Recibimos de nuestros progenitores un bien fundamental: el material genético que luego transmitiremos a nuestros hijos. El mecanismo de reproducción celular más difundido es la mitosis, por el cual una célula da origen a 2 células hijas idénticas entre sí e idénticas a la célula que les dio origen, pero debemos tener en claro que esta célula progenitora deja de existir como tal. Este tipo de reproducción es la que permite el crecimiento, la reparación de heridas y la reproducción en individuos unicelulares. Otro tipo de reproducción es la Meiosis que sólo sucede en organismos con reproducción sexual.

CICLO CELULAR

El ciclo celular es un conjunto ordenado de sucesos que pueden producir crecimiento y división en células hijas. La duración del mismo dependerá del tipo celular en cuestión. Algunas células lo pueden completar en una hora y otras pueden hacerlo en varios días, también dependerá de algunos factores externos y/o internos como la presencia o falta de nutrientes, la temperatura y la presencia de ciertas proteínas dentro de la célula. Las células de la piel o de cualquier revestimiento, como el del estómago, tienen una alta tasa de mitosis, otras pierden la capacidad de dividirse por su alto grado de especialización y otras lo hacen facultativamente como el hígado o la cola de las lagartijas.

9

REPRODUCCIÓN CELULAR

reproducción celularBIOLOGÍA

48

Este tipo de reproducción es la que permite el crecimiento,

la reparación de heridas y la

reproducción en individuos

unicelulares.

CICLO CELULAR

Dividimos al ciclo en 2 etapas que son: Interfase y División Celular (Cariocinesis y Citocinesis). El ciclo celular se inicia en el instante en que aparece una nueva célula, descendiente de otra que se divide, y termina en el momento en que dicha célula, por división subsiguiente, origina sus células hijas.

Mitosis

Meiosis

División celular }

G GSG

1

2

0Interfase }

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La interfase es el período comprendido entre divisiones celulares. Es la fase más larga del ciclo celular y ocupa casi el 95% del mismo y comprende tres etapas:

FASE G1

Es la primera etapa de la interfase del ciclo celular, en la que existe crecimiento con síntesis de proteínas y de ARN. Es el período que trascurre entre el fin de una división y el inicio de la síntesis de ADN (fase S). Durante este tiempo la célula duplica su tamaño y masa debido a la continua síntesis de todos sus componentes. Cabe aclarar que las neuronas, cuyo grado de especialización es tal que han perdido su capacidad de reproducirse, permanecen en una etapa llamada G0. A las células que se encuentran en fase G0 se las llama células quiescentes.

FASE S

Es la segunda etapa de la interfase del ciclo, en la que se produce la replicación o síntesis del ADN y como resultado el núcleo contiene el doble de proteínas nucleares y de ADN que al principio. Cada cromosoma, que podrán ser visualizados durante la división celular a partir de la profase tardía, tendrá dos cromátidas hermanas idénticas unidas por el centrómero. Las células que entran en esta fase del ciclo, se dividen inevitablemente.

FASE G2

Es la tercera fase de la interfase del ciclo celular en la que continúa la síntesis de proteínas y ARN. Al final de este período se observan al microscopio cambios en la estructura celular, que indican el principio de la división celular. Termina cuando la cromatina empieza a condensarse al inicio de la división.

BIOLOGÍA

49

reproducción celular

El estado M

Representa la división celular y agrupa a la mitosis y meiosis (reparto de material genético nuclear) y citocinesis (división del citoplasma). Cuando una célula se divide debe transmitir a sus células hijas los requisitos esenciales para la vida, la información hereditaria, para dirigir los procesos vitales y la de los materiales en el citoplasma que necesitan las células hijas para sobrevivir y utilizar dicha información.

La MITOSIS

Es la división de una célula en dos células iguales. Este tipo de división puede darse en células haploides o diploides.

La MEIOSIS

En cambio sólo puede realizarse en células diploides y da como resultado 4 células hijas con la mitad del material hereditario, este tipo de división es el que se ocurre para que se produzca la reproducción sexual.

INTERFASE

DIVISIÓN CELULAR

G GSG

1

2

0Interfase }

Mitosis

Meiosis

División celular }

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MITOSIS

La mitosis completa, que produce células genéticamente idénticas, es el fundamento del crecimiento y de la reparación tisular en todas las células y de la reproducción asexual en células procariotas, plantas y algunos animales como es el caso de los zánganos, el macho de las abejas.Cuando una célula pasa el punto de control G1/S y comienza la fase S, además de iniciarse la replicación del ADN, se produce la replicación del centrosoma. La división celular debe procurar que las cromátidas de cada cromosoma se repartan equitativamente entre las células hijas. De otra manera se podrían producir células con juegos anormales de cromosomas que por la falta o el exceso de algunos o la desregulación de ciertos genes, podrían tener consecuencias potencialmente peligrosas para un organismo como por ejemplo la inviabilidad celular o la aparición de células tumorales.

1 PROFASE

Al comienzo de esta etapa dejan de ser visibles la membrana

nuclear y el nucleolo. El ADN comienza a condensarse

produciéndose la visualización de los cromosomas, que estarán compuestos por dos cromátidas

hermanas unidas por el centrómero y que son

genéticamente idénticas (producto de la fase S).

BIOLOGÍA

50

reproducción celular

La mitosis consiste en el reparto equitativo

del material hereditario.

La mitosis consta de cuatro etapas: Profase, Metafase, Anafase y Telofase por medio de las cuales el material nuclear se reparte (cariocinesis) y luego hace lo propio el material citoplasmático (citocinesis) formando las células hijas.

PROFASE METAFASE ANAFASE TELOFASE CARIOCINESIS Y CITOCINESIS

1 2 3 4 5

Centrómetro

Cromosoma(2 cromátidas hermanas)

Fragmentos de laMembrana Nuclear

CentrioloHuso

Mitótico

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2 METAFASE

Los cromosomas adquieren su máximo estado de

condensación y se ubican en el plano medio de la célula. Este y

la profase tardía son los estadíos utilizados en

citogenética para la observación de los cromosomas. Metafase

Placa Metafásica

}

3 ANAFASE

En este momento los centrómeros, que mantenían

unidas las dos cromátidas hermanas, sufren una división

longitudinal produciéndose así los cromosomas hijos que por la

tracción producida por los microtúbulos de los centríolos hijos, van a comenzar a migrar

hacia los polos de la célula.

Cromosomas hijos

BIOLOGÍAreproducción celular

4 TELOFASE

Los juegos cromosómicos llegan a los polos de la célula y

comienzan en ese momento varios procesos: se ensamblan las membranas nucleares que darán origen a los dos núcleos

de las células hijas y se descondensan los cromosomas.

Esta etapa se denomina cariocinesis, reparto del

material nuclear. Luego se produce la diacinesis que consiste en el reparto del

material citoplasmático luego de lo cual la división celular se

completa.

Membrana nuclearen formación

Núcleo en formación

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Como se observa en el esquema, por mitosis se produce la separación de las cromátidas hermanas y se van a obtener 2 células hijas idénticas a la célula originaria que deja de existir como tal. En los humanos el número cromosómico total es de 46 cromosomas, también llamado número diploide (2n).

BIOLOGÍA

52

reproducción celular

}Célula en G

Luego el Período S

1

MITOSIS

MEIOSIS

La meiosis, comparte algunos mecanismos con la mitosis pero produce células genéticamente distintas y, junto con la fecundación, es el fundamento de la reproducción sexual y la variabilidad genética. La Meiosis consiste en dos divisiones nucleares precedidas por una sola duplicación del material hereditario. Recuérdese que la meiosis sólo es posible en células 2n. En la primera división meiótica los que se separan son los cromosomas homólogos y en la segunda, como en la mitosis, lo harán las cromátidas hermanas. Es una división reduccional por lo que cada una de las células hijas recibirá la mitad del material hereditario que poseía la célula progenitora. Se originarán cuatro células hijas en las que el número cromosómico será la mitad del número diploide, en el caso de los humanos 23 y lo llamamos número haploide (n).

