Biología 16.55 PDF

16.55 - Biología Daniela Maradei La Biología como Ciencia Investigación: realizar actividades intelectuales y experimentales de modo sistemático con el propósito de aumentar los conocimientos sobre una determ...

16.55 - Biología Daniela Maradei La Biología como Ciencia Investigación: realizar actividades intelectuales y experimentales de modo sistemático con el propósito de aumentar los conocimientos sobre una determinada materia. Investigación básica: investigación que tiene como fin ampliar el conocimiento científico, sin perseguir ninguna aplicación práctica. Ciencia: conjunto de conocimientos obtenidos mediante la observación y el razonamiento, de los que se deducen principios y leyes generales con capacidad predictiva y comprobables experimentalmente. Método científico: Hipótesis → Experimentación → Análisis de resultados → Conclusiones → Observaciones y conocimiento previo → Pregunta → Hipótesis → … Es un ciclo Ramas: Anatomía: estructura física de organismos Fisiología: funcionamiento de los organismos Botánica, Zoología, Microbiología, Ecología, Evolución, Bioquímica, Biología Molecular, Biología Celular, Genética, … Niveles de organización: Partículas subatómicas → Átomos → Moléculas → Células (Eucariotas, Procariotas) → Tejidos → Órganos → Sistemas y aparatos → Organismos multicelulares → Poblaciones → Especies → Reinos → Biosfera Origen de la vida: moléculas orgánicas (las que forman las células) pueden ser formadas por moléculas inorgánicas bajo las condiciones adecuadas (Stanley Miller). Ser vivo: (MRI) Capacidad de reproducción Capacidad de metabolizar: crecimiento y mantenimiento Capacidad de interactuar 1con su entorno 1 16.55 - Biología Daniela Maradei Teoría celular: 3 principios centrales Todos los organismos vivos están compuestos por una o más células La célula es la unidad más básica de vida Todas las células vienen de células preexistentes Experimento de Pasteur: Célula: mínima unidad que tiene vida Organización de la vida Características en común en la química de la vida: La mayoría de los componentes son compuestos carbonados El 70% de las células es agua y las reacciones químicas suceden en soluciones acuosas La mayoría de los átomos de carbono en la célula forman parte de moléculas poliméricas El 96,5% de los átomos son C, H, O, N 2 16.55 - Biología Daniela Maradei Polímeros: una unión de monómeros Uniones entre átomos y moléculas: uniones covalentes o no covalentes (puente de hidrógeno, fuerzas electrostáticas, fuerzas hidrofóbicas, etc.) Moléculas polares: diferencia en la densidad de carga, hidrofílicas Moléculas no polares: densidad de carga homogénea, hidrofóbicas Biomoléculas Las subunidades forman macromoléculas a través de distintas uniones. Azúcares Subunidad: azúcares Ejemplos: ribosa, glucosa fructosa Macromolécula: polisacáridos Ejemplo: sacarosa Unión glicosídica: se unen 20 o más glucosas, se forman polisacáridos y se libera H2O. Características: Solubles en agua Principal combustible en los seres vivos Reservas más frecuentes para almacenar y ceder energía en las células Polares por los OH Ácidos grasos Subunidad: ácidos grasos Macromoléculas: triglicéridos (3 ácidos grasos) Unión: a través del glicerol Características: Larga fila de carbonos (+10 Carbonos). La longitud sirve para medir la fuerza de interacción. Grupo ácido polar/hidrofílico en la punta (cabeza), el resto (cola) es no polar/hidrofóbica Función energética Tipos: 3 16.55 - Biología Daniela Maradei Saturados: todos los H posibles, menos fluido Insaturados: doble enlace entre C, se mueven más libremente por el pliegue en el doble enlace, forman membranas más fluidas Caso particular: lípidos (tipo de ácido graso) Macromolécula: fosfolípidos (2 ácidos grasos + fosfato) Forman micelas en agua o membranas plasmáticas bicapa La fluidez de las membranas depende de: Temperatura: mayor temperatura, mayor fluidez Composición de lípidos: saturado o insaturado Cantidad de colesterol: menos cantidad, mayor fluidez Nucleótidos Subunidad: nucleótidos (fosfato + base nitrogenada + azúcar) Base nitrogenada ○ Define qué letra es U es solo en ARN y T solo en ADN ○ 1 anillo: Pirimidina ○ 2 anillos: Purina Azúcar ○ Pentosa (5C): define si es ADN es Desoxirribosa (H en el 2do C) o si es ARN es Ribosa (OH en el 2do C) Fosfato ○ 0: Nucleósido ○ 1: AMP ○ 2: ADP ○ 3: ATP ○ Carga negativa Macromolécula: ácido nucleico Unión: fosfodiéster (el C número 3 del azúcar se une con el C número 5 del fosfato) 4 16.55 - Biología Daniela Maradei La unión entre bases nitrogenadas es por puentes de hidrógeno. Esta unión es la que une las dos tiras que forman el ADN. C solo con G y 3 puentes de hidrógeno; T solo con A y 2 puentes de hidrógeno. Los nucleótidos son polares. Lo que retiene la información son las bases nitrogenadas ya que la secuencia de unión entre bases varía. Aminoácidos Subunidad: aminoácidos Formados por: ○ Estructura básica: grupo amino + C + H + grupo carboxilo ○ Cadena lateral: les da características diferentes para formar distintas proteínas. Macromolécula: proteína o péptido Unión: peptídica (se une un C del carboxilo y el N del amino formando polímeros: polipéptido o proteínas. Se libera H2O). Características: Constituyen el 70% de las moléculas biológicas de la célula Regulan los procesos metabólicos Participan en el transporte y almacenamiento de moléculas e iones Soporte mecánico de células y tejidos animales Funcionan como anticuerpos dentro del sistema inmune Polares e hidrofílicos porque tienen carga Estructura y función de proteínas Tiene aminoácidos