Procesos Celulares Fundamentales (Unidad 3) PDF

PROCESOS CELULARES FUNDAMENTALES UNIDAD 3 BASES GENÉTICAS DE LA PATOGENICIDAD EN LOS MICROORGANISMOS Y LA RESPUESTA INMUNITARIA LOS PROCESOS CELULARES DE MULTIPLICACIÓN Y DIVISIÓN: CONCEPTOS BÁSICOS (MULTIPLICACIÓN, CRECIMIENTO INDIV...

PROCESOS CELULARES FUNDAMENTALES UNIDAD 3 BASES GENÉTICAS DE LA PATOGENICIDAD EN LOS MICROORGANISMOS Y LA RESPUESTA INMUNITARIA LOS PROCESOS CELULARES DE MULTIPLICACIÓN Y DIVISIÓN: CONCEPTOS BÁSICOS (MULTIPLICACIÓN, CRECIMIENTO INDIVIDUAL Y POBLACIONAL, DIVISIÓN CELULAR, CICLO CELULAR, MUERTE CELULAR, APOPTOSIS, NECROSIS) 1. División Celular: ○ La división celular es el proceso mediante el cual el material celular se distribuye entre dos células hijas. En organismos unicelulares, este proceso aumenta la cantidad de individuos en la población. ○ En organismos multicelulares, la división celular permite el crecimiento del organismo a partir de una sola célula y también la reparación de tejidos lesionados o desgastados. ○ Las células crecen al asimilar sustancias del entorno y sintetizar nuevas moléculas estructurales y funcionales. ○ Cuando una célula alcanza un tamaño y estado metabólico críticos, se divide en dos células hijas. ○ Estas células hijas son similares en estructura y función a la célula madre y heredan una réplica exacta de la información genética. 2. Fisión Binaria (en células procariotas): ○ La mayoría de las bacterias se reproducen mediante fisión binaria. ○ Conceptualmente, la célula simplemente crece al doble de su tamaño y luego se divide en dos. ○ Sin embargo, para ser viable y competitiva, la bacteria debe dividirse en el momento y lugar adecuados, proporcionando a cada descendiente. ○ La investigación sobre la división celular bacteriana ayuda a comprender los mecanismos genéticos que la regulan y puede conducir al desarrollo de nuevos antibióticos. 3. Ciclo Celular: ○ El ciclo celular consta de fases: interfase (G1, S y G2) y mitosis. ○ Durante la interfase, la célula crece, duplica su ADN y se prepara para la división. ○ La mitosis es la fase de división celular propiamente dicha, donde el núcleo se divide en dos núcleos hijas idénticos. ○ La citocinesis sigue a la mitosis y separa el citoplasma y los orgánulos en las células hijas. 4. Muerte Celular: ○ La apoptosis es un proceso programado de muerte celular que elimina células dañadas o innecesarias. ○ La necrosis es la muerte celular no programada debido a daño severo. ANTECEDENTES HISTORICOS DEL CONOCIMIENTO DE LA ESTRUCTURA DEL MATERIAL GENÉTICO: FRIEDRICH MIESCHER; FREDERICK GRIFFITH; AVERY MCLEOD Y ALFRED MCCARTY; ALFRED HERSHEY Y MARTHA CHASE; ERWIN  CHARGAFF; ROSALIND FRANKLIN, MAURICE WILKINS, ASÍ COMO JAMES WATSON Y FRANCIS CRICK. La historia del conocimiento de la estructura del material genético es rica y fascinante, marcada por los descubrimientos de varios científicos que han contribuido significativamente a nuestra comprensión del ADN. A continuación, se presenta una lección sobre estos antecedentes históricos mencionando a los autores clave: ### 1. Friedrich Miescher (1869) Friedrich Miescher fue un médico y biólogo suizo que, en 1869, descubrió una sustancia en los núcleos de las células que llamó "nucleína" (hoy conocida como ADN). Miescher extrajo esta sustancia a partir de células de pus y encontró que era diferente de las proteínas. Este fue el primer paso importante en la identificación del ADN como un componente esencial de las células. ### 2. Frederick Griffith (1928) Frederick Griffith, un bacteriólogo británico, llevó a cabo un experimento crucial en 1928 que demostró el fenómeno de la "transformación". Al trabajar con cepas de bacterias neumocócicas, Griffith descubrió que una cepa inofensiva podría transformarse en una cepa virulenta cuando se mezclaba con la cepa virulenta muerta. Este experimento sugirió la existencia de un "principio transformador", aunque en ese momento no se sabía que este principio era el ADN. ### 3. Avery, McLeod y McCarty (1944) Oswald Avery, Colin McLeod y Maclyn McCarty continuaron el trabajo de Griffith en 1944 y demostraron que el "principio transformador" identificado por Griffith era, de hecho, ADN. Utilizando una serie de experimentos, lograron purificar el ADN y mostrar que era la molécula responsable de la transformación genética. Este descubrimiento fue fundamental para establecer al ADN como el portador de la información genética. ### 4. Alfred Hershey y Martha Chase (1952) Alfred Hershey y Martha Chase llevaron a cabo un experimento en 1952 que confirmó de manera concluyente que el ADN, y no las proteínas, era el material genético de los virus. Utilizando el fago T2, infectaron bacterias y marcaron el ADN y las proteínas del fago con isótopos radiactivos diferentes. Después de la infección, encontraron que solo el ADN radiactivo entraba en las bacterias, demostrando que el ADN era el material hereditario. ### 5. Erwin Chargaff (1950) Erwin Chargaff, un bioquímico austríaco, descubrió dos reglas esenciales sobre la composición del ADN en la década de 1950. Primero, la cantidad de adenina (A) es igual a la de timina (T) y la cantidad de guanina (G) es igual a la de citosina (C). Segundo, la composición del ADN varía entre especies. Estas reglas, conocidas como las reglas de Chargaff, fueron cruciales para la elucidación de la estructura del ADN. ### 6. Rosalind Franklin y Maurice Wilkins (1952) Rosalind Franklin y Maurice Wilkins realizaron estudios de difracción de rayos X del ADN en el King’s College de Londres. Franklin obtuvo una imagen clara del ADN, conocida como Fotografía 51, que mostró una estructura helicoidal. Wilkins compartió esta imagen con James Watson y Francis Crick sin el conocimiento de Franklin, lo que resultó en una comprensión crítica de la estructura del ADN. ### 7. James Watson y Francis Crick (1953) James Watson y Francis Crick, utilizando la información de los estudios de difracción de rayos X de Franklin, así como las reglas de Chargaff, propusieron el modelo de doble hélice del ADN en 1953. Su modelo sugería que el ADN está compuesto por dos hebras que se enrollan una alrededor de la otra, con las bases emparejadas de manera específica (A con T y G con C). Este modelo explicó cómo el ADN puede replicarse y almacenar información genética. ### Conclusión Cada uno de estos científicos hizo contribuciones esenciales a nuestra comprensión del ADN, culminando en el modelo de la doble hélice que es la base de la biología molecular moderna. Sus descubrimientos han permitido avances significativos en genética, biotecnología y medicina. COMPONENTES FUNDAMENTALES DE LOS ÁCIDOS NUCLEICOS: NUCLEÓTIDO, NUCLEÓSIDO Y BASES NITROGENADAS Los ácidos nucleicos, como el ADN y el ARN, son macromoléculas esenciales para la vida, ya que almacenan y transmiten la información genética. Están formados por unidades básicas llamadas nucleótidos, que a su vez están compuestos por varios componentes. A continuación, se presenta una lección sobre los componentes fundamentales de los ácidos nucleicos: nucleótido, nucleósido y bases nitrogenadas. ### 1. Nucleótidos Los nucleótidos son las unidades monoméricas de los ácidos nucleicos. Cada nucleótido consta de tres componentes: #### a. Base nitrogenada Las bases nitrogenadas son moléculas que contienen nitrógeno y pueden ser de dos tipos: purinas y pirimidinas. Existen cinco bases nitrogenadas principales en los ácidos nucleicos: - **Purinas:** Adenina (A) y Guanina (G). - **Pirimidinas:** Citosina (C), Timina (T) y Uracilo (U). En el ADN, las bases nitrogenadas son adenina, guanina, citosina y timina. En el ARN, la timina es reemplazada por uracilo. #### b. Azúcar pentosa El azúcar pentosa es un monosacárido de cinco carbonos. En los nucleótidos del ADN, el azúcar es la desoxirribosa, mientras que en los nucleótidos del ARN, el azúcar es la ribosa. La diferencia entre estos dos azúcares radica en la presencia de un grupo hidroxilo (-OH) en el carbono 2' de la ribosa y un hidrógeno (sin grupo hidroxilo) en el carbono 2' de la desoxirribosa. #### c. Grupo fosfato El grupo fosfato está unido al carbono 5' del azúcar pentosa. Los nucleótidos