Unidad 3 Biología v-Prof. Josefina

8/17/2019 Unidad 3 Biología v-Prof. Josefina

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M. en C. Ma. Josefina Segura Gortares

ENP 6 Antonio Caso 2015

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Unidad IIIREGULACIÓN

3.1. REGULACIÓN3.1.1 Regulación y homeostasis

La necesidad de intercambio constante de materia y energía de un sistema vivo, así como

la enorme complejidad de sus procesos metabólicos característicos requieren de una regulación

precisa, de modo que permitan mantener el medio interno de la célula en condiciones tan

constantes como sea posible; a este principio de mantenimiento de condiciones adecuadas, para

un buen funcionamiento de todos y cada uno de los elementos del sistema vivo se le denomina

homeostasis y, a los mecanismos que la procuran, se les conoce como sistemas reguladoreshomeostáticos.

Aunque se presentan en todos los seres vivos, es evidente una tendencia evolutiva hacia el

aumento en la complejidad de estos sistemas con el aumento de la complejidad celular y así, los

organismos pluricelulares han desarrollado sistemas más completos y sutiles y en algunos casos

más “eficientes” que los de un organismo unicelular.

A pesar de que el concepto de homeostasis es atribuido a Claude Bernard, un médico francés delsiglo XIX, quien demostró, mediante sus trabajos experimentales, la importancia del medio

interno y su constancia en el mantenimiento de la vida, es Walter Cannon, un fisiólogo

norteamericano, quien utiliza por primera vez el término de homeostasis en su ensayo “Lasabiduría del cuerpo” y la define como: la adquisición evolutiva de una sabiduría metabólica que

genera constancia interna. Este investigador describió cómo es que algunos de los mecanismos

homeostáticos se oponen unos a otros para regular factores como la temperatura, y establece

cómo se integran en forma coordinada los sistemas nervioso y endocrino, para dar una respuesta

que garantice el retorno a la constancia interna después de presentarse un caso de emergencia,

terror, ira, etc.

3.1.2 Mecanismos de regulaciónMantener una constancia de condiciones implica tener conciencia o al menos sensibilidada los cambios, esto requiere que el organismo presente estructuras que actúen como receptores y detecten cambios ambientales específicos y que estos cambios se constituyan como estímulos

que actúen como señal en el receptor.

Estos receptores pueden estar directamente en contacto con el medio, por ejemplo, una proteínaespecífica en la membrana de un organismo unicelular o bien, ser parte de un complejo sistema de

detección como el sistema nervioso en los vertebrados; en cualquier caso, estos sistemas se

mantienen principalmente por una retroalimentación, positiva o negativa, en la que lasrespuestas dependen del tipo de información que se perciba, es decir, ante un cambio “ambiental”

que haga peligrar la constancia interna, se activan o inhiben procesos hasta recuperar la condición

“normal” y en cuanto esta condición se logra, el estímulo se detiene y también el proceso que se

había desencadenado. Este sistema garantiza el mantenimiento de condiciones adecuadas y evita

un gasto extra de energía.

En los sistemas reguladores de los seres vivos se procesa información y por tanto requieren de un

sensor que detecte los cambios en el sistema, los amplifique y canalice hacia el efector para que el

sistema regrese al valor normal de la variable que había cambiado como efecto del estímulo o

cambio ambiental.


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En la retroalimentación negativa, un cambio en el sistema que lo lleve hacia una condicióndistinta, por ejemplo, el aumento de sudor, es una señal para que el sistema vaya en otra

dirección esto es, la disminución de la sudoración. Un aumento en la sudoración disminuye la

temperatura corporal; la baja temperatura es percibida por el hipotálamo, lo que provoca una

disminución de la secreción de sudor y un aumento de temperatura corporal; mientras que en la

retroalimentación positiva, la respuesta del sistema va en el mismo sentido que la señal y porello, se habla de una salida unidireccional.

