Unidad 5 Biología Celular PDF

Unidad 5 NÚCLEO, FLUJO DE INFORMACIÓN Y DIVISIÓN CELULAR Bioq. RINALDINI, Gina  FLUJO DE INFORMACIÓN GENÉTICA Un gen es una unidad informativa, responsable de una característica transmisible. es un fragmento de ADN localizado en un determinado lugar de un cromosoma. Siempre que hab...

Unidad 5 NÚCLEO, FLUJO DE INFORMACIÓN Y DIVISIÓN CELULAR Bioq. RINALDINI, Gina  FLUJO DE INFORMACIÓN GENÉTICA Un gen es una unidad informativa, responsable de una característica transmisible. es un fragmento de ADN localizado en un determinado lugar de un cromosoma. Siempre que hablamos de gen hablamos de secuencia de ADN que tiene una estructura: Segmento codificador: va a ser transcripta y originará un ARN. Tiene secuencias codificantes llamadas EXONES y las no codificantes llamadas INTRONES. Secuencia reguladora: determina cuando y cuantas veces debe transcribirse el gen. Esta secuencia es específica de cada gen. Pueden ser amplificadores e inhibidores.  FLUJO DE INFORMACIÓN GENÉTICA Secuencia promotor: señala a partir de que nucleótido debe comenzar la transcripción. Se encuentra entre la secuencia reguladora y el segmento codificador. Posee cajas TATA (25 nucleótidos corriente arriba del primer nucleótido del segmento codificador) y CAAT (75 nucleótidos corriente arriba del primer nucleótido) Secuencia de terminación: próxima al extremo 3´del segmento codificador, existe la secuencia AATAAA necesaria para concluir el transcripto primario. FLUJO DE INFORMACIÓN GENÉTICA  FLUJO DE INFORMACIÓN GENÉTICA Se denomina genoma a la totalidad de la información genética contenida en las moléculas del ADN representadas por los genes. El 75% del ADN está constituido por secuencias de nucleótidos no repetidas. Éstas representan los sectores funcionales del ADN. El 25% restante son secuencias de ADN repetitivo no codificante, es estructural.  FLUJO DE INFORMACIÓN GENÉTICA Transcripción: síntesis de moléculas de ARN sobre la base de ADN. Hay distintos tipos de ARN: ARNm: es el más largo (1000-10000 nucleótidos) es lineal y monocatenaria. Dicta con exactitud la secuencia de aa de una proteína, determinando la estructura primaria. ARNr: se transcribe en el nucléolo donde se une a proteínas, se forman las subunidades mayores y menores del ribosoma. ARNt: se pliega formando una hoja de trébol, se encarga de transportar los aa libres del citoplasma al lugar de síntesis proteica. FLUJO DE INFORMACIÓN GENÉTICA  FLUJO DE INFORMACIÓN GENÉTICA Proceso de transcripción: participa la ARN polimerasa, este proceso es asimétrico, sólo se transcribe una de las dos cadenas que forman un gen. La cadena que actua como plantilla es la molde, negativa, no codificante o sense mientras que la no transcripta es antimolde, positiva, codificante o antisense.  FLUJO DE INFORMACIÓN GENÉTICA Proceso de transcripción: la ARN polimerasa se desplaza sobre la cadena molde recorriéndola en dirección 3´-5´transcribiendola a partir del nucleótido que el promotor señala como punto de inicio. La ARN polimerasa lee en sentido 3-5 y sintetiza en sentido 5-3. 1) La ARN polimerasa se une a la secuencia promotor del gen, ella misma cataliza la separación de las cadenas de ADN gracias a la ruptura de los puentes hidrógeno generando una burbuja de transcripción. La formación de la burbuja genera un superenrollamiento de la doble hélice, esto es corregido por la topoisomerasa 1  FLUJO DE INFORMACIÓN GENÉTICA Proceso de transcripción:  FLUJO DE INFORMACIÓN GENÉTICA Proceso de transcripción: Concluye cuando la ARN polimerasa alcanza la secuencia de terminación del gen. Las dos cadenas de ADN vuelven a unirse. El producto obtenido es un transcripto primario  FLUJO DE INFORMACIÓN GENÉTICA Regulación de la transcripción: Por factores de transcripción: son proteínas que se unen tanto al segmento promotor como a la secuencia reguladora del gen. Basales: se unen a la secuencia TATA del promotor. Son necesarios para que comience la transcripción, son inespecíficos y comunes a todos los genes. Se los denomina TFII y actúan TFIID, TFIIA, TFIIB, TFIIF, TFIIE y TFIIH. Específicos: se unen al regulador del gen y pueden ser activadores o represores, son específicos y particulares de cada gen, se encargan de regular cuantas polimerasas se activan, por lo tanto, cuanto ARN se transcribe. FLUJO DE INFORMACIÓN GENÉTICA  FLUJO DE INFORMACIÓN GENÉTICA Metilación del ADN: en algunos puntos del ADN