Ultra estructura nuclear y su función. El núcleo:

El núcleo se encuentra cubierto por una envoltura nuclear; encierra el ADN y define el compartimiento nuclear. La cual consta de dos membranas celulares organizadas en paralelo, continuas al Retículo endoplasmico.

Las dos membranas representan distinta composición: MEMBRANA NUCLEAR INTERNA. Contiene proteínas específicas

que actúan como lugares de unión de la lámina nuclear que la soporta.

MEMBRANA NUCLEAR EXTERNA La cual se parece enormemente a la membrana del retículo

endoplasmático, la cual esta generalmente tapizada por ribosomas que se encargan de la síntesis protéica.

Es el organelo más sobresaliente de la célula eucariota. Puede presentar formas regulares o irregulares. Su tamaño es variable, pero en general está relacionado con el tamaño de la célula.

El núcleo puede presentar en la célula diferentes localizaciones, pero en general su posición es fija y característica para una célula dada

Estructuras internas.

Dentro del núcleo podemos encontrar estructuras como:

Cromosomas, en forma de fibras extendidas, cromatina.

Uno o mas nucléolos (funcionan en la síntesis de proteínas)

Nucleoplasma: sustancia líquida en la que los solutos del núcleo se disuelven.

Matríz nuclear, que es una red fibrilar que contiene proteínas.

Membrana nuclear Es una envoltura nuclear, que lo limita y separa del citoplasma, formada por dos membranas concéntricas perforadas por poros nucleares.

A través de éstos se produce el transporte de moléculas entre el núcleo y el citoplasma.

La membrana más externa es continua y unida al retículo endoplásmico rugoso y el espacio entre las dos membranas se encuentra conectado con el lumen del retículo y sus características y funciones son similares con las del núcleo.

Las membranas nucleares tienen fosfolípidos en sus bicapas.

La membrana interior esta asociada como la lámina nuclear, la cual se caracteriza por ser una malla que le provee soporte al núcleo. Está compuesta por proteínas llamadas lamininas, la mayoría de células eucariotas poseen laminina A, B1, B2.

Son proteínas que pesan alrededor de 60-80 kD, las cuales tienen un grosor de 30-100 nm, estas proteínas se encuentran relacionadas con el citoesqueleto celular.

Estas lamininas están involucradas en la organización funcional del núcleo, pueden tener un papel en el ensamble y desensamble del núcleo después de la mitosis.

La asociación de 2 lamininas forma un dímero que se unen para formar polipéptidos que al unirse uno con otro crean una estructura de superenrrollamiento y al asociarse con otros dímeros se forman la estructura conocida como lámina nuclear.

Adicionalmente estas lamininas se unen a las proteínas integrales de membrana las cuales pueden ayudar a la organización de filamentos de laminina los cuales se convierten en sitios de unión de la membrana interna, como es lo que sucede con la cromatina.

lamininas

Los poros nucleares son las compuertas para cruzar la envoltura nuclear.

Contienen un aparato complejo en forma de canastilla denominado “complejo de poro nuclear”, que cierra el poro de forma similar al de un tapón que se proyecta tanto al citoplasma como al nucleoplasma.

Poros nucleares

Son los lugares donde la membrana interior y exterior del núcleo se unen.

Estos son capaces de transportar sustancias al interior del núcleo pues posen un diámetro de 10 nm. Estos

poros nucleares permiten el intercambio de péqueños elementos entre el núcleo y el citoplasma como por

ejemplo iones, moléculas polares y macromoléculas como (proteínas y RNA).

Son estructuras bastante complejas que poseen un diámetro de 120 nm y una masa molecular aproximada

de 125 millones de Daltons, es aproximadamente 30 veces del tamaño de un ribosoma.

Los mRNAs que son sintetizados en el núcleo son transportados eficientemente al citoplasma donde

permiten la síntesis de proteínas. Es de notar que las proteínas requeridas para funciones nucleares

(factores de transcripción) deben ser transportadas desde el citoplasma al núcleo.

Las moléculas pequeñas (5 kDa o menos) difunden en forma prácticamente libre, pero las proteínas de gran tamaño necesitan contar con un “señal de localización nuclear”, que generalmente consiste en una corta secuencia de aminoácidos (de 4 a 8).

Para el transporte de moléculas a través de los poros se necesitan dos diferentes mecanismos:

Difusión pasiva donde pequeñas partículas de al menos de 20 kD pasan rápidamente a través de la membrana nuclear y el diámetro del canal en ese momento continua en 10 nm. Sin embargo, la mayoría de proteínas y mRNAs son muy grandes para pasar por este canal para ello se necesita un transporte activo dependiente de energía en el cual estas son transportadas selectivamente en una sola dirección de núcleo a citoplasma o citoplasma a núcleo, en este momento el poro se abre hasta un diámetro de 25 nm en respuesta a señales especificas.

El proceso de entrada de una proteína destinada al núcleo necesita que otra proteína citosólica ("receptor nuclear de importación") llamada nucloporina se una a la señal de localización nuclear y requiere además de la energía que proporciona la hidrólisis de una molécula de trifosfato de guanidina (GTP).

Esto provoca la dilatación del poro y permite el pasaje de la proteína.

A pesar de su tamaño considerable los CPN contienen solo alrededor de 30 nucleoporinas, que están muy conservadas entre las levaduras y los carbohidratos.

Estas proteínas se encuentran ordenadas con una simetría octogonal. Poro nuclear. Vista lateral 1. Envoltura

nuclear. 2. Anillo externo 3. Rayos. 4. Canasto. 5. Filamentos. (Dibujado en base a microscopía electrónica).

Las nucleoporinas tienen diferentes posiciones, por ejemplo:

Simétrico

Citoplásmico.

Tampoco los ARN pueden salir de núcleo por sí mismos. Ellos salen a través del complejo de poro con una proteína especial que posee una señal nuclear de exportación (nuclear export signal, NES). Ambas NSL y NES consisten en una secuencia corta de aminoácidos, muchos de los cuales tienden a estar ubicados centralmente dentro de las proteína.

las proyecciones filamentosas desde la cara citosólica del complejo pueden enlazar proteínas, conduciéndolas dentro del poro central. Los filamentos citosólicos, el poro central y la canasta nuclear se proyectan dentro del compartimiento nuclear. Se cree que la canasta puede ser un área importante de paso para la preparación de las ribonucleoproteínas (RNP) antes de ser exportadas.

Las moléculas de mayor tamaño requieren de una proteína “transbordadora” o carioportina. La superfamilia de carioportinas esta integrada por: importinas . exportinas y transportinas .

Las importinas son heterodímeros, formados por dos subunidades, la subunidad-a se une a la NSL de la proteína nuclear permitiendo la unión con la subunidadad-b. Esta unión origina una “importina funcional” que lleva unida a la proteína nuclear a ser transportada.

El complejo importina funcional se pone en contacto con los filamentos citosólicos, donde guiado por las nucleoporinas (Nup), llega al poro central.

La translocación de complejo importina/carga es regulado por la pequeña RanGTPasa , que se une a la subunidad β de la importina.

Esta β-importina es la encargada de interactuar con el poro provocando su dilatación y posibilitando el ingreso de la proteína nuclear.

La translocación de proteínas es un proceso activo. Cuando el complejo penetra al interior del núcleo, las subunidades de importina se

separan y la carga es liberada. La disociación de las subunidades causa entonces un nuevo cambio en su forma,

dejando al descubierto la NES de cada subunidad. Otras proteínas en el poro central reconocen la NES y retornan las subunidades al

citoplasma.

EXPORTACIÓN DE ARN Los ARN maduros se asocian a proteínas

llamadas transportinas, las cuales actúan como transbordadores permitiendo el pasaje de ARN al citoplasma.

En la figura se esquematiza como el ARNm es llevado fuera del núcleo.

Los ARNm maduros que presentan la poli A se asocian con varias proteínas, formando una partícula de ribonucleoproteína (RNP).

Estas partículas se mueven linealmente a través de la canasta nuclear.

Al igual que las importinas, las RNP son recicladas hacia el núcleo.

En el citoplasma, las CRBP ( del inglés, cytoplasmic RNA-binding proteins) reemplazan a las RNP para guiar a los ARNs a sus destinos citosólicos correctos.

Se importan dentro del núcleo:

· Las proteínas sintetizadas en el citoplasma necesarias para ensamblar los ribosomas.

· Los factores de transcripción requeridos en la activación o inactivación de los genes.

· Los factores de empalme necesarios en el proceso de maduración de los ribosomas.

Las moléculas y macromoléculas ensambladas y exportadas desde el núcleo al citoplasma incluyen:

· Las subunidades ribosomales

· ARNm · ARN de transferencia · Factores de

transcripción que son devueltos al citoplasma para ser reutilizados.

ESTRUCTURA PRIMARIA DE LOS ÁCIDOS NUCLÉICOSLos ácidos nucléicos están formados por la polimerización de muchos nucleótidos, los cuales se unen por enlaces fosfodiester entre el carbono 5' de un nucleótido y el carbono 3' del siguiente. En la síntesis de DNA o RNA, el nucleótido que se va a añadir a la cadena de polinucleótido (siempre en forma trifosfato) se une por su OH en posición 5' al grupo OH en posición 3' del último nucleótido de la cadena de polinucleótido mediante un enlace fosfodiéster.

ESTRUCTURA SECUNDARIA: APAREAMIENTO DE BASES Y ESTRUCTURA DE DOBLE HÉLICELa estructura de doble hélice se define como una larga hebra de ácido nucléico enrollada alrededor de otra hebra formando un par entrelazado. En cada extremo de una doble hélice lineal de DNA, el extremo 3'-OH de una de las hebras es adyacente al extremo 5'-P (fosfato) de la otra. En otras palabras, las dos hebras son antiparalelas, es decir, tienen una orientación diferente. La prima (´) indica la posición del carbono en un azúcar.

Por convención, la secuencia de bases de una hebra sencilla se escribe con el extremo 5'- P a la izquierda.

ESTRUCTURAS ALTERNATIVAS DEL ADNBajo diferentes condiciones de asilamiento, se han reconocido varias formas conformacionales del ADN. Cuando Watson y Crick realizaron sus análisis, se conocían dos formas de ADN: ADN-A y ADN-B. La hélice que forma es habitualmente dextrosa (tipo B) y está fuertemente enrollada, pero puede estar débilmente enrollada (tipo A), o enroscarse hacia la izquierda (tipo Z, siniestrosa) lo que afecta la expresión de los genes.

EMPAQUETAMIENTO DEL ADNLas moléculas de ADN en estructura secundaria (doble hélice), interaccionan con proteínas (histonas y no histonas), conformando los CROMOSOMAS en diferentes estados de compactación, directamente relacionados con las fases del ciclo celular.

ADN-A, ADN-B ADN-Z Dextrógiro Dextrógiro Levógiro Más ancha y corta Intermedia Más estrecha y larga

El nucleoplasma, rodeado por la envuelta nuclear, contiene la cromatina, la cual se puede considerar como el ADN (ácido desoxirribonucleico) más todas las moléculas relacionadas con su organización, fundamentalmente histonas.

El ADN está formado por 4 desoxirribonucleótidos (abreviado como nucleótidos).

Cada nucleótido contiene una sucesión de tres componentes: base, pentosa y grupo fosfato. Las bases son cuatro, dos púricas: adenina (A) y guanina (G), y dos pirimidínicas: timina (T) y citosina (C).

La pentosa es la desoxiribosa. Cada base se une a una pentosa formando un desoxinucleósido.

Cada desoxirribonucleósido se une un grupo fostato por un carbono de la pentosa formándose un desoxirribonucleótido

Así, una cadena de ADN está formado por una sucesión de nucleótidos unidos entre sí por los grupos fosfato.

Esto es una cadena simple pero el ADN está formado por dos cadenas simples gracias a la complementariedad que existe entre las bases A y T y entre G y C, las cuales establecen uniones del tipo puentes de hidrógeno.

Las dos hebras son antiparalelas, es decir, que en los extremos tenemos el carbono 3' de una cadena y el 5' de la otra.

Ambas se disponen en forma de doble hélice de unos 2.5 nm de anchura.

El ADN no se encuentra libre en el núcleo sino asociado a proteínas como las histonas y a otras proteínas implicadas en su procesamiento, formando en conjunto la cromatina.

Las histonas son proteínas asociadas al ADN que determinan su organización.

Hay dos tipos: las nucleosómicas que son cuatro (H2A, H2B, H3 y H4) y la histona H1.

Las cuatro histonas nucleosómicas son las responsables de formar junto con el ADN los denominados nucleosomas, que son la unidad estructural básica de la cromatina.

En menor proporción hay otras proteínas que pueden estar asociadas al ADN.

Entre ellas se encuentran todas las proteínas responsables de la expresión (transcripción), síntesis (replicación) y empaquetamiento del ADN.

En el siguiente nivel de empaquetamiento, las fibras de 30 nm se organizan en una serie de bucles o asas superenrolladas.

Estos bucles se estabilizan gracias a la interacción con las proteínas de la matriz nuclear o andamiaje nuclear (“scaffold”).

Cada bucle de cromatina representa un dominio funcional o unidad de replicación (e)

Estos dominios contienen alrededor de 100.000 pares de bases, extensión de ADN suficiente para acomodar varios genes de tamaño promedio.

Algunos genes, sin embargo, pueden abarcar varios dominios adyacentes de un cromosoma.

Cada cromosoma puede tener cien o más dominios.

.

Durante la profase, los cromosomas aparecen en forma más condensada, alcanzando la cromatina su mayor nivel de condensación en metafase (f).

La organización de los cromosomas envuelve la fosforilación de la H1 y otras proteínas, lo cual causa el plegamiento y empaquetamiento aún más compacto de la cromatina. El andamiaje o matriz nuclear se convierte en el centro de la estructura del cromosoma, y como la compactación continúa, éste se pliega modo de acordeón

El grado de condensación de los dominios de cromatina se mantiene principalmente debido a la asociación con la matriz nuclear y a proteínas asociadas como la topoisomerasa II o girasa, encargada de controlar el grado de superenrollamiento del ADN.

La unión entre la cromatina y la matriz se da a nivel de zonas altamente conservadas, denominadas secuencias SAR o MAR (scaffold associated regions/ matrix attachment regions).

Las SAR son regiones de varios cientos de pares de bases ricas en residuos de adenina y timina, abundantes en la heterocromatina

EL CROMOSOMA EUCARIOTA Cada cromosoma eucariota consiste en una molécula simple de ADN de alrededor de 150

millones de pares de nucleótidos. La molécula de ADN en el cromosoma eucariota es lineal, por lo tanto posee dos extremos (en

contraste con el cromosoma bacteriano que es circular). La molécula de ADN de un cromosoma típico eucariota contiene: · Un conjunto lineal de genes que codifican para ARN y proteínas interrumpido por · Muchas secuencias de ADN no codificante. El ADN no codificante incluye: · Secuencias de aproximadamente 170 nucleótidos de ADN satélite, repetidas miles de

veces, que corresponden al centrómero. · Secuencias repetitivas en los extremos del cromosoma llamadas telómeros. · Múltiples secuencias señalizadoras altamente conservadas, denominadas origen de

replicación (ORI) , necesarias para que se realice la duplicación del ADN en un tiempo breve. El centrómero es una constricción primaria localizada centralmente o hacia los extremos de cada cromosoma. El ADN centromérico como ya mencionamos es altamente repetitivo y se encuentra siempre condensado siendo parte

de la heterocromatina.