Si bien la retroalimentación positiva es normal en muchos de los procesos metabólicos, puede

resultar fatal cuando se pierde un mecanismo de control del organismo, por ejemplo, cuando la

temperatura corporal sobrepasa los 42 grados centígrados, el mecanismo de retroalimentación

negativa, que debería bajar la temperatura, es reemplazado por un mecanismo de

retroalimentación positiva que acelera el metabolismo produciendo más calor y elevando aún más

la temperatura, hasta que finalmente el individuo termina por morir.

3.1.3 Mensajeros Químicos, Control y Coordinación Cualquiera que sea el nivel de organización en el que se requiera una respuesta hacia los

estímulos del medio y que en función de ellos se propicie una conducta reguladora, la capacidadde respuesta de los sistemas vivos requiere que se comparta un lenguaje con el entorno y en elcaso de un organismo multicelular que las células se comuniquen entre sí, todo esto a través de

mensajeros químicos. Los procesos de regulación pueden involucrar interacciones de diferenteíndole e intensidad, pero consisten básicamente en la modificación de las actividades metabólicas

de las células expuestas.

Estos mensajeros químicos pueden ser sustancias de diversa índole cuya función sea activar odesactivar ciertas funciones de las células, algunos de los más conocidos son las hormonas, losneurotransmisores, nutrientes, tóxicos. La capacidad de modificar la conducta celular y hasta laproducción de los “agentes “ que la modulan, se relaciona por cierto, con la carga genética de

cada célula y de cada organismo, pero sobre todo con la forma en que se expresan sus genes.

3.2. EXPRESIÓN GÉNICA Y SU REGULACIÓN3.2.1 Estructura de los ácidos nucleicos

La química de la herencia comienza en 1869 cuando Miescher descubre en el núcleo de las

células una sustancia, la nucleína, bautizada así porque en un principio se pensó que se trataba de

una proteína, aunque más tarde, al analizar su naturaleza química se le llamó ácido

desoxirribonucleico (DNA). No obstante, a pesar de este su descubrimiento, por mucho tiempo se

siguió pensando que las moléculas de la vida y de la herencia debían ser algún tipo de proteína,

pues por lo que se sabía de estas moléculas, en cuanto a su complejidad y diversidad, parecían los

candidatos más factibles y afines con el importante papel que se atribuía al material genético y

que no parecía corresponder a una molécula “tan simple” como para estar constituida por un tipo

de azúcar, un grupo fosfato y tan sólo cuatro bases nitrogenadas distintas.

Los primeros acercamientos al conocimiento del DNA, dieron origen a la teoría del

tetranucleótido, que suponía, erróneamente, que el DNA estaba compuesto por largas cadenas

formadas por la repetición uniforme y monótona de los 4 nucleótidos (A, G, C, T) disponibles y

que por tanto, cualquier región del DNA era exactamente igual a cualquiera otra, de esto se

desprendía la conclusión de que no se podía albergar la idea de genes distintos, y algunos

científicos se aferraron a la idea: “si los genes controlan procesos complejos debían ser moléculas


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complejas”, el DNA no parecía cumplir con las expectativas y por tanto no se aceptaba como

molécula de la herencia.

En 1928, Griffith encontró, experimentalmente, un agente responsable de la transformación de

cepas inocuas de bacterias en cepas virulentas y en 1952, Hershey y Chase, en un experimento con

virus bacteriófagos, probaron de manera irrefutable que este agente era el DNA y no una proteína,

así que finalmente se aceptó que los genes estaban hechos de DNA.

Conocida la naturaleza química del gen, se requería conocer su estructura molecular para

averiguar cómo es que guardaba los mensajes genéticos. Wilkins y Franklin con la aplicación de

una técnica novedosa para la Genética pero ya usada en Bioquímica y Biofísica, el análisis

cristalográfico, demostraron que el DNA era una molécula muy larga, delgada y helicoidal.

Chargaff analizó la molécula químicamente y comprobó que no importando de que especie fuera

el DNA analizado, la cantidad de Adenina era igual a la de Timina y la Citosina la misma que la

Guanina; pero las proporciones de A + T eran distintas a la de C + G de una especie a otra, a este

sistema de pareamiento único se le conoce en la actualidad como Regla de Chargaff (A=T, C=G).

