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Biología Celular (2° Parcial) Metabolismo Es la totalidad de los procesos químicos de un organismo. El metabolismo es “las vías metabólicas” de miles de reacciones químicas que ocurren en la célula. Las enzimas dirigen dichas rutas metabólicas, acelerando diferencialmente reacciones determinadas. El metabolismo maneja las fuentes de materia y energía de la célula. Es un conjunto de reacciones bioquímicas que involucran la SÍNTESIS (anabolismo) o la DEGRADACIÓN (catabolismo) de moléculas en donde interviene la utilización y/o transformación de energía. Catabolismo Celular Son procesos de degradación Su función es reducir, es decir de una sustancia o molécula compleja hacer una más simple. Son reacciones exergónicas en las que se “libera energía al medio” que se almacena en forma de ATP . SON ESPONTANEAS Anabolismo Celular Sintetiza ATP Son las que consumen energía para construir moléculas de mayor tamaño a partir de moléculas más simples. Son reacciones endergónicas que “requieren un aporte de energía” que procede de la hidrólisis del ATP. NO SON ESPONTANEAS La transferencia de energía del catabolismo al anabolismo se denomina acoplamiento energético Procesos metabólicos son procesos por lo cual la célula obtiene, transforma y utiliza la energía necesaria para mantenerla viva. Apenas los alimentos son ingeridos, los polisacáridos, lípidos y proteínas son escindidos, por acción de enzimas, en moléculas cada vez más pequeñas, estableciendo verdaderas cadenas metabólicas. Leyes de la Termodinámica - El universo de estudio está formado por sistema y entorno. EL SISTEMA PUEDE SER: ABIERTO: intercambia energía y materia con el entorno. CERRADO: solo intercambia energía con el entorno. AISLADO: no hay intercambio con el entorno. 1° ley de la termodinámica La energía del universo es constante La energía no puede ser creada ni destruida, sólo transformada Si el sistema absorbe energía, la devuelve al entorno EXOTERMICA: ES CUANDO UNA REACCION LIBERA CALOR para tener (ENTALPIA)- H ENDOTERMICA: ES CUANDO UNA REACCIÓN ABSORBE CALOR. (ENTALPIA) + H Energía es única, pero se presenta de diferente formas, como cinética, térmica Si una degradación ocurre en un paso o muchos pasos, la cantidad de energía liberada por molécula es la misma – La energía química que los organismo utilizan en las reacciones metabólicas , proviene de los enlaces químicos de los Glúcidos/Lípidos/Proteínas Esta energía potencial que guardan los enlaces químicos, puede ser aprovechada parcialmente por el organismo cuando se rompen esos enlaces químicos. La energía que no puede ser atrapada por el organismo, se disipa como calor No toda la energía es utilizada en un trabajo. La energía no utilizada se pierde en forma de calor. Energía Total = Energía Útil + Energía Disipada. Se la conoce como H (entalpia) Se conoce como G Se la conoce como T (temperatura) y S (entropía) ENTALPIA: Magnitud termodinámica, simbolizada con la letra H, definida como la cantidad de energía que un sistema intercambia con su entorno. ENTROPIA: Magnitud termodinámica indica el grado de desorden molecular de un sistema. 2° Ley de la Termodinámica La entropía del universo tiende al máximo. Enzimas SON CATALIZADORES BIOLOGICOS Son moléculas que aumentan la velocidad de una reacción química, participando de la misma pero sin sufrir modificaciones. Las enzimas disminuyen la energía de activación a través de la generación de complejos moleculares entre la ENZIMA y el SUSTRATO. Disminuyen la energía de activación acelerando la velocidad de la reacción. Molécula sobre la que actúa la enzima y la sustancia que se forma recibe el nombre de PRODUCTO. La mayoría de las enzimas son PROTEINAS pero están los RIBOZOMAS ( moléculas de ARN con actividad enzimática) Enzimas Simples Son aquellas que constan solo de una estructura proteica. Les basta su estructura tridimensional para tener actividad biológica. Enzimas Conjugadas También llamados Holoenzimas Poseen en su estructura una parte no proteica denominada COFACTOR y una pate proteica denominada APOENZIMA. Para que estas enzimas actúen como catalizadores es necesario que la apoenzima se una al cofactor. . Las coenzimas se unen no covalentemente a la apoenzima permitiendo que la holoenzima así formada lleve a cabo reacciones que la apoenzima sola no puede efectuar. Si la parte no proteica corresponde a macromoléculas (como FAD o NAD) se llama coenzima Características Son muy especificas Son Reutilizables (no se modifican químicamente) Saturabilidad: tiene un número limitado de sitios activos a los cuales pueden unirse moléculas de sustrato. La velocidad de la reacción depende de la concentración del sustrato. Patrón de distribución específico: tienen una distribución muy específica y están compartimentalizadas. Regulan la síntesis Regulan la degradación Regulan la actividad catalítica Regulación Enzimática Puede darse a distintos niveles: INHIBICION ENZIMATICAS: reducción de actividad. Inhibidores irreversibles: provocada por sustancia que producen un cambio permanente en la enzima, perdiendo definitivamente su actividad. Inhibidores reversibles: la inhibición se da por un determinado periodo de tiempo pero luego la enzima recupera su actividad, dentro de este grupo encontramos los inhibidores competitivos y los no competitivos. COMPETITIVA: el inhibidor tiene una sustancia similar al sustrato la cual podrá unirse al sitio activo de la enzima compitiendo con el sustrato de la enzima. NO COMPETITIVA: se enlazan a un sitio distinto del sitio activo, de manera que el inhibidor se puede unir a la enzima libre o bien al complejo enzima sustrato, pero en ninguno de los casos obtendremos productos. Actividad Enzimática Aumento de la actividad Reversible Se da por un mecanismo Alosterico. Regulación alosterica Mecanismo por el cual una enzima puede activarse o inactivarse temporalmente Es el cambio en la actividad de la enzima el cual está regulado por la molécula EFECTOR ALOSTERICO Se une a la enzima en otro sitio que no es el sitio activo. Cuando se une a la enzima antes que el sustrato. Modifica la conformación de la enzima modificando su sitio activo. MECANISMOS REGULATORIOS TEMPERATURA Y PH: las enzimas actúan a una temp y PH óptimos, su modificación puede aumentar o disminuir la actividad enzimática MODIFICACION COVALENTE: en este mecanismo algún aminoácido de la enzima se une covalentemente a un grupo químico y de esta forma se activa o inactiva la enzima INTERACCION ALOSTERICA: Las enzimas pueden tener un sitio de regulación al cual puede unirse un efector alosterico que modifique la actividad enzimática.Mitocondrias Son cilíndricas. En promedio miden 3 um de largo y tienen un diámetro de 0,5 um. Están ubicadas en las regiones de las células donde la demanda de energía es mayor, móviles o fijas. Estructura Las mitocondrias poseen 2 membranas, una externa y otra interna que dan lugar a 2 compartimientos: el espacio intermembranoso y la matriz mitocondrial. Membrana externa Tiene mayor cantidad de lípidos que proteínas Es permeable a todos los solutos existentes en el citosol pero no a las macromoléculas, ya que en la bicapa lipidica posee proteínas membranosas, PORINAS, por los que pasan libremente iones y moléculas. Presenta colesterol, fosfolipidos y proteínas. Espacio Intermembranoso Posee una elevada concentración de H+ Matriz Mitocondrial Es un gel denso que posee una enorme cantidad de proteínas solubles, ribosomas, ADN mitocondrial y proteínas del ciclo de krebs y de la beta oxidación de ácidos grasos. Las enzimas involucradas en la descarboxilación del piruvato se localizan en matriz mitocondrial 3 tipos de ARNm ,2 tipos de ARNr,20 tipos de ARNt Membrana Interna Posee más proteínas que lípidos. Desarrolla plegamientos hacia la matriz mitocondrial que da lugar a las CRESTAS MITOCONDRIALES. Poco permeable. - Impermeabilidad al agua y solutos pequeños En ella se localizan: Conjuntos de macromoléculas que componen la cadena de electrones. ATP Sintasa Canale ionicos y permeasas que permiten el pasaje de iones y moléculas. Un fosfolipido doble. Funciones Su función principal es generar ATP. Degrada ácidos grasos para la obtención de ATP. Remoción de calcio del citosol: se lleva a cabo cuando los niveles de calcio aumentan y alcanzan los niveles que son tóxicos para la célula. Participa en la APOPTOSIS (muerte celular programada) Síntesis de aminoácidos y esteroides. Respiración