Los cromosomas se diferencian por la ubicación del centrómero

Durante la mayor parte de la vida de la célula, los cromosomas son demasiado largos y tenues para ser vistos bajo un microscopio.

Al parecer los cromosomas aparecen al principio de la mitosis y desaparecen una vez que la división celular concluye.

ENPAQUETAMIEMTO DEL GENOMAUna célula humana en promedio contiene cerca de 6.4

mil millones de pares de bases de DNA divididos entre 46 cromosomas.

Cada cromosoma no replicado contiene una molécula continua y única de DNA; entre mas largo es el cromosoma, mas largo es el DNA que contiene.

Puesto que cada par de bases mide alrededor de 0.34 nm. de longitud, la longitud de los 6 mil millones de pares de bases que constituyen una molécula de DNA completa se aproxima a 2 m.

En la división celular, la cromatina se condensa y las fibras se enrollan para formar cromosomas

El genoma humano (como el de cualquier organismo eucariota) está formado por cromosomas, que son largas secuencias continuas de ADN altamente organizadas espacialmente (con ayuda de proteínas histónicas y no histónicas)

• Un gen es la unidad básica de la herencia, y porta la información genética necesaria para la síntesis de una proteína (genes codificantes) o de un RNA no codificante (genes de RNA).

• Está formado por • una secuencia promotora, que

regula su expresión, • una secuencia que se transcribe,

compuesta a su vez por: secuencias UTR (regiones flanqueantes no traducidas), necesarias para la traducción y la estabilidad del RNAm,

• exones (codificantes) • intrones, que son secuencias de

DNA no traducidas situadas entre dos exones que serán eliminadas en el procesamiento del RNAm.

EL CROMOSOMA EUCARIOTA Cada cromosoma eucariota consiste en una molécula simple de ADN

de alrededor de 150 millones de pares de nucleótidos. La molécula de ADN en el cromosoma eucariota es lineal, por lo tanto

posee dos extremos (en contraste con el cromosoma bacteriano que es circular).

La molécula de ADN de un cromosoma típico eucariota contiene: · Un conjunto lineal de genes que codifican para ARN y proteínas

interrumpido por muchas secuencias de ADN no codificante. El ADN no codificante incluye: · Secuencias de aproximadamente 170 nucleótidos de ADN satélite,

repetidas miles de veces, que corresponden al centrómero. · Secuencias repetitivas en los extremos del cromosoma llamadas

telómeros. · Múltiples secuencias señalizadoras altamente conservadas,

denominadas origen de replicación (ORI) , necesarias para que se realice la duplicación del ADN en un tiempo breve.

Cuando el cromosoma en interfase se esparce artificialmente sobre agua, tiene la apariencia de un collar de perlas. Las perlas son los nucleosomas, las unidades de enrollamiento de la cromatina.

Los nucleosomas están formados por un centro o "core" de histonas. Dicho centro posee dos copias de cada una de las siguientes histonas: H2A; H2B; H3 y H4

Alrededor del centro de histonas, 146 pares de bases del ADN se enrollan en dos vueltas.

La unión de las histonas al ADN no depende de una secuencia particular de nucleótidos, sino de la secuencia de aminoácidos de la histona. Las histonas son unas de las moléculas más conservadas durante el transcurso de la evolución

Alrededor de 60 pares de bases de ADN unen un nucleosoma con el próximo.

Cada región de unión es el ADN espaciador.

La quinta histona, la H1, conecta a los nucleosomas y actúa como una banda de goma, manteniéndolos juntos dentro de una misma cuerda enrollada.

Esta estructura se conoce como fibra de 10nm, siendo el primer grado del empaquetamiento de la cromatina.

Los nucleosomas se organizan, a su vez, en fibras de 30nm (solenoide), girando a manera de resorte alrededor de un eje virtual. Esta estructura es mantenida por la interacción de las H1 de nucleosomas cercanos.

En el siguiente nivel de empaquetamiento, las fibras de 30 nm se organizan en una serie de bucles o asas superenrolladas). Estos bucles se estabilizan gracias a la interacción con las proteínas de la matriz nuclear o andamiaje nuclear (“scaffold”).

Cada bucle de cromatina representa un dominio funcional o unidad de replicación. Estos dominios contienen alrededor de 100.000 pares de bases, extensión de ADN suficiente para acomodar varios genes de tamaño promedio. Algunos genes, sin embargo, pueden abarcar varios dominios adyacentes de un cromosoma.

Cada cromosoma puede tener cien o más dominios. Durante la profase, los cromosomas aparecen en forma más condensada, alcanzando la cromatina su mayor nivel de condensación en metafase.

La organización de los cromosomas envuelve la fosforilación de la H1 y otras proteínas, lo cual causa el plegamiento y empaquetamiento aún más compacto de la cromatina.

El andamiaje o matriz nuclear se convierte en el centro de la estructura del cromosoma, y como la compactación continúa, éste se pliega modo de acordeón.

La posición del centrómero, determina el largo de los brazos del cromosoma; en base a esto se puede clasificar a los cromosomas en: (Fig. 10.15)

· Metacéntricos: el centrómero en posición central determina brazos de igual longitud

· Submetacéntricos: un par de brazos es más corto que el otro, pues el centrómero se encuentra alejado del centro.

· Acrocéntricos: el centrómero se halla próximo a uno de los extremos, por lo tanto uno de los brazos es casi inexistente.

Los telómeros son cruciales en la vida de la célula. Ellos son necesarios para la duplicación completa del cromosoma, los protegen de las nucleasas, evitan que los extremos del cromosoma se fusionen entre sí y facilitan la interacción del cromosoma con la envoltura nuclear.

El más corto de los dos brazos del cromosoma se llama p; el más largo es el brazo q.

El cariotipo es una representación gráfica o fotográfica de los cromosomas presentes en el núcleo de una sola célula somática de un individuo. Cada miembro del par de cromosomas homólogos proviene de cada uno de los padres del individuo cuyas células examinamos.

El cariotipo de la mujer contiene 23 pares de cromosomas homólogos, 22 pares son autosomas y el par restante, cromosomas sexuales, ambos " X".

El cariotipo del hombre contiene los mismos 22 pares de autosomas y 1 par de cromosomas sexuales, un cromosoma sexual "X" y un cromosoma sexual "Y" (un gen en el cromosoma Y designado SRY es el que pone en marcha el desarrollo de un varón, por lo tanto determina el sexo).

El análisis del cariotipo involucra la comparación de cromosomas por su longitud, la ubicación de los centrómeros y la ubicación y los tamaños de las bandas G.

• Además de los genes codificantes de proteínas, el genoma humano contiene varios miles de genes ARN cuya transcripción reproduce:

• ARN de transferencia (ARNt), • ARN ribosómico (ARNr),• microARN (miARN), ARN no codificantes. (otros genes)

Microfotografía electrónica de los genes nucleolares (ADNr) durante la transcripción. Observe como la longitud de los transcriptos primarios aumenta a medida que nos alejamos del punto de inicio.

El cariotipo es característico de cada especie, al igual que el número de cromosomas; el ser humano tiene:

46 cromosomas (23 pares porque somos diploides o 2n) en el núcleo de cada célula.

Organizados en 22 pares autosómicos y 1 par sexual (hombre XY y mujer XX). Cada brazo ha sido dividido en zonas y cada zona, a su vez, en bandas e

incluso las bandas en sub-bandas, gracias a las técnicas de marcado

El cariotipo es un esquema, foto o dibujo de los cromosomas de una célula metafásica ordenados de acuerdo a su morfología (metacéntricos, submetacéntricos, telocéntricos, subtelocéntricos y acrocéntricos) y tamaño, que están caracterizados y representan a todos los individuos de una especie.

A

1 y 3 metacéntricos2 submetacéntricos submetacéntricos

con dos brazos muy diferentes en tamaño

BC

submetacéntricos

D

acrocéntricos

E

16 metacéntrico17 y 18 submetacéntricos

F

metacéntricos

G

acrocéntricos

No obstante puede darse el caso, en humanos, de que existan otros patrones en los cariotipos, a lo cual se le conoce como aberración cromosómica.

Los cromosomas se clasifican en 7 grupos, de la A a la G, atendiendo a su longitud relativa y a la posición del centrómero, que define su morfología. De esta manera, el cariotipo humano queda formado así:

Grupo G: Se encuentran los pares cromosómicos 21, 22, Y. Se caracterizan por ser cromosomas pequeños y acrocéntricos (21 y 22 con satélites).

Mediante el cariotipado se pueden analizar anomalías numéricas y estructurales, cosa que sería muy difícil de observar mediante genética mendeliana.

Una vez que la mitosis se completa, la mayor parte de la cromatina de los cromosomas mitóticos muy compactados regresa a su condición difusa de la interface.

Sin embargo, por lo general cerca del 10% de la cromatina permanece en forma condensada o compactada durante la interface.

La cromatina que se mantiene compactada durante la interface se conoce como HETEROCROMATINA para distinguirla de la EUCROMATINA, que retorna al estado disperso.

Cuando se observa al microscopio electróncio un núcleo de una célula en interfase aparecen zonas claras y oscuras.

Las oscuras se corresponden mayoritariamente con cromatina compactada, denominada heterocromatina. La heterocromatina se suele situar en las proximidades de la envuelta nuclear o en los alrededores del nucléolo.

En las zonas claras la cromatina se dispone de forma más laxa y se denomina eucromatina. A veces se observa una estructura más o menos redondeada más oscura que es el nucléolo, una porción de la cromatina relacionada con la producción de ARN ribosómico y el ensamblaje de ribosomas, como veremos en el apartado siguiente.

La heterocromatina se divide en dos clases. La heterocromatina no constitutiva permanece

en el estado compacto en todas las células durante todo el tiempo y por tanto representa el DNA permanentemente silenciado.

El DNA de la heterocromatina constitutiva consiste sobre todo en secuencias repetitivas y contiene hasta cierto punto pocos genes.

Cuando los genes que en condiciones normales son activos se mueven a una posición adyacente de la heterocromatina, tienden a silenciarse desde el punto de vista transcripcional, un fenómeno que se conoce como efecto de posición.

La eucromatina se suele corresponder con regiones del ADN que está transcribiéndose, mientras que la heterocromatina es en su mayoría transcripcionalmente inactiva.

La heterocromatina a su vez se divide en heterocromatina facultativa, es decir, que puede pasar de heterocromatina a eucromatina y viceversa, y en heterocromatina constitutiva que está siempre condensada y corresponde al 10-20 % de la heterocromatina.

La heterocromatina facultativa es una cromatina que se inactiva de manera especifica durante ciertas fases de la vida de un organismo o en ciertos tipos de células diferenciadas.

Aunque las células de las hembras contienen dos cromosomas X, solo uno de ellos ejerce actividad transcripcional. El otro cromosoma X permanece condensado como un cumulo de heterocromatina que se denomina corpúsculo de barr.

El ciclo celular se puede considerar como una sucesión de etapas por las que transcurre la vida de una célula.

Una célula "nace" a partir de la división de una predecesora, pasa por una serie de etapas donde crece, duplica su tamaño y, por último, se divide para dar dos células hijas que comenzarán de nuevo el ciclo. Esto es lo que ocurre a las células que proliferan. Sin embargo, hay otras posibilidades. Así, muchas células no se dividirán nunca, como las neuronas, y otras nacerán no de la división sino de la fusión de dos células, como ocurre cuando se fusionan dos gametos para dar un zigoto y crear un organismo nuevo. Finalmente, algunas células morirán.

Hay dos grandes tipos de células en los organismos pluricelulares: las células somáticas y las células germinales.

Las células somáticas son las que no producirán gametos, mientras que las células germinales sí.

Esta distinción es importante porque las células germinales dan lugar a los gametos por un proceso denominado meiosis, mediante el cual se consiguen cuatro gametos haploides a partir de una célula diploide.

Las células somáticas que proliferan terminarán su ciclo celular dividiéndose y convirtiéndose en dos células hijas con la misma dotación génica que su antecesora por un proceso denominado mitosis.

El ciclo celular pasa por una serie de etapas denominadas: G1, S, G2 y M (las letra G significa intervalo o "gap", la S síntesis y la M mitosis). Esta secuencia se mantiene en prácticamente todas las células que proliferan y sólo ocasionalmente alguna de las fases es omitida. Las fases G1, S y G2 se suelen agrupar en la denominada interfase.

La fase G1 es la primera por la que pasa una célula. Es la etapa más larga y más variable, y en ella se produce crecimiento celular hasta alcanzar el tamaño óptimo. Existe un sistema molecular, denominado punto de control, que impide que la célula comience la siguiente etapa, fase S, si no se han alcanzado todos los requisitos necesarios para avanzar en el ciclo celular. Por ejemplo, un tamaño adecuado. No todas las células de un organismo adulto proliferan continuamente, sino que la mayoría detienen el ciclo celular para realizar una función. En esta parada del ciclo celular pueden estar un tiempo determinado y luego volver a reemprenderlo, o permanecer en esta fase para siempre.

La fase G1 es el periodo del ciclo celular que abarca desde que termina la fase M hasta que comienza la fase S. Durante la fase G1 la célula comprueba las condiciones externas e internas y decide si continuar con el ciclo celular o no.

Las señales internas son aquellas que informan del estado de salud de la célula, como una correcta dotación de elementos celulares tras la división, una segregación correcta de los cromosomas, etcétera. Si todas estas señales son propicias la célula crecerá en tamaño y se preparará para entrar en la fase S.

Sin embargo, la mayoría de las células de un organismos pluricelular adulto no se dividen constantemente sino que detienen su ciclo celular en la fase G1, temporal o permanentemente. Detener el ciclo celular supone que la célula se va a diferenciar, a quedar quiescente, a sufrir un periodo de senescencia o a morir por apoptosis.

Cuando la célula queda detenida en fase G1 en forma quiescente se dice que está en fase G0.

Las moléculas que están en la base de los puntos de control, y por tanto de la progresión del ciclo celular, son las quinasas dependientes de ciclinas o CdKs (Cyclin-dependent kinases ). Estas enzimas, se han encontrado 9 diferentes en las células eucariotas, necesitan estar unidas a unas proteínas denominadas ciclinas y además ser activadas por fosforilación. Una vez activadas son las responsables de fosforilar numerosos sustratos, entre los que se encuentran los inhibidores del avance del ciclo celular, permitiendo así que el ciclo progrese.

la mayoría de las células de un organismo adulto no están en permanente proliferación. Ello es debido a que existen inhibidores de las Cdk/ciclinas de la fase G1. Hay diversos tipos de inhibidores y uno de ellos es el p53, un factor de transcripción que está dañado en numerosos tipos de cánceres. Cuando hay daño del DNA celular, estrés celular, cambios de pH u otras alteraciones celulares, aumenta su concentración y provoca la activación del gen p21, el cual a su vez impide la fosforilación de Rb, y por tanto la célula no comienza la fase S.

