este se libera y la enzima poliA-polimerasa le agrega las adenosinas de a una por vez. La cola poli A sirve para proteger al extremo 3’ del a degradación y ayudar a los ARNm a salir del núcleo. (ARNm de histonas no tienen cola poli A ya que no tienen señal de poliadenilacion.

Otra modificación que se realiza es el splicing: la secuencia codificadora sufre un acortamiento debido eliminación de intrones quedando como producto final los exones empalmados. Para que pueda llevarse a cabo se necesita una batería de  ribonucleoproteinas nucleares: RNPpn (partículas ricas en uridinas y diversas proteínas) las cuales se combinan de a una por vez en los extremos de cada intron, el complejo resultante de denomina espliceosoma. ARNpn del espliceosoma responsables de reconocer señal de corte escindir los intrones y empalmar los exones entre ellos produciendo una molécula de ARNm maduro.

-Los ARNm maduros son monocistronicos: el sector codificador dicta la secuencia para una sola cadena polipeptídica.

PROCARIOTA:

- Presentan secuencias codificadoras continuas ya que carecen de intrones.

- No sufren modificaciones post-transcripcionales.

- Muchos ARNm procariotas son policistronicos, una sola molécula de ARNm contiene información para varias proteínas. Posee codones de terminación e iniciación de la traducción, por lo cual se traduce en varias moléculas de proteína distintas.

ARNt: son moléculas (70 a 93 ribonucleótidos) que interactúan con la cadena polinucleotidica (ARNm) y a la vez con los aminoácidos que van a formar parte de la cadena polipeptídica. En la molécula se distinguen el extremo aceptor (3’) donde se encuentra el trinucleotido CCA en donde se une el aminoácido, esta unión es catalizada por la aminoacil ARNt sintetasa. Y el extremo anticodón (triplete de nucleótidos), cuya secuencia varía en cada tipo de ARNt, cada anticodón es complementario de un codón del ARNm, aunque podría acoplarse a más de un codón.

ARNr: son los componentes de los ribosomas junto a las proteínas. Los ribosomas y los ARNt intervienen en la traducción de la información codificada en el ARNm. Los ribosomas son considerados fábricas de proteínas. Cada ribosoma esta formado por una subunidad mayor y una menor. El ARNm se inserta en el surco formado entre las superficies de contacto de las subunidades. Dentro de los ribosomas se encuentra el sitio A (aminoacidito) y el P (peptidilico).

Las subunidades ribosómicas trabajan conjuntamente para la síntesis proteica. La subunidad menor aloja al ARNm, sobre el cual se acomoda el ARNt para que se puedan unir los aminoácidos que transportan. La mayor, cataliza la unión peptídica con la ayuda de la peptidil transferasa.

Los ribosomas procariotas y eucariotas se diferencian en tamaño, coeficiente de sedimentación, tipo y numero de ARNr y proteínas que los forman. Ambos sufren modificaciones post-transcripcionales.

ARN pequeños: forman, junto con proteínas especificas, las partículas ribonucleoproteicas (RNP). Las que se encuentran en el núcleo (RNPpn) forman un complejo multienzimatico: espliceosoma, encargado del splicing. Las del citoplasma (RNPpc) junto con proteínas componen la partícula de reconocimiento de la señal o SRP.

SINTESIS PROTEICA: consiste en la traducción de la información codificada en la secuencia de nucleótidos del ARNm. Se lleva a cabo en los ribosomas. Se divide en etapas:

·       Activación de los aminoácidos: antes de la traducción cada ARNt se une a su aminoácido específico. Esta reacción de aminoacilacion es catalizada por la enzima aminoacil ARNt sintetasa. Primero se utiliza la energía de la hidrólisis del ATP para unir a un aminoácido con un AMP formando un aminoacil-AMP. Luego sin dejar la enzima, el aminoácido se transfiere al ARNt especifico formando la molécula aminoacil-ARNt. La aminoacil-ARNt sintetasa presenta dos sitios de unión: uno para el ARNt y otro para su aminoácido especifico. Una vez que el aminoácido se acopla al ARNt, el complejo aminoacil-ARNt se une a una sola secuencia de nucleótidos complementaria (codón) en el ARNm. El ARNt es el que lleva unido el lugar en el que será añadido el aminoácido durante la síntesis proteica. La activación de los aminoácidos tiene dos funciones: proporcionar el primer paso en la traducción del mensaje genético a una secuencia de aminoácidos, y activar al aminoácido antes de incorporarlo a la proteína. El enlace entre el ARNt y el aminoácido libera, al hidrolizarse, la energía necesaria para la formación del enlace peptídico.

Reactivos: Aa + ATP + ARNt à aminoacil ARNt + 2Pi + AMP.