polares y no polares. Su columna vertebral se dobla para contener a los no polares dentro, alejados del agua. 5 16.55 - Biología Daniela Maradei La parte polar puede generar uniones a través de puentes de hidrógeno, fuerzas electrostáticas o fuerzas hidrofóbicas. Estructura primaria: secuencia ordenada de aminoácidos de una proteína (polipéptido o cadena polipeptídica), comienza con un grupo amino y termina con un carboxilo. Estructura secundaria: primer grado de plegamiento de la estructura primaria, con uniones locales. Puede ser tipo alfa-hélice (más estable y forman puentes de hidrógeno) o lámina beta (unen cadenas con puentes de hidrógeno). Estructura terciaria: segundo grado de plegamiento con uniones más distales y forma tridimensional. Sólo una cadena peptídica. Estructura cuaternaria: estructura que adoptan las proteínas cuando están conformadas por más de un polipéptido. Usualmente, cuando se rompen las uniones entre cada cadena, la proteína pierde su función. 6 16.55 - Biología Daniela Maradei Enzimas: proteínas con la capacidad de catalizar reacciones químicas. Su sitio activo es la región de la enzima a la que se le une un sustrato para ser catalizado. Son proteínas o ARN. Introducción a la biología celular Constancia Características universales de las células 1) La información genética se encuentra en el ADN y la información genética se transmite a través de la copia del mismo material genético. 2) Flujo de la información genética (“Dogma central”) Síntesis del ADN: se replica el ADN Síntesis del ARN: se transcribe el ADN a ARN (se cambia la timina por uracilo) Síntesis de la proteína: se traduce al ARN a proteínas 3) Catálisis biológica a través de enzimas La enzima se une con un aminoácido y cataliza la reacción, ya sea uniendolas o rompiendolas (dependiendo de la forma del sitio activo y del aminoácido que se une). 7 16.55 - Biología Daniela Maradei 4) Membrana plasmática: estructura Capa de fosfolípidos/bicapa lipídica Proteínas atravesando la membrana: sirven de nexo entre el interior y el exterior Movimientos de los lípidos: difusión lateral, flexión, rotación, flip-flop Membrana no estática. Dos demostraciones: Modelo del mosaico fluido I) FRAP: Recuperación de fluorescencia posterior al fotoblanqueado Los anticuerpos son proteínas, producidas por el sistema inmunitario, muy específicas que interactúan con algo puntual (antígenos). Cada anticuerpo es único y defiende al organismo de un tipo específico de antígeno. II) Experimento de Frye y Edidin 8 16.55 - Biología Daniela Maradei Al aumentar la temperatura a 37C, los anticuerpos se desordenan 5) Membrana plasmática: funciones a) Recibir información b) Importar y exportar moléculas c) Capacidad de movimiento y expansión Funciones de las proteínas ○ Pueden ser integrales (atraviesan la membrana) o periféricas ○ Paso transmembrana se refiere a la cantidad de veces que la proteína atraviesa la membrana. ○ Pueden actuar como transportadores, de anclaje, receptores o enzimas Endocitosis (crea vesículas) y exocitosis (libera vesículas): son otros métodos de transporte Variabilidad Diversidad de la vida en la Tierra 9 16.55 - Biología Daniela Maradei Procariotas La pared celular es lo que principalmente los distingue. El ADN se encuentra suelto en el citoplasma. Poseen flagelo. Son más chicas que las eucariotas. Eucariotas Están ordenadas por dentro: Membrana plasmática Núcleo: contiene al ADN, tiene bicapa lipídica, poros para permitir el intercambio de moléculas Mitocondria: genera ATP (es un nucleótido), tiene ADN y es donde ocurre la respiración celular Citoesqueleto: le da la forma a la célula. 3 partes: microtúbulos (importante para el transporte), microfilamentos actina y filamentos intermedios (estos 2 últimos mantienen la forma). 10 16.55 - Biología Daniela Maradei Aparato de Golgi: donde se termina de consumir la glucosa y ocurre la respiración celular Sistema de membranas internas Teoría endosimbiótica Explica el surgimiento de las células eucariotas. Su evidencia es que se encontró ADN dentro de la mitocondria. Descubrimiento de Lynn Margulis. Supone que las mitocondrias y los cloroplastos evolucionaron a partir de bacterias que fueron fagocitadas por una célula procariota ancestral. Células vegetales vs animales Ambas tienen membrana plasmática. Las vegetales tienen pared celular que les da rigidez y forma. También tienen cloroplastos que les permiten generar compuestos orgánicos a partir de luz, así como una gran vacuola que guarda líquido y ayuda a mantener un equilibrio de agua (las animales poseen vacuolas chicas). Bioenergética Vida: reproducción y metabolismo Metabolismo Catabolismo: reacción enzimática donde se rompen moléculas grandes para obtener energía de esos compuestos Anabolismo: genera compuestos grandes de chicos, gastando energía Moléculas que transportan/almacenan energía 11 16.55 - Biología Daniela Maradei Oxidación: ganancia de O, pérdida de H, pérdida de electrones Reducción: pérdida de O, ganancia de H, ganancia de electrones A mayor cantidad de electrones, más energía. Nucleótidos transportadores de electrones: NADH y NADPH Monedas de intercambio energético: nucleótidos ATP y GTP Transporte a través de membranas lipídicas Difusión simple: partículas pasan de un lado al otro de la membrana de forma pasiva (a favor del gradiente y sin gasto de energía). Difusión facilitada: partículas requieren de algún tipo de ayuda para atravesar la membrana; puede ser pasiva (sin gasto de energía/ a favor del gradiente) o activa (con gasto de energía/ en contra del gradiente). Transportes