pueden tener uno, dos o tres grupos fosfato, denominados nucleótido monofosfato (NMP), nucleótido difosfato (NDP) y nucleótido trifosfato (NTP), respectivamente. El ATP (adenosina trifosfato) es un ejemplo de un nucleótido trifosfato que desempeña un papel crucial en el almacenamiento y transferencia de energía celular. ### 2. Nucleósidos Los nucleósidos son similares a los nucleótidos, pero carecen del grupo fosfato. Un nucleósido consta de dos componentes: #### a. Base nitrogenada Como en los nucleótidos, las bases nitrogenadas en los nucleósidos pueden ser adenina, guanina, citosina, timina (en ADN) o uracilo (en ARN). #### b. Azúcar pentosa El azúcar pentosa en los nucleósidos es desoxirribosa en el ADN y ribosa en el ARN. La combinación de una base nitrogenada con un azúcar pentosa forma un nucleósido. Por ejemplo, la combinación de adenina con ribosa forma adenosina, mientras que la combinación de adenina con desoxirribosa forma desoxiadenosina. ### 3. Bases nitrogenadas Las bases nitrogenadas son componentes clave de los nucleótidos y nucleósidos y se dividen en dos categorías: #### a. Purinas - **Adenina (A)** - **Guanina (G)** Las purinas tienen una estructura de doble anillo, compuesta por un anillo de seis miembros fusionado con un anillo de cinco miembros. #### b. Pirimidinas - **Citosina (C)** - **Timina (T)** - **Uracilo (U)** Las pirimidinas tienen una estructura de un solo anillo de seis miembros. En el ADN, las bases se emparejan de manera específica mediante enlaces de hidrógeno: adenina con timina (A-T) y guanina con citosina (G-C). En el ARN, el emparejamiento es adenina con uracilo (A-U) y guanina con citosina (G-C). ### Conclusión Los nucleótidos son los bloques de construcción de los ácidos nucleicos, y cada uno consta de una base nitrogenada, un azúcar pentosa y uno o más grupos fosfato. Los nucleósidos son similares a los nucleótidos pero sin el grupo fosfato. Las bases nitrogenadas son fundamentales para la estructura y función de los ácidos nucleicos, y su disposición y emparejamiento específico son esenciales para la transmisión y expresión de la información genética. ESTRUCTURA DE LOS ÁCIDOS NUCLEICOS: ASPECTOS GENERALES, FORMAS DE REPRESENTACIÓN LINEAL, PROPIEDADES FISICO-QUÍMICAS, ESTRUCTURAS B, A Y Z DEL ADN Y ESTRUCTURA DE LOS NUCLEOSOMAS. ### Estructura de los Ácidos Nucleicos Los ácidos nucleicos, ADN (ácido desoxirribonucleico) y ARN (ácido ribonucleico), son biomoléculas esenciales para la vida, ya que contienen la información genética y están involucrados en su transmisión y expresión. A continuación se detalla una lección sobre su estructura, formas de representación lineal, propiedades físico-químicas, las diferentes formas del ADN y la estructura de los nucleosomas. ### 1. Aspectos Generales Los ácidos nucleicos están formados por cadenas de nucleótidos, que son sus unidades básicas. Cada nucleótido consta de tres componentes: una base nitrogenada, un azúcar pentosa y uno o más grupos fosfato. Los ácidos nucleicos tienen una dirección 5' a 3', que se refiere a la posición de los átomos de carbono en la pentosa. - **ADN:** Constituido por desoxirribonucleótidos, con desoxirribosa como azúcar. - **ARN:** Constituido por ribonucleótidos, con ribosa como azúcar. ### 2. Formas de Representación Lineal La secuencia de nucleótidos en los ácidos nucleicos se representa comúnmente de manera lineal, listando las bases nitrogenadas en el orden en que aparecen de 5' a 3'. Por ejemplo: - **ADN:** 5'-ATCG-3' - **ARN:** 5'-AUCG-3' Las bases nitrogenadas se emparejan de manera específica en el ADN: adenina (A) con timina (T) y guanina (G) con citosina (C). En el ARN, la adenina se empareja con uracilo (U) en lugar de timina. ### 3. Propiedades Físico-Químicas - **Solubilidad:** Los ácidos nucleicos son solubles en agua debido a los grupos fosfato ionizados. - **Estabilidad:** El ADN es más estable que el ARN debido a la falta de un grupo hidroxilo en el carbono 2' de la desoxirribosa. - **Absorción UV:** Los ácidos nucleicos absorben luz ultravioleta, con un pico máximo alrededor de 260 nm, debido a las bases nitrogenadas aromáticas. ### 4. Estructuras del ADN: B, A y Z #### a. Estructura B del ADN - **Forma más común en condiciones fisiológicas.** - **Doble hélice dextrogira.** - **Diámetro:** Aproximadamente 2 nm. - **Paso de hélice:** 10.5 pares de bases por vuelta, con una longitud de 3.4 nm por vuelta completa. - **Surcos:** Mayor y menor, proporcionando sitios para la unión de proteínas. #### b. Estructura A del ADN - **Forma que se adopta en condiciones de baja humedad.** - **Doble hélice dextrogira.** - **Diámetro:** Aproximadamente 2.3 nm. - **Paso de hélice:** 11 pares de bases por vuelta, con una longitud de 2.8 nm por vuelta completa. - **Surcos:** Mayor y menor, pero con diferencias respecto a la estructura B. #### c. Estructura Z del ADN - **Forma en condiciones de alta salinidad o secuencias específicas ricas en GC.** - **Doble hélice levógira.** - **Diámetro:** Aproximadamente 1.8 nm. - **Paso de hélice:** 12 pares de bases por vuelta. - **Surcos:** Alternancia característica que resulta en una estructura más delgada y alargada. ### 5. Estructura de los Nucleosomas Los nucleosomas son la unidad básica de la estructura de la cromatina en las células eucariotas. Están formados por un segmento de ADN enrollado alrededor de un núcleo de proteínas histonas. - **Composición:** Ocho moléculas de histonas (dos de cada una: H2A, H2B, H3 y H4) forman el octámero de histonas. - **Envoltura:** Aproximadamente 147 pares de bases de ADN se enrollan alrededor del octámero de histonas en 1.65 vueltas. - **Función:** Los nucleosomas permiten la compactación del ADN y regulan su accesibilidad para procesos como la transcripción, replicación y reparación del ADN. ### Conclusión La estructura de los ácidos nucleicos es fundamental para su función biológica. La comprensión de la composición y organización de los nucleótidos, las diferentes formas estructurales del ADN y la disposición del ADN en los nucleosomas es esencial para el estudio de la genética y la biología molecular. Estas estructuras permiten el almacenamiento eficiente y la expresión precisa de la información genética, facilitando los procesos vitales en todos los organismos vivos. REPLICACIÓN DEL ADN: CONCEPTO, MODELOS DE REPLICACIÓN (DISPERSIVO, CONSERVATIVO Y SEMICONSERVATIVO), EXPERIMENTOS DE MESSELSON-STAHL. ### Lección sobre la Replicación del ADN La replicación del ADN es el proceso mediante el cual se copia el ADN antes de la división celular, asegurando que cada célula hija reciba una copia exacta del material genético. A continuación se presenta una lección sobre el concepto de replicación del ADN, los modelos de replicación (dispersivo, conservativo y semiconservativo) y los experimentos de Meselson-Stahl, con gráficos para ilustrar cada tema. ### 1. Concepto de Replicación del ADN La replicación del ADN es un proceso fundamental en la célula que permite la duplicación del material genético. Ocurre durante la fase S del ciclo celular y asegura que cada célula hija reciba una copia completa del ADN. ### 2. Modelos de Replicación del ADN #### a. Modelo Conservativo En el modelo conservativo, se propone que la molécula de ADN parental permanece intacta y se forma una nueva molécula de ADN hija completamente nueva. #### b. Modelo Semiconservativo En el modelo semiconservativo, cada molécula hija de ADN contiene una hebra original (parental) y una hebra nueva. Este es el modelo aceptado de replicación del ADN. #### c. Modelo Dispersivo En el modelo dispersivo, las hebras parentales de ADN se fragmentan y se recombinan de manera que cada hebra hija contiene segmentos mezclados de ADN parental y nuevo. ### 3. Experimentos de Meselson-Stahl Matthew Meselson y Franklin Stahl realizaron en 1958 un experimento crucial que demostró que el modelo de replicación del ADN es semiconservativo. Utilizaron bacterias Escherichia coli y nitrógeno pesado (N15) para marcar el ADN, y luego observaron la replicación del ADN en presencia de nitrógeno ligero (N14). #### Procedimiento del Experimento 1. **Crecimiento en N15:** Las bacterias se cultivaron en un medio con nitrógeno pesado (N15), lo que hizo que todo su ADN contuviera N15. 