Biología Aplicada a la Audiología PDF - Grado en Audiología - USAL

BIOLOGÍA APLICADA A LA AUDIOLOGÍA Yaiza Campo Martín 1º Audiología General-USAL Primer cuatrimestre  1 BLOQUE I. ESTRUCTURA CELULAR Y MÉTODOS DE ESTUDIO Tema 1....

BIOLOGÍA APLICADA A LA AUDIOLOGÍA Yaiza Campo Martín 1º Audiología General-USAL Primer cuatrimestre  1 BLOQUE I. ESTRUCTURA CELULAR Y MÉTODOS DE ESTUDIO Tema 1. Métodos para estudiar las células Los niveles de organización del ser humano, de menor a mayor complejidad, son: 1. Nivel químico: Átomos y moléculas (ADN, proteínas, etc.). 2. Nivel celular: Células, la unidad básica de la vida. 3. Nivel tisular: Conjuntos de células que forman tejidos (muscular, nervioso, etc.). 4. Nivel de órganos: Estructuras formadas por tejidos que realizan funciones específicas (corazón, hígado). 5. Nivel de sistemas: Conjunto de órganos que trabajan juntos (sistema nervioso, digestivo). 6. Nivel del organismo: El ser humano como un todo funcional. Por otro lado, los principales tipos de tejidos son: Epitelial Cubre superficies y forma glándulas Conectivo Funciones de sostén, unión y transporte (huesos, sangre, cartílago) Muscular Encargado del movimiento (esquelético, cardiaco y liso) Nervioso Transmite señales (neuronas, glía y microglía) ANÁLISIS MICROSCÓPICO La calidad de la imagen depende del aumento, contraste y resolución. Aumentos Los aumentos vienen dados por las lentes. Para calcular los aumentos totales se multiplican los aumentos del objetivo por el de los oculares. El aumento viene dado por el grado de curvatura y la distancia focal. En las lentes convexas cuanto mayor sea la curvatura menor es la distancia focal, y mayor el aumento. Contraste El contraste en un microscopio es la capacidad de distinguir un objeto o estructura del fondo que lo rodea. Depende de factores como el tipo de iluminación, la tinción de las muestras o el índice de refracción entre la muestra y el medio circundante Resolución La resolución es la capacidad de un sistema óptico para distinguir dos puntos cercanos como separados, siendo el límite de resolución la distancia mínima para distinguir dos puntos, calculado con la fórmula de Abbe. Hay dos principales factores clave en la resolución de una muestra óptica: Apertura numérica (AN) Depende del índice de refracción (n) y del ángulo de semiapertura (α). Mayor AN mejora resolución y brillo. Longitud de onda (λ) Una menor longitud mejora la resolución. Biología aplicada a la audiología. Grado en audiología general-USAL. Yaiza Campo Martín  2 PARTES DEL MICROSCOPIO Sistema óptico oculares Lentes situadas cerca del ojo del observador, encargadas de transmitir la luz a nuestros ojos. Amplían la imagen del objetivo Objetivos Lentes situadas cerca de la preparación. Captan la luz de la muestra y amplían la imagen. Se insertan en el revólver Condensador Lente que concentra los rayos luminosos sobre la preparación. Sistema mecánico Platina Lugar donde se deposita la preparación. Contiene un sistema de sujeción de muestras que permite mover la platina Cabezal Contiene los sistemas de lentes oculares Brazo o estativo Estructura que conecta la base con la parte superior, proporcionando soporte y estabilidad al sistema óptico. Revolver Contiene los sistemas de lentes objetivos. Permite girar para cambiar los objetivos Tornillos de enfoque Encontramos el macrométrico que aproxima el enfoque, y el micrométrico que consigue el enfoque adecuado Sistema de iluminación Fuente de luz/Reostato Regula la cantidad de luz emitida, ubicada encima del pie del microscopio Diafragma Conjunto de láminas que se cierran y se abren para regular la luz que entra en el condensador. Sirve para modular el contraste, no es correcto utilizarlo para la obtención de imágenes más o menos luminosas. Biología aplicada a la audiología. Grado en audiología general-USAL. Yaiza Campo Martín  3 TIPOS DE MICROSCOPIOS Microscopio óptico Permite aumentar las imágenes hasta 1000 veces y observar detalles de hasta 2 µm. Utiliza fotones. Hay distintos tipos dependiendo de si se le pueden añadir filtros para resaltar el contraste de los diferentes componentes o si puede usar luz fuera del espectro visible. Estereomicroscopio Similar a una lupa binocular, ofrece visión tridimensional. Compuesto Utilizado para observar objetos finos y transparentes en láminas. De fluorescencia Emite luz de mayor longitud de onda tras excitación, muestra objetos brillantes sobre fondo oscuro. Invertido Objetivos debajo de la muestra, ideal para trabajar con células vivas. De contraste de fases Destaca estructuras celulares variando la fase de la luz según la densidad de las zonas. Microscopía Similar al contraste de fases, mide densidades con mayor precisión. inferencial De campo oscuro Muestra objetos iluminados sobre fondo negro, útil para muestras transparentes. Luz polarizada Detecta minerales u objetos con alta orientación molecular, solo deja pasar luz en un plano. Microscopio electrónico El microscopio electrónico requiere muestras muy finas porque los electrones tienen poco poder de penetración. Usa electroimanes en lugar de lentes de vidrio y debe operar en vacío, lo que impide observar muestras vivas o teñidas. Hay dos tipos principales de microscopios electrónicos: ME de transmisión Funciona como un microscopio óptico invertido, usando un cátodo como fuente de electrones que atraviesan la muestra impregnada en metales pesados. ME de barrido Los electrones rebotan en la superficie de una muestra recubierta de metal pesado (como oro), mostrando superficies en pseudorelieve. Usa técnicas como la criofractura para estudiar el interior celular congelado y recubierto de oro. Biología aplicada a la audiología. Grado en audiología general-USAL. Yaiza Campo Martín  4 Microscopio confocal Utiliza diferentes tipos de rayos láser para obtener una imagen a raíz del acoplamiento de sucesivos enfoques de varios puntos de la muestra. Al estar unido a un ordenador se almacenan y manipulan para obtener una imagen muy limpia que además puede manipularse y colorear con un software especializado. Realiza construcciones dimensionales. Microscopios cuánticos Un microscopio cuántico atómico permite hacer visible el movimiento de electrones en moléculas individuales. Hay dos principales tipos: De efecto túnel Es el prototipo inicial de esta generación de microscopios. Los materiales deben ser conductores o semiconductores. Permiten ver la estructura molecular del DNA y las proteínas. De fuerza atómica Similar al microscopio de efecto túnel, pero también se emplea en materiales no conductores. La sonda es una aguja más fina, la cual se dobla al desplazarse sobre la muestra, detectando de esta manera las irregularidades en la superficie, “palpando la muestra” y por ende su forma. Permiten ver átomos. TÉCNICAS AUXILIARES Concepto usado para referirse a aquellas técnicas previas al proceso de microscopía, que ayudan a complementarlo. Entre ellas se encuentran: Criofractura: Técnica utilizada en microscopía electrónica que presenta 4 principales pasos: Congelación Sumergir rápidamente la muestra, previamente tratada rápida de la con un crioprotector (evitar la formación de cristales de muestra hielo), en nitrógeno líquido. Fractura de la En condiciones de vacío es fracturada por una cuchilla de muestra diamante Fijación Evaporar una fina capa de carbono-platino sobre la platino- muestra. carbono Limpieza de Se calienta la muestra a temperatura ambiente, y se la réplica elimina el material biológico restante mediante agentes limpiadores como el ácido crómico. ANÁLISIS DE LA IMAGEN MICROSCÓPICA. Se da mediante 3 principales pasos: Digitalización Se adosa una cámara digital al microscopio Procesamiento Mejora la calidad de la imagen. Análisis Puede ser: 1) estereológico: forma y tamaño de la muestra 2) densitométrico: concentraciones, área, perímetro… 3) Reconstrucciones 3D de la muestra Biología aplicada a la audiología. Grado en audiología general-USAL. Yaiza Campo Martín  5 PREPARACIÓN DE TEJIDOS PARA LA MICROSCOPÍA Fijación Hace a las células permeables a los colorantes y establece puentes cruzados entre sus moléculas, dejándolas estabilizadas y bloqueadas a su posición original. Estabiliza las proteínas para evitar que se degraden. Se puede realizar de diferentes métodos: Procedimientos químicos Como alcoholes, aldehídos o ácido pírico Procedimientos físicos Congelación, calor, desecación. Inclusión La muestra se introduce en sustancias que dan dureza para poder cortarla. Estos compuestos son hidrofóbicos como la parafina, plásticos y resinas, que producen la deshidratación gradual del tejido. Corte Los tejidos se cortan en finas rebanadas llamadas secciones mediante un microtomo, una máquina dotada de una cuchilla de metal muy afilada que permite hacer secciones de entre 1µm a 10µm. hay varios tipos de micrótomos e incluso existe el criostato, un micrótomo especial para conseguir secciones por congelación. CLARITY es un método para la transformación química de tejidos biológicos intactos. PROCESO ESPECÍFICO DE TINCIÓN EN MUESTRAS PARA MET Método para observar células mediante colorantes selectivos que destacan propiedades químicas, físicas o afinidad. En las propiedades químicas encontramos: Colorantes Pueden ser: 1) básicos: tiñen sustancias ácidas (hematoxilina) 2) ácidos: tiñen sustancias básicas (eosina) 3) específicos: tiñen sustancias concretas Enzimas Detectan actividad enzimática mediante reacciones que generan color. En las propiedades físicas encontramos: Fluorescencia Colorantes fluorescentes emiten luz al excitarse con cierta longitud de onda. Autoradiografía Detecta radiación con métodos radiográficos Por último, en la afinidad podemos encontrar: Antígeno-anticuerpo Unión específica marcada con fluorescencia Complementariedad Hibridación in situ con sondas fluorescentes para localizar secuencias de de bases ADN. Biología aplicada a la audiología. Grado en audiología general-USAL. Yaiza Campo Martín  6 MÉTODOS DE AISLAMIENTO Y ESTUDIO SUBCELULAR Fraccionamiento subcelular y análisis de sus moléculas El fraccionamiento celular consiste en separar de la célula los distintos orgánulos para un estudio más detallado de los mismos, o de las estructuras sobre las que se asientan. Distinguimos una fase de rotura del tejido para obtener una preparación en la que abunde el objeto estudiado; y una fase de separación de los componentes. En primer lugar, se rompe una célula por métodos mecánicos, químicos o enzimáticos. A continuación, se separan los constituyentes mediante diversos mecanismos, que pueden ser: Centrifugación Separa los componentes celulares según su