En la fase S o de síntesis se duplica el ADN. Ésta es una acción compleja debido a la gran longitud de las hebras de ADN que forman un núcleo eucariota. Además, la replicación del ADN debe cumplir dos condiciones: una sola replicación y cometer los menos fallos posibles. Cualquier error en la copia del ADN puede llevar a daños letales para las células hijas o incluso para la totalidad del organismo.

La fase G2 es otra etapa de crecimiento, más breve que la G1, en la cual se acumulan los productos necesarios para la siguiente etapa, la fase M, en la que se producirá la división celular

La fase M o mitosis es quizás la más compleja y la que supone una mayor reordenación de los componentes celulares. Hay muchos procesos que se disparan y avanzan en paralelo. La mitosis se puede dividir a su vez en varias etapas relacionadas con los diferentes estados por los que va pasando el ADN. Se denominan profase, metafase, anafase y telofase, durante las que el ADN se compacta, forma cromosomas, se organizan y segregan, y finalmente se descondensan para formar los núcleos de las células hijas.

Durante este proceso ocurren otros procesos en paralelo: rotura de la envuelta nuclear, formación del huso mitótico, reparto de componentes citoplasmáticos, entre otros. La fase M termina con la citocinesis o separación del citoplasma en dos como consecuencia de un estrangulamiento del citoplasma original que lleva a un acercamiento, fusión y posterior fisión de la membrana plasmática, resultando dos células hijas diploides e iguales a la célula madre.

¿Qué es replicación?

El proceso de replicación de ADN es el mecanismo que permite al ADN duplicarse (es decir, sintetizar una copia idéntica).

De esta manera de una molécula de ADN única, se obtienen dos o más "clones" de la primera. Esta duplicación del material genético se produce de acuerdo con un mecanismo

semiconservador, lo que indica que las dos cadenas complementarias del ADN original, al separarse, sirven de molde cada una para la síntesis de una nueva cadena complementaria de la cadena molde, de forma que cada nueva doble hélice contiene una de las cadenas del ADN original.

Gracias a la complementariedad entre las bases que forman la secuencia de cada una de las cadenas, el ADN tiene la importante propiedad de reproducirse idénticamente, lo que permite que la información genética se transmita de una célula madre a las células hijas y es la base de la herencia del material genético.

La replicación supone mas que la incorporación de nucleótidos.

El desenrrollamiento del dúplex y la separación de las cadenas requiere de la ayuda de dos tipos de proteínas que se unen al ADN.

Helicasa, enzima que desenrolla al dúplex.

Proteínas que se unen al DNA de cadena sencilla.

La molécula de ADN se abre como una cremallera por ruptura de los puentes de hidrógeno entre las bases complementarias liberándose dos hebras y la ADN polimerasa sintetiza la mitad complementaria añadiendo nucleótidos que se encuentran dispersos en el núcleo. De esta forma, cada nueva molécula es idéntica a la molécula de ADN inicial.

Las helicasas de DNA desenrollan al dúplex del DNA en una reacción que utiliza energía liberada a partir de la hidrólisis del ATP para separar los puentes de hidrogeno que mantiene juntas a las cadenas.

El desenrrollamiento del DNA por la helicasa se mantiene por la unión de las proteínas SSB a las cadenas sencillas de DNA.( permite que no se vuelvan a enrollar)

REPLICACIÓNLa replicación es el proceso en el cual se copia el

ADN, este proceso es semiconservativo y bidireccional.

En toda célula que va a dividirse la cromatina debe duplicarse para repartirse por igual entre las células hijas. Cada cromátida sólo tiene una doble hélice de DNA y en cada cromátida de un cromosoma la doble

hélice presenta una cadena vieja y otra recién sintetizada.http://highered.mcgraw-

hill.com/olc/dl/120076/micro04.swf

Las cadenas se separan al romperse los puentes de hidrógeno que mantenían unidas a las bases. Cada una de las cadenas originales sirve luego como molde para la formación de una cadena complementaria nueva con los nucleótidos disponibles en la célula.

La separación de las cadenas va a tener como resultado la formación de dos cadenas:

Cadena adelantada, y la cadena retrasada en donde se vana formar fragmentos llamados de Okazaki por una enzima primasa.

Conforme la helicasa viaja la primasa se une de manera periódica a la helicasa y sintetiza los iniciadores de RNA que comienzan la formación de cada fragmento de okazaki

Necesita de muchas enzimas, y una gran cantidad de energía en forma de ATP (después de la fase de replicación S, las células pasan a una fase G para recuperar energía para la siguiente fase de la división celular).

La velocidad de replicación del ADN en el ser humano es de 50 nucleótidos por segundo, y en procariotas de 500/segundo.

HelicasasTopoisomerasasADN polimerasaADN ligasa. ARN primasa

Los iniciadores de RNA se polimerizan después como DNA por medio de polimerasas de DNA III, cada fragmento sintetiza partes de la cadena retrasada.

Esto sucede ya que la polimerasa III se recicla del sitio donde se ha terminado cada fragmento de okazaki y pasa al siguiente sitio medio de la cadena retrasada.

El movimiento de la horquilla es bidireccional en la mayoría de los casos, es decir, a partir de un punto se sintetizan las dos cadenas en ambos sentidos.

La replicación empieza en puntos determinados: los orígenes de replicación.

Las proteínas iniciadoras reconocen secuencias de nucleótidos específicas en esos puntos y facilitan la fijación de otras proteínas que permitirán la separación de las dos hebras de ADN formándose una horquilla de replicación.

Un gran número de enzimas y proteínas intervienen en el mecanismo molecular de la replicación, formando el llamado complejo de replicación o replisoma.

Los eucariontes poseen muchos orígenes de replicación, probablemente debido a la enorme cantidad de ADN que poseen y a que su material hereditario en la inmensa mayoría de los casos esta repartido en varias moléculas de ADN distintas o varios cromosomas. Por tanto, los eucariontes tienen en cada cromosoma muchos orígenes de replicación, y como consecuencia, muchos replicones (unidades de replicación).

En cada horquilla de replicación, la ADN polimerasa y otras enzimas sintetizan dos nuevas cadenas de ADN que son complementarias respecto a las 2 cadenas originales.

Durante este proceso, la ADN polimerasa reconoce una base nucleotídica no apareada de la cadena original y la combina con un nucleótido libre que tiene la base complementaria correcta.

Luego, la ADN polimerasa cataliza la formación de nuevos enlaces covalentes que ligan el fosfato del nucleótido libre entrante con el azúcar del nucleótido previamente agregado en la cadena hija en crecimiento.

De esta forma, la ADN polimerasa sintetiza el esqueleto de azúcar-fosfato de la cadena hija.

La ADN polimerasa tiene unas restricciones: -Sólo unen nucleótidos en el sentido 5’---3’, por lo que al ser las dos cadenas antiparalelas, sólo una se puede sintetizar de forma continua: es la hebra adelantada.

La otra, la hebra retardada, se sintetiza de forma discontinua, a partir de fragmentos de ADN que la ADN polimerasa va sintetizando sobre el ADN patrón, según la hélice se va abriendo. Son los denominados fragmentos de Okazaki, que se unirán posteriormente mediante la ADN ligasa

Sólo pueden alargar cadenas, no las forman de nuevo, por lo que para que se dé la síntesis de la cadena retardada, no basta con el ADN molde. Es necesario que exista un cebador: una cadena previa, con un extremo OH3’ de un nucleótido, al que se puedan seguir uniendo otros nucleótidos. Este cebador es una corta cadena de ARN, cuya síntesis la realiza la ARN primasa.

La helicasa rompe los puentes de hidrógeno de la doble hélice permitiendo el avance de la horquilla de replicación.

La topoisomerasa impide que el ADN se enrede debido al superenrollamiento producido por la separación de la doble hélice.

Las proteínas SSB se unen la hebra discontínua de ADN, impidiendo que ésta se una consigo misma.

La ADN polimerasa sintetiza la cadena complementaria de forma continua en la hebra adelantada y de forma discontínua en la hebra rezagada.

La ARN primasa sintetiza el cebador de ARN necesario para la síntesis de la cadena complementaria a la cadena rezagada.

La ADN ligasa une los fragmentos de Okazaki. El proceso se puede dividir en 3 fases: iniciación, elongación y terminación. El cebador: son pequeñas unidades de RNA que se unen a los fragmentos para que la ADN

polimerasa reconozca donde debe unirse. los cebadores los quita la pol I y coloca bases a la cadena en crecimiento por la ligasa.

Las ADN polimerasas solamente saben sintetizar ADN en la dirección 5' - 3' añadiendo nucleótidos al extremo 3' OH de otro nucleótido. Para que puedan iniciar la síntesis de ADN necesitan un extremo 3' OH al que ir añadiendo nucleótidos, y ese extremo 3' OH lo suministra un ARN de pequeño tamaño que se denomina ARN cebador o "primer “

La síntesis de ADN comienza, por tanto, sintetizando un corto segmento de ARN denominado cebador, dicho cebador lo sintetiza un enzima denominado Primasa. La Primasa es una ARN polimerasa que utiliza como molde ADN.

Todos los fragmentos de Okazaki comienzan por un Cebador.

la Holoenzima de ADN polimerasa III lleva a cabo la síntesis del fragmento de ADN correspondiente hasta llegar al siguiente cebador. En ese momento, la ADN polimerasa I sustituye a la Holoenzima de ADN polimerasa III.

La ADN polimerasa I se encarga de retirar el ARN cebador mediante su actividad exonucleótídica 5'P - 3' OH y al mismo tiempo rellena el hueco sintetizando ADN.

Por último, los dos fragmentos de Okazaki tienen que unirse, es necesario enlazar el extremo 3'OH de un fragmento con el 5'P del siguiente fragmento. Dicha labor de sellado y unión de los sucesivos fragmentos la realiza la Ligasa

Las topoisomerasas disminuyen la tensión de las proteínas de unión a cadena simple para mantener separadas las cadenas abiertas..

Desenrollamiento y apertura de la doble hélice en el punto ori-c. Interviene en ello el replisoma, un conjunto de enzimas que intervienen conjuntamente para

realizar esta función. Las helicasas, que facilitan el desenrollamiento. Las girasas y topoisomerasas, que eliminan la tensión generada por la torsión en el

desenrrollamiento. Actúan las proteínas SSBP que se unen a la hebra molde para que no vuelva a enrollarse.

Síntesis de dos nuevas hebras de ADN. Actúan las ADN polimerasas para sintetizar las nuevas hebras en sentido 5´-3´, ya que la lectura se

hace en el sentido 3´-5´. Intervienen las ADN polimerass I y III, que se encargan de la replicación y corrección de errores. La

que lleva la mayor parte del trabajo es la ADN polimerasa III La ADN polimerasa II, corrigiendo daños causados por agentes físicos. La cadena 3´-5´ es leída por la ADN polimerasa III sin ningún tipo de problemas (hebra adelantada).

En la cadena 5´-3´ que no puede ser leída directamente, se van leyendo pequeños fragmentos (fragmentos de Okazaki) que crecen en el sentido 5´-3´y que más tarde se unen. Esta es la hebra retardada.

La ADN polimerasa III es incapaz de iniciar la síntesis por sí sola, para esto necesita un cebador (ARN) que es sintetizado por una ARN polimerasa (=primasa). Este cebador es eliminado posteriormente

LA ADN polimerasa, además desempeña una función correctora y reparadora gracias a su actividad exonucleasa 3', que le confiere la capacidad de degradar el ADN partiendo de un extremo de éste (mecanismos de corrección) de errores producidos durante la copia del ADN que pueden dar lugar a mutaciones

Corrección de errores. El enzima principal , el vigilante, es la ADN polimerasa III, que corrige todos los errores

cometidos en la replicación o duplicación. Intervienen otros enzimas como: Endonucleasas que cortan el segmento erróneo. ADN polimerasa I que rellena correctamente el hueco. ADN ligasa que une los extremos corregidos.

Para terminar, son necesarias enzimas para duplicar las histonas que forman parte de los nucleosomas. Los nucleosomas viejos permanecen en la hebra conductora

Las ADN polimerasas también realizan otras funciones durante el proceso de replicación.

Además de participar en la elongación, desempeñan una función correctora y reparadora gracias a su actividad exonucleasa 3', que les confiere la capacidad de degradar el ADN partiendo de un extremo de éste.

Es importante que existan estos mecanismos de corrección ya que de lo contrario los errores producidos durante la copia del ADN darían lugar a mutaciones.

TRANSCRIPCIÓN

ES UN PROCESO DE EXPRESIÓN DE GENES POR MEDIO DEL CUAL SE TRANSFIERE INFORMACIÓN

CONTENIDA EN LA SECUENCIA DE ADN HACIA LA SECUENCIA DE UNA PROTEINA USANDO ARN

COMO PORTADOR DE LA INFORMACIÓN

LAS SECUENCIAS SON COPIADAS DEL ADN AL ARN, MEDIANTE LA ACCIÓN DE LA ENZIMA ARN POLIMERASA QUE SINTETIZA ARN MENSAJERO

DIFERENTES RNA POLIMERASAS TRANSCRIBEN DISTINTOS TIPOS DE GENES

RNA POLIMERASA II – PRE RNAmRNA POLIMERASA I Y III – RNAr y RNAt

Preiniciación Antes del inicio de la transcripción se necesitan

factores de transcripción que ejercen los factores de iniciación.

Estos se unen a secuencias específicas de ADN para reconocer el sitio donde la transcripción ha de comenzar y se sintetice el ARN cebador.

Esta secuencia de ADN en la que se ensamblan los complejos de transcripción se llama promotor.

Los promotores tienen secuencias reguladoras definidas, muy conservadas en cada especie, donde las más conocidas son la caja TATA, allí se forma el núcleo del complejo de iniciación.

Sobre la caja TATA se fija una proteína de unión (TBP) junto con el factor de transcripción TFII D (TF proviene del inglés: transcription factor).

Después, se les unen otros factores de transcripción específicos: TFII A, que estabiliza el complejo TFII D-ADN

los factores TFII B y TFII E se unen al ADN y el TFII F (una helicasa dependiente de ATP) y al final la ARN polimerasa.

Todo ello forma un complejo que se llama complejo de preiniciación cerrado. Cuando la estructura se abre por mediación del factor de transcripción TFII H, inicia la transcripción

Iniciación Primero, una Helicasa separa las hebras de

ADN en estas denominadas cajas TATA, ya que la adenina y timina poseen un doble enlace, mientras que la citocina y guanina poseen uno triple.

Posteriormente se unen los factores y las proteinas de transcripción (TBP, TF2D, TF2B) permitiendo, de esta manera, el acceso de la ARN polimerasa al molde de ADN de cadena simple.

La búsqueda del promotor por la ARN polimerasa es muy rápida, la formación de la burbuja de transcripción o apertura del ADN y la síntesis del cebador es muy lenta.

La burbuja de transcripción es una apertura de ADN desnaturalizado de 18 pares de bases, donde empieza a sintetizarse el ARN cebador.

La burbuja de transcripción se llama complejo abierto. La ARN polimerasa es una enzima formada por 5 subunidades: 2 subunidades α, 1 subunidad β, 1 subunidad β' y 1 subunidad ω que tiene como función la unión de ribonucleótidos trifosfato.