La Meiosis consiste en dos divisiones nucleares precedidas por una sola duplicación del material

hereditario.

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BIOLOGÍA

53

reproducción celular

Las fases de la Meiosis llevan los mismos

nombres que las de la mitosis y se dividen en Meiosis I y Meiosis II.

MEIOSIS I

PROFASE I METAFASE I ANAFASE I TELOFASE I

1 2 3 4

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En esta primera etapa ocurre un hecho clave: se produce el apareamiento de los cromosomas homólogos formándose las tetradas en un proceso denominado sinapsis. Es en este momento cuando tiene lugar el entrecruzamiento o crossing-over, que es la primera fuente de variabilidad genética y consiste en el intercambio de material entre los cromosomas provenientes de ambos progenitores señalados en el esquema en distintos colores.

En los puntos donde hay entrecruzamiento, se intercambian los fragmentos entre homólogos y como resultado las cromátidas hermanas de cada uno de los homólogos dejará de ser idéntica genéticamente. El cromosoma paterno tiene ahora partes del homólogo materno y viceversa.

54

PROFASE I

1

BIOLOGÍAreproducción celular

Las tetradas se alinean en el plano medio de la célula. Las fibras del huso se unen al centrómero de cada par homólogo. Los cromosomas se encuentran en su grado máximo de condensación.

METAFASE I

2

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Las tetradas se separan y los cromosomas homólogos son arrastrados a los polos opuestos por las fibras del huso. Los centrómeros en la Anafase I permanecen intactos.

Los cromosomas han llegado a los polos y en algunos casos son rodeados por membrana nuclear

Luego de la Telofase I puede producirse una interfase de corta duración, durante la que los cromosomas se desenrollan parcialmente o pueden no hacerlo y pasar directamente a la siguiente fase.

55

BIOLOGÍAreproducción celular

ANAFASE I

3

TELOFASE I

4

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MEIOSIS II

La Meiosis II es muy similar a la mitosis. Lo diferente es que en este momento se ha reducido el número cromosómico y estamos ante células haploides (n) pero que aún tienen sus cromosomas formados por dos cromátidas hermanas siendo estas no idénticas producto del entrecruzamiento realizado en la profase I. Lo que se produce en esta etapa es la separación de las cromátidas hermanas.

BIOLOGÍA

56

reproducción celular

Lo que se produce en esta etapa es la

separación de las cromátidas hermanas.

Profase II

Durante esta fase, la membrana nuclear (si se formó durante la Telofase I) se disuelve, y aparecen las fibras del huso. Si los cromosomas se descondensaron durante la breve interfase entre meiosis I y II, se condensan nuevamente.

Metafase II

Los cromosomas migran hacia el plano medio de la célula.

Anafase II

Se separan las cromátidas hermanas. Cada cromátida ahora es un cromosoma y se dirige hacia uno de los polos. Cabe aclarar que los cromosomas originados en esta etapa no son idénticos entre sí.

Telofase II

Desaparecen las fibras del huso y se forma la envoltura nuclear alrededor de cada conjunto de cromosomas. En este momento habrá cuatro núcleos cada uno conteniendo el número haploide (n) de cromosomas. Luego se produce la citocinesis dando origen a 4 células con la mitad del complemento cromosómico que poseía la célula progenitora.

PROFASE II METAFASE II ANAFASE II TELOFASE II

1 2 3 4

1

2

3

4

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SIMILITUDES Y DIFERENCIAS ENTRE MITOSIS Y MEIOSIS

La Mitosis mantiene el nivel de ploidía mientras que la meiosis lo reduce. La Meiosis I puede considerarse como una fase de reducción del número de cromosomas seguida de Meiosis II que se asemeja a una mitosis. La Meiosis sólo ocurre en las células que darán origen a las gametas o células sexuales, mientras que la mitosis es más común y se realiza para la reparación de los tejidos, el crecimiento y la reproducción asexual. Ambos procesos están precedidos por la duplicación del material hereditario en la fase S de la interfase anterior. En la mitosis luego hay una división mientras que en la meiosis se suceden dos divisiones. La mitosis da como resultado 2 células hijas idénticas entre sí e idénticas a la madre, mientras que la meiosis resulta en 4 células hijas haploides (n) distintas entre sí y distintas a la célula que les dio origen cuyo complemento cromosómico era diploide (2n).

BIOLOGÍA

57

reproducción celular

2n 2n

nn

n

n

nn

Cromosomashomólogos

Meiosis I

Meiosis II

GAMETOGENESIS

La gametogénesis es la formación de las gametas o células sexuales. Se originan por meiosis de las células germinales. Este proceso se llama espermatogénesis en machos y tiene lugar en los testículos mientras que se denomina ovogénesis en hembras y se realiza en los ovarios. En la especie humana la gran diferencia entre hombres y mujeres es que la espermatogénesis se realiza a partir de la pubertad, y los ciclos son de 64 días. No existen espermatozoides más viejos que eso.

Es la formación de las gametas o células

sexuales.

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BIOLOGÍA

58

reproducción celular

Célula Madre de laEspermatogonia

2n

2n

Se divide por mitosis

Se divide por meiosis

Espermatocito 2 arion

Espermátidasn

Espermatozoidesn

Espermatogénesis

Espermatocito lario

Las mujeres, en cambio, nacemos con una determinada cantidad de células germinales primordiales u ovogonias. El número de ovogonias es 2 millones al momento del nacimiento, hasta finalmente disminuir a unas 400.000 al llegar a la pubertad.

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Los gametas femeninas frenan el proceso meiótico dos veces. En etapa embrionaria las ovogonias inician la primera división meiótica, pero detienen este proceso en la profase I, de modo que una mujer nace con miles de ovocitos primarios detenidos en la profase de la primera división meiótica. Entre el nacimiento y la pubertad este proceso queda detenido. Al iniciarse la pubertad, con cada ciclo a partir de la “menarca” o primera menstruación, un ovocito primario (son varios, pero normalmente uno sólo llega hasta el final del proceso) continúa con la primera división meiótica hasta terminarla, originando dos células haploides (n); una que se queda con casi todo el citoplasma, que es el enorme ovocito secundario, y la otra que no es más que un medio para deshacerse de material que está sobrando, llamada primer corpúsculo polar o polocito I, que ha de eliminarse. El reinicio de la primera división meiótica por parte del ovocito primario en el ovario coincide con el inicio de la menstruación, con lo que la mujer puede saber que un ciclo está comenzando. La ovulación, en cambio, salvo raras excepciones, no va acompañada de ningún signo observable, por lo que, para la mayoría de las mujeres, pasa inadvertida. El ovocito secundario inicia entonces la segunda división meiótica, pero no la termina, sino que es expulsado del ovario hacia la Trompa de Falopio, para que participe en la fecundación, cuando está en metafase II. Nótese entonces que la gameta al ser liberada del ovario es un ovocito secundario en metafase II y dicho proceso es llamado ovulación. La razón por la cual las divisiones meióticas de la ovogénesis no producen células del mismo tamaño sino una muy grande y otra muy chica, es que tiene como objetivo generar una sola gameta que posea la mayor cantidad posible de material nutritivo. Los polocitos se producen porque no hay otro medio para eliminar los núcleos que están sobrando. La meiosis se completa solamente si ocurre fecundación, es decir que si esta se produce el ovocito secundario que estaba en metafase II completará su división originando ahora sí un enorme óvulo fecundado y un diminuto segundo polocito. La unión con el pronúcleo del espermatozoide estimula el inicio de las primeras divisiones celulares del desarrollo embrionario. Es importante señalar en este punto que el espermatozoide sólo aporta el pronúcleo al zigoto. Todo el material citoplasmático corresponde a la gameta femenina, de ahí que la herencia extracromosómica o mitocondrial sirva para rastrear líneas maternas.