Celular Reproducción Las mitocondrias se reproducen para duplicar su número antes de cada división celular y para reemplazar a las que desaparecen. Se reproducen por FISION BINARIA. El ADN mitocondrial presenta las siguientes particularidades que lo diferencian del ADN NUCLEAR : -Es circular y carece de histonas. -Posee un solo origen de replicación Duplican su tamaño para luego dividirse Respiración Celular Oxidación de moléculas de glucosa por parte de la célula, con el objetivo de obtener energía para realizar sus actividades. TODO EL PROCESO SE DIVIDE EN 3 ETAPAS: Glucolisis Es la ruptura del “AZUCAR”. Se lleva a cabo en el citoplasma y no requiere oxigeno. Es una vía metabólica en la que se produce la degradación de la glucosa a través de reacciones enzimáticas Proceso catabólico constituido por 9 pasos en los cuales una molécula de glucosa ( de 6 carbonos) es oxidada hasta obtener 2 moléculas de ACIDO PURIVICO (de 3 carbonos) .Cada paso es catalizado por distintas enzimas . HEXOQUINASA FOSFOFRUCTOQUINASA LA PIRUVATO QUINASA Se obtienen 4 ATP pero el proceso consume 2 ATP, entonces el producto final son 2 ATP. Los electrones y protones que se producen durante la 1° oxidación de la glucosa pasaran a reducir 2 NAD + cuya forma reducida es NADH + H + el rendimiento global máximo de ATP que se puede obtener a partir de una molécula de glucosa es de 38 ATP. COMO RESULTADO FINAL OBTENDREMOS: 2 PIRUVATOS 2 NADH + H+ 2 ATP En la ausencia de O2 EL PIRUVATO puede realizar la FERMENTACION la cual dará como producto final: ETANOL ACIDO LACTICO. Estas presentan un regulación importante en la vía glucolitica Ciclo de Krebs Se lleva a cabo de la Matriz mitocondrial. Proveniente del citosol, el PIRUVATO ingresa en la matriz mitocondrial, donde por acción de la PIRUVATO DESHIDROGENSASA pierde un carbono y se convierte en el grupo de ACETIL de la ACETIL COA. Así el ciclo comienza la unión de la Acetil Coa con el ACIDO OXALACETICO para general una molécula de ACIDO CITRICO. Recibe el nombre de ciclo porque comienza con la unión del Acetil CoA a una molécula de Oxaloacetato y termina con la Oxaloacetato que puede unirse nuevamente a la Acetil CoA y continuar con el ciclo En la 1° parte la energía liberada es utilizada para generar ATP de forma directa pero la mayoría de la energía es utilizada para reducir 3NAD+ que se convierte en NADH+ H+ y un FADque pasa a su estado reducido FADH2. Por cada glucosa se forman 2 Piruvatos y, por lo tanto, 2 Acetil CoA. Cada acetil genera 1 ATP, 3 NADH y 1 FADH2, por lo que al cabo de las dos vueltas que se necesitan para metabolizar a los dos acetilos surgen 2 ATP + 6 [NADH + H+] + 2 [FADH2] Fosforilacion Oxidativa Se lleva a cabo en las crestas mitocondriales Depende de oxigeno Los NADH y los FADH2 son oxidados, de modo que vuelven a convertirse en NAD+ y FAD. Los electrones provenientes de la Glucólisis y/o Ciclo de Krebs van a circular por una serie de proteínas de la llamada Cadena Respiratoria (o cadena transportadora de electrones). Durante el pasaje de estos electrones se van produciendo un bombeo de moléculas de hidrógeno desde la matriz mitocondrial hasta el espacio intermembranoso, de forma que se produce un gradiente electroquímico entre estos dos espacios. Estos protones vuelven a la matriz por intermedio de la ATP Sintasa, y así se genera ATP, en un proceso llamado FOSFORILACION OXIDATIVA.. Síntesis de ATP utilizando la energía liberada del transporte de electrones de la cadena. La fosforilación es la adición de un grupo fosfato a cualquier otra molécula Como producto final del traspaso de electrones de la generación de protones y de la oxidación de oxigeno, se obtiene H20 Los componentes de la cadena forman un complejo multi- enzimático representado por: NADH-Q reductasa, (Q)-ubiquinona, citocromo reductasa, citocromo c, citocromo oxidasa. Cloroplastos Los plástidos son organoides que se encuentran en las células vegetales. Los más comunes son las CLOROPLASTOS Constituyen las maquinarias bioquímicas que se encargan de producir las TRANSFORMACIONES ENERGETICAS necesarias para mantener las funciones de las células. Poseen PIGMENTOS(clorofilas, carotenoides) que en ellos tiene lugar la fotosíntesis, poseen pigmentos fotosintéticos, como la clorofila. CROMOPLASTOS: plastidos con pigmentos. Se encuentran en los pétalos, frutos y raíces. LEUCOPLASTOS: son plastidos incoloros. Se encuentran en las células embrionarios como en las células de los órganos de las plantas que no reciben luz. Las células de los vegetales tienen entre 20 y 40 cloroplastos. Suelen tener forma ovoide, esférica o discoidal. Tienen un diámetro de 4 y 6 um Estructura El cloroplasto posee 3 componentes principales: La estroma Los tilacoides La envoltura Presenta 2 membranas A través de donde se producen los intercambios moleculares con el citosol. INTERNA EXTERNA Membrana Externa No presenta plegamientos Más permeable a los iones, algunos solutos pequeños y el agua Carece de clorofila Membrana Interna No presenta plegamientos Es lisa Impermeable Posee los transportadores para facilitar el traspaso de sustancia Carece de clorofila Estroma Presenta la mayor parte del cloroplasto Se encuentra en ella inmersos los tilacoides Compuesto por : Proteínas , ADN , ARN Se produce la fijación del C02, es decir, la producción de hidratos de carbono. Síntesis de algunos ácidos grasos y proteínas Tilacoides Constituyen sacos aplanados agrupados como pilas de monedas Cada pila de tilacoides recibe el nombre de GRANUM (grana) Los elementos individuales que forman las pilas se los llama TILACOIDES DE LOS GRANA. Los tilacoides que atraviesan el estroma y que se conectan entre sí a 2 grana , se llaman TILACOIDES DE LA ESTROMA Membrana Tilacoidal La pared de los tilacoides es una bicapa lipidica poblada de proteínas y de otras moléculas Separa el compartimiento de los tilacoides Se encuentra la clorofila y también están otras proteínas encargadas de la fotosíntesis, como la ATP sintasa, el sistema de los citocromos y la plastoquinona – La membrana tilacoidal responde al modelo del mosaico lipoproteico. Se encuentra en ella el 50% de los lípidos del cloroplasto y entremezcladas moléculas de clorofila, carotenoides, plastoquinonas que intervienen en la fotosíntesis. Funciones Su función principal es la FOTOSINTESIS Fotosíntesis Proceso por el cual los organismos autótrofos usan la energía lumínica para la síntesis de materia orgánica que utilizan para alimentarse, a partir de moléculas simples, como el dióxido de carbono y agua. -Consiste en la combinación de CO2 y H2O para formar hidratos de carbono con liberación de O2. Formados por la fotosíntesis son sacáridos solubles. Pigmentos Fotosintéticos Absorben la energía luminosa y se excitan Cuando se excitan liberan la energía a través de emisión de calor Transmisión de energía a otra molécula. CLOROFILA Pigmento fotosintético presente en la membrana de los tilacoides de células vegetales. Capta la energía lumínica a través de su ANILLO PIRROLICO. - La clorofila absorbe /capta la energía lumínica y se excita, es decir, que los electrones de esta molécula pasan de un estado de energía superior. - Luego vuelven a su estado de energía basal y liberan esa energía. HAY 2 ETAPAS EN LA FOTOSINTESIS: ETAPA LUMINICA Reducción de NADP + NADPH Y síntesis de ATP. Depende de la luz Ocurre en la membrana del tilacoide Están los componentes moléculas para realizar la fotosíntesis FOTOSISTEMA I FOTOSISTEMA II Compuestos por proteínas y moléculas de clorofilas Captan la energía lumínica y la transporta hacia una molécula de clorofila del centro de reacción. FOTOSISTEMA I Se encuentra en la membrana externa de las ganas. Complejo molecular , posee una antena captadora de energía lumínica , integrada por : - Proteínas - Clorofila alfa y beta - Caratenoides - Centro de reaccion Compuesto por proteínas y moléculas de clorofila de tipo P680 FOTOSISTEMA II Se encuentra en la membrana mas interna de las granas Complejo molecular , posee una antena que capta la luz y el centro de reacción Compuesto por proteínas y moléculas de clorofila de tipo P700 ETAPA BIOQUIMICA Independientemente de la luz (puede ocurrir en la oscuridad) Ocurre en el estroma Necesita el ATP y NADPH2 formado en la etapa anterior Proceso Etapa bioquímica: Ocurre en el estroma y en el citoplasma. Consiste en la reducción del CO2 y en la posterior síntesis de hidratos de carbono, que se produce otra vez de una serie de reacciones encadenadas