Resumen 2o Parcial Biología PDF

Clase 14: Replicación y transcripción del ADN El dogma central de la biología molecular describe el flujo de información genética dentro de una célula. Plantea que la información genética se transmite en una dirección específica: ADN: Es el ácido desoxirribonucleico, la molécula que contiene...

Clase 14: Replicación y transcripción del ADN El dogma central de la biología molecular describe el flujo de información genética dentro de una célula. Plantea que la información genética se transmite en una dirección específica: ADN: Es el ácido desoxirribonucleico, la molécula que contiene el código genético de todos los organismos vivos. ARN: Es el ácido ribonucleico, una molécula que actúa como intermediario entre el ADN y las proteínas. Proteínas: Son las moléculas que realizan la mayor parte de las funciones en las células. Los procesos involucrados en este flujo de información son: 1. Replicación: El ADN se duplica para crear copias idénticas de sí mismo antes de la división celular. 2. Transcripción: La información contenida en un gen de ADN se copia en una molécula de ARN mensajero (ARNm). 3. Traducción: El ARNm se utiliza como plantilla para ensamblar una cadena de aminoácidos, que se pliega para formar una proteína. Replicación Sus características son: Semiconservativa: cada hebra parental actúa como molde para una cadena nueva, y cada una de las dos moléculas de ADN nuevas tiene una cadena vieja y una nueva. Bidireccional: en un origen de replicación, las dos hebras de ADN se separan, y las ADN polimerasas comienzan a añadir nucleótidos en ambas direcciones. Semidiscontinua: una de las dos cadenas de ADN se replica de manera continua, mientras que la otra se replica de forma discontinua, formando fragmentos pequeños que luego se unen. Este proceso se da en dos pasos, que involucra muchas proteínas y enzimas diferentes: 1. La doble hélice se desenrolla hasta separar las dos cadenas molde y las deja disponibles para el nuevo apareamiento de bases. 2. Se unen dos nucleótidos mediante enlaces fosfodiéster a cada cadena en crecimiento en una secuencia determinada por el apareamiento de bases complementarias con las bases de la cadena molde. Los nucleótidos se agregan a la nueva cadena en crecimiento en el extremo 3´ de su desoxirribosa terminal, donde tiene un grupo OH- libre. El ADN se replica mediante la interacción de la cadena molde con un complejo proteico, el complejo de replicación, que cataliza las reacciones. Todos los cromosomas tienen al menos una secuencia de bases llamada origen de replicación (ori) a la que se une inicialmente el complejo, mediante el reconocimiento por proteínas. A partir de este punto se replica en ambas direcciones formando dos horquillas de replicación, las dos cadenas separadas actúan como molde simultáneamente y la formación de las nuevas es guiada por el apareamiento de bases complementarias. El primer acontecimiento en el ori es el desenrollamiento localizado (desnaturalización) del ADN (tiene puentes de hidrogeno e interacciones hidrófobas de las bases) mediante la enzima ADN helicasa, y las proteínas de unión a ADN de cadena simple se unen a las cadenas desenrolladas impidiendo la reasociación. Replicación en bacterias: los cromosomas circulares se replican a partir de un único origen, a medida que el ADN se mueve a través del complejo de replicación las horquilla se agrandan alrededor del círculo. Se forman dos ADN circulares entrelazados que son separados por la enzima ADN topoisomerasa. Los cromosomas lineales grandes tienen muchos orígenes de replicación. Los complejos de replicación pueden unirse a los que son adyacentes al mismo tiempo y replicarse simultáneamente. Existen muchas horquillas de replicación en el ADN eucarionte. Las ADN polimerasas agregan nucleótidos a la cadena en crecimiento, tienen la forma de una mano derecha abierta con una palma (contiene al sitio activo y reúne el sustrato y el molde), un pulgar y dedos (reconocen las diferentes formas de las cuatro bases). Estas enzimas pueden elongar una cadena de polinucleótidos mediante unión covalente de los nucleótidos nuevos a la cadena ya existente, pero no pueden comenzar una nueva, se necesita una cadena iniciadora llamada cebador (segmento de ARN monocatenario) sintetizada por la enzima primasa. Luego la ADN polimerasa agrega nucleótidos al extremo 3´del cebador hasta que se haya completado la replicación. Se degrada el cebador y se lo reemplaza por ADN y los fragmentos resultantes de ADN se conectan por la acción de otras enzimas (ADN polimerasas diferentes). Las dos cadenas de ADN crecen de forma diferente: Cadena o hebra conductora: cadena en replicación reciente que apunta en la dirección “correcta” para crecer de manera continua en su extremo 3´ a medida que la horquilla se abre. Cadena o hebra retrasada: la otra cadena nueva que apunta en la dirección “errónea”; a medida que la horquilla se abre más adelante, se expone el extremo 3´ y se aleja cada vez más de la horquilla de replicación; se forma una brecha sin replicar, que se volvería más y más grande pero se resuelve mediante este mecanismo: estos tramos discontinuos se sintetizarán como lo hace la hebra conductor, mediante la adición de nucleótidos nuevos uno por vez al extremo 3´ de la cadena nueva, pero la síntesis de esta cadena nueva se mueve en la dirección opuesta al movimiento de la horquilla de replicación. Estos tramos de ADN nuevos para la cadena retrasada se llaman fragmentos de Okazaki y cada uno requiere de su propio cebador. En resumen, la hebra conductora crece de manera continua “hacia adelante” y la hebra retrasada crece en tramos más cortos “hacia atrás” con brechas entre sí. En las bacterias la ADN polimerasa III sintetiza los fragmentos de Okazaki mediante el agregado de nucleótidos a un cebador hasta que este alcanza el cebador del fragmento previo, donde la ADN polimerasa I elimina el cebador y lo reemplaza por ADN. La enzima ADN ligasa cataliza el enlace fosfodiéster entre los fragmentos formando una sola cadena. Las ADN polimerasas son enzimas procesivas; catalizan muchas polimerizaciones cada vez que se unen a una molécula de ADN. La nueva cadena recién replicada se estabiliza mediante una abrazadora deslizante de la ADN polimerasa (proteína con múltiples subunidades idénticas ensambladas en forma de rosquilla), se une al ADN por detrás de la ADN polimerasa manteniéndola fuertemente asociada con el ADN recién replicado. Su función es mantener la ADN polimerasa unida al ADN para producir mayor cantidad de polimerizaciones. Cuando se elimina el cebador de ARN terminal, no se puede sintetizar ADN que lo reemplace porque no hay extremo 3´en el ADN para extenderlo (no hay hebra de ADN complementario), por lo tanto, el nuevo cromosoma tiene un segmento muy pequeño de ADN monocatenario en cada extremo. Esto activa mecanismos que acortan la región de cadena simple, junto con una parte del extremo de cadena doble intacto; el cromosoma se acorta levemente con cada división celular. Los telómeros, secuencias repetitivas en los extremos de los cromosomas, unen proteínas específicas que mantienen la estabilidad de los extremos cromosómicos. Luego de 20-30 divisiones los telómeros se pierden, los cromosomas son incapaces de participar en la división celular y la célula muere. La enzima telomerasa cataliza la adición de cualquier secuencia telomérica perdida, contiene una secuencia de ARN que actúa como molde. Permite que las células se dividan más veces sin sufrir daños genéticos (cáncer por ej.). Mecanismos de reparación del ADN Si falla la replicación del ADN podrían estar en riesgo: la transmisión de la información genética, el funcionamiento y la vida de la célula o de un organismo multicelular. Mecanismo de corrección de pruebas o errores: corrige los errores en la replicación a medida que la ADN polimerasa los comete. Mecanismo de reparación de errores de apareamiento: explora el ADN inmediatamente después de que se ha replicado y corrige cualquier error en el apareamiento de bases. Si este mecanismo falla, las secuencias del ADN se alteran. Mecanismo de reparación por escisión: elimina las bases anormales que se forman debido a daño químico y las reemplaza con bases funcionales. Cuando las enzimas que inspeccionan constantemente el ADN de la célula encuentran bases mal apareadas, químicamente modificadas o puntos en loa cuales una cadena tiene más bases que la otra, cortan la cadena defectuosa. Otra enzima corta por fuera de las bases adyacentes a la base problemática y la incluyen, y la ADN polimerasa y la ADN ligasa sintetizan y sellan una nueva secuencia de bases para reemplazar la escindida. Aplicaciones del conocimiento de la estructura y replicación del ADN Reacción en cadena de la polimerasa (PCR): esta técnica automatiza el proceso de replicación del ADN en laboratorio al copiar una región corta de ADN muchas veces en un tubo de ensayo. Es un proceso cíclico en el cual se repite esta secuencia de pasos: 1. Se separan los fragmentos de ADN bicatenario en una cadena simple mediante calentamiento (desnaturalización). 2. Se agrega a la mezcla un cebador corto artificial, con los 4 desoxirribonucleósidos trifosfato (dATP, dGTP, dCTP y dTTP) y la ADN polimerasa. 3. La ADN polimerasa cataliza la producción de nuevas cadenas complementarias. Esta técnica requiere que la secuencia de bases en el extremo 3´ de cada cadena de la secuencia de ADN diana sea conocida para que los cebadores complementarios sean sintetizados en el laboratorio. Para poder desnaturalizar el ADN se debe calentar a una temperatura que destruye a la mayoría de las ADN polimerasas, por lo que se utiliza la maquinaria metabólica que resiste al calor de una bacteria (thermus aquaticus) que vive a altas temperaturas. Secuenciación del ADN: esta técnica permite determinar la secuencia de bases de una molécula de ADN. Se basa en el uso de nucleósidos alterados artificialmente. 1. Se reemplaza el azúcar ribosa de los desoxirribonucleósidos trifosfato (dNTP) con 2,3-didesoxirribosa, por lo que el didesoxirribonucleósido trifosfato (ddNTP) resultante será añadido por la ADN polimerasa a una cadena polinucleotídica en crecimiento. 2. Como los ddNTP carecen de un grupo OH en la posición 3´, no se podrá añadir el próximo nucleótido. Por lo tanto, la síntesis se detiene en la posición en que se ha incorporado el ddNTP. 3. Para determinar la secuencia se desnaturaliza un fragmento de ADN, las cadenas simples se colocan en un tubo de ensayo y se mezclan con: ADN polimerasa, para sintetizar la cadena complementaria. Cebadores cortos artificiales, apropiados para la secuencia de ADN. Los cuatro dNTP. Cantidades pequeñas de los cuatro ddNTP, cada uno unido a un marcador fluorescente. 