densidad, sedimentando los diferencial más pesados primero. Permite obtener fracciones específicas: nuclear, mitocondrial, microsomal y ribosómica. Citometría de flujo Separa células usando anticuerpos marcados con fluorescencia. Las células cargadas según su unión al marcador son dirigidas a diferentes polos del detector para su análisis. Rayos X Cuando un haz de rayos X atraviesa una estructura cristalina, algunos rayos se difractan y permiten ver una serie de puntos que determinan el volumen y la forma de la célula u orgánulos celulares Métodos de manipulación celular Algunos métodos de manipulación celular son la fecundación in vitro o la ingeniería genética. Estos métodos nos permiten introducir genes que contienen una información determinada que nos interesa, permitiéndonos corregir errores como la hemofilia. Registros Se introduce una micropipeta y se registra la actividad eléctrica de la electrofisiológicos célula al cambiar el medio. Cromatografía Los componentes se separan en función de la diferente solubilidad relativa en el disolvente, de modo que según cuanto sube el disolvente, los más solubles llegan más arriba. Electroforesis en gel Sirve para determinar el tamaño de las subunidades de una proteína. Se de poliacrilamida introducen en un gel a través del cual se aplica una diferencia de potencial, provocando un desplazamiento en función del tamaño y de la carga eléctrica, de modo que algunas se desplazarán más rápido, otras más lento, y otras no harán nada. Biología aplicada a la audiología. Grado en audiología general-USAL. Yaiza Campo Martín  7 BLOQUE II. ESTRUCTURA Y FUNCIÓN DE LAS MEMBRANAS CELULARES Tema 2. Estructura y composición de las membranas celulares La membrana plasmática es esencial porque: Contienen los receptores de señalización celular, los glúcidos del glicocálix. Estos son dianas terapéuticas muy importantes Determina la permeabilidad farmacológica y la farmacocinética La alteración de proteínas transportadoras o receptoras causa enfermedades, como la ateromatosis o la diabetes Presenta proteínas inmunitarias e inflamatorias esenciales. En las células tumorales, es responsable del proceso de inhibición por contacto, por el que, si dos células se tocan, dejan de crecer y dividirse. En las células del epitelio intestinal, el glicocálix se encarga de la absorción intestinal, pudiendo causar cierta alteración patología pediátrica. En las neuronas, es la base de la transmisión sináptica. La alteración de estas proteínas es la base de la neurología y la psiquiatría. Las principales funciones de las membranas plasmáticas son: Compartimentalización de la célula Actuar como una barrera selectivamente permeable Transporte de moléculas Respuesta ante señales externas e interacción y señalización celular En el retículo endoplasmático, se encarga de procesos de biosíntesis. En las mitocondrias y los cloroplastos, tiene actividad enzimática. Deformarse sin romperse en procesos como la diapédesis y división celular. Variar su fluidez según sea necesario En la mitocondria actúa como un transductor de energía. La fluidez de la membrana depende de: Temperatura de A medida que baja la temperatura, la fluidez disminuye, ya que los transición de fase ácidos grasos se solidifican y la membrana se vuelve más rígida. Longitud y grado de 1) Insaturación: Los ácidos grasos con más insaturaciones tienen saturación de las menos interacciones entre ellos, lo que aumenta la fluidez. cadenas 2) Longitud de las cadenas: Las cadenas más largas de fosfolípidos hidrocarbonadas favorecen más interacciones hidrofóbicas, lo que reduce la fluidez. Cantidad de colesterol El colesterol se inserta entre los fosfolípidos, aumentando la rigidez de la membrana. A mayor cantidad de colesterol, menor es la fluidez. Biología aplicada a la audiología. Grado en audiología general-USAL. Yaiza Campo Martín  8 La asimetría química de la bicapa lipídica implica que las dos monocapas tienen composiciones diferentes y funciones específicas: la cara extracelular está relacionada con la señalización celular, mientras que la cara intracelular participa en la translocación de fosfatidilserina, esencial para el reconocimiento de cuerpos apoptóticos por las células fagocíticas. ESTRUCTURA DE LA MEMBRANA PLASMÁTICA La membrana celular consiste en una bicapa lipídica con proteínas y glúcidos, con un espesor de 5- 10 nm. Aunque todas las membranas comparten una estructura básica, cada célula y orgánulo tiene una composición única según sus necesidades. Generalmente, está formada por un 50% de lípidos, 40% de proteínas y 10% de glúcidos, que están unidos a lípidos y proteínas por enlaces covalentes. Lípidos La estructura de la bicapa es posible gracias al carácter anfipático de los lípidos, que tienen una cabeza hidrofílica y una cola hidrofóbica. Los fosfolípidos, principales lípidos de la membrana, colocan las colas hidrofóbicas en el interior y las cabezas hidrofílicas en el exterior. Estos lípidos pueden presentar movimiento, y es el siguiente: Rotación Los lípidos giran sobre sí mismos dentro de su monocapa. Movilidad lateral Los lípidos se desplazan horizontalmente dentro de la misma monocapa. Flip-flop Los lípidos se trasladan de una monocapa a otra, cruzando el espacio hidrofóbico. Este movimiento es raro y requiere energía. Flexión Las colas hidrocarbonadas de los lípidos se doblan, lo que permite que la membrana se adapte a cambios de forma. Glúcidos Los glúcidos en la cara extracelular de la membrana forman el glicocálix, que juega roles en procesos enzimáticos, inmunitarios y protectores. Su función más importante es como receptores, ya que reconocen antígenos extraños, cambian de estructura y transmiten señales al interior de la célula. Además, los glúcidos pueden ramificarse y modificarse rápidamente, lo que facilita la polimerización y despolimerización esenciales para la adaptación inmune. GLICOCÁLIX: Capa extracelular de proteínas y glúcidos, producida por otras bacterias y células que protege y permite el reconocimiento celular y de protección contra patógenos. Proteínas Las proteínas dan la funcionalidad específica a la membrana. La mayoría son anfipáticas, por lo que se integran fácilmente en la membrana. Muchas son glucoproteínas que atraviesan la membrana y comunican los dos medios, siendo esenciales en procesos de señalización. En función de cómo se anclen a la membrana pueden ser: Biología aplicada a la audiología. Grado en audiología general-USAL. Yaiza Campo Martín  9 Integrales Son anfipáticas, por lo que tienen zonas hidrofóbicas e hidrofílicas, de modo que se anclan al interior de la membrana. Estas pueden ser transmembranales o asociarse solo a una monocapa. Destacan: 1)  -hélice: son la mayoría y pueden ser monopaso o multipaso. Las distintas hélices establecen puentes de hidrógeno entre sí en el interior de la bicapa. 2) Barril - ß: forma canales transmembranales que alteran la permeabilidad de la membrana Periféricas Son hidrofílicas, por lo que se asocian a la superficie de membrana. Se suelen encontrar en la cara intracelular y pueden unirse a ella mediante fosfatidilinositol (a glúcidos), covalentemente (a lípidos) o no (a proteínas). Las proteínas de la membrana pueden rotar o desplazarse lateralmente, lo que permite concentrarlas en áreas específicas o moverlas a otras zonas. Esto da lugar a dominios de membrana, regiones con diferentes funciones según la cantidad y tipo de proteínas presentes. Este movimiento está influenciado por: 1) Parcheamiento: bloqueo de fosfolípidos 3) Proteínas del citoesqueleto intracelular 2) Glúcidos 4) Fluidez de la membrana (Tª, colesterol) Tema 3. Matriz extracelular, adherencia y uniones intercelulares INTRODUCCIÓN La adherencia celular es esencial para los organismos pluricelulares, ya que define aspectos clave como forma, tamaño, resistencia y coordinación de los tejidos. Los mecanismos que aseguran esta unión están relacionados con la matriz extracelular y el citoesqueleto celular, cuyos fallos pueden originar enfermedades graves. La matriz extracelular proporciona soporte estructural, mientras que las uniones intercelulares conectan los citoesqueletos de las células. Este conocimiento es fundamental para audiólogos y áreas relacionadas con medicina regenerativa e ingeniería tisular, pues permite desarrollar estrategias para regeneración de tejidos utilizando matrices extracelulares como andamios. Tipos de tejido en organismos celulares 1) Tejidos conectivos: Poseen una matriz extracelular abundante, rica en colágeno y glucoproteínas, que permite soportar fuerzas de tracción y compresión. 2) Tejidos epiteliales: Forman capas celulares delgadas sobre una membrana basal. Las células están unidas firmemente para delimitar compartimentos corporales y transmitir fuerzas. Biología aplicada a la audiología. Grado en audiología general-USAL. Yaiza Campo Martín  10 Tipos de uniones celulares – introducción Uniones de anclaje Mantienen células unidas entre sí o con la matriz extracelular. Involucran proteínas transmembranarias como cadherinas (uniones célula-célula) o integrinas (uniones célula-matriz), asociadas al citoesqueleto a través de proteínas intracelulares como las cateninas. Uniones oclusivas Sellan espacios entre células epiteliales para crear barreras que regulan la difusión molecular y mantienen polaridad celular. Uniones formadoras de canales Permiten la comunicación citoplasmática entre células para funciones coordinadas, como las uniones comunicantes en animales. Uniones transmisoras de señales Incluyen sinapsis químicas y uniones inmunológicas, esenciales para la comunicación celular especializada. UNIONES INTERCELULARES Uniones de anclaje Estas uniones son esenciales para la cohesión estructural y funcional de los tejidos. Cadherinas: Proteínas transmembranarias homofílicas (se unen a otras idénticas) que organizan la distribución celular. Ejemplos: Cadherina E Epitelios Cadherina N Neuronas y músculo Cadherina VE Endotelio vascular En estos tipos de uniones también existen las integrinas, que son proteínas que actúan como "puentes" entre las células y su entorno. Están en la membrana celular y ayudan a que las células se adhieran entre sí y a la matriz extracelular, permitiendo comunicación y estabilidad en los tejidos. Las integrinas conectan las células con la matriz extracelular, mientras que las cadherinas facilitan la unión directa entre células, manteniendo la estructura y comunicación en los tejidos. Biología aplicada a la audiología. Grado en audiología general-USAL. Yaiza Campo Martín  11 Además, existen dos principales subtipos de uniones de anclaje: Uniones adherentes Asociadas