BIOLOGÍA

59

reproducción celular

Otro tema importante a tratar es la edad materna y los embarazos. Dado que la segunda división meiótica se completa en el momento de la fecundación y teniendo en cuenta que los ovocitos tienen la misma edad de la mujer que los porta, los problemas en la no-disyunción, es decir la separación de las cromátidas hermanas en la anafase II meiótica, aumentan y pueden traer aparejadas alteraciones cromosómicas como el síndrome de Down (trisomía del par 21), el síndrome de Eduard (trisomía del par 18), y el de Patau (trisomía del par 13), los dos últimos con poca sobrevida.

Ovagénesis

Polocito IIn

Polocito In

Ovocito lario2n

Se divide por Meiosis

Célula Madre de la Ovagonia2n

Se divide por Mitosis

Desde el nacimiento hasta lapubertad permanecen en

estadío Diploteno de la Profase I

Ovacito 2arion

En cada ciclo luego de la menarcarecomienza la meiosis y queda

nuevamente frenada en metafase II

Ovulo n

Si ocurre fecundaciónse completa la segunda

división meiótica

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Casi todos han oído hablar del ADN, ahora tan de moda con los análisis para averiguar el parentesco de personas desaparecidas o para saber la filiación de los restos humanos en algunas catástrofes. Las células contienen almacenada en su ADN, la información necesaria para que se realicen todas las reacciones químicas mediante las cuales cumplen con sus funciones metabólicas y además por medio del ADN transmiten su herencia a los descendientes. Pero ¿Cómo está almacenada la información en el material genético? La información genética o genoma, está contenida en unas moléculas llamadas ácidos nucleicos. Existen dos tipos de ácidos nucleicos: ADN y ARN. El ADN guarda la información genética en todos los organismos celulares, el ARN es necesario para que se exprese la información contenida en el ADN; en los virus podemos encontrar tanto ADN como ARN conteniendo la información (uno u otro nunca ambos).

ACIDO DESOXIRRIBONUCLEICO (ADN)

herenciaBIOLOGÍA

60

10

BASES QUIMICAS DE LAHERENCIA

OOH

OH

HN

HN

HO

HO

HO

OP

H N2

Citocina

Timina

Uraculo

DESOXIRRIBOSA

BASES NITROGENADAS

ACIDO FOSFÓRICO

Pirimioina Purina

Adenina

Guanina

CHCH

HCHC

HC

CH

CH

CH

CH

CHC

H

HH

H

NM

H

H

H

H

H HC

C

CC

C C

CC

C

C

C

C

O

O

O

O

HN CH

CH

H

C

C

O

ON

NN N N

NN

N

NN

N

HN

CH

CH

H

C

C

ON

N

H

H

H

H H

HOOH2

POLIMERO DE DESOXIRRIBONUCLEOTIDOS

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Los nucleótidos son biomoléculas formadas por la unión covalente de un monosacárido de cinco carbonos (A), una base nitrogenada (BN) y un grupo fosfato (P). En el ADN el monosacárido es la desoxirribosa y las bases nitrogenadas son Adenina, Guanina, Citosina y Timina. Se forman así los desoxirribonucleótidos que polimerizados, es decir unidos covalentemente, darán origen a una hebra de ADN. La unión entre nucleótidos se realiza entre el fosfato de un nucleótido, que está unido al azúcar del mismo, con el azúcar del siguiente, un enlace llamado fosfodiéster. La secuencia de las bases nitrogenadas que constituyen sus nucleótidos constituye su estructura primaria. El ADN está formado por dos hebras de desoxirribonucleótidos que se encuentran orientadas de forma antiparalela, pues una de ellas tiene sentido 5'a 3', y la otra sentido 3' a 5'.

BIOLOGÍA

61

herencia

5 3

35

Esqueletos depolidesoxirribosa-fosfato

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En 1953 Watson y Crick propusieron el modelo de doble hélice, que establece que las bases nitrogenadas de las cadenas se enfrentan y establecen entre ellas uniones del tipo puente de hidrógeno. Esquemáticamente cada una de las cadenas formará las barandas laterales de una escalera de pintor mientras que los escalones lo constituyen los puentes de hidrógeno que se establecen entre las bases nitrogenadas entre sí. Esta asociación no se hace al azar sino que tiene una regla. Se debe unir una purina con una pirimidina para que el espacio que separa las dos cadenas sea siempre el mismo. Esta unión se realiza siempre entre una Adenina y Timina (dos puentes de hidrógeno) y entre Citosina y Guanina (tres puentes de hidrógeno) como regla nemotécnica usamos los nombres de dos maestros del Tango Argentino:

El modelo de Watson y Crick, describe a la molécula del ADN

como una doble hélice, enrollada sobre un eje, como si fuera una escalera de caracol y cada diez pares de nucleótidos alcanzan

para dar un giro completo. Excepto en algunos virus, el ADN siempre forma una cadena doble.

BIOLOGÍA

62

herencia

ANÍBAL TROILO (A-T) CARLOS GARDEL (C-G)

Pares de bases

Soportesazícar-fosfato

3,4 nm

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63

2 NM

11 NM

30 NM

300 NM

700 NM

1400 NM

DOBLE HÉLICEDE ADN

CUENTAS DECOLLAR

NUCLEOSOMASEMPAQUETADOS

BUCLES

ESPIRALES CONDENSADAS

CROMOSOMA EN METAFASE

BIOLOGÍAherencia

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El grado de compactación con el que la información es almacenada en el ADN es único, siendo incomparable incluso a los más sofisticados elementos de memoria de las actuales computadoras. El ADN se enrolla alrededor de proteínas básicas, denominadas histonas. Viéndolo en un microscopio electrónico, se ve con forma de rosario o "collar de perlas", ya que está formada por la doble hélice de ADN enrollada sobre sucesivos octámeros de histonas, existiendo entre dos nucleosomas consecutivos un fragmento de ADN espaciador. El enrollamiento de la molécula de ADN en torno al nucleosoma reduce hasta en 6 veces la longitud de la cadena de ADN. Una de las características más llamativas del ADN es que es capaz de codificar una cantidad enorme de información biológica. Una célula fetal de mamífero no diferenciada contiene solamente unos cuantos picogramos (10-12 g) de ADN. No obstante, esta diminuta cantidad de material es suficiente para dirigir la síntesis de un número enorme de proteínas diferentes que determinan la forma y comportamiento bioquímico de una gran variedad de tejidos diferenciados en el animal adulto. El ADN es la macromolécula que en último término controla, principalmente a través de la síntesis proteica, cada aspecto de la función celular. Además de regular la expresión celular, el ADN juega un papel exclusivo en la herencia, determinado por su capacidad de replicación, es decir, es una molécula que puede autorreplicarse. Como ya vimos el significado de la replicación es trascendental (Fase S de la Interfase, ver Reproducción Celular), permite que el ADN haga copias de sí mismo para que se reproduzca la célula. La replicación del ADN se realiza de manera tal que cada copia posee una hebra del ADN “Madre” y la cadena antiparalela correspondiente de cada una es sintetizada de novo, por lo que se llama a este mecanismo “semiconservativo”

BIOLOGÍA

64

herencia

Cadena viejao molde

Cadena viejao molde

Cadenasnuevas

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ACIDO RIBONUCLEICO (ARN)

POLIMERO DE RIBONUCLEOTIDOS

En el ARN el monosacárido es la ribosa y las bases nitrogenadas son Adenina, Guanina, Citosina y Uracilo (que es el equivalente a la Timina del ADN). Se forman así los ribonucleótidos que polimerizados, es decir unidos covalentemente, darán origen al ARN. La unión entre nucleótidos se realiza al igual que en el ADN, entre el fosfato de un nucleótido, que está unido al azúcar del mismo, con el azúcar del siguiente. El ARN posee una sola cadena. La secuencia de las bases nitrogenadas que constituyen sus nucleótidos es su estructura primaria. A diferencia del ADN que es único, el ARN presenta varias formas diferentes. El ARN nucleolar o ARNn, ribosomal o ARNr, mensajero o ARNm y de transferencia o ARNt.

