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Fig. 30: Las secuencias no codificantes se denominan intrones, las codificantes, exones. Un aminoácido que estaba cifrado por un triplete de nucleótidos consecutivos en el ADN ahora lo está por el triplete complementario o codón en el ARNm. Modificaciones específicas en los ARNm • Adición de cap: s...

Fig. 30: Las secuencias no codificantes se denominan intrones, las codificantes, exones. Un aminoácido que estaba cifrado por un triplete de nucleótidos consecutivos en el ADN ahora lo está por el triplete complementario o codón en el ARNm. Modificaciones específicas en los ARNm • Adición de cap: se añade después de que la transcripción se ha iniciado, y consiste en el agregado de una 7 metil guanosina en el extremo 5’ del ARNm naciente. Sus funciones son: - proteger el ARNm contra la acción de fosfatasas y nucleasas que pueden degradar la molécula por el extremo 5’; - facilitar la traducción al unirse, por ejemplo, al ribosoma o a proteínas libres; - participar en otros pasos de procesamiento y transporte del ARN o en la regulación de la traducción. • Adición de la cola de poliA: la mayoría de los ARNm contienen una secuencia de ácido poliadenílico unida a su extremo 3’ que se le añade cotranscripcionalmente. La longitud de la cola de poliA disminuye con la edad del mensajero, y oscila desde 0 hasta alrededor de 200 moléculas de ácido adenílico. La poliadenilación ocurre por el agregado, uno por uno, de nucleótidos de adenina. La reacción es mediada por poliA polimerasa. La señal de poliadenilación no es la señal de terminación de la transcripción. • Empalme: los intrones se transcriben y luego se eliminan del ARN. Los intrones son extraídos durante el procesamiento intranuclear y los exones unidos entre sí. El [email protected] www.hospitalitaliano.edu.ar corte de los intrones y el empalme de los exones (Splicing) son muy precisos y participan enzimas y otras moléculas auxiliares como las ribonucleoproteínas conocidas como proteínas U. El empalme alternativo de transcriptos de ARN idénticos en distintos tipos de células puede producir diferentes moléculas de ARNm maduro que se traducen en diferentes polipéptidos. Fig. 31: Representación esquemática de un ARNm maduro Una vez que se forma ARNm maduro en el núcleo debe ser transportado al citoplasma donde ejerce su función de mensajero en la síntesis de proteínas. Parece probable que exista un mecanismo para el transporte selectivo de ARN del núcleo al citoplasma, mecanismo selectivo que debe discriminar entre moléculas completamente procesadas (maduras) y moléculas no procesadas o no completamente procesadas y puede tener consecuencias reguladoras importantes. Estructura del nucléolo Recordá que el nucléolo está formado por ARN y proteínas y su función es la síntesis ribosomal. El nucléolo contiene el aparato enzimático encargado de sintetizar los diferentes ARNr. Su función es formar y almacenar ARNr con destino a la organización de los ribosomas. Son también indispensables para el desarrollo de la mitosis. Durante la división del núcleo desaparece y cuando los cromosomas se vuelven a desespirilizar, se forma de nuevo a partir de ellos, en concreto a partir de unos genes que contiene información para sintetizar ARNm. [email protected] www.hospitalitaliano.edu.ar Síntesis proteica. Características (Ver Fig. 32) Fig. 32: Síntesis proteica 1. La traducción, dijimos, son las series de reacciones citoplasmáticas que conducen a la formación de un polipéptido. Éste, luego, alcanzará su conformación funcional (secundaria, terciaria o cuaternaria) que le permitirá cumplir con su función respectiva en la estructura celular. 2. En la traducción participan los ARN que fueron transcriptos y que alcanzaron su maduración en el núcleo; en esta condición llegan al citoplasma. 