a filamentos de actina, pueden formar cinturones continuos o puntos de unión localizados. Desmosomas Asociados a filamentos intermedios, prevalecen en tejidos sometidos a fricción, como la epidermis. Uniones focales Asociadas a filamentos de actina Hemidesmosomas Asociados a filamentos intermedios mediante proteínas como plectina y distonina. Defectos en estas uniones pueden causar enfermedades como pénfigo, que afecta los desmosomas y genera ampollas graves. Uniones oclusivas Son estructuras que sellan el espacio entre células adyacentes, formando una barrera impermeable que evita el paso de moléculas y líquidos entre las células. Crean barreras en los epitelios, controlando la difusión molecular. Compuestas por proteínas como claudinas, ocludinas y JAM, que interactúan con el citoesqueleto. Son clave en la polaridad celular y se agrupan con uniones adherentes y desmosomas para formar el "complejo de unión". Alteraciones en estas uniones se relacionan con enfermedades inflamatorias, cáncer y sorderas hereditarias. Uniones comunicantes (gap junctions) Son uniones que permiten el paso directo de moléculas pequeñas (hasta 1000 daltons), como iones y nutrientes, entre células a través de canales llamados conexones, formados por conexinas. Su actividad es dinámica y regulada por pH, calcio y neurotransmisores. Alteraciones en conexinas pueden causar enfermedades. Por ejemplo, la sordera congénita no sindrómica suele ser causada por mutaciones en la conexina 26, cuya expresión en la cóclea también puede ser afectada por la ototoxicidad de la gentamicina. En células excitables Las uniones GAP sincronizan funciones como los potenciales de (neuronas, musculares) acción en neuronas, los latidos en el músculo cardíaco y el peristaltismo en el músculo liso intestinal. En células no excitables Facilitan funciones coordinadas en hepatocitos y el desarrollo del (el resto de las células del folículo ovárico. cuerpo) Biología aplicada a la audiología. Grado en audiología general-USAL. Yaiza Campo Martín  12 MATRIZ EXTRACELULAR (MEC) La membrana basal Estructura delgada bajo los epitelios que conecta células con la MEC. Su función es anclar epitelios y actuar como barrera selectiva. Defectos en estas moléculas pueden comprometer el desarrollo y función celular. Está formada por: Proteínas principales Laminina, colágeno tipo IV, nidógeno. Proteoglucanos Perlecano, con cargas negativas que atraen agua y mantienen la turgencia. Integrinas y unión célula-matriz Las integrinas son proteínas transmembranarias que conectan las células con la matriz, facilitando señales bidireccionales. Las principales uniones de este tipo son: 1) Uniones focales: Asociadas a filamentos de actina. 2) Hemidesmosomas: Asociados a filamentos intermedios mediante proteínas como plectina y distonina. Las alteraciones en integrinas generan graves consecuencias, como fallos en la coagulación, defectos embrionarios y enfermedades dermatológicas. Funciones y composición de la MEC La MEC no solo une células, sino que regula su desarrollo y migración. Sus componentes son: Fibras proteicas 1) Colágeno: Principal proteína estructural, aporta resistencia a la tensión. 2) Elastina: Proporciona elasticidad y flexibilidad. Proteoglucanos Formados por glucosaminoglucanos (GAG) con cargas negativas que retienen agua, lo que da resistencia a la compresión. Defectos en la MEC pueden causar síndromes graves como osteogénesis imperfecta (fragilidad severa de los huesos) y Ehlers-Danlos (Piel elástica, articulaciones hipomóviles.) Biología aplicada a la audiología. Grado en audiología general-USAL. Yaiza Campo Martín  13 BLOQUE III. ORGÁNULOS CITOPLASMÁTICOS Tema 4. Citoesqueleto CITOPLASMA El citoplasma es el medio interno de la célula, y consta de dos principales partes: Fase definida (o estructural) Orgánulos, vesículas, inclusiones y elementos del citoesqueleto (solo en eucariotas). Fase acuosa (o citosólica) Agua, proteínas solubles (enzimáticas y citoesqueléticas), iones, monómeros y metabolitos en tránsito. Dentro de los orgánulos, podemos encontrarlos sin membrana (ribosomas o proteasomas) y con membrana (cloroplastos y mitocondrias). CITOESQUELETO El citoesqueleto es exclusivo de eucariotas y se trata de una estructura de filamentos proteicos con dos principales funciones: 1) Contribuir a la integridad celular, actuando como un armazón interno 2) Intervenir en la dinámica interna y en la motilidad celular gracias a la polimerización y despolimerización de los filamentos. Además, se encuentra en movimiento debido a la ciclosis o corrientes plasmáticas e interviene en el grado de viscosidad del citoplasma. Los elementos del citoesqueleto pueden encontrarse en dos estados: Como filamentos (polimerizados) Como proteínas solubles (aumentando la viscosidad del medio) En general, están en un equilibrio entre las dos fases y su regulación permite controlar la viscosidad del medio interno, creando corrientes citoplasmáticas de desplazamiento y emitiendo prolongaciones Componentes del citoesqueleto El citoesqueleto en su conjunto completo está formado por 3 tipos de componentes: 1) Microfilamentos (5-9nm) 2) Filamentos intermedios (10nm) 3) Microtúbulos (25nm) Los microtúbulos y microfilamentos son inestables y desaparecen en la división celular, mientras que los filamentos intermedios son estables y persisten. Biología aplicada a la audiología. Grado en audiología general-USAL. Yaiza Campo Martín  14 MICROTÚBULOS Estructura y dinámica Los microtúbulos son estructuras cilíndricas de 25 nm formadas por 13 protofilamentos de heterodímeros de tubulina (α y β), que requieren GTP para polimerizar. Son dinámicos y polares, con un extremo positivo de mayor actividad que el negativo. Los microtúbulos se originan en centros organizadores (COMT) ricos en γ-tubulina, presentes en los centriolos, centrómeros y bases de cilios y flagelos. Moléculas asociadas Los microtúbulos pueden asociarse a proteínas que generalmente pueden ser de 3 tipos: 1) Que les dan estabilidad, entre las que destacan las proteínas tau y, sobre todo, las MAPS (Proteínas Asociadas a Microtúbulos). Son muy abundantes en las neuronas, pues son células con una forma muy definida e invariable que apenas se dividen. 2) Que desestabilizan los microtúbulos, como las catastrofinas. Importante en la desaparición de los microtúbulos en la división celular 3) A proteínas motoras, como quinesina (hacia el extremo positivo) y dineína (hacia el negativo), transportan vesículas y moléculas sobre microtúbulos, usando ATP para generar movimiento. Quinesina Aleja el RE del centro celular y participa en el movimiento cromosómico durante la mitosis. Dineína Transporta vesículas, posiciona el Golgi hacia el centro celular y también actúa en la mitosis. Biología aplicada a la audiología. Grado en audiología general-USAL. Yaiza Campo Martín  15 Además de estos tres principales tipos de proteínas asociadas, encontramos otras sustancias de menor importancia que clasificamos según su función: 1) Estabilizadores de microtúbulos: como el taxol 2) Impiden la formación de microtúbulos: como la catastrofina, catanina, Ca2+… 3) Favorecen la polimerización de microtúbulos: fármacos como colchicina, colcemida, vinblastina, vincristina y nocodozol, además de altas temperaturas, inhiben la polimerización de microtúbulos al unirse a dímeros de tubulina. Se usan como anticancerígenos al bloquear la formación del huso mitótico. Estructuras celulares formadas por microtúbulos 1) Centriolos: Los centriolos son estructuras con 9 tripletes de microtúbulos alrededor de un centro hueco. El microtúbulo A es completo, mientras que B y C comparten protofilamentos. Los tripletes se unen por nexinas y forman pares perpendiculares, constituyendo el centrosoma. Las funciones de los centriolos son: Organizar el citoesqueleto microtubular en células normales y en división Organizar la formación de los microtúbulos ciliares y flagelares formación del huso acromático para separar cromátidas en la división celular y organización del citoesqueleto. 2) Cilios y flagelos Los cilios son apéndices móviles, cortos (2 µm) y numerosos, presentes en células eucariotas. Facilitan la motilidad y el transporte de sustancias, como en el epitelio respiratorio y las trompas de Falopio. Están formados por 9 pares de microtúbulos externos y 1 par interno, con un microtúbulo A completo por par externo. Constan de 3 principales partes: Axonema El tallo ciliar, la parte libre, que presenta la estructura tratada. Zona de transición A la altura de la placa basal, donde se une a la membrana plasmática Corpúsculo basal/cinetosoma Es la parte que se encuentra en el interior de la célula y tiene la misma estructura que el centriolo. Biología aplicada a la audiología. Grado en audiología general-USAL. Yaiza Campo Martín  16 MICROFILAMENTOS Los microfilamentos, de 5-9 nm, están formados por actina G en hélice, requieren ATP para polimerizar y son polares. Son más dinámicos que los microtúbulos, con rápida polimerización y despolimerización. Moléculas asociadas Al igual que los MT, se asocian a sustancias dinámicas con diversas funciones: Estabilizadoras Fimbrina, filamina, -actinina, faloidina… Desestabilizadoras Gelsolina, Ca 2+… Prot. Motoras que se 1) Minimiosina: Se une a los microfilamentos y a vesículas o a la desplazan sobre la propia membrana plasmática, generando desplazamientos. actina 2) Miosina celular: Frente a estímulos forma agregados supramoleculares que forman invaginaciones o el anillo contráctil de la telofase mitótica. Estructuras Los microfilamentos forman dos tipos de estructuras: las microvellosidades y los estereocilios. Las microvellosidades son prolongaciones de la membrana plasmática muy rígidas. Su esqueleto interno está formado por microfilamentos unidos entre sí por fimbrina. Su función es aumentar la superficie de contacto de la membrana con zonas de alta actividad de intercambio, como el epitelio intestinal. Los estereocilios tienen la misma estructura interna que las microvellosidades y se encuentran en la membrana de células ciliadas, como las del órgano de Corti (oído interno). Así, intervienen en la transducción de sonido a impulso nervioso, abriendo canales de K+ y de Ca 2+ para liberar neurotransmisores. Como las microvellosidades, pueden oscilar, pero no doblarse. Biología aplicada a la audiología. Grado en audiología general-USAL. Yaiza Campo Martín  17 FILAMENTOS INTERMEDIOS Estructura Los filamentos intermedios, de 10 nm, son resistentes y estables, comunes en tejidos sometidos a tensión mecánica. Están formados por tetrámeros alargados (unión de dímeros helicoidales) que