BIOLOGÍA

65

herencia

Por tanto, las propiedades biológicas del ADN son:

La determinación final de las propiedades de la célula viva al regular la expresión de la información biológica, principalmente mediante el control de la síntesis proteica.

Transfiere la información biológica desde una generación a la siguiente, es decir, es esencial para la transmisión de la información genética.

TIPOS DE ARN:

Nucleolar ARNn

Se sintetiza en el nucleolo. Actúa como precursor del ARNr: el nucleolo es el lugar donde se sintetizan los ribosomas.

Ribosómico ARNr

Presenta cadenas de diferente tamaño, con estructura compleja. Forma parte de las subunidades ribosómicas cuando se une con muchas proteínas. Están vinculados con la síntesis de proteínas.

50s

30s

ARNr(120 nucleótidos de longitud)

ARNr(1.542 nucleótidos de longitud)

21 proteínas distintas

ARNr(2.904 nucleótidos de longitud)

35 proteínas(31 copias simples4 copias de una)

18 nm

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Mensajero ARNm: Cadenas de tamaño variable con estructura primaria. Se le llama mensajero porque transporta la información, que ha sido obtenida por transcripción del ADN, necesaria para la síntesis proteica. Cada ARNm tiene información para sintetizar una proteína determinada. Su vida media es corta. Los ARNm están compuestos por intrones y exones. Los intrones son secuencias que se pierden en el proceso de splicing (que se refiere al corte y empalme de algunas secuencias repetidas que no dan lugar a ningún trascripto) quedando formados los ARNm maduros solamente por exones. Cada exón codifica una porción específica de la proteína completa, de manera que el conjunto de exones forma la región codificante del gen. El Splicing alternativo (alternative splicing en inglés) o empalme alternativo permite obtener a partir de un transcripto primario de ARNm o pre-ARNm distintas moléculas de ARNm maduros, que codificarán para proteínas distintas a pesar de provenir de un mismo pre-ARNm o ARNm primario como se ve en el siguiente esquema:

BIOLOGÍA

66

herencia

GEN

EXON 1

EXON 1

EXON 1

EXON 1

EXON 1

INTRÓN I

SPLICING ALTERNATIVO I

ARN MADURO I

ARN MADURO II

SPLICING ALTERNATIVO II

PRE ARNm OARN INMADURO

TRANSCRIPCIÓN

INTRÓN II

EXON 2

EXON 2

EXON 2

EXON 2

EXON 2

EXON 3

EXON 3

EXON 3

EXON 3

EXON 3

ADN

De Transferencia ARNt: Son moléculas de pequeño tamaño. Con aspecto de bucles, como una hoja de trébol. Los plegamientos se llegan a hacer tan complejos que adquieren una estructura terciaria. Su misión es unir aminoácidos y transportarlos hasta el ARNm situado en el ribosoma para colaborar en la síntesis de proteínas. Los ARNt entonces son los intermediarios esenciales entre el ADN y las proteínas. Cada ARNt sólo puede transferir un único aminoácido. Un ARNt que acepta la leucina se escribe ARNtLeu, y uno que transporte metionina sería ARNtMet. El ARNt se encarga de suministrar los aminoácidos al ribosoma donde se realizará el ensamblaje de la proteína. Una vez que el ribosoma ha utilizado el aminoácido que estaba pegado al ARNt, éste se separa del ribosoma y se desplaza por el citoplasma buscando nuevos aminoácidos. Cuando encuentra el aminoácido que le corresponde, se une a él y queda preparado para llevarlo al ribosoma cuando éste lo necesite.

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BIOLOGÍA

67

herencia

--O--C--CHR--amin

3

3

5

5

3

O

NH

ARNt

ARNm

ARNt anticodón

ARNm codón

aminoácidos

Anticodon

Codon

G C C

1

1

22

3

3

455

4

3

ARN

NUEVA PROTEÍNA

RIBOSOMA

ARNm

ARNr

EN FORMACIÓN

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EL CODIGO GENETICO

La secuencia del material genético se compone de cuatro bases nitrogenadas, identificadas con las letras A, T, C, G, lo que convino en denominarse: el código genético. Las bases presentes son: adenina (A), timina (T), guanina (G) y citosina (C) en el ADN y adenina (A), uracilo (U), guanina (G) y citosina (C) en el ARN. El proceso de transcripción, primer proceso de la expresión génica, por la correspondencia entre ADN/ARN se realiza dentro del núcleo celular. La correspondencia será:

El código genético es el conjunto de bases tomadas de

a tres o triplete (43), norma por la que la información codificada en el material

genético (secuencias de ADN o ARN) se traduce en proteínas (secuencias de aminoácidos) en las células vivas. El código

define la relación entre secuencias de tres nucleótidos,

llamadas codones, y aminoácidos. Un codón se

corresponde con un aminoácido específico como se

ve en el siguiente cuadro:

BIOLOGÍA

68

herencia

ARNPolimerasa

ADN

Pre-ARNm

ARNm

TRANSCRIPCIÓN

PROCESAMIENTO DEL ARN

TRADUCCIÓN

RibosomaPolipéptido

ARNm

T - A - C T - T - C G - G - A

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

METIONINA LISINA PROLINA

ADN

ARN

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BIOLOGÍA

69

herencia

U

C

A

G

U C A G

U

C

A

G

U

C

A

G

U

C

A

G

U

C

A

G

UUU

UUC

UUA

UUG

UCU

UCC

UCA

UCG

UAU

UAC

UAA

UAG

UGU

UGC

UGA

UGG

PHE

LEU

SER

CUU

CUC

CUA

CUG

CCU

CCC

CCA

CCG

CAU

CAC

CAA

CAG

CGU

CGC

CGA

CGG

LEU PRO

TYR CYS

TRP

GIN

ARG

ASN SER

LYS ARG

AUU

AUC

AUA

AUG

ACU

ACC

ACA

ACG

AAU

AAC

AAA

AAG

AGU

AGC

AGA

AGG

LLE

THY

HIS

MET

GUU

GUC

GUA

GUG

GCU

GCC

GCA

GCG

GAU

GAC

GAA

GAG

GGU

GGC

GGA

GGG

VAL ALA

ASP

GLU

GLY

}

}

} }

}

} }}

}

} }

}

TER

CER

A B

AS

E D

EL C

ON

DÓ

N

PR

IMER

A B

AS

E D

EL C

ON

DÓ

N

SEGUNDA BASE DEL CONDÓN

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BIOLOGÍA

70

herencia

ARNpolimerasa

Cadena inactivade ADN

esta NO se transcribe

Cadena moldede ADN

a ser transcripta

Transcripto de ARN

5

5

5

3

3

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Debido a esto, el número de codones posibles es 64, de los cuales 61 codifican aminoácidos (siendo además uno de ellos el codón de inicio, AUG) y los tres restantes son sitios de parada: UAA, UAG, UGA. La secuencia de codones determina la secuencia aminoacídica de una proteína en concreto, que tendrá una estructura y una función específicas.Existen más tripletes o codones que aminoácidos, de forma que un determinado aminoácido puede estar codificado por más de un triplete, suele decirse por lo tanto que el código genético es “degenerado” lo que se corresponde con el hecho de que varios tripletes codifican para el mismo aminoácido, por ejemplo:

Este hecho tiene ventajas ya que una mutación puntual, se llama así a la modificación de una base, puede no ocasionar cambios pues el triplete mutado va a seguir codificando para el mismo aminoácido. Este tipo de mutación se denomina muda ya que no ocasiona cambios.