De ATP a AMP à se consumen 2Pi à AMP monofosfatado

·       Traducción: mecanismo por el cual se traduce el mensaje del ARNm. Se divide en 3 etapas:

1)      INICIACION: Se reúnen los componentes que constituyen el complejo de iniciación, disparador de la síntesis proteica. El complejo esta compuesto por una molécula de ARNm, una subunidad mayor, una menor, ARNt iniciador y factores proteicos de iniciación. El complejo se forma con la unión a la subunidad menor del ARNm y  del aminoacil-ARNt iniciador, gracias a los factores proteicos (con gasto de GTP). La subunidad menor se desliza por el ARNm hasta encontrar el codón de iniciación (AUG). Una vez acoplados, se liberan los factores de iniciación y se acopla la subunidad mayor (dos sitios: A abarca el 2do codón, el que tengo que leer para comenzar con la síntesis; y P abarca el 1er codón) quedando el aminoacil-ARNt iniciador en el sitio P del ribosoma.

2)      ELONGACION: la molécula de aminoacil-ARNt ingresa al sitio A –el sitio P esta ocupado por el iniciador-, complementando sus bases con las del segundo codón del ARNm; intervienen factores de elongación y GTP. El aminoácido iniciador se desacopla del ARNt que esta en el sitio P (implica un catalizador: ribosina el cual es ARN con actividad catalítica), liberando energía y haciendo que se forme un enlace peptídico entre los dos aminoácidos que se encuentran en el ribosoma; es catalizada por la peptidil transferasa. Como consecuencia el ARNt del sitio P queda sin aminoácido y el dipéptido resultante queda enganchado al ARNt del sitio A (peptidil ARNt). El peptidil ARNt que esta en el sitio A es translocado al sitio P ya que el ribosoma se desplaza tres lugares sobre la ARNm (se necesita  energía y factores de elongación). Como parte del proceso de translocación, la molécula de ARNt libre se libera del ribosoma al ser ocupado el sitio P, así el sitio A queda desocupado para aceptar una nueva molécula de aminoacil ARNt para volver a iniciar todo de nuevo.

3)      TERMINACION: ocurre cuando llega al sitio A uno de los tres codones de terminación: UGA, UAA, UAG, que son reconocidos por los factores de terminación. La asociación del codón stop con el factor de terminación modifica la actividad de la  peptidil transferasa que agrega agua al peptidil ARNt en lugar de un nuevo aminoácido. Como consecuencia el polipéptido se desacopla del ARNt liberándose al citoplasma. El ARNm se desacopla del ribosoma y las dos subunidades se disocian las cuales se podrán reensamblar sobre otra molécula de ARNm reiniciándose así el proceso de traducción.

La síntesis proteica consume mas energía que cualquier proceso anabólico, para lograr cada enlace peptídico se intervienen tres enlaces de alta energía: uno en la activación del aminoácido, otro en la unión aminoacilARNt a la subunidad menor y el tercero en la translocación del ribosoma.

POLIRIBOSOMAS: en cuanto un ribosoma ha traducido una secuencia de aminoácidos lo suficientemente larga como para dejar libre el extremo 5’ del ARNm un nuevo ribosoma puede iniciar la traducción. Traducen simultáneamente el mismo mensaje. Los ribosomas operan independientemente sintetizando una cadena polipeptídica completa. En procariotas hay mas de 1 en eucariotas es un único ribosoma. La ventaja es energética ya que ahorra mucha energía y el ARNm puede ser leído varias veces simultáneamente.

Diferencias en la traducción en procariotas y eucariotas

En eucariotas la traducción es post transcripcional, el ARNm es “leído” después de que haya abandonado el núcleo a través de los poros nucleares.

En procariotas la traducción es simultanea a la transcripción, mientras se esta terminando de transcribir el extremo 3’, el extremo 5’ se asocia a un ribosoma y al ARNt iniciador comenzando la traducción.

Procesos de fidelización de la traducción

·   La unión del aminoácido a su ARNt correspondiente. La actividad correctora de la aminoacil ARNt sintetasa minimiza errores en la selección del aminoácido correcto, en caso de que se haya colocado un aminoácido incorrecto en el ARNt lo libera por hidrólisis.

·   El factor de elongación que forma el complejo aminoacil ARNt y el GTP chequea el correcto apareamiento de bases codón- anticodón. Esto posibilita que se elimine el ARNt incorrecto antes que el residuo aminoacidito que transporta pueda enlazarse en la proteína en crecimiento.

OPERON: los procariotas tienen una notable capacidad de adaptarse a la variedad de condiciones del medio; esto se debe a la habilidad que tienen para regular la expresión de genes específicos. Este proceso requiere mucha energía.

Los genes que codifican para la síntesis de enzimas se agrupan dentro de un cromosoma en un complejo llamado operon. Un operon consta de Genes estructurales: codifican para las enzimas de la vía metabólica. Son transcriptos en una sola molécula de ARNm policistronico.

Promotor: secuencia de nucleótidos  del ADN en donde se une la ARN polimerasa para iniciar la transcripción.

Operador: secuencia de nucleótidos que se interpone entre el promotor y los genes estructurales en donde se inserta una proteína reguladora denominada proteína represora.

Gen regulador: codifica a la proteína represora.

-Operon lac: (vía catabólica) genes que intervienen en la utilización de la lactosa como fuente de energía. La permeada, la beta galactosidasa y la transacetilasa son las enzimas que intervienen en la degradación de la misma. El operon esta formado por tres genes estructurales: z, y, a. Cuando no hay lactosa, la proteína represora se une al operador e impide la transcripción (que la ARN polimerasa se una al promotor y los genes se transcriban). Ejerce un control negativo. En presencia de lactosa, esta se une a la proteína represora impidiendo  que se una al ADN del operador, por lo que se transcriben los genes estructurales que degradan la lactosa. Es inducible, ya que la presencia de lactosa induce la transcripción de los genes estructurales.