en el ciclo de calvin Etapa Lumínica: La energía proveniente del sol es captada por la clorofila, provocando el desprendimiento de electrones de esta molécula. Algunos de esos electrones actúan disociando las moléculas de agua absorbidas por la planta a través de los órganos correspondientes. Las moléculas de agua se desdoblan en sus dos componentes: un átomo de oxígeno y dos átomos de hidrógeno: este proceso de ruptura de la molécula de agua se denomina "hidrólisis". El átomo de oxígeno, que el vegetal no utiliza, se aparea con otro y forma moléculas de gas oxígeno que se liberan a través de las estomas de las hojas hacia la atmósfera, permitiendo la respiración de todos los seres vivos. Los átomos de hidrógeno resultantes de esta disociación, que serán utilizados posteriormente en la etapa oscura, pasan a integrar la molécula de un coenzima capaz de "transferir hidrógenos", denominada "NADP", transformándola en "NADP hidrogenado" (NADPH). La energía de los electrones restantes es almacenada en el nucleótido de adenosina, un compuesto altamente energético que tiene la propiedad de almacenar energía pero también de transferirla rápidamente, permitiendo otra reacción química. Este compuesto se forma cuando una molécula de "ADP" se une con una molécula llamada "grupo fosfato", formando ATP. Ciclo de Calvin En las plantas, el dióxido de carbono (CO2) entra al interior de las hojas a través de unos poros llamados estomas y se difunde hacia el estroma del cloroplasto, el sitio en el cual se producen las reacciones del ciclo de Calvin, donde se sintetiza el azúcar. Estas reacciones también se llaman reacciones independientes de la luz, porque la luz no las causa directamente. En el ciclo de Calvin, los átomos de carbono del se CO2 fijan (se incorporan a moléculas orgánicas) y se utilizan para formar azúcares de tres carbonos. Este proceso es estimulado por el ATP y NADPH que provienen de las reacciones luminosas, y depende de ellos. A diferencia de las reacciones dependientes de la luz, que ocurren en la membrana tilacoidal, las reacciones del ciclo de Calvin ocurren en el estroma (espacio interior de los cloroplastos). Reacciones del ciclo de Calvin Lasreacciones del ciclo de Calvin se pueden dividir en tres etapas principales: Fijación del carbono. Una molécula de CO2 se combina con una molécula aceptora de cinco carbonos, ribulosa-1,5-bifosfato (RuBP). Este paso produce un compuesto de seis carbonos que se divide para formar dos moléculas de un compuesto de tres carbonos, ácido 3-fosfoglicérico (3-PGA). Esta reacción es catalizada por la enzima RuBP carboxilasa/oxigenasa o RUBisCO Reducción. En la segunda etapa, el ATP y NADPH se utilizan para convertir las moléculas de 3-PGA en moléculas de azúcar de tres carbonos, gliceraldehído-3-fosfato (G3P). Esta etapa se llama así, porque NADPH debe donar sus electrones o reducir a un intermediario de tres carbonos para formar el G3P.(glieraldehido -3-Fosfato) Regeneración. Por cada 6 moléculas de CO2 fijadas se producen 12 moléculas de G3P. 2 moléculas de G3P se van para formar glucosa, mientras que 10 deben reciclarse para regenerar el aceptor RuBP. Fotorrespiracion En el ciclo para fijar el CO2 interviene la enzima RUBISCO que puede actuar como CARBOXILASA O OXIDASA , según la concentración de C02 (Dioxido) Si la concentración es baja , en relación a la concentración de O2 , esta enzima cataliza la reacción de la RUBP con el O2 y no con el CO2, es decir , que utiliza el O2 y produce CO2 Modelo Quimiosmotico En las reacciones de la fotosíntesis dependientes de la luz hay un flujo continuo de electrones desde el agua al FOTOSISTEMA II , de este al FOTOSISTEMA I y a través del FOTOSISTEMA I al NADPH+. En diferentes etapas del TRANSPORTE DE ELECTRONES se extraen protones de la estructura que son liberados al espacio intertilacoide, el LUMEN. Esto crea un gradiente de protones que no se disipa porque las membranas tilacoidales son impermeables a los protones. La fuerza PROTON-MATRIZ es utilizada por el complejo proteico ATP sintetasa para sintetizar ATP a partir de ADP. El movimiento de protones impulsa la formación de ATP a partir de ADP, un proceso Quismiostico. La síntesis de ATP a partir de energía lumínica se llama FOSFORILACION. Interaccion entre la Célula y su Entorno Comunicación Celular Es la capacidad de las células de intercambiar información fisicoquímica con el medio ambiente y con otras células. La comunicación celular es un mecanismo homeostático porque tiene como objetivo mantener las condiciones fisicoquímicas internas adecuadas para la vida de la célula frente a los cambios externos. PERMITE A LA CELULA REALIZAR TAREAS: Supervivencia o Muerte Celular Diferenciación Multiplicación (proliferación) Degradación o síntesis de sustancias secreción incorporación de solutos o macromoléculas contracción movimiento (movilización) conducción de estímulos eléctricos Inducción Celular Es la acción de estimular a la célula desde el exterior se llama INDUCCION y es mediada por una SUSTANCIA INDUCTORA (ligando) Producida por una CELULA INDUCTORA La que recibe la sustancia inductora se llama CELULA INDUCIA O BLANCO La sustancia inductora interactúa con la célula inducida a través de un RECEPTOR Proteína o complejo proteico localizado en el citosol o en la membrana plasmática de la célula Blanco. CELULA INDUCIDA CELULA INDUCTORA RECEPTOR SUSTANCIA INDUCTORA Tipos de Inducciones Depende de la distancia entre la CELULA INDUCTORA Y LA CELULA INDUCIDA ENDOCRINA Cuando la CELULA INDUCTORA y la CELULA INDUCIDA se encuentran distantes entre sí, la célula inductora ingresa en la sangre y a través de ella alcanza la célula inducida, en este caso reciben el nombre de Hormonas. Ej. Insulina, glucagón, hormonas adenohipofisiarias, etc. PARACRINA Cuando la CELULA INDUCTORA se halla cerca de la CELULA INDUCIDA. La sustancia inductora recorre un corto trecho de la matriz extracelular para alcanzar a la célula inducida. Ej: esto se da en la sinapsis nerviosa AUTOCRINA La SUSTANCIA INDUCTORA es secretada y recibida por la propia célula, se induce a si misma. POR CONTACTO DIRECTO La SUSTANCIA INDUCTORA es retenida en la membrana plasmática de la célula inducida y no se secreta.. Para que la célula inductora tenga contacto con el receptor se necesita que la célula inductora se traslade al lugar de la célula inducida. LA UNION DE SUSTANCIA INDUCTORA AL RECEPTOR ESPECIFIDAD: Cada sustancia inductora actúa sobre ciertas células. La especificad de las sustancia inductoras se corresponde con la especificad de los receptores que son moléculas o asociaciones moleculares. La sustancia inductora y el receptor integran el complejo INDUCTOR-RECEPTOR que posee las siguientes características: Adaptación inducida - la fijación de la sustancia inductora al receptor requiere una adaptación estructural recíproca entre ambas moléculas Saturabilidad - El número de receptores existente en cada célula es limitado un eventual aumento en las concentraciones del inductor, pondría en evidencia la saturabilidad del sistema. Reversibilidad - La unión sustancia inductora-receptor es reversible, ya que el complejo se separa un tiempo después de su formación. Tipos de Receptores RECEPTORES CITOSOLICOS Las hormonas esteroideas, las hormonas tiroideas, la vitamina D y el acido retinoico son sustancias inductoras que se unen con receptores de las células inducidas situadas en el citosol. Una vez en el citosol, la sustancia inductora se une a su receptor específico y ambos forman un complejo que ingresa en el núcleo. Allí el complejo se combina con la secuencia reguladora de un gen particular, el cual se activa. Los receptores citosolicos so proteínas que poseen 4 dominios: Uno diseñado para unirse al inductor. Otro flexible, que se dobla como una bisagra. Otro que se une a la secuencia reguladora del gen. Otro que activa el gen. En ausencia de la sustancia inductora, el receptor permanece en el citosol unido a la CHAPERONA HSP90 la cual lo encorva. En cambio, cuando la sustancia inductora se acopla al receptor, se libera de la chaperona y adquiere una forma extendida. RECEPTORES MEMBRANOSOS Las señales hidrofílicas (como neurotransmisores y factores de crecimiento) poseen en general naturaleza proteica .Se unen a receptores que se encuentran en la membrana plasmática de las células inductoras y ponen en marcha en las células inducidas una serie de reacciones moleculares hasta que se llega a la respuesta