CARACTERÍSTICAS DEL CÓDIGO GENÉTICO

El código está organizado en tripletes o codones: cada tres nucleótidos (triplete) determinan un aminoácido. Ningún codón codifica más de un aminoácido.El código genético es degenerado: existen más tripletes o codones que aminoácidos, de forma que un determinado aminoácido puede estar codificado por más de un triplete. El código genético es no solapado o sin superposiciones: un nucleótido solamente pertenece a un único triplete.

La lectura es "sin comas": el cuadro de lectura de los tripletes se realiza de forma continua "sin comas" o sin que existan espacios en blanco. El código genético es universal: es compartido por todos los organismos conocidos, incluyendo virus, aunque pueden aparecer pequeñas diferencias. El mismo triplete en diferentes especies codifica para el mismo aminoácido. La principal excepción a la universalidad es el código genético mitocondrial.

BIOLOGÍA

71

herencia

GUUGUCGUAGUG

GGUGGCGGAGGG

GCUGCCGCAGCG

UUAUUGCUUCUCCUACUG

VAL GLY ALA LEU} } } }

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BIOLOGÍAherencia

72

QUE ES EN REALIDAD UN GEN?

A lo largo de la historia la defi nición de gen ha ido variando, gracias a las tecnologías de punta usadas en biología, la nanotecnología por ejemplo, se conocen mucho más profundamente todos los procesos biológicos. Los genes ti enen diferentes tamaños, no ti enen extremos fí sicos, no son conti guos, algunos están agrupados y otros aislados en otras zonas del cromosoma. Es así que desde la primera enunciación de “un gen, una enzima” hemos llegado hoy a un concep-to mucho más acertado del signifi cado del término Gen:

“Un gen es todo segmento de ADN que se encuentra luego de un promotor (1) y que puede ser transcripto por una ARNpolimerasa (2) y originar un ARN funcional. Estos ARN funcionales pueden ser: r, t, sn, son, si, mi, m”

Francis Crick en 1957 estableció lo que tristemente denominó DOGMA CENTRAL de la BIOLO-GIA (ya que dogma se refi ere a una premisa que no se pone en duda y la ciencia se caracteriza por cuesti onar todo permanentemente) en el que establecía que la información puede fl uir de un ácido nucleico a una proteína pero nunca la inversa y tampoco de una proteína a otra. La existencia de los ARNm recién fue descubierta por los franceses Jacob y Monod en 1960. En 1962 el virólogo estadounidense Temin descubrió que en algunos virus que ti enen como mate-rial genéti co ARN se produce ADN a parti r de ARN, proceso denominado retrotranscripción.

Con los últi mos descubrimientos el “Dogma Central de la Biología”, que mejor hubiera sido llamarlo Hipótesis Central según el mismo Crick, ahora se podría esquemati zar de la siguiente manera:

(1) Gen que controla la iniciación de la transcripción

(2) Se refi ere a la enzima que colabo-rará en la síntesis de un transcripto de

ARN

La información pasa del ADN al ARN en el proceso denominado transcripción, que en eucariotas sucede dentro del núcleo, cata-lizado entre otras, por una enzima llamada ARN-polimerasa, luego ese transcripto en el citoplasma puede ser otros ARNs o dar origen a oligopéptidos, polipéptidos o distintos tipos de proteínas y, fi nalmente, una serie de proteínas específi cas catalizan la síntesis tanto del ADN como del ARN y otras regulan el ciclo celular.

EL FLUJO DE LA INFORMACIÓN EL FLUJO DE LA INFORMACIÓN

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73

Transcripción Traducción

OLIGOPEPTIDOS

POLIPEPTIDOS

Oxitocina

Vasopresina

PROTEINAS

Hormonas: Insulina

Transportadoras: Hemoglobina

Defensa: Inmunoglobinas

Contractiles: Miosina, Actina

Estructurales: colageno

Enzimaticas: ADNmetilasa,

histonas, enzimas digestivas

ARN viral

RE

TR

OT

RA

SC

RI P

CI O

N

Replicación ADN

OLIGOPEPTIDOS

PROTEINAS

POLIPEPTIDOS

Vasopresina

Oxitocina

ARNr, sprARNsn, snoARNsiARNsiARNmiARNtARNm

Polipeptido pancreatico

Gastrina

MotilinaMotilina

Hormonas: Insulina

Transportadoras: Hemoglobina

Defensa:Inmunoglobinas

Contractiles: Miosina, Actina

Estructurales:colageno

Enzimaticas:ADNmetilasa,

histonas, enzimasdigestivas

ARNviral

TRADUCCIÓN: SINTESIS DE OLIGOPEPTIDOS POLIPEPTIDOS PROTEINAS

Las proteínas, del griego “de principal importancia”, polímeros de aminoácidos, son los verdaderos actores en esta sinfonía maravillosa que es la vida. Las mismas pueden presentar estructuras globulares solubles en el plasma, fi brosas que son inso-lubles y pueden estar asociadas a hidratos de carbono o a lípidos. Las proteínas fi brosas desempeñan funciones estructura-les, internamente formando el citoesqueleto, una especie de andamiaje dentro de la célula, o que la protege externamente como la queratina o la quitina que forma el exoesqueleto en artrópodos. Las proteínas globulares pueden actuar en distintos procesos por ejemplo ejerciendo función enzimática al regular la velocidad de las reacciones orgánicas, como mensajeros en la transmisión nerviosa en el caso de algunos neurotransmisores y regulando diversas funciones celulares en forma de hormonas. También pueden actuar como transportadoras de iones, de otras moléculas, o de iones y moléculas a través de la membrana celular o pueden hacerlo a través del plasma como la hemoglobina, o las proteínas transportadoras de hormonas de naturaleza grasa que solas no pueden viajar por el torrente sanguíneo. Pueden ser contráctiles permitiendo el movimiento, defensivas como los anticuerpos y como reserva en el caso de la ovoalbúmina, la Caseína y la Gliadina.

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74

Pero: ¿Cómo se originan estás biomoléculas esenciales que propician el buen desarrollo de todos los procesos vitales?

ADN

NUCLEO

ARN mensajeroARNm

RIBOSOMA

CITOPLASMA

1

Salida del ARNm delnucleo al citoplasma

1- MEMBRANA CELULAR

2- ALA

3- ARNt

4- ARNm

5-CODON

6- SITIO A

7-SITIO P

8- AMINOACIDOS

9- CADENA DE PROTEINA

EN FORMACION

2

3

456

7

89

Ya vimos que luego de la transcripción y de la formación y maduración del ARNm, la síntesis de proteínas o traducción, se realiza en los ribosomas, uti lizando el código genéti co como len-guaje para el empalme de los aminoácidos. La traducción es la conversión de la secuencia de nucleóti dos del ARNm en la secuencia de aminoácidos de un oligopépti do, pépti do o proteína.Para que se lleve a cabo la síntesis necesitamos varios actores: ARNm, ARNr, ARNt, otros ARNs, enzimas, aminoácidos y por supuesto energía ya que se trata de un proceso anabólico. Si las proteínas van a quedarse en la célula, la síntesis se realiza en los ribosomas libres dentro del citoplasma o en los polirribosomas que son conjuntos de ribosomas, en los que se traduce simul-táneamente una misma proteína, y en los que cada ribosoma se encuentra sinteti zando un punto diferente de la misma. Si la proteína a sinteti zarse va a formar parte de la membrana plasmáti ca, como las proteínas estructurales, o va a ser exportada de la célula, como en el caso de hormonas o enzimas digesti vas, éstas se fabrican en ribosomas que se adhieren al retí culo endoplasmáti co.