la citocina se encuentra metilada, se reprime la transcripción génica. Por enrollamiento de la cromatina: Eucromatina: ADN transcripcionalmente activo, se desenrolla por acetilación y fosforilación de las histonas. Heterocromatina: ADN transcripcionalmente inactivo, se pierden grupos acetilos y fosfatos permitiendo el empaquetamiento del ADN. FLUJO DE INFORMACIÓN GENÉTICA  FLUJO DE INFORMACIÓN GENÉTICA Procesamiento del ARNt: la forma de trébol está dada por los brazos de dobles cadenas y bucles de simple cadena. En uno de los bucles se localiza un triplete conocido como anticodón. Los otros dos se denominan D y T. En la punta de uno de los brazos confluyen los extremos 5 y 3. El extremo 3 o aceptor se encuentra el CCA que representa el sitio de unión donde se liga el aa correspondiente según el codón del ARNm, esta unión es catalizada por una ARNt sintetasa específica para cada aa (hay 20). FLUJO DE INFORMACIÓN GENÉTICA  FLUJO DE INFORMACIÓN GENÉTICA Procesamiento del ARNr: hay 4 tipos: 28S, 18S, 5.8S y 5S.  CÓDIGO GENÉTICO La información que reside en el ARNm está escrita en un código genético, las letras que se usan para leer ese código son las bases nitrogenadas (A, T, C y G). Las letras siempre se agrupan en tripletes de bases que codifican para un codón y ese codón a un aminoácido. La mayoría de los aminoácidos están codificados por más de un codón, por lo tanto, se dice que el código genético es degenerado. De los 64 codones que existen, 61 codifican aminoácidos y 3 no especifican aa sino que UGA, UAG y UAA son codones de stop. AUG siempre es codón de iniciación y es metionina. CÓDIGO GENÉTICO  CÓDIGO GENÉTICO El código es específico porque ningún codón codifica para más de un aminoácido, es continuo y colineal porque los codones se hallan dispuestos de manera lineal y entre ellos no hay comas ni espacios, la lectura se hace de 5-3. Es universal porque se comparte por todos los seres vivos.  SÍNTESIS DE PROTEÍNAS La traducción es la síntesis de proteínas y tiene tres etapas. Iniciación: el ribosoma se ensambla alrededor del ARNm que se leerá y el primer ARNt (que lleva el aminoácido metionina y que corresponde al codón de iniciación AUG). Este conjunto, conocido como complejo de iniciación, se necesita para que comience la traducción. SÍNTESIS DE PROTEÍNAS  SÍNTESIS DE PROTEÍNAS Elongación: la cadena de aminoácidos se extiende. En la elongación, el ARNm se lee un codón a la vez, y el aminoácido que corresponde a cada codón se agrega a la cadena creciente de proteína. Cada vez que un codón nuevo está expuesto: Un ARNt correspondiente se une al codón La cadena de aminoácidos existente (polipéptido) se une al aminoácido del ARNt mediante una reacción química. El ARNm se desplaza un codón sobre el ribosoma, lo que exponde un nuevo codón para que se lea. SÍNTESIS DE PROTEÍNAS  SÍNTESIS DE PROTEÍNAS Terminación es la etapa donde la cadena polipeptídica completa es liberada. Comienza cuando un codón de terminación (UAG, UAA o UGA) entra al ribosoma, lo que dispara una serie de eventos que separa la cadena de su ARNt y le permite flotar hacia afuera. SÍNTESIS DE PROTEÍNAS  CICLO CELULAR Periodo donde ocurre un importante crecimiento y aumento de la cantidad de organelas denominado interfase y un periodo de división celular llamado mitosis.  CICLO CELULAR INTERFASE: G1 o presintética: duración desde horas hasta años. Las células en esta etapa presentan gran actividad metabólica con aumento del tamaño celular a expensas de transcripción de ARN. Las células tienen un número cromosómico diploide (2n) y cada cromosoma corresponde a una molécula de ADN (1C), es decir el ADN todavía no se duplicó. Hacía el final hay un punto de control a partir del cual las células se detienen hasta recibir una señal (se elije si la célula se divide o no). ¿Qué se controla? CICLO CELULAR  CICLO CELULAR FASE S o sintética: dura entre 6-10h, se lleva a cabo la duplicación del ADN. Al finalizar esta fase, el núcleo tiene el doble de proteínas histónicas y doble ADN. El cromosoma tiene dos cromátides hermanas (2 moléculas de ADN productos de la duplicación). Es 2n4c. CICLO CELULAR  CICLO CELULAR FASE G2 o postsintética: dura 4h. Ya con el ADN duplicado, la célula controla la duplicación del ADN y corrige errores. Además, duplica las organelas preparándose para la división celular. En este periodo la célula es 2n4C. CICLO CELULAR  CICLO CELULAR MITOSIS o FASE M: 30-90 min. Durante esta fase la envoltura nuclear se desintegra. Los cromosomas formado por cada una de las cromátidas pasaran por las fases de división celular (mitosis o meiosis) para concluir con las células hijas. No hay síntesis de proteínas en esta fase.  