3. La información genética organizada en forma de codones y transportada por el ARNm será traducida a aminoácidos y estos serán enlazados uno tras otro con la participación de los ARNt y los ribosomas (que contienen los ARNr). Las subunidades ribosomales (mayores y menores) se mantienen separadas hasta que un ARNm determine su asociación funcional. (Ver Fig. 33) Fig. 33: Fases del ARN m Los ARNt asocian en su extremo aceptor al aminoácido correspondiente de la siguiente manera: en primera instancia el aminoácido se asocia con una molécula de ATP para luego unirse al extremo aceptor del ARNt; esta unión es específica y está mediada por la aminoacil ARNt sintetasa. [email protected] www.hospitalitaliano.edu.ar La síntesis de proteínas comienza cuando una subunidad menor del ribosoma se asocia con el extremo 5’ de una cadena de ARNm dejando expuesto el codón de iniciación AUG, al cual se le une el primer ARNt cargado con el aminoácido metionina en eucariotas o metionina en procariotas; las interacciones están mediadas por la participación de los factores de iniciación (IF). Constituido el complejo de iniciación se asocia la subunidad mayor del ribosoma. El ARNt queda ubicado en el sitio P de las subunidades ribosomales y el sitio A libre da lugar a la entrada del segundo ARNt con el aminoácido siguiente entonces los factores de elongación (EF) promueven la realización del enlace peptídico entre los dos aminoácidos y el posterior corrimiento de los ARNt; el primero sale del ribosoma y el segundo se corre del sitio Aal P, dejando nuevamente vacío el sitio A y dando lugar a la entrada del tercer ARNt cargado con el aminoácido correspondiente; la cadena polipeptídica se alarga de esta manera leyendo codón por codón del mensajero hasta que llega a un codón terminador (para el cual no hay ARNt), el polipéptido se escinde del último ARNt y éste se desprende del sitio P. El sitio A es ocupado por un factor liberador (Factor de terminación) y se produce la liberación de las subunidades ribosómicas. En la decodificación del ARNm la cadena polipeptídica crece con el aporte de aminoácidos del tipo y en el orden que indica el mensaje. Cuando el primer ribosoma ha avanzado lo suficiente en la lectura del ARNm se asocia en el extremo otra subunidad menor y se organiza un nuevo complejo de iniciación; la repetición de este evento forma un polisoma o polirribosoma. Se estima que un polirribosoma puede tener entre 8 y 12 ribosomas, la cantidad dependerá del largo y estabilidad del ARNm. (Ver Fig. 34) Fig. 34: Poli ribosomas Un mensajero producirá tantas cadenas polipeptídicas como ribosomas logren decodificar su mensaje. [email protected] www.hospitalitaliano.edu.ar Señales genéticas Controlan la transmisión y expresión de la información genética. 1. Todas las señales son almacenadas en secuencias de nucleótidos dentro del material genético, pero pueden funcionar a nivel de DNA, RNA o proteína, entonces pueden ser secuencias de nucleótidos o de aminoácidos o como conformaciones tridimensionales de DNA o RNA o proteínas. La función propia y adecuada de las señales genéticas incluye la interacción entre una señal en los ácidos nucleicos y otra señal en una o más proteínas. 2. Entre las señales genéticas en el DNA, que funcionan durante la transmisión de la información genética se conocen los orígenes de replicación y los sitios para la segregación de cromosomas durante la división celular. En organismos eucarióticos, los sitios encargados de la segregación aparecen (en cromosomas metafásicos (Ver Fig. 35)), como constricciones llamadas centrómeros que interactúan con proteínas cinetocóricas (cinetocoros), a las cuales se unen las fibras del Huso Mitótico para la segregación apropiada de los cromosomas enteros en mitosis y en la segunda división meiótica. Fig. 35 En el momento en que un solo microtúbulo se ancla a un cinetocoro, se inicia un rápido movimiento del cromosoma asociado en dirección al polo del que procede dicho microtúbulo. 