También se encuentra bajo control positivo, cuando en el medio hay glucosa. Cuanto menos glucosa hay, mas concentración de AMPc. Este ultimo actúa uniéndose a una proteína llamada CAP, cuando la concentración es alta el CAP-AMPc se fija al sitio promotor aumentando la afinidad por la ARN polimerasa, estimulando la transcripción.

-Operon triptófano: (vía anabólica) es reprimible dado que la presencia del triptófano reprime la transcripción de los genes estructurales. Consiste en 5 genes estructurales que se  agrupan en una unidad de transcripción con un promotor y un operador. En ausencia de triptófano, la ARN polimerasa se une al promotor y transcribe. Si hay triptófano, el aminoácido se une a la proteína represora formando el complejo represor que se acopla al operador impidiendo que la ARN polimerasa transcriba.

 Existen más niveles que en los procariotas para ejercer control de la expresión génica. Si bien los controles más importantes son a nivel transcripcional, pueden producirse regulación durante el procesamiento o maduración del ARNm o bien controlando su pasaje al citoplasma o supervivencia en el citosol. En algunos casos los controles actúan a nivel traduccional o regulando la actividad de la proteína.

MECANISMOS DE CONTROL A NIVEL TRANSCRIPCIONAL

a)      Los factores de transcripción y la expresión genética

Para la transcripción de un gen eucariota se necesita:

- Secuencia promotora: secuencias de nucleótidos necesarias para la fijación de la ARN polimerasa

- Secuencias reguladoras: intensificadoras o enhacer (estimulan la transcripción) y silenciadoras o silencers (inhiben la transcripción).

- Factores basales de transcripción: complejo proteico que interacciona con el sitio promotor.

- Factores específicos de transcripción: proteínas reguladoras. Activadoras (interactúan con secuencias intensificadoras del gen) o represoras (interactúan con secuencias silenciadoras del gen).

La unión de los factores al sitio promotor provoca un plegamiento del ADN que permite conectar a los factores específicos, unidos a regiones reguladoras, con una o mas proteínas blanco asociadas al complejo de transcripción basal; así se estimula la transcripción por parte de la ARN polimerasa.

b)     La estructura de la cromatina y la expresión genética

En cada tipo celular solo se expresan determinados conjuntos de genes mientras el resto del genoma se mantiene “silencioso”. Existen dos tipos de cromatina: la eucromatina, transcripcionalmente activa, más desplegada y la heterocromatina, transcripcionalmente inactiva, más condensada. La transcripción solo ocurre cuando el ADN esta desplegado. Es decir las regiones de cromatina condensada y dispersa varían según el tipo celular.

c)      El grado de metilación y la expresión genética

En algunos eucariotas la presencia de grupos metilo en e gen afecta su expresión. La mayoría de los genes que no se expresan están metilados, mientras que en otra célula donde esos genes se expresan tienen un menor nivel de metilación. Ejemplo: en las mujeres el cromosoma X condensado (corpúsculo de Barr) presenta alto grado de metilación inactivando así parte del genoma.

MECANISMOS DE CONTROL A NIVEL PROCESAMIENTO DEL ARNm

MECANISMOS DE CONTROL A NIVEL TRADUCCIONAL

a)      modificación de la tasa de traducción del ARNm que codifica para la proteína ferritina

La ferritina actúa capturando átomos de hierro del medio intracelular ya que el hierro en estado libre es toxico para la célula. La aconitasa, regula la traducción del ARNm, cuya actividad depende de la concentración libre de hierro en el citosol. Cuando la concentración de hierro es baja la aconitasa se une a una secuencia específica en el ARNm provocando un plegamiento que bloquea la traducción. Cuando aumenta la concentración de hierro, este se asocia a la aconitasa y libera al ARNm.

b)      Control de la estabilidad del ARNm. La integridad de la cola poli a es determinante para la supervivencia del mensaje. El acortamiento de la cadena por acción de nucleadas reduce la vida media del ARNm.

MECANISMOS DE CONTROL DESPUES DE LA TRADUCCION

Factores determinantes en la vida media de una proteína: correcto plegamiento y secuencia aminoacidica de su extremo aminoterminal. Desde que la proteína sale del ribosoma, chaperonas se unen a la cadena en síntesis ayudándola a adquirir la conformación nativa. Esto evita que las proteínas alcancen un estado de agregación irreversible. Respecto al extremo aminoterminal existen secuencias estabilizadoras y secuencias desestabilizadoras las cuales conducirían a una vida media prologada o a su degradación (regla del aminoterminal). Si la proteína adquiere un plegamiento anormal, o se desnaturalizo, o su extremo es desestabilizante pasa a un proceso de ubiquitinizacion. La ubiquitinizacion consiste en la adición de varias moléculas de ubiquitina (mediado por enzimas y gasto de energía ATP). Las proteínas pueden en una etapa previa o temprana de la ubiquitinizacion recuperar el plegamiento nativo gracias a una chaperona que la conduce hasta una chaperonina, en caso contrario la proteína ubiquitinizada será captada por un complejo enzimático denominado proteasoma (formado por mas de una docena de proteasas). La proteína ubiquitinizada es reconocida por la partícula regulatoria del proteasoma perdiendo su plegamiento por acción de las ATPasas con gasto de energía, la proteína desenrollada se traslada a la cámara central donde es degradada por las proteasas. Se producen oligopeptidos.

