Biología+de+la+Cé (1)

Apuntes Biologıa de la Celula BIO141-C

Maximiliano Ibaceta Acevedo

3 de julio de 2012

1

Indice

I La celula como unidad Funcional 6

1. La celula es la unidad fundamental de la vida 6

2. Orıgenes de la Teorıa Celular 6

3. Medidas Utilizadas en Biologıa Celular 6

4. Clasificacion de Celulas 64.1. Celula Eucarionte . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 74.2. Celula Procarionte . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 7

4.2.1. Componentes moleculares de la celula . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 7

5