activos (las ayudas en la difusión facilitada): canales, transportadores, co-transportadores, bombas. ATP sintetas(a) Enzima de la membrana que genera ATP a partir de ADP (anabólica). La energía se produce del movimiento de los protones a favor de su gradiente de concentración. También puede generar la reacción inversa si los protones van en contra del gradiente. Respiración celular Proceso catabólico para la obtención de energía en organismos vivos. Pasos (reacciones enzimáticas): 1) Glucólisis: Oxidación de la glucosa, se rompe a través de la oxidación Sucede en el citoplasma Empieza con una glucosa, requiere 2 ATP, y termina con 2 piruvatos (3C) + 2 ATP (genera 4, pero en total se ganan 2) + 2 NADH Si falta oxígeno, la glucosa se fermenta. El piruvato se reduce para regenerar NAD+ y poder continuar haciendo glucólisis; la célula se puede arreglar solo con los ATP generados en la glucólisis. En más detalle: En falta de oxígeno, no se puede transferir el último electrón al último transmisor (O2) y se frena la cadena de transporte de electrones (esto frena a 12 16.55 - Biología Daniela Maradei la fosforilación oxidativa). El NADH no puede descargar sus electrones y no pasa a ser NAD+, entonces se acumula NADH (esto es lo que frena al ciclo de Krebs). Con la fermentación, se regenera el NAD+, produciendo lactato a partir del piruvato, reduciendo al NADH y así se puede hacer glucólisis. Pero el problema que trae, es que se acumula ácido láctico, lo que genera calambres. Principales fuentes de glucosa: glucógeno y almidón (polisacáridos) Alternativas de la glucosa: grasas pero no se transforman en piruvato 2) Ciclo de Krebs: Oxidación del piruvato Sucede en las mitocondrias, particularmente en la matriz mitocondrial Empieza con un piruvato, pasa a acetyl-CoA (2C), y termina con 3 NADH + 1 GTP + 1 FADH2 + 2 CO2, es decir, 4 NADH + 1 ATP + 2 CO2. Importante: genera mucho NADH (energía en poder reductor; que después entrega un electrón el cual es fundamental para continuar con la respiración) y un poco de ATP y GTP. 3) Fosforilación oxidativa: Síntesis de ATP Sucede en las mitocondrias Toma ADP + fosfato y, con ayuda de NADH, genera ATP Proceso de transferencia electrónica El NADH entrega un electrón, el cual se lo van pasando entre proteínas para hacer pasar protones de un lado a otro de la membrana, en contra de su gradiente. Para lograr esto, se necesita fluidez en la membrana, así las proteínas podrán encontrarse y hacer la transferencia. De esta manera, se le da más energía al gradiente de concentración. Finalmente, el electrón utilizado en este proceso, se lo lleva el O2 (último aceptor de la cadena) para luego formar agua; este es un rol indispensable en el proceso. 13 16.55 - Biología Daniela Maradei Fotosíntesis Proceso anabólico, inverso de la respiración celular. Sucede en los cloroplastos. Pasos: 1) Conversión de energía lumínica en química: La clorofila toma fotones, se excita y cede electrones (poder reductor) ge-+nerando una cadena de transporte de electrones. Con la ayuda de la energía lumínica, los electrones se excitan y convierte un electrón de poca energía en uno de mucha energía. (Fotosistema II) 14 16.55 - Biología Daniela Maradei Se pasan los electrones a moléculas con menor densidad de carga hasta el Fotosistema I. Luego, se utilizan estos electrones para sintetizar ATP. En resumen: - Entra: energía lumínica, H2O y NADP+ - Sale: ATP y NADPH 2) Fijación del carbono (síntesis de glucosa): Generación de azúcares, aminoácidos y ácidos grasos. Se utiliza el poder reductor del paso anterior. (El ATP y el NADPH del proceso anterior se utilizan como agentes reductores en este proceso) En 3 vueltas, se consigue 1 glucosa. 15 16.55 - Biología Daniela Maradei Tilacoides: sacos aplastados con bicapa lipídica Similitudes y diferencias entre ambos procesos De la teoría endosimbiótica se formaron las mitocondrias y los cloroplastos. Ambos procesos generan un gradiente de protones que promueve la síntesis de ATP. Las fuentes de energía son distintas: comida y luz solar. Reproducción celular Ciclo celular 1) G1: vida normal, preparación fase S 2) S: duplicación del ADN (semiconservativa porque se separa la helice en dos hebras donde de cada una sale otra hebra para generar otra helice) 3) G2: vida normal, preparación fase M 4) M: mitosis Interfase: pasos 1, 2 y 3 Cromosomas Estructuras que transportan fragmentos largos de ADN. El ADN se enrolla sobre histones, formando cromatina. Esta se sigue enrollando y condensando sobre sí misma para formar cromosomas. 16 16.55 - Biología Daniela Maradei Hay una molécula de ADN por cromosoma. Cuando el cromosoma tiene 2 cromátides, tiene 2 moléculas de ADN. Cromosomas humanos: 23 pares homólogos (iguales entre sí) Uno de cada progenitor Durante la fase S, el ADN se duplica, formando un cromosoma compuesto por dos cromátidas. Cuando la célula se divide, estas se separan también. Citoesqueleto Conjunto de proteínas que le dan forma a la célula. Tres tipos. Filamentos de actina: Proteínas globulares con afinidad entre sí Forman filamentos Filamentos intermedios: Proteínas fibrilares Se apelotonan formando filamentos más gruesos Microtúbulos de tubulina: Más complejo Monómero: dímero de tubulina (alfa y beta) Estructura tipo caño hueco 17 16.55 - Biología Daniela Maradei Función: formar el huso mitótico ○ Es una estructura de microtúbulos ○ Se forma cuando está por ocurrir la mitosis ○ Se encarga de atraer a los cromosomas a los polos de la célula que se está dividiendo Son dinámicos: crecen y decrecen Mueven a los cromosomas/se separan de dos maneras diferentes: ○ Se enganchan al cromosoma: se despolimerizan y se acortan ○ Se enganchan entre sí a través de proteínas: gastan ATP para “caminar” y los desenganchan Mitosis 1) Profase: se comienza a armar el huso mitótico y a condensar los cromosomas. 