3. Las señales genéticas que controlan la expresión de la información genética pueden funcionar en DNA, en RNA o en proteína. Las señales en el DNA incluyen los promotores y otros sitios de unión para proteínas que modulan la transcripción. Pueden también ocurrir señales especiales para que sucedan rearreglos genéticos definidos, tales como los que ocurren en los genes de las inmunoglo- [email protected] www.hospitalitaliano.edu.ar bulinas durante el desarrollo del sistema inmune de los vertebrados. En el RNA se encuentran señales que funcionan durante la expresión de la información genética y estas incluyen señales de terminación de la transcripción, señales de procesamiento del RNA, señales para la alineación de las proteínas y señales de iniciación y terminación de la traducción. En las proteínas se encuentran tanto señales para el procesamiento de las proteínas como secuencias hidrófobas amino terminal que funcionan en la inserción de proteínas (de exportación y transmembrana) en la membrana. 4. Las señales que controlan la transmisión y expresión de la información genética no son universales en secuencia ni en estructura terciaria (aunque pueden ser muy similares) y las secuencias específicas varían entre las especies y aún entre sitios diferentes dentro del genoma del mismo organismo. Ciclo celular Las células cumplen con un ciclo de vida en el cual llevan a cabo las múltiples funciones que caracterizan a los seres vivos, tales como nacer, crecer, desarrollarse, reproducirse y morir. Para desarrollar todas estas complejas actividades en el interior celular es indispensable extremar la regulación y coordinación temporal y espacial. El ciclo celular comprende dos etapas: Interfase: en ella la célula crece, transforma la materia y obtiene energía, aumenta de tamaño, duplica sus estructuras citoplasmáticas, y sintetiza sus enzimas, proteínas estructurales y de otro tipo para lo cual debe transcribir los diferentes tipos de ARN. Es decir, es una etapa de amplia actividad bioquímica. División: incluye la separación del material genético (Cariocinesis) y citoplasmático (Citocinesis). [email protected] www.hospitalitaliano.edu.ar Fig. 36: La figura muestra los eventos que ocurren durante el ciclo celular a nivel nuclear con la cromatina. Fig.37: Etapas del ciclo celular. Transformaciones de la cromatina y funciones celulares [email protected] www.hospitalitaliano.edu.ar Divisiones celulares: mitosis y meiosis La etapa de división puede involucrar dos tipos de divisiones que tienen diferentes finalidades: la mitosis y la meiosis. Mitosis Es un proceso de reparto equitativo del material hereditario característico de las células eucariotas. Normalmente concluye con la formación de dos núcleos separados (cariocinesis), seguido de la partición del citoplasma (citocinesis), para formar dos células hijas. La mitosis, produce células genéticamente idénticas, y permite el crecimiento, del individuo pluricelular por aumento en el número de células, la reparación tisular y la regeneración de órganos e inclusive de algunos organismos en los cuales constituye un medio de reproducción asexual. Es realizada por células autosómicas y germinales. (Ver Fig. 38) Fig. 38 - Mitosis El proceso tiene lugar a través de una serie de eventos que se desarrollan de una manera continua, y que para facilitar su estudio han sido separadas en varias etapas. La primera etapa del proceso de división se denomina profase. Algunos de los eventos que ocurren en ella son: los centrosomas (que se duplicaron previamente) migran hacia los polos opuestos de la célula y los microtúbulos que nacen en ellos crecen (Ver Fig. 35 y 37), en tanto que el material genético comienza a condensarse en estructuras compactas, los cromosomas y comienza a desorganizarse la envoltura nuclear. Con respecto a los microtúbulos que se extienden a partir de los centrosomas y que forman el huso mitótico también llamado huso acromático son de tres tipos (astrales, polares y cinetocóricos). Desorganizada la envoltura nuclear los microtúbulos cinetocóricos de ambos centrosomas interaccionan con los cinetocoros de los cromosomas para permitir que se alineen en la zona ecuatorial del huso mitótico, estos eventos corresponden a la etapa llamada metafase. [email protected] www.hospitalitaliano.edu.ar En la anafase se separan las cromátidas hermanas de cada cromosoma hacia polos opuestos. Las fuerzas que mueven las cromátidas hermanas dependen de moléculas generadoras de fuerza llamadas motores