4. Al avanzar la replicación el tubo contiene una mezcla de cadenas de ADN molde y cadenas complementarias nuevas (cada una de las cuales finaliza con un ddNTP fluorescente). 5. Se desnaturalizan nuevos fragmentos de ADN de sus moldes y se los somete a electroforesis, que separa los fragmentos por longitud. La información resultante (el color de fluorescencia en relación con la longitud) se ingresa en un ordenador que imprime la secuencia de ADN del fragmento. Clase 15: Traducción, síntesis de proteínas La transcripción (formación de ARN específico a partir de un ADN específico) requiere de: Un molde de ADN que permite el apareamiento de bases complementarias. Los ribonucleósidos trifosfatos apropiados (ATP, GTP, CTP y UTP). Enzima ARN polimerasa. Dentro de cada gen solo se transcribe la cadena molde de ADN, la otra cadena complementaria (cadena no molde) permanece sin transcribir. Para genes diferentes en la misma molécula de ADN pueden transcribirse diferentes cadenas. En este proceso se sintetizan ARNm, ARNt y ARNr, codificados por genes específicos. Las ARN polimerasas de los procariontes y de los eucariontes catalizan la síntesis de ARN a partir del ADN molde. En las bacterias hay 1 solo tipo y en eucariontes hay 3, pero todas comparten una estructura común que se asemeja a una pinza de cangrejo. Pasos de la catálisis: 1. La enzima reconoce ciertas bases dentro de la doble hélice de ADN y se une a ellas. 2. Las “pinzas” se cierran manteniendo el ADN en una forma de doble hebra denominada complejo cerrado. 3. Se produce un cambio conformacional en la ARN polimerasa, que desnaturaliza un segmento corto de ADN formando un complejo abierto. 4. Este complejo hace que las bases no apareadas dentro del ADN queden disponibles para aparearse con los ribonucleósidos y comienza la síntesis de ARN. Las ARN polimerasas son procesivas, por lo que un acontecimiento de unión molde-enzima da como resultado la polimerización de cientos de bases de ARN, a diferencia de las ADN polimerasas no requieren de un cebador. Los 3 pasos de la transcripción Iniciación Requiere de un promotor, secuencia especial de ADN a la cual se une la ARN polimerasa. Existe al menos uno por cada gen, estos le dicen tres cosas a la ARN polimerasa: Donde empezar la transcripción. Que cadena de ADN transcribir. La dirección que debe tomar desde el sitio de inicio. La transcripción comienza en el sitio de iniciación, una parte de los promotores. Los grupos de nucleósidos ubicados “corriente arriba” desde el sitio de iniciación (5´sobre la cadena no molde y 3´sobre la cadena molde) ayudan a la ARN polimerasa a unirse. Elongación Comienza con la unión de la ARN polimerasa al promotor, que desenrolla el ADN y lee la cadena molde en dirección 3´a 5´. Esta enzima agrega nucleótidos nuevos al extremo 3´de la cadena en crecimiento (sin revisar ni corregir). El transcrito de ARN es antiparalelo a la cadena molde de ADN (la primera base forma del extremo 5´). Terminación Esta indicada por una secuencia específica de bases para que la ARN polimerasa deje de colocar nucleótidos. Para algunos genes el transcrito recién sintetizado abandona el ADN molde y la ARN polimerasa, para otros una proteína ayudante aleja el transcrito. En los procariontes que no tienen envoltura nuclear y pueden tener ribosomas localizados cerca del cromosoma, la traducción suele comenzar cerca del extremo 5´del ARNm antes de que se complete la transcripción de la molécula de ARNm. En los eucariontes hay una separación espacial de la transcripción (núcleo) y la traducción (citoplasma), también el primer producto de la transcripción es un pre-ARNm (más largo que el ARNm) y debe sufrir un procesamiento antes de ser traducido. Tipos de maduración del ARNm en eucariotas Caperuza (5´): modificación química que se añade al extremo 5' del ARN mensajero recién transcrito. Consiste en una 7-metilguanosina unida por un enlace 5'-5' al primer nucleótido del ARN. Este cap tiene varias funciones: Protege el ARNm de la degradación. Facilita el transporte del ARNm desde el núcleo al citoplasma. Ayuda en el reconocimiento y la unión de los ribosomas durante la traducción. Cola de poli a (3´): En el extremo 3' del ARNm se agrega una cola de poli-A, que es una cadena de adeninas (A) que puede variar en longitud. Este proceso se llama poliadenilación y cumple varias funciones: Protege el ARNm de la degradación por exonucleasas. Facilita el transporte del ARNm al citoplasma. Ayuda en la traducción al interactuar con factores de traducción y ribosomas. Maduración por corte y empalme o splicing: proceso crucial para la formación de ARNm maduro. El ARN precursor (pre- ARNm) contiene tanto secuencias codificantes (exones) como secuencias no codificantes (intrones). En este proceso los intrones se eliminan del ARN precursor; las enzimas del complejo del spliceosoma (un conjunto de proteínas y ARN pequeños) reconocen los sitios de corte en los extremos de los intrones, los eliminan y luego unen los exones. Este ARN maduro es lo que se traduce en proteínas en los ribosomas. El splicing puede ser alternativo, lo que significa que una misma secuencia de ARN precursor puede ser procesada de diferentes maneras para generar variantes de ARN maduro que codifiquen proteínas diferentes, lo que aumenta la diversidad proteica sin necesidad de tener más genes. Transcripción de genes en tándem de ARNr Proceso en el cual los genes que codifican para ARN ribosómico están organizados repetidamente en secuencias en tándem en el ADN. Estos genes se transcriben por la ARN polimerasa I en un único ARN precursor, que luego es procesado para generar los diferentes ARNr necesarios para la formación de ribosomas. Procesamiento del ARNr: Después de la transcripción, el ARN precursor experimenta varios pasos de procesamiento para producir los ARNr funcionales: Corte del pre-ARNr: El ARN precursor (45S) es cortado en fragmentos específicos para generar las diferentes especies de ARNr (18S, 5.8S y 28S). Modificaciones químicas: como metilación de bases o pseudouridinación, para garantizar que sean funcionales en la síntesis de proteínas. Asociación con proteínas ribosómicas: Una vez procesado se asocia con proteínas ribosómicas para formar las subunidades del ribosoma. Modificaciones para el ARNt Estas modificaciones permiten que los ARNt se plieguen adecuadamente, interactúen eficientemente con el ribosoma, y reconozcan correctamente los codones del ARN mensajero (ARNm) durante la traducción. En el extremo 5´ se eliminan 16 nucleótidos y en el 3´ se eliminan 2. Adición de la secuencia CCA en el extremo 3´ (donde llevará al aá).  Modificaciones químicas de algunas bases nitrogenadas. Algunos pierden una secuencia interna (intrón de ARNt). Código genético Relaciona los genes (ADN) con el ARNm y el ARNm con los aminoácidos que constituyen las proteínas, y especifica que aminoácidos constituirán una proteína. Cada secuencia de 3 bases de nucleótidos a lo largo de la cadena de polinucleótidos de ARNm especifica un aminoácido en particular, llamada codón. Cada codón es complementario al triplete correspondiente de bases en la molécula de ADN a partir de la que se transcribió. Hay muchos más codones que aminoácidos en las proteínas, las combinaciones de las 4 bases disponibles dan 64 codones diferentes (de 3 bases cada uno), y aún así determinan solo 20 aminoácidos. Codón de iniciación (para la traducción): AUG, codifica la metionina. Codones de terminación (traducción): UAA, UAG y UGA. El código genético es redundante (no ambiguo) ya que un aminoácido dado puede estar codificado por más de un codón, pero un codón puede codificar solo un aminoácido. Es casi universal y se aplica a todas las especies del planeta; para casi cada especie los codones que especifican los aá son los mismos. Las excepciones son los códigos genéticos dentro de los cloroplastos y mitocondrias. Traducción de ARNm a proteínas El ARNt es la molécula que conecta la información contenida en los codones de ARNm con aminoácidos específicos en las proteínas. Dos acontecimientos claves para que la proteína sintetizada sea la que el ARNm especifica: El ARNt debe leer correctamente los codones del ARNm. El ARNt debe entregar los aá que corresponden a los codones del ARNm que lee. Cuando los ARNt decodificaron el ARNm y entregaron los aá adecuados, los componentes del ribosoma catalizan la formación de enlaces peptídicos entre los aá. Los ARNt llevan aá específicos y se unen a codones específicos: el codón en el ARNm y el aá en una proteína están relacionados por medio de un adaptador: un ARNt específico con un aá unido. Por cada uno de los 20 aá hay al menos 1 tipo específico de molécula de ARNt. La molécula de ARNt cumple 3 funciones:  Lleva un aá.  Se asocia con moléculas de ARNm.  Interactúa con ribosomas. Tienen una conformación (forma tridimensional) mantenida por apareamiento de bases complementarias (P de H) dentro de su propia secuencia. En el extremo 3´de cada molécula se encuentra su sitio de unión a un aá (covalente). Aprox en el medio de la secuencia de ARNt se encuentra un grupo de bases: anticodón, que constituye el sitio de apareamiento de bases complementarias (P de H) con el ARNm. Cada especie tiene un anticodón único, complementario al codón del ARNm para ese aá del ARNt. El codón y el anticodón están antiparalelos entre sí. La carga de cada ARNt con sus aá correctos se logra mediante las enzimas en activación aminoacil-ARNt sintetasas, cada una es específica para un aá y su ARNt correspondiente. Tienen un sitio activo de tres partes que reconoce tres moléculas: un aá específico, ATP y un ARNt específico. Al proceso de carga del ARNt se puede denominar segundo código genético, debido a la especificidad de las enzimas de activación. El aminoácido se une al extremo 3´del ARNt (a grupo OH libre sobre la ribosa) con un enlace rico en energía, que luego la proporcionará para la síntesis del enlace peptídico que unirá los aá. La maquinaria de síntesis de proteínas reconoce el anticodón del ARNt cargado, no el aá unido a él. Ribosomas Donde se realiza la traducción. Un ribosoma dado no produce específicamente un solo tipo de proteína, puede emplear cualquier ARNm y todas las especies de ARNt cargados, produciendo muchos polipéptidos diferentes. El ARNm como secuencia lineal de codones especifica la secuencia polipeptídica que será sintetizada. Cada ribosoma consta de 2 subunidades: o Subunidad mayor (más grande): consiste en 3 moléculas diferentes de ARN ribosómico y cerca de 45 moléculas de diferentes proteínas. Sobre ella se encuentran 3 sitios a los que se puede unir el ARNt: Sitio A (aminoácido): donde el anticodón del ARNt cargado se une al codón del ARNm, alineando el aá correcto que se añade a la cadena polipeptídica en crecimiento. Sitio P (polipéptido): donde el ARNt agrega su aá a la cadena polipeptídica en crecimiento. Sitio E (salida): en el que el ARNt, una