celular. Entre las moléculas que intervienen en la mayoría de las vías de señales abundan las quinasas. LOS RECEPTORES MEMBRANOSOS DEBEN TENER 3 DOMINIOS: Dominio extracelular. Dominio transmembranoso. Dominio citosolico EXISTEN RECEPTORES MEMBRANOSOS QUE AL SER INDUCIDOS: Adquieren actividad enzimática o activan a una enzima independiente Activan a proteína G. ADQUIEREN ACITVIDAD ENZIMATICA La actividad que adquiere el receptor puede ser: GUANILATO CICLASA: interactúan con moléculas de Guanosina trisfofato (GTP) presente en el citosol y las convierte en Guanosina monofosfato cíclico (GMPc).Activan la enzima quinasa G. SERINA –TREONINA QUINASA: interactúan con sustancia inductoras llamadas TGF-β quienes regulan la proliferación y diferenciación celular. TIROSINA QUINASA: pertenecen a una familia de mole culas llamadas Factores de crecimiento. Comienza cuando se al ligando y se forman dímeros que activa a la proteína quinasa presentes en el receptor a las cuales pueden fosforilar a las tirosina - un ejemplo es el receptor para insulina RECEPTORES ACOPLADOS A PROTEINA G Receptores localizados en la membrana plasmática que al ser inducidos activan a proteínas G. Atraviesan la membrana 7 veces. Proteína transmembranosa - Al ser activada, la proteína G activa o inactiva a una enzima de la membrana plasmática o abre o cierra canales iónicos, dependiendo del tipo de Proteína G Proteína Gs :activa la enzima Adenilato Ciclasa (AC) Proteína Gi : inhibe al Adenilato Ciclasa Proteína Gq : activa a la enzima Fosfolipasa C (PLC) Proteína Gk : activa canales de K+ (potasio) PROTEINA G Tiene actividades GTPasa (degrada un nucleótido trifosfatado que es el GTP) Localizada en la membrana plasamtica , en la cara citosolica.. FORMADO POR 3 UNIDADES α (alfa) : Se comporta como una GTPasa que posee un GDP O GTP. Cuando posee un GDP la proteína G se inactiva. Cuando el GDP es remplazado por un GTP se activa β (beta) γ. Gamma. Forman un complejo así la Subunidad beta se une a la membrana Muerte Celular La muerte celular es un fenómeno común durante el desarrollo embrionario. Necesario para remover Tejidos provisorios Eliminar células superfluas Generar conductas Formas orificios También se producen muertes cuando el organismo necesita: Remodelar tejidos o células dañadas Células innecesarias Células redundantes Células envejecidas o peligrosas Cuando la lesión es irreversible, lleva a la muerte celular, que puede ser: APOPTOSIS: muertes celulares programada o reguladora que ocurren al cabo de una serie de cambios morfológicos. NECROSIS: Muertes celulares accidentales producidas por traumatismo , sustancias toxicas ect.. Es un proceso con ausencia de ATP SE ACTIVA POR DISTINTAS CAUSAS: Se suprimen factores tróficos que mantienen viva a las células. Sustancias que inducen la muerte celular se unen a receptores específicos. El ADN nuclear es afectado por mutaciones capaces de poner en peligro al organismo. Apoptosis 1. ACTIVACION POR SUPRESION DE FACTORES TROFICOS La célula se mantiene viva por sustancia inductoras llamadas FACTORES TROFICOS. Cuando estos dejan de actuar tiene lugar la APOPTOSIS. Los factores tróficos se desligan del receptor el cual envía SEÑALES que antes no estaban. Activa la ENZIMA BAD. Esta se acopla a la proteína BCL-2 se abre y activa el canal PTPC liberando: AIF y CITOCROMO C AIF AIF: Factor de inducción apoptitica. Activa la endonucleasa que degrada el ADN. CITOCROMO C: Se une a la proteína Apaf-1 se activan y generan una cascada que va activando CASPASAS (ENZIMAS QUE GENERAN LA APOTOSIS) 2. ACTIVACION POR RECEPTORES ESPECIFICOS Más comunes en respuestas inmunológicas en ciertas células infectadas y cancerosas. Se activa la VIA RECEPTORES TNF-r .Una vez que llega la sustancia inductora al RECEPTOR se activa la vía y activa distintas CASPASAS que generan la apoptosis. 3. ACTIVACION POR MUTUACIONES EN EL ADN Ocurre cuando el ADN se altera por: Envejecimiento celular Errores de replicación Acción de algunos agentes Ante la presencia de esas alteraciones suele intervenir la proteína P53. Cuando no logra repararlas induce la muerte de la célula impidiendo el traspaso de ADN dañado a las células hijas Núcleo Su tamaño es de 5 a 10 mm. Funciones Almacenar la información genética en el ADN. Ejecutar, dirigir y regular las actividades citoplasmáticas, a través del producto de la expresión de los genes: las proteínas. Recuperar la información almacenada en el ADN en la forma de ARN. EN EL NUCLEO SE LOCALIZAN LOS PROCESOS A TRAVES DE LOS CUALES SE LLEVAN A CABO DICHAS FUNCIONES: La duplicación del ADN y su unión con proteínas (histonas) para formar la cromatina. La transcripción de los genes a ARN La regulación de la expresión genética. Estructura El núcleo está rodeado por la ENVOLTURA NUCLEAR Una doble membrana interrumpida por POROS NUCLEARES Funcionan como una compuerta selectiva en la cual ingresan proteínas del citoplasma y permite la salida de ARN y sus proteínas asociadas. LAMINA NUCLEAR Se localiza en la membrana interna de la envoltura y provee soporte interno UN NUCLEOPLASMA en el cual están disueltos sus solutos y un esqueleto filamentoso MATRIZ NUCLEAR la cual provee soporte a los cromosomas EN EL COMPARTIMIENTO NUCLEAR SE LOCALIZAN 46 CROMOSOMAS: cada uno formado por una molécula ADN combinado con proteínas. VARIAS CLASES DE ARN EL NUCLEOLO: el lugar donde se sintetizan, procesan y ensamblan los ARNr. DIVERSAS PROTEINAS: Regulan la actividad de los genes Las que se combinan con el ARNr. ADN polimerasas ENVOLTURA NUCLEAR Está formada por 2 membranas interrumpidas por poros nucleares y por la lámina nuclear. El espacio entre la membrana externa y la membrana interna se llama ESPACIO PERINUCLEAR se comunica con el Retículo endoplasmatico. La MEMBRANA INTERNA posee proteínas integrales que se unen a la lámina nuclear y a los cromosomas. La fosforilación de las laminas provoca el desensamble de la lámina nuclear causando la ruptura de la envoltura al inicio de la división celular. COMPLEJO DEL PORO NUCLEAR La envoltura nuclear posee 3mil a 4 mil POROS NUCLEARES En ellos existe un conjunto de proteínas llamadas NUCLEOPORINAS Componen una estructura denominada COMPLEJO DEL PORO OCHO COLUMNAS PROTEICAS: forman las paredes laterales. PROTEINAS DEL ANCLAJE: amarran las columnas proteicas a la envoltura nuclear PROTEINAS RADIALES. Convierten el poro en un diafragma. FIBRILLAS PROTEICAS: intervienen en el pasaje de las proteínas a través del poro. El complejo poro mide alrededor de 30nm de altura y 100nm de diámetro IONES Y MOLECULAS PEQUEÑAS: pasan sin gasto de energía de forma pasiva. MACROMOLECULAS: antes de pasar, fuerzan el acortamiento de las proteínas radiales y el complejo se comporta como un diafragma que adapta su abertura a las dimensiones de la molécula. ENTRADA DE PROTEINAS AL NUCLEO Ingresan estando plegadas.. Mediante un mecanismo selectivo que permite el ingreso de solo las apropiadas, las cuales poseen una PEPTIDO SEÑAL. Abre el camino para que puedan pasar por el complejo del poro. NSL(péptido señal más estudiada) Interactúa con el complejo del poro mediante la proteína IMPORTINA Durante el pasaje se gasta GTP, cuya hidrolisis está a cargo de RAN Proteína de la familia de las GTPasas SALIDA DE PROTEINAS Y DE MOLECULAS DE ARN Las proteínas que salen del núcleodependen del RAN y de señales específicas poder atravesar los poros de la envoltura nuclear. Los péptido señal se llaman NES Reconocidos por las EXPORTINAS Genes Secuencia de ADN con la información necesaria para fabricar una molécula de ARN y, si esta corresponde a un ARN mensajero, a partir de el construir una proteínas. Secuencia de ADN transcripta que genera un producto con función celular especifica. Cada GEN se localiza en un sitio particular del cromosoma llamado LOCUS. La información genética depositada en las moléculas de ADN se localiza en el núcleo y que la síntesis proteica tiene lugar en el citoplasma, es necesario que esta información se transfiera desde el núcleo al citosol. Requiere de la intervención del ARNm Copia la información contenida en el ADN y sale al citosol donde dirige la síntesis de proteínas. Así, en el núcleo el ADN determina la secuencia de los nucleótidos del ARNm y en el citoplasma el ARNm establece el orden de los aminoácidos de la proteína. Las instrucciones genéticas contenidas en el ADN se expresan en 2 pasos: LA TRANSCRIPCION: consiste en la síntesis de ARN a partir de ADN. El ARN contiene la información de