Cuando se forma el complejo abierto, la ARN polimerasa comienza a unir ribonucleótidos mediante enlaces fosfodiéster, y una vez que se forma el primer enlace fosfodiéster, acaba la etapa de iniciación.y comienza asi la siguiente etapa.

ElongaciónLa ARN polimerasa cataliza el

alargamiento de cadena del ARN. Una cadena de ARN se une por

apareamiento de bases a la cadena de ADN, y para que se formen correctamente los enlaces de hidrógeno que determina el siguiente nucleótido del molde de ADN, el centro activo de la ARN polimerasa reconoce a los ribonucleótidos trifosfato entrantes.

Cuando el nucleótido entrante forma los enlaces de hidrógeno idóneos, entonces la ARN polimerasa cataliza la formación del enlace fosfodiéster que corresponde.

Terminación Al finalizar la síntesis de ARNm, esta

molécula ya se ha separado completamente del ADN (que recupera su forma original) y también de la ARN polimerasa, terminando la transcripción.

La terminación está señalizada por la información contenida en sitios de la secuencia del ADN que se está transcribiendo, por lo que la ARN polimerasa se detiene al transcribir algunas secuencias especiales del ADN.

Estas secuencias son ricas en guanina y citosina, situadas en el extremo de los genes, seguidas de secuencias ricas en timina, formando secuencias palindrómicas,

cuando se transcribe el ARN sintetizado adopta una estructura en horquilla que desestabiliza el complejo ARN-ADN, obligando a separarse de la ARN polimerasa, renaturalizándose la burbuja de transcripción.

http://vcell.ndsu.nodak.edu/animations/transcription/movie-flash.htm

Enfermedades genéticas La alteración de la secuencia de ADN

que constituye el genoma humano puede causar la expresión anormal de uno o más genes, originando un fenotipo patológico.

Las enfermedades genéticas pueden estar causadas por mutación de la secuencia de ADN, con afectación de la secuencia codificante (produciendo proteínas incorrectas) o de secuencias reguladoras (alterando el nivel de expresión de un gen), o por alteraciones cromosómicas, numéricas o estructurales.

La alteración del genoma de las células germinales de un individuo se transmite frecuentemente a su descendencia.

Actualmente el número de enfermedades genéticas conocidas es aproximadamente de 4.000, siendo la más común la fibrosis quística.

El estudio de las enfermedades genéticas frecuentemente se ha englobado dentro de la genética de poblaciones. Los resultados del Proyecto Genoma Humano son de gran importancia para la identificación de nuevas enfermedades genéticas y para el desarrollo de nuevos y mejores sistemas de diagnóstico genético, así como para la investigación en nuevos tratamientos, incluida la terapia génica.

Puede estar causada por una mutación, como muchos cánceres. Hay trastornos genéticos causados por duplicación de cromosomas,

como en el síndrome de Down, o duplicación repetida de una parte del cromosoma, como en el síndrome de cromosoma X frágil.

Hay trastornos genéticos causados por la deleción de una región de un cromosoma, como en el síndrome deleción 22q13, en que el extremo del brazo largo del cromosoma 22 está ausente.

El defecto en los genes posible que se herede de los padres. En este caso el trastorno se llama enfermedad hereditaria. Puede pasar a menudo de padres sanos, si son portadores de un defecto recesivo, aunque también ocurre en casos con defectos genéticos dominantes

Mutaciones Las mutaciones génicas pueden ser: Sustituciones (cambios de un nucleótido por otro): Las sustituciones se denominan

transiciones si suponen un cambio entre bases del mismo tipo químico, o transversiones si son un cambio purina (A, G) pirimidina (C, T) o pirimidina purina. → →

Deleciones o inserciones: son respectivamente la eliminación o adición de una determinada secuencia de nucleótidos, de longitud variable. Las grandes deleciones pueden afectar incluso a varios genes, hasta el punto de ser apreciables a nivel cromosómico con técnicas de citogenética. Inserciones o deleciones de unas pocas pares de bases en una secuencia codificante pueden provocar desplazamiento del marco de lectura (frameshift), de modo que la secuencia de nucleótidos del ARNm se lee de manera incorrecta.

Las mutaciones génica pueden afectar a: ADN codificante: Si el cambio en un nucleótido provoca en cambio de un aminoácido de

la proteína la mutación se denomina no sinónima. En caso contrario se denominan sinónimas o silenciosas (posible porque el código genético es degenerado). Las mutaciones no sinónimas asimismo se clasifican en mutaciones con cambio de sentido (missense) si provocan el cambio de un aminoácido por otro, mutaciones sin sentido (non-sense) si cambian un codón codificante por un codón de parada (TAA, TAG, TGA) o con ganacia de sentido si sucede a la inversa.

ADN no codificante: Pueden afectar a secuencias reguladoras, promotoras o implicadas en el splicing (corte alternativo). Estas últimas pueden causar un procesamiento erróneo del ARNm, con consecuencias diversas en la expresión de la proteína codificada por ese gen.

Trastornos de un sólo genSon enfermedades genéticas causadas por mutación en un sólo gen, que presentan una herencia de tipo mendeliano, fácilmente predecible. En la tabla se resumen los principales patrones de herencia que pueden mostrar, sus características y algunos ejemplos.Patrón

hereditario Descripción Ejemplos

Autosómico dpminante

Enfermedades que se manifiestan en individuos heterocigóticos. Es suficiente con una mutación en una de las dos copias (recuérdese que cada individuo posee un par de cada cromosoma) de un gen para que se manifieste la enfermedad. Los individuos enfermos generalmente tienen uno de sus dos progenitores enfermos. La probabilidad de tener descendencia afectada es del 50% dado que cada progenitor aporta uno de los cromosomas de cada par. Frecuentemente corresponden a mutaciones de dos formas: a) con ganancia de función (de modo que el alelo mutado no es inactivo sino que posee una nueva función que provoca el desarrollo de la enfermedad) b) por pérdida de función del alelo mutado con efecto de dosis génica también conocido como haploinsuficiencia. Frecuentemente son enfermedades con baja penetrancia, es decir, sólo una parte de los individuos que portan la mutación desarrollan la enfermedad.

Enfermedad de Huntington, neurofibromatosis 1, síndrome de Marfán, cáncer colorrectal hereditario no polipósico

Autosómico recesivo

La enfermedad sólo se manifiesta en individuos homocigóticos recesivos, es decir, aquellos en los que ambas copias de un gen están mutadas. Son mutaciones que causan pérdida de función, de modo que la causa de la enfermedad es la ausencia de la acción de un gen. La mutación sólo en una de las dos copias es compensada por la existencia de la otra (cuando una sola copia no es suficiente se origina haploinsuficiencia, con herencia autosómica dominante). Habitualmente un individuo enfermo tiene ambos progenitores sanos pero portadores de la mutación (genotipo heterocigótico: Aa). En tal caso un 25% de la descendencia estará afectada.

Fibrosis quística, anemia falciforme, atrofia muscular espinal

Dominante ligado a X

Las enfermedades dominantes ligadas al cromosoma X están causadas por mutaciones en dicho cromosoma, y presentan un patrón hereditario especial. Sólo unas pocas enfermedades hereditarias presentan este patrón. Las mujeres tienen mayor prevalencia de la enfermedad que los hombres, dado que reciben un cromosoma X de su madre y otro de su padre, cualquiera de los cuales puede portar la mutación. Los varones en cambio siempre reciben el cromosoma Y de su padre. Así, un varón enfermo (xY) tendrá todos sus hijos varones sanos (XY) y todas las hijas enfermas (Xx), mientras que una mujer enferma (Xx) tendrá un 50% de su descendencia enferma, independientemente del sexo. Algunas de estas enfermedades son letales en varones (xY), de modo que sólo existen mujeres enfermas (y varones con Síndrome de Klinefelter, XxY).

Hipofosfatemia , síndrome de Arcadi, Síndrome de Klinefelter (47 XxY)

Recesivo ligado a X

Las enfermedades recesivas ligadas al X también están causadas por mutaciones en el cromosoma X. Los varones están más frecuentemente afectados. Un varón portador siempre será enfermo (xY) dado que sólo posee un cromosoma X, que está mutado. Su descendencia serán varones sanos (XY) e hijas portadoras (Xx). Una mujer portadora, tendrá una descendencia compuesta por un 50% de hijas portadoras y un 50% de varones enfermos.

Hemofilia A, distrofia muscular de Duchemen,daltonismo, distrofia muscular, alopecía androgénica

Ligada a Y Son enfermedades causadas por mutación en el cromosoma Y. En consecuencia, sólo puede manifestarse en varones, cuya descendencia será del 100% de hijas sanas y el 100% de hijos varones enfermos. Dadas las funciones del cromosoma Y, frecuentemente estas enfermedades sólo causan infertilidad, que a menudo puede ser superada terapéuticamente

Infertilidad masculina hereditaria

mitocondrial Enfermedades causadas por mutación en genes del genoma mitocondrial. Dadas la particularidades de dicho genoma, su transmisión es matrilineal (el genoma mitocondrial se transfiere de madres a hijos). La gravedad de una mutación depende del porcentaje de genomas afectados en la población de mitocondrias, fenómeno denominado heteroplasmia (en contraste con heterocigosis), que varía por segregación mitótica asimétrica.

Neuropatia óptica hereditaria de Leber

Alteración Mutación Cromosoma Cariotipo

Síndrome de Angelman DCP 15

Enfermedad de Canavan Enfermedad de Charcot-Marie-Tooth

Daltonismo P X

Síndrome de Down C 21

Síndrome de Edwards C 18

Espina bífida P 1

Fenilcetonuria P

Fibrosis quística P 7

Hemofilia PX

Síndrome de Ehlers-Danlos y Síndrome de Hiperlaxitud articular

P15

Síndrome de Joubert Síndrome de Klinefelter CX 47 XXY

Neurofibromatosis Enfermedad de Pelizaeus-Merzbacher Síndrome de Patau

C 13

Síndrome de Prader-Willi CD 15

Enfermedad de Tay-Sachs P 15

Síndrome de Turner CX

P - Mutación puntual, o cualquier inserción / deleción de un gen o parte de un genD - Ausencia de un gen o genesC - Un cromosoma entero extra, falta o ambos

Nucleolo

El nucleolo es una región del núcleo que no se considera un orgánulo.

La función principal del nucleolo es la producción y ensamblaje de los componentes ribosómicos.

El nucleolo es aproximadamente esférico y está rodeado por una capa de cromatina condensada. El nucléolo, es la región heterocromática más destacada del núcleo.

No existe membrana que separe el nucleolo del nucleoplasma.

El cuerpo más conspicuo dentro del núcleo es el nucléolo.

El nucléolo es el sitio en el que se construyen las subunidades que constituyen los ribosomas.

Visto con el microscopio electrónico, el nucléolo aparece como un conjunto de delicados gránulos y fibras diminutas. Estos gránulos y fibras están constituidos por filamentos de cromatina

es la región densa, pequeña, visible en el núcleo de las células eucarióticas que no están en división; formado por moléculas de ARNr, proteínas ribosómicas y bucles de cromatina a partir de los cuales se transcriben las moléculas de ARN.

La función principal del nucléolo es la biosíntesis de ribosomas desde sus componentes de ADN para formar ARN ribosomal. Está relacionado con la síntesis de proteínas. En células con una síntesis proteica intensa hay muchos nucleolos.

Además, investigaciones recientes, han descrito al nucléolo como el responsable del tráfico de pequeños segmentos de ARN. El nucléolo además, interviene en la maduración y el transporte del ARN hasta su destino final en la célula.

Aunque el nucléolo desaparezca en división, algunos estudios actuales aseguran que regula el ciclo celular. la estructura granular homogénea de los nucleolos puede ser observada con microscopia electrónica.

Un ribosoma es el sitio de la síntesis de proteínas en la célula

Hay ribosomas libres en el citoplasma y otros ligados al retículo endoplásmico. Los ribosomas libres sintetizan la proteína que funciona en el citosol, mientras que los ribosomas ligados al retículo endoplásmico hacen proteínas que se distribuyen por el sistema de membranas.

Los ribosomas son complejos supramoleculares encargados de sintetizar proteínas a partir de la información genética que les llega del ADN transcrita en forma de ARN mensajero (ARNm)

Están formados por ARN ribosómico (ARNr) y por proteínas.

Estructuralmente, tienen dos subunidades. En las células, estos orgánulos aparecen en diferentes estados de disociación.

Cuando están completos, pueden estar aislados o formando grupos (polisomas); las proteínas sintetizadas por ellos actúan principalmente en el citosol

Cuando estan asociados al retículo endoplasmático rugoso o a la membrana nuclear las proteínas que sintetizan son sobre todo para la exportación.

La estructura global del ARNr es muy estable y está muy conservada evolutivamente. Las secuencias de ARNr se utilizan para identificar la taxonomía del organismo del que proceden ya que cada especie tiene una secuencia característica para sus ARN ribosómicos.

La síntesis de los ARNr 18 s, 5.8 s y 28 s está dirigida por la ARN polimerasa I y tiene lugar en el núcleolo.

Estos tres tipos de ARNr se transcriben en un único transcrito llamado pre-ARNr que tras un proceso de maduración produce los tres tipos de ARNr.

El procesamiento del pre-ARNr incluye metilación de ribosa y de bases nitrogenadas, conversión de uridina en pseudouridina y corte para obtener los 3 tipos de ARN incluidos en el transcrito de pre-ARN.

En el procesamiento del pre-ARNr participa un tipo de ARN llamado ARN nucleolar pequeño (snRNA: small nucleolar RNA ) que tiene actividad nucleolítica y presenta sitios de unión de enzimas metiltransferasas.

TRANSCRIPCIÓN DEL ADN.

La transcripción es el paso de una secuencia de ADN a una secuencia de ARN, ya

sea ARNm, ARNr o ARNt, y tiene lugar en el núcleo celular. En ella intervienen: * Una cadena de ADN que actúa como molde. * Ribonucleótidos trifosfato de A, C, G y U * ARN-polimerasas I, II y III: ▪ I para la síntesis de ARNr ▪ II " " " " ARNm ▪ III " " " " ARNt y ARNr

Etapas de la Transcripción: · Iniciación: La ARN-polimerasa reconoce y se une a una zona

del ADN (delante del ADN que se quiere transcribir) denominada región promotora o promotor. A continuación se separan las dos cadenas del ADN, iniciándose el proceso de copia del ADN a ARNm.

· Elongación: La ARN-polimerasa continúa añadiendo

ribonucleótidos complementarios al ADN leyendo en sentido 3’ 5’, →la ARN-polimerasa selecciona el ribonucleótido trífosfato cuya base es complementaria con la cadena de ADN que actúa como molde.

Terminación: La ARN-polimerasa llega a la región terminadora que indica el final de la transcripción. Esto implica la separación de la ARN-polimerasa del ARN transcrito, el cierre de la doble hélice de ADN. Una vez finaliza la transcripción, al ARN recién formado se le añade una cola de unos 200 nucleótidos de adenina, la cola de poli-A, con lo que queda formado el ARN (ARN heterogeneonuclear) precursor del ARNm.