vez que dejó su aá, permanece antes de ser liberado del ribosoma y de retomar al citosol donde se une a otro aá y el proceso vuelve a comenzar. o Subunidad menor: consiste en una molécula de ARNr y 33 moléculas de diferentes proteínas. Las proteínas diferentes y los ARNr en una subunidad ribosómica se mantienen unidos por fuerzas iónicas e hidrofóbicas. Estos orgánulos se aseguran de que un ARNt cargado con el anticodón correcto se una al codón apropiado en el ARNm, formándose P de H entre las bases, que es reforzado con la validación de la combinación (de las bases) por el ARNr de la subunidad ribosómica menor. Los ribosomas de los procariontes son mas pequeños, y sus proteínas ribosómicas y los ARN son diferentes. Los 3 pasos de la traducción del ARNm Iniciación Comienza con la formación de un complejo de iniciación, que consiste en un ARNt cargado que lleva o que será el primer aá de la cadena polipeptídica y una subunidad ribosómica menor, ambos unidos al ARNm. El ARNr de la subunidad ribosómica menor primero se une a un sitio de unión del ribosoma complementario (secuencia de Shine-Dalgarno) sobre el ARNm. El anticodón de un ARNt cargado de metionina (primer aá de todas las cadenas polipeptídicas) se une al codón de iniciación del ARNm (AUG) por apareamiento de bases complementarias. Algunas proteínas al madurar pierden su metionina iniciadora por la acción de enzimas, luego de la traducción. Luego la subunidad mayor del ribosoma se une al complejo. El ARNt cargado se encuentra en el sitio P del ribosoma y el sitio A está alineado con el segundo codón del ARNm; ambos se colocan juntos por proteínas llamadas factores de iniciación. Elongación Un ARNt cargado cuyo anticodón es complementario al segundo codón del ARNm ingresa en el sitio A abierto de la subunidad ribosómica mayor y esta cataliza dos reacciones ya que tiene actividad peptidil transferasa: ▪ Se rompe el enlace entre el ARNt en el sitio P y su aá. ▪ Se forma un enlace peptídico entre ese aá y el que esta unido al ARNt en el sitio A. Luego de liberar su metionina, el ARNt se mueve al sitio E luego se disocia del ribosoma, retomando al citosol donde vuelve a cargar otra metionina. El segundo ARNt con un dipéptido pasa al sitio P a medida que el ribosoma se mueve un codón a lo largo del ARNm (dirección 5´a 3´). La elongación continua y la cadena crece a medida que los pasos se repiten: ▪ El siguiente ARNt cargado ingresa en el sitio A libre, donde su anticodón se une con el codón del ARNm. ▪ Su aá forma un enlace peptídico con la cadena de aá en crecimiento del ARNt en el sitio P. ▪ El ARNt en el sitio P es transferido al sitio E y luego es liberado. El ribosoma se desplaza un codón, por lo que todo el complejo ARNt-polipéptido se mueve al nuevo sitio P vacante. Todos estos pasos son asistidos por proteínas llamadas factores de elongación. Terminación La traducción se detiene cuando un codón de terminación (UAA, UAG o UGA) ingresa en el sitio A. Estos codones no determinan ningún aá ni se unen al ARNt, unen una proteína; factor de liberación, que permite la hidrólisis del enlace entre la cadena polipeptídica y el ARNt en el sitio P. El polipéptido completado se separa del ribosoma, su extremo C terminal es el ultimo aá en unirse a la cadena. Polisomas/ polirribosomas Son estructuras complejas formadas por varios ribosomas que se encuentran unidos a una misma molécula de ARNm durante el proceso de traducción. Mientras un ribosoma está traduciendo una porción del ARNm, otro ribosoma puede unirse al ARNm en una posición más adelante, creando una especie de cadena de ribosomas. Cuantos más ribosomas se asocien a la misma molécula de ARNm, más eficientemente se produce la síntesis de proteínas. Procesos postraduccionales La cadena polipeptídica liberada del ribosoma no es necesariamente una proteína funcional. El sitio de una función polipeptídica puede estar alejado del de síntesis en el citoplasma, y usualmente están modificados por el agregado de grupos químicos que tienen funciones específicas. Las secuencias señal dirigen a las proteínas a sus destinos celulares La secuencia de aá de un polipéptido puede contener una secuencia señal que indica a que parte de la célula pertenece. La síntesis proteica siempre comienza sobre los ribosomas libres en el citoplasma, a medida que se sintetiza una cadena la información contenida en la secuencia de aá le otorga uno de los dos conjuntos de información adicional: Terminar la traducción y ser liberada a un orgánulo: estas proteínas son enviadas al núcleo, la mitocondria, los plástidos (como los cloroplastos) o los peroxisomas. Si carecen de estas especificaciones permanecen en el citosol. Las secuencias señal tienen una conformación que les permite unirse a una proteína receptora especifica, proteína de acoplamiento, sobre la membrana externa del orgánulo apropiado. En ese momento el receptor forma un canal en la membrana, permitiendo que la proteína pase a través de él hasta su destino en el orgánulo. Detener la traducción y finalizarla en el RE: Antes de que termine la traducción y mientras el polipéptido aun esta unido a un ribosoma, la secuencia señal se une a una partícula de reconocimiento de señal (compuesta por proteína y ARN). Esta unión bloquea la síntesis proteica hasta que el ribosoma vuelva a estar unido a una proteína receptora específica en la membrana del RE rugoso. La proteína receptora se convierte en un canal a través del cual pasa el polipéptido en crecimiento. El polipéptido elongado puede ser retenido en la membrana del RE o entrar en su interior. Una enzima de la luz del RE elimina la secuencia señal de la cadena y se reanuda la síntesis hasta completar la cadena. Al finalizar la síntesis pueden ser retenidas en el RE y enviadas al sistema de Golgi, donde pueden ser modificadas. Luego pueden ser enviadas a los lisosomas, a la membrana plasmática, o si carece de estas instrucciones especificas pueden ser secretadas de la célula a través de vesículas. Tipos de señales adicionales para dirigir la proteína: o Secuencias de aá que permiten la retención de la proteína en el RE. o Azucares que se agregan en el sistema de Golgi, formando glucoproteínas (usualmente se dirigen a la membrana plasmática o lisosomas). Modificaciones postraduccionales Proteólisis: es el corte de la cadena polipeptídica, en regiones terminales o internas. Por ej. la escisión de la secuencia señal de la cadena polipeptídica en crecimiento en el RE. Algunas proteínas se forman a partir de poliproteínas (polipéptidos largos) que son cortados mediante proteasas (enzimas). Glucosilación: adición de azúcares a las proteínas, formando glucoproteínas. Se puede dar tanto en el RE como en el Golgi, por medio de enzimas. Es importante para el reconocimiento de las funciones de las proteínas en la superficie celular, dirigirlas a los lisosomas y estabilizar las que son almacenadas en las vacuolas en las plantas. Fosforilación: adición de grupos fosfatos, catalizado por proteincinasas. A menudo exponen el sitio activo de una enzima o un sitio de unión para otra proteína. Plegamiento de proteínas Durante la traducción el polipéptido en crecimiento se va moviendo a través de un canal acuoso de la subunidad mayor, hasta que emerge de ella, la cadena se va plegando a medida que sale del ribosoma para adquirir la conformación nativa, el plegamiento tridimensional de menor energía libre con el que cumple su función. Si se pliega mal o tarda demasiado en hacerlo correctamente, pueden formarse agregados proteicos y no llegar a cumplirla. Por lo tanto, en el plegado de muchas proteínas interviene una clase de proteínas particulares: las chaperonas y las chaperoninas, que facilitan ese plegado. Las proteínas mal sintetizadas, mal plegadas o no funcionales son recicladas por las células; se marcan por muchas moléculas de una pequeña proteína llamada ubiquitina. Luego son enviadas a las proteasomas; complejos supra macromoleculares de proteínas con forma de cilindro con dos tapas, en cuyo interior hay proteasas asociadas a ATPasas que hidrolizan a las proteínas que llegan marcadas con ubiquitina. Mutaciones Pueden ocurrir errores en la replicación del ADN, que pasan a las células hijas. Las mutaciones en los organismos multicelulares se pueden dividir en 2 tipos: Mutaciones somáticas: ocurren en las células somáticas, pasan a las células hijas luego de la mitosis y a su vez, a la descendencia de estas células, pero no pasan a la descendencia producida sexualmente. Mutaciones en la línea germinal: ocurren en las células especializadas que dan origen a los gametos. Un gameto con la mutación la pasa a un nuevo organismo en la fecundación. Algunas mutaciones determinan sus fenotipos solo en ciertas condiciones restrictivas (no se detectan en otras condiciones permisivas), estos fenotipos se conocen como mutantes condicionales. Todas las mutaciones son alteraciones en la secuencia nucleotídica del ADN, a nivel molecular pueden clasificarse en 2 categorías: Mutaciones puntuales: se dan en un solo par de bases, por lo que se limitan solo a 1 gen: un alelo (en general dominante) se transforma en otro alelo (casi siempre recesivo) debido a una alteración (ganancia, pérdida o sustitución) de un nucleótido. Pueden ser el resultado de errores en la replicación que no son corregidos por la corrección de pruebas o pueden ser causados por mutágenos ambientales. Por lo general determinan cambios en el ARNm, que pueden o no dar lugar a cambios en las proteínas: o Mutaciones silenciosas: son sustituciones de bases, no provocan cambios en los aá cuando se traduce el ARNm alterado gracias a la redundancia del código genético. o Mutaciones de sentido erróneo: sustituciones de bases que cambian el mensaje genético de manera que un aá se sustituye por otro en la proteína. Puede causar que la proteína sea no funcional o reducir su eficiencia. o Mutaciones sin sentido o terminadoras: son más destructivas ya que la sustitución en este caso produce un codón de terminación y da como resultado una proteína acortada (no funcional). Se dan por sustitución de bases. o Mutaciones por corrimiento del marco de lectura: se dan la insertar o eliminar del ADN un par de bases. Intervienen en la decodificación del mensaje genético al desajustar el registro. Conducen a la producción de proteínas no funcionales.  