-          Génica: a nivel del ADN, la mutación se mantendrá de generación en generación (línea germinal).

-          Somática: diferentes a nivel gametas, todas las secuencias tienen una deformación, todos los ARNm van a estar cambiados, hay mecanismo de reparación del ADN: corrección de pruebas. No pasan a la siguiente generación.

Mutaciones a nivel genético y ARNm

-          sustitución: se sustituyo un nucleótido por otro.

Codones sinónimos: mutación silenciosa

Codones no sinónimos: cambia la proteína en un aminoácido, diferente estructura primaria.

Si la estructura tridimensional no varia seguirá cumpliendo su función.

-          Inserción de un nucleótido: desde el lugar de la inserción en adelante se corrió el marco de lectura. Hay una baja probabilidad de codones sinónimos. Si agrego 3 nucleótidos consecutivos, agrego un aminoácido de más. No siempre implica agregar un aminoácido, puede no haber un autentico corrimiento del marco de lectura.

-          Deleción: eliminación de un nucleótido, cambia el marco de lectura.

ESTABILIDAD DEL GENOMA:

-          autoduplicacion del ADN: formación de replicas moleculares.

-          reparación del ADN: corrección de pruebas.

-          Mutaciones

-          Transposones: “genes saltarines”. Secuencias discretas de ADN que pueden replicarse y propagarse de manera aleatoria por el genoma de un individuo.

MECANISMOS QUE AFECTAN LA EXPRESION DEL ADN

Inactivación del X: las hembras de mamíferos heredan 2 versiones del cromosoma X en cada célula femenina solo se activa y expresa 1 sola de las versiones. La inactiva se denomina corpúsculo de Barr. Cual de las dos copias se inactiva es azar. Mosaico genético.

Son las etapas a través de las cuales pasa la célula desde una división a la siguiente. Se divide en dos fases: fase M e interfase. La fase M (división celular) consiste en dos procesos secuenciales: división nuclear (cariocinesis) y división citoplasmática (citocinesis). Para que la célula pueda dividirse primero debe duplicar todo su contenido, esto ocurre en la fase de crecimiento, la interfase. Durante la interfase se destaca distintos periodos: la fase G1 (periodo de aumento del volumen celular), la fase S (síntesis) y la G2, donde realiza la síntesis de elementos requeridos para la mitosis. Seguido de la fase M.

Durante la G1 la célula se aboca a la duplicación de su masa. Para ello sintetiza proteínas y ARN, además procede a duplicar sus organelas citoplasmáticas. En la fase S se produce la replicación del material genético, para esto la cromatina debe estar laxa. La replicación es una vía endergonica y anabólica. Se requiere de una síntesis de histonas durante la fase S para asociarse a las nuevas cadenas de ADN y formar la cromatina, por tal motivo se requiere la síntesis de los ARNm (se degradan al concluir la duplicación) específicos de esas proteínas. Si se inhibe la síntesis de proteínas incluso en la fase G2 se impide la entrada en M, por dicho motivo algunas de las proteínas son esenciales para la división celular.

Variaciones del ciclo celular:

- Células con especialización estructural extrema (nerviosas o musculares) no se dividen, se diferencian y quedan en ese estado, que es llamado G0 hasta su muerte.

- Algunos tipos celulares (células hepáticas y linfocitos-glóbulos blancos) pueden ser estimulados y abandonar G0 y reingresar al ciclo. Normalmente no se dividen, pero pueden iniciar la síntesis de ADN con el estimulo apropiado.

- Células con gran actividad mitótica. Ciertos tejidos del cuerpo están sujetos a renovación continua y deben formase permanentemente nuevas celular mediante división celular. Por ejemplo células germinales (ovogonias y espermatogonias)

Las células de los organismos de reproducción sexual se dividen en somáticas y germinales. Las somáticas forman todos los tejidos y presentan el grado de ploidia, se dividen por mitosis. Las germinales deben poseer la mitad del número cromosómico, ya que se fusionaran dos de ellas, se dividen por meiosis.

La polimerización de nucleótidos de ADN es un proceso endergonico (AG>0) y anabólico. La energía para impulsar la reacción en sentido de polimerización proviene de la hidrólisis del grupo fosfato de un desoxirribonucleótido trifosfatado (dNTP) y la mayor cantidad de energía proviene de la hidrólisis de pirofosfato (PPi) a dos moléculas de fosfato inorgánico catalizada por la pirofosfatasa, además existe un gran aporte de la energía liberada por las interacciones débiles.