Maduración del ARN: La mayor parte de los genes que codifican una proteína están fragmentados. Cada gen consta de varios fragmentos denominados intrones y exones. Durante la maduración se eliminan secuencias "sin sentido" o repetitivas (Intrones), y luego se unen entre si las secuencias útiles o "con sentido" (Exones) por las ARN-ligasas.

Las proteínas ribosómicas sintetizadas en el citoplasma entran en el núcleo donde se asocian a los ARNr maduros para ensamblar las subunidades mayor y menor.

El ARNr 5s es sintetizado en el nucleoplasma por la acción de la ARN polimerasa III. El ARNr sintetizado en el nucleoplasma entra en el nucleolo para ensamblarse con el resto de ARNr de la subunidad mayor.

Una vez ensambladas, las subunidades mayor y menor salen al citosol. Para llevar a cabo la traducción, el ARNm se une a la subunidad menor junto con el ARNt iniciador. Después se unen ambas subunidades para formar el ribosoma completo.

El ARNr que forma parte de la subunidad mayor tiene actividad peptidiltransferasa, catalizando la formación del enlace peptídico entre aminoácidos durante la traducción. Por tanto, actúa como una ribozima.

El ARNr de la subunidad mayor es diana de los antibióticos anisomicina y cicloheximida, inhibiendo la actividad peptidiltransferasa. Esto inhibe la síntesis protéica

Funciones Los ribosomas son los orgánulos encargados de la síntesis

de proteínas, en un proceso conocido como traducción. La información necesaria para esa síntesis se encuentra

en el ARN mensajero (ARNm), cuya secuencia de nucleótidos determina la secuencia de aminoácidos de la proteína; a su vez, la secuencia del ARNm proviene de la transcripción de un gen del ADN.

El ARN de transferencia lleva los aminoácidos a los ribosomas donde se incorporan al polipéptido en crecimiento.

Traducción Ribosoma durante la traducción. El ribosoma lee el ARN mensajero y ensambla los aminoácidos

suministrados por los ARN de transferencia a la proteína en crecimiento, proceso conocido como traducción o síntesis de proteínas.

Todas las proteínas están formadas por aminoácidos. Entre los seres vivos se han descubierto hasta ahora 20 aminoácidos.

En el código genético, cada aminoácido está codificado por uno o varios codones.

En total hay 64 codones que codifican 20 aminoácidos y 3 señales de parada de la traducción. Esto hace que el código sea redundante y que haya varios codones diferentes para un mismo aminoácido.

La traducción comienza, en general, el codón AUG que codifica el aminoácido metionina. Al final de la secuencia se ubica un codón que indica el final de la proteína; es el codón de terminación. El código genético es universal porque cada codón codifica el mismo aminoácido para la mayoría de los organismos (no todos).

El ribosoma consta de dos partes, la subunidad mayor y una menor, estas salen del núcleo celular por separado. Las subunidades se mantienen unidas por cargas, y que al disminuir experimentalmente la concentración de Mg+2, las subunidades tienden a separarse.

Por ejemplo, el ARN este: AUG le indica que tiene que empezar a ensamblar la proteína; es un codón de

iniciación.GCC es Alanina. Coge alanina (un aminoácido) y lo sujeta.AAC es Arginina, lo une con la alanina.GGC es Glicina, lo ensambla a la arginina.AUG era el símbolo de iniciación, pero ya ha comenzado; así que lo interpreta como Metionina. Une el aminoácido metionina con la glicina anterior.CCU es Prolina. Ensambla la prolina a la metionina.ACU es Serina. Ensambla la serina con la prolina.UAG es terminación. Deja de ensamblar la proteína.

Por tanto, la cadena polipeptídica ensamblada ha sido: Alanina-Arginina-Glicina-Metionina-Prolina-Serina

Traducción (1) de ARNm por un ribosoma (2) en una cadena polipeptídica (3). El ARNm comienza con un codón de iniciación (AUG) y finaliza con un codon de terminación (UAG).

RNA mensajero El ARN mensajero obtenido después de la transcripción se conoce como transcrito

primario o ARN precursor (pre-ARN) que ha de sufrir modificaciones antes de ejercer su función (procesamiento o maduración del ARN).

Entre esas modificaciones se encuentran la eliminación de fragmentos (splicing), la adición de otros no codificados en el ADN y la modificación covalente de ciertas bases nitrogenadas. Concretamente, el procesamiento del ARN en eucariotas comprende diferentes fases:

Adición al extremo 5' de la estructura denominada caperuza o casquete (o CAP, su nombre en inglés) que es un nucleótido modificado de guanina, la 7-metilguanosina, que se añade al extremo 5' de la cadena del ARNm transcrito primario (ubicado aún en el núcleo celular) mediante un enlace 5'-fosfato 5'-fosfato en lugar del habitual enlace 3',5'-→fosfodiéster

Esta caperuza es necesaria para el proceso normal de traducción del ARN y para mantener su estabilidad; esto es crítico para el reconocimiento y el acceso apropiado del ribosoma.

Poliadenilación: es la adición al extremo 3' de una cola poli-A, una secuencia larga de poliadenilato, es decir, un tramo de RNA cuyas bases son todas adenina.

Su adición está mediada por una secuencia o señal de poliadenilación (AAUAAA), situada unos 20-30 nucleótidos antes del extremo 3' original.

Esta cola protege al ARNm frente a la degradación, aumentando su vida media en el citosol, de modo que se puede sintetizar mayor cantidad de proteína.

En la mayoría de los casos, el ARN mensajero sufre la eliminación de secuencias internas, no codificantes, llamadas intrones.

El proceso de retirada de los intrones y conexión o empalme de los exones se llama ajuste, o corte y empalme (en inglés, splicing).

A veces un mismo transcrito primario o pre-ARNm se puede ajustar de diversas maneras, permitiendo que con un solo gen se obtengan varias proteínas diferentes; a este fenómeno se le llama ajuste (splicing) alternativo.

Ciertas enzimas parecen estar involucrados en editar el RNA antes de su exportación fuera del núcleo, intercambiando o eliminando nucleótidos erróneos.

Los componentes moleculares de la síntesis 1: ARNm

El ARN mensajero tiene un principio, una secuencia y un final.

El ARN mensajero maduro es trasladado al citosol de la célula, en el caso de los seres eucariontes, a través de poros de la membrana nuclear.

Una vez en el citoplasma, el ARNm se acoplan los ribosomas, que son la maquinaria encargada de la síntesis proteica. En procariontes, la unión de los ribosomas ocurre mientras la cadena de ARNm esta siendo sintetizada.

Después de cierta cantidad de tiempo el ARNm se degrada en sus nucleótidos componentes, generalmente con la ayuda de ribonucleasas.

ARN de transferencia Los ARNt representan aproximadamente el 15% del ARN

total de la célula. Un ARNt tienen una longitud de entre 65 y 110

nucleótidos, lo que corresponde a una masa molecular de 22.000 a 37.000 dalton. Se encuentra disuelto en el citoplasma celular. Pueden presentar nucleótidos poco usuales como ácido pseudouridílico, ácido inosílico e incluso bases características del ADN como la timina.

El ARNt presenta zonas de complementariedad intracatenaria, es decir, zonas complementarias dentro de la misma cadena, lo que produce que se apareen dando una estructura característica semejante a la de un trébol de tres hojas

Existen unos 31 ARNt, con la particularidad de que cada ARNt reconoce un solo aminoácido.

Otra característica de los ARNt es que además de las cuatro bases fundamentales presentan otras bases púricas y pirimídicas menos frecuentes.

Las enzimas conocidas como aminoacil-ARNt sintetasas catalizan la unión de cada aminoácido a su molécula de ARNt específica.

Cada aminoacil sintetasa tiene la capacidad de distinguir un aminoácido en particular de los restantes 19, a pesar de que algunos de ellos son muy similares químicamente.

Estas enzimas reconocen con precisión la molécula correcta de ARNt para emparejarlo con el correspondiente aminoácido. La reacción que une al aminoácido con su ARNt es la misma para cada aminoácido, el cual, una vez montado en el ARNt tendrá la suficiente energía en el enlace aminoácido:ARNt para catalizar la reacción que más adelante unirá dos aminoácidos en la formación de los polipéptidos.

Detalle del proceso de Traducción realizado en los ribosomas (Citoplasma), observen como se va formando el polipéptido a partir de la interpretación de los nucleótidos del ARNm. Identifiquen dónde están ubicados los ARNr y ARNt en esta y la figura siguiente.

Función Los ARNt son intermediarios esenciales entre el ADN y las

proteínas. Cada ARNt sólo puede transferir un único aminoácido. Un

ARNt que acepta la alanina se escribe ARNtAla, y uno que transporte la lisina sería ARNtLys.

El aminoácido específico se une en el extremo 3' del ARNt mediante la acción de la enzima aminoacil ARNt sintetasa, y es así transportado hasta el ribosoma donde el anticodón del ARNt se une al codón del ARN mensajero (ARNm) mediante apareamiento de bases complementarias (A=U, C=G).

Los ARNt van aportando, uno a uno, los aminoácidos que son ensamblados en el ribosoma para formar la cadena polipeptídica según la secuencia de codones del ARNm.

Síntesis de proteínas Los aminoácidos son compuestos químicos

formados por un grupo amino y un grupo carboxilo. Cuando dos aminoácidos se combinan se obtiene un dipéptido, tres aminoácidos un tripéptido y mayor cantidad de uniones de aminoácidos forman polipéptidos. Cuando el polipéptido consta de más de medio centenar de aminoácidos se denomina proteína.Los aminoácidos necesarios para la formación de proteínas están en el citoplasma de las células. Esas uniones se codifican en el núcleo celular

Una de las formas de clasificar a los aminoácidos es en esenciales y no esenciales. Los aminoácidos esenciales tienen que ser incorporados con la dieta porque el organismo no los sintetiza.

Los aminoácidos no esenciales son elaborados por el individuo.

Las proteínas son macromoléculas orgánicas constituidas por cadenas lineales de aminoácidos que llevan carbono, hidrógeno, oxígeno y nitrógeno en su composición.

Algunas de estas sustancias orgánicas llevan azufre y fósforo y en menores proporciones magnesio, hierro y otros elementos.

Las proteínas son los compuestos orgánicos más importantes de los seres vivos, puesto que tienen acciones fundamentales en el organismo, como las que se detallan a continuación.

-EstructuralLa queratina es una proteína que contiene azufre y está presente en las capas superficiales de la epidermis y en estructuras derivadas como el pelo, las plumas, las uñas y los cuernos. Por otra parte, el colágeno forma parte de fibras resistentes en los tejidos de sostén (fibras colágenas).

-TransporteLa hemoglobina de los glóbulos rojos lleva oxígeno desde los alvéolos pulmonares hacia todas las células del organismo y retira el dióxido de carbono producto de los desechos celulares.

-DefensaLos anticuerpos tienen una estructura proteica, capaces de reaccionar ante diversas noxas en defensa del organismo.

-ReguladoraLas reacciones bioquímicas son catalizadas por enzimas.

-HormonalDiversas hormonas, de naturaleza proteica, regulan las funciones vitales del organismo.

-ContractilLas fibras musculares poseen actina y miosina, proteínas que permiten la contracción y relajación muscular.

SÍNTESIS DE ARN (Transcripción)La síntesis de ARN se produce partiendo de la copia de un tramo de ADN. Es así como la información contenida en el ADN es transferida al ARN. La transcripción se inicia cuando la enzima ARN polimerasa se une a la parte de ADN (gen) que lleva el código para elaborar una determinada proteína. De inmediato se separan las dos hileras de ADN y quedan expuestas sus bases nitrogenadas. El desplazamiento de la ARN polimerasa recorre la hilera expuesta de ADN insertando en dichas bases nitrogenadas los nucleótidos libres de ARN que hay en el núcleo.

La inserción entre bases siempre es citosina del ADN con guanina del ARN, y viceversa.

Por otro lado, la timina del ADN se aparea con la adenina del ARN y la adenina del ADN hace lo propio con el uracilo del ARN. En la siguiente tabla se ejemplifican las uniones mencionadas.

Luego que la ARN polimerasa termina de copiar la cadena del ADN se libera la hilera de ARN, mientras que las bases complementarias del ADN se cierran.

El ARN formado se denomina ARN mensajero (ARNm), quien lleva la copia genética del núcleo al citoplasma con las instrucciones para sintetizar una determinada proteína.

Se puede considerar al ADN como un lenguaje que le indica a la célula como fabricar todas las proteínas necesarias para cumplir con las funciones vitales.

Ese lenguaje constituye el código genético, que tiene cuatro letras (A-C-G-T) representantes de las cuatro bases nitrogenadas del ADN.

Mediante el código genético, la célula lee esas cuatro letras básicas, las convierte en palabras de tres letras (triplete) y las interpreta para elaborar las proteínas específicas.

En síntesis, el código genético es el conjunto de reglas de correspondencia entre las bases nitrogenadas de un ácido nucleico (ADN o ARN) y los aminoácidos para la fabricación o síntesis de proteínas.

Las palabras del código genético se denominan codones, cada uno de los cuales está formado por tres letras (tres bases nitrogenadas) que conforman un triplete. Cada codón indica que aminoácido es necesario para fabricar una proteína. Por ejemplo, el codón CUA se lee leucina, el codón CCG prolina y el codón UUC fenilalanina.

SÍNTESIS DE PROTEÍNAS (Traducción)

La síntesis de las proteínas se lleva a cabo en el citoplasma de la célula, a diferencia de la transcripción del ARN que se produce en el núcleo.

El ARNm contiene un código que se utiliza como molde para la síntesis de proteínas.

Es decir, se traduce el lenguaje de la serie de bases nitrogenadas del ARNm al lenguaje de la serie de aminoácidos de la proteína.

Este proceso denominado traducción se realiza en los ribosomas adosados en la membrana del retículo endoplasmático granular o rugoso. El ribosoma está formado por dos subunidades, una mayor y otra menor.

Los ribosomas utilizan el código genético para establecer la secuencia de aminoácidos que ha sido codificada por el ARN mensajero.

Los aminoácidos que van a formar las proteínas están dispersos en el citoplasma celular.

Son acercados al ARN mensajero por el ARN de transferencia (ARNt).

Uno de los lados del ARNt transporta un triplete de bases llamado anticodón.

En el otro lado se une un aminoácido, proceso que demanda gasto de energía por transformación de adenosin trifosfato (ATP) en adenosin monofosfato (AMP).

Inicio de la traducción

La síntesis o traducción de las proteínas se divide en tres fases, llamadas de iniciación, de elongación y de terminación.

Fase de iniciaciónLa síntesis de proteínas comienza en el momento en que el ARN mensajero se mueve por el ribosoma hasta el codón AUG. Las subunidades ribosomales se unen.

En ese preciso instante, el anticodón del ARN de transferencia se une al codón AUG del ARNm transportando el aminoácido metionina.

Fase de elongaciónLlega un segundo ARNt llevando su respectivo aminoácido y se acopla al siguiente codón del ARNm, para el ejemplo, al codón CCU.