Mutaciones cromosómicas: alteraciones más extensas, pueden cambiar la posición u orientación de un segmento de ADN sin eliminar ninguna información genética o pueden causar la pérdida o la duplicación irremediables de un segmento de ADN. Pueden originarse por mutágenos o por errores drásticos en la replicación cromosómica: o Deleciones: eliminan parte del material genético, sus consecuencias pueden ser graves a menos que afecten a genes innecesarios o estén enmascaradas por la presencia, en la misma célula, de alelos normales de los genes delecionados. o Duplicaciones: pueden producirse al mismo tiempo que las deleciones, podrían surgir si los cromosomas homólogos se rompen en distintas posiciones y luego se reconectan con el compañero equivocado. Uno de los dos cromosomas producidos por este mecanismo podría carecer de un segmento de ADN (teniendo una deleción) y el otro podría tener dos copias (una duplicación) del segmento que fue eliminado del primer cromosoma. o Inversiones: pueden resultar de la rotura y la reconexión de los cromosomas. Un segmento de ADN puede ser eliminado y reinsertado en el mismo lugar en el cromosoma, pero con los extremos “dados vuelta”, de manera que se orienta en dirección opuesta. Si el sitio de la rotura incluye parte de segmento de ADN que codifica una proteína, ésta resultará alterada y será no funcional. o Translocaciones: un segmento de ADN se rompe completamente, se mueve desde su cromosoma y se inserta en uno diferente. Pueden ser recíprocas o no, suelen llevar a las duplicaciones y a las deleciones, y pueden causar la esterilidad si el apareamiento de los cromosomas normales en la meiosis no puede ocurrir. Las mutaciones pueden ser espontáneas o inducidas: Mutaciones inducidas: cuando un agente externo a la célula, un mutágeno, causa un cambio permanente en el ADN. Se pueden dar mediante diversos mecanismos: o Sustancias químicas pueden alterar las bases nucleotídicas. o Sustancias químicas agregan grupos a las bases o La radiación daña el material genético. Mutaciones espontáneas: cambios permanentes en el material genético que ocurren sin influencia externa, suceden debido a que la maquinaria de la célula es imperfecta. Pueden ocurrir por diversos mecanismos: o Las cuatro bases nucleotídicas son inestables. Pueden existir en dos formas diferentes (tautómeros) una de las cuales es común y la otra es rara. El resultado es una mutación puntual. o Las bases pueden cambiar debido a una reacción química. o La ADN polimerasa puede cometer errores en la replicación. o La meiosis no es perfecta. Las mutaciones aportan diversidad genética y son materia prima para la evolución.  1. Cromosomas Las bacterias suelen tener 1 solo cromosomas por célula y la mayoría solo tiene una copia de cada gen. La organización de los genes en el ADN eucariota es mucho más complejo. Las secuencias de nucleótidos tienen segmentos de ADN que no codi can la secuencia de aminoácidos de la proteína. Estos segmentos de ADN no traducido son los intrones, y los segmentos codi cantes son los exones. En eucariotas superiores los genes tienen más secuencias de intrones que de exones, solo el 1,5% del ADN de los humanos es exónico o codi cante. Cais la mitad de los genes humanos son secuencias repetitvas de ADN que pueden moverse de un lugar a otro del genoma, estos transposones son un tipo de parásito molecular que se aloja en el genoma. Algunos de los transposones son activos, pero la gran mayoría son inactivos alterados por mutación en la evolución. El centrómero es una secuencia de ADN que hace de punto de unión de las proteínas que jan el cromosoma al huso mitótico y asegura la correcta distribución de los cromosomas duplicados a las células hijas. Los telómeros son secuencias que están en los extremos de los cromosomas que sirven para estabilizarlos. El cariotipo es la onstitución cromosómica de una célula, un individuo o una especie. Y el cariograma es la representación del cariotipo. Se ordenan los cromosomas de mayor a menor y según su morfología, ubicando el par sexual al nal. 2. División celular Para que surja una célula tiene que haber una preexistente, la única manera de producir más células es por la división de las que ya existen. La célula se reproduce por una secuencia ordenada de sucesiones donde se duplica su contenido y después se divide en dos, esto es el ciclo celular. Hay características del ciclo celular que son comunes para todos los organismos, la copia y transmisión de información genética para producir dos células hijas genéticamente idénticas. Para esto se tiene que replicar exactamente el ADN en cada cromosoma y después estos son segregados o distribuidos en las dos células hijas. La división celular tiene dos grandes partes, la mitosis (fase M) que sería la división nuclear, y la citocinesis, donde se divide el citoplasma quedando 2 células separadas. Estos dos pasos son la fase M del ciclo celular. El periodo entre dos fases M es la interfase, que en microscopio parece que solo aumenta de tamaño la célula pero realmente tienen lugar las 3 fases restantes del ciclo celular: - fase G1 —> es el tiempo que pasa entre el nal de la mitosis y el principio de la fase S. Se controla el ambiente intra y extracelular. - fase S (síntesis) —> la célula replica su ADN nuclear. - fase G2 —> es el periodo entre el nal de la fase S y principio de la fase M. Se controla el ambiente intra y extracelular. En determinados puntos de las fases G1 y G2 hay puntos de control, viendo si se pasa a la siguiente fase o se hace una pausa para que la célula crezca y duplique los orgánulos. Si no estuviese ese tiempo para que la célula crezca, con cada división iría disminuyendo de tamaño. Cuando la célula está por entrar a la fase M, se observa como los cromosomas se van condensando, en microscopía se ve como las hebras largas de cromosomas se van tornando más cortas y gruesas. Orgánulos como mitocondrias y cloroplastos no se ensamblan espontáneamente, se originan a partir de la división de preexistentes. fi fi fi fi fi fi fi 2. 1 Sistemas de control En la replicación de ADN y orgánulos participan una red de proteínas, el sistema de control del ciclo celular, que son unos “interruptores” que coordinan los eventos del ciclo. Este garantiza que la replicación, mitosis, etc, ocurran en un orden y que cada proceso arranque tras completarse el anterior. Este control se hace por retroalimentación a través de señales, por ejemplo se tiene que replicar todo el ADN antes de que el núcleo se divida. Lo pueden hacer activando y desactivando proteínas y complejos proteícos, que producen fosforilación y desfosforilación por unas cinasas llamadas Cdk. Estas tienen que ser fosforiladas y desfosforiladas para actuar y estos complejos de Cdk a su vez fosforilan proteínas diana. Los puntos de control se encuentran en: - fase G1 —> permite que la célula compruebe que el medio es favorable antes de pasar a la fase S. Actúa la ciclina G1/S - fase G2 —> asegura que las células no entren en la mitosis hasta que no se repare los posibles daños del ADN. - mitosis —> comprueba que los cromosomas replicados estén unidos al huso mitótico. Actúa la Cdk de M. Los cromosomas no unidos envían una señal de detención. 2. 2 Fase S Antes de que una célula se divida se debe duplicar su ADN de manera muy exacta para que no haya mutaciones o que sean las mínimas posibles. La replicación empieza en los orígenes de replicación que son secuencias de nucleótidos dispersas en los cromosomas, reclutan proteínas que controlaran la replicación. El complejo multiproteico de reconocimiento de origen o ORC se une a los orígenes de replicación y hace de pista de aterrizaje para otras proteínas antes de que empiece la fase S. Se forma un complejo de prerreplicación y cuando se ensambla, el origen de replicación está listo para la duplicación del ADN. Cuando actúa la Cdk de S no solo se activa el origen de replicación sino que también evita la re- duplicación del ADN. Después de que los cromosomas se repliquen en esta fase, las 2 copias de cada cromosoma se mantienen unidas como cromátidas hermanas por complejos proteicos llamados cohesinas. Estas forman anillos que rodean las cromátidas hermanas y las mantienen juntas, esto es esencial para la correcta segregación y solo se rompe cuando termina la mitosis. 2. 3 Fase M Esta fase conlleva la mitosis y la citocinesis, y la célula reconoce sus componentes y los distribuye a las dos células hijas. Gracias al complejo proteico Cdk de M se inicia esta fase. Hace que los cromosomas se condensen en estructuras como bastoncillos por complejos proteicos llamados condensinas. La condensación los vuelve más compactos y los reduce para que puedan ser segregados más fácilmente. Las cohesinas y condensinas actúan en conjunto; las cohesinas mantienen unidas las cromátidas hermanas y las condensinas se ensamblan en cada cromátida haciendo que se condensen. Este complejo, después de la condensación de los cromosomas replicados, provoca la formación del huso mitótico que conduce la división celular separando los cromosomas replicados, repartiéndolos a cada célula hija. Este está compuesto por microtúbulos y  proteínas que interactúan con ellos. También se forma el anillo contráctil que está formado por lamentos de actina y miosina distribuidos alrededor del ecuador de la célula. Se forma por debajo de la membrana plasmática al nal de la mitosis y permite la divisi A la fase M se la divide en 6 etapas, profase, prometafase, metafase, anafase y telofase que forman parte de la mitosis, donde los cromosomas son visibles porque están condensados, y nalmente la última etapa es la citocinesis que da cierre a la fase M y se superpone con el nal de la mitosis. Antes de que empiece la fase M, a parte de la duplicación del ADN, tiene que duplicarse el centrosoma, que es el centro organizador de microtúbulos y formará los 2 polos del huso mitótico. PROFASE En este momento se empieza a formar el huso mitótico, los microtúbulos empiezan a extenderse a todas direcciones desde los 2 centrosomas, que son los polos del huso. PROMETAFASE Se inicia con la desorganización de la envoltura nuclear, que se rompe en muchas vesícuas, por la fosforilación de los poros nucleares. Los microtúbulos del huso capturan los cromosomas replicados por unos complejos llamados cinetocoros que se ensamblan en los cromosomas condensados. Cada cromosoma está formado por 2 cromátidas unidas por el centrómero. Una vez rota la envoltura nuclear, un microtúbulo explorador se une a un cromosoma aleatorio, en el cinetocoro y une al cromosoma a un polo del huso. Como los cinetocoros de cromátidas hermanas están orientados en direcciones opuestas, tienden a unirse a los microtúbulos de los polos opuestos del huso, esto se llama biorientación. En células sin centrosomas, como las vegetales y algunas animales, los cromosomas son los que se encargan del ensamble con los microtúbulos en un huso bipolar. METAFASE En la prometafase los cromosomas, unidos al huso mitótico, se mueven de un lado al otro. En esta fase, metafase, las cromátidas se alinean en el ecuador del huso, a mitad de camino entre los polos, formando la placa metafásica. Después de que los cromosomas estén alineados, estos se mueven hacia adelante y atrás, lo que indica que hay un tira y a oja entre los microtúbulos. ANAFASE La anafase comienza con la separación de las cromátidas hermanas, así cada cromátida es arrastrada a los polos. Este movimiento separa dos grupos idénticos de cromosomas hacia los extremos opuestos del huso. El desplazamiento de las 2 cromátidas está mediado por 2 procesos, la anafase A y la anafase B, que ocurren casi a la vez: - anafase A —> los microtúbulos del cinetocoro se hacen más cortos y los cromosomas unidos se van a los polos. - anafase B —> los polos del huso se separan uno del otro, separando fi fi fl fi fi  todavía más los 2 grupos de cromosomas. TELOFASE El huso mitótico se desensambla y ase vuelve a crear la envoltura nuclear alrededor de cada grupo de cromosomas formando 2 núcleos hijos. Se agrupan las vesículas formadas en la prometafase alrededor de cada cromosomas y se fusionan reconstruyendo la envoltura nuclear. Una vez formados los poros nucleares, se bombean proteínas al interior del núcleo, expandiéndose. Los cromosomas se descondensan y se puede reanudar la transcripción génica. 