PROPIEDADES DE LA REPLICACION:

- Es semiconservativa, confirmado por Meselson y Stahl mediante un experimiento utilizando E.coli. Hasta ese momento se proponían tres tipos de replicación: 1) conservativo: en el cual la replicación producía una molécula hija de ADN completamente nueva y otra que conservaba las dos cadenas originales; 2) Semiconservativo: en el cual se producían dos moléculas hijas formadas por una cadena original y otra nueva; 3) Dispersivo: según el cual ambas cadenas de las dos moléculas producidas estaban compuestas por fragmentos nuevos y fragmentos originales.

Meselson y Stahl cultivaron células de E.coli durante varias generaciones en un medio que contenía N15 (isótopo pesado) en vez de N14 (isótopo liviano). El ADN de las bacterias presentaba una densidad algo mayor lo que permitía separarlo del ADN “liviano” mediante centrifugación en equilibrio en un gradiente de densidad de cloruro de cesio. Las células cultivadas en un medio con N15 fueron transferidas a un medio fresco con N14 hasta duplicar la población celular. El ADN aislado de esta generación formo en el gradiente de CsCl una sola banda ubicada en posición intermedia a las correspondientes al ADN (N14) y ADN (N15) lo cual descarto el conservativo. Se dejo otra generación a las bacterias, el ADN obtenido presento dos bandas, una en posición intermedia y otra en posición ADN liviano descartando mecanismo dispersivo.

- Tanto en eucariontes como en bacterias se determino que la replicación tiene un sitio de origen y ocurre en forma bidireccional: sitios específicos a partir de los cuales se generan a ambos lados las horquillas (sitios en donde la doble hélice parental rompe sus puentes de H permitiendo la entrada del aparato enzimático que iniciará la polimerización de las cadenas hijas utilizando la molde) de replicación que determinan el proceso bidireccional.

- La síntesis de ADN se produce siempre en sentido 5’- 3’ determinando que una de las cadenas se sintetice de forma discontinua: las ADNpol poseen un único sentido de síntesis 5’-3’, esto hace que en cada horquilla solo una de las dos hebras hijas será sintetizada en forma continua (cadena adelantada) utilizando como molde la hebra parental 3’- 5’. La otra hebra hija (cadena retrazada) debe necesariamente ser sintetizada en forma de pequeños trozos denominados fragmentos de Okasaki.

ETAPAS DEL PROCESO Y ENZIMAS:

La replicación requiere a la ADN polimerasa. La ADN pol I cumple varias funciones durante la replicación, la precombinación y la reparación del ADN, la ADN pol II interviene en la reparación del ADN, la ADN pol III es la principal encargada de la replicación del ADN en bacterias.

Proteína de iniciación: reconoce el sitio de origen y comienza la apertura de la horquilla de replicación.

Helicasa: apertura de las cadenas parentales, utilizando energía del ATP. Provoca un superenrollamiento

Girasa: alivia el superenrollamiento.

Primers o cebadores: pequeños fragmentos de ARN necesarios para la acción de la ADN pol III

Primasa: sintetiza los cebadores.

ADN pol I: elimina los cebadores y los reemplaza por ADN.

ADN ligasa: cataliza la formación de los enlaces fosfodiester.

Iniciación: la proteína de iniciación se une al sitio de iniciación y da comienzo a la horquilla de replicación, desestabilizando aprox. decenas de pares de bases por ruptura de puentes de hidrogeno. Ingresan las helicasas y crean las dos horquillas las cuales se desplazan en sentido opuesto (bidireccionalidad). A las moléculas simples de ADN se unen múltiples proteínas desestabilizadoras que mantienen las cadenas separadas impidiendo su renaturalizacion.

Elongación: acción continua de la enzima helicasa que rompe los puentes de hidrogeno y permite el avance de las horquillas y la girasa (desenrolla el ADN uniéndose al mismo y realiza el corte de ambas resellándolas luego de aliviar la torsión originalmente producida). La ADN  pol III no adiciona desoxirribonucleótidos sin que haya 3OH con quien realizar el enlace fosfodiester. Por este motivo la primasa sintetiza a los cebadores. A partir de los cebadores la replicación transcurre bidireccionalmente ya que la ADN pol III solo polimeriza en direccion 5’- 3’. Por esto  se forma una cadena adelantada (continua) y otra retrasada (discontinua), esta ultima requiere una proceso de síntesis mas complejo, ya que implica la síntesis de sucesivos cebadores, la horquilla se va abriendo por acción de la helicasa. Cada uno de estos cebadores ofrece un extremo 3’OH a la ADN pol III para la síntesis del fragmento de Okasaki. Los cebadores sintetizados son removidos y reemplazados por desoxirribonucleótidos gracias a la ADN pol I (nucleasa en sentido 5’ – 3’ y exonucleasa en sentido contrario). La ligasa cataliza la formación de enlaces fosfodiester entre los distintos fragmentos de ADN.

Terminación: se encuentran ambas horquillas de replicación  y se separan las dos moléculas hijas de ADN.

Similitudes y diferencias en la síntesis de ADN entre procariontes y eucariontes

La velocidad de movimiento de la orquilla de replicación en eucariontes es 10 veces más lenta que la observada en procariotas, esta característica se ve compensada por los múltiples sitios de origen en cada cromosoma eucarionte.