2) Prometafase: cromosomas migran al núcleo. Se rompe la membrana nuclear y los cromosomas se enganchan de los microtúbulos. 18 16.55 - Biología Daniela Maradei 3) Metafase: los cromosomas se alinean en el ecuador de la célula y cada cromátida queda enganchada a un microtúbulo de polos distintos. 4) Anafase: cromosomas comienzan a migrar hacia los polos y se comienzan a acortar los microtúbulos. 5) Telofase: cromosomas llegan a los polos y empiezan a ser envueltos por nuevas membranas nucleares, comienza la división del citoplasma. 6) Citocinesis: estrangulación de la célula en su ecuador para crear dos células hijas. No es necesariamente considerada parte de la mitosis. Meiosis Sucede en las gametas (células reproductivas) Se reduce el material genético: de células diploides (2n cromosomas) a células haploides (n cromosomas) 1ro separa a los cromosomas homólogos, después a las cromátides Resultado: 4 células con la mitad de carga genética Al intercambio de material genético se lo llama entrecruzamiento. 19 16.55 - Biología Daniela Maradei 20 16.55 - Biología Daniela Maradei Histología Microscopio óptico Manejar con cuidado la muestra. Si se usa el tornillo macrométrico con objetivo de mayor resolución, puede tocar la muestra y romperla. A mayor distancia entre la lente y la salida de luz, se obtiene mayor resolución. Procesamiento de muestras Técnica de rutina o HyE Para preservar y analizar muestras Hematoxilina Colorante básico Afinidad por cargas negativas Sirve para ADN por los fosfatos con carga negativa 21 16.55 - Biología Daniela Maradei Eosina Colorante ácido Afinidad por cargas positivas Sirve para proteínas porque su carga depende del PH de su medio y este proceso se hace en un medio con muchos protones (PH bajo) Técnicas Histoquímicas Técnica de Feulgen Fosfatasa alcalina: tiñe solo a las células, se ven rojas cuando está activa 22 16.55 - Biología Daniela Maradei Anticuerpos Son proteínas producidas por linfocitos B (glóbulos blancos), mediadores de respuestas inmunológicas. 23 16.55 - Biología Daniela Maradei Inmunomarcación Teñir con anticuerpos Ejemplos: inmunohistoquímica, inmunofluorescencia Proteínas de filamentos intermedios ADN y ARN Las proteínas son productos de los genes, secuencias determinadas de ADN: Transcripción: es la generación de ARN y sucede en el núcleo Traducción: es la generación de proteínas provenientes de ARN y sucede en el citoplasma 24 16.55 - Biología Daniela Maradei La fase S del ciclo celular corresponde a la replicación semiconservativa del ADN: Experimento de Meselson y Stahl 1958; Demostraron que la duplicación del ADN es semiconservativa Replicación El ojo de replicación es el lugar donde comienza la replicación, la apertura. Las horquillas de replicación son el lugar donde por un lado el ADN está cerrado y por el otro abierto. La glicasa (*helicasa(?))es la que va abriendo la horquilla. El origen de replicación es el lugar donde se genera un ojo y horquilla de replicación. Se duplica el ADN, se abre el ojo, se engancha un ARN primer con el sentido correcto. 25 16.55 - Biología Daniela Maradei Los ácidos nucleicos tienen que tener sentidos distintos para unirse, 5’ o 3’ (C en el azúcar), según qué extremo es el libre para la unión entre micro-nucleótidos. El extremo oxidrilo 3’ libre es una parte de la tira de ADN a donde se va a comenzar a enganchar el ARN primer que tiene un extremo 5’ trifosfato. ARN primer: 5’ trifosfato, ruptura de 2 fosfatos por enzimas que rompen las uniones fosfodiéster, requiere ATP para unirse al ADN dentro del ojo. ADN polimerasa: necesita del ARN primer un extremo oxidrilo 3’ libre y un molde para activarse. Ingredientes para la síntesis del ADN: Molde, Primer, dNTPs (las 4 letras), Polimerasa, Mg2+, Buffer adecuado, Temperatura óptima (37°) Proceso de replicación: 26 16.55 - Biología Daniela Maradei Con mayor detalle: La primasa genera nucleótidos/ARNs cortos (pedazos celestes) y los pone en el ojo. Después, viene la polimerasa, ve nicks y pone ADN. La enzima ligasa es la que forma las uniones fosfodiéster entre los fragmentos Okazaki (los pedacitos que se van formando). La ADN polimerasa tiene 3 actividades enzimáticas en 3 sitios activos distintos: Degrada ADN apareado con el molde 5’ a 3’ Sintetiza ADN complementario al molde, de 5’ a 3’ Degrada ADN no apareado con el molde de 3’ a 5’ Transcripción exón < intrón, pero molecularmente iguales Intrón: se remueve del ARN maduro (sufre la remoción de los intrones), no contienen información para las proteínas pero tienen un papel importante para que se fabriquen correctamente. Exón: secuencia representada en un ARN maduro, queda representado, poseen la información y son el molde para la síntesis de las proteínas. 27 16.55 - Biología Daniela Maradei ARN polimerasa: Conjunto de enzimas capaces de emplear ribonucleótidos para sintetizar ADN a partir de una secuencia de ADN, por eso es ADN dependiente (usa ADN como molde) Avanza durante la transcripción abriendo la doble hélice del ADN Va agregando nucleótidos de ARN uno a uno en base a la hebra molde de ADN Para la síntesis se requieren nucleótidos NTPs Resultado: ARN inmaduro simple cadena, igual a la hebra codificante (con U en vez de T) Los promotores son secuencias (pedazos del ADN) sobre las que se reclutan los factores necesarios para el inicio de la transcripción (donde se va a abrir). Secuencia consenso: secuencia de nucleótidos con una función similar que muestra altas frecuencias de ciertos nucleótidos en posiciones definidas. Etapas: 1) Capping: agregado de un ribonucleótido G modificado, que protege el extremo 5’. Se produce al inicio de la transcripción, apenas aparece el ARN naciente. 