Hasta aquí se ha formado un dipéptido, donde ambos aminoácidos permanecen unidos por un enlace peptídico.

El primer ARNt que llegó al ribosoma se retira del complemento ribosómico en busca de otros aminoácidos.

El tercer ARNt llega con otro aminoácido y se une al codón del ARNm, a AUC en el ejemplo.

El aminoácido se adhiere al dipéptido antes formado mediante otro enlace peptídico.

El segundo ARNt se retira del ribosoma.

Un cuarto ARNt llega con su aminoácido hasta el ribosoma para acoplarse con el codón UCA del ARNm.

La secuencia se repite tantas veces como aminoácidos tenga la futura proteína.

Elongación de la cadena polipeptídica

Fase de terminación:

La etapa final de la síntesis de proteínas continúa hasta que aparecen los llamados codones stop o de terminación, representados por UUA, UAG y UGA.

No existen anticodones complementarios para los codones stop.

En cambio, quienes sí reconocen a estos codones son unas proteínas llamadas factores de terminación, que detienen la síntesis de proteínas.

Fin de la traducción

La proteína formada se desprende del ribosoma y queda libre en el citoplasma, lista para ser utilizada por la célula para cumplir una determinada función.

SÍNTESIS DE PROTEÍNAS:

TRADUCCIÓN

Met

1er aminoácido

ARNtAnticodón

Codón

ARNm

Subunidad menor del ribosoma

AAAAAAAAAAA P A

A U G C A A

U A C

Iniciación: La subunidad pequeña del ribosoma se une a la región líder del ARNm y el ARNm se desplaza hasta llegar al codón AUG, que codifica el principio de la proteína. Se les une entonces el complejo formado por el ARNt-metionina (Met). La unión se produce entre el codón del ARNm y el anticodón del ARNt que transporta la metionina (Met).

5’ 3’

U G C U U A C G A U A G

(i)

Met

Subunidad menor del ribosoma

AAAAAAAAAAA P A

A U G C A AU A C

Elongación I: A continuación se une la subunidad mayor a la menor completándose el ribosoma. El complejo ARNt-aminoácido2 , la glutamima (Gln) [ARNt-Gln] se sitúa enfrente del codón correspondiente (CAA). La región del ribosoma a la que se une el complejo ARNt-Gln se le llama región aminoacil (A).

5’3’

Gln

G U UU G C U U A C G A U A G

(i)

ARNmAAAAAAAAAAA

P A

A U G C A AU A C

Elongación II: Se forma el enlace peptídico entre el grupo carboxilo de la metionina (Met) y el grupo amino del segundo aminoácido, la glutamina (Gln).

5’

Gln-Met

G U UU G C U U A C G A U A G

3’

AAAAAAAAAAA P A

A U G C A A

Elongación III: El ARNt del primer aminoácido, la metionina (Met) se libera.

5’

U A C

Gln-Met

G U UU G C U U A C G A U A G

ARNm3’

AAAAAAAAAAA P A

A U G C A A

Elongación IV: El ARNm se traslada, de tal manera que el complejo ARNt-Gln-Met queda en la región peptidil del ribosoma, quedando ahora la región aminoacil (A) libre para la entrada del complejo ARNt-aa3

5’ 3’

Gln-Met

G U UU G CU G C U U A C G A U A G

ARNm

AAAAAAAAAAA P A

A U G C A A

Elongación V: Entrada en la posición correspondiente a la región aminoacil (A) del complejo ARNt-Cys, correspondiente al tercer aminoácido, la cisteína (Cys).

5’

Gln-Met

G U UU G CU G C U U A C G A U A G

ARNm3’

A C G

Cys

AAAAAAAAAAA P A

A U G C A A

Elongación VI: Unión del péptido Met-Gln (Metionina-Glutamina) a la cisteína (Cys).

5’

G U UU G CU G C U U A C G A U A G

ARNm3’

A C G

Cys-Gln-Met

AAAAAAAAAAA P A

A U G C A A

Elongación VII: Se libera el ARNt correspondiente al segundo aminoácido, la glutamina (Glu).

5’

U G CU G C U U A C G A U A G

ARNm3’

G U U

A C G

Cys-Gln-Met(i)

AAAAAAAAAAA P A

A U G C A A

Elongación VIII: El ARNm corre hacia la otra posición, quedando el complejo ARNt3-Cys-Glu-Met en la región peptidil del ribosoma.

5’

U G CU G C U U A C G A U A G

ARNm3’

A C G

Cys-Gln-Met

AAAAAAAAAAA P A

A U G C A A

Elongación IX: Entrada del complejo ARNt-Leu correspondiente al 4º aminoácido, la leucina.

5’

U G CU G C U U A C G A U A G

ARNm3’

A C G

Cys-Gln-Met

A A U

Leu

AAAAAAAAAAA P A

A U G C A A

Elongación X: Este se sitúa en la región aminoacil (A).

5’

U G CU G C U U A C G A U A G

ARNm3’

A C G

Cys-Gln-Met

A A U

Leu

AAAAAAAAAAA P A

A U G C A A

Elongación XI: Unión del péptido Met-Gln-Cys con el 4º aminoácido, la leucina (Leu). Liberación del ARNt de la leucina. El ARNm se desplaza a la 5ª posición

5’

U G CU G C U U A C G A U A G

ARNm3’

A C G

A A U

Leu-Cys-Gln-Met

AAAAAAAAAAA P A

A U G C A A

Elongación XII: Entrada del ARNt de la leucina, el 5º aminoácido, la arginina (ARNt-Arg).

5’

U G CU G C U U A C G A U A G

ARNm3’

A A U

Leu-Cys-Gln-Met

G C U

Arg

AAAAAAAAAAA P A

A U G C A A

Elongación XIII: Unión del péptido Met-Gln-Cys-Leu con el 5º aminoácido, la arginina (Arg). Liberación del ARNt de la leucina (Leu). El ARNm se desplaza a la 6ª posición, se trata del un codón de finalización o de stop.

5’

U G C U U A C G A U A G

ARNm3’

A A U

Arg-Leu-Cys-Gln-Met

G C U

AAAAAAAAAAA P A

A U G C A A

5’

U G C U U A C G A U A G

ARNm3’

A A U

Arg-Leu-Cys-Gln-Met

G C U

Finalización I: Liberación del péptido o proteína. Las subunidades del ribosoma se disocian y se separan del ARNm.

AAAAAAAAAAA

Finalización II: Después unos minutos los ARNm son digeridos por las enzimas del hialoplasma.

5’

ARNm

3’

A U G C A A U G C U U A C G A U A G

(i)

El ARNm se desprende del ribosoma y puede ser leído de nuevo por otros ribosomas, incluso en forma simultánea.

También se liberan el ARNt y el factor de terminación.

Las subunidades del ribosoma se separan.

Resumen La traducción es el proceso donde las secuencias del ARN

mensajero se convierten en una secuencia de aminoácidos. -La molécula del ARN mensajero puede tener hasta 10000 bases nitrogenadas.-Un codón está formado por tres bases nitrogenadas (triplete) que establece un aminoácido. -El complemento entre codones y aminoácidos constituye el código genético.-El ARN de transferencia lleva el aminoácido adecuado al ribosoma.-En uno de los extremos del ARNt hay tres bases nitrogenadas que se ubican en el anticodón, que es el complemento del codón del ARNm.-La unión aminoácido-ARN de transferencia se realiza con gasto de energía, donde el ATP se transforma de AMP.-Cuando aparece codón de terminación (codón stop) del ARNm se acoplan los factores de terminación y cesa la síntesis de proteínas.

ÍNDICE:

Morfología General del sistema de endomembranas

Microsomas

Biogénesis y funciones del retículo endoplasmatico

Morfología General del sistema de endomembranas

Morfología

Endomembranas

El citoplasma de las células animales y vegetales esta atravesado por un complejo sistema de membranas,

que forman compartimientos cerrados estructuralmente continuos.

Citoplasmatica (protoplasmatica)Luminal ( extracelular)

Las endomembranas están formadas por una bicapa l ipídica de 5-6 nm con proteínas intrínsecas y periféricas

El sistema de endomembranas representa una especie de barrera que separa los compartimientos citoplasmáticos.

Conjunto de organelos membranosos funcionalmente interconectados entre si.

Componentes:

El RE proporciona a la célula un mecanismo para separar las moléculas recién sintetizadas que pertenecen al citosol de las que no pertenecen a el.

El tamaño del RE varia notablemente en los diferentes tipos celulares.

El RE rugoso tiene ribosomas y se relaciona con la síntesis te proteínas.

Esta organizado en pilas de sacos aplanados: sáculos

RE rugoso aislado contiene 2 glucoproteinas:

Riboforitas I y I I

Intervienen en la unión de ribosomas

Una red de finos túbulos El RE liso carece de ribosomas.

El RE liso no es en realidad mas que una pequeña región del RE rugoso, libre de ribosomas, RE transición.

se forman vesículas portadoras de los lípidos, proteínas recién sintetizadas para en transporte intracelular

Lumen del RE esta separado del citosol mediante una sola membrana (membrana del RE), que media la comunicación entre estos dos compartimientos

Lamina que rodea a un solo saco cerrado– espacio interno

2 tipos

conSe encarga de

que

sin

Intervienen en

de de

Microsomas En la célula intacta, los

microsomas no se encuentran , sino son el resultado de la fragmentación de los componentes membranosos del citoplasma

Constituyen alrededor del 15-20% de la masa total de la celula50-60% de todo el ARN celularContenido elevado de:Lipidos (fosfolipidos, lipidos neutros)

Los microsomas contienen dos sistemas de transportes de electrones que comprenden:

flavoproteinas, (NADH-citocromo C reductosa y NADH-citocromo b5 reductasa)

Hemoproteinas, citocromos b5 y P450

se concentra en el higado. Citocromo p-450 Se usa para detoxificar o inactivar algunas drogas por

oxidación.

Biogénesis y funciones del retículo endoplásmatico

La biogenesis de las membranas ocurre por un mecanismo multiple, que comprende:

1. Sintesis de lípidos básicos de la membrana y las proteínas intrínsecas

2. Agregado en secuencia de otros componentes como enzimas, azúcares y lípidos específicos.

Este proceso, modifica en su estructura y composición puede considerarse como una diferenciación.

Las membranas de RE fluyen a través del citoplasma

El RE tiene siete funciones principales:Síntesis de proteínasGlicosilacionesSíntesis de lípidos DetoxificacionAcumulación de productosReserva de calcioVía de transporte celular

Síntesis de proteínas: La lleva a cabo el retículo endoplasmático rugoso, específicamente en los ribosomas adheridos a su membrana. Las proteínas serán transportadas al Aparato de Golgi mediante vesículas de transición donde dichas proteínas sufrirán un proceso de maduración para luego formar parte de los lisosomas o de vesículas secretoras.

El ARN mensajero es el que lleva la información para la síntesis de proteínas, es decir, determina el orden en que se unirán los aminoácidos.

Esta información está codificada en forma de tripletes, cada tres bases constituyen un codón que determina un aminoácido. Las reglas de correspondencia entre codones y aminoácidos constituyen el código genético.

.

La síntesis de proteínas o traducción tiene lugar en los ribosomas del citoplasma. Los aminoácidos son transportados por el ARN de transferencia, específico para cada uno de ellos, y son llevados hasta el ARN mensajero, dónde se aparean el codón de éste y el anticodón del ARN de transferencia, por complementariedad de bases, y de ésta forma se sitúan en la posición que les corresponde.

Una vez finalizada la síntesis de una proteína, el ARN mensajero queda libre y puede ser leído de nuevo. De hecho, es muy frecuente que antes de que finalice una proteína ya está comenzando otra, con lo cual, una misma molécula de ARN mensajero, está siendo utilizada por varios ribosomas simultanéamente

Metabolismo de lípidos: El retículo endoplasmático liso, al no tener ribosomas le es imposible sintetizar proteínas pero sí sintetiza lípidos de la membrana plasmática, colesterol y derivados de éste como las ácidos biliares o las hormonas esteroideas.

Detoxificación: Es un proceso que se lleva a cabo principalmente en las células del hígado y que consiste en la inactivación de productos tóxicos como drogas, medicamentos o los propios productos del metabolismo celular, por ser liposolubles (hepatocitos).

Glucosilación: Son reacciones de transferencia de un oligosacárido a las proteínas sintetizadas. Se realiza en la membrana del retículo endoplasmático. De este modo, la proteína sintetizada se transforma en una proteína periférica externa del glucocálix en la reproduccion de lisosomas.

CONFIGURACIONES ESPECIALES DEL RERetículo sarcoplásmico o sarcoplasmático: es un

tipo especial de RE que aparece exclusivamente en las células musculares y está especializado en el almacenamiento de calcio necesario para que esas células lleven a cabo su función de contracción muscular

Funciones del retículo endoplasmático lisoSíntesis de lípidosEn el REL se lleva a cabo la síntesis de la mayor parte de los

lípidos celulares: triglicéridos, fosfoglicéridos, ceramidas, esteroides (testosterona, estrona, estradiol…), lipídos derivados del colesterol (ácidos biliares, progesterona, estrógenos, tetosterona, vitamina D...) etc.

En sus membranas se encuentran las enzimas que catalizan las actividades de síntesis (los precursores para la síntesis proviene del citosol) hacia el cual se orientan los sitios activos de las respectivas enzimas.

• Ensamblaje de la bicapa lipídica

Los lípidos recien sintetizados (fosfolípidos, colesterol) quedan incorporados o ensamblados en la hojuela citosólica de la membrana del REL.

La síntesis de los ácidos grasos ocurre en el citosol, los fosfolípidos se sintetizan en el retículo endoplasmático (RE) de la membrana permitiendo que las cadenas de ácidos grasos hidrofóbicas permanezcan clavadas en la membrana mientras se une a enzimas que catalizan sus reacciones con precursores solubles en agua en el citosol, sin embargo, nuevos fosfolípidos son dirigidos solamente a la mitad del citosol del RE de la membrana.

Translocación de los fosfolípidos Él termino translocación significa transporte de un metabolito a través de una membrana biológica.

Los movimientos de los lípidos pueden ser pasivos o simples a consecuencia de sus propiedades químicas, se han identificado proteínas que median y regulan la translocación transmembranal de los lípidos. Los problemas de la translocación transmembranosa de los lípidos dependen del grado y de la naturaleza de los lípidos; los ácidos grasos pueden a travesar la membrana rápidamente por virtud de su solubilidad lípidica sin necesitar de una proteína facilitadora

El movimiento puede estar influenciado por factores extrínsecos como:

1. Por la carga. 2. Permeabilidad a la membrana. 3. pH de gradientes transmembranosos. 4. Enzimas intracelulares que metabolizan ácidos grasos (Sink), estas pueden alterar el equilibrio de los ácidos grasos de la membrana y resulta en una neta acumulación dentro de la célula y la necesidad de un transportador.

• Reservorio de iones calcio (Ca2+)El REL en las células musculares que toma el nombre

de retículo sarcoplásmico (RS) que adopta una conformación muy especializada (túbos T) que actúan como reservorio de iones calcio (Ca2+) (mecanismo excitación contracción de las células musculares).