2. 4 Citocinesis Es el proceso por el cual el citoplasma se divide en 2, completando la fase M. Suele empezar en la anafase pero no naliza hasta que se hayan formado los 2 núcleos hijos de la telofase. En células animales se observa un pliegue en la membrana plasmática entre los dos grupos de cromosomas separados. Durante la anafase se inicia el ensamblaje del anillo contráctil entre los polos del huso. Este anillo contráctil está formado por lamentos de actina y miosina y está asociado a parte citoplasmática de la membrana. Este anillo contráctil se desensambla una vez la célula se dividió en 2. En células vegetales este proceso es muy diferente por la existencia de la pared celular. Las células hijas no se separan por un anillo contráctil, sino que se forma una pared nueva dentro de la célula en división. Esta nueva pared empieza a ensamblarse en el citoplasma y está guiado por restos de microtúbulos. Luego se depositan en la matriz micro brillas de celulosa que completan la nueva pared celular. 3. Apoptosis La cantidad de células de un organismo pluricelular está regulada por el control de velocidad de la división y por la muerte celular. Las células que ya no son necesarias pueden suicidarse mediante la activación de un programa de muerte intracelular, la apoptosis. Por ejemplo las manos y pies de los humanos son modelados por apoptosis durante el desarrollo embrionario, los dedos se separan a medida que mueren las células situadas entre ellos. La apoptosis suele equilibrar la división celular en tejidos adultos. Una célula en vía de apoptosis se encoge y se condensa, el citoesqueleto se colapsa, la envoltura nuclear se desarma y el ADN nuclear se rompe. La super cie celular atrae a macrófagos que rodean la célula apoptótica antes de que libere su contenido. La muerte celular programada está intervenida por las caspasas. Este sistema de muerte es de todo o nada, o sea que es irreversible. Las células que mueren consecuencia de una lesión suelen presentar tumefacción (hinchazón) y estallido, derramando su contenido, esto es la necrosis celular. fi fi fi fi 1. Ventajas de la reproducción sexual Los organismos unicelulares pueden reproducirse mediante una división mitótica. La mayoría de las plantas se propagan mediante la formación de agregados pluricelulares que se separan de la planta madre. en el reino animal hay especies que pueden reproducirse por gemación. Anémonas y gusanos pueden dividirse en 2 mitades, regenerando la mitad que falta … Estas formas de reproducción representan la reproducción asexual que es simple, pero da lugar a una descendencia genéticamente idéntica al organismo paterno. El ciclo de reproducción sexual permite una mezcla de genomas que, se consigue al fusionarse 2 células haploides formando una diploide, que después se divide por meiosis, generando de vuelta células haploides. Mediante la recombinación genética, los individuos sexuados pueden con la reproducción sexual, ayudar a la especie a sobrevivir en un ambiente que sufre alteraciones. La meiosis es un tipo de división celular que solo se da en organismos que se reproducen sexualmente. En la mayoría de estos organismos, la reproducción se hace por medio de gametos o células sexuales, que se generan por meiosis, que son los espermatozoides y los óvulos, que se unirán por fecundación. El genoma humano esta compuesto por 46 cromosomas, los 44 autosómicos y los 2 sexuales. Si la división fuese por mitosis, cada gameto tendría 46 cromosomas y el cigoto 92 (el doble). Como esto se repetiría en las sucesivas generaciones, el número de cromosomas se duplicaría de generación en generación. Así que la meiosis evita que esto suceda. Los procesos en los que se crean los gametos son, la espermatogénesis y la ovogénesis, que tiene lugar en las gónadas, o sea testículos y ovarios. 2. Meiosis En la meiosis se produce: - reducción del número de cromosomas a la mitad. - recombinación genética, o sea, intercambio de segmentos de cromosomas. - la segregacionismos al azar de cromosomas homólogos paternos y maternos. Los cromosomas homólogos son 2 cromosomas idénticos, uno aportado por la madre y otro por el padre, que conviven en las células diploides. Las diferencias principales entre mitosis y meiosis son: - la mitosis tiene lugar en células somáticas y la meiosis en células sexuales. - en la meiosis cada replicación de ADN es seguida por 2 divisiones celulares, de las que resultan 4 células haploides, con la mitad de ADN. - en la meiosis la fase S es más larga y la G2 es muy corta o inexistente. - en la primera de las divisiones de la meiosis, los cromosomas homólogos, se relacionan entre sí e intercambian partes de sus moléculas (crossing over).  - la duración de la meiosis es más larga que la de la mitosis. En hombre dura aprox. 24hs y en mujeres varios años. Las divisiones meióticas empiezan después de varias divisiones mitóticas de los espermatogonios y los ovogonios, que se diferenciaran en ovocitos I y espermatocitos I, que después harán meiosis. La meiosis comprende 2 divisiones, la meiosis I se diferencia de la meiosis II y la mitosis porque tiene una profase muy larga y los cromosomas homólogos se aparean y recombinan. 2. 1 Meiosis I La meiosis I arranca con la profase I, en la que se diferencia varias etapas: - preleptonema —> los cromosomas son delgados y difíciles de ver. - leptonema —> el núcleo aumenta de tamaño y los cromosomas pasan a ser visibles. - cigonema —> los cromosomas homólogos se alinean en un proceso llamado apareamiento o sinapsis y esto puedo ocurrir en cualquier parte del cromosoma. Este apareamiento es muy especifico y exacto. - paquinema —> los cromosomas se acortan y se terminan de aparear los homólogos. Se produce el crossing over, donde se intercambian segmentos de ADN entre las cromátidas homólogas. - diplonema —> los cromosomas homólogos se empiézanos a separar. Pero esta separacion no es completa, porque las cromátidas homólogas siguen conectadas en los puntos de intercambio, los quiasmas. - diacinesis —> los cromosomas vuelven a condensarse, se distribuyen los cromosomas por todo el núcleo y desaparece el nucléolo. En la prometafase I, los cromosomas se condensan lo máximo posible. Los microtúbulos del huso se conectan con los cinetocoros. Durante la metafase I los bivalentes se disponen en el plano ecuatorial de la célula, y mantienen sus quiasmas. En la anafase I los cinetocoros opuestos son atraídos hacia sus respectivos polos, quedándoosla los homólogos de cada bivalente, cada uno formado por 2 cromátidas hermanas, se separan y se van en direcciones opuestas. Al separarse del todo los cromosomas homólogos, en las células hijas las 2 cromátidas de cada cromosoma son mixtas, porque tienen segmentos de cromosomas paternos y maternos. Durante la telofase I los grupos cromosómicos haploides llegan a los polos y alrededor de ellos se construyen las envolturas nucleares. La última fase de la meiosis I es seguida por la partición del citoplasma, y las células hijas pasan por una breve interfase en la que no hay replicación de ADN. Por lo tanto las células hijas derivadas de la meiosis I tienen un número haploides de cromosomas, compuestos por 2 cromátidas hermanas. En hombres, la meiosis I resulta en la formación de 2 espermatocitos II, mientras que en mujeres se forman 2 células de tamaños muy diferentes, el ovocito II, que es muy grande en comparación al primer cuerpo polar que es pequeño y desaparece. 2. 2 Meiosis II La meiosis II y la mitosis tienen etapas muy similares. La profase II es muy corta y permite la reaparición de fibras del huso y la desaparición de la envolutra nuclear. La metafase II lleva los cromosomas al plano ecuatorial de la célula y las fibras del huso se conectan al cinetocoro. En anafase II el centrómero se divide y las cromátidas hermanas de cada cromosoma se separan y son llevadas a polos opuestos. Durante la telofase II llega un juego haploide de cromátidas que se pasan a llamar cromosomas. Se forma de vuelta la envoltura nuclear en torno a cada conjunto de cromosomas, se parte el citoplasma y termina la meiosis. En el hombre el resultado de la meiosis II, es la formación de 2 células hijas iguales, las espermátides que después se diferenciaran en espermatozoides. En la mujer, se forman 2 células de tamaño muy diferente, el óvulo que es voluminoso, y el 2o cuerpo polar que es pequeño y desaparecerá. La meiosis genera 4 espermatozoides a partir de cada espermatocito I, y 1 solo óvulo a partir de cada ovocito I. 3. Consecuencias genéticas del sexo La meiosis puede considerarse un mecanismo destinado a distribuir al azar genes paternos y maternos en los gametos. La segregación al azar de los cromosomas maternos y paternos durante las anafase I y II contribuye a la diversidad genética de los gametos. Accidentalmente la segregación de los homólogos puede fallar y que los 2 homólogos de un par no se separen y pasar juntos a una de las células hijas. Este fenómeno se llama no disyunción y puede ocurrir en cualquiera de las 2 anafases y se producirá una aberración cromosómica numérica, como es el Síndrome de Down. Kiara Kanackowicz La fecundación es el paso que inicia el proceso de desarrollo embrionario. Suele producirse en el tercio externo de la trompa de Falopio, adonde arriba el ovocito II –sin haber completado la meiosis II- luego de la ovulación. El ovocito posee numerosísimas microvellosidades y se halla envuelta por la membrana pelúcida y las células foliculares de la corona radiante. La membrana pelúcida contiene abundante cantidad de glicoproteínas, entre las cuales se destacan la ZP2 y la ZP3. Por su lado, las células de la corona radiante se hallan unidas entre sí por un material cementante rico en ácido hialurónico. El espermatozoide posee una cabeza, un cuello y una cola. Debe resaltarse la presencia