Aunque en un principio Wilkins y Franklin deseaban que sus resultados de difracción de rayos X

(cristalografías) fueran estudiados por Pauling, el científico que había propuesto el modelo de

hélice alfa para las proteínas y muy respetado por sus colegas, éste no pudo viajar a Inglaterra por

cuestiones políticas y quienes tomaron la información disponible fueron dos jóvenes científicos

que carecían de la reputación y experiencia de Pauling, pero que conocían la técnica y tenían gran

imaginación: Watson y Crick.

En 1953, Watson y Crick publicaron su modelo de la estructura del DNA a la que llamaron: doble

hélice, un modelo muy robusto que permitía explicar satisfactoriamente los datos experimentales

de Chargaff: las proporciones de A = T y C = G responden a un sistema de pareamiento único, los

de Wilkins y Franklin, una molécula larga delgada y helicoidal, que conforma una doble cadena de

fibras antiparalelas y que asume una elegante estructura en forma de una doble escalera cuyos

barandales corresponden al azúcar y al fosfato y los escalones a las bases nitrogenadas.

Utilizando el modelo, sus autores sugirieron que podría explicar la forma en que se replica el DNA

y la manera en que se transcribe esta información, abriéndose en ambos procesos las dos cadenas

a la manera de una cremallera; y por supuesto, también permite explicar la forma en que se

codifica la información genética mediante la secuencia de bases nitrogenadas, utilizando un

lenguaje de cuatro letras que al combinarse permite la codificación y la síntesis de proteínas

diversas, lo cual en los años posteriores fue probado experimentalmente por otros investigadores.


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3.2.2 Replicación del DNA

La reproducción molecular del DNA se denomina replicación y es de tipo

semiconservativo, esto es, la doble cadena se abre y ambas cadenas sirven de molde para que,

por complementación de bases nitrogenadas A-T y C-G, se sinteticen las nuevas cadenas y se

formen dos nuevas hélices que tienen como característica que la mitad de su molécula es “vieja” y

la otra es “nueva”.

Este proceso se lleva a cabo en un replisoma, un aparato molecular que se forma después que las

helicasas, topoisomerasas y girasas han desenrollado la doble hélice y abierto la cadena

permitiendo que las proteínas SSBP (proteínas de unión de cadena sencilla) se unen al DNA y

mantienen estables las dos hebras para que no se enrollen.

Para la síntesis de las cadenas nuevas es necesaria la intervención de enzimas como DNA

polimerasa III, DNA polimerasa I, DNA ligasa y DNA polimerasa II y la RNA polimerasa o primasa .

La DNA polimerasa III sólo “sabe” leer las secuencias en el sentido 3’-5’, porque sólo unir nuevos

nucleótidos a partir del extremo hidroxilo 3’, por lo que las cadenas que se sintetizan y crecen en

forma continua van en sentido 5’-3’ formando una llamada hebra líder o conductora, la otra

hebra, la antiparalela (5’-3’) se copia por segmentos (fragmentos de Okasaki) que luego une la

DNA ligasa y se llama la hebra retardada. La DNA polimerasa III no puede iniciar por sí sola la

replicación, requiere de un segmento de RNA cebador o primer , sintetizado por la RNA polimerasa

o primasa (sintetiza el primer ).

Los trifosfatos y difosfatos de bases nitrogenadas se hidrolizan hacia monofosfatos y las DNApolimerasas catalizan su unión y forman los enlaces fosfodiéster, utilizando la energía que se

desprende de estas hidrólisis. La adición de nucleótidos sólo se puede realizar en una cadena ya

formada en extremo hidroxilo 3’.

Después de la replicación se realiza una revisión y corrección de errores del proceso (corrección

post-replicativa) mediante enzimas correctoras presentes en el replisoma, cuando se encuentra

una secuencia errónea se elimina por una endonucleasa y la DNA polimerasa I llena el hueco con

Replicación del DNA


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la secuencia correcta. La DNA polimerasa II corrige los errores ocasionados por algún agente

físico, mientras que la DNA polimerasa I participa en la síntesis de la hebra retardada.