ARNm

PROTEINAS

Polirribosoma

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75

Hasta aquí entonces sabemos que el ARNm maduro conti ene la información para que los aminoácidos que consti tuirán un polipépti do o una proteína sean añadidos según la se-cuencia correcta. Para ello, cada triplete de nucleóti dos consecuti vos (codón) especi-fi ca un aminoácido (ver Código Genéti co). En este proceso, el ribosoma se desplaza a lo largo de una hebra de ARNm leyendo los tripletes de uno en uno. La síntesis de pro-teínas progresa a razón de 15 aminoácidos/segundo. Dada la longitud del ARNm, va-rios ribosomas pueden ir leyendo codones y sinteti zando proteínas (polirribosoma).

Antes deben activarse algunos aminoácidos, mediante una enzima y con consumo de energía, para que puedan unirse a su ARN de transferencia específi co, dando lugar a un aminoacil-ARNt. Los ARNt son relativamente pequeños, más o menos tie-nen entre 70 y 90 nucleótidos de longitud y presentan dos tripletes llamados: sitios de unión. Uno de ellos es el denominado anticodón, que es una secuencia complementaria al codón ubicado en el ARNm y la otra es el sitio de unión al aminoácido que le corresponde transportar. Luego se libera la enzima, que vuelve a actuar.

INICIACIÓN: Se forma un complejo entre un factor de iniciación y un aminoacil-ARNt y éste se une a la subunidad ribosómica grande. Por otra parte el ARNm y la subunidad ribosómica pequeña se unen al encontrar esta última el codón de iniciación que lleva el primero. A continuación se produce el ensamble de las subunidades ribosómicas con lo que se forma el complejo activo ribosomal. El ARNt(metionina) está ubicado enfrente del codón de iniciación (AUG). Los factores de iniciación se desprenden quedando el ARNt (met) unido al ribosoma.

Nota: en eucariotas el codón AUG codifi ca para la metionina pero además sirve de sitio de iniciación; el primer AUG en un ARNm es la región que codifi ca el sitio donde la traducción de proteínas se inicia, entonces la síntesis siempre comienza con el aminoácido metionina, luego en el proceso de maduración de la misma este primer aminoácido es cortado por una enzima.

PRIMERA ETAPA

fMet

5’3’

3’ 5’

5’ 3’ 5’ 3’

Subunidadpequeña

U A CU A C U A C

Aminoacil-ARNt

SitioP

SitioA

Subunidadgrande

Complejo activoribosomal

ARNm

fMet fMet

ELONGACIÓN: El ribosoma tiene tres sitios: A, P y E. El sitio A es el punto de entrada para el aminoacil-ARNt (excepto para el primer aminoacil-ARNt que entra en el sitio P). El sitio P es donde se forma el enlace peptídico. Y el sitio E es el sitio de salida del ARNt una vez descargado tras ofrecer su aminoácido a la cadena peptídica en crecimiento.

SEGUNDA ETAPA

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76

Entre P y A quedarán los ARNts, unidos aún a sus aminoácidos, el radical amino de uno de ellos se unirá con el carboxilo(ácido) del otro mediante un enlace peptídico. De esta forma, el centro P se ocupa por un ARNt carente de aminoácido y se libera el ARNt del ribosoma produciéndose la translocación ribosomal y quedando el dipeptil-ARNt en el centro P. Luego un segundo ARNt portando el aminoácido que sigue, se coloca en la posición A de la subunidad grande del ribosoma formándose otro enlace peptídico. Alargándose así la cadena. Este proceso puede repetirse muchas veces y dependerá del número de aminoá-cidos que estén codifi cados en el ARNm.

Met

Subunidad 50s

Sitio P

5’

3’Subunidad 30s

fMet

5’

3’

5’

3’

5’

3’

Elongación

U A C

Enlacepeptídico

fMetphe

val

C A G

val

ARNt libre

U A C

C A GA A G

fMetval

phe

C A G A A G

Aminoacil-ARNtEnlace

peptídico

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77

TERCERA ETAPA

TERMINACIÓN: El ARNm que está siendo traducido lleva un codón de terminación UGA, UAG o UAA. No existe ARNt tal que su anticodón sea complementario. Por ello, la síntesis se interrumpe y esto indica que la cadena polipeptídica ha fi nalizado. Cuando el ribosoma llega a alguno de estos codones, la proteína ensamblada es liberada y el ribosoma se fragmenta en sus subunidades quedando listo para una nueva síntesis.

5’

3’

5’

3’

5’

3’

trpFactor de liberación

A C C

A C C

Polipeptido libre

rrp

Terminación

AMINOACIDOS

Hasta hace poco los aminoácidos conocidos eran 20, pero dentro de los últi mos descubrimien-tos debemos mencionar la determinación de la existencia de 2 aminoácidos más en la lista que ahora ti ene 22. Ellos son la selenocisteína (1986) y la pirrolisina (2002). El primero está presen-te en procariotas y eucariotas mientras que el segundo sólo en procariotas.

LOS CLASIFICAMOS EN: ESENCIALES Y NO ESENCIALES.

Son aquellos que no pueden ser sintetizados dentro del organismo, y por ende deben incorporarse en la dieta y son los siguientes: Histidina, Isoleucina, Leucina, Lisina, Metionina, Fenilalanina, Treonina, Triptofano y Valina.

Son aquellos que se pueden sintetizar en el organismo, estos son: Alanina, Arginina, Asparragina, Acido Aspártico, Cisteína, Acido Glutámico, Glutamina, Glicina, Prolina, Serina, Selenocisteína, Pirrolisina y Tirosina.

ESENCIALES

LOS NO ESENCIALES

Un grupo pequeño de aminoácidos: isoleucina, fenilalanina, treonina, triptofano, y ti rosina dan lugar a precursores de la glucosa y de ácidos grasos y así son caracterizados como glucogéni-cos y cetogénicos (generadores de glucosa y cuerpos cetónicos respecti vamente). Finalmente, debe ser reconocido que los aminoácidos ti enen un tercer posible desti no. Durante etapas de hambruna los esqueletos de carbono reducidos se uti lizan para la producción energéti ca, con el resultado que se oxida a CO2 y H2O.

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78

Enfermedades: un error innato frecuente del metabolismo de los aminoácidos es la Fenilceto-nuria. Cuando este desperfecto no es detectado y no es tratada la patología, existe acumulación de fenilalanina, lo que conduce a retraso mental, epilepsia, disminución del peso, entre otras manifestaciones. Debido a que la biosíntesis del pigmento melanina ocurre a través de la vía que se inicia con la transformación de la fenilalanina en Tirosina, se observa una disminución de la formación de melanina y los pacientes presentan disminución de la pigmentación del cabello, piel (con parches en forma de café con leche) e iris. Los pacientes con este error innato del me-tabolismo de la Fenilalanina son tratados por medio de restricción dietéti ca de fenilalanina, si el tratamiento se inicia después del nacimiento puede evitarse el severo daño cerebral; por lo que es importante identi fi car lo más temprano posible a los neonatos con esta alteración, puede hacerse con el Test de Guthrie, una prueba de detección bacteriana de los niveles plasmáti cos de Fenilalanina. Luego de la maduración, el sistema nervioso central parece no ser muy sensible a los niveles elevados de Fenilalanina en plasma.La fenilcetonuria o PKU es una

enfermedad rara hereditaria que impide que el cuerpo metabolice la fenilalanina

(Phe), un aminoácido que se encuentra en las proteínas

alimentarias. La concentración elevada de Phe en sangre pue-de provocar un daño perma-nente en el cerebro. La dieta

especial iniciada al nacer debe mantenerse durante toda la

vida. Con un control apropia-do de la concentración de Phe en sangre, se puede esperar un

desarrollo normal del niño.