2) Splicing: corte y empalme de exones y remoción de intrones. Todos los exones quedan unidos covalentemente y los intrones en forma de lazo, que luego son degradados. Es co-transcripcional. El splicing alternativo puede saltear exones para crear nuevos mARN. 3) Corte y poliadenilación: corte del ARN naciente y adición de una cola de ribonucleótidos A, que protege al extremo 3’. Los tres procesos ocurren casi al mismo tiempo. Resultado: ARN mensajero (mRNA) maduro con la siguiente forma: ———AAAA 28 16.55 - Biología Daniela Maradei Proteínas Tipos de ARNs: mRNA: copia la información del ADN nuclear y la transporta a los ribosomas. ARN de transferencia: transporta aminoácidos a los ribosomas para formar proteínas. Ribosomas: conjuntos de proteínas y ARNs, lee al mRNA para generar proteínas. Estructura multi-ribonucleoproteica necesaria para la traducción. Hipótesis del “mundo del ARN” Propone que las primeras formas de vida utilizaban sólo ARN, tanto como molécula con capacidad de replicación, como con la capacidad de catálisis biológica (las dos características de la vida). Síntesis de proteínas / Traducción 29 16.55 - Biología Daniela Maradei Genes eucariotas: Región 5’ no traducida (5’UTR): secuencia presente en el ARN maduro pero que no se traduce a proteína. Parte celeste entre el inicio del mRNA y el inicio de la traducción. Región 3’ no traducida (3’UTR): secuencia presente en el ARN maduro pero que no se traduce a proteína. Entre el fin de la traducción y el sitio de corte y poliadenilación. Codón: secuencia de tres nucleótidos en el mRNA, con información importante para la traducción. Inicio de la traducción (AUG): codón de inicio. Suele estar rodeado de una secuencia consenso para la unión del ribosoma. Fin de la traducción (UGA, UAG, UAA): codones de fin. Generan el desensamble del ribosoma y, por lo tanto, el fin de la traducción. Código genético: relaciona cada codón con un aminoácido 30 16.55 - Biología Daniela Maradei tRNA: ARN derivado de la transcripción de un gen. Forman estructuras secundarias con plegamientos. No son mensajeros, no generan proteínas. Se unen a aminoácidos covalentemente, necesita ATP. Se acoplan directamente en la traducción de la secuencia de nucleótidos en el mRNA a secuencias de aminoácidos para la construcción de proteínas. tRNA + aa (por unión covalente con ayuda de la tRNA sintetasa en el extremo 3’) = tRNA cargado Ribosoma: El ribosoma lee al mRNA para ir tomando tRNAs que coincidan, los cuales dejan a su aminoácido y se van. Empieza leyendo en el 5’ (cap) porque lo reconoce y allí se engancha. 31 16.55 - Biología Daniela Maradei Pasos del proceso: 1) Iniciación: es la primera parte de la traducción de ARN, consiste en preparar los distintos ARNs para comenzar a sintetizar las cadenas de aminoácidos (proteínas). Un tRNA con una parte del ARN ribosomal, 30S subunidad ribosomal, escanea al mRNA desde el 5’ hasta encontrar un codón AUG. Luego de que el tRNA está posicionado enfrente del codón de iniciación (AUG), la otra parte del ARN ribosomal, 50S subunidad ribosomal, se une al proceso. Un mRNA puede ser escaneado por varios ARN ribosomales al mismo tiempo. 2) Elongación: consiste en la sinterización de cadenas de aminoácidos (proteínas) a partir de unidades sueltas de aminoácidos. Se puede analizar en 5 pasos: a) Paso 1: se posicionan los tRNAs en los sitios P y A. En el sitio P se posiciona el tRNA conectado a la cadena de aminoácidos más larga y en el sitio A el tRNA conectado a un aminoácido. b) Paso 2: los aminoácidos conectados al tRNA en P se unen al tRNA en A. c) Paso 3: la parte superior del ARN ribosomal (50S subunidad ribosomal) se desplaza, dejando a el tRNA que se encontraba en el sitio P en el sitio E y el que estaba en el sitio A en el sitio P. d) Paso 4: la parte inferior del ARN ribosomal (30S subunidad ribosomal) se desplaza, eyectando al tRNA ubicado en el sitio E. e) Paso 5: se repite el proceso cuando se ubica un nuevo tRNA en el sitio A, hasta que se encuentran con el codón de fin. 32 16.55 - Biología Daniela Maradei Las líneas rojas son uniones peptídicas. 3) Terminación: es el paso final, consiste en la fragmentación del ARN ribosomal. El mRNA que se está traduciendo provee un codón de terminación (UAG). Cuando el ARN ribosomal llega a este codón, la proteína ensamblada es liberada y el ARN ribosomal se fragmenta en sus subunidades quedando listo para un nuevo proceso. La síntesis proteica implica muchos pasos. El nivel o cantidad final de esa proteína dependerá de la regulación y dinámica de todos esos pasos. Una vez sintetizadas, es necesario que las proteínas se ubiquen en el compartimento o región de la célula en la que cumplirán su función. Una vez sintetizadas, es necesario que las proteínas se ubiquen en el compartimiento o región de la célula en la que cumplirán su función. 