La naturaleza semiconservativa del proceso y la posibilidad de procesos de corrección garantizan

en buena medida la fidelidad en la copia del material genético y su conservación por varias

generaciones, sin embargo, siempre existe la posibilidad de que ocurran errores o mutaciones que

no puedan ser reconocidas como tales y por tanto no corregidas; este hecho es una de las bases

para la variabilidad entre los individuos de una especie y por tanto, resulta fundamental para el

proceso evolutivo de los sistemas biológicos.

3.2.3 Transcripción y traducción

Una de las funciones trascendentales del DNA es el almacenaje de información para la

síntesis de proteínas, este importante proceso puede ser llevado a cabo gracias a las

características de la estructura del DNA y ocurre en dos fases:

La transcripción se realiza en el núcleo de las células eucariontes, y en los procariontes

ocurre en el citoplasma; en este proceso es necesaria la intervención de enzimas como la RNA

polimerasa, que cataliza la polimerización de los ribonucleótidos.

Esta enzima requiere unirse a una proteína llamada factor sigma o de transcripción, que se ha

formado a partir de una proteína receptora y un estímulo, y una vez activada como factor sigma se

asocia con la secuencia del gen que se requiere transcribir. La RNA polimerasa y el resto de las

enzimas que desenrollan y estabilizan el fragmento de DNA y las que realizan la hidrólisis de tri o

di-ribonucleótidos, se asocian al factor sigma en un proceso denominado reclutamiento, sobre las

secuencias promotoras que marcan el inicio de la transcripción. La RNA polimerasa también

reconoce las secuencias de terminación del fragmento a trascribirse.

La RNA polimerasa lee las secuencias de la hebra molde, en el sentido 3’-5’, por lo que las

cadenas que se sintetizan y crecen en sentido 5’-3’, por las mismas razones explicadas en lareplicación. La otra hebra, la 5’-3’ llamada hebra complementaria, también contiene secuencias

transcribibles, por ello, los genes que se encuentran en esta hebra, se esquematizan con una

flecha de lectura inversa al de la lectura de la molde.

Nuevamente, como sustratos para la transcripción se utilizan di o trifosfatos de ribonucleótidos,

que se hidrolizan hacia monofosfatos y se unen formando enlaces fosfodiéster, utilizando la

energía que se desprende de la hidrólisis.

El RNA obtenido de la transcripción se denomina transcrito primario y corresponde a una copia

complementaria del gen que se ha transcrito, es decir, se trata de una réplica exacta de la hebra

informativa excepto que todas las timinas son sustituidas por uracilos.

Es importante señalar que los genes no son unidades continuas, y aunque en los procariontes es

posible identificar secuencias génicas discretas que corresponden con el código de una proteína, y

en los eucariontes los genes están fragmentados en exones (secuencias transcribibles y

traducibles) e intrones (transcribibles pero sin traducción a proteína) que son eliminados en la

maduración de RNA mensajero por algunas formas de RNA intranucleares, en un proceso previo a

su traducción; actualmente el concepto de gen incluye posibilidades de organización y expresión


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génica, que van más allá de una simple secuencia lineal, interrumpida o no por otro tipo de

secuencia.

El hecho de que los intrones no sean parte de la proteína a codificar, no significa que no tengan

utilidad, de hecho se sabe que algunos de estos intrones incluyen información para el ensamble de

las unidades de los ribosomas y otros más constituyen al RNA pequeño nuclear (RNApn),

encargado de la maduración de los transcritos primarios.

Al proceso de maduración del transcrito primario para originar un RNA mensajero le conoce

como “splicing” e incluye además de la eliminación de intrones, la adición de una caperuza de 7-

metil guanosín trifosfato (CAP en el extremo 5’) que permita identificar a los ribosomas el inicio de

lectura y una cadena terminal de adeninas (poliadenilación) que indique el número de moléculas a

sintetizar; ambos extremos quedan así protegidos contra las exonucleasas y evitan su degradación

antes de la lectura. En algunos casos, mediante una forma especial de edición de un transcrito

primario, el splicing alternativo, se pueden originar varios RNA mensajeros distintos.