se ensamblan en forma de soga. También forman redes tridimensionales al asociarse con proteínas. Según su composición, pueden ser: Homopolímeros Formadas por el mismo monómero. Destacan la vimentina, la desmina, la GFAP, la periferina… Heteropolímeros Formadas por distintos monómeros. Destacan la citoqueratina, los neurofilamentos… Clasificación Los filamentos intermedios se dividen en distintos tipos: Tipos I y II Son las citoqueratinas, presentes en las células epiteliales y los desmosomas. Tipo III Incluyen diversos tipos, como vimentina (en células del endotelio vascular, pleura y peritoneo), desmina (en células musculares) y periferina (en la regeneración neuronal). Tipo IV Son los neurofilamentos. Forman el 25% del axón y le dan rigidez. Están implicadas en el transporte a través de él. Tipo V La lámina nuclear es una red proteica que limita la superficie interna del núcleo en células eucariotas, interrumpida por poros nucleares que regulan el paso de macromoléculas. Es el único filamento intermedio que se despolimeriza durante la división celular. Los tipos I-IV se encuentran en el citoplasma y el tipo V, en el núcleo. Además, cada célula tiene tipos de filamentos intermedios específicos, por lo que estos sirven para identificar patologías y divisiones anormales como tumores. Localización Los filamentos intermedios se encuentran en varios lugares de la célula, y en cada uno adoptan una estructura y función distintas: Lámina nuclear Formando la lámina nuclear. Núcleo Rodeando al núcleo, dándole estabilidad. Citosol Forman haces paralelos en el citosol llamados tonofilamentos. Neuronas Forman una red en las neuronas, dándoles forma y estabilidad. Membrana plasmática Se insertan en proteínas de la membrana plasmática, anclando la membrana nuclear, orgánulos y citoesqueleto, y formando desmosomas para unir células. Medio extracelular Uniendo las células al medio extracelular. Biología aplicada a la audiología. Grado en audiología general-USAL. Yaiza Campo Martín  18 Funciones 1) Dan forma y estabilidad a las células. 2) Protegen frente a estrés mecánico y no mecánico. 3) Disminuyen la susceptibilidad a apoptosis. 4) Intervienen en la arborización dendrítica y en el crecimiento radial de axones mielinizados en los tejidos neuronales. Enfermedades asociadas En función del tipo de filamentos intermedios que se vean afectados encontramos diversas patologías: Tipo I y II epidermólisis bullosa simple y enfermedades de la queratina. Tipo III Se producen principalmente por alteraciones de la desmina. Pueden formarse acúmulos (fibromialgia, miopatías y cardiopatías) o distrofias. También podemos encontrar enfermedades del cristalino y tumores por alteraciones en la vimentina. Tipo IV Enfermedad de Alzheimer Tipo V Alteraciones de a expresión génica Tema 6. Biosíntesis y secreción celular Las proteínas se fabrican principalmente en los ribosomas del citosol y el retículo endoplásmico rugoso, aunque también en mitocondrias y cloroplastos, que tienen su propio ADN. Las membranas de los orgánulos permiten que cada uno cumpla funciones específicas, y las proteínas sintetizadas deben dirigirse a sus localizaciones adecuadas dentro de la célula. CLASIFICACIÓN DE LAS PROTEÍNAS Transporte proteico Encontramos tres principales tipos: Transporte regulado Solo ocurre entre núcleo-citosol. Es bidireccional y permitido por los poros nucleares. Transporte Las proteínas se importan desde el citosol a orgánulos membranosos transmembranal como mitocondrias, cloroplastos, RE y peroxisomas. Este proceso es unidireccional y requiere translocadores, proteínas que forman canales en las membranas para permitir el paso de las proteínas. Transporte vesicular Se produce entre distintos orgánulos membranosos y la membrana plasmática mediante vesículas Biología aplicada a la audiología. Grado en audiología general-USAL. Yaiza Campo Martín  19 SECUENCIA SEÑAL Y REGIÓN SEÑAL La hipótesis de la señal establece que el destino final de las proteínas sintetizadas depende de una secuencia señal específica. Estas secuencias actúan como marcadores para dirigir las proteínas a un orgánulo o superficie determinada. Cada tipo de transporte a un compartimento tiene su propia secuencia señal, que generalmente se encuentra en los extremos de la proteína. Secuencias señal Las secuencias señal son segmentos de aminoácidos que dirigen a las proteínas a su destino. Son necesarias para que la proteína llegue al lugar correcto y pueden ser suficientes para redirigirla si se añaden artificialmente. Estas secuencias solo se forman cuando la proteína se pliega. Región señal Secuencia específica de aminoácidos que actúa como una "etiqueta" para dirigir la proteína hacia un compartimento celular determinado. Esta región suele estar en los extremos de la proteína y es esencial para el proceso de transporte. RUTAS Y TRÁNSITO VESICULARES Tránsito de proteínas para el citosol Las proteínas citosólicas carecen de región señal y se quedan en el citosol. Tránsito de proteínas para el núcleo celular. Transporte regulado Los poros nucleares permiten el paso de sustancias entre el núcleo y el citosol. Las moléculas pequeñas pasan por difusión, mientras que las grandes requieren proteínas y energía para transporte activo. El transporte al núcleo depende de señales formadas por secuencias de aminoácidos básicos (Lys, Arg). Estas señales son reconocidas por importinas, que forman un complejo para translocarse al núcleo y liberar la proteína. El proceso utiliza la proteína GTPasa Ran para regular la dirección del transporte, con Ran-GTP en el núcleo y Ran-GDP en el citosol. Las exportinas funcionan de forma similar, facilitando la salida de proteínas del núcleo. Algunos factores de transcripción alternan entre ser importinas o exportinas según su fosforilación, regulando las concentraciones de proteínas en el núcleo. Biología aplicada a la audiología. Grado en audiología general-USAL. Yaiza Campo Martín  20 Tránsito de proteínas para las mitocondrias El paso de proteínas a las mitocondrias requiere una secuencia señal en la proteína, que es reconocida por receptores en la membrana mitocondrial. La proteína se transloca a través de los poros de la membrana externa e interna con la ayuda de translocadores, utilizando energía. Una vez dentro, la proteína se pliega y se encuentra en su destino funcional. Tránsito de proteínas para los peroxisomas El transporte de proteínas a los peroxisomas es similar al de las mitocondrias. Las proteínas, como la catalasa y la urato oxidasa, llevan una secuencia señal que es reconocida por receptores citosólicos. Estos receptores las transportan hasta la membrana peroxisomal, donde atraviesan la membrana mediante translocadores, sin requerir energía. Mutaciones en los receptores de membrana pueden causar la ausencia de peroxisomas, lo que da lugar a enfermedades graves. EL RETÍCULO ENDOPLASMÁTICO: TIPOS Y ESTRUCTURA El retículo endoplásmico (RE) es una red de membranas interconectadas en la célula, vinculada a la envoltura nuclear, y se clasifica en dos tipos: RE Liso Formado por túbulos, se encarga de la síntesis lipídica y detoxificación. RE Rugoso Formado por sáculos con ribosomas, se dedica a la síntesis proteica, almacenamiento y liberación de Ca2+. La cantidad de RE varía según el tipo celular. En hepatocitos, el RE rugoso es el 35% de las membranas, mientras que en células exocrinas del páncreas es el 60%, y viceversa para el RE liso. Las funciones del RE se identificaron mediante experimentos de centrifugación, que separaron los microsomas de RE rugoso y liso, permitiendo su análisis con métodos como la marcación radiactiva y el método de Bradford. Biología aplicada a la audiología. Grado en audiología general-USAL. Yaiza Campo Martín  21 Síntesis cotraduccional La síntesis e importación de proteínas al RE ocurren de manera simultánea. Más del 90% de las proteínas inician su síntesis en el citosol, y solo aquellas que se destinan a otros compartimentos tienen secuencias señal. Las proteínas residentes en el citoplasma no llevan estas secuencias. Las proteínas que van al RE tienen una secuencia señal en su extremo amino. Al comenzar la síntesis, si esta secuencia está presente, la traducción se detiene temporalmente. El complejo proteína-ARNm-ribosoma se une a la membrana del RE con la ayuda de un receptor y un translocador, formando un macrocomplejo ARNm-ribosoma-proteína-receptor. Una vez unido al RE, la partícula de reconocimiento de la señal (SRP) se retira, y la traducción se reanuda. La proteína se sintetiza directamente hacia el lumen del RE. Al finalizar la síntesis, la secuencia señal es eliminada por una peptidasa. Si la secuencia está en el medio de la proteína y no se corta, la proteína queda anclada en la membrana. Si la proteína es soluble, las chaperonas en el lumen del RE ayudan a su plegamiento adecuado. FUNCIONES BIOSINTÉTICAS DEL RETÍCULO ENDOPLASMÁTICO Síntesis de proteínas Hay muchos tipos de proteínas que crea el retículo endoplasmático, entre las que se encuentran: 1) Integrales de membrana de paso único: tienen un extremo en cada lado de la membrana. La síntesis comienza en el citosol y se detiene al llegar a una secuencia señal terminal y una señal secundaria de parada. La peptidasa corta la señal terminal, insertando la proteína en la membrana, dejando la parte no translocada en el citosol. 2) Integrales de membrana de paso doble: poseen una señal primaria una señal secundaria de parada, ambas intermedias. 3) Proteínas solubles al RE: corte de la señal por la peptidasa señal. 