Mecanismo de corrección de pruebas: es llevado a cabo por las ADNpol que tienen actividad exonucleasa 3’- 5’. Esto hace que les permita de comprobar que el nucleótido adicionado es incorrecto y que existe un deficiente apareamiento entre las bases, eliminarlo y reemplazarlo por el nucleótido correcto antes de seguir la polimerización en sentido 5’ – 3’.

RECOMBINACION DEL ADN: implica el reordenamiento de la información genética dentro y entre las moléculas de ADN. Esto permite la aparición de nuevas formas genéticas. Se dividen en:

*      Recombinación genética homologa: intercambio que se produce entre secuencias de ADN homologas. En eucariontes el ejemplo mas importante es el intercambio de fragmentos entre cromosomas homólogos durante la profase I meiotica, este entrecruzamiento (crossing-over). En procariontes se transfieren fragmentos de ADN homologo desde un cromosoma donante a una célula receptora. Puede ocurrir mediante ciertos procesos:

-          Transformación: implica un ADN donante que se encuentra libre en el medio.

-          Transducción: la transferencia del ADN donante esta mediada por un virus bacteriano.

-          Conjugación: la transferencia implica el contacto célula-célula.

*      Recombinación especifica del sitio: esta mediada por una enzima, recombinasa, que reconoce secuencias específicas de nucleótidos en las cadenas de ADN. Se puede dar el fenómeno de transposición, consiste en la existencia de elementos genéticos capaces de desplazarse de un lugar a otro del genoma o bien del genoma de una célula a otra.

PROCARIONTES: se reproducen asexualmente por fisión binaria transversal. La división del ADN y del citoplasma están directamente acopladas. La división ocurre rápidamente y la célula hija recibe un cromosoma que ya esta comenzando a dividirse. Pueden intercambiar material genético por los mecanismos de transformación, transducción y conjugación.

EUCARIONTES:

Mitosis: a partir de una célula madre se obtienen dos células hijas idénticas entre si. El material genético se duplica en la fase S. La integran la cariocinesis y la citocinesis. Se divide en cuatro etapas:

1)      Profase: la cromatina se condensa hasta formar cromosomas bien definidos. están formados por dos cromatides hermanas, cada una contiene una secuencia de ADN especifica, centrómero. En ellos se desarrollan los cinetocoros (uno por cada cromatide). El centrosoma se divide durante la profase y cada centrosoma hijo comienza a migrar hacia uno de los polos de la célula. Se empiezan a organizar los microtúbulos a medida que se alejan que luego formaran el huso cromático cuando se desorganice la membrana nuclear. El nucleolo desaparece por la condensación de su cromatina. Comienza con la desorganización de la membrana nuclear por fosfoliración de las cadenas polipeptídicas; los microtúbulos del huso se introducen en la región nuclear y los dos centrosomas hijos constituyen los dos polos del huso. En cada centrómero maduran los cinetocoros.

2)      Metafase: Los cromosomas alcanzan su máximo estado de condensación y se encuentran unidos a las fibras del huso a través de los cinetocoros de sus centrómeros. Los microtúbulos cinetocoricos traccionan a los cromosomas hasta alinearlos en el plano ecuatorial de la célula.

3)      Anafase: se separan las cromátides hermanas (separación cinetocoros), migrando cada una hacia polos opuestos. En este momento se están repartiendo las dos copias de ADN idénticas que tiene cada cromosoma, una para cada futura célula hija.

4)      Telofase: proceso inverso al de la profase. Se reorganiza la membrana nuclear, se descondensa el ADN. Se reorganizan dos envolturas nucleares (una en torno a cada polo). Se desorganiza el huso mitótico.

5)      Citocinesis: separación del citoplasma entre las dos células. En células eucariotas animales ocurre por estrangulamiento del citoplasma por la acción de un anillo contráctil constituido por filamentos de actina y miosina. En células vegetales se da por tabicamiento, se divide por formación de membranas y una pared en el centro de la célula madre separando en dos compartimientos a las células hijas.

Meiosis: ocurre en células germinales, solo una vez, dando por resultado cuatro células hijas haploides. Consiste en dos divisiones nucleares sucesivas (meiosis I y II) precedidas de una única duplicación de ADN.

Puede ocurrir en distintos momentos de la vida de los organismos: gametica, cigotica o esporica. La reproducción sexual es una fuente de variabilidad genética gracias a combinaciones que se llevan a cabo en la meiosis. Estas combinaciones aumentan las probabilidades de supervivencia de una especie en un ambiente con distintas variables. Las fuentes de variabilidades con la segregación independiente (anafase I o II), que es el azar, y el crossing over (profase I). Obviamente, la fecundación, al mezclar genes provenientes de dos individuos diferentes, también genera variabilidad y por ultimo las mutaciones (este ultimo también en asexual).