La traducción corresponde a la segunda fase en la síntesis de proteínas, se lleva a cabo en

el citoplasma y en los procariontes es prácticamente simultánea a la transcripción. En este

proceso intervienen dos tipos más de RNA, el ribosomal y el de transferencia. El RNA ribosomal

combinado con proteínas forma los ribosomas cuya función es “leer” el RNA mensajero e

“interpretar” el mensaje codificado en secuencias de tres nucleótidos (tripletes) llamados codones

para traducirlo en un polipéptido o proteína, utilizando un código genético que relaciona cada

uno de estos tripletes, con al menos uno de los aminoácidos con los que se construyen lasproteínas.

Es interesante señalar que este código aunque es universal y válido para todo ser vivo, también es

redundante pues presenta repeticiones, es decir, varios tripletes codifican un mismo aminoácido,

sin embargo, las diferentes especies tienen un uso preferente de ciertos tripletes para algún

aminoácido particular, es decir, usan un “dialecto”. Los ribosomas de los cloroplastos y de las

splicing


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mitocondrias, utilizan un dialecto distinto al de los ribosomas de citoplasma, a pesar de pertenecer

a una misma célula.

Algunos tripletes no codifican para aminoácidos, pero son parte de un lenguaje necesario para

llevar a cabo una buena comunicación de la información proveniente del DNA, porque son

indicadores de inicio ó término de la lectura o de corte en la cadena que se sintetiza, por ejemplo,

el triplete codificador de la metionina (AUG), en el principio de la cadena, sólo marca el sentido de

la lectura. En el anexo 3 de este material, se presenta el código genético.

El RNA de transferencia es el encargado de transportar los aminoácidos al sitio de síntesis, existe

por lo menos un RNA de transferencia (RNAt) especial para cada aminoácido, éste se une por un

sitio específico a la molécula de RNAt y en otro sitio de la misma, se encuentra un triplete llamado

anticodón que servirá de señal para el RNA ribosomal, pues si resulta ser complementario al

codón del RNAmensajero, indica que el aminoácido que transporta el RNAt es el requerido para la

secuencia de la proteína. Los tripletes de los RNA de transferencia son copia exacta (a excepción

del cambio de timina por uracilo) de los tripletes del gen codificador de la proteína.

El proceso de traducción únicamente lleva a la formación de cadenas de polipéptidos, para que las

proteínas sean funcionales deben pasar por distintos momentos, de acuerdo a la función que

tendrán y en este proceso de maduración o modificación post-traduccional, que puede incluir

procesos tipo hidrólisis, glicosilación, unión de cadenas y plegamiento, entre otros, participan

otras estructuras celulares y otros tipos de moléculas, como el aparato de Golgi y unas proteínas

citoplásmicas llamadas chaperoninas que facilitan el proceso de plegamiento.

3.2.4 Control de la expresión génica

Una vez explicada la forma en que los genes codifican la información para la síntesis de

todas las proteínas de un organismo, aún quedaban algunas preguntas por responder, como:

¿Por qué si está presente la información para un determinado número de proteínas, algunas no se

producen, o se producen escasamente? ¿De qué dependen las variaciones considerables que se

observan en las concentraciones de cada proteína, en un mismo organismo en tiempos y

condiciones diferentes?

La evidencia indica que la existencia de un gen no determina su expresión en forma de una

proteína y por tanto, implica la presencia de algún mecanismo regulador de la actividad de los

genes, quizás relacionado con la transcripción y la traducción, o con la disponibilidad de los


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materiales para la síntesis de proteínas, o con un equilibrio entre la síntesis y destrucción de las

proteínas en cuestión, entre otras posibles explicaciones.

3.2.4.1 Control génico en procariontes. Teoría del Operón

En 1961, Francois Jacob y Jacques Monod del Instituto Pasteur propusieron una

explicación plausible para el funcionamiento de estos mecanismos de regulación de los genes en

los procariontes, la hipótesis del Operón.