la secuencia de bases del ADN que ha sido copiado. LA TRADUCCION: momento en el cual el ARN ejecuta las instrucciones recibidas y sintetiza una proteína específica. FLUJO DE INFORMACION GENETICA EXISTEN DIVERSOS TIPOS DE ARN: ARNm (mensajero): Recoge la información de los genes y dirigen la síntesis de las proteínas ARNr (ribosómico): son fundamentalmente estructurales ARNt (transferencial): Actúan como adaptadores. La síntesis proteica (o traducción del ARNm) tiene lugar en el interior de los RIBOSOMAS, que constan de cuatro ARN r diferentes entre sí y numerosas proteínas a traducción necesita de la participación de los ARNt. Se encargan de trasladar a los aminoácidos hacia el ribosoma siguiendo el orden que marca la información genética del ARNm. Transcriptos Primarios Las moléculas de ARN surgidas de la transcripción del ADN se llaman TRANSCRIPTOS PRIMARIOS. El procesamiento más conocido es el de los transcriptos primarios de los ARNm. Contienen segmentos no funciones intercaladas con los segmentos que contienen la información genética que codifica la proteína. SECUENCIA SIN INFORMACION SECTOR QUE CODIFICA LA PROTEINA El procesamiento remueve los INTRONES Y empalma los EXONES entre sí, dando lugar a un ARN m con información genética continua. Código Genético Constituido por tripletes de nucleótidos Representados por letras (A, U, G, C) Pueden formar 64 TRIPLETES Una vez transcriptos se llaman CODONES El conjunto de 64 codones recibe el nombre de CODIGO GENETICO De los 64 codones : 61 CODIFICAN AMINOACIDOS 3 CODONES NO CODIFICAN AMINOACIDOS UGA UAG UAA Actúan como señales de terminación en la síntesis proteica. SON CODONES DE TERMINACION El CODIGO GENETICO: No es AMBIGUO ya que cada codón especifica a un solo aminoácido. Es DEGENERADO ya que un aminoácido puede estar codificado por diferentes CODONES. Es UNIVERSAL, debido a que sus mensajes son interpretados de la misma forma por todos los organismos. No se producen SOLAPAMIENTOS de codones. UNIDIRECCIONAL, utiliza un marco de lectura establecido al inicio de la traducción y no lo modifica. Composición del Gen 5´ 3´ INTRON / EXON / INTRON SECUENCIA REGULADORA PROMOTOR SEGMENTO CODIFICADOR SECUENCIA DE TERMINACION PROMOTOR: inicia la transcripción y señala a partir de que el nucleótido debe transcribirse. Suele poseer 2 elementos. La combinación más común incluye las secuencias llamadas TATA y CAAT., situadas cerca del codificador. SECUENCIA REGULADORA: determinan cuando debe transcribirse el gen y cuantas veces debe hacerlo. Existen 2 tipos: Amplificadores e inhibidores. SEGMENTO CODIFICADOR: se encuentra cercano al extremo 3´. Se alternar tramos de ADN utilizables con tramos no funcionantes, es decir, exones e intrones. SECUENCIA DE TERMINACION: Codón de terminación que marca la conclusión de la síntesis del ARN. Cromosomas El núcleo contiene los CROMOSOMAS de la célula. Constituidos por una larga molécula de ADN asociada a proteínas. HISTONAS NO HISTONAS CROMATINA Formada por: ADN HISTONAS PROTEINAS NO HISOTINICAS Estructura CENTROMERO: es una construcción primaria localizada en el centro. Participa en el reparto a las células hijas de las 2 copias cromosómicas que se generan por la replicación del ADN. TELOMEROS: necesarios para la duplicación de cromosoma. Los protegen de las nucleasas. Corresponden a los extremos del cromosoma. Cada vez que te duplique el telomero se acorta. Debido a su ubicación está expuesto a: - Puede fusionarse con el ADN de otro telomero. –Puede ser degradado por una nucleasa. Normalmente no ocurre porque el ADN telomerico se dobla sobre si mismo y está protegido por la PROTEINA TRF. TELOMERASA: enzima que reconstruye el telomero. ORIGENES DE REPLICACION: en ellos el ADN posee secuencia de nucleótidos especiales. CINETOCORO: estructura proteica que se encarga de separa las cromatinas hermanas y forma parte del centromero Los cromosomas poseen secuencias de ADN unidas y secuencias de ADN repetidas. En la molécula de ADN se halla depositada la INFORMACION GENETICA de la célula. La totalidad de la información genética depositada en el ADN se llama GENOMA. Más de la mitad del ADN se halla representado por secuencias de nucleótidos NO REPETIDAS. La mayoría de los genes se encuentra en esa parte. ADN REPETITIVO EN TANDAS: ADN SATELITES: el más destacado se encuentra en los centromeros y por eso en todos los cromosomas. Incluye una secuencia repetida de 171 pares de bases llamada SECUENCIA ALFOIDE. MICROSATELITES: poseen secuencia de ADN repetidas mucho más cortas que los ADN satélites. MINISATELITES: contienen secuencias cortas ADN REPETITIVO DISPERSO SINE: cada copia tiene 300 nucleotidos y un sitio que puede ser cortado por la Alu I. LINE: secuencia repetida larga y contiene 2 genes. CARIOTIPO Es el estudio del estado de los cromosomas al momento de la división celular. Las moléculas somáticas humanas poseen 46 cromosomas, 26 moléculas de ADN divididas en 22 pares de autosomas + un par sexual. En cada célula existen 2 juegos idénticos de 23 cromosomas. Uno aportado por el espermatozoide y el otro por el ovocito CELULAS HAPLOIDES: Tienen la mitad del número de cromosomas (n), es decir, contienen apenas un conjunto completo de cromosomas..Información para las mismas características pero no la misma información. CELULAS DIPLOIDES: son las células que tienen un número doble de cromosomas (, esdecir, poseen dos series de cromosomas. Las células somáticas del ser humano contienen 46 (23 x 2) cromosomas; ese es su número diploide.. Histonas Desempeñan un papel fundamental en el enrollamiento de la cromatina. Existen 5 clases de histonas: H1 H2A H2B H3 H4 HISTONAS NUCLEOSOMICAS La molécula de ADN se enrolla en torno de ellas para formar NUCLEOSOMAS. Los nucleosomas + La histona H1 forman el CROMATOSOMA Es la estructura fundamental y esencial de la cromatina. Tienen forma de “collar de perlas”, ya que está formado por la doble hélice de ADN enrollada sobre sucesivos octameros de histonas, extendiendo entre dos nucleosomas consecutivos un fragmento de ADN y ADN ESPACIADOR. Los nucleosomos se organizan, se enrollan sobre sí mismo y dan lugar a una estructura helicoidal de 30nm de diámetro llamada SOLANOIDE La cromatina se compacta aun mas .La fibra de 30nm forma LAZOS. Estos lazos nace de un cordón proteico constituido por NO HISTONAS. Este cordón puede enrollarse sobre si mismo generando nuevos grados de compactación .Llegando al CROMOSOMA el cual es el grado más alto de compactación. Dentro del núcleo la cromatina muestra diferentes tipos de concentración: La heterocromatina y la eucromatina son las dos formas o niveles de compactación que presenta la cromatina durante la interfase, entre el final de una división y el comienzo de la siguiente HETEROCROMATINA: son regiones de la cromatina más compactas, condensadas. HETEROCROMATINA CONSTITUTIVA: recibe este sobre durante la interfase, la cromatina se encuentra latamente condensada y de manera constante en todos los tipos celulares. HETEROCROMATINA FACULTATIVA: se detecta en localizaciones que varían en los distintitos tipos de células, de modo que en sectores aparece como heterocromatina y en otros como eucromatina. EUROCROMATINA: es una forma de la cromatina ligeramente compactada. EUROCROMATINA ACCESIBLE: se encuentran los genes que se están transcribiendo. EUROCROMATINA INACCESIBLE: mas condensada, donde se encuentran los genes que no se están transcribiendo. DE ACUERDO CON LA POSICION DEL CENTROMERO LOS CROMOSOMAS SE CLASIFICAN EN: Replicación del ADN La información genética se halla en el ADN y cada una de las moléculas de ADN debe generar otra molécula de ADN idéntica a la originaria para que ambas sean repartid en las 2 células hijas. Esta DUPLICACION, en la cual el ADN se propaga en las células de generación en generación se llama, REPLICACION. PROPIEDADES DE LA REPLICACION La síntesis de ADN se produce siempre en sentido 5´---> 3 ´. La replicación del ADN es SEMICONSERVATIVA: se producen 2 moléculas hijas formadas por una cadena original y otra nueva. Es un proceso BIDIRECCIONAL: cuando en un origen de replicación se abre la doble hélice del ADN se forma la Burbuja de replicación, cuyo tamaño aumenta a medida que avanza la separación de las cadenas en los 2 extremos de la burbuja. Dando lugar a una estructura con forma de Horquilla de replicación Las 2 horquillas que nacen en cada origen avanzan en direcciones opuestas. El segmento de ADN que se sintetiza a partir de un origen