4) Integrales de membrana de paso múltiple: proteínas de este tipo, como la rodopsina o receptores acoplados a proteínas G, tienen varias señales de paso y varias de parada y acaban con un extremo a cada lado. Biología aplicada a la audiología. Grado en audiología general-USAL. Yaiza Campo Martín  22 Síntesis de lípidos La síntesis de fosfolípidos ocurre en la hemimembrana citosólica, donde los ácidos grasos activados se unen a glicerol-3-P para formar ácido fosfatídico, que luego puede ser modificado a diacilglicerol y otros compuestos, como fosfatidilserina. Los fosfolípidos se translocan a la otra cara de la membrana mediante flipasas, que pueden ser inespecíficas (no distinguen entre fosfolípidos) o específicas (reconocen ciertos tipos). Este proceso mantiene la asimetría de la membrana, y fallos en él pueden ser letales. Para transportar los fosfolípidos a otros orgánulos, se utilizan translocasas, proteínas que los mantienen en un ambiente adecuado para su transporte en el citosol acuoso. N-Glicosilación La N-glicosilación añade un grupo glucídico a las proteínas en el RE para asegurar su correcto plegamiento. Si la proteína no se pliega adecuadamente, se le añade glucosa para intentarlo de nuevo. Si falla repetidamente, se marca con ubiquitina y se degrada en el proteosoma. Algunas proteínas sufren modificaciones como la adición de glicosilfosfatidilinositol (GPI), que permite que proteínas sin regiones de anclaje se asocien a membranas y sean funcionales cerca de ellas. Biología aplicada a la audiología. Grado en audiología general-USAL. Yaiza Campo Martín  23 FUNCIONES NO BIOSINTÉTICAS DEL RE Almacenamiento de calcio El calcio es un mensajero secundario que es necesario para que muchas enzimas y proteínas funcionen. El RE contiene proteínas que secuestran el calcio y lo liberan en respuesta a diversos estímulos. Detoxificación Elimina compuestos tóxicos (etanol, fármacos…). Por eso los hepatocitos tienen un RE liso tan desarrollado. Tema 7. Aparato de Golgi, tránsito vesicular y digestión celular FORMACIÓN DE VESÍCULAS Las vesículas son pequeñas estructuras intracelulares delimitadas por una membrana lipídica. Actúan como vehículos para el transporte de moléculas (proteínas, lípidos y otras sustancias) entre compartimentos celulares. El proceso de formación de las vesículas es el siguiente: Invaginación de la membrana Se inicia con el reclutamiento de moléculas específicas que se quieren transportar intracelularmente Cubiertas de las vesículas Las vesículas necesitan de una cubierta para interactuar con las proteínas que la despegarán de la membrana. Puede haber varios tipos de cubiertas: mediante clatrinas o Adaptinas. Estas determinan el destino de la vesícula y forman la estructura básica de la vesícula. Para la liberación de la molécula, ciertas proteínas como la dinamina y asociadas a ésta separan la vesícula de la propia membrana, para que esta comience a funcionar intracelularmente. Una vez las vesículas se separan de la membrana, eliminan su cubierta para interactuar con otros compartimentos. Fusión vesicular Proteínas SNARE: Garantizan la especificidad y catalizan la fusión con la membrana diana. GTPasas Rab: Determinan la especificidad de la fusión. Biología aplicada a la audiología. Grado en audiología general-USAL. Yaiza Campo Martín  24 ESTRUCTURA, POLARIDAD Y FUNCIONES DEL APARATO DE GOLGI El aparato de Golgi, descubierto por Camilo Golgi en 1898, es un orgánulo clave en la organización y procesamiento celular. Su estructura está altamente compartimentada, lo que permite la separación de funciones específicas en cada región. Estructura el AG El aparato de Golgi es un orgánulo formado por una serie de sacos membranosos llamados cisternas, organizados en regiones: Cara cis Recibe vesículas del retículo endoplásmico (RE). Región media Aquí se procesan y modifican las proteínas y lípidos. Cara trans Clasifica y envía las moléculas a su destino final. Es un orgánulo polarizado, ya que las moléculas entran por la cara cis y salen por la cara trans. Funciones del aparato de Golgi Síntesis de carbohidratos Produce componentes como pectinas y hemicelulosas (células vegetales) o glucosaminoglucanos (matriz extracelular animal). Maduración de proteínas y Realiza procesos como glicosilación, fosforilación y proteólisis lípidos para convertir moléculas en su forma funcional. Tráfico y clasificación Envía moléculas a diferentes destinos: lisosomas, membrana plasmática o fuera de la célula. Glicosilación Añade carbohidratos a proteínas y lípidos, permitiendo su plegamiento, protección contra degradación, adhesión celular y regulación de funciones. INCORPORACIÓN DE MOLÉCULAS AL APARATO DE GOLGI Las proteínas señalizadas para ser transportadas del RE salen en vesículas recubiertas de COP II, formadas por gemación en áreas de salida especializadas. Las proteínas de membrana son seleccionadas específicamente por señales de salida en su cara citosólica, reconocidas por proteínas adaptadoras de COP II. Las proteínas solubles sin señales de salida se incluyen por difusión y necesitan volver al RE. La dinamina y otras proteínas ayudan a separar las vesículas, que luego se fusionan en el Golgi. Estas vesículas son transportadas por microtúbulos. Biología aplicada a la audiología. Grado en audiología general-USAL. Yaiza Campo Martín  25 RETORNO DE SUSTANCIAS AL RETÍCULO Las vías de retorno tienen como objetivo recuperar los componentes de membrana y las proteínas residentes del RE que han sido transportados al Golgi en estas vesículas. Estas proteínas tienen una señal, la secuencia KDEL. Cuando llegan al Golgi, se encuentran en un pH ácido, lo que permite que se unan a receptores de esta señal y vuelvan al RE. Allí, hay un pH neutro, por lo que esta interacción desaparece y se liberan las poteínas al interior EXOCITOSIS La exocitosis es el proceso de transporte de vesículas desde el Golgi hacia la membrana plasmática. Este proceso es esencial para la liberación controlada de diversas sustancias y la correcta función celular. Existen tres tipos principales de exocitosis: Secreción constitutiva Consiste en la secreción continua de componentes, como los de la matriz extracelular, a medida que se producen. Todas las células realizan este tipo de exocitosis. Secreción regulada Solo realizada por células específicas en respuesta a un estímulo (generalmente la unión de un ligando a un receptor de membrana). Activa una cascada de reacciones, controlada por los niveles de Ca²⁺ almacenados en el RE. Las vesículas de exocitosis regulada contienen gránulos densos y se fusionan con la membrana plasmática en respuesta al estímulo. Exocitosis lisosómica Las vesículas contienen enzimas y se fusionan con los endosomas para formar los lisosomas. Antes de su fusión, las vesículas se modifican para evitar la pérdida o prematurez de su función. Proceden de la red del trans-Golgi, y durante su transporte, pequeñas porciones de membrana cubiertas de clatrina se separan y reciclan al Golgi, concentrando el contenido de la vesícula. Biología aplicada a la audiología. Grado en audiología general-USAL. Yaiza Campo Martín  26 ENDOCITOSIS La endocitosis es el proceso en el que se generan vesículas en la membrana plasmática para permitir la entrada de macromoléculas, partículas o células desde el exterior hacia el interior de la célula. Sus características principales son: 1) Objetivo: Captar macromoléculas, partículas o incluso células. 2) Requiere formación de vesículas recubiertas de clatrina, excepto en el caso de las caveolas, que son invaginaciones de la membrana sin cubierta. 3) Intervención de endosomas: Las vesículas de endocitosis se fusionan para formar compartimentos llamados endosomas, cuyo destino depende del contenido de las vesículas. Existen dos principales tipos de endocitosis: Fagocitosis Consiste en la captación de partículas grandes, como bacterias o células muertas, formando fagosomas. Es realizada por células especializadas como macrófagos, células dendríticas y neutrófilos. Es un proceso regulado, con señales que favorecen o inhiben la fagocitosis. pinocitosis Captación de fluidos o pequeñas moléculas, formando vesículas más pequeñas llamadas vesículas pinocíticas. Es un proceso no regulado y ocurre en todas las células. Vías de endocitosis: 1) Reciclaje: Las vesículas regresan a la membrana plasmática para recuperar componentes como los receptores, que son esenciales para detectar el material captado. 2) Transcitosis: Las sustancias son captadas en una parte de la célula y secretadas en otra. Ejemplos incluyen el flujo de nutrientes en las células intestinales o el paso de anticuerpos de la leche materna a través de la membrana intestinal en recién nacidos. 3) Degradación: Se generan cuerpos multivesiculares dentro de los endosomas primarios mediante invaginaciones, que se transportan y acidifican. Las vesículas del Golgi con enzimas líticas se fusionan con los endosomas tardíos, formando lisosomas, cuyo ambiente ácido facilita la degradación del material. Biología aplicada a la audiología. Grado en audiología general-USAL. Yaiza Campo Martín  27 Tema 8. Mitocondria INTRODUCCIÓN: LA ENERGÍA EN LA CÉLULA Metabolismo El metabolismo es el conjunto de reacciones bioquímicas que ocurren en la célula con el objetivo de generar energía y materia para mantenerse con vida. Este consta de dos procesos: Anabolismo Formación de biomoléculas con gasto energético. Catabolismo Ruptura de macromoléculas en unidades más pequeñas con generación de energía (generalmente en forma de ATP) mediante la oxidación de macromoléculas. Puede ser de dos tipos: 1) Fermentación: la molécula orgánica se oxida parcialmente a otra molécula orgánica. No necesita O2 y tiene un menor rendimiento energético. Encontramos ejemplos como la fermentación láctica (piruvato se oxida a ácido láctico) o la fermentación alcohólica (piruvato se oxida a etanol) 2) Respiración: la molécula orgánica se oxida totalmente a una molécula inorgánica. Necesita O2 y tiene un mayor rendimiento energético. Es la que llevan a cabo la mayoría de organismos. Orgánulos energéticos Los principales orgánulos productores de energía son las mitocondrias (este orgánulo lo poseen todas las células eucariotas) y los cloroplastos (solo las células vegetales). Ambos proceden de bacterias ancestrales que fueron internalizadas por células eucariotas primitivas. En los orgánulos en los que se realiza la respiración aerobia esta no se puede hacer en un solo paso, pues la célula se quemaría por la gran cantidad de energía desprendida. En cambio, se llevan a cabo muchos pasos controlados energéticamente por enzimas en los que se van liberando pequeños paquetes de energía o cuantos energéticos. Esto se conoce como quema controlada. Transferencia de electrones La oxidación implica la pérdida de electrones, mientras que la reducción consiste en la ganancia de estos; ambos procesos ocurren juntos. En la respiración celular, la oxidación de moléculas orgánicas ocurre en reacciones enzimáticas controladas que liberan energía gradualmente. La fosforilación oxidativa usa la oxidación de NADH a NAD⁺ para sintetizar ATP a partir de ADP + Pi. Biología aplicada a la audiología. Grado en audiología general-USAL. Yaiza Campo Martín  28 LA MITOCONDRIA Las mitocondrias son orgánulos encargados de llevar a cabo la respiración aerobia en todas las células eucariotas. Estas son orgánulos dinámicos: están asociadas al citoesqueleto y pueden desplazarse a las zonas de la célula donde haya más necesidades energéticas. Además, se pueden dividir en caso de necesidades especiales de energía e incluso cambiar su estructura interna para aumentar la producción de ATP. Están muy asociadas a las cisternas