CICLO CELULAR REGULACIÓN DEL CICLO CELULAR: El sistema de control es un conjunto de proteínas reguladoras, ciclinas y quinasas dependientes de ciclinas. Hay dos tipos de ciclinas G1 y mitótica M. Hay dos tipos de quinasas, Cdk2 y Cdc2. Fase S: se inicia cuando la ciclina G1 activa Cdk2, forman un complejo FPS (factor promotor de la fase S). Induce una cascada de fosforilación responsables de la replicación del ADN. Fase M: se inicia cuando la ciclina M activa a la Cdc2, forman el complejo FPM (factor promotor de la mitosis) provocando la activación de proteínas implicadas en la división celular y la mitosis. CICLO CELULAR CICLO CELULAR  DUPLICACIÓN DEL ADN Antes de dividirse, la célula debe duplicar su ADN para que las células hijas resultantes de la división celular contengan la misma cantidad de material genético. Durante de la fase S de la interfase, a partir de una molécula madre de ADN que se usará como molde se originaran 2 moléculas hijas completas y bicatenarias. El proceso comienza en múltiples sitios de origen de la replicación en cada cromosoma.  DUPLICACIÓN DEL ADN La formación de las burbujas de replicación requiere la participación de varias proteínas: La helicasa corta los puentes hidrógeno de los nucleótidos, abriendo la doble hélice y origina la burbuja de replicación. Las topoisomerasas (I y II) reducen la tensión que sufre la molécula como consecuencia de la torsión necesaria para abrir la doble hélice. La I corta una de las cadenas del ADN volviendo a unir los extremos cortados. La II corta las dos cadenas abarcando una extensión de ADN mayor.  DUPLICACIÓN DEL ADN Las proteínas SSB (Single Strand Binding) se unen a las dos hebras, para mantener estable la separación. ADN polimerasa sintetizan las nuevas cadenas de ADN, ella lee en sentido 3´-5´y sintetiza en 5´-3´. La cadena hija que se construye en dirección 5-3 es continua, con lo cual, se la llama continua o adelantada. La otra cadena hija se sintetiza de manera discontinua de a 200 nucleótidos llamados fragmentos de Okasaki. Para iniciar la síntesis se requiere un cebador o primer, que es una cadena de 10 nucleótidos de ARN y es catalizado por la ARN primasa o polimerasa. Los cebadores son retirados por la nucleasa reparadora y la ADN ligasa une los fragmentos de Okasaki. DUPLICACIÓN DEL ADN  DUPLICACIÓN DEL ADN La síntesis de ADN es semidiscontinua, semiconservadora y asimétrica.  NÚCLEO EN DIVISIÓN Durante la división celular, la cromatina presenta el máximo nivel de compactación constituyendo los cromosomas. El cromosoma es la máxima compactación de la cromatina, visible durante la división celular. Durante la metafase, la cromatina alcanza su máximo grado de compactación y los cromosomas adquieren una morfología característica, están integrados por dos componentes filamentosos, las cromátides unidas por un centrómero que divide el brazo corto del brazo largo. El brazo corto se lo denomina p y el largo q. Los extremos de los brazos se denominan telómeros, están cargados eléctricamente evitando la fusión de los cromosomas. El cinetocoro es una estructura proteica que forma parte del centrómero y ayuda a separar a las cromátidas en la división celular. NÚCLEO EN DIVISIÓN  NÚCLEO EN DIVISIÓN En el ser humano las células somáticas poseen 46 cromosomas, número diploide (2n). Las células sexuales poseen 23 cromosomas, numero haploide (n). De los 46 cromosomas, 22 son somaticos y un par son sexuales. En la mujer hay dos cromosomas idénticos XX mientras que en los hombres hay cromosoma XY.  NÚCLEO EN DIVISIÓN El cariotipo es un análisis bioquímico en el cual se ordenan los cromosomas según su morfología, dimensión y número. Se le saca sangre al paciente, se estimula las células con fitohemaglutinina para inducir la mitosis, se detiene en metafase con colchicina y se coloca una solución hipotónica para separar los cromosomas. Luego se colorea.  