de replicación recibe el nombre de REPLICON. La duplicación se genera a partir de múltiples ORIGENES DE REPLICACION. El tiempo que tarda el ADN en duplicarse es de 7 horas aproximadamente, se debe a que lo largo de cada cromosoma aparecen en el ADN múltiples orígenes de replicación, entre 20 y 80 por cada lazo de cromatina. Contienen tramos de ADN especiales, que contienen una secuencia común denominada ARS. Se halla asociado al complejo de proteínas ORC .Requerido durante la activación de los orígenes de Replicación. Proceso INICIACION Una enzima HELICASA abre la hélice parental rompiendo los puentes de hidrogeno que las unen. La enzima PRIMASA sintetiza fragmentos de ARN denominados CEBADORES O PRIMERS. La TOPOISOMERASA II alivia el súper enrollamiento causado por la horquilla de replicón.. ESLONGACION CADENA ADELANTADA Se crea un cebador el cual es catalizado por la ADN PRIMASA. La ADN POLIMERASA agrega un desorribonucleotido en el extremo 3´ del cebador y luego los sucesivos nucleótidos al extremo 3´de la cadena de crecimiento. Cuando la horquilla arriba al extremo del replicón la enzima ADN LIGASA, une al extremo 3´ de la primera con el extremo 5´ de la segunda. El cebador es removido por la NUCLEASA REPARADORA y remplazado por una pieza de ADN generada por la ADN POLIMERASA β .Finalmente, esta pieza de ADN se conecta con el resto de la cadena continua mediante la ADN LIGASA. El tramo de la cadena hija que crece en dirección 5´---> 3´, cuyo molde es la cadena progenitora 3´---> 5´ se construye sin complicaciones mediante el agregado continuo de nucleótidos en su extremo 3´ por la ADN POLIMERASA. La cadena hija que usa como molde la cadena progenitora 5´ ----> 3´, se sintetiza de un modo particular, ya que para poder crecer debe hacerlo en dirección contraria al avance de la horquilla. Lo logra porque se fabrica de manera DISCONTINUA: construye pequeños tramos de ADN, llamados FRAGMENTOS DE OKAZAKI CADENA ATRASADA Requiere que la ADN PRIMASA fabrique múltiples cebadores, uno para cada fragmento de Okazaki. La enzima responsable de la síntesis de los fragmentos de okazaki es la ADN POLIMERASA α. Esta coloca el primer dexorribonucleotido junto al extremo 3´ del cebador del fragemento de okazaki, lo liga a él y agrega los otros dexorribonuleotidos en el extremo 3´ del fragmento en crecimiento. Los cebadores son removidos por la NUCLEASA REPARADORA y reemplazados con piezas de ADN construidas por la ADN POLIMERASA β. Luego la ADN LIGASA suelda el extremo 3´de esas piezas con el extremo 5´ de los fragmentos de okazaki. Se debe hacer un poco de trabajo de limpieza si queremos que el ADN no contenga ARN. La ADN POLIMERASA elimina los cebadores de ARN y los sustituye por ADN. La enzima ADN LIGASA sella los extremos que permanecen después de reemplazar los cebadores. Veamos el panorama para conocer cómo las enzimas y proteínas TERMINACION TERMINACION Muchas de las características esenciales de la duplicación del ADN son universales, aunque existen algunas diferencias entre procariontes y eucariontes debido a que su material genético está organizado de manera distinta. En las bacterias casi todo el ADN se encuentra formando una cadena circular, en cambio en los eucariontes cada cromosoma no duplicado contiene una cadena lineal asociada a una gran cantidad de proteínas y algo de ARN. En procariontes al existir un único punto de origen se forma sólo un ojal de replicación. Actúan tres ADN-polimerasas: ADN polimerasa I, es la que elimina el cebador y reemplaza los ribonucleótidos de éste por desoxirribonucleótidos, rellenando los huecos dejados por la ADN-polimerasa II. . ADN polimerasa II, tiene actividad de nucleasa, es decir que retira nucleótidos de la cadena de ADN en los sitios donde se produjeron errores o desemparejamientos. ADN polimerasa III, es la enzima responsable de alargar las cadenas en el proceso de replicación. Adiciona Replicación en Procariotas Replicación de los Telomeros Para evitar la pérdida de genes por el desgaste de los extremos del cromosoma, las puntas de los cromosomas eucariontes tienen “tapones” de ADN especializado llamadas telómeros. Los telómeros se componen de cientos o miles de repeticiones de la misma secuencia corta deADN, que varía entre organismos, pero en seres humanos y otros mamíferos es 5'-TTAGGG-3'. Cada ciclo de replicación conduce a un nuevo acortamiento de los telomeros. Algunas células tienen la capacidad de revertir el acortamiento de los telómeros por la expresión de la TELOMERASA una enzima que extiende los telómeros de los cromosomas. La telomerasa es una ADN polimerasa dependiente de ARN, lo que significa que es una enzima que puede producir ADN usando un molde de ARN. INICIO: La telomerasa se ubica en el extremo 3´ ESLONGACION: la enzima fabrica una cadena de ADN complementaria al ARN de la telomerasa. TRANSLOCACION: La enzima se desplaza sobre la cadena de ADN y continúa la elongación.. Mutación del ADN Las alteraciones del ADN pueden deberse a mutaciones génicas o aberraciones cromosómicas. MUTACIONES GENICAS: cuando las alteraciones del genoma involucran a uno o más nucleótidos. LAS MUTACIONES MÁS COMUNES SON: La sustitución de un nucleótido por otro. En la pérdida de uno o varios nucleótidos. Inserción de uno o varios nucleótidos en una molécula de ADN. Cualquiera que se ale tipo de mutación genera un cambio en la información contenida en el gen y lleva a la producción de una proteína distinta de la esperada o a la ausencia de su producción. Reparación del ADN Si la ADN POLIMERASA inserta en forma accidental un nucleótido incorrecto “percibe” el error y no agrega nuevos nucleótidos. El error es resuelto por la propia enzima mediante la función adicional, LECTURA DE PRUBAS. Así la ADN POLIMERASA, retrocede y lo elimina. Si falla esta lectura de pruebas se pone en marcha un segundo sistema de reparación. El o los nucleotidos erroneos son removidos por una NUCLEASA REPARADORA. Corta la union fosfodiester que conecta al nucleotido incorrecto con el nucleotido contiguo. La reparacion se complementa cuando la ADN POLIMERASA sintetiza la pieza faltante y la ADN LIGASA se une a la pieza con el ADN cortado. La aparición en el ADN de uracilos en lugar de citosinas, como consecuencia de la DESAMINACION ESPONTANEA, da lugar a un mecanismo de reparación que utiliza una ADN GLICOSIDASA. Esta reconoce y corta la conexión entre la base errónea. Para cada tipo de alteración del ADN existe un mecanismo de reparación especial: Transcripción del ADN Consiste en la síntesis de ARN a partir de un molde de ADN. Proceso anabólico y endergonico. Proceso 1- El primer paso es la unión de la enzima ARN POLIMERASA a una región del gen llamada PROMOTOR. 2- El ARN se sintetiza a partir de su extremo 5´y progresa por su extremo 3´. 3- Los ribonucleotidos se agregan uno por vez..Solo se separa un tramo de 10 pares de nucleótidos, formando en el ADN una BURBUJA DE TRANSCRIPCION que se desplaza a medida que se leen los nucleótidos. Así la ARN polimerasa empareja los ribonucleotidos complementarios a los desxorribonucleotidos de la cadena molde. 4- La ARN POLIMERASA cataliza las uniones fosfodiester. 5- Termina cuando la ARN polimerasa alcanza la secuencia de terminación en el extremo 3´ del gen. La enzima el nombre de TRANSCRIPTO PRIMARIO. Resulta una copia complementaria y antiparalela de una región del gen DATOS EXTRAS Se utiliza solo un fragmento del ADN. Es un proceso selectivo ya que selección el gen a transcribir. Es asimétrico, solo transcribe una cadena molde. Transcripción en Procariotas La transcripción es llevada a cabo por un solo tipo de ARN POLIMERAS que sintetiza las diversas clases de ARN. La ARN POLMERASA BACTERIANA: complejo proteico constituido por 5 subunidades formando un núcleo enzimático. Constituye una HOLOENZIMA capacitada para leer secuencias promotoras. INICIACION El proceso comienza con el reconocimiento del promotor por la ARN POLIMERASA. La transcripción es asimétrica, pues usualmente sólo se transcribe una de las dos cadenas que forman cada gen. La ARN POLIMERASA se desplaza sobre la cadena molde, recorriéndola en dirección 3’ => 5’ y transcribiéndola a partir del nucleótido que el promotor señala como punto de inicio de la transcripción. Transcripción en Eucariotas Es llevada a cabo por 3 tipos de enzimas ARN POLIMERASAS, cada una especializada en la síntesis de distintos tipos de ARN: ARN POLIMERASA I: Transcribe genes del ADN nuclear que codifican para