Esta hipótesis plantea que los genes procariontes presentan una organización estructural y

funcional, que puede explicarse por la existencia de varios tipos de genes: operadores, que

funcionan como interruptores y que controla la activación o inactivación de la transcripción de los

genes estructurales, que son codificadores de proteínas y que son adyacentes a su operador; el

encendido o apagado de este último es controlado por otro tipo de genes de control llamados

reguladores, que codifican proteínas llamadas represoras, que la unirse al operador lo mantiene

en posición de “apagado”, porque impide que en ese sitio se fije la RNA polimerasa para iniciar la

transcripción. Existen otras moléculas que anulan la actividad el represor cuando se unen a él e

impiden que siga el bloqueo al operador, se les denomina inductores. Cada conjunto de genes

estructurales con su operador y su regulador constituyen la unidad llamada operón.

Jacob y Monod descubrieron varios operones, o unidades de regulación en bacterias, en los que el

inductor o des-represor es justo la sustancia que se requiere procesar mediante las enzimascodificadas por los genes estructurales como el operón lac, en el cual la presencia de lactosa activa

la producción de enzimas que la procesan para utilizarse como fuente de energía. En otros casos,

la presencia o adición en el medio de la sustancia que una ruta metabólica debería sintetizar,

“apaga” el operón e inhibe la producción de las enzimas involucradas (operón del triptófano),

actuando como un co-represor, con el consecuente ahorro de energía; para este tipo de operones,

la presencia del aminoácido en el medio, inactiva la producción de enzimas que lo sintetizan.

En resumen, una característica de los operones de los procariontes es que actúan en forma rápida

y precisa ante cambios en el medio ambiente, situación que no es comparable con la regulación en

eucariontes.

3.2.4.2 Control génico en eucariontes

En cuanto al control génico en los eucariontes, es de suponerse que existan mecanismos

que en sus bases funcionen en forma similar a los del operón de los procariontes, sin embargo,

dada la mayor complejidad de las células y organismos eucariontes, también cabe esperar

diferencias importantes en su organización y funcionamiento, y es justamente lo que se ha

descubierto y descrito hasta ahora, en referencia a los mecanismos de regulación génica en

eucariontes.


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Estas diferencias parecen estar relacionadas con características propias del genoma eucarionte,

tales como: el enorme número de genes contra el porcentaje de los que se mantienen encendidos

(1%), la presencia de secuencias de DNA no traducibles (intrones) intercaladas con las secuencias

traducibles (exones), la presencia de secuencias de DNA repetidas infinidad de veces (DNA

repetitivo), pero sobre todo el estudio de la regulación en eucariontes, la atención ha recaído en

la estrecha relación que se presenta entre el DNA y lasproteínas nucleares, tanto histónicas como

no histónicas.

En el caso de las proteínas histónicas, el DNA se enrolla alrededor de núcleos de estas proteínas y

esto propicia la formación de dobleces que podrían ser puntos de tensión en los que los factores

reguladores actúen, o bien podrían tenerse distintos niveles de unión con estas proteínas que

permitan, cuando la unión sea laxa, el acceso a estos factores; mientras que en regiones

fuertemente enrolladas el acceso a los genes contenidos será más limitado.

El otro tipo de proteínas, las no histónicas, más ácidas y más grandes, no son parte fundamental

de la estructura de la cromatina y son un componente variable del núcleo, lo que podría indicar

una función reguladora, como señales proteicas específicas.

Otro indicio de que la activación y desactivación de genes se relaciona con un mecanismo

molecular es la desmetilación de alguna base nitrogenada (citosina) en los sitios de la cadena en

donde ocurre la transcripción, este proceso origina cambios en la conformación y puede inducir la

actividad de efectores y reguladores que se recluten y se fijen en las hebras de DNA para sulectura y transcripción.

Otro nivel de regulación en los eucariontes parece estar relacionado con la traducción, porque en

este proceso se requieren factores de iniciación, que deben ser fosforilados por las quinasas del

citoplasma para que se inicio el proceso de síntesis de una proteína, pero su existencia no

garantiza su función, y se requiere de señales que activen los mecanismos y maquinaria molecular

necesaria para su plegamiento correcto y la modificación postraduccional que requiera su función


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específica, todo ello, sin contar que una vez sintetizada y madura, aún así es necesaria su

activación en el momento adecuado, en que lo que corresponde en la realidad, a lo que nosotros

percibimos como la expresión de los genes.