EPIGENETICA

La epigenéti ca es el estudio de los cambios hereditarios en el fenoti po o expresión de los genes, causados por mecanismos disti ntos a las mutaciones (1). La información epi-genéti ca modula, por lo tanto, la expresión de los genes sin alterar la secuencia de ADN. Dichos cambios pueden permanecer a lo largo de muchas rondas de divisiones celula-res e incluso, en algunos casos, a través de varias generaciones. El mejor ejemplo de cam-bios epigenéti cos en organismos eucariotas es el proceso de diferenciación celular (tan en boga hoy en día en relación a la investi gación extensiva que se está llevando a cabo en células madres embrionarias (toti potenciales) y otras células madres pluripotenciales). Las bases moleculares de los cambios epigenéti cos son complejas. Entre otras, podría mencio-narse la remodelación de la cromati na resultante, por ejemplo, de la adición o remoción de grupos meti lo tanto del ADN como de las histonas, y de la adición o remoción de grupos aceti lo de las histonas. Hay algunos pocos casos descriptos en los cuales los patrones de meti lación del ADN se observan al menos en dos generaciones sin que haya evidencia de mutación alguna, lo cual indicaría que ciertos cambios epigenéti cos son heredables. En esos casos, esos cam-bios epigenéti cos se producirían en las gametas o en estadíos embrionarios muy tempranos.

(1) Cambios en las secuencias de ADN o genotipo

SINTESIS DE PROTEINAS Videos en la web: http://www.youtube.com/watch?v=FNqmh4PoMPQ http://www.youtube.com/watch?v=J2EDOx-EvI4

FACTORES AMBIENTALES QUE AFECTAN EL EPIGENOMA

Factores maternos

NutriciónIntrauterina

Toxinas

GenéticaEpigenotipo(nacimiento)

Dieta Envejecimiento

Epigenitipo(adulto)

Toxinvasdrogas

Enfermedades

Enfermedades(cáncer)

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79

COMUNICACIÓN CELULAR

Los seres vivos tenemos la sorprendente capacidad de ajustarnos a las condiciones del medio; esta característi ca se denomina plasti cidad y es vital para las células, ya que, de no existi r, no sobrevivirían. Pero: ¿Cómo se enteran las células que las condiciones del medio han cambia-do? ¿Tienen la capacidad de “percibir”, “escuchar” o “senti r” los cambios que se producen y “responder” a ellos? La respuesta es afi rmati va. Así como las personas necesitamos comuni-carnos a través del diálogo para saber qué nos pasa, las células ti enen su propio lenguaje y se comunican de disti ntas maneras. Los organismos entonces se dan cuenta de los cambios y luego realizan los ajustes necesarios para conti nuar llevando a cabo sus funciones fundamentales. Los organismos unicelulares perciben los cambios internos y/o del medio y se adaptan o mueren, en el caso de organismos pluricelulares la comunicación es más compleja, algunos mensajeros químicos deben recorrer largas distancias hasta impactar en el receptor correspondiente, lo que desencadenará la/las reacción/es que reestablecerán los niveles homeostáti cos. Por ejemplo si una persona está tomando sol en la playa y de repente siente que el viento aumenta y gracias al senti do de la vista observa que se forman olas gigantes, al mismo ti empo que sus frecuencias car-diaca y respiratoria aumentan, tomará lo que pueda de sus pertenencias y comenzará a correr para salvarse. Otros cambios impercepti bles pero necesarios ocurrirán para permiti rle mantener el equilibrio del organismo: la concentración de azúcar en sangre aumentará, tendrá entonces más energía para salir corriendo. Pero ¿Cómo se enteran las células de lo que está sucediendo?Existe una compleja red de comunicación celular. Esta red está coordinada por medio de dos grandes sistemas: el nervioso y el endócrino. Ambos operan por medio de men-sajeros químicos y como operan en conjunto se lo puede llamar sistema neuro-endócri-no. Este sistema capta los cambios en el medio interno o externo, y realiza los ajustes ne-cesarios para el mantenimiento del equilibrio del medio interno y permite la acción de cada célula de forma tal que la respuesta reestablezca los niveles normales. Existen otras formas en las que se comunican las células. Todas serán detalladas a conti nuación:

11

Así como las personas necesitamos comu-

nicarnos a través del diálogo para saber qué

nos pasa, las células tienen su propio len-guaje y se comunican de distintas maneras.

FORMAS DE COMUNICACIÓN CELULAR

1 AUTÓCRINA

Es la que establece una célula consigo misma, lo que en lenguaje humano sería un monólogo.Ejemplo: factores de crecimiento, neurotransmisores en el espacio sináptico.

Autocrina

Receptores en la misma célula

Señal mensajero químico

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Es la que se produce entre células que se encuentran relativamente cercanas, sin con-tacto, es una comunicación local. Algunos de estos mensajeros químicos pueden ser citocinas, factores de crecimiento, neurotrofi nas o derivados del ácido araquidónico como prostaglandinas, tromboxanos y leucotrienos. Un ejemplo de comunicación pa-rácrina es la que se realiza cuando hay una herida y rotura de vasos sanguíneos, para evitar la hemorragia se secretan al medio los factores necesarios para que se produzca la coagulación sanguínea evitando la disminución del volumen de sangre, otro ejemplo es la respuesta infl amatoria.

2 PARÁCRINA

ParacrinaSeñal

Mensaje químico

Receptor

Yuxtacrina

Célula blancoAdyacente

Receptor

Célula blancoadyacente

Célula Secretora

Liquido Extracelular

Mensaje químico

Receptor

3 YUXTACRINA

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81

En el caso de la comunicación endócrina u hormonal, las células de las glándulas de secreción interna (hipófi sis, tiroides, islotes de Langerhans del páncreas, suprarrena-les) vierten su mensajero, es decir, las hormonas, al torrente circulatorio. Una vez en la sangre, estas hormonas circulan por todo el organismo e interactúan con las células que tienen “receptores” para el mensajero dado, las cuales se llaman “células blanco o células diana”. Los receptores son específi cos para cada hormona. Existen hormonas que tienen receptores en casi todas las células como los de la hormona tiroidea ya que la misma controla el metabolismo basal de casi todas las células del organismo. Otras hormonas como la antidiurética tendrá receptores en algunas células que componen los túbulos de la nefrona únicamente así como la prolactina activará las células de las glándulas mamarias para la producción de leche durante la lactancia.

Las neuronas pueden comunicarse entre sí, con células musculares o con células glan-dulares, y esta comunicación se realiza a través de una sinapsis. Las sinapsis pueden ser químicas o eléctricas. A.-En la sinapsis química el neurotransmisor es secretado al espacio sináptico y luego impacta en la neurona o célula post-sináptica y se esta-blece una corriente eléctrica en la neurona post sináptica que la recorrerá y hará que el impulso siga propagándose hasta llegar al órgano efector, en el caso de una célula muscular provocará su contracción.

Es una forma de comunicación que existe entre células adyacentes, donde hay molé-culas mensajeras pegadas a la cara externa de la superfi cie de una célula que hacen contacto con receptores localizados en la membrana de una célula contigua. A diferen-cia de los otros sistemas, este factor esté anclado y por lo tanto no difunde al medio. Ejemplo: factor de crecimiento y transformación alfa (TGF-a).