Detoxificación y glucogenolisisEl REL en las células hepáticas está involucrado en

dos funciones: detoxificación y glucogenólisis. La detoxificación consiste en la transformación de metabolitos y drogas en compuestos hidrosolubles que puedan ser excretados por orina. En el hígado las enzimas del RE liso llevan a cabo reacciones de hidroxilación (i.e. unión de grupos hidroxilos a una molécula orgánica), lo cual incrementa la solubilidad de los compuestos extraños y facilita su transporte fuera de la célula y del cuerpo del organismo.

Además el RE está involucrado en el proceso de glucugenolísis la ruptura del glucógeno para liberar glucosa.

La glucogenólisis, que tiene lugar en el citosol, donde los gránulos de glucógeno se encuentran en íntima relación con el REL.

La glucosa 6-fosfato (glucosa 6-P) el producto de degradación del glucógeno no puede atravesar las membranas del RE para ello es convertida por la glucosa 6-fosfatasa (enzima situada en la membranas del retículo endoplasmático liso) que cataliza la hidrólisis del grupo fosfato, permitiendo así que la glucosa atraviese la membrana celular hacia el torrente circulatorio. Proceso imprescindible para mantener los niveles de glucosa adecuados en sangre

VESICULAS DE TRANSPORTE

Las vesículas formadas en el retículo endoplásmico liso forman agregados túbulo-vesiculares los cuales son transportados hasta la región cis del aparato de Golgi por proteínas motoras guiadas por microtúbulos donde se fusionan con la membrana vaciando su contenido en el interior del lumen.

El transporte se lleva a cabo por medio de brote continuo y la fusión de las vesículas de transporte

Las vesículas y vacuolas que se fusionan con la membrana celular pueden utilizarse para el transporte y liberación de productos químicos hacia el exterior de la célula

El aparato de Golgi tiende a ser mayor y más numeroso en aquellas células que sintetizan y secretan continuamente sustancias los linfocitos B las células secretoras de anticuerpos.

Esta región es donde muchas proteínas son marcadas y enviadas hacia sus correspondientes destinos

Vesículas de exocitosis (constitutivas)

Este tipo de vesículas contienen proteínas que deben ser liberadas al medio extracelular. Después de internalizarse las proteínas, la vesícula se cierra y se dirige inmediatamente hacia la membrana plasmática

Este proceso es denominado secreción constitutiva. Los anticuerpos liberados por linfocitos B activados.

Vesículas de secreción (reguladas)

Este tipo de vesículas contienen también proteínas destinadas a ser liberadas al medio extracelular. La formación de las vesículas va seguida de su almacenamiento en la célula cuando esto ocurre, se dirigen hacia la membrana plasmática y liberan su contenido como en el caso anterior.

Este proceso es denominado secreción regulada. Liberación de neurotransmisores desde las neuronas

Vesículas lisosomales

Este tipo de vesículas transportan proteínas destinadas a los lisosomas, unos pequeños orgánulos de degradación en cuyo interior albergan multitud de hidrolasas ácidas, lisosomas de almacenamiento. Estas proteínas pueden ser tanto enzimas digestivas como proteínas de membrana. La vesícula se fusiona con un endosoma tardío y transfiere así su contenido al lisosoma por mecanismos aún desconocidos.

Proteasas digestivas destinadas a los lisosomas.

http://vcell.ndsu.nodak.edu/animations/proteintrafficking/movie-flash.htm

El aparato de Golgi es una extensión del sistema de membranas, está ubicado en la cercanía del núcleo. Está conformado por un conjunto de vesículas, llenas de productos celulares, estrechamente unidas entre sí, cosa que le da la apariencia de canales con paredes sin gránulos que se intercomunican.

Los estudios realizados hasta ahora hacen pensar que la función del aparato de Golgi es la de intervenir en los procesos secretores de la célula y la de servir de almacenamiento temporal para proteínas y otros compuestos sintetizados en el retículo

El aparato de Golgi realiza funciones esenciales para la célula:

a) Es uno de los principales centros de glucosilación en la célula.

Se añaden y modifican glúcidos que formarán parte de las glucoproteínas, proteoglucanos, glucolípidos y polisacáridos como la hemicelulosa de las plantas. Muchos de los glúcidos de las glucoproteínas que se modifican en el aparato de Golgi han sido añadidos previamente en el retículo endoplasmático.

La glucosilación en las proteínas puede ser de dos tipos:

a) Los sacáridos ricos en manosa añadidos en el retículo endoplasmático (glucosidación tipo N) son posteriormente modificados en el aparato de Golgi mediante la adición de nuevos azúcares.

b) En el aparato de Golgi se añade oligosacáridos con unión tipo O a los grupos hidroxilos de aminoácidos como la serina, la treonina y la hidroxilisina. Este tipo de glucosilación ocurre en los proteoglucanos. También se añaden los grupos sulfatos a los glucosaminoglucanos.

Entre los azúcares específicos que se añaden en el aparato de Golgi está el ácido siálico. Además de unir moléculas de azúcares a las proteínas también se forman moléculas de ácido hialurónico, un polisacárido, que quedará libre en la matriz extracelular. En el aparato de Golgi también se producen otras modificaciones además de la glucosidación y sulfatación, como son fosforilación, palmitoilación, metilación y otras.

Regiones del Aparato de Golgi

Todas las funciones relacionadas con los glúcidos las llevan a cabo las enzimas glucosiltransferasas (añaden glúcidos) y las glucosidasas (eliminan glúcidos).

Existen unos 200 tipos de estas enzimas en el aparato de Golgi. Las diferentes cisternas del aparato de Golgi tienen papeles específicos dentro del procesamiento de los glúcidos, que es una reacción secuencial.

Hay evidencias de que existe un gradiente de enzimas relacionadas con la glucosidación desde el lado cis al trans, estando más concentradas cerca del lado cis aquellas enzimas implicadas en los primeros pasos del proceso de glucosidación.

La síntesis de polímeros de sacáridos es muy diferente a la de las proteínas o a la de los ácidos nucleicos. Mientras que los dos últimos se sintetizan a partir de un molde y con la participación un solo tipo de enzima, los sacáridos necesitan un enzima para cada paso que deben realizar en un momento preciso dentro de una cadena de reacciones. Dado que es una vía extremadamente complicada y costosa es de suponer que las glucoproteínas y los glucolípidos son de extremada importancia.

b) En el aparato de Golgi se terminan de sintetizar las esfingomielinas y los glucoesfingolípidos. La ceramida sintetizada en el retículo endoplasmático es la molécula sobre la que trabajan las enzimas del aparato de Golgi para formar dichos tipos de lípidos de membrana. A estos lípidos se les ha prestado recientemente mucha atención puesto que se les atribuye el papel de crear microdominios de membrana gracias a su asociación con el colesterol, las denominadas balsas de lípidos, las cuales pueden crear compartimentos en las membranas y por tanto se convierten en zonas con unas características fisiológicas diferentes.

c) Es un centro de reparto de moléculas que provienen del retículo endoplasmático o que se sintetizan en el propio aparato de Golgi. Desde el lado trans saldrán vesículas con moléculas seleccionadas hacia la membrana plasmática en dos rutas: la exocitosis constitutiva y la excocitosis regulada, hacia los endosomas de reciclaje o hacia la ruta de los endosomas tardíos/cuerpos multivesiculares/lisosomas.

Procesos llevados a cabo en la Luzdel Aparato de Golgi

• Proteínas provenientes del RE sonprocesadas y dirigidas a su destino final:Lisosomas, Membrana Plasmática osecreción• Síntesis de Glicolípidos y deEsfingomielina• Síntesis de polisacáridos de pared celularen células vegetales

Glicosilación de Proteínas en el RE

La principal función del aparato de Golgi es la secreción de las proteínas producidas en los polisomas del retículo endoplasmático rugoso, las cuales se incorporan por la cara ‘cis’ procedentes de las vesículas de transición. A continuación emigran a la cara "trans"; desde aquí pasan a las vesículas secretoras para ser eliminadas por un proceso de exocitosis al medio extracelular. En este proceso las membranas de las vesículas se fusionan con la membrana plasmática, de tal forma que ésta se regenera.

Algunas vesículas secretoras que contienen enzimas hidrolíticas se transforman en lisosomas. Además, en este orgánulo ocurre la glicosidación de proteínas y lípidos para producir glicoproteínas y glicoesfingolípidos. Los azúcares, oligosacáridos que ya se habían unido a proteínas y lípidos en el reticulo endoplasmico, son eliminados y sustituidos por otros nuevos en el aparato de Golgi. Algunos de los productos que se secretan intervienen en la formación de la pared celular de las células vegetales.

El aparato de Golgi es la estación distribuidora final del sistema. Las macromoléculas sintetizadas en REL y REG llegan a él mediante transporte vesicular y son recibidas en la cara convexa del aparato o cara de recepción, donde se encuentra una zona de transición con el RE, la red cis.

Desde allí, por el mismo mecanismo, son enviadas a la cisterna cis, luego a la medial, y por último al compartimento trans del complejo de Golgi, que se corresponde con su cara cóncava. A partir de otra zona de transición, la red del trans Golgi, brotan las vesículas que contienen los productos definitivos. El complejo de Golgi no se limita al transporte de las sustancias recibidas. En este sector, por el contrario, se da la forma final a las moléculas que ingresan. En el aparato de Golgi tienen lugar las siguientes reacciones:

Glicosilación terminalEs la modificación secuencial, por remoción y adición de

monosacáridos, de las glucoproteínas sintetizadas en el REG. También se adicionan nuevos bloques oligosacarídicos construidos por completo en el aparato de Golgi, proceso denominado O-glicosilación (el enlace entre el glúcido y el resto de aminoácido es unión O-glicosídica).

el REL.

Síntesis de heteropolisacáridosLos heteropolisacáridos constituyentes de los glicosaminoglicanos

(GAG) se sintetizan en el aparato de Golgi y se unen a las proteínas provenientes del REG, ensamblando moléculas complejas como el ácido hialurónico o el condroitín-sulfato destinados a la matriz extracelular de las células animales. En las células vegetales, el aparato de Golgi sintetiza polisacáridos de la pared celular, por ejemplo hemicelulosas y pectinas.

Síntesis de glucolípidos. Se adiciona la porción glucídica a la ceramida

sintetizada

El aparato de Golgi es un orgánulo formado por cisternas apiladas que varían en número, ya que depende del tamaño de la célula.

El aparato de golgi se localiza cerca del núcleo de la célula .

En células animales se localiza cerca del centrosoma.

Secreción

Las vesículas que brotan de la cara trans portan los productos acabados destinados al medio extracelular. La fusión de dichas vesículas con la membrana plasmática –exocitosis- da como resultado la secreción o exportación de diversas sustancias: enzimas, hormonas, moléculas de la matriz extracelular o de la pared celular, anticuerpos y otras, según el tipo celular.

Hay dos rutas secretorias: la continua o constitutiva y la discontinua o regulada.

La secreción continua o constitutiva está presente en todos los tipos celulares. Las vesículas que siguen esta ruta se exocitan en forma continua, a medida que brotan del aparato de Golgi. Por ejemplo, se secretan por esta vía las moléculas que se incorporan a la matriz extracelular.

La secreción reguladaen cambio, es propia de células secretoras especializadas. En estos

casos, las vesículas se acumulan en el polo secretor de la célula, como gránulos de secreción, y la exocitosis se dispara sólo ante señales muy específicas. Por ejemplo, las células b de los islotes de Langerhans (en el páncreas), contiene gránulos de insulina que son exocitados en respuesta a una elevación de la glucemia. La secreción regulada requiere también un aumento de la concentración de calcio citosólico.

Sistema endolisosomal.

Los lisosomas son orgánulos citoplasmáticos rodeados de una membrana cargados en el interior con enzimas líticas y en su morfología son muy heterogéneos.

Los lisosomas forman parte del sistema digestivo intracelular y está íntimamente relacionado con el sistema de endocitosis.

Aparece en la mayoría de las células animales, lo que varía es la cantidad de lisosomas que se encuentran en la célula y esto depende de la actividad que presenta la célula

Formación de lisosomas primarios

Los lisosomas primarios son organoides derivados del sistema de endomembranas. Cada lisosoma primario es una vesícula que brota del aparato de Golgi, con un contenido de enzimas hidrolíticas (hidrolasas). Las hidrolasas son sintetizadas en el REG y viajan hasta el aparato de Golgi por transporte vesicular. Allí sufren una glicosilación terminal de la cual resultan con cadenas glucídicas ricas en manosa-6-fosfato (manosa 6-P). La manosa 6-P es el marcador molecular, la “estampilla” que dirige a las enzimas hacia la ruta de los lisosomas.

Lisosomas y digestión: heterofagia y autofagia Los lisosomas primarios contienen una variedad de enzimas hidrolíticas

capaces de degradar casi todas las moléculas orgánicas. Estas hidrolasas se ponen en contacto con sus sustratos cuando los lisosomas primarios se fusionan con otras vesículas. El producto de la fusión es un lisosoma secundario. Por lo tanto, la digestión de moléculas orgánicas se lleva a cabo en los lisosomas secundarios, ya que éstos contienen a la vez los sustratos y las enzimas capaces de degradarlos.

Existen diversas formas de lisosomas secundarios, según el origen de la vesícula que se fusiona con el lisosoma primario:

Fagolisosoma: se origina de la fusión del lisosoma primario con una vesícula procedente de la fagocitosis. Se encuentran, por ejemplo, en los glóbulos blancos, capaces de fagocitar partículas extrañas que luego son digeridas en estos cuerpos.

Endosoma tardío: surge al unirse los lisosomas primarios con materiales provenientes de los endosomas tempranos. Los endosomas tempranos contienen macromoléculas que ingresan por los mecanismos de endocitosis inespecífica y endocitosis mediada por receptor. Este último es utilizado por las células para incorporar, por ejemplo, las lipoproteínas de baja densidad o LDL.

Autofagolisosoma: es el producto de la fusión entre un lisosoma primario y una vacuola autofágica. Algunos organoides citoplasmáticos son englobados en vacuolas, con membranas provistas por las cisternas del RE, para luego ser reciclados cuando estas vacuolas autofágicas se unen con los lisosomas primarios.

La digestión que tiene lugar en los lisosomas secundarios, ya se trate de una heterofagia- hidrólisis de sustancias de origen exógeno- o de una autofagia –degradación de componentes celulares- da origen a moléculas más sencillas que atraviesan la membrana lisosomal, es decir son absorbidas por el citosol para su posterior asimilación.

La activación de las hidrolasas requiere un medio más ácido que el citosol, de pH 5, que se logra por la acción de una bomba de protones situada en la membrana lisosomal. Por otra parte, la membrana de los lisosomas es impermeable a las enzimas y resistente a la acción de éstas. Ambos hechos protegen normalmente a la célula de una batería enzimática que podría degradarla. Existen, sin embargo, algunos procesos patológicos, como la artritis reumatoidea, que causan la destrucción de las membranas lisosomales, con la consecuente liberación de las enzimas y la lisis celular. En otros casos, la liberación de las hidrolasas cumple un papel fisiológico, permitiendo la reabsorción de estructuras que ya no son útiles, por ejemplo la cola de los renacuajos durante la metamorfosis.