33 16.55 - Biología Daniela Maradei Direccionamiento de proteínas La secuencia de la proteína determina dónde va a parar la misma. Posibles destinos: Citosol: todas las proteínas comienzan a traducirse en ribosomas libres del citoplasma Núcleo: reciben señales o etiquetas de direccionamiento específicas. Secreción: para que una proteína se secrete (salga de la célula) debe ir al retículo endoplasmático. Membrana plasmática: pueden tener múltiples pasos transmembrana dependiendo de su composición. Retículo endoplasmático Mitocondria: reciben señales o etiquetas de direccionamiento específicas de parte de proteínas presentes en la mitocondria. Genética y herencia Locus: una posición fija en un cromosoma que determina la posición de un gen o de un marcador. Alelo: cada forma alternativa que puede tener un mismo gen y que se puede manifestar en modificaciones concretas. Porción de ADN que tiene información que puede ser variable en la población. Gen: secuencia de ADN que contiene información. Unidad fundamental de la herencia que pasa de padres a hijos. Codifican proteínas específicas. Está compuesto por intrones y exones. Ocupan una posición específica (locus). Cromosomas: cada uno está formado por una sola molécula de ADN. Recombinación genética: intercambio de secuencias de nucleótidos al azar (lo que pasaba durante la mitosis). Es la fuente de la variación genómica. Genoma: 23 pares de cromosomas en el núcleo de cada célula. Toda la información. Secuencia total de ADN que posee un organismo particular. Genotipo: composición genética de un individuo. Combinación de alelos. Puede ser homocigoto (dos alelos iguales) o heterocigoto (dos alelos distintos). Conjunto de genes e información genética que conforman a un individuo. Se transmite de generación en generación. Un genotipo puede codificar solo un fenotipo. Fenotipo: son las características observables. Puede variar incluso si el genotipo es igual. Es determinado por el genotipo (puede ser más de uno) y el ambiente. 34 16.55 - Biología Daniela Maradei Mendel Padre de la genética. Demostró que las características heredadas son llevadas en unidades discretas (genes), que se reparten por separado en cada generación. Caracteres Mendelianos: al ser heterocigoto, siempre se expresa el alelo dominante, por lo que el alelo recesivo sólo será expresado cuando hay 2 de estos (homocigoto). Ley de la uniformidad o dominancia: al cruzar un AA con un aa, la descendencia será fenotípicamente y genotípicamente igual (Aa). Cruce de razas puras, da descendencia híbrida. Se expresa el alelo dominante, no el recesivo. Ley de segregación al azar: al cruzar híbridos, se recupera el fenotipo y genotipo del individuo recesivo de la primera generación. Ley de la transmisión independiente de alelos: establece que los alelos de dos (o más) genes diferentes se reparten en los gametos de forma independiente el uno del otro. En otras palabras, el alelo de un gen que recibe un gameto no influye en el alelo que recibe de otro gen. Durante la formación de los gametos, la segregación de los diferentes rasgos hereditarios se da de forma independiente uno de otros. El patrón de herencia de uno de ellos no afectará al patrón de herencia del otro. Se da sólo en diferentes cromosomas. 35 16.55 - Biología Daniela Maradei Enfermedades genéticas Dominantes: la persona se encuentra afectada si hereda una copia mutada del gen, incluso si la otra copia no está mutada Recesivas: se requieren dos copias del gen mutado para estar afectado, con una sola es portador Herencia genética No-Mendeliana Alelos múltiples: aquellos que tienen más de dos opciones para caracterizar a un gen. Como cada individuo tiene sólo dos alelos de cada gen (uno de padre, otro de madre), la existencia de los alelos múltiples no se puede observar en un solo organismo sino que en un conjunto de la misma especie. Codominancia: dos alelos dominantes se manifiestan simultáneamente Dominancia incompleta: el alelo dominante no logra imponerse por completo sobre el recesivo Pleiotropía: es un gen que participa de distintos caracteres fenotípicos. Un gen afecta múltiples características. Efectos del ambiente: influyen en cómo se traduce el genotipo en fenotipo. 36 16.55 - Biología Daniela Maradei Epistasia: la expresión de un gen se modifica debido a la expresión de otro/s. Enfermedades ligadas a cromosomas sexuales: pueden ser heredadas si el padre o la madre son portadores Ecología Especie: conjunto de individuos que se pueden reproducir entre sí. Población: conjunto de individuos de una misma especie que comparten un área geográfica en un momento determinado (tiempo y lugar). Comunidad: conjunto de poblaciones animales, vegetales, etc. que comparten un área geográfica en un momento determinado. Ecosistema: integrado por una comunidad y su interacción con el entorno (no vivo). Hábitat: área geográfica donde se encuentra o habita una población. Nicho ecológico: el papel que juega un organismo en su comunidad. Involucra las condiciones físicas y ambientales requeridas por una población, así como también su interacción con otras especies. Principio de exclusión: en un ecosistema, dos poblaciones pueden compartir el mismo hábitat pero no el mismo nicho, habrá competencia. Condiciones: son las características del ambiente que determinan dónde puede un individuo sobrevivir, crecer y reproducirse. Pueden ser alteradas por las actividades de los organismos, pero no pueden ser consumidas ni agotadas. Recursos: son las cosas que consumen los organismos para sobrevivir. Metacomunidades: conjunto de poblaciones animales, vegetales, etc. que comparten un área geográfica en un momento determinado. Bioma: una determinada parte del planeta que comparte clima, flora y fauna. Conjunto de ecosistemas. Se pueden separar de muchas formas, por ejemplo: por vegetación o por terreno. 