Sus etapas son:

MEIOSIS I:

1)      Profase I: Se organiza el huso meiótico a partir de los centríolos. Se desorganiza la envoltura nuclear. La cromatina comienza a condensarse de manera que se hacen evidentes los cromosomas. Se produce el apareamiento de los homólogos. Cada cromosoma se une estrechamente a su homólogo por una de sus cromátides. Se forman las tetradas o bivalentes, par de homólogos apareados. Entre las cromátides de los homólogos se podría llegar a producir, como no, el crossing-over o entrecruzamiento, que consiste en el intercambio de zonas homólogas (que involucran los mismos genes) entre cromosomas homólogos.  Una de las consecuencias es la variabilidad genética ya que después de este hecho las cromátides hermanas ya no son idénticas. Luego, los pares de homólogos se unen a los microtúbulos del huso y comienzan a migrar.

2)      Metafase I: cromatina compactada al máximo. Los pares de cromosomas homólogos se alinean en el plano ecuatorial de manera que uno de los homólogos está orientado hacia un polo y el otro miembro del par está orientado hacia el polo opuesto.

3)      Anafase I: separan los cromosomas homólogos ya que cada uno migra hacia un polo diferente al azar.

4)      Telofase I: se descondensa el ADN. Se reorganizan dos envolturas nucleares (una en torno a cada polo). Se desorganiza el huso meiótico.

Resultado de la meiosis I: dos células hijas diferentes entre sí y diferentes a la célula original. Las células hijas tienen la mitad de cromosomas que la célula que les dio origen. Por eso decimos que la meiosis es una división reduccional

MEIOSIS II:

1)      Profase II: se organiza el huso meiótico a partir de los centríolos. Se desorganiza la envoltura nuclear. La cromatina comienza a condensarse de manera que se hacen evidentes los cromosomas. Los cromosomas se unen por el centrómero al huso y comienzan a migrar.

2)      Metafase II: los cromosomas continúan migrando para finalmente disponerse alineados en el plano ecuatorial. Esto significa que cada cromosoma tiene una de sus cromátides orientada hacia un polo y la otra hacia el polo opuesto.

3)      Anafase II: se separan las cromátides al azar, migrando cada una hacia polos opuestos.

4)      Telofase II: se descondensa el ADN. Se reorganizan dos envolturas nucleares (una en torno a cada polo). Se desorganiza el huso meiótico.

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Gametogénesis: proceso de formación de gametas.

• OVOGENESIS: ocurre en los ovarios. Las células primordiales son las ovogonias (2n), estas duplican su ADN en el tercer mes de desarrollo fetal, originando ovocitos primarios (2n); al quinto mes comienza la meiosis I y al octavo se detiene en la profase I. En la pubertad se continua la meiosis I, y algunos ovocitos I se transforman en ovocitos II; otros en cuerpos polares. Los ovocitos II comienzan la meiosis II (queda frenada en la metafase II – ovulación) produciéndose el ovulo y un cuerpo polar. Solo se concluye la meiosis II si el ovulo es fecundado.
• ESPERMATOGENESIS: ocurre en los testículos, comienza en la pubertad. Las células primordiales son las espermatogonias (2n). En la pubertad duplican su ADN y se diferencian en espermatocitos I que, gracias a la meiosis I (separa homólogos), forman espermatocitos II (2 células haploides) no realizan citocinesis, realizan meiosis II en cada uno de sus núcleos, separa cromatides hermanas. Estos se convierten en espermatidas (4 células haploides), luego de la meiosis II. Las espermatidas sufren un proceso de maduración y diferenciación, y se transforman en espermatozoides (flagelados, poco citoplasmas = mas hidrodinámicos)

ALTERACIONES CROMOSOMICAS:

-Inversiones: el cromosoma se rompe en dos sitios y el fragmento del medio vuelve a fijarse pero de manera inversa. El cromosoma no puede aparearse con un homologo normal durante la meiosis. Lo que sucede es que las gametas tendrán una copia adicional o le faltaran dichos genes. Si la gameta es fecundada mostrara un desequilibrio cromosómico.

-Translocaciones: un fragmento de cromosoma se fija a otro. Generan grandes cambios. Pueden haber supresiones: perdida de una región del cromosoma; o duplicaciones: se repite cierto fragmento.

- Numéricas: no disyunción à pares de homólogos no se separan durante la meiosis I

                                             à Cromatides hermanas no se separan durante meiosis II

Puede no separarse algunas de las tetradas, los homólogos del par sin separar van juntos a la misma celular lo que no impide una meiosis II normal. Las gametas con el número cromosómico alterado se denominan ANEUPLOIDE à n+1 sobra un cromosoma

                                                                                     à n-1 falta un cromosoma

Trío de homólogos à normal + (n+1) = TRISOMIA

                               à normal + (n-1) = MONOSOMIA

Tipos de TRISOMIA: par sexual = XXY (hermafroditismo) o XYY (mas altura)

                                                       X0 detención del desarrollo genital en etapa juvenil.

Autosomas: par 21 = síndrome de down

                    Par 23 = síndrome de Patau no nace

                    Par 18 = Síndrome de Edwards no nace

Primera Ley: principio de segregación.