2. **Transferencia a N14:** Las bacterias fueron transferidas a un medio con nitrógeno ligero (N14) y se permitió que replicaran su ADN. 3. **Centrifugación:** Se extrajo el ADN de las bacterias y se sometió a centrifugación en gradiente de densidad de cloruro de cesio (CsCl). #### Resultados del Experimento - **Primera generación:** Después de una ronda de replicación en N14, se observó una banda de densidad intermedia, lo que sugería una mezcla de ADN pesado (N15) y ligero (N14). Este resultado descartó el modelo conservativo. - **Segunda generación:** Después de dos rondas de replicación, se observaron dos bandas: una de densidad intermedia y otra de densidad ligera, lo que confirmó el modelo semiconservativo. Este resultado descartó el modelo dispersivo. ### Conclusión La replicación del ADN es un proceso esencial y preciso que asegura la transmisión fiel de la información genética. El modelo semiconservativo, validado por los experimentos de Meselson-Stahl, explica cómo cada molécula hija de ADN contiene una hebra parental y una hebra nueva, garantizando así la continuidad genética. Estos conocimientos son fundamentales para comprender la biología molecular y la genética. ENZIMOLOGÍA DE LA REPLICACIÓN DEL ADN, ESTRUCTURA Y FUNCIÓN DE: TOPOISOMERASAS, HELICASAS, ARN Y ADN POLIMERASAS EN PROCARIONTES Y EUCARIONTES (ACTIVIDAD EXONUCLEASA Y ENDONUCLEASA) ### Enzimología de la Replicación del ADN La replicación del ADN es un proceso complejo y altamente regulado que involucra múltiples enzimas y proteínas. A continuación, se presenta una lección sobre las principales enzimas involucradas en la replicación del ADN, incluyendo topoisomerasas, helicasas, ARN y ADN polimerasas, tanto en procariotas como en eucariotas, con un enfoque en sus actividades exonucleasa y endonucleasa. ### 1. Topoisomerasas #### a. Estructura y Función Las topoisomerasas son enzimas que alivian el superenrollamiento del ADN durante la replicación. Existen dos tipos principales: - **Topoisomerasa I:** Corta una sola hebra del ADN, permite que la hebra rota gire alrededor de la otra hebra intacta para aliviar el superenrollamiento y luego vuelve a unir la hebra cortada. - **Topoisomerasa II (Girasas en procariotas):** Corta ambas hebras del ADN, permite que una parte de la molécula de ADN pase a través de la rotura y luego vuelve a unir ambas hebras. #### b. Ejemplo en E. coli (Procariotas) - **Topoisomerasa I y II (Girasas):** Ayudan a relajar el superenrollamiento negativo y son esenciales para la replicación y transcripción del ADN. ### 2. Helicasas #### a. Estructura y Función Las helicasas son enzimas que desenrollan la doble hélice del ADN separando las dos hebras para permitir que las polimerasas accedan a las hebras molde. - **Mecanismo:** Utilizan energía de la hidrólisis de ATP para romper los enlaces de hidrógeno entre las bases nitrogenadas. #### b. Ejemplo en E. coli (Procariotas) - **DnaB:** Es la helicasa principal en E. coli que desenrolla el ADN en la horquilla de replicación. ### 3. ARN Polimerasas #### a. Estructura y Función Las ARN polimerasas sintetizan una corta secuencia de ARN (cebador o primer) que proporciona un extremo 3'-OH libre para que la ADN polimerasa inicie la síntesis de ADN. #### b. Ejemplo en E. coli (Procariotas) - **Primasa (DnaG):** Sintetiza los cebadores de ARN durante la replicación del ADN. ### 4. ADN Polimerasas #### a. Estructura y Función Las ADN polimerasas son enzimas que sintetizan ADN utilizando una hebra molde y añadiendo nucleótidos en la dirección 5' a 3'. Tienen dos actividades esenciales: - **Actividad Polimerasa:** Añade nucleótidos a la hebra en crecimiento. - **Actividad Exonucleasa:** Permite la corrección de errores (proofreading) eliminando nucleótidos mal incorporados. #### b. Ejemplo en E. coli (Procariotas) - **ADN Polimerasa III:** Principal enzima de replicación que sintetiza nuevas cadenas de ADN. - **ADN Polimerasa I:** Elimina los cebadores de ARN y rellena los huecos con ADN; también tiene actividad exonucleasa 5' a 3' y 3' a 5'. ### 5. Enzimas en Eucariotas #### a. Estructura y Función Las eucariotas tienen múltiples ADN polimerasas, cada una con funciones específicas: - **ADN Polimerasa α:** Funciona con la primasa para sintetizar cebadores de ARN/ADN. - **ADN Polimerasa δ:** Replica la hebra retrasada (lagging strand) y tiene actividad exonucleasa 3' a 5'. - **ADN Polimerasa ε:** Replica la hebra líder (leading strand) y tiene actividad exonucleasa 3' a 5'. #### b. Topoisomerasas y Helicasas en Eucariotas - **Topoisomerasa I y II:** Realizan funciones similares a las de procariotas, pero con una regulación más compleja. - **Helicasa MCM:** Principal helicasa en eucariotas que desenrolla el ADN en la horquilla de replicación. ### 6. Actividad Exonucleasa y Endonucleasa #### a. Exonucleasas Las exonucleasas eliminan nucleótidos desde los extremos del ADN. Por ejemplo, la actividad 3' a 5' exonucleasa en ADN polimerasa III en E. coli permite la corrección de errores. #### b. Endonucleasas Las endonucleasas cortan el ADN en sitios internos. Por ejemplo, las enzimas de restricción en bacterias actúan como endonucleasas que cortan el ADN en secuencias específicas. ### Conclusión La replicación del ADN es un proceso altamente coordinado que involucra varias enzimas con funciones específicas. Las topoisomerasas alivian el superenrollamiento, las helicasas desenrollan la doble hélice, las ARN polimerasas sintetizan cebadores, y las ADN polimerasas sintetizan nuevas hebras de ADN y corrigen errores. En eucariotas, la replicación es más compleja debido a la presencia de múltiples ADN polimerasas y una mayor regulación del proceso. ETAPAS EN EL PROCESO DE LA REPLICACIÓN: INICIO(ACTIVIDAD DE LA PROTEÍNAS INVOLUCRADAS TOPOISOMERASAS, HELICASAS, PROTEÍNAS DE UNIÓN A CADENA SENCILLA Y PRIMASA), ELONGACIÓN (MECANISMO DE ELONGACIÓN EN LA CADENA CONTINUA Y EN LA DISCONTINUA, FRAGMENTOS DE OKAZAKI), TERMINACIÓN, REPLICACIÓN DE LOS TELÓMEROS. La replicación del ADN es un proceso fundamental que permite la duplicación de la información genética en las células. Este proceso se puede dividir en varias etapas clave: inicio, elongación y terminación, con un apartado especial para la replicación de los telómeros. Aquí se describen cada una de estas etapas y los mecanismos implicados: ### Etapa de Inicio Durante la iniciación de la replicación del ADN, varias proteínas específicas desempeñan roles cruciales: 1. **Topoisomerasas**: Estas enzimas alivian la tensión torsional que se genera delante de la horquilla de replicación cortando y religando el ADN. 2. **Helicasas**: Estas enzimas desenrollan la doble hélice del ADN al romper los enlaces de hidrógeno entre las bases nitrogenadas, creando dos cadenas simples. 3. **Proteínas de unión a cadena sencilla (SSB, por sus siglas en inglés)**: Estas proteínas se unen a las cadenas sencillas de ADN para evitar que se vuelvan a formar la doble hélice antes de que la replicación pueda ocurrir. 4. **Primasa**: Esta enzima sintetiza un pequeño fragmento de ARN, conocido como cebador o primer, que es necesario para que la ADN polimerasa inicie la síntesis de la nueva cadena de ADN. ### Etapa de Elongación La elongación es el proceso mediante el cual las nuevas cadenas de ADN son sintetizadas a partir de las cadenas molde originales: 1. **Cadena continua**: En la cadena líder, la ADN polimerasa puede sintetizar una nueva cadena de manera continua en dirección 5' a 3', utilizando el cebador de ARN como punto de inicio. 