microtubulares. Finalmente, en la última etapa: la telofase los cromosomas ya están en polos opuestos, comienzan a descondensarse y se reorganiza la envoltura nuclear. En el citoplasma, mientras está ocurriendo la migración de las cromátides (Anafase) comienza a evidenciarse un surco cada vez más profundo, que hiende la célula desde la membrana plasmática y acaba partiendo en dos a la célula recientemente duplicada (citocinesis). Fig. 39 Fases del ciclo celular Una célula cuyo número diploide es 2 (2n= 2), la célula transcurre por G1 llega a la etapa S y allí replica las moléculas de cromatina que quedan unidas a nivel de los centrómeros por tanto cada cromosoma queda con 2 cromátides. Pasa por G2 y finalmente entra en la división nuclear (etapas profase, metafase, anafase y telofase) y citocinesis para dar lugar a dos células hijas idénticas a la célula madre. [email protected] www.hospitalitaliano.edu.ar Fig. 40: Relación entre el período de mitosis y el de interfase Meiosis La meiosis es un proceso de reducción del material genético, que comparte mecanismos con la mitosis pero que no debe confundirse con ella. Produce gametas que son células especializadas, genéticamente distintas a la célula madre ya que en su diferenciación sufren la recombinación de la información genética que recibe el individuo de sus padres. Además, las células hijas presentan una reducción a la mitad de la información. (Células haploide= n) Fig. 41: Meiosis [email protected] www.hospitalitaliano.edu.ar Las células germinales o células madre de gametas son células diploides (2n) presentes en las gónadas. Son las únicas que realizan este tipo de división. La meiosis y la fecundación son la base de la reproducción sexual. La serie de eventos de este proceso consiste en dos divisiones sucesivas sin que entre ellas haya una fase S del ciclo celular, es decir no HAY replicación de cromatina entre la primera y segunda división. Las dos divisiones se designan como Meiosis I y Meiosis II. A cada una de ellas, y para su estudio se las organiza en fases. Meiosis I Profase I: Esta etapa tiene una duración variable y gran cantidad de eventos importantes para la vida. Para su estudio se plantean la existencia de cinco estadios. De manera general esta fase se caracteriza por: El apareamiento de los cromosomas homólogos, que como han pasado por la etapa S del ciclo celular, se han replicado y presentan dos cromátides cada uno. Este apareamiento permite el entrecruzamiento de cromátidas no hermanas de cromosomas homólogos, con el consecuente intercambio genético o crossing over. Este proceso origina variabilidad genética ya que una cromátide de un cromosoma de un progenitor reúne información proveniente del otro progenitor y viceversa. Simultáneamente progresa la condensación de la cromatina. Al igual que en la profase de la Mitosis los centrosomas duplicados comienzan a migrar hacia los polos y a polimerizar microtúbulos que formarán el huso acromático. Metafase I: cada par de homólogos ya recombinados y todavía apareados se unen a fibras cinetocóricas del huso y se ubican en el plano ecuatorial. Anafase I: por actividad conjunta de los microtúbulos cinetocóricos y las placas proteicas del cinetocoro unidas al centrómero de los cromosomas, se produce la separación de cada cromosoma del par de homólogos que se dirigen a polos opuestos. Telofase I: los cromosomas duplicados llegan a los polos a su alrededor se reorganiza la envoltura nuclear y se reconstituyen los 2 núcleos hijos haploides. En estos núcleos se ha reducido el número de cromosomas a la mitad (n= haploides) pero el contenido de cromatina es 2 C (cada cromosoma presenta las cromátides hermanas unidas por la región del centrómero). Puede haber citocinesis o no. Continúa una muy breveinterfase en la cual NO hay fase S (no hay replicación del ADN) La meiosis II es muy similar a una mitosis. Presenta: Profase II, Metafase II, Anafase II y Telofase II. [email protected] www.hospitalitaliano.edu.ar Durante la metafase II los cromosomas con dos cromátides se ubican en el plano ecuatorial con ayuda del huso acromático y durante la anafase II se produce la separación de las cromátidas hermanas dando lugar a 2 núcleos con el material genético 1n-1c (haploide) listo para una maduración que le permita cumplir con el acto reproductivo del individuo. Fig. 42: Esquema sintético de la división meiótica Cuadro comparativo entre mitosis y meiosis Mitosis Una división 2 Células hijas Células hijas con el mismo número de cromosomas (2n) Información genética idéntica a la célula madre. Meiosis Dos divisiones consecutivas sin interfases entre ellas. 