4 ENDOCRINA

Vaso sanguíneo

Glándula endocrina Hormona

Célula blanco

5 NERVIOSA

NeuronaCélula blanco

Axon

NeurotransmisorSinapsis

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82

Canales de Ca++

Neurotransmisores

NEURONAPRESINAPTICA(TELENDRON)

ESPACIOSINAPTICO

NEURONAPOSTSINAPTICA

(DENDRITA)

Bomba recaptadorade neurotransmisor

Receptores

SinapsisQuímica

B.-En la sinapsis eléctrica los citoplasmas de las células están comunicados, es decir existen proteínas llamadas conexonas que permiten que las señales químicas o eléc-tricas pasen de una célula a otra. Se forma una unión de hendidura cuando los canales de membrana de las mem-branas plasmáti cas adyacen-tes se adhieren unas a otras. Forman túneles que unen el citoplasma de 2 células y fun-den las 2 membranas plasmá-ti cas en una sola estructura. Ej.: músculo cardíaco, reti na

Sinapsis eléctrica

Canal

Conexones

membranas plasmaticasde células contiguas

Union Gap o comunicante

dos conexiones continuosformando un canal de

comunicación entre las células

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83

Las feromonas son mensajeros químicos secretados al am-biente por una especie con el fi n de provocar un comporta-miento determinado en otro individuo de la misma u otra especie. Son por tanto un me-dio de señales cuyas principa-les ventajas son el gran alcan-ce, evitando obstáculos, ya que son arrastradas por el aire. A pesar que hay algunos estudios que parecen señalar la existen-cia de feromonas en humanos, actualmente no existe un con-senso defi nitivo dentro de la comunidad científi ca sobre su existencia. Se conoce su efecto en abejas, hormigas, roedores y otras especies.

En la comunicación neuroendócrina una hormona es liberada por la acción del siste-ma nervioso.La neurohormona viaja en el torrente sanguíneo para interaccionar con células re-ceptoras o “blanco”, ejemplos: adrenalina liberada por la médula de las glándulas suprarrenales, células de los núcleos supraóptico y paraventricular del hipotálamo.

6 NEUROENDÓCRINA

Conexones

HIPOTÁLAMO

LÓBULOPOSTERIOR

LÓBULOANTERIOR

ComunicacionNeuroendocrina

TALLO

CÉLULASNEUROSECRETORAS

7 FEROMONAL

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84

Se llaman uniones gap, en hendidura o nexus a las que se observan a veces entre las células en tejidos animales. Estas uniones requieren que las membranas conti guas se aproximen, quedando el espacio intersti cial entre ellas reducido a 2 nm, en lugar de los 25 nm habituales. Las proteínas llamadas conexonas forman una especie de ca-nal que comunica los citoplasmas de ambas células. Estas conexonas, responden a determinados estí mulos pudiendo cerrarse o abrirse permiti endo el paso de iones y moléculas de hasta 1.000daltons y también permiten el paso del potencial de acción di-rectamente sin necesidad de un mensajero en la sinapsis eléctrica (ver punto 5.B anterior).

8 UNIONES GAP Abierto

Canal

2 a 4 nmEspacio

Intercelular

Conexonas

Cerrado

Membranas plasmaticasde célulascontiguas

Los Desmosomas, Uniones Oclu-yentes y Uniones GAP están pre-sentes en organismos pluricelula-res con tejidos bien diferenciados. Son proteínas que fi jan a la célu-la con sus vecinas, permitiendo un soporte mecánico así como la transferencia de sustancias (las uniones GAP hacen las veces de poros).

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85

COMPARTIMIENTOS LIQUIDOS DEL ORGANISMO HUMANO

Más o menos el 70% del cuerpo humano está formado por líquido y la mayor parte de este líquido se encuentra dentro de las células, líquido intracelular o LIC, y alrededor de un tercio se encuentra en los espacios por fuera de las células y compone lo que cono-cemos como líquido extracelular o LEC. Ambos proporcionan el lugar donde se reali-zan las reacciones químicas necesarias para el desarrollo y mantenimiento de la vida.

12

Así como las personas necesitamos comu-

nicarnos a través del diálogo para saber qué

nos pasa, las células tienen su propio len-guaje y se comunican de distintas maneras.

COMPARTIMIENTOS LIQUIDOS Y HOMEOSTASIS

LÍQUIDO EXTRACELULAR (LEC) COMPRENDE

1

2

3

4

Plasma

Liquido Intersicial

Linfa

Liquido Transcelular

Es la parte líquida de la sangre, aproximadamente el 55% del volumen sanguíneo total.

(el que se encuentra entre las células): Es el medio donde se disuelven y mezclan los solutos, a través de él se produce el transporte de sustancias y se llevan a cabo reacciones químicas.

La linfa se parece mucho a la sangre, pero sólo con-tiene glóbulos blancos y también transporta grasas de la dieta que por su tamaño no han podido pasar al torrente sanguíneo desde las células entéricas.

Sinovial (presente en las articulaciones móviles) y cefaloraquídeo (conocido como LCR, es un líquido de color transparente, que baña el encéfalo, la mé-dula espinal y se encuentra por dentro del conduc-to del epéndimo, y cuya función es monitorear el estado general. Su volumen es entre 100 y 150 ml en condiciones normales. Podríamos nombrar otro compartimiento líquido: el líquido amniótico. Este rodea y amortigua al embrión y luego al feto en desarrollo en el interior del saco amniótico. Es un líquido solo presente durante el embarazo.

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86

CONCEPTO DE HOMEOSTASIS

El progreso evoluti vo ha favorecido el desarrollo de los sistemas que ti enden a crear y mante-ner constante un medio interno en el que las células encuentren las mejores condiciones para el buen desempeño de las funciones que permiten la vida. El concepto de homeostasis (del griego: homeo = igual y stasis = estabilidad), fue desarrollado por el fi siólogo francés Claude Bernard (1813-1878) y se refi ere a la capacidad del organismo para mantener constante el me-dio interno frente a las grandes fl uctuaciones externas, por mecanismos de regulación y ajuste. Según otro investi gador, Walter Cannon la homeostasis es relati va: Es un proceso y no un esta-do determinado. El cuerpo cambia constantemente, afronta condiciones múlti ples y mantener el equilibrio corporal es un signo de adaptación a las condiciones conti nuamente cambiantes del entorno. El equilibrio en este caso es considerado dinámico y la homeostasis se logra gracias al funcionamiento coordinado de todos los tejidos y órganos de los sistemas corporales. En los mamíferos, este papel regulador e integrador es desempeñado por el sistema neuroendócrino.

El concepto de homeostasis (del griego:

homeo = igual y stasis = estabilidad),fue desarrollado porel fi siólogo francés

Claude Bernard (1813-1878).

MECANISMOS DE CONTROL HOMEOSTÁTICO

Feedback-negativo o retroalimentación negativa: Este mecanismo se activa al detectarse cambios en el medio interno promoviendo la puesta en marcha de distintos procesos que devolverán el equilibrio. En el momento que se logra el nivel homeostático el mecanismo cesa.

Feedback- positivo o retroalimentación positiva: en este caso el mecanismo que se pone en acción, sigue funcionando al seguir existiendo el estímulo que lo provocó. Este mecanismo no lleva a la estabilidad sino todo lo contrario, es desestabilizador. En algunos pocos casos es un proceso benefi cioso por ejemplo en el parto: cuando el feto se encaja en el canal de parto, estimula ciertos receptores que hacen que se libere la hormona oxitocina desde la hipófi sis posterior. Esta hormona provoca la contracción de las fi bras musculares del útero facilitando así la dilatación del cuello uterino para per-mitir el parto. El estímulo cesa en el momento del nacimiento ya que deja de existir la presión. Otros ejemplos de retroalimentación positiva son la lactancia, la coagulación sanguínea, el estornudo.

30 a 40 % de la Masa corporal

PLASMA representa el

LINFA

LEC LIC

TRANSCELULAR

de la masac o r p o r a l

de la masac o r p o r a l

de la masac o r p o r a l

de la masac o r p o r a l

15%

5%

1% 3%

1% 3%

INTERSTICIAL

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ELEMENTOS BÁSICOS DE LOS MECANISMOS DE CONTROL:

Mecanismo sensor: capta el estímulo

Centro integrador o de control: procesa el estímulo y elabora una respuesta

Mecanismo efector: realiza la respuesta.

Estimulos

Receptores decondiciones

externas/internas

Efectores

Centro deIntegraciónContinua actuando

si persiste elestimulo

RETROALIMENTACION POSITIVA

Se detiene cuando se recuperan los

valores homeostaticos

RETROALIMENTACION NEGATIVA

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