2. **Cadena discontinua**: En la cadena rezagada, la síntesis ocurre de manera discontinua en pequeños fragmentos llamados fragmentos de Okazaki. Cada fragmento de Okazaki comienza con un nuevo cebador de ARN. Posteriormente, estos cebadores son reemplazados por ADN y los fragmentos de Okazaki son unidos por la enzima ligasa. ### Etapa de Terminación La terminación ocurre cuando las dos horquillas de replicación se encuentran o cuando la replicación ha alcanzado el final de la molécula de ADN. En procariotas, esto suele ocurrir en una región específica del ADN conocida como el terminador. En eucariotas, la replicación termina cuando las burbujas de replicación se fusionan. ### Replicación de los Telómeros Los telómeros son secuencias repetitivas de ADN situadas en los extremos de los cromosomas. Durante la replicación, la enzima telomerasa añade secuencias de ADN a los extremos de los telómeros para compensar la pérdida de ADN que ocurre en cada ronda de replicación. Esto es crucial para mantener la integridad del material genético en células que se dividen repetidamente, como las células madre y las células germinales. ### Resumen 1. **Inicio**: Activación de topoisomerasas, helicasas, proteínas de unión a cadena sencilla y primasa. 2. **Elongación**: - **Cadena continua**: Síntesis continua por ADN polimerasa. - **Cadena discontinua**: Síntesis discontinua de fragmentos de Okazaki, unión por ligasa. 3. **Terminación**: Encuentro de horquillas de replicación o llegada al extremo de la molécula. 4. **Replicación de telómeros**: Acción de la telomerasa para mantener los extremos cromosómicos. Este proceso altamente coordinado y regulado asegura la correcta duplicación del ADN, esencial para la división celular y la herencia genética. MECANISMOS DE REPARACIÓN DEL ADN: ESCISIÓN DE NUCLEÓTIDOS, REPARACIÓN DE UNIÓN DEFICIENTES Y ROTURA DE LA DOBLE CADENA. DIFERENCIAS Y SEMEJANZAS ENTRE LOS MECANISMOS DE REPLICACIÓN DE PROCARIOTES Y EUCARIOTES. La reparación del ADN es un conjunto de procesos mediante los cuales las células identifican y corrigen daños en las moléculas de ADN que codifican su genoma. Existen varios mecanismos de reparación del ADN, que incluyen la reparación por escisión de nucleótidos, la reparación de uniones deficientes y la reparación de roturas de doble cadena. Además, hay diferencias y semejanzas en los mecanismos de replicación del ADN entre procariotas y eucariotas. ### Mecanismos de Reparación del ADN 1. **Reparación por Escisión de Nucleótidos (NER, por sus siglas en inglés)** - **Función**: Repara daños en el ADN causados por agentes como la radiación ultravioleta, que pueden producir dímeros de pirimidina. - **Proceso**: 1. **Reconocimiento del daño**: Las proteínas de reparación identifican la distorsión en la doble hélice del ADN. 2. **Escisión**: Una endonucleasa corta el segmento dañado del ADN. 3. **Eliminación**: Una helicasa elimina el fragmento cortado. 4. **Síntesis**: Una ADN polimerasa rellena la brecha con nuevos nucleótidos. 5. **Sellado**: Una ligasa sella el ADN recién sintetizado con la cadena original. 2. **Reparación de Uniones Deficientes (Mismatch Repair, MMR)**  - **Función**: Corrige errores de apareamiento de bases que ocurren durante la replicación del ADN, como la inserción, deleción o mal apareamiento de bases. - **Proceso**: 1. **Reconocimiento del error**: Las proteínas de reparación detectan el error en el apareamiento de bases. 2. **Escisión**: Una endonucleasa corta el ADN cerca del error. 3. **Eliminación**: Una exonucleasa elimina el segmento de ADN que contiene el error. 4. **Síntesis**: Una ADN polimerasa rellena la brecha con los nucleótidos correctos. 5. **Sellado**: Una ligasa sella el ADN corregido. 3. **Reparación de Roturas de Doble Cadena (DSB Repair)** - **Función**: Repara roturas en ambas cadenas de la doble hélice del ADN, que pueden ser causadas por radiación ionizante o ciertos agentes químicos. - **Mecanismos**: - **Recombinación homóloga (HR)**: 1. **Emparejamiento**: La rotura es reconocida, y las proteínas de reparación utilizan una cadena hermana intacta como molde para la reparación. 2. **Invasión de la hebra**: Una hebra de ADN del cromosoma roto invade la cadena hermana para formar una estructura de Holliday. 3. **Síntesis**: La ADN polimerasa extiende la cadena invadida utilizando el molde. 4. **Resolución**: Las estructuras de Holliday se resuelven, restaurando la integridad del ADN. - **Unión de extremos no homólogos (NHEJ)**: 1. **Reconocimiento**: Las proteínas de reparación reconocen los extremos rotos del ADN. 2. **Procesamiento**: Los extremos rotos son procesados para ser compatibles. 3. **Unión**: Una ligasa une los extremos procesados, restaurando la continuidad de la cadena. ### Diferencias y Semejanzas entre los Mecanismos de Replicación de Procariotas y Eucariotas #### Semejanzas 1. **Proceso Básico**: Tanto en procariotas como en eucariotas, la replicación del ADN sigue un proceso similar: desenrollado del ADN, síntesis de cebadores, elongación de nuevas cadenas y terminación. 2. **Enzimas Clave**: Ambos utilizan helicasas, primasas, ADN polimerasas y ligasas. 3. **Dirección de la Síntesis**: En ambos casos, la síntesis de ADN ocurre en la dirección 5' a 3'. #### Diferencias 1. **Origen de Replicación**: - **Procariotas**: Tienen un solo origen de replicación en su cromosoma circular. - **Eucariotas**: Tienen múltiples orígenes de replicación en sus cromosomas lineales. 2. **Velocidad de Replicación**: - **Procariotas**: La replicación es más rápida debido a la menor cantidad de ADN y la estructura más simple del cromosoma.  - **Eucariotas**: La replicación es más lenta debido a la mayor cantidad de ADN y la complejidad estructural de los cromosomas. 3. **Enzimas de Replicación**: - **Procariotas**: Utilizan ADN polimerasa III para la elongación principal y ADN polimerasa I para la eliminación de cebadores de ARN y llenado de brechas. - **Eucariotas**: Utilizan ADN polimerasa α para la síntesis del cebador, ADN polimerasa δ para la elongación de la cadena rezagada y ADN polimerasa ε para la elongación de la cadena líder. 4. **Telómeros**: - **Procariotas**: No tienen telómeros debido a la naturaleza circular de su ADN. - **Eucariotas**: Tienen telómeros en los extremos de sus cromosomas lineales y requieren la enzima telomerasa para su mantenimiento. ### Resumen Los mecanismos de reparación del ADN son esenciales para mantener la integridad genética, mientras que los procesos de replicación, aunque similares en su esencia, varían significativamente entre procariotas y eucariotas debido a diferencias en la estructura del ADN y la complejidad celular. CARACTERÍSTICAS GENERALES DEL CICLO CELULAR Y SUS FASES (INTERFASE, FASE G0 O QUIESCENCIA, FASE G1, FASE S, FASE G2, FASE M Y CARIOCINESIS). El ciclo celular es el conjunto de eventos que una célula atraviesa desde su formación hasta su división en dos células hijas. Este ciclo se divide en varias fases específicas que regulan y aseguran la correcta duplicación y segregación del material genético. Las principales fases del ciclo celular son la interfase (que incluye las fases G1, S y G2), la fase M (mitosis) y la citoquinesis. ### Características Generales del Ciclo Celular El ciclo celular se compone de dos etapas principales: 1. **Interfase**: La célula crece y replica su ADN. 2. **Fase M (Mitosis)**: La célula se divide en dos células hijas. ### Fases del Ciclo Celular 1. **Interfase**: Es el período más largo del ciclo celular y se divide en tres fases: - **Fase G1 (Gap 1)**: - **Características**: La célula crece en tamaño, sintetiza proteínas y orgánulos, y se prepara para la replicación del ADN. - **Punto de Control**: Verificación del entorno y tamaño celular antes de la duplicación del ADN. Si las condiciones no son adecuadas, la célula puede entrar en un estado de quiescencia (fase G0). - **Fase S (Síntesis)**: - **Características**: La célula replica su ADN, de manera que cada cromosoma tiene ahora dos cromátidas hermanas. También se duplican los centrosomas.  - **Fase G2 (Gap 2)**: - **Características**: La célula continúa creciendo y produce las proteínas necesarias para la mitosis. Se realizan reparaciones del ADN si es necesario. - **Punto de Control**: Verificación del ADN replicado y preparación final para la mitosis. 2. **Fase G0 (Quiescencia)**: - **Características**: Es un estado de reposo en el que la célula no se divide ni se prepara para la división. Las células pueden entrar en esta fase desde G1 y pueden permanecer en ella de manera temporal o permanente, dependiendo del tipo celular y las señales externas. - **Ejemplos**: Neuronas y células musculares suelen estar en G0 de manera permanente. 