37 16.55 - Biología Daniela Maradei Biosfera: sistema formado por el conjunto de seres vivos del planeta Tierra y sus interrelaciones. La Tierra como un súper organismo. Población Crecimiento poblacional: cambio en el número de pobladores de una región geográfica determinada en un cierto plazo. Este valor está determinado por K. K: valor que representa la capacidad de carga de un ambiente. Capacidad de carga de un ambiente: densidad de población que puede soportar un ecosistema. Puede ser constante o no. Si la población sobrepasa la cantidad de carga, la población va a disminuir en un futuro para adaptarse. Si la población es inferior a la cantidad de carga, la población va a crecer en un futuro para consumir todos los recursos disponibles. 2da imagen: crecimiento poblacional usual Interacciones Competencia intraespecífica Contest/Directa: algunos miembros de la población acceden a los recursos basándose en jerarquías o comportamientos de dominancia. Scramble/Indirecta: los miembros de una población compiten por el mismo recurso. Eventualmente, todos “pierden”. Es todos contra todos, no se establece una dominancia. Competencia interespecífica Exclusión: una especie domina sobre otra. Coexistencia: las especies coexisten. 38 16.55 - Biología Daniela Maradei Ambas perjudican a las especies ya que no pueden consumir todos los recursos disponibles, ya que en mayor o menor medida la otra especie consume recursos. Interacciones interespecíficas: pueden ser favorables o desfavorables para ambas especies como también pueden ser favorables para una y desfavorables para la otra. Mutualismo: interacción donde ambas especies se benefician y mejoran su aptitud biológica. Puede ocurrir la co-evolución (evolucionan para favorecer el mutualismo). Simbiosis: interacción donde ambas viven juntas en una asociación íntima de largo plazo. Es necesaria para la subsistencia de ambas especies, a diferencia del mutualismo. Predación: interacción en la que el individuo de una especie animal, denominado depredador, caza al individuo de otra especie, la presa, para subsistir. ○ Relación de depredación: un individuo que consume parte o el total de otro individuo. ○ Especie clave: especie cuya ausencia generaría disrupciones en la cadena alimenticia. ○ Ecuaciones de Lotka: se usan para describir dinámicas de sistemas biológicos en el que dos especies interactúan, una como presa y otra como depredador. Describen el crecimiento/decrecimiento de las especies predador y depredado. Van en conjunto, suben y bajan de forma coordinada pero sus picos están desfasados. 39 16.55 - Biología Daniela Maradei Depredador verdadero: matan a su presa. Ramoneadores: no matan pero eventualmente la presa muere, por ejemplo, los herbívoros con las hojas. Parasitismo: tipo de interacción donde dos seres vivos dónde uno (parásito) depende del otro (huésped) y obtiene beneficios a costo del huésped. Parasitoides: organismos cuyas larvas se alimentan y desarrollan en el interior o en la superficie del cuerpo de otro artrópodo. Parásito que se beneficia de su huésped solo mientras se desarrolla dentro de él hasta que sale al ecosistema. Humanos Formas de interacción del humano con diversas especies: Destrucción de hábitat Introducción de especies exóticas Contaminación Crecimiento demográfico/Sobrepoblación Exceso de caza y pesca Pesticidas Lluvias ácidas Energía renovable y producción sustentable Algunas acciones que se toman para que las interacciones entre especies y humanos no sean tan desfavorables para el primero. 40 16.55 - Biología Daniela Maradei Evolución Darwin El viaje de Darwin a bordo del HMS Beagle comenzó en 1831 y finalizó en 1836, para luego publicar El Origen de las Especies en 1859. Selección natural: herencia de características físicas mejor adaptadas a su entorno, dándoles más chances de sobrevivir. Evolución: proceso por el cual los organismos modernos descendieron de ancestros más antiguos. No es el cambio de un organismo a través del tiempo. Frecuencias alélicas Es la proporción que se observa de un alelo específico respecto al conjunto de los que pueden ocupar un locus determinado en la población. Número de copias de un alelo en una población. Mecanismos de cambio Son mecanismos básicos del cambio evolutivo. Se dividen en: Mutaciones: cambio al azar en la secuencia de nucleótidos o en la organización del ADN o ARN. No siempre son relevantes en términos evolutivos (si la modificación es en un intrón) y pueden resultar negativas, neutras o beneficiosas para el individuo. Existen distintos tipos: ○ Eliminación/Deleción: se elimina un nucleótido de la secuencia, cambia todos los codones. ○ Sustitución: cambia solo un codón. Presenta un problema si se cambia por un codón STOP porque corta la traducción. ○ Duplicación ○ Inversión 41 16.55 - Biología Daniela Maradei ○ Inserción: se agrega un nucleótido a la secuencia, cambia todos los codones. ○ Translocación: dos cromosomas intercambian partes de su secuencia. Otra clasificación: ○ Mutación silenciosa: no cambia el aminoácido que correspondía a ese codón. ○ Mutación con pérdida de sentido: cambia el aminoácido que debía ir en ese lugar de la secuencia. ○ Mutación sin sentido: cambia el aminoácido que debía ir por un codón de STOP, cortando antes la cadena. Migraciones: emigración de un grupo de un especie hacia otro de la misma, donde los emigrantes llevan los cambios al otro grupo. Deriva genética: fluctuación aleatoria de variantes genéticas (alelos) en una población. Aleatoriamente porque no necesariamente responde a una presión de selección. Es común en poblaciones pequeñas (donde los alelos raros tienen más posibilidad de perderse). Una vez