DIVISIÓN CELULAR 1) MITÓSIS: proceso por el cual el material genético se divide en dos partes iguales entre dos células hijas, se le asigna a cada célula un juego completo de cromosomas (cariocinesis) y hacia el final se divide el citoplasma (citocinesis). Las etapas son: Profase: la cromatina comienza a condensarse visualizandose los cromosomas (2n4C). Cada cromosoma consta de dos cromátidas hermanas conectadas por centrómero. Por fuera de la envoltura nuclear, los centriolos dan comienzo al huso acromático o mitótico. El nucleolo desaparece. DIVISIÓN CELULAR  DIVISIÓN CELULAR Prometafase: es la transición entre la profase y metafase. Es muy corta y se termina de desintegrar la envoltura nuclear. Se observan los tres tipos de fibras del huso, astrales, cinetocóricas y polares. Los cromosomas quedan en el citoplasma unidos por su cinetocoro a las fibras cinetocóricas del huso mitótico.  DIVISIÓN CELULAR Metafase: los cromosomas unidos por el cinetocoro a las fibras del huso se ordenan en el plano central o ecuatorial, formando la placa ecuatorial.  DIVISIÓN CELULAR Anafase: los centriolos se separan en todos los pares de cromátides gracias a la despolimerización y acortamiento de los microtubulos del huso que traccionan de los cinetocoros separando las cromátidas hermanas y comienza la migración hacia los polos.  DIVISIÓN CELULAR Telofase: los cromosomas comienzan a desenrollarse y se vuelven menos condensados. El huso se desintegra. Los cromosomas se agrupan en masas de cromatina rodeadas de segmentos de envoltura nuclear provenientes del RER. Los nucleolos aparecen en las etapas finales.  DIVISIÓN CELULAR Citocinesis: separación del citoplasma por profundización del surco de segmentación gracias al anillo contráctil de actina y finalmente la fusión de las membranas citoplasmáticas.  DIVISIÓN CELULAR MEIOSIS: es un tipo de división celular que sólo se da en eucariotas. Consiste en dos divisiones consecutivas que comienzan con células diploides en las cuales el número se divide a la mitad dando células haploides. Se da en dos etapas, la meiosis I y la meiosis II. Meiosis I: la cantidad de cromosomas se reduce de diploide (2n) a haploide (n) y de 4C y 2C.  DIVISIÓN CELULAR Profase I: es el periodo más largo y tiene sub-etapas: 1. Preleptonema: se inicia el proceso con la condensación de la cromatina que forman cromosomas muy delgados. 2. Leptonema: los cromosomas son largas fibras, delgadas, poco compactadas que se doblan y orientan telómeros hacia la envoltura nuclear. Hay sectores con cromatina condensada llamado cromómeros. 3. Cigonema: los cromosomas homólogos se alinean y aparean de una manera específica (sinapsis). El apareamiento forma el complejo sinaptonémico, es una estructura proteica que estabiliza los cromosomas. Al par de homólogos se los llama tétrada.  DIVISIÓN CELULAR 4. Paquinema: los homólogos se aparean completamente, las cromátides de los cromosomas son hermanas. Aquí se da el crossing-over o entrecruzamiento, es un intercambio de material genético importante para la variabilidad genética. 5. Diplonema: los cromosomas apareados se separan pero permanecen unidos por los quiasmas. 6. Diacinesis: la contracción de los cromosomas llega a su máximo, los cromosomas homólogos unidos por quiasmas ahora se ubican en los extremos.  DIVISIÓN CELULAR Prometafase I: se desorganiza la envoltura nuclear y se organiza el huso acromático. Metafase I: los homólogos unidos se asocian por sus cinetocoros a las fibras del huso, ubicandose en el plano ecuatorial de la célula. Anafase: los homólogos se separan cada uno a polos distintos de la célula. Telofase I: los cromosomas ubicados en los extremos se reagrupan. Cada polo recibe la mitad del número de cromosomas de la célula original (1n1C). Se completa la citocinesis. DIVISIÓN CELULAR  DIVISIÓN CELULAR Meiosis II: la cantidad de cromosomas no se modifica, permanece 1n mientras que se reducen a la mitad la cantidad de cromátides de 2C a 1C. Es similar a la mitosis solo que no se duplica el ADN. Profase II: se organiza nuevamente el huso mitótico, las fibras se unen por el centrómero. Metafase II: los cromosomas se ubican en el plano ecuatorial. Anafase II: las cromátides hermanas de cada cromosoma se separan, migrando hacia los polos. Telofase II: se desorganiza el huso mitótico, se forman envolturas nucleares. Hay 4 hijos con la mitad del número de cromosomas de la célula progenitora. Ocurre la citocinesis.  DIVISIÓN CELULAR La meiosis es importante porque: Obtenemos gametos y células haploides La recombinación genética o crossing-over. La segregación al azar de los cromosomas homólogos La meiosis brinda variabilidad genética. DIVISIÓN CELULAR