3. **Fase M (Mitosis)**: Es la fase de división nuclear y se divide en varias subfases: - **Profase**: - **Características**: Los cromosomas se condensan y se hacen visibles. La envoltura nuclear comienza a desintegrarse. Los centrosomas se mueven a polos opuestos y comienzan a formar el huso mitótico. - **Prometafase**: - **Características**: La envoltura nuclear se desintegra completamente. Los microtúbulos del huso mitótico se unen a los cinetocoros de los cromosomas. - **Metafase**: - **Características**: Los cromosomas se alinean en el plano ecuatorial de la célula (placa metafásica). - **Punto de Control**: Verificación de que todos los cromosomas estén correctamente alineados y unidos al huso mitótico. - **Anafase**: - **Características**: Las cromátidas hermanas se separan y son arrastradas hacia polos opuestos de la célula por los microtúbulos del huso. - **Telofase**: - **Características**: Los cromosomas llegan a los polos opuestos y comienzan a descondensarse. Se forma una nueva envoltura nuclear alrededor de cada conjunto de cromosomas, resultando en dos núcleos hijos. 4. **Cariocinesis**: - **Características**: Es la división del núcleo que ocurre durante la mitosis, específicamente durante las fases de profase, prometafase, metafase, anafase y telofase. 5. **Citoquinesis**: - **Características**: Es la división del citoplasma, que ocurre después de la mitosis, resultando en dos células hijas separadas. En células animales, se forma un surco de división que separa las células hijas, mientras que en células vegetales, se forma una placa celular que da origen a la nueva pared celular. ### Resumen del Ciclo Celular 1. **Interfase**: - Fase G1: Crecimiento y preparación para la replicación del ADN. - Fase S: Replicación del ADN. - Fase G2: Crecimiento y preparación para la mitosis. 2. **Fase G0**: Estado de reposo, no preparación para la división. 3. **Fase M (Mitosis)**: - Profase, prometafase, metafase, anafase, telofase: División del núcleo. - Cariocinesis: División del núcleo durante la mitosis. - Citoquinesis: División del citoplasma, resultando en dos células hijas. Este ciclo asegura que cada célula hija reciba una copia completa del material genético y suficiente citoplasma para sobrevivir y funcionar adecuadamente. REGULACIÓN DEL CICLO CELULAR (REGULACIÓN POR CRECIMIENTO DE LA CÉLULA Y POR SEÑALES EXTRACELULARES), PUNTOS DE CONTROL Y PROTEÍNAS INVOLUCRADAS (PROTEINCINASAS, CICLINAS Y CINASAS DEPENDIENTES DE CICLINAS) La regulación del ciclo celular es esencial para asegurar que las células se dividan de manera ordenada y precisa. Este proceso está controlado por señales internas y externas, puntos de control específicos y una variedad de proteínas reguladoras. ### Regulación del Ciclo Celular 1. **Regulación por Crecimiento de la Célula** - **Crecimiento Celular**: Las células deben alcanzar un tamaño adecuado antes de dividirse. Si una célula es demasiado pequeña, puede no tener suficientes recursos para sobrevivir y funcionar correctamente. - **Señales Internas**: Las señales internas incluyen la disponibilidad de nutrientes, el tamaño de la célula y la integridad del ADN. Estas señales aseguran que la célula esté lista para entrar en la siguiente fase del ciclo celular. 2. **Regulación por Señales Extracelulares** - **Factores de Crecimiento**: Las células responden a factores de crecimiento, que son señales químicas externas que promueven la proliferación celular. - **Contacto Inhibitorio**: Algunas células dejan de dividirse cuando están en contacto con otras células (inhibición por contacto), lo que ayuda a regular el crecimiento y prevenir la formación de tumores. - **Señales de Estrés**: Las células pueden detener el ciclo celular en respuesta a señales de estrés, como daño al ADN, falta de nutrientes o señales de muerte celular programada (apoptosis). ### Puntos de Control del Ciclo Celular Los puntos de control son mecanismos de control de calidad que aseguran que cada fase del ciclo celular se complete correctamente antes de avanzar a la siguiente. Hay tres puntos de control principales: 1. **Punto de Control G1/S (Punto de Restricción)** - **Función**: Verifica si el ambiente es favorable para la división celular y si el ADN está intacto y listo para ser replicado.  - **Proteínas Involucradas**: Las ciclinas D y E y las cinasas dependientes de ciclinas (CDK2, CDK4, CDK6). 2. **Punto de Control G2/M** - **Función**: Asegura que la replicación del ADN se haya completado correctamente y que no haya daño en el ADN antes de entrar en la mitosis. - **Proteínas Involucradas**: Las ciclinas A y B y las cinasas dependientes de ciclinas (CDK1). 3. **Punto de Control de la Metafase (Mitosis)** - **Función**: Verifica que todos los cromosomas estén alineados correctamente en la placa metafásica y que todos los cinetocoros estén unidos al huso mitótico antes de permitir que la célula proceda con la anafase. - **Proteínas Involucradas**: Complejo promotor de anafase (APC/C) y securina. ### Proteínas Involucradas en la Regulación del Ciclo Celular 1. **Proteincinasas (CDKs)** - **Función**: Las cinasas dependientes de ciclinas (CDKs) son enzimas que fosforilan proteínas específicas para regular el ciclo celular. - **Activación**: Las CDKs están activas solo cuando están unidas a una ciclina específica. Cada CDK se asocia con una ciclina diferente en distintas fases del ciclo celular. 2. **Ciclinas** - **Función**: Las ciclinas son proteínas reguladoras que controlan la actividad de las CDKs. Sus niveles fluctúan durante el ciclo celular. - **Tipos**: Hay varias ciclinas específicas para cada fase del ciclo celular (por ejemplo, ciclinas D, E, A, B). 3. **Cinasas Dependientes de Ciclinas (CDKs)** - **Función**: Estas cinasas son las que efectúan la fosforilación de proteínas clave que impulsan la célula a través de las diferentes fases del ciclo celular. - **Regulación**: La actividad de las CDKs está estrictamente regulada por la unión a ciclinas, fosforilaciones activadoras e inhibidoras y por proteínas inhibidoras de CDK (CKI). ### Resumen del Proceso de Regulación 1. **Crecimiento y Señales Extracelulares**: El ciclo celular es regulado tanto por el crecimiento celular interno como por señales externas, incluyendo factores de crecimiento y señales de estrés. 2. **Puntos de Control**: Existen tres puntos de control principales (G1/S, G2/M, Metafase) que aseguran la correcta progresión del ciclo celular. 3. **Proteínas Reguladoras**: Las ciclinas y CDKs son esenciales para la regulación del ciclo celular, activando y desactivando procesos a través de fosforilaciones específicas. La regulación precisa del ciclo celular es vital para el crecimiento y desarrollo normal de los organismos, así como para la prevención de enfermedades como el cáncer.  FORMAS DE DIVISIÓN CELULAR: FISIÓN BINARIA (EFECTOS GENÉTICOS, PROCESO, ORGANISMOS QUE UTILIZAN LA FISIÓN BINARIA Y TIPOS DE FISIÓN BINARIA), MITOSIS (DEFINICIÓN, CARACTERÍSTICAS PRINCIPALES Y DESCRIPCIÓN DE EVENTOS DE CADA UNA DE LAS FASES DE LA MITOSIS), MEIOSIS (DEFINICIÓN, OBJETIVO E IMPORTANCIA DE LA MEIOSIS, CARACTERÍSTICAS PRINCIPALES Y DESCRIPCIÓN DE EVENTOS DE CADA UNA DE LAS FASES DE LA MEIOSIS). La división celular es el proceso por el cual una célula se divide para formar nuevas células. Existen diferentes formas de división celular: fisión binaria, mitosis y meiosis. A continuación se describen en detalle cada una de estas formas. ### Fisión Binaria **Definición**: La fisión binaria es un proceso de división celular asexual en el que una célula madre se divide en dos células hijas genéticamente idénticas. **Proceso**: 1. **Replicación del ADN**: La célula replica su ADN. 2. **Elongación Celular**: La célula crece y los dos conjuntos de ADN se separan. 3. **Formación del Tabique**: Se forma un tabique en el centro de la célula. 