del acrosoma, que es un derivado lisosomico que contiene varias clases de enzimas hidroliticas, dos de las cuales, las hialuronidasa y la acrosina, desempeñan importantes funciones durante la fecundación. Las dos últimas etapas de la diferenciación de los espermatozoides –llamadas maduración y capacitación- tienen lugar en el epidídimo y en el tracto genital femenino, respectivamente. Es este transcurso, los espermatozoides deben capacitarse. La capacitación de los espermatozoides da lugar a la aparición de movimientos muy enérgicos en la cola de los espermatozoides, los cuales se distinguen con el nombre de hiperactivación. Así, estas células pasan a un movimiento vigoroso y errático, aunque intercalado con breves episodios de desplazamientos lineales. Una sustancia inductora desconocida (o factor capacitante) interactúa con un receptor de la membrana plasmática del espermatozoide y el dominio citosólico del receptor activa a una proteína G, la cual abre un canal de Ca 2+ e induce la entrada del ion desde el medio extracelular al citosol. También se incrementa el AMPc citosólico y se activa la quinasa A, que desencadena una cascada de reacciones que culmina con la fosforilación de una proteína de 15kDa asociada a los microtúbulos del axonema. Finalmente, ante la presencia de ATP, tanto el Ca2+ como la proteína 15kDa activan el deslizamiento de las dineínas entre los microtúbulos, y con ello los movimientos de hiperactivación en la cola del espermatozoide. La fecundación se inicia a partir del momento en que no más de cien espermatozoides completamente diferenciados establecen contacto con las células foliculares que envuelven al ovocito II. Este proceso se divide en distintas fases: Una vez que de poros y luego la desaparición de ambas membranas. Por toma contacto con la corona radiante, a cada consecuencia, en la región frontal del espermatozoide, en espermatozoide trata de alcanzar la membrana pelúcida reemplazo de la desaparecida membrana plasmática queda avanzando entre las células foliculares, construyendo una expuesta al exterior una nueva membrana, la acrosomica especie de túnel en el ácido hialurónico que las une, con la interna. El mecanismo es el siguiente: ayuda de pequeñas cantidades de hialuronidasa que lleva La ZP3 de la membrana pelúcida interactúa con un receptor en su membrana plasmática. La fuerza mecánica derivada de de la membrana plasmática del espermatozoide, que activa los movimientos de hiperactivación impulsa el avance del una proteína G. Se abren canales de Ca2+ en la membrana espermatozoide. plasmática; este ion ingresa desde el exterior y se Este mecanismo actúa como un filtro selectivo para que incrementa aún más su concentración en el citosol. El pH lleguen a la membrana pelúcida solo los espermatozoides citosólico también aumenta porque la entrada de Ca2+ desde más aptos. el exterior se halla acoplada a la salida de H+. La proteína G también activa a la enzima adenilato ciclasa, que forma Da lugar a múltiples áreas de AMPc a partir de ATP. A su vez, el AMPc activa a la quinasa fusión entre la membrana externa del acrosoma y la A, que fosforila a varias proteínas. membrana plasmática del gameto. Ello genera la formación Antes de la reacción acrosomica tienen lugar dos procesos biológicos, el reconocimiento y la adhesion de los gametos. Ambos son consecuencia de la interacción de la ZP3 de la membrana pelúcida con el receptor de la membrana del espermatozoide. Kiara Kanackowicz Kiara Kanackowicz Consiste en el desprendimiento de la corona radiante del ovocito II. Las células foliculares de la corona son separadas por la hialuronidasa que sale de los acrosomas, que hidroliza al ácido hialurónico que las mantiene unidas. La membrana acrosomica interna posee el receptor PH20, que interactúa con la ZP2 de la membrana pelúcida. Esto le permite al espermatozoide atravesar la membrana pelúcida fusionarse con las membranas de los huevos en busca de la membrana plasmática del ovocito II. Lo espermatozoides que se le acercan. consigue merced a la acrosina, que hidroliza el material que compone la membrana pelúcida y fabrica en ella un túnel La secreción de los gránulos corticales es regulada y se que sigue una trayectoria diagonal. produce a consecuencia de un aumento de la concentración de Ca2+ en el citosol. Este aumento es inducido por el IP3, La hidrolisis controlada se debe a que la enzima se libera que libera el Ca2+ del REL. El receptor estimula a una como un precursor, la proacrosina, la cual, a medida que el proteína G asociada a la fosfolipasa C, que como se sabe PH20 interactúa con nuevas P2 halladas en el camino, da actúa sobre el PIP2 y genera DAG y el IP3. lugar, en dos pasos, a las formas activas de la enzima. El espermatozoide realiza esta tarea delicadamente y avanza El aumento del Ca2+ en el citosol comienza a producirse a los por el derrotero que el mismo va creando, debido a la fuerza 10 segundos iniciada la fusión de los gametos, mientras que de la hiperactivación. la exocitosis de los gránulos corticales se desencadena casi 2 minutos después. Si bien son muchos los espermatozoides que atraviesan la membrana pelúcida, solo uno establece íntimo contacto con la membrana plasmática del ovocito II. Cuando Mientras bloquea la polispermia, el esto ocurre, desaparecen sus movimientos de ovocito II reanuda la meiosis II. Esta genera dos células hiperactivación. haploides, el ovulo –que no llega a formarse porque el ovocito II fecundado se convierte directamente en célula Las partes de las membranas en contacto de ambos huevo- y el segundo cuerpo polar. gametos se fusionan, por lo que entre los dos citoplasmas se establece la continuidad que hace posible la entrada del La reanudación de la meiosis II es promovida por el DAG, contenido del espermatozoide en el interior del ovocito. A que activa a la quinasa C, la cual fosforila a las proteínas partir de esto, ingresan la parte posterior de la cabeza, el responsables del proceso. cuello y la cola del espermatozoide al citoplasma ‘’continuo’’. En la célula huevo los núcleos haploides del Luego lo hace la parte anterior de la cabeza, mediante un espermatozoide y del ovulo pasan a llamarse pronúcleo proceso que remeda una fagocitosis. Mientras el ADN y el masculino y pronúcleo femenino. Mientras se tornan centriolo del espermatozoide sobreviven, las mitocondrias y esféricos, ambos se dirigen a la región central de la célula, las fibras axonemicas no tardan en desaparecer. donde se desenrollan sus cromosomas y se replica el ADN. La fusión de las membranas es mediada por proteínas En los espermatozoides el ADN se encuentra asociado a fusógenas presentes en las dos bicapas lipídicas: DE y PH30. protaminas, que compactan el material genético mucho Se sabe muy poco sobre las proteínas fasógenas de la más que las histonas. Cuando el espermatozoide ingresa en membrana plasmática del ovocito. el ovocito, las histonas reemplazan a las ptomainas apenas concluye la descondensación de los cromosomas (en menos Un solo espermatozoide de 5 minutos). debe fusionarse con el ovocito, por lo que tras la fusión de los gametos se producen cambios en las estructuras del Los pronúcleos se colocan uno ovocito y demás agentes que están presentes en la muy cerca del otro en el centro de la célula huevo y pierden fecundación. sus cariotecas (singamia). Finalmente, los cromosomas se vuelven a condensar y se ubican en el plano ecuatorial de la La reacción cortical consiste en la exocitosis de las enzimas célula, igual que en una metafase mitótica común hidroliticas contenidas en las numerosísimas vesículas de (anfimixis). secreción (gránulos corticales) que la célula huevo posee por debajo de su membrana plasmática. A partir de esto, se Durante este último proceso, en cada polo de la célula inactivan los receptores de los espermatozoides en la zona huevo hay un par de centriolos. Debido a que los cuatro pelúcida. derivan del centriolo aportado por el espermatozoide, este tuvo que duplicarse, lo mismo que los dos primeros Otro impedimento para la polispermia reside en la centriolos hijos. Esta es la última etapa de la fecundación, y membrana de la célula huevo, que pierde la capacidad para con ella se inicia el desarrollo embrionario. Kiara Kanackowicz Kiara Kanackowicz En términos moleculares, la diferenciación celular significa actividad génica variada en las células de un organismo. La especialización de las células implica la síntesis de proteínas específicas. Así, en cada tipo celular se expresa un gen singular, distinto de los expresados en los otros tipos celulares. Algunos genes se activan en todos los tipos celulares; estos se llaman genes de mantenimiento y son necesarios para construir los componentes comunes a todas las células (membranas, ribosomas, mitocondrias, etc.). En cambio, los genes que se expresan en forma diferencial (como los de la hemoglobina, los anticuerpos, los neurofilamentos, etc.) corresponden a las llamadas funciones de lujo. La diferenciación celular no acarrea pérdida de información genética, de modo que en todas las células del organismo existen conjuntos de genes idénticos, que son los mismos que se hallaban en la célula huevo. Las diferencias especializadas se deben a que cada en cada una de las células se expresan conjuntos de genes distintos. El núcleo y el citoplasma son interdependientes: uno no sobrevive sin la presencia del otro. La síntesis del ARN y del ADN en el núcleo es controlada por el citoplasma, es decir, sustancias presentes en el citoplasma ingresan en el núcleo e inducen la duplicación del ADN y la producción de los ARN. El control de la actividad génica se cumple en varios niveles, aunque el más generalizado es el control transcripcional. Vinculando este tema con el reparto asimétrico de los componentes citoplasmáticos de la célula nueva entre las primeras células embrionarias, diversas experiencias sugieren que algunos de esos componentes son factores de transcripción específicos que activan a genes especiales en las sucesivas células hijas a medida que la célula huevo se segmenta. Los organismos multicelulares se desarrollan a partir de una célula huevo que da origen a la totalidad de las células que componen los tejidos corporales. En primer término el cigoto experimenta una serie de divisiones rápidas en las cuales se duplica solo el ADN, proceso denominado segmentación o clivaje (debido a que el citoplasma de las sucesivas células hijas se va reduciendo en cada ciclo divisional). A partir del estadio de 16 células los citoplasmas se vinculan por uniones comunicantes y las células periféricas se enlazan entre sí por uniones oclusivas. Kiara Kanackowicz Kiara Kanackowicz Cuando el embrión alcanza este estadio adquiere la forma de una espera solida denominada mórula. Posteriormente el embrión se convierte en una esfera hueca (blastocisto) en la que se visualizan dos tipos de tejidos, el macizo celular interno, primordio del futuro cuerpo del individuo, y el trofoblasto, que interviene en la formación de la placenta. Dos semanas después se da la gastrulación, el macizo celular interno da lugar a un embrión plano discoidal compuesto por tres capas epiteliales superpuestas denominadas ectodermo, mesodermo y endodermo, cada una de las cuales luego desarrollará distintos conjuntos de órganos (organogénesis). Se considera que el citoplasma de la célula huevo contiene moléculas que reparten de manera desigual entre las primeras células del embrión y que influyen en la actividad de sus genes. Así, esas moléculas –que llevan el nombre de determinantes citoplasmáticos del desarrollo- actuarían como factores de transcripción específicos. La dispar distribución de las moléculas contenidas en la célula huevo se extiende a las sucesivas generaciones de células, lo que se prolongaría hasta la formación del embrión de tres capas. No obstante, en los mamíferos es probable que en los citoplasmas de las primeras 8 células embrionarias existan moléculas cuantitativa y cualitativamente equivalentes a la de la célula huevo, lo cual indicaría que hasta ese momento su reparto fue parejo. Así, hasta ese estadio cada una de las células es totipotente, es decir, puede generar un organismo completo, como la propia célula huevo. En general, los cigotos son muy voluminosos ya que acumulan muchas de las moléculas y de las estructuras que se necesitan para que se concreten las primeras etapas del desarrollo embrionario. Una de las razones de este mecanismo, es la extraordinaria rapidez de las divisiones celulares durante la segmentación de la célula huevo. La velocidad es tan alta que no da tiempo para que se sinteticen nuevos ARN y proteínas. Se sabe que la mayoría de estas moléculas se forman durante la ovogénesis, de modo que están en el citoplasma del ovocito –y de la célula huevo- mucho antes de que se produzca la fecundación. Además, tales moléculas son codificadas por genes pertenecientes a la madre, no al embrión. En muchas especies la localización de las moléculas aportadas por el ovocito no se halla fijada de antemano. La producción de estos ciclos celulares tan cortos se debe a que el en ADN de las primeras células embrionarias aparecen muchos más orígenes de replicación (lo que acorta la fase S) y las células omiten las fases G1 y G2. Así, cada mitosis es seguida por otra en forma inmediata. El ARN comienza a sintetizarse a partir de la duodécima división de segmentación, momento en que los genes comienzan a expresarse. La causa que impide esa síntesis en las etapas previas seria la presencia de una sustancia que se une a la cromatina y anula la transcripción del ADN. Durante el traslado del embrión por la trompa de Falopio, sus células serian alcanzadas por diferentes concentraciones de sustancias presentes en el medio, de acuerdo con las posiciones que ocupan en la mórula. Así, cuanto más profunda es la ubicación de una célula en la mórula, menos concentradas le llegarían talles sustancias, y esa disimilitud podría contribuir al desencadenamiento de las primeras diferenciaciones celulares. Lleva el nombre de morfógeno toda sustancia difusible que produce respuestas diferentes en células idénticas según el nivel de concentración con que llega a ellas. En estos casos, el tipo de diferenciación se debería a que en las células inducidas se activarían genes distintos cuando el morfógeno se halla por debajo o por encima de sucesivos umbrales de concentración. Kiara Kanackowicz Kiara Kanackowicz A medida que los grupos celulares se ubican en sus correspondientes emplazamientos corporales, las sustancias involucradas en la generación de las primeras diferenciaciones les confieren a las células determinados valores posicionales, distintos entre sí. Es decir, condicionan la aparición de las diferenciaciones futuras. Estos valores comienzan a tener vigencia a partir del momento en que las células forman el embrión plano trilaminar, lo que da lugar a relaciones de vecindad entre los grupos celulares que hacen posible la influencia de algunas células sobre otras. En este contexto, una célula puede actuar sobre otra al posibilitar sus respectivos valores posicionales tal acción y tal reacción. En otras palabras, los valores posicionales crean las bases para la aparición de los fenómenos inductivos propulsores de la mayor parte de las diferenciaciones venideras. En los embriones de los mamíferos, las polaridades corporales (los ejes cefalocaudal, dorsoventral y mediolateral del cuerpo) se instauran apenas comienza a formarse el mesodermo, la tercera en aparecer de las capas epiteliales que integran el disco embrionario de 21 días. El punto de referencia para esas coordenadas es el nódulo de Hensen, donde se originan la notocorda y las restantes partes del mesodermo. El embrión plano trilaminar no tarda en ingresar en una etapa saliente de su desarrollo, crucial para el establecimiento del modelo a partir del cual se formará el cuerpo del futuro individuo. En ella el disco embrionario se pliega tanto longitudinal como transversalmente, lo que genera un cuerpo cilíndrico, con sus extremos cefálico y caudal, sus caras ventral y dorsal y sus lados derecho e izquierdo perfectamente identificables. Más aun, en su dorso se forma el tubo neural, donde es posible distinguir una sutil metamerización (o segmentación), particularmente en el prosencefalo y en el rombencelfalo. Los segmentos en que se divide el prosencefalo se denomina prosómeras; los del romboencefalo, rombómeras. Una vez formado el tubo neural, a los lados de la medula espinal quedan situados los somitas, cuyos bloques le confieren al cuerpo una segunda metamerización. El primer sistema orgánico que aparece – y funciona- es el cardiocirculatorio, cuya sangre en poco tiempo más ha de transportar, entre otros elementos, a las sustancias inductoras de múltiples diferenciaciones. Las inducciones son procesos por los cuales las células de algunos tejidos incitan a otras células de otros tejidos a que se transformen en otros tipos celulares (se diferencien). Existen tres grupos celulares distintos: unos que se comportan como inductores, otros que son inducidos y otros que no inducen ni se dejan inducir. Para que las células puedan ser inducidas tienen que ser competentes, es decir, deben tener la capacidad de reaccionar con un cambio ante la presencia de una sustancia inductora o en otras palabras, sus células deben poseer receptores específicos para tales moléculas. Tal competencia abarca un periodo de tiempo muy preciso, de modo que si el inductor actúa antes o después del momento adecuado, su influencia es nula; no obstante, en algunos casos una misma célula puede seguir distintas vías de diferenciación según el momento en que la influye el inductor. A menudo los tejidos inductores también tienen un tiempo limitado para ejercer sus acciones inductivas. El tipo de inducción anterior exige que los tejidos participantes sean vecinos, ya que el tejido inductor ejerce su influencia a través de moléculas difusibles que secreta en el medio y que alcancen al tejido competente si este se encuentra en las inmediaciones, lo que se denomina secreción paracrina. Últimamente se han identificado algunas moléculas con probada capacidad de generar inducciones, como la activina. En diversas localizaciones de embriones de varias especies se han descubierto otras moléculas con funciones inductivas, como la Kiara Kanackowicz Kiara Kanackowicz dorsalina, una familia de moléculas llamadas Wnt, las proteínas denominadas noggina, folistatina, cordina y eurogenia, el ácido retinoico y las proteínas Shh Y BMP4. En algunos casos las sustancias inductoras se comportan como morfógenos, ya que, tras ser secretadas por el tejido inductor, sus concentraciones disminuyen a medida que fluyen por los citoplasmas de las células. Según sus posiciones en el tejido inducido, las células reciben distintas concentraciones del morfógeno, motivo por el cual se convierten en tipos celulares diferentes. Más aun, le provee a las células un valor posicional singular, los cuales crean las bases para las conductas futuras de las células, incluida la aparición de nuevas diferenciaciones. En etapas más avanzadas del desarrollo embrionario aparecen inducciones mediadas por hormonas que se agregan a las anteriores. Una vez elaboradas por las células inductoras, las hormonas llegan a los lugares de destino transportadas por la sangre. Los procesos inductivos –por vecindad o distancia- continúan hasta el nacimiento y durante toda la vida postnatal, ya que son imprescindibles para el funcionamiento y la supervivencia de los organismos. Las células adquieren el ‘’compromiso’’ de cambiar antes que pueda descubrirse que están diferenciadas. Este compromiso previo, llamado determinación, es irreversible y puede ser fijado por un determinante citoplasmático o por una sustancia inductora. Existe, entonces, un periodo de latencia entre el instante en que la célula queda determinada y el momento en que se hace evidente su diferenciación. La potencialidad evolutiva es una condición biológica que le permite a una célula generar un número determinado de células diferentes: cuanto más grande es el número de tipos celulares que una célula es capaz de originar, mayor es su potencialidad. La célula huevo es la que posee la potencialidad evolutiva más alta. Conforme avanza el desarrollo y aparecen los sucesivos tejidos embrionarios, la potencialidad de las células declina. Cuando una célula alcanza su máximo grado de diferenciación –o sea, cuando adquiere las características de uno de los tipos celulares presentes en el organismo adulto-, su potencialidad desaparece. Se dice, entonces, que ha alcanzado su significado evolutivo final. Las células embrionarias aumentan su significado evolutivo al mismo tiempo que restringen sus potencialidades evolutivas. En algunos tipos celulares la potencialidad se mantiene relativamente elevada en forma permanente aun en la vida posnatal. Por ejemplo, en la medula ósea existe una célula multipotencial que da origen a los eritrocitos, a los granulocitos, a los linfocitos, a los monocitos y a las plaquetas. Por otro lado, en situaciones vinculadas con la reparación de tejidos, células que ya han alcanzado su significado evolutivo final suelen desdiferenciarse y retrocede a un estado más primitivo, imprescindible para su multiplicación. Por ejemplo, si se extirpa una parte del hígado, algunas células del sector no extirpado se desdiferencian y se multiplican; recuperado el tamaño del órgano, vuelven a diferenciarse y recobran las características de las células hepáticas originales. Una vez que las células fueron determinadas, sus estados diferenciales quedan establecidos