los ARNr 45s. ARN POLIMERASA II: Transcribe genes del ADN no nuclear que codifican para los ARNm y los ARNpn. ARN POLIMERASA III: transcribe ARNt, ARNr, ARNpc y el resto de los ARNpn. A comparación de la transcripción en procariotas la unión de cada ARN POLIMERASA al promotor se da en presencia de FACTORES PROTEICOS ESPECIFICOS. Proceso La transcripción, tanto en células procariotas como eucariotas, involucra la participación de una enzima ARN polimerasa ADN dependiente. Ésta sintetiza una cadena de ARN cuyos inicio, terminación y secuencia de bases vienen determinados por el propio gen. ESLONGACION La ARN polimerasa sólo puede desplazarse y transcribir si previamente la doble hélice sufre un desenrollamiento y fusión (separación de las cadenas complementarias por ruptura de los puentes de hidrógeno entre las bases). La misma enzima cataliza ambos procesos, generando hacia el extremo 3´ una burbuja de transcripción, un tramo de aproximadamente 12 nucleótidos de longitud, en el cual las cadenas permanecen desapareadas. La formación de la burbuja causa un superenrollamiento de la doble hélice. Esto es corregido por la acción de una enzima TOPOISOMERASA I. TERMINACION La transcripción concluye cuando la ARN POLIMERASA alcanza una señal (una secuencia específica de bases del ADN) que actúa como señal de terminación. El producto obtenido, un ARN transcripto primario, resulta una copia complementaria y antiparalela de una región del gen comprendida entre el punto de inicio y la señal de terminación. Procesamiento del ARN Conjunto de modificación es que experimentan los TRANSCRIPTOS PRIMARIOS para convertirse en ARN FUNCIONALES. Una vez transcriptos cada ARN sufre una serie de modificaciones cuyas características difieren según hablemos de células procariotas y eucariotas. ARN mensajero (ARNm) Los ARNm son moléculas lineales de cadena simple en donde residen las instrucciones para la elaboración de un producto proteico ARNm PROCARIOTA No sufren modificaciones post-transcripcionales. Muchos ARNm procariotas son policistrónicos, es decir que una sola molécula de ARNm contiene información para varias proteínas. Los ARNm procariotas presentan las secuencias codificadoras continuas, pues carecen de intrones. Posee varias zonas de Iniciación y terminación en el mismo ARNm ARNm EUCARIOTA La mayoría de los ARNm eucariotas presentan la secuencia del mensaje interrumpida Sectores que codifican la proteínas llamados EXONES, intercalados con secuencias sin información llamadas INTRONES EXON EXON INTRON INTRON 5´ 3´ Los ARNm transcriptos primarios sufren una serie de modificaciones antes de salir al citoplasma como ARN MADURO. Algunos cambios consisten en el agregado de moléculas en los extremos 5´y 3´ llamados CAPPING y POLIADENILACION. CAPPING Se adiciona en el extremo 5' del ARNm una molécula de 7 metil-guanosina llamado CAP (capuchón). Ésta molécula se agrega al ARNm cuando éste alcanza, aproximadamente, los 30 nucleótidos de longitud. La CAP impide la degradación del ARNm por nucleasas y fosfatas nucleares. Participa en la remoción de intrones y en el inicio de la traducción.POLIADENILACION Consiste en el agregado de una cola Polia-A en el extremo 3´. El ARNm presenta una secuencia de nucleótidos específica AAUAAA conocida como señal de poliadenilación. PROCESO Una nucleasa corta al pre-ARNm a unos 20 nucleotidos después de la señal. Una vez liberado, la enzima Poli-A polimerasa le agrega las adenosinas de una por vez. La ARN Polimerasa II continúa transcribiendo un tramo más del molde y se disocia del gen. Este último tramo de ARN se degrada por nucleasas y fosfatasas. POLI-A: Protege el extremo 3´ de la degradación. Ayuda a los ARNm a salir del nucleo. SPLICING La secuencia codificadora sufre un acortamiento por la eliminación de los intrones. Para que se lleve a cabo este tipo de maduración del pre-ARNm se necesita una bacteria ribonucleoproteinas nucleares: las RNPpn ARN RIBOSOMICO 5s Estas se ensamblan en los extremos de cada intron y el complejo resultante se denomina ESPLICEOSOMA. Los ARNpn del espliceosoma son los responsables de reconocer las secuencias señalizadoras del corte, escindir los intrones y empalmar los exones, produciendo una MOLECULA DE ARN MADURO. EL PROCESAMIENTO DE LOS ARNm ES REGULADO EN VARIOS NIVELES: CORTE Y POLIADENILACION DIFERENCIAL DEL EXTREMO 3´ DEL TRASNCRIPTO PRIMARIO: generan un transcripto primario que puede sar lugar a 2 clases de proteínas, aunque estas se diferencian solo por ser una más larga que la otra. CORTE Y EMPALMES EN LUGARES ALTERNATIVOS DEL TRANSCRIPTO PRIMARIO: la presencia de intrones convierte al transcripto primario en una molécula que puede ser cortada y empalmada de diferentes maneras y a raíz de ellos pueden crearse diversas clases de ARNm. CONTROL DE LA SALIDA DE LOS ARNm al CITOSOL: los ARNm pasan al citoplasma porque son previamente degradados en el nucleo o porque es impedido si pasaje por los poros de la envoltura nuclear. ARN RIBOSOMICO 45s El transcripto primario del ARNr 45s tiene lugar en el núcleo y comienza una serie de cortes para eliminar las secuencias espaciadoras y hacer que los ARNr 28s , 18s y 5,8s que como unidades independientes El procesamiento del ARNr 45s incluye la formación de las 2 subunidades del ribosoma: SUBUNIDAD MAYOR: cataliza la unión peptidica de los aminoácidos. SUBUNIDAD MENOR: aloja los ARNm sobre el cual se acomodan los ARNt para que puedan unirse los aminoácidos que transportan. Una vez sintetizado el ARNr 5s ingresa al núcleo y se incorpora a la subunidad mayor. ARN DE TRANSFERENCIA (ARNt) ARN pequeños Los ARNt son moléculas "adaptadoras" ya que interactúan por un lado con la cadena polinucleotídica (ARNm) y por el otro con los aminoácidos que formarán parte de la cadena polipeptídica, así alinean a los aminoácidos siguiendo el orden de los codones del ARNm Su procesamiento incluye la remoción de un intron. Los ARNt contiene secuencias de nucleótidos complementarias que se aparean entre sí. El procesamiento culmina con el reemplazo del trinucleotido AAA por el trinucleotido CCA. Forman complejos junto a proteínas específicas. ARNpn: Se localiza en el nucleo. Participa en el procesamiento de los ARNm. Forman el espliceosoma ARNpc: Se localiza en el citoplasma. Se asocian con proteínas diferentes, lo que da lugar al complejo PRS. Traducción del ARNm La síntesis proteica consiste en la traducción de la información codificada en la secuencia de nucleotidos de ARNm , en la secuencia de aminoácidos de la cadena polipeptida. La síntesis se lleva a cabo en los RIBOSOMAS. SINTESIS DE PROTEINAS Tiene 4 sitios importantes: SITIO DONDE SE COLOCA EL ARNm SITIO A SITIO P SITIO E La síntesis proteica incluye las siguientes etapas: 1. ACTIVACIÓN DE LOS AMINOÁCIDOS O AMINOACILACIÓN 2. TRADUCCIÓN DEL ARNm Activación de los aminoácidos Antes de la traducción cada ARNt se engancha a su aminoácido específico. Esta reacción de aminoacilación es catalizada por las enzimas aminoacil ARNt sintetasas. El proceso de aminoacilación ocurre en dos etapas: -En la primera fase se utiliza la energía de la hidrólisis del ATP para unir cada aminoácido a un AMP, con un enlace de alta energía. Esta reacción da origen a un complejo intermediario denominado aminoacil- AMP: -Sin abandonar la enzima, se transfiere el aminoácido del complejo aminoacil-AMP al ARNt específico, con lo cual se origina la molécula final: AMINOACIL –ARNt La activación de los aminoácidos tiene dos funciones: 1- Proporcionar el primer paso en la traducción del mensaje genético a una secuencia de aminoácidos 2- Activar al aminoácido antes de incorporarlo a la proteína. Traducción El mecanismo por el cual se traduce el mensaje del ARNm puede describirse en tres etapas: · Iniciación · Elongación Terminación En todas las etapas se requiere la presencia de un complejo sistema de proteínas citoplasmáticas conocidas como: Factores de iniciación, Factores de elongación Factores de terminación INICIACION Este complejo está compuesto por una molécula de ARNm, una subunidad mayor, una subunidad menor, el ARNt y factores proteicos de iniciación (IF). 1- El aminoacil~ARNt iniciador se une a la subunidad menor, con gasto de GTP. 2- El ARNm se acopla a la subunidad menor, para lo cual debe ser previamente reconocida la cap y los nucleótidos contiguos en el extremo 5' del mensaje. 