4. **División Celular**: El tabique se completa, dividiendo la célula en dos células hijas. **Organismos que Utilizan la Fisión Binaria**: - **Bacterias**: Es el método más común de reproducción en procariotas. - **Arqueas**: Similar a las bacterias. - **Algas Unicelulares y Protistas**: Algunos eucariotas unicelulares también utilizan la fisión binaria. **Tipos de Fisión Binaria**: - **Fisión Binaria Simple**: División directa sin formación de una estructura intermedia. - **Fisión Binaria Transversal**: La división ocurre a lo largo del eje transversal de la célula. - **Fisión Binaria Longitudinal**: La división ocurre a lo largo del eje longitudinal de la célula. - **Fisión Binaria Oblicua**: La división ocurre en un plano oblicuo. ### Mitosis **Definición**: La mitosis es un proceso de división celular en el que una célula madre diploide se divide para formar dos células hijas genéticamente idénticas. **Características Principales**: - **Conservación del Número de Cromosomas**: Cada célula hija recibe un número diploide completo de cromosomas. - **División Nuclear y Citoplasmática**: Incluye la cariocinesis (división del núcleo) y la citocinesis (división del citoplasma). **Fases de la Mitosis**: 1. **Profase**: - **Características**: Los cromosomas se condensan y se hacen visibles. La envoltura nuclear comienza a desintegrarse. Los centrosomas se mueven a polos opuestos y comienzan a formar el huso mitótico. 2. **Prometafase**: - **Características**: La envoltura nuclear se desintegra completamente. Los microtúbulos del huso mitótico se unen a los cinetocoros de los cromosomas. 3. **Metafase**: - **Características**: Los cromosomas se alinean en el plano ecuatorial de la célula (placa metafásica). 4. **Anafase**: - **Características**: Las cromátidas hermanas se separan y son arrastradas hacia polos opuestos de la célula por los microtúbulos del huso. 5. **Telofase**: - **Características**: Los cromosomas llegan a los polos opuestos y comienzan a descondensarse. Se forma una nueva envoltura nuclear alrededor de cada conjunto de cromosomas. 6. **Citoquinesis**: - **Características**: La división del citoplasma, que resulta en dos células hijas separadas. En células animales, se forma un surco de división que separa las células hijas, mientras que en células vegetales, se forma una placa celular que da origen a la nueva pared celular. ### Meiosis **Definición**: La meiosis es un proceso de división celular que reduce el número de cromosomas a la mitad, resultando en cuatro células hijas haploides. **Objetivo e Importancia**: - **Objetivo**: Producción de gametos (espermatozoides y óvulos) para la reproducción sexual. - **Importancia**: Garantiza la variabilidad genética y la estabilidad del número de cromosomas en las especies. **Características Principales**: - **Dos Divisiones Celulares**: Meiosis I (reducción del número de cromosomas) y Meiosis II (separación de cromátidas hermanas). - **Variabilidad Genética**: A través del entrecruzamiento y la segregación independiente de cromosomas. **Fases de la Meiosis**: **Meiosis I**: 1. **Profase I**: - **Leptoteno**: Los cromosomas comienzan a condensarse. - **Zigoteno**: Los cromosomas homólogos se emparejan. - **Paquiteno**: Ocurre el entrecruzamiento entre cromátidas homólogas. - **Diploteno**: Los cromosomas homólogos comienzan a separarse, pero permanecen unidos por los quiasmas. - **Diacinesis**: Los cromosomas se condensan completamente, la envoltura nuclear se desintegra. 2. **Metafase I**: - **Características**: Los pares de cromosomas homólogos se alinean en la placa metafásica. 3. **Anafase I**: - **Características**: Los cromosomas homólogos se separan y se mueven hacia polos opuestos. 4. **Telofase I**: - **Características**: Los cromosomas llegan a los polos, se forma una nueva envoltura nuclear. La célula se divide en dos células hijas haploides. **Meiosis II** (similar a la mitosis): 1. **Profase II**: - **Características**: Los cromosomas se condensan de nuevo, se forma el huso mitótico. 2. **Metafase II**: - **Características**: Los cromosomas se alinean en la placa metafásica. 3. **Anafase II**: - **Características**: Las cromátidas hermanas se separan y se mueven hacia polos opuestos. 4. **Telofase II**: - **Características**: Los cromosomas llegan a los polos, se forma una nueva envoltura nuclear, y la célula se divide. 5. **Citoquinesis**: - **Características**: La división del citoplasma resulta en cuatro células hijas haploides. ### Resumen de Formas de División Celular - **Fisión Binaria**: Método de reproducción asexual en procariotas, que produce dos células hijas genéticamente idénticas. - **Mitosis**: División celular en eucariotas que produce dos células hijas genéticamente idénticas, manteniendo el número diploide de cromosomas. - **Meiosis**: División celular en eucariotas que produce cuatro células hijas haploides, reduciendo a la mitad el número de cromosomas y promoviendo la variabilidad genética. CONCEPTO DE. GEN, GENOMA, TRANSCRIPTOMA Y PROTEOMA. ### Conceptos de Gen, Genoma, Transcriptoma y Proteoma Estos términos son fundamentales en biología molecular y genética, y describen diferentes niveles de organización y expresión de la información genética. ### Gen **Definición**: Un gen es una secuencia de ADN que contiene la información necesaria para sintetizar un producto funcional, generalmente una proteína o un ARN. **Características**: - **Estructura**: Los genes consisten en secuencias de exones (regiones codificantes) e intrones (regiones no codificantes) en eucariotas. Los procariotas generalmente tienen genes sin intrones. - **Función**: Cada gen codifica una proteína específica o una molécula de ARN que realiza una función particular en la célula. - **Regulación**: Los genes tienen regiones promotoras y reguladoras que controlan su expresión. ### Genoma **Definición**: El genoma es el conjunto completo de material genético (ADN) de un organismo, incluyendo todos sus genes y secuencias no codificantes. **Características**: - **Contenido**: Incluye ADN nuclear en eucariotas y ADN en el cromosoma circular de procariotas. En eucariotas, también incluye ADN mitocondrial y, en plantas, ADN cloroplastidial. - **Tamaño**: Varía considerablemente entre diferentes organismos. Por ejemplo, el genoma humano tiene aproximadamente 3 mil millones de pares de bases. - **Funciones**: Contiene toda la información necesaria para el desarrollo, funcionamiento y reproducción del organismo. ### Transcriptoma **Definición**: El transcriptoma es el conjunto completo de todas las moléculas de ARN transcritas a partir del ADN de un organismo en un momento específico. **Características**: - **Contenido**: Incluye ARNm (ARN mensajero), ARNt (ARN de transferencia), ARNr (ARN ribosomal) y otros tipos de ARN no codificantes. - **Dinámico**: Varía según el tipo de célula, el estado de desarrollo, las condiciones ambientales y otros factores. - **Estudio**: El análisis del transcriptoma se realiza mediante técnicas como la secuenciación de ARN (RNA-seq), que permite identificar y cuantificar las transcripciones presentes en una célula o tejido. ### Proteoma **Definición**: El proteoma es el conjunto completo de proteínas expresadas por un genoma en un momento específico y bajo condiciones específicas. **Características**: - **Complejidad**: Más complejo que el transcriptoma debido a modificaciones postraduccionales y la diversidad funcional de las proteínas. - **Funciones**: Incluye proteínas estructurales, enzimas, proteínas de señalización, entre otras, que realizan diversas funciones en la célula. - **Estudio**: Se estudia mediante proteómica, utilizando técnicas como la espectrometría de masas y electroforesis en gel bidimensional para identificar y cuantificar proteínas. ### Resumen 1. **Gen**: - **Definición**: Secuencia de ADN que codifica un producto funcional. - **Características**: Contiene exones, intrones y regiones reguladoras. 2. **Genoma**: - **Definición**: Conjunto completo de material genético de un organismo. - **Características**: Incluye ADN nuclear, mitocondrial y cloroplastidial (en plantas). 3. **Transcriptoma**: - **Definición**: Conjunto completo de todas las moléculas de ARN transcritas. - **Características**: Varía según condiciones celulares y ambientales. 