que comienza, continúa hasta que ese alelos se pierde o es la única variante. En ambos casos, se reduce la variabilidad genética de una población. Selección natural: supervivencia y reproducción diferencial de los fenotipos de una población biológica. Esta establece que las condiciones de un medio ambiente 42 16.55 - Biología Daniela Maradei favorecen o dificultan, es decir, seleccionan la reproducción de los organismos vivos según sean sus peculiaridades. Trabaja por la supervivencia del gen, no del individuo. Favorece a la población y a la reproducción aunque implique poner en riesgo al individuo. Genes maestros: codifican para proteínas que regulan muchos genes. Consecuentemente, los genes maestros pueden estar regulando estructuras completas y causar grandes cambios. Cuello de botella: reducción significativa de una población llevando a cambios en la frecuencia de algún alelo, es un evento que puede llevar a la deriva genética. Fitness evolutivo: describe el éxito reproductivo, “que tan bien” le fue a un genotipo particular en la siguiente generación con relación a los otros genotipos. Refleja que tan bien se adaptó un organismo a su medio ambiente. Adaptaciones: características que emergieron y fueron favorecidas por la selección natural debido a su función. Ayudan a un organismo a sobrevivir y/o reproducirse en su ambiente actual. Pueden adoptar muchas formas: comportamentales, anatómicas, fisiológicas, etc. Interacción entre fenotipo y ambiente. Efecto fundador: cuando una especie emigra y llega a un lugar sin ninguna población de esta especie. La nueva población probablemente no tiene la misma diversidad genética que la original. Mirar la evolución sin saber ecología es como mirar un deporte sin saber las reglas de juego. Micro y macro evolución Microevolución: cambio en la frecuencia de algún alelo dentro de una población a lo largo del tiempo. Los mecanismos son: selección natural, deriva genética, flujo génico. La escala de tiempo no es muy grande. Macroevolución: cambios a nivel de especie. La escala de tiempo es mucho mayor que la de la microevolución. Genera nuevas especies. Especiación: proceso mediante el cual una población de una determinada especie da lugar a otra/s especies gracias a un aislamiento reproductivo. Se da cuando dos organismos dejan de poder reproducirse entre sí. Causas: Aislamiento geográfico: proceso por el cual poblaciones son separadas del resto debido a una formación geológica natural o artificial. Reducción del flujo genético: menor migración de especies. 43 16.55 - Biología Daniela Maradei Evo-Devo Campo que estudia como un conjunto relativamente reducido de genes orquesta el desarrollo embrionario de todos los animales, provocando cambios drásticos. La biología evolutiva del desarrollo es un campo de la biología que compara el proceso de desarrollo de diferentes organismos para determinar sus relaciones filogenéticas (relación de parentesco entre especies). Busca los ancestros en común entre distintas especies. Se comparan las secuencias genéticas. Co-evolución Proceso de cambio evolutivo y adaptativo recíproco que se da entre especies interactuantes, incluso en diferentes escalas espaciales y temporales. Algunos ejemplos son las flores con las aves o las frutas con los animales. Cambio evolutivo que genera adaptaciones en dos especies que interactúan entre ellas y que beneficia a ambas. Genera co-especificidad: las especies cada vez dependen más una de la otra. Extinciones masivas y biodiversidad A lo largo de las eras existieron muchas extinciones masivas actuando como cuellos de botellas y como consecuencia aumentando la velocidad de la evolución en algunas especies y generando la extinción de muchas otras. Ejemplo especiación: separación de la pangea. Hizo que surgieran distintas especies nuevas en los nuevos continentes a partir de los ancestros originales. Cuando hay extinciones masivas se pierde biodiversidad. Además, actúan como grandes cuellos de botella que producen una deriva genética, acelerando el proceso evolutivo. Evolución de los homínidos La evolución de los homínidos no es lineal, la imagen que se acostumbra a ver es errónea ya que da una sensación de linealidad. Para representar mejor la evolución de los homínidos es mejor utilizar la siguiente imagen. 44 16.55 - Biología Daniela Maradei Las especies surgen en África, algunas coincidieron en el tiempo y otras no, sin embargo, hoy en día solo existe el homo sapiens posiblemente fueron una de las principales causas de la extinción de las demás. Conclusiones La selección natural no produce perfección, solo se trata de llevar genes a la próxima generación. Hace una “guía hacia”, un mecanismo sin conciencia, no tiene objetivos. La evolución no es un sinónimo de progreso, no es una escalera lineal, es más bien un árbol. PCR Técnica PCR: reacción en cadena de la polimerasa Acota y amplifica una región del ADN generando nuevas cadenitas doble hélice. Pasos: 1) Desnaturalización: se aumenta la temperatura a 95° para romper las uniones covalentes y separar las hélices. 2) Apareamiento: se baja la temperatura a 60° para que los primers puedan aparearse con el molde. Los primers los diseña uno, se conoce su secuencia, van a ser antiparalelos a la secuencia que se quiere amplificar. 3) Extensión: se sube la temperatura a 72° para alcanzar la temperatura ideal de la Taq polimerasa (tipo de polimerasa que se usa en este proceso) Este proceso se repite hasta que quedan cadenas de doble hélices completas. 𝑛 Producto de PCR: 𝑁(𝑛) = 𝑁0 * 2 45 16.55 - Biología Daniela Maradei 46