3.3 IMPORTANCIA DE LA REGULACIÓN3.3.1 Regulación del ciclo celular

La reproducción no es un proceso continuo y como todos los procesos de los seres vivos

está regulado, así por ejemplo, la mayoría de las células eucariontes se reproducen a intervalos

regulares y crecen en otros intervalos, conformando que se denomina un ciclo celular, es decir,una repetición alternante de periodos de crecimiento y reproducción celular.

El ciclo celular incluye una fase G1 (del inglés GAP), en donde ocurren todas las funcionesvegetativas como: crecimiento, aumento tamaño y número de organelos, producción de material

celular o de secreción; una fase S, en donde se duplica el DNA, en el caso de que la célula se

prepare hacia una nueva división; una fase G2, en la que terminan los preparativos para lareproducción, se sintetizan proteínas asociadas a los cromosomas y de las estructuras celulares

que participan en la división celular y en la que disminuye la actividad metabólica; y una fase M,en la que ocurre la mitosis o el reparto del material genético, seguida por la citocinesis o divisióndel citoplasma.

Las células no siguen este ciclo en forma continua, el seguimiento de las fases va mediada por

mecanismos de regulación, por ejemplo, hacia el final de G1 la célula entra en una condiciónllamada punto restricción o de arranque, en el cual la célula evalúa su capacidad de completar elciclo y “decide” si se reproducirá o entrará en una fase G0, característica de las célulasespecializadas y en la que permanecen en forma indefinida porque han “renunciado” a su

capacidad mitótica; pero si las condiciones celulares son adecuadas y hay presencia de agentesmitógenos como hormonas, nutrientes, o factores de crecimiento, la célula seguirá hacia la fase S continuando con el ciclo; incluso si ya se encontrara en fase G0, puede recomenzar el ciclo ydividirse.

El ciclo celular es altamente un proceso regulado, las células eucariotas, en particular, han

desarrollado un complejo sistema de control de este ciclo basado en proteínas y del

establecimiento de una serie de puntos de control, en los que la actividad celular es evaluada y

Ciclo celular


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regulada por señales procedentes de otras células que pueden estimular o inhibir la proliferación

celular, y otra serie de puntos de control en los que la célula verifica si el proceso previo se ha

desarrollado de manera satisfactoria, y en caso contrario se retrasa o impide la progresión del

proceso.

La mayor parte de estos puntos de control trabajan a través de señales negativas, es decir, que la

secuencia se detiene si el proceso no se lleva a cabo en forma completa, por ejemplo, únicamente

ante la señal de que todos los cromosomas se han unido exitosamente a las fibras del aparato

mitótico, entonces se comienza con su migración, del mismo modo que sólo cuando se ha

realizado una replicación exitosa del DNA, se tiene una señal para el comienzo de la fase M; de

esta manera, los puntos de control en realidad son señales de alto o de freno.

Las proteínas involucradas en estos puntos de control son las quinasas dependientes de ciclinas

(Cdk), que contienen una subunidad reguladora (ciclina) y una catalítica (quinasa dependiente de

ciclina). En las células los niveles de concentración de estas proteínas suelen mantenerse más o

menos constantes, pero conforme el ciclo celular progresa, su actividad aumenta o disminuye;

estas oscilaciones producen cambios cíclicos en la fosforilación de proteínas que regulan o

participan en los principales eventos del ciclo, a saber, la replicación del DNA, la mitosis y lacitocinesis.

En algunas células cuando se han realizado un determinado número de divisiones ó bien cuando

presentan alguna anormalidad, puede ocurrir un fenómeno llamado apoptosis o suicidio celular,

que implica la destrucción de la célula y el reaprovechamiento de su contenido por las células

vecinas o por macrófagos, todo esto con el fin de mantener el número de células del organismo en

cierto límite y el buen funcionamiento del mismo.

Cuando las células escapan a estos sistemas de control y se dividen en forma incontrolada se

amontonan unas sobre otras hasta causar la muerte del organismo, estas células son llamadas

cancerosas y es que ellas han perdido la capacidad de autodestruirse quizás por una falla genéticaque bloquea al gen activador del proceso apoptósico o por producir grandes cantidades de la

proteína que inhibe este proceso.