4. **Proteoma**: - **Definición**: Conjunto completo de proteínas expresadas. - **Características**: Más complejo debido a modificaciones postraduccionales y diversidad funcional. Estos conceptos permiten comprender cómo la información genética se traduce en funciones celulares y cómo se regula en diferentes contextos biológicos. CONCEPTO DE DIFERENCIACIÓN CELULAR Y ANTECEDENTES HISTÓRICOS. ### Diferenciación Celular **Definición**: La diferenciación celular es el proceso mediante el cual una célula madre no especializada se convierte en un tipo de célula especializada con funciones específicas. Este proceso es fundamental para el desarrollo, crecimiento y mantenimiento de los organismos multicelulares. **Características**: - **Especialización**: Las células adquieren características morfológicas y funcionales específicas que las distinguen de otras células. - **Cambios Genéticos**: La diferenciación implica cambios en la expresión génica, donde ciertos genes se activan y otros se reprimen. - **Irreversibilidad**: En muchos casos, una vez que una célula se ha diferenciado, no puede revertir a un estado menos especializado (aunque hay excepciones, como las células madre pluripotentes inducidas). - **Tipos de Células**: Incluye la formación de distintos tipos de células como neuronas, células musculares, células sanguíneas, entre otras. **Importancia**: - **Desarrollo Embrionario**: Es crucial para la formación de tejidos y órganos durante el desarrollo de un organismo. - **Reparación y Regeneración**: Participa en la reparación de tejidos dañados y en la regeneración de ciertas partes del cuerpo. - **Función Normal**: Permite que las células realicen funciones específicas necesarias para la vida del organismo. ### Antecedentes Históricos **Siglo XVII y XVIII**: - **Microscopía**: La invención del microscopio permitió a los científicos observar células por primera vez. Anton van Leeuwenhoek y Robert Hooke fueron pioneros en la observación y descripción de células. **Siglo XIX**: - **Teoría Celular**: Matthias Schleiden y Theodor Schwann propusieron la teoría celular, que establece que todos los organismos están compuestos por células y que la célula es la unidad básica de la vida. - **Rudolf Virchow**: Propuso que "omnis cellula e cellula" (toda célula proviene de otra célula), destacando la importancia de la división celular. **Principios del Siglo XX**: - **Hans Driesch**: Demostró la totipotencia de las células en los primeros estadios del desarrollo embrionario mediante experimentos con erizos de mar. - **Edmund B. Wilson**: Estudió la herencia celular y cómo las células se especializan durante el desarrollo embrionario. **Mitad del Siglo XX**: - **Células Madre**: El concepto de células madre fue propuesto, destacando que ciertas células tienen la capacidad de diferenciarse en diversos tipos celulares. - **Experimentos de Briggs y King**: Realizaron experimentos de transferencia nuclear en ranas, mostrando que el núcleo de una célula diferenciada aún contenía la información genética necesaria para desarrollar un organismo completo. **Década de 1960**: - **John Gurdon**: Demostró que el núcleo de una célula diferenciada de rana podía ser reprogramado para formar un organismo completo, un hallazgo que más tarde le valdría el Premio Nobel. **Finales del Siglo XX y Principios del Siglo XXI**: - **Células Madre Embrionarias**: La derivación y cultivo de células madre embrionarias humanas abrió nuevas posibilidades para la investigación y la medicina regenerativa. - **Células Madre Pluripotentes Inducidas (iPSCs)**: Shinya Yamanaka y su equipo descubrieron cómo reprogramar células somáticas adultas para convertirlas en células pluripotentes, capaces de diferenciarse en cualquier tipo celular. ### Resumen 1. **Diferenciación Celular**: - **Definición**: Proceso de especialización celular. - **Características**: Cambios en la expresión génica, especialización e irreversibilidad. 2. **Antecedentes Históricos**: - **Siglo XVII y XVIII**: Primeras observaciones de células con el microscopio. - **Siglo XIX**: Desarrollo de la teoría celular. - **Principios del Siglo XX**: Descubrimientos sobre la totipotencia y diferenciación celular. - **Mitad del Siglo XX**: Progreso en el entendimiento de las células madre. - **Década de 1960**: Experimentos clave en reprogramación celular. - **Finales del Siglo XX y Principios del Siglo XXI**: Avances en células madre embrionarias e iPSCs. La diferenciación celular es un proceso esencial que permite la formación de estructuras y funciones complejas en los organismos multicelulares. Su estudio ha avanzado significativamente a lo largo de los siglos, proporcionando una comprensión más profunda de la biología del desarrollo y abriendo nuevas posibilidades en la medicina y la biotecnología. BASES MOLECULARES DE LA TRANSCRIPCIÓN; ESTRUCTURA Y FUNCIÓN DEL ARNm, ARNr Y ARNt, MECANISMOS DE LA TRANSCRIPCIÓN, ETAPAS DEL PROCESO DE LA TRANSCRIPCIÓN (CAPPING, POLIADENILACIÓN Y SPLICING), CARACTERÍSTICAS Y FUNCIÓN DE LAS ENZIMAS INVOLUCRADAS (RNA POLIMERASA, FACTORES TRANSCRIPCIONALES Y TOPOISÓMERAS). ### Bases Moleculares de la Transcripción La transcripción es el proceso mediante el cual se sintetiza ARN a partir de una plantilla de ADN. Este proceso es fundamental para la expresión génica y la regulación de la función celular. ### Estructura y Función del ARN 1. **ARNm (ARN mensajero)**: - **Estructura**: Cadena simple de nucleótidos con una caperuza en el extremo 5' y una cola de poli-A en el extremo 3'. - **Función**: Transporta la información genética desde el ADN en el núcleo hasta los ribosomas en el citoplasma, donde se traduce en proteínas. 2. **ARNr (ARN ribosomal)**: - **Estructura**: Componentes principales de los ribosomas, formados por complejos de ARN y proteínas. - **Función**: Cataliza la formación de enlaces peptídicos entre aminoácidos durante la síntesis de proteínas y proporciona una estructura para los ribosomas. 3. **ARNt (ARN de transferencia)**: - **Estructura**: Molécula en forma de trébol con un anticodón en un extremo y un aminoácido específico unido en el otro. - **Función**: Transporta aminoácidos específicos al ribosoma durante la traducción, alineándolos según las instrucciones del ARNm. ### Mecanismos de la Transcripción 1. **Iniciación**: - La ARN polimerasa se une al promotor del gen, una secuencia específica de ADN que indica el inicio de la transcripción. - Los factores de transcripción ayudan a la ARN polimerasa a localizar y unirse al promotor. 2. **Elongación**: - La ARN polimerasa desenrolla el ADN y sintetiza una cadena de ARN complementaria a la cadena de ADN plantilla. - La transcripción progresa en dirección 5' a 3'. 3. **Terminación**: - La transcripción se detiene cuando la ARN polimerasa encuentra una secuencia de terminación en el ADN. - La cadena de ARN recién sintetizada se libera. ### Etapas del Proceso de la Transcripción en Eucariotas 1. **Capping**: - **Proceso**: Adición de una caperuza de 7-metilguanosina en el extremo 5' del ARNm. - **Función**: Protege el ARNm de la degradación y facilita el inicio de la traducción. 2. **Poliadenilación**: - **Proceso**: Adición de una cola de adeninas (cola poli-A) en el extremo 3' del ARNm. - **Función**: Estabiliza el ARNm y facilita su exportación desde el núcleo al citoplasma. 3. **Splicing**: - **Proceso**: Eliminación de intrones (secuencias no codificantes) y unión de exones (secuencias codificantes) para formar el ARNm maduro. - **Función**: Genera una molécula de ARNm que puede ser traducida en una proteína funcional. ### Enzimas y Factores Involucrados en la Transcripción 1. **ARN Polimerasa**: - **Función**: Cataliza la síntesis de ARN a partir de una plantilla de ADN. - **Tipos en Eucariotas**: ARN polimerasa I (sintetiza ARNr), ARN polimerasa II (sintetiza ARNm y algunos ARN pequeños nucleares), ARN polimerasa III (sintetiza ARNt y otros ARN pequeños). 2. **Factores de Transcripción**: - **Función**: Proteínas que ayudan a la ARN polimerasa a unirse al ADN y a iniciar la transcripción. Incluyen factores generales de transcripción (TFIIA, TFIIB, etc.) y factores específicos que regulan genes particulares. 