4 Células hijas Células hijas con la mitad de cromosomas que la célula madre (n) Información genética recombinada en relación con la célula madre y células genéticamente diferentes entre sí por las diferentes combinaciones de información Se realiza para el crecimiento, re- Se realiza para la obtención de gametas paración de tejidos y regeneración o células sexuales (óvulos y espermatozoides). de estructuras. [email protected] www.hospitalitaliano.edu.ar Diferenciación celular Es el proceso por el cual se generan diferencias entre las células de un individuo. Ocurre durante toda la vida del organismo, pero es mucho más notoria en el período embrionario. Los distintos tipos celulares que aparecen en el individuo adulto se desarrollan a partir de tres capas germinativas del embrión: ectodermo, mesodermo y endodermo. La especialización gradual en estructura y función que sufren las células durante la formación de tejidos – es decir, el desarrollo desde células no diferenciadas de una capa germinativa hasta células diferenciadas de un tejido – es expresión de la diferenciación celular. La diferenciación de una célula, por lo general, implica la pérdida simultánea de otras posibilidades de desarrollo. La potencia de una célula es su capacidad de diferenciarse en distintos tipos celulares. La célula huevo fecundada o cigoto tiene posibilidades máximas de desarrollo, por lo que se dice que es totipotente, dado que da origen a todos los tipos celulares del organismo. Cuando los sucesores del cigoto comienzan a diferenciarse, se va creando una limitación que aumenta en cada diferenciación. Se dice que una célula se ha determinado o comprometido cuando se ha fijado su destino. Luego de la determinación se produce una diferenciación morfológica que se basa en variaciones de la expresión del material genético; se acompaña por la síntesis de determinadas proteínas. Muerte celular La muerte celular puede clasificarse en: Necrosis: son muertes accidentales por cortes, golpes, etcétera. Apoptosis: es una muerte fisiológica programada genéticamente y controlada por un conjunto de genes que se activan y que codifican determinadas proteínas esenciales. El resultado es la eliminación exactamente dirigida de determinadas células y tejidos (muerte celular programada). Entre los cambios morfológicos se pueden observar: la compactación y fragmentación de la cromatina, aparición de protusiones en la superficie celular formadas por fragmentos nucleares; la célula se vuelve esférica por el desarmado del citoesqueleto. Es un fenómeno común, tanto en la vida embrionaria como en la adulta; permite la remodelación de las estructuras formadas o envejecidas. Un ejemplo en el desarrollo embrionario normal es la eliminación de las porciones de tejido que unen los primordios de los dedos de las manos y de los pies, por lo que cada dedo se libera de los demás. [email protected] www.hospitalitaliano.edu.ar Bibliografía 1. Alberts, B. y otros (1998): Biología molecular de la célula. 3° ed. Omega. 2. Audesirk,T.(2003): Biología. La vida en la Tierra. 6° ed. Printice Hall. 3. Bazán, N.; Caro, G.; Lassalle, A.; Maldonado,A. y otros.Botto, J. (coord.) (2006): Biología. Tinta Fresca. 4. www.unl.edu.ar/articles/download/3904 5. Bocalandro,N.; Frid,D. (1999): Biología humana ysalud. Estrada. 6. Curtis,H. y otros (2000): Biología. 6° ed. Editorial Médica Panamericana. 7. Keith L. Moore Dalley (2003): Anatomía con orientación clínica. 4° ed. Editorial Médica Panamericana. 8. Purves,W. y otros (2003): Vida. 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