a perpetuidad. Si la célula se divide, la estabilidad de su diferenciación se transmite a las células hijas, hecho que se repite de generación en generación. Una de las características de la diferenciación celular en los organismos superiores es que, una vez que se instaura, se mantiene estable y persiste hasta la muerte de la célula. Las células diferenciadas no pueden convertirse en otros tipos celulares bajo ninguna condición. Esta característica biológica se conoce con el nombre de memoria celular, y depende de los factores de transcripción, de la metilación del ADN y del grado de enrollamiento de la cromatina. Estos mecanismos se mantienen a lo largo de toda la vida de las células mediante procesos biológicos no muy bien comprendidos. Los estados de diferenciación pasan a las células hijas de generación en generación hasta la última de las células descendientes. Esta herencia de la memoria celular se debe a que, cuando el ADN se replica, los elementos que controla la expresión de los genes también se duplican, de modo que en las células hijas aparecen los mismos factores de transcripción, metilación y etc. Que en las células progenitoras. Kiara Kanackowicz Kiara Kanackowicz Al iniciarse el desarrollo embrionario, el genoma aporta el programa que lleva al establecimiento del modelo tridimensional del cuerpo. Las informaciones contenidas en ese programa y sus consecuencias han comenzado a develarse, por ejemplo, a partir de trabajos realizados en la mosca Drosophila melanogaster. Esta mosca se desarrolla-luego de formarse la célula huevo y atravesarse el desarrollo embrionario- a partir de una larva, la cual se halla compuesta por una sucesión de segmentos –uno cefálico, tres torácicos y ocho abdominales-, los cuales le confieren una clara polaridad espacial. La larva se convierte en mosca a partir de varios grupos celulares que aparecen y se asientan debajo de la epidermis de los segmentos larvarios. Estos grupos celulares se conocen con el nombre de discos imaginales; existen nueve pares colocados a los lados de la línea media de la larva más uno impar situado en el extremo caudal (19 discos en total). Cada disco da origen una de las estructuras exteriores de la mosca. Así, de un par de discos surgen los ojos y las antenas, de otro la boca, etc. Estas partes, adecuadamente ensambladas, forman un cuerpo adulto también segmentado, como el de la larva. Si bien desde el principio las células de todos los discos imaginales son morfologicamente idénticas, ya están determinadas, pues generan solo las estructuras pertenecientes a sus segmentos de origen, independientemente de su localización. El desarrollo del plan corporal se halla controlado por una compleja red de genes reguladores, que comienzan a ejercer sus funciones apenas se forma la célula huevo. Los primeros en actuar son los llamados genes de la polaridad de la celula huevo, que pertenecen a la madre. Luego lo hacen tres conjuntos de genes agrupados bajo el nombre de genes segmentarios; existen tres clases estos genes: se denominan genes de hendidura, de regla par y de la polaridad de los segmentos. Se expresan, en ese orden, al ser activados por señales posicionales establecidas en las células embrionarias con anterioridad. De estos genes depende a formación de los segmentos larvarios y, en ellos, el desarrollo de detalles cada vez más finos. Finalmente actúan los denominados genes homeóticos, de los cuales deriva la formación de los discos imaginales, y por consiguiente, el desarrollo de las estructuras exteriores de la mosca adulta. Definen la formación de las partes adultas de La Drosophila. Estos genes están alineados en el cromosoma en el mismo orden que los segmentos corporales de la mosca, comenzando por los que se expresan en la cabeza y terminando con los que lo hacen en la cola. Los tres tipos de genes que participan en la construcción del plan corporal lo hacen mediante activaciones sucesivas en forma de cascada, de modo que cada gen produce la diferenciación que le compete y prepara al gen que habrá de activarse en el próximo paso. El conjunto de estos valores, además de afianzar la organización del plan corporal, crea las bases para la aparición delas diferenciaciones futuras. Los genes que participan en la formación corporal pertenecen a la categoría de genes rectores, los cuales codifican factores de transcripción específicos cuyas moléculas proteicas suelen ser diferentes entre sí. No obstante, casi todas tienen en común un segmento similar de 60 aminoácidos llamado homeodominio. Ello es porque el ADN de los genes que codifican a esos factores posee una secuencia de 180 pares de nucleótidos con muy pocas variaciones entre un gen y otro, conocida como caja homeótica. Se han descubierto genes con caja homeótica en todas las especies estudiadas, ordenados en los cromosomas de modo semejante a los de la Drosophila. Tal hallazgo ha llevado a suponer que los mecanismos genéticos responsables del desarrollo del plan corporal se encuentran difundidos en la mayor parte de los organismos multicelulares, como por ejemplo en los embriones de los vertebrados. No obstante, las extrapolaciones en torno a este punto deben realizarse con cautela, por un lado porque para muchos tal analogía no existe y, por otro, porque en el armado del modelo que lleva a la formación del cuerpo de los vertebrados parecen prevalecer los fenómenos inductivos. Kiara Kanackowicz Kiara Kanackowicz No todas las células en el cuerpo humano se diferencian. Algunas células en el cuerpo adulto conservan la habilidad de dividirse y producir múltiples tipos de células. Entre ellas están las células madre adultas, que por lo general son multipotentes: pueden producir más de un tipo de célula, pero no una gran variedad. Por ejemplo, los hemocitoblastos de la médula ósea pueden generar todos los tipos de célula del sistema sanguíneo (abajo), pero no otros tipos como neuronas o células de la piel. La marca distintiva de las células madre es que experimentan una división celular asimétrica, producen dos células hijas diferentes entre sí. Una de las hijas sigue siendo una célula madre, un proceso llamado autorenovación (la célula en división se "renueva" a sí misma creando una hija funcionalmente idéntica). La otra célula hija adopta una identidad diferente, ya sea al diferenciarse directamente como un tipo de célula necesaria o al sufrir divisiones adicionales para crear más células. Las células madre adultas son células idénticas, que se encuentran en todo cuerpo tras el desarrollo y que se multiplican por división celular para reponer las células muertas y regenerar los tejidos dañados. También son conocidas como células madre somáticas y, a diferencia de las células madre embrionarias, pueden encontrarse en animales y seres humanos tanto jóvenes como adultos. A diferencia de lo que ocurre con las células madre embrionarias, el uso de células madre adultas humanas en investigaciones y terapias no se considera un obstáculo, ya que provienen de muestras de tejido adulto más que de embriones humanos destinados a la investigación científica. Se han realizado pruebas principalmente en humanos y en ratones. Kiara Kanackowicz Kiara Kanackowicz En la antigüedad, la gente creyó que era posible obtener animales extraños al cruzar especies muy diferentes. A partir de la Edad Media, las personas descubrieron que la variación y la herencia se producen principalmente dentro de los límites de una especie en particular. Los rasgos se transmiten directamente de partes del cuerpo de los padres a su descendencia. La explicación de la herencia dominante durante el siglo XIX fue la hipótesis de la ‘’mezcla’’. Esta idea plantea que el material genético aportado por los padres se mezcla de manera análoga al modo en que las pinturas azul y amarilla lo hacen para formar el verde. Esta hipótesis predice que después de muchas generaciones, una población que se aparea libremente dará origen a una población uniforme de individuos. Sin embargo, nuestras observaciones cotidianas y los resultados de los experimentos de reproducción realizados con animales y plantas contradicen esta predicción. Una alternativa al modelo de la mezcla es la hipótesis de la herencia ‘’particulada’’: el concepto de gen. Los padres transmiten unidades heredables discretas –genes- que retienen sus identidades separadas en la descendencia. Estos genes se pueden distribuir y transmitir de generación en generación sin diluirse. La genética moderna surgió de los conocimientos de Gregor Mendel, que describió los principios básicos de la herencia al cultivar guisantes en el jardín mediante experimentos proyectados cuidadosamente. Probablemente, Mendel eligió trabajar con guisantes porque había muchas variedades, que expresaban distintos caracteres. Un carácter es una característica heredable, como el color de una flor, que varía entre los individuos. Cada variante de un carácter, como el color purpura o el blanco de las flores, se denomina rasgo. Otra ventaja de utilizar guisantes era que Mendel podía controlar de manera estricta qué plantas fecundaban a otras. En la naturaleza, las plantas de guisantes generalmente se autofertilizan: los granos de polen liberados de los estambres caen sobre el carpelo de la misma flor y el esperma del polen fertiliza los óvulos del carpelo. Para lograr la polinización cruzada, Mendel extirpó los estambres inmaduros de una planta antes de que produjeran polen y luego espolvoreó el polen de otra planta sobre las flores sin estambre. Cada cigoto resultante se convirtió luego en un embrión encerrado en una semilla (guisante). Bien llevadas a cabo las polinizaciones, Mendel podía siempre estar seguro del parentesco de las nuevas semillas. Mendel eligió rastrear solo los caracteres que variaban totalmente en lugar de parcialmente. Por ejemplo, sus plantas tenían flores purpuras o blancas, no había nada intermedio entre estas dos variedades. En cambio, si hubiese estudiado el peso de las semillas, por ejemplo, no habría descubierto la naturaleza ‘’articulada’’ de la herencia. Mendel también se aseguró de comenzar sus experimentos con líneas genéticamente puras. Cuando estas se autopolinizan, toda su descendencia es de la misma variedad. En un experimento típico de reproducción, Mendel polinizó de forma cruzada dos variedades distintas de guisantes de líneas genéticamente puras. Esta fertilización se denomina hibridación. Se conoce como generación parental (P) a los padres de líneas puras y generación F1 a su descendencia hibrida. Si se permite que estos híbridos F1 se autopolinicen, se produce una generación F2. Por lo general, Mendel seguía los rasgos por lo menos de las generaciones P, F1 y F2. Toda la descendencia F1 tuvo flores tan purpuras como las de los padres, por lo que Mendel permitió que las plantas F1 se autopolinizaran y pla