3. **Topoisomerasas**: - **Función**: Enzimas que alivian la tensión del ADN superenrollado que se forma durante la transcripción. Rompen y religan las hebras de ADN para prevenir la torsión excesiva. ### Resumen 1. **Estructura y Función del ARN**: - **ARNm**: Lleva la información genética para la síntesis de proteínas. - **ARNr**: Componente estructural y catalítico de los ribosomas. - **ARNt**: Transporta aminoácidos al ribosoma durante la traducción. 2. **Mecanismos de la Transcripción**: - **Iniciación**: Unión de la ARN polimerasa al promotor. - **Elongación**: Síntesis de ARN complementario al ADN. - **Terminación**: Liberación del ARN recién sintetizado. 3. **Etapas de la Transcripción en Eucariotas**: - **Capping**: Adición de una caperuza en el extremo 5' del ARNm. - **Poliadenilación**: Adición de una cola poli-A en el extremo 3' del ARNm. - **Splicing**: Eliminación de intrones y unión de exones. 4. **Enzimas y Factores Involucrados**: - **ARN Polimerasa**: Cataliza la síntesis de ARN. - **Factores de Transcripción**: Ayudan a la ARN polimerasa en la transcripción. - **Topoisomerasas**: Alivian la tensión del ADN superenrollado. Estos procesos y componentes son fundamentales para la expresión y regulación de genes, permitiendo que la información genética se traduzca en proteínas funcionales que realizan diversas tareas en la célula. MECANISMOS DE LA TRADUCCIÓN (ETAPAS EN EL PROCESO DE LA TRADUCCIÓN), CARACTERÍSTICAS ESTRUCTURALES DE LOS RIBOSOMAS (SITIO A, P, ACTIVIDAD PEPTIDIL-TRANSFERASA), CARACTERISTICAS Y FUNCION, CODIGO GENETICO. Claro, aquí tienes una lección sobre los mecanismos de la traducción, las características estructurales de los ribosomas, y el código genético. ## Mecanismos de la Traducción La traducción es el proceso mediante el cual la información genética codificada en el ARN mensajero (ARNm) se utiliza para sintetizar proteínas. Este proceso se realiza en los ribosomas y consta de varias etapas: ### Etapas en el Proceso de la Traducción 1. **Iniciación**: - El ARNm se une a la subunidad pequeña del ribosoma. - El primer aminoacil-ARNt (normalmente el ARNt-Met en eucariotas) se une al codón de inicio (AUG) en el sitio P del ribosoma. - La subunidad grande del ribosoma se une para formar el complejo de iniciación. 2. **Elongación**: - Un aminoacil-ARNt correspondiente al siguiente codón del ARNm entra en el sitio A del ribosoma. - La peptidil-transferasa, una actividad del ribosoma, forma un enlace peptídico entre el aminoácido del sitio P y el del sitio A. - El ribosoma se desplaza un codón a lo largo del ARNm, moviendo el ARNt del sitio A al sitio P y dejando el sitio A libre para el siguiente aminoacil-ARNt. 3. **Terminación**: - Cuando el ribosoma llega a un codón de terminación (UAA, UAG, UGA), no hay un aminoacil-ARNt correspondiente. - Factores de liberación se unen al ribosoma y promueven la liberación del polipéptido recién sintetizado. - El ribosoma se disocia en sus subunidades y el ARNm se libera. ## Características Estructurales de los Ribosomas Los ribosomas son complejos macromoleculares formados por ARN ribosómico (ARNr) y proteínas ribosómicas. Tienen dos subunidades: una pequeña y una grande. ### Sitios Funcionales del Ribosoma 1. **Sitio A (aminoacil)**: Lugar donde entra el aminoacil-ARNt. 2. **Sitio P (peptidil)**: Lugar donde el ARNt lleva la cadena polipeptídica en crecimiento. 3. **Sitio E (exit)**: Lugar donde el ARNt sin aminoácido sale del ribosoma. ### Actividad Peptidil-Transferasa La actividad peptidil-transferasa es una función ribozimática del ARNr en la subunidad grande del ribosoma. Esta actividad cataliza la formación del enlace peptídico entre el aminoácido del sitio P y el aminoácido del sitio A durante la elongación. ## Características y Función del Código Genético El código genético es el conjunto de reglas por las cuales la secuencia de nucleótidos en el ARNm se traduce en la secuencia de aminoácidos de una proteína. ### Características del Código Genético 1. **Universalidad**: El código genético es prácticamente universal, compartido por casi todos los organismos. 2. **Redundancia**: Hay múltiples codones (tripletes de nucleótidos) que codifican para un mismo aminoácido. 3. **No solapante**: Los codones son leídos de manera continua y no se solapan entre sí. 4. **No ambiguo**: Cada codón codifica un solo aminoácido. ### Función del Código Genético El código genético traduce la información genética del ADN, transcrita al ARNm, en la secuencia de aminoácidos de las proteínas. Cada triplete de nucleótidos en el ARNm (codón) especifica un aminoácido particular, permitiendo la correcta síntesis de proteínas que realizan funciones específicas en la célula. CONCEPTO E IMPORTANCIA DE LA REGULACIÓN DE LA EXPRESIÓN GÉNICA, NIVELES DE REGULACIÓN (TRANSCRIPCIONAL, POST-TRANSCRIPCIONAL, TRADUCCIÓN Y POST-TRADUCCIONAL). Claro, aquí tienes una lección sobre el concepto e importancia de la regulación de la expresión génica, así como los diferentes niveles en los que puede ocurrir esta regulación. ## Concepto e Importancia de la Regulación de la Expresión Génica ### Concepto La regulación de la expresión génica se refiere al control de la cantidad y el momento en que se producen los productos génicos (ARN y proteínas) en una célula. Este proceso es fundamental para el correcto funcionamiento de los organismos, permitiendo que las células respondan a cambios en su entorno y mantengan la homeostasis. ### Importancia 1. **Adaptación**: Las células pueden adaptarse a cambios ambientales regulando la expresión de genes específicos. 2. **Diferenciación celular**: Durante el desarrollo, diferentes tipos de células se forman mediante la expresión diferencial de genes. 3. **Respuesta a señales externas**: Hormonas y otros señales externas pueden activar o reprimir la expresión de genes específicos. 4. **Mantenimiento de funciones celulares**: Procesos como el ciclo celular, el metabolismo y la apoptosis son controlados por la expresión génica regulada. 5. **Prevención de enfermedades**: La regulación inadecuada de la expresión génica puede llevar a enfermedades como el cáncer. ## Niveles de Regulación de la Expresión Génica La expresión génica puede ser regulada en múltiples niveles: ### 1. Regulación Transcripcional Este nivel de regulación controla la síntesis de ARNm a partir de ADN. Incluye mecanismos como: - **Factores de transcripción**: Proteínas que se unen a secuencias específicas del ADN para aumentar o disminuir la transcripción de genes. - **Promotores y potenciadores**: Secuencias de ADN que influyen en la eficiencia de la transcripción. - **Modificación de la cromatina**: La metilación del ADN y las modificaciones de las histonas pueden cambiar la accesibilidad del ADN a la maquinaria de transcripción. ### 2. Regulación Post-Transcripcional Este nivel de regulación ocurre después de la transcripción y afecta al ARNm antes de que se traduzca en proteína. Incluye: - **Splicing alternativo**: Genera diferentes variantes de ARNm a partir de un solo gen. - **Edición del ARN**: Cambios químicos en el ARNm que pueden alterar su función. - **Estabilidad del ARNm**: La vida media del ARNm puede ser regulada mediante señales que influyen en su degradación. ### 3. Regulación de la Traducción Este nivel de regulación afecta el proceso de traducción del ARNm a proteína. Incluye: - **Factores de inicio de la traducción**: Proteínas que facilitan o inhiben el comienzo de la traducción. - **MicroARN (miARN)**: Moléculas de ARN no codificantes que pueden unirse al ARNm e inhibir su traducción o promover su degradación. ### 4. Regulación Post-Traduccional Este nivel de regulación ocurre después de que se ha sintetizado la proteína y afecta su actividad, localización y estabilidad. Incluye: - **Modificaciones post-traduccionales**: Fosforilación, ubiquitinación, metilación, y otras modificaciones químicas que pueden alterar la actividad de la proteína. - **Plegamiento y ensamblaje**: Chaperonas y otras proteínas que aseguran el correcto plegamiento y ensamblaje de las proteínas recién sintetizadas. - **Degradación de proteínas**: El sistema ubiquitina-proteasoma y los lisosomas son responsables de la degradación selectiva de proteínas.