Todo individuo tiene un par de alelos para cada rasgo o gen que se segregan durante la meiosis. Cuando los alelos son idénticos, el organismo es homocigota. Si son diferentes es heterocigota para esta característica. El genotipo existe en cada alelo como una unidad discreta que se expresa con letras según su grado de ploidia. La interacción de los genes con el ambiente y su expresión es el fenotipo. Si son distintos puede ocurrir:

• Dominación completa: uno domina sobre el otro inhibiendo su acción.
• Dominación incompleta: los rasgos parecen mezclarse obteniendo un fenotipo intermedio.
• Codominancia: los dos alelos dominan por igual y se expresan ambos con la misma intensidad. Sucede por ejemplo, con los grupos sanguíneos.

Cruzamiento prueba: en la dominancia completa no es posible conocer el genotipo del individuo ya que puede ser homocigota o heterocigota. Para averiguarlo se realiza un entrecruzamiento entre el individuo de fenotipo dominante con un homocigota recesivo.

Herencia ligada al cromosoma X: sucede porque en el cromosoma X se encuentra mucha información genética. Si bien las mujeres heredan dos, el hombre hereda solo un cromosoma X por que tiene una sola copia de todos esos alelos. Esta característica se llama hemicigota. Si hay un alelo anormal en dicho cromosoma, siempre se expresara en el hombre. En cambio la mujer puede ser simplemente portadora.

Segunda Ley: transmisión independiente.

Dos genes tienen que ser independientes, cada uno tiene que tener información sobre genotipo diferente. Tienen que estar ubicados en cromosomas homólogos distintos. Si los genes están ligados voy a obtener dos pares de gametas, excepto que se produzca un crossing – over y se podrían obtener 4 gametas diferentes.

EVOLUCION

Creacionismo: seres vivos creados por ser superior.

Fijismo: especies no cambian.

Lamarck

ü      El origen de un nuevo órgano o transformación es motivado por una necesidad que provoca un “impulso interno” que conduce a formar ese órgano.

ü      El uso o desuso de las partes del organismo conduce a su mayor o menor desarrollo o inclusive a su desaparición.

ü      Los cambios o modificaciones adquiridas a lo largo de la vida de un individuo, se transmiten a la descendencia (herencia de los caracteres adquiridos).

Darwin – Wallace

ü      Todos los individuos provienen de otros semejantes.

ü      Todas las especies tienen un potencial reproductivo que les permitiría multiplicarse en forma geométrica, pero esto en la realidad no ocurre porque hay presiones ambientales. Los individuos producen más descendencia que la que puede sobrevivir.

ü      Las poblaciones mantienen constante el número de individuos durante largos períodos de tiempo.

ü      los individuos de una misma especie no son todos iguales sino que presentan variaciones

ü      entre los individuos de una población hay diferencias y ellas pueden heredarse

ü      los individuos con variaciones favorables para cierto medio, tienen más ventajas que los demás. Tienen más posibilidades de sobrevivir y tendrán así más descendientes (que heredarán esas variaciones)

ü      las variaciones favorables se acumulan a lo largo del tiempo por Selección Natural (el ambiente es la principal causa de selección natural). Las variaciones desfavorables se irán eliminando.

Gradualismo: la transformación se da en forma gradual.

Teoría Sintética de la evolución

Básicamente, de la combinación entre  la teoría darwinista, los principios de Mendel, la genética moderna, la paleontología y la bioquímica,  surge la Teoría Sintética de la evolución.  Proponen como los principales motores del cambio evolutivo a las mutaciones, la recombinación génica y la selección natural.

Postula fundamentalmente que:

ü      La variabilidad genética se debe principalmente a las mutaciones (en los individuos de reproducción asexual) y a la recombinación genética en los de reproducción sexual.

ü      La selección natural actúa sobre la variabilidad genética

ü      La evolución debe ser estudiada a nivel poblacional y no individual

ü      La evolución se produce de manera gradual

ü      La selección natural conduce a cambios en el pool de genes de la población

Factores que causan variabilidad genética

Mutación, cambios en la estructura y número de cromosomas (deleciones, inserciones, translocaciones, suplicaciones, errores en el crossing, aneuploidismo, recombinación genética).

Procesos que aumentan la variabilidad

Flujo génico y deriva génica.

Un concepto importante es el de pool génico o conjunto de genes de una población. Podemos definirlo como la suma de todos los alelos de todos los genes de todos los individuos de una población. El pool génico define y caracteriza a una población.

Entonces, para esta teoría la evolución es el resultado de los cambios acumulativos en el pool génico a lo largo del tiempo.

Efecto fundador: De una población se separa un grupo más pequeño (genéticamente representativo o no). En esta nueva población más pequeña, algunos alelos raros pueden quedar representados en exceso, aumentando así su frecuencia, y otros alelos pueden estar totalmente ausentes.

Cuello de botella: se reduce notablemente el número de individuos que componen una población debido a cuestiones drásticas (inundaciones, erupciones volcánicas, terremotos, etc.) y no por la selección natural.

Teoría neutralista: se oponen a los seleccionistas, son más importantes los cambios por deriva génica. Genes que cambian no tienen ni más ni menos ventajas que los genes que los sustituyen.

Teoría saltacionista: los procesos microevolutivos son independientes de los macroevolutivos. Se oponen al gradualismo. Mayor incidencia del azar que de la selección natural. El ritmo de la evolución no es gradual sino que procede a saltos.