del RE, por sus necesidades especiales para sintetizar lípidos y proteínas. Sin embargo, no pueden atravesar la membrana nuclear, pues los procesos redox son muy reactivos y podrían dañar el ADN. Forma depende del tejido en el que se encuentren. (Flagelo de los espermatozoides: la mitocondria se encuentra rodeándolo, necesita energía para moverse). Localización No hay mitocondrias en el núcleo a pesar de que también utilizan energía. Las mitocondrias son única y exclusivamente citoplásmicas. Tamaño Mismo que en las bacterias (micras). Tiene la capacidad de fusionarse si de verdad existe necesidad de tener estos orgánulos de un mayor tamaño. En función del desarrollo muscular, dieta o vascularización. Las mitocondrias que se forman nuevas proceden de otra mitocondria preexistente (además solo proceden de la madre), normalmente se dividen por estrangulamiento. Las mutaciones se transfieren a las mitocondrias hijas. Estructura Membrana externa Permeable a moléculas pequeñas mediante porinas y transporta proteínas mayores con complejos. Espacio intermembranoso Rico en H⁺, contiene enzimas que fosforilan nucleótidos y creatina quinasa, que genera fosfocreatina como reserva energética. Membrana interna Plegada en crestas, regula el intercambio de metabolitos y genera energía mediante complejos redox y ATP sintasas. Biología aplicada a la audiología. Grado en audiología general-USAL. Yaiza Campo Martín  29 La matriz mitocondrial es un medio con bajo contenido de agua, pH básico y 66% de proteínas. Contiene enzimas para procesos como la descarboxilación del piruvato, β-oxidación y el ciclo de Krebs, además de ribosomas y ARN mitocondrial con características propias. TRANSPORTE PROTEICO Las mitocondrias regulan qué entra y qué sale, además, matan a las células de manera programada: apoptosis. La muerte celular programada libera proteínas desde la mitocondria hacia el citosol. La membrana mitocondrial externa se permeabiliza y se liberan componentes proteicos. Transporte hacia el citosol El citocromo C es un complejo proteico de la cadena electrónica (membrana interna). Cuando este se libera al citosol, actúa como una señal que induce la apoptosis. Este se une y activa a las enzimas caspasas, que degradan el ADN. Transporte hacia la mitocondria Muchas proteínas mitocondriales son sintetizadas en el citosol. Este transporte al interior requiere ATP y un gradiente de H+. En función de su péptido señal irán al espacio intermembranoso, a la matriz o a alguna membrana. Transporte hacia la matriz extracelular. Aquí destaca el transporte de piruvato, que necesita una lanzadera para su entrada. En este proceso, se utiliza ATP para realizar la descarboxilación oxidativa, que genera acetil-CoA. Para que los ácidos grasos entren, deben ser activados por la enzima acil-CoA sintasa, que solo actúa sobre ácidos grasos de hasta 18 carbonos; los ácidos grasos mayores se descarboxilan en los peroxisomas. Una vez activado, el acil-CoA es translocado al espacio intermembranoso, donde la carnitil-transferasa lo une a la carnitina, formando acilcarnitina, que luego pasa a la matriz. PROCESOS RESPIRATORIOS MITOCONDRIALES Β-Oxidación Los ácidos grasos se transforman en acetil-CoA por β-oxidación, eliminando dos carbonos repetidamente, generando NADH y FADH2 para producir ATP. Hélice de Lynn Biología aplicada a la audiología. Grado en audiología general-USAL. Yaiza Campo Martín  30 Ciclo de Krebs Todos los acetil-CoA entran en el ciclo de Krebs. En él se oxida completamente el acetil-CoA en CO2 y se genera NADH y FADH2 (poder reductor que se usará para obtener ATP). Cadena de transporte electrónico Los electrones de la cadena de transporte electrónico pierden energía en reacciones redox, bombeando H+ al espacio intermembranoso, generando un gradiente de potencial y pH. Los electrones regresan a la matriz a través de ATP sintasas, que usan la energía del gradiente para sintetizar ATP. PRODUCCIÓN ENERGÉTICA EN LA MITOCONDRIA Etapas de la producción de energía en la mitocondria: 1) Transporte de sustratos (piruvato y ácidos grasos activados) al espacio de la matriz mitocondrial. 2) Transformación en Acetil-CoA de cualquier sustrato que entre en la mitocondria 3) Ciclo de Krebs: Acetil-CoA → 2 CO2 + 3 NADH + 1 FADH2 + GTP. 4) Cadena Respiratoria: Transporte de H+ al espacio intermembranoso, generando un gradiente de protones (eléctrico). 5) Síntesis de ATP usando el gradiente de H+. Biología aplicada a la audiología. Grado en audiología general-USAL. Yaiza Campo Martín  31 Tema 10. Señalización celular INTRODUCCIÓN A LA SEÑALIZACIÓN CELULAR La señalización celular es el proceso mediante el cual las células reciben, procesan y responden a señales externas. Este mecanismo es esencial para mantener la homeostasis y regular funciones como crecimiento, diferenciación, y muerte celular. Tipos de comunicación celular Autocrina Una célula responde a señales que produce. Paracrina Señales afectando a células cercanas. Endocrina Señales transportadas a través del torrente sanguíneo a células distantes. Yuxtacrina Contacto directo entre células mediante uniones o moléculas señalizadoras de membrana. RECEPTORES CELULARES Los receptores son proteínas que reconocen y transmiten señales específicas. Se dividen en: Receptores intracelulares Están ubicados en el citoplasma o en el núcleo, y responden a moléculas hidrofóbicas como son las hormonas esteroideas. Un ejemplo de estos receptores son los de glucocorticoides. Receptores de superficie celular Incluyen: Acoplados a proteínas G Actúan mediante proteínas G, regulando canales iónicos y enzimas, como la adenilato ciclasa G o fosfolipasa C Con actividad enzimática Ej: tirosina quinasa (receptor de insulina), serina, tirosina fosfatasa Canales iónicos activados por ligandos Ejemplo: receptores nicotínicos para acetilcolina CASCADAS DE SEÑALIZACIÓN Las cascadas de señalización son series de reacciones bioquímicas activadas tras la interacción de un receptor con su ligando. Estas rutas permiten amplificar y modular las señales para generar respuestas celulares específicas. Unos ejemplos son: Biología aplicada a la audiología. Grado en audiología general-USAL. Yaiza Campo Martín  32 Vía de adenilato ciclasa La unión de un ligando a un receptor asociado a proteína G estimula la conversión de ATP en AMPc, un segundo mensajero que activa la proteína quinasa A (PKA), desencadenando cambios en la actividad de enzimas y factores de transcripción. Fosfolipasa C Genera inositol trifosfato y diacilglicerol como segundos mensajeros; IP3 moviliza calcio intracelular y DAG activa la proteína quinasa C (PKC), regulando procesos como contracción muscular y secreción. Vía de las MAP-quinasas crucial en respuestas a factores de crecimiento y estrés, involucrando la activación de Ras y la fosforilación en cascada de proteínas que modulan la expresión genética, promoviendo crecimiento, diferenciación o apoptosis según el contexto celular. DISTINTOS TIPOS DE RECEPTORES Hay diversos tipos de receptores, estos son algunos ejemplos: Tirosina quinasa Fosforilan tirosinas en proteínas, activando vías que regulan el crecimiento y metabolismo celular, como el receptor de insulina. Asociados a tirosina Se asocian a proteínas quinasas, activando vías para la división celular quinasa y crecimiento. Tirosina fosfatasa Desfosforilan tirosinas, desactivando señales y controlando la duración de la respuesta celular. Serina/treonina Fosforilan serina o treonina, regulando la división celular y el desarrollo, quinasa como el TGF-β. Guanilato ciclasa Convierten GTP en GMPc, regulando funciones como la relajación muscular. Asociados a histidina Fosforilan histidina, respondiendo a estímulos ambientales en bacterias quinasa y plantas. MUERTE CELULAR PROGRAMADA O APOPTOSIS La apoptosis es un proceso de muerte celular controlado que elimina células dañadas o innecesarias. Vía Intrínseca: Mediada por la mitocondria y la liberación de citocromo C. Vía Extrínseca: Activación de receptores de muerte, como Fas y TNF. Ambas vías convergen en la activación de caspasas, que degradan componentes celulares de forma ordenada. INTERCONEXIÓN Y REGULACIÓN DE SEÑALES Las rutas de señalización no funcionan de manera aislada; se interconectan para generar respuestas coordinadas. Retroalimentación positiva: Amplifica la señal. Retroalimentación negativa: Atenúa la señal para evitar sobreestimulación. Además, existen puntos de regulación clave, como la fosforilación/desfosforilación de proteínas y la degradación de segundos mensajeros como AMPc y calcio. Biología aplicada a la audiología. Grado en audiología general-USAL. Yaiza Campo Martín  33 IMPLICACIONES EN SALUD Y ENFERMEDAD La señalización celular es fundamental para la homeostasis. Su disfunción está asociada a diversas patologías, como: Cáncer: Activación aberrante de rutas de proliferación. Enfermedades neurodegenerativas: Alteración en señales de supervivencia celular. Enfermedades metabólicas: Disrupción de receptores como los de insulina. Biología aplicada a la audiología. Grado en audiología general-USAL. Yaiza Campo Martín  34 BLOQUE IV. NÚCLEO INTERFÁSICO Y SEÑALIZACIÓN CELULAR Tema 10. Núcleo interfásico y ciclo celular NÚCLEO INTERFÁSICO El núcleo interfásico existe solo durante la interfase, cuando la célula no está dividiéndose, permitiendo la separación temporal entre transcripción y traducción. No contiene cromosomas. Sus principales componentes son: Nucleoplasma Medio líquido interno del núcleo. Cromatina Forma de ADN en el núcleo interfásico, que se condensa en cromosomas durante la división. Nucleolos Zonas densas y ácidas dentro del núcleo, que pueden ser uno o más. Membrana nuclear Delimita el núcleo. Lámina nuclear Estructura electrondensa dentro de la membrana nuclear Características morfológicas del núcleo en las células ciliadas del órgano de Corti Las características morfológicas del núcleo en las células ciliadas del Órgano de Corti son las siguientes: Tamaño y El núcleo es relativamente pequeño y tiene una forma esférica o forma ligeramente ovalada, en comparación con otras células del cuerpo. Volumen Su volumen es moderado, adecuado al tamaño reducido de las células ciliadas, que están especializadas en la transducción de señales auditivas. Número Cada célula ciliada tiene un solo núcleo, ya que no son multinucleadas. Posición 1) Externas: El núcleo se encuentra en una posición basal, cerca de la base de la célula, alejado de los estereocilios en el extremo apical, lo que se relaciona con su función en la audición. 