Autofagia y heterofagia

Es una estructura polarizada que presenta: *cis: por donde entran las moléculas provenientes del

retículo endoplasmático.*Cisternas intermedias: donde se procesan las

moléculas. *trans: desde donde se reparten a otros

compartimentos.

Las moléculas viajan en las cisternas que se desplazan desde el lado cis al lado trans y durante este viaje se van procesando.

Región Cis-Golgi: es la más interna y próxima al retículo. De él recibe las vesículas de transición, que son sáculos con

proteínas que han sido sintetizadas en la membrana del reticulo endoplasmatico rugoso (RER), introducidas dentro de sus cavidades y transportadas por el lumen hasta la parte más externa del retículo. Estas vesículas de transición son el vehículo de dichas proteínas que serán transportadas a la cara externa del aparato de Golgi

Región medial: es una zona de transición.

Región Trans-Golgi: es la que se encuentra más cerca de la membrana citoplasmatica. De hecho, sus membranas, ambas unitarias, tienen una composición similar.

Las vesículas provenientes del retículo endoplásmico se fusionan con el cis-Golgi, atravesando todos los dictiosomas hasta el trans-Golgi, donde son empaquetadas y enviadas al lugar que les corresponda. Cada región contiene diferentes enzimas que modifican selectivamente las vesículas según donde estén destinadas. Sin embargo, aún no se han logrado determinar en detalle todas las funciones y estructuras del aparato de Golgi.

Modelos de transporte de moléculas (color naranja) a través del aparato de Golgi. En el modelo de maduración de cisternas (arriba) las cisternas se crean en el lado cis y se desplazan, mientras van madurando, hacia el lado trans donde se transforman en vesículas. En el modelo de cisternas permanentes (abajo) las moléculas viajan de una cisterna a la cisterna contigua, en dirección hacia el lado trans, englobadas en vesículas (vesículas de color naranja). Las vesículas celestes representan el proceso de reciclaje hacia el lado cis, que es incluido por los dos modelos.

La exocitosis es el proceso de fusión de vesículas con la membrana citoplasmática. Desde el TGN (organización túbulo-vesicular llamada entramado trans del aparato de Golgi o trans Golgi network) del aparato de Golgi se producen vesículas que sufren exocitosis y puede ser de dos tipos: constitutiva y regulada.

La exocitosis constitutiva es ubicua y lleva moléculas para la matriz extracelular y para la propia membrana plasmática.

La exocitosis regulada se produce en las células secretoras donde se necesita una señal, para que se produzca la fusión de las vesículas con la membrana plasmática.

La endocitosis es la captación de líquidos y el proceso de incorporación de moléculas al interior celular englobadas en vesículas.  

Se distinguen dos tipos principales de endocitosis :*Pincitosis “bebida celular”: involucra la ingestión de liquido y moléculas por medio de vesículas pequeñas. (<150 nm de diámetro).

* Fagocitosis “comida celular”: ingestión de partículas grandes, como microorganismos y detritos celulares por medio de vesículas de gran tamaño llamadas fagosomas  (>250 nm de diámetro).

Los endosomas son orgánulos celulares que actúan como estaciones de recepción y reparto de moléculas. Se propone la existencia de diversos tipos de endosomas: 

Endosomas tempranos: reciben las vesículas procedentes de la endocitosis y envían vesículas de reciclado a la membrana plasmática, al aparato de Golgi y forman los cuerpos multivesiculares. 

Endosomas de reciclado: algunos autores consideran que estos endosomas, diferentes a los tempranos, reciben vesículas de los endosomas tempranos y entonces son ellos los que envían las vesículas de reciclado. 

En los endosomas y en los terminales presinápticos también producen vesículas que se fusionan  con  la  membrana  plasmática.   Desde  estos  orgánulos  parten  vesículas  de reciclado que se fusionan con la membrana citoplasmática.   

Cuerpos multivesiculares: se forman de los endosomas tempranos y reciben vesículas con hidrolasas desde el TGN. Por invaginación forman vesículas internas. 

Endosomas tardíos: se forman de los cuerpos multivesiculares, reciben hidrolasas desde el TGN, y se transforman en lisosomas. 

La transcitosis es una ruta vesicular que siguen ciertas moléculas. Empieza con vesículas de endocitosis que se fusionan con los endosomas, los cuales producen vesículas que se fusionan de nuevo con una región alejada de membrana plasmática. No es una vía de reciclado sino de transporte.

Los lisosomas son orgánulos donde se produce degradación de molécula llevada a cabo por enzimas denominadas hidroliticas que permiten la digestión intracelular de macromoléculas.

Las hidrolasas acidas son enzimas hidroliticas que se activan en condiciones acidas.

La luz del lisosoma se mantiene a un PH acido por una ATPasa de H+ hacia la luz.

Los lisosomas también participan en la defensa del organismo (por ejemplo destruyendo bacterias) y normalmente en los organismos las células que intervienen en la defensa (Ej. Macrófagos) contienen gran cantidad de lisosomas para destruir esos agentes patógenos.

Los Peroxisomas son orgánulos donde se realizan reacciones metabólicas, principalmente β-oxidación y eliminación de peróxido de hidrógeno.

Las enzimas catalasa y urato oxidasa son típicas de los Peroxisomas.

En las plantas, los Peroxisomas realizan la foto respiración y en las semillas actúan como compartimientos de reserva.

Los Peroxisomas se pueden originar a partir del retículo endoplasmático o por división de uno preexistente.

Apoptosis La apoptosis o "muerte celular

programada" es una forma de suicidio celular genéticamente definida, que ocurre de manera fisiológica durante la morfogénesis, la renovación tisular y en la regulación del sistema inmunitario.

Determinados hechos celulares pueden ser explicados por trastornos en la regulación de los genes responsables de la apoptosis, como es el caso de la transformación y la progresión tumorales.

La muerte celular programada es parte integral del desarrollo de los tejidos tanto de plantas como de animales pluricelulares .

En animales, la forma de muerte celular programada más corriente es la "apoptosis".

Cuando una célula muere por apoptosis, empaqueta su contenido citoplasmático, lo que evita que se produzca la respuesta inflamatoria característica de la muerte accidental o necrosis. En lugar de hincharse o reventar y por lo tanto, derramar su contenido intracelular dañino enzimático, hacia el espacio extracelular.

Las células en proceso de apoptosis y sus núcleos se encogen, y con frecuencia se fragmentan conformando vesículas pequeñas que contienen el material citoplasmático. De esta manera, pueden ser eficientemente englobadas vía fagocitosis y, consecuentemente, sus componentes son reutilizados por macrófagos o por células del tejido adyacente.

En los ciclos metabólicos, las células reciben y emiten moléculas. A estas señales, se las denomina Señales de supervivencia, y son las responsables de mantener a la unidad biológica en un estado óptimo.

En las comunicaciones celulares, estas señales están encaminadas a informar a la población celular cuando el medio no es propicio.

La apoptosis es un fenómeno biológico fundamental, permanente, dinámico e interactivo.

Existen mecanismos pro- y anti-apoptóticos, regulados genéticamente, que actúan de forma activa (pues consumen energía) y equilibrada.

La apoptosis puede estar frenada, en equilibrio o estimulada. Por ejemplo,:

está frenada durante el desarrollo de espermatogonias, en las criptas de las glándulas intestinales (que es un epitelio de crecimiento rápido) y durante la lactancia en su período preparatorio, en que el tejido mamario aumenta su masa celular.

Está en equilibrio respecto de la mitosis en los tejidos adultos sanos.

Está estimulada cuando existen células envejecidas, mutadas, neoplásicas o no neoplásicas, alteradas por tóxicos y las que están en proceso de metamorfosis o atresia.

Fases de la apoptosis

1. 1. DecisiónDecisión

2. 2. EjecuciónEjecución

4. 4. DegradaciónDegradación y y presentación presentación

antígenosantígenos

3. 3. FagocitosisFagocitosis

DesequilibrioDesequilibrioentre factoresentre factoresinductores einductores einhibidoresinhibidores

Temprana:Temprana:

Activación Activación de proteasas yde proteasas yendonucleasasendonucleasas

InIntermedia:termedia:Fragmentación DNA Fragmentación DNA

TardTardíía:a:Emisión de Emisión de

cuerpos apoptóticoscuerpos apoptóticos

Activación Activación de receptoresde receptores

Detección Detección de fosfatidil de fosfatidil serina (PS)serina (PS) Evita liberación de

componentes intracelulares inflamación TGF β

La apoptosis se caracteriza por: activación de caspasas, reducción del volumen celular, fragmentación nuclear (cariorrexis), exposición del lípido fosfatidilserina en la cara externa de la membrana plasmática formación de cuerpos apoptóticos. La ejecución en sí depende de: factores externos a la célula (generalmente variaciones de concentración de factores de

crecimiento, estímulos para la permanencia en el tejido o bien estímulos apoptóticos directos desde linfocitos) activando el ligando de FAS en la membrana celular,

factores internos en los que la célula expresa metabólicamente su programa de muerte celular como consecuencia de un daño celular.

A diferencia de la apoptosis, la necrosis es una forma de muerte celular que resulta de un proceso pasivo, accidental y que es consecuencia de la destrucción progresiva de la estructura con alteración definitiva de la función normal en un daño irreversible. Este daño está desencadenado por cambios ambientales como la isquemia, temperaturas extremas y traumatismos mecánicos.

En la apoptosis el proceso afecta a determinadas células, no necesariamente contiguas, y no a todas en un área tisular.

La membrana celular no se destruye, lo que impide el escape al espacio extracelular de su contenido resultando un proceso "silencioso" sin inflamación.

En el citoplasma se produce granulación fina, con conservación de algunos orgánulos, en especial las mitocondrias que tienen .

A nivel nuclear la cromatina se condensa. La membrana celular se recoge sobre las eminencias

globuliformes que forman los elementos deteriorados del citoplasma y núcleo.

Finalmente, fagocitos captan la célula en su totalidad impidiendo que se produzca alarma en el resto del tejido.

El proceso de apoptosis dura entre 30 minutos y varias horas en células en cultivo.

Dado que la apoptosis actúa como oponente a la mitosis, es muy importante su relación con el ciclo celular.

En el ciclo celular hay cuatro fases: mitosis (M), fase de control celular G1, síntesis de ADN (S) y fase de control G2.

La apoptosis puede iniciarse en el tercio final de G1 para impedir que una célula dañada ingrese a la fase de síntesis de manera que las mutaciones no se reproduzcan durante la replicación del ADN y en la fase G2 para impedir que las células que no hayan llegado a la madurez entren en mitosis.

En el mecanismo molecular que controla la apoptosis actúan varios agentes, de los cuales uno de los más importantes y mejor estudiados es el complejo de cisteinil-aspartato proteasas (caspasas).

Se han descrito 11 caspasas en células humanas que provocan una degradación proteica bien definida hasta llegar a la formación de cuerpos apoptóticos.

Algunas caspasas son "iniciadoras" y otras "efectoras" del proceso catalítico, actuando sobre endonucleasas que son las responsables directas de la fragmentación del ADN.

Vía extrínsecaLa vía extrínseca o de los "receptores de muerte"

establece conexiones con el espacio extracelular, recibiendo señales proapoptóticas desde el exterior y de las células vecinas. Dos familias de receptores se han identificado con estas características: la proteína Fas y el factor de necrosis tumoral (TNF).

Vía intrínseca o mitocondrial Otra vía de inducción de apoptosis es la vía llamada

mitocondrial. Las proteínas de la familia de Bcl-2 regulan la apoptosis ejerciendo su acción sobre la mitocondria. La activación de proteínas pro-apoptóticas de la familia de Bcl-2 produce un poro en la membrana externa de las mitocondrias que permite la liberación de numerosas proteínas del espacio intermembrana; entre ellas, el citocromo c.

El citocromo c, una vez en el citosol, activa un complejo proteico llamado "apoptosoma", que activa directamente a la caspasa-9. Una vez que la caspasa-9 está activada, ésta activa a las caspasas efectoras como la caspasa-3, lo que desencadena las últimas fases de la apoptosis.

Diferencias entre Diferencias entre apoptosis y necrosis.apoptosis y necrosis. ApoptosisApoptosis NecrosisNecrosis

(Oncosis)(Oncosis)Programada genéticamenteProgramada genéticamente Accidental.Accidental.

Se mantieneSe mantiene Se rompeSe rompe

DisminuyeDisminuye aumentaaumenta

Se preservan Se preservan Se desintegran Se desintegran

Fragmentación del DNAFragmentación del DNA tardía tardía

fragmentosfragmentos grandesgrandes

.. En cuerpos apoptóticosEn cuerpos apoptóticos

rodeados por membrarodeados por membrana na

Son reconocidosSon reconocidos y fagocitados y fagocitados

Los contenidosLos contenidos de los orgánulosde los orgánulos

se liberanse liberan

Inducen Inducen inflamación local.inflamación local.

Membrana.Membrana.

Tamaño celularTamaño celular

Orgánulos.Orgánulos.

TempranaTemprana fragmentos fragmentos

oligonucleosomalesoligonucleosomales

Fragmentación celulFragmentación celularar

Restos celularesRestos celulares

MecanismoMecanismo

Consecuencias de la apoptosis

La célula se fragmenta en cuerpos apoptóticos con PS en La célula se fragmenta en cuerpos apoptóticos con PS en la cara exterior de su membrana la cara exterior de su membrana Las células fagocíticas:Las células fagocíticas:

• Reconocen PS y fagocitan los cuerpos apoptóticos Reconocen PS y fagocitan los cuerpos apoptóticos • Al fagocitarlos producen mediadores anti-Al fagocitarlos producen mediadores anti-inflamatoriosinflamatorios

Consecuencias de la apoptosis

1.1. Se impide la liberación de los contenidos Se impide la liberación de los contenidos celulares al espacio extracelular celulares al espacio extracelular

2.2. Permite muerte celular sin inflamación Permite muerte celular sin inflamación

3.3. La apoptosis permite la muerte celular sin La apoptosis permite la muerte celular sin provocar daño a las células adyacentesprovocar daño a las células adyacentes

La apoptosis es una función biológica de gran relevancia en la patogenia de varias enfermedades estudiadas hasta el momento. Podemos destacar el cáncer, malformaciones, trastornos metabólicos, neuropatías, lesiones miocárdicas y trastornos del sistema inmunitario.

Enfermedades asociadas a inhibición de apoptosis Cáncer: linfoma no Hodgkin folicular (Bcl-2 +), carcinoma (p53

+), tumores hormono-dependientes Enfermedades autoinmunitarias: lupus eritematoso sistémico,

glomerulonefritis autoinmunitaria Infecciones virales: Herpesvirus, Poxvirus, Adenovirus

Enfermedades asociadas a aumento de apoptosis Sida Enfermedades neurodegenerativas: enfermedad de Alzheimer,

enfermedad de Parkinson, esclerosis lateral amiotrófica, retinitis pigmentosa, degeneración cerebelosa

Síndromes mielodisplásicos (MDS): anemia aplástica Daño isquémico: infarto de miocardio, apoplejía, daño por

reperfusión, daño hepático por alcoholismo

Transcripción

Síntesis de proteínas.