3.3.2 Regulación de la temperatura corporal

Uno de los ejemplos que resulta más cercano para reconocer el proceso de regulación es el

control de la temperatura corporal. Por la capacidad de control de la temperatura corporal, los

organismos pueden ser clasificados como:

Poiquilotermos, cuya temperatura cambia con el medio ambiente, aunque algunos pueden

elevar su temperatura metabólicamente en una región o por un tiempo corto, pueden ser

termoconformadores, que mantienen su temperatura igual al ambiente y cuyas enzimas

compensan su actividad conforme al medio como los invertebrados acuáticos; o

termorreguladores, que mantienen su temperatura entre 2-10 °C con respecto a la del

medio y se mueven en su microhábitat buscando mayor o menor exposición al frío o

calor, como los reptiles y los peces.

Homeotermos, que mantienen su temperatura constante, este control representa la

posibilidad de mantener un control metabólico vital con un funcionamiento óptimo de los

sistemas enzimáticos. Este tipo de organismos ha desarrollado una serie de sistemas que

permiten aumentar la producción de calor o disminuir la pérdida del mismo:


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Activados por el frío del ambiente: Incrementan la producción de calor: tiritar,sensación de hambre, aumento de actividad voluntaria, secreción de adrenalina y

noradrenalina. Disminuyen la pérdida de calor: vasoconstricción cutánea,

enroscamiento y pilo-erección.

Activados por el calor en ambiente: Incrementan la pérdida de calor: Vaso-dilatación cutánea, sudación e incremento en el ritmo de la respiración. Disminuyen la producción de calor: anorexia, apatía e inercia.

Conductas como el aletargamiento, el sueño, el torpor, la hibernación, la estivación, la búsqueda yconstrucción de madrigueras, la acumulación diferencial de tejidos grasos y la producción de

ciertos tipos de lípidos, la presencia de metabolitos anticongelantes (sorbitol-glicerol), de enzimas

resistentes a la temperatura, proteínas nucleantes y antinucleantes que favorecen o impiden

respectivamente el congelamiento de los líquidos extracelulares, son sólo algunos de los ejemplos

de respuestas conductuales y otras claramente moleculares de los distintos organismos a la

necesidad de mantener el control de la temperatura interna, y todos estos mecanismos responden

a caracteres grabados en los genes de las especies, como producto de su evolución y que los llevaa la adaptación.

Unidad IVCOMUNICACIÓN EN LOS SISTEMAS VIVOS

4.1 INTRODUCCIÓN A LA UNIDADUno de los rasgos característicos de los seres vivos, la irritabilidad, es su capacidad de

responder activamente a cambios que operan en el ambiente, estos cambios o estímulos

desencadenan una respuesta específica, por ello, todos los seres vivos tienen necesidad de

interactuar con su medio ambiente y establecer una interrelación continua con los factores que

pueden afectarlos.

En un organismo unicelular como una bacteria o una amiba, la célula es capaz de realizar todas las

funciones necesarias para mantenerse con vida, asimilar los nutrientes del medio, moverse,

mantener un metabolismo que le proporcione energía y forme nuevas moléculas, todo ello de

acuerdo con las condiciones y cambios en el ambiente.

En los organismos multicelulares la situación es más compleja, las diversas funciones se

distribuyen entre distintas poblaciones de células, tejidos y órganos y deben solucionarse, además,

los problemas de coordinación de actividades de todos los tipos celulares que los componen,

entonces, deben existir mecanismos que permitan a sus células "hablarse" entre sí, para que las

estructuras funcionen en forma coordinada y eficiente, como una unidad.

Todo esto nos habla de un proceso de integración, de coordinación y de respuesta a los cambios

en el medio circundante, que requiere de la existencia de algún o algunos sistemas de

comunicación propios de los sistemas vivos.

4.1.1 Conceptos básicos de la ComunicaciónDesde que Shannon propuso en 1948 su Teoría de la Comunicación en Ingeniería, la

influencia del modelo ha crecido hasta llegar a los fenómenos biológicos, campo en donde a través

Unidad 3 Biología v-Prof. Josefina

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