2) Internas: El núcleo comienza en una posición basal durante el desarrollo embrionario y migra hacia una posición central entre las 25-28 semanas de gestación. Composición química del núcleo celular Ácidos nucleicos Como el ADN, que almacena la información genética y se organiza en cromatina, y el ARN, que se sintetiza a partir del ADN. Proteínas El ADN se asocia con histonas para formar nucleosomas y proteínas no histónicas que regulan la transcripción y replicación. Enzimas Como las ARN polimerasas, responsables de la síntesis de ARN, y las topoisomerasas, que ayudan a desenrollar el ADN Iones y metabolitos como Ca²⁺, Mg²⁺ y K⁺, cruciales para la estabilidad y función del ADN. Cromosomas Durante la mitosis o meiosis, el ADN se condensa en cromosomas. Biología aplicada a la audiología. Grado en audiología general-USAL. Yaiza Campo Martín  35 Estudio del núcleo celular en biomedicina y neurociencia auditiva El número de técnicas de tinción utilizadas para estudiar el núcleo incluye: Hematoxilina-Eosina (H&E): Tiñe el núcleo de azul oscuro, resaltando ácidos nucleicos. DAPI: Tinción fluorescente que se une al ADN, emitiendo un color azul bajo luz ultravioleta. Tinción de Giemsa: Usada para teñir cromosomas, especialmente en análisis de cariotipos y técnicas como FISH. Estas técnicas son esenciales en estudios histológicos, citológicos, moleculares y genéticos. COMPONENTES DEL NÚCLEO DESARROLLADO Membrana nuclear La membrana nuclear consta de una doble membrana (externa e interna) con un espacio perinuclear entre ambas y perforada por poros nucleares. Se continúa con el RE, por lo que presenta ribosomas adheridos. Solo desaparece durante la división celular. En algunas células muy activas, como los tumores, encontramos unas estructuras llamadas laminillas anilladas, que tienen la misma estructura que la membrana, pero están sueltas en el citoplasma como reserva estructural. Poros nucleares Formados por 8 subunidades proteicas que forman un octámero, con fibrillas que se extienden hacia el citosol y el nucleoplasma. Tienen prolongaciones proteicas que permiten abrir y cerrar el poro gradualmente, sin cerrarse completamente. Su diámetro promedio es de 15-20 nm y regulan el transporte bidireccional de proteínas hacia el núcleo y ARN hacia el citosol. El número de poros varía según la actividad celular. Lámina nuclear La lámina nuclear es un material denso asociado a la membrana nuclear interna. Se trata de un filamento intermedio formado por tres tipos de láminas: láminas A láminas B y láminas C. Su función es reforzar la membrana nuclear: interviene en la relación de esta y la cromatina uniéndose a ambos. Tiene una señal de localización celular, como el resto de proteínas que se encuentran en el núcleo. Nucleolo El nucleolo es una estructura redondeada en el núcleo que aparece como un ovillo de filamentos al microscopio electrónico. Su principal función es la síntesis de subunidades ribosómicas. Se divide en tres partes: Zona granular Contiene los precursores de las subunidades ribosómicas (ARNr y proteínas citosólicas) en proceso de unión. Zona fibrilar Formada por filamentos de ADN repetitivo que están siendo transcritos, junto con cadenas de ARNr. Zona amorfa Contiene ADN Biología aplicada a la audiología. Grado en audiología general-USAL. Yaiza Campo Martín  36 El ADN del núcléolo es repetitivo para asegurar la producción masiva de ribosomas, localizándose en las regiones organizadoras nucleolares (NOR) de los cromosomas. Su tamaño varía según la actividad celular, influenciada por factores fisiológicos y patológicos. Cambios en su número, tamaño o forma pueden ser patológicos. Los cuerpos de Cajal cercanos maduran el ARN, eliminando intrones y empalmando exones. Cromatina La cromatina es la forma de los cromosomas en interfase, compuesta por ADN asociado a histonas. Su estructura básica es una hélice de 30 nm, formada por nucleosomas (octámeros de histonas H2A, H2B, H3 y H4) alrededor de los cuales se enrolla el ADN. La cromatina es dinámica gracias a las interacciones débiles entre las histonas y el ADN, lo que permite su deslizamiento para facilitar la transcripción. El ADN de cada cromosoma está limitado a un territorio específico dentro del núcleo, mantenido por complejos SMC que lo organizan y restringen a su espacio. Hay dos principales tipos de cromatina: Biología aplicada a la audiología. Grado en audiología general-USAL. Yaiza Campo Martín  37 CICLO CELULAR El ciclo celular es el conjunto ordenado de sucesos que conducen al crecimiento de una célula y su posterior división en dos células hijas. Este consta de varias fases: Interfase La fase en la que la célula no se divide. Consta de: 1) Fase G1: la célula crece y se prepara para a replicación 2) Fase S: se produce la replicación del ADN 3) Se comprueba el resultado de la replicación y se prepara para la división Fase M Es la fase en la que la célula lleva a cabo la división. Hay células que se escapan de este ciclo y dejan de dividirse, por no estar preparadas o porque son células muy especializadas (miocitos, neuronas…). Es lo que se llama estado estacionario o fase G0. Las principales características de la división celular son: Ordenación secuencial Siempre siguen el mismo orden y ninguna sucede sin que haya temporal de las etapas acabado la anterior. tumores Checkpoints Determinan si se está siguiendo correctamente. Existen tres chekpoints principales: al final de la fase G1, al final de la fase G2 y en la metafase de la fase M. TRANSDUCCIÓN DE LA SEÑAL MITOGÉNICA AL NÚCLEO Los factores mitogénicos son moléculas extracelulares que promueven la progresión del ciclo celular, activando diversas rutas de señalización intracelular que desencadenan la proliferación celular. En el caso de las células auditivas, los principales factores mitogénicos implicados son: 1) El Factor de crecimiento de fibroblastos (FGF) regula la proliferación y diferenciación de células progenitoras en la cóclea. 2) El Factor de crecimiento epidérmico (EGF) promueve la proliferación celular, incluidas las progenitoras cocleares. 3) El Factor de crecimiento similar a la insulina (IGF) está involucrado en el crecimiento y proliferación celular durante el desarrollo del oído interno. Biología aplicada a la audiología. Grado en audiología general-USAL. Yaiza Campo Martín  38 Tema 11. Mitosis y meiosis MITOSIS La mitosis ocurre en todas las células somáticas, excepto en gametos. Su control depende de: Quinasas dependientes de ciclina (Cdk-M) Inician la mitosis Complejo promotor de la anafase (APC) Asegura la correcta segregación de cromosomas. Cohesinas Unen cromátidas hermanas Condensinas Compactan el ADN y configuran los cromosomas replicados para la separación Citoesqueleto La mitosis depende del citoesqueleto y de la duplicación del centrosoma, que organiza los microtúbulos. El centrosoma, formado por una matriz pericentriolar y un par de centriolos, facilita la polimerización de microtúbulos mediante complejos de β-tubulina en anillo. La citocinesis solo ocurre tras la inactivación de M-CdK, la separación de los cromosomas y la formación del huso central. La duplicación del centrosoma ocurre entre el final de G1 y G2, asegurando que la mitosis preceda a la citocinesis. Biología aplicada a la audiología. Grado en audiología general-USAL. Yaiza Campo Martín  39 División celular 1) Profase: En esta etapa, los cromosomas replicados, cada uno de ellos formando las dos cromátidas hermanas se condensan. Fuera del núcleo, el huso mitótico se ensambla entre los dos centrosomas, que se han replicado y separado. 2) Prometafase: Empieza abruptamente con la desorganización de la envoltura nuclear. Ahora los cromosomas pueden unirse a los microtúbulos del huso mediante sus cinetocoros y empezar a desplazarse activamente. Por lo tanto, lo más importante es la búsqueda y captura de los microtúbulos cinetocóricos. 3) Metafase: Los cromosomas se alinean en el ecuador del huso, a mitad de camino entre los polos del huso. Los microtúbulos cinetocóricos unen las cromátidas hermanas a los polos opuestos del huso. 4) Anafase: Las cromátidas hermanas se separan simultáneamente, formando dos cromosomas hijos que son arrastrados hacia polos opuestos del huso. La segregación de los cromosomas ocurre gracias al acortamiento de los microtúbulos cinetocóricos y a la separación de los polos del huso. 5) Telofase: Los cromosomas hijos llegan a los polos del huso y se descondensan. Se forma una nueva envoltura nuclear alrededor de cada dotación cromosómica, completando los dos núcleos y marcando el final de la mitosis. La citocinesis comienza con la contracción del anillo contráctil. 6) Citocinesis: Comienza en la anafase y termina en la telofase. El citoplasma se divide en dos por la contracción de un anillo contráctil de actina y miosina, formando un surco de segmentación que delimita una zona estrecha llamada cuerpo medio. Huso mitótico El huso mitótico tiene tres tipos de microtúbulos: Astrales Anclan el centrosoma a la membrana del polo y lo estabilizan. Cientocóricos Se unen a los cinetocoros de las cromátidas hermanas. Interpolares Se solapan con microtúbulos del polo opuesto en la línea media. Biología aplicada a la audiología. Grado en audiología general-USAL. Yaiza Campo Martín  40 Durante la división, los MT son muy inestables y su dinámica depende de proteínas motoras como quinesinas y dineínas, además de MAPs que estabilizan los microtúbulos. Los cromosomas se adhieren al huso por “búsqueda y captura”: el cinetocoro se une a un microtúbulo, y la unión se estabiliza cuando cada cromátida está conectada a un centrosoma diferente. MEIOSIS Y GAMETOGÉNESIS La meiosis consiste en 2 divisiones nucleares sucesivas de una célula diploide sin que haya replicación de por medio. El resultado es 4 células hijas haploides con la mitad de los cromosomas que la madre y diferente material genético entre sí. Esto tiene dos causas: Disyunción en la anafase I Los cromosomas homólogos se segregan a polos opuestos de forma aleatoria. Esto aumenta las combinaciones posibles. Entrecruzamiento de cromátidas Se da en la profase I y tiene como consecuencia la recombinación genética, pues a aparecen genotipos originales. Esto permite llevar a cabo la reproducción sexual y su gran beneficio: el aumento de la variabilidad genética y, con ella, de la biodiversidad. Profase I La profase I es la etapa más compleja de la meiosis y tiene cinco fases (leptoteno, zigoteno, paquiteno, diploteno y diacinesis). Durante el paquiteno, ocurre el sobrecruzamiento, donde cromátidas de cromosomas homólogos intercambian segmentos en los quiasmas, puntos de unión visibles en los cromosomas. En el zigoteno, se forman los complejos sinaptonémicos, necesarios