3. La subunidad menor se desliza sobre el ARNm hasta localizar al codón de iniciación AUG. 3- Una vez localizado y acoplado el anticodón al codón AUG del mensaje. se acopla la subunidad mayor, quedando el aminoacil ~ARNt iniciador en el sitio P del ribosoma. ESLONGACION 1- Una molécula de aminoacil~ARNt ingresa al sitio A del ribosoma y se conecta al segundo codón del ARNm expuesto en ese lugar. Lo hace mediante la intervención de un factor de elongación y GTP 2- El aminoácido iniciador se desacopla del ARNt del sitio P, liberando energía que se utiliza en la formación del enlace peptídico entre los dos aminoácidos alineados 3- Como consecuencia de esta reacción el ARNt iniciador del sitio P queda sin aminoácido y el dipéptido resultante queda enganchado al ARNt del sitio A (peptidil ARNt) 4- El nuevo peptidil ARNt del lugar A es translocado al lugar P cuando el ribosoma se desplaza tres nucleótidos a lo largo del ARNm. Como parte del proceso de translocación la molécula libre de ARNt que se ha generado en el sitio P se libera del ribosoma, puesto que su lugar pasa a ser ocupado por el peptidil ARNt. Así el sitio A, que se halla desocupado, para aceptar una nueva molécula de aminoacil~ARNt, volviéndose a iniciar los pasos anteriormente mencionados. TERMINACION 1- Ocurre ante lallegada, al sitio A del ribosoma, de uno de los tres codones stop o de terminación: UGA, UAG, UAA. 2- Son reconocidos por un factor de terminación. La asociación del codón stop con dicho factor modifica la actividad de la peptidil transferasa Estimula una HIDROLISIS (Adiciona agua) Al PEPTIDIL-ARNt 3- Como consecuencia de esta reacción el polipéptido se desacopla del ARNt, liberándose en el citoplasma. 4- El ARNm se desacopla del ribosoma y se disocian las dos subunidades POLIRRIBOSOMAS: Grupo de ribosomas que traducen simultáneamente el mismo mensaje . Operan independientemente sintetizando una cadena polipeptídica completa. DIFERENCIAS EN LA TRADUCCIÓN EN PROCARIOTAS Y EUCARIOTAS SIMILITUD: ambos ocurren en el citoplasma. DIFERENCIAS: En eucariotas el ARNm es leído después de que se haya abandonado el nucleo de los poros nucleares. La traducción es Post-traanscripcional En procariotas la traducción es simultánea a la transcripción. COMPARACION BIOMOLECULA RESULTANTE BIOMOLECULA MOLDE LUGAR EN DONDE OCUURE EN EUCARIOTAS LUGAR EN DONDE OCURRE EN PROCARIOTAS TRANSCRIPCION TRADUCCION ADN ARN ARNm PROTEINAS CITOPLASMA NUCLEO CITOPLASMA CITOPLASMA Regulación de la expresión genética Regulación en procariotas: En bacterias, los genes que codifican para la síntesis de enzimas que participan en una vía metabólica, se agrupan en el cromosoma en un complejo denominado OPERÓN Parte del ADN bacteriano donde se encuentra lo que es el escenario para producir enzimas + la secuencia reguladora Un operón típico consta de: · Gen regulador : Tienen información para una proteína.(proteína represora) Promotor: como secuencia de nucleótidos del ADN en donde se une la ARN polimerasa para iniciar la transcripción. · Operador: es una secuencia de nucleótidos que se interpone entre el promotor y los genes estructurales, en donde se inserta una proteína reguladora denominada proteína represora. GEN REGULADOR PROMOTOR OPERADOR GENES ESTRUCTURALES ADN QUE NO TIENE INFORMACION GENERICA Y CUMPLE FUNCIONES REGULADORAS Genes estructurales: son los genes que codifican para las enzimas de la vía metabólica. Tienen la particularidad de situarse próximos entre sí, de manera tal que son transcriptos en una sola molécula de ARNm policistrónico. Uno de los ejemplos de operón más conocido es el OPERON LAC Conjunto de genes que intervienen en la utilización de la lactosa, por parte de la bacteria, como fuente de energía Es inducible, es decir aquel en el cual la presencia de una sustancia específica (en este caso la lactosa) induce la transcripción de los genes estructurales. } Las tres enzimas que intervienen en la vía de degradación de la lactosa son: La enzima permeasa La beta galactosidadsa La transacetilasa. En AUSENCIA de lactosa el represor se enlaza al operador e impide a la ARN polimerasa insertarse en el sitio promotor con lo cual se interrumpe la transcripción. En PRESENCIA de lactosa, este disacárido se une a la proteína represora, provocándole un cambio e incapacitándola para unirse al ADN del operador. En estas condiciones, se transcriben los genes estructurales, apareciendo en el citosol las enzimas que degradarán a la lactosa. Para que se exprese el operon Lactosa debe darse 2 condiciones: Que es este presente la lactosa La concentración intracelular de glucosa sea baja. Cuando hay LACTOSA Y GLUCOSA a disposición aparecen CAP (proteína fijadora del AMPc) AMPC Si esto no está la ARN-polimerasa puede unirse al promotor pero no puede realizar la transcripción Cuanto menor es la concentración de glucosa en el medio, mayor es la concentración de AMPc El AMPc actúa uniéndose a una proteína fijadora de AMPc denominada CAP (Cuando la concentración de este complejo es alta (el medio contiene poca glucosa), el CAP-AMPc se fija a un sitio específico del promotor lac, aumentando la afinidad con la ARN polimerasa, lo que estimula la transcripción del operón. Existen otros tipos de operones en bacterias, por ejemplo el OPERON TRIPTOFANO Consiste en cinco genes estructurales que codifican para las enzimas involucradas en la biosíntesis del aminoácido triptófano. En AUSENCIA de triptófano, la ARN polimerasa se une al promotor y transcribe los genes estructurales en un ARNm policistrónico. Esto es posible pues el represor inactivo no logra unirse por si solo al operador En PRESENCIA de triptófano en el medio circundante, el aminoácido (molécula denominada co-represor) se une a la proteína represora constituyendo el complejo represor/co-represor Regulación en eucariotas Si bien los mecanismos más importantes de control son los que actúan a nivel transcripcional, es importante destacar que pueden producirse regulaciones durante el procesamiento o maduración del ARNm o bien controlando: su pasaje a citoplasma o su supervivencia en el citosol. Mecanismos que operan a nivel transcripcional es decir en el comienzo de la síntesis del ARNm Los factores de transcripción y la expresión genética: Para la transcripción de un gen eucariota se requiere: Una promotor: secuencias de nucleótidos necesarias para la fijación de la ARN polimerasa. Secuencias reguladoras: existen dos tipos: Intensificadoras: secuencias que estimulan la transcripción y cuya localización puede ser a miles de nucleótidos de distancia del promotor. Silenciadoras: secuencias que inhiben la transcripción. También pueden hallarse muy distantes del promotor. Factores basales de transcripción: complejo proteico que interacciona con el sitio promotor. Son esenciales para la transcripción pero no pueden aumentar o disminuir su ritmo. ·Factores específicos de la transcripción: complejo de proteínas reguladoras que pueden ser activadoras o represoras. Proteínas activadoras: interaccionan con las secuencias intensificadoras del gen. Proteínas represoras: interactúan con las secuencias silenciadoras del gen. La estructura de la cromatina y la expresión genética El grado de metilación y la expresión genética Ciclo Celular Durante la vida celular, las células pasan por un ciclo regular de crecimiento y división celular. Consta de un periodo donde ocurre un crecimiento y aumento en la cantidad de organoides (INTERFASE) y un periodo de división celular (MITOSIS Y MEIOSIS) LA INTERFASE SE DIVIDE EN ETAPAS: ETAPA G1 Etapa más variables en duración Las células hijas recientemente organizadas presentan una gran actividad metabolica produciendo un aumento del tamaño Los organoides de la célula precursora han sido repartidos entre células hijas. Se sintetizan ribosomas y microtubulos a partir de proteínas Síntesis de: ARNm , ARN t y ARNr Se sintetizan las enzimas que serán utilizadas en el replicón del ADN. ETAPA S Síntesis de nuevo material genético Síntesis de ARN para obtener las enzimas requeridas para la síntesis de histonas y tubulinas. ETAPA M ETAPA G2 El ADN ya se encuentra duplicado. La célula ensamblan las estructuras necesarias para la separación de las células hijas durante la división y la citocinesis que es la separación del citoplasma La envoltura nuclear se desintegra La cromatina se condensan Los cromosomas formados por dos cromatidas pasan cada uno a la fase de división celular para conducir la formación de las células hijas FASE GO La fase G0 es vista como una etapa distinta y
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