para la recombinación genética. Este proceso reduce el número de cromosomas de diploide (2n) a haploide (n), proporciona variabilidad genética, permite la segregación al azar de cromosomas y realiza la recombinación genética, generando una diversidad esencial para la evolución. Biología aplicada a la audiología. Grado en audiología general-USAL. Yaiza Campo Martín  41 Diferencias entre mitosis y meiosis Oogénesis vs espermatogénesis Oogénesis: Proceso de formación de ovocitos en mujeres, resultando en un ovocito funcional por ciclo menstrual. Espermatogénesis: Proceso de formación de espermatozoides en hombres, produciendo cuatro espermatozoides funcionales por ciclo. Biología aplicada a la audiología. Grado en audiología general-USAL. Yaiza Campo Martín  42 Errores en la meiosis La no disyunción de los cromosomas es un error en la segregación de los cromosomas homólogos durante la anafase de la meiosis, que puede ocurrir en la meiosis I o II. En la meiosis I, causa aneuploidías (monosomías o trisomías), mientras que en la meiosis II da como resultado células normales y aneuploides. Este error es más frecuente en la oogénesis, debido a que los oocitos permanecen detenidos desde el nacimiento, siendo expuestos a más factores alterantes. En cambio, los espermatocitos se generan continuamente. La posición de los quiasmas cerca de los centrómeros o telómeros aumenta las probabilidades de estos errores. Las causas moleculares implican una desregulación en la recombinación, cohesión y separación de cromátidas. Biología aplicada a la audiología. Grado en audiología general-USAL. Yaiza Campo Martín  43 BLOQUE V. ESTRUCTURA Y ORGANIZACIÓN DEL MATERIAL GENÉTICO Tema 12. Expresión fenotípica de los genes y código genético EVOLUCIÓN DEL CONCEPTO DE GEN El concepto de gen ha evolucionado con el tiempo gracias a los avances en biología molecular. En un principio, se entendía como “un gen, una enzima”, una idea que luego se transformó en “un gen, una cadena polipeptídica”. Actualmente, se define como un segmento de ADN que contiene información para producir ARN funcional, ya sea codificante o no codificante. Este ARN puede ser traducido a proteínas o cumplir funciones estructurales y regulatorias dentro de la célula. El flujo de información genética sigue lo establecido por el dogma central de la biología molecular, propuesto por Francis Crick. Según este principio, la información fluye del ADN al ARN y finalmente a las proteínas, sin posibilidad de retroceso desde proteínas a ácidos nucleicos. Este concepto es clave para comprender la relación entre los genes y las características fenotípicas de los organismos. LA TRANSCRIPCIÓN Y LA TRADUCCIÓN La transcripción: del ADN al ARN La transcripción es el primer paso en la expresión génica y convierte una secuencia de ADN en una molécula de ARN. Este proceso está mediado por la RNA polimerasa, una enzima que se une a secuencias específicas del ADN (promotores) y sintetiza una hebra de ARN complementaria a la hebra molde del ADN. A diferencia del ADN, el ARN es menos estable y puede plegarse en estructuras tridimensionales que facilitan su función. En organismos eucariotas, existen tres tipos principales de RNA polimerasa: RNA-Pol I Responsable de sintetizar ARN ribosómico (ARNr), que forma parte de los ribosomas. RNA-Pol II Produce ARN mensajero (ARNm), que lleva la información genética del núcleo al citoplasma. RNA-Pol III Sintetiza ARN de transferencia (ARNt) y otros ARN no codificadores esenciales. El ARNm en eucariotas requiere un proceso de maduración para ser funcional. Este incluye la adición de una caperuza de guanina en el extremo 5’, una cola de poliadeninas (poliA) en el extremo 3’ y la eliminación de intrones mediante corte y empalme (splicing). Este último proceso permite que un mismo gen dé lugar a diferentes proteínas según las necesidades del tejido o las condiciones ambientales. Biología aplicada a la audiología. Grado en audiología general-USAL. Yaiza Campo Martín  44 La traducción: del ARN a proteína La traducción es el proceso por el cual el ARNm se interpreta para sintetizar una proteína. Este ocurre en los ribosomas, complejos macromoleculares compuestos por ARNr y proteínas ribosómicas. El ARNt juega un papel crucial al actuar como adaptador entre el código genético y los aminoácidos. Cada molécula de ARNt contiene un anticodón que reconoce un codón específico del ARNm y lleva el aminoácido correspondiente. La traducción consta de tres etapas: Iniciación El ribosoma se ensambla en el codón de inicio del ARNm, generalmente AUG, que codifica para metionina. Elongación Los aminoácidos se agregan uno a uno en la cadena polipeptídica en crecimiento, conforme los codones del ARNm son leídos. Terminación Ocurre cuando el ribosoma encuentra un codón de terminación (UAA, UAG o UGA), lo que libera el polipéptido recién sintetizado. Las proteínas chaperonas, como las Hsp70, ayudan en el plegamiento correcto de las proteínas para que estas sean funcionales. Las proteínas mal plegadas son marcadas para su degradación por proteasas. CÓDIGO GENÉTICO El código genético es el conjunto de reglas que permite traducir la secuencia de nucleótidos del ARNm en una secuencia de aminoácidos. Se basa en tripletes de nucleótidos, llamados codones, donde cada codón especifica un aminoácido o una señal de terminación. El código genético tiene varias características clave: Universalidad Es prácticamente el mismo en todos los organismos, desde bacterias hasta humanos, aunque existen excepciones en mitocondrias y ciertos microorganismos. Redundancia Algunos aminoácidos son codificados por más de un codón. Por ejemplo, la leucina tiene seis codones distintos. No solapamiento Cada nucleótido pertenece a un único codón dentro de una lectura. No ambigüedad Cada codón codifica solo un tipo de aminoácido. Biología aplicada a la audiología. Grado en audiología general-USAL. Yaiza Campo Martín  45 De los 64 codones posibles, 61 codifican aminoácidos y 3 son señales de terminación. Estas características hacen que el código genético sea robusto y minimice los efectos de mutaciones. REGULACIÓN DE LA EXPRESIÓN GÉNICA La expresión génica está controlada en varias etapas del flujo de información genética. El control más eficiente ocurre a nivel de la transcripción, donde los factores de transcripción regulan la actividad de la RNA polimerasa al unirse a regiones específicas del ADN, como promotores y potenciadores (enhancers). La organización de genes en eucariotas y procariotas es diferente: Eucariotas Incluye procesos parcialmente complejos, como la remodelación de la cromatina. Este proceso implica modificaciones químicas en las histonas y el ADN, como la acetilación y la metilación, que determinan si una región del ADN estará activa o silenciada. Procariotas Los genes suelen organizarse en operones (*), que permiten la regulación conjunta de varios genes relacionados. La epigenética estudia estos cambios heredables en la expresión génica que no afectan la secuencia del ADN. La metilación del ADN, por ejemplo, es crucial para mantener ciertos genes en estado silenciado y juega un papel importante en el desarrollo y la diferenciación celular. (*) Operones en procariotas: En procariotas, los genes relacionados funcionalmente suelen agruparse en estructuras llamadas operones, que permiten una regulación conjunta. Un operón está compuesto por: Promotor Región del ADN donde se une la RNA polimerasa para iniciar la transcripción. Operador Secuencia reguladora que actúa como un interruptor. Su estado activo o inactivo depende de proteínas represoras que pueden unirse al operador y bloquear la transcripción. Genes Codifican para proteínas que participan en una misma ruta metabólica o estructurales función celular. Regulador Gen que codifica para una proteína reguladora (represora o activadora), que controla la expresión del operón. Biología aplicada a la audiología. Grado en audiología general-USAL. Yaiza Campo Martín  46 Un ejemplo clásico es el operón lac en Escherichia coli, que regula los genes necesarios para metabolizar la lactosa. Cuando la lactosa está presente, esta actúa como un inductor al unirse a la proteína represora, cambiando su forma y liberando el operador. Esto permite que la RNA polimerasa transcriba los genes necesarios para la degradación de la lactosa. En ausencia de lactosa, la proteína represora se une al operador, impidiendo la transcripción. Tema 13. Mutaciones cromosómicas numéricas y estructurales INTRODUCCIÓN Las mutaciones cromosómicas son alteraciones en el número o la estructura de los cromosomas. Estas modificaciones pueden influir en el desarrollo y funcionamiento de los organismos y, en muchos casos, se asocian con enfermedades genéticas, cáncer o condiciones específicas. Se dividen en mutaciones numéricas y estructurales. MUTACIONES CROMOSÓMICAS NUMÉRICAS Son aquellas que afectan el número total de cromosomas en una célula. Este número puede ser un múltiplo exacto del conjunto haploide (poliploidías) o no serlo (aneuploidías). Poliploidías Las poliploidías ocurren cuando el número de cromosomas es un múltiplo exacto del conjunto haploide. Estas mutaciones son raras en nacidos vivos y son responsables de hasta el 15% de los abortos espontáneos. Ejemplos incluyen: Triploidías Una triploidía ocurre cuando una célula tiene tres juegos completos de cromosomas en lugar de los dos normales (uno de cada progenitor). Esto significa que en lugar de tener 46 cromosomas (2n), la célula tiene 69 cromosomas (3n). Tetraploidías Una tetraploidía ocurre cuando una célula tiene cuatro juegos completos de cromosomas, es decir, 92 cromosomas (4n) en lugar de los 46 normales. Las poliploidías pueden ocurrir debido a varios mecanismos: Polispermia (65%) Ocurre cuando un óvulo es fecundado por dos espermatozoides. Esto produce un zigoto con tres conjuntos de cromosomas (triploidía: 69 cromosomas). Fecundación con Un gameto (óvulo o espermatozoide) tiene 46 cromosomas en lugar de gameto diploide los 23 normales debido a errores en la meiosis. Errores en la división Después de la fecundación, el zigoto falla en dividirse correctamente, del cigoto duplicando todo su material genético. Esto genera tetraploidías (92 cromosomas). Fusión del zigoto con un El corpúsculo polar, un subproducto genético del óvulo, se fusiona con corpúsculo polar el zigoto, añadiendo cromosomas adicionales. Fecundación de un Un espermatozoide fecunda una célula del embrión temprano blastómero (blastómero), introduciendo material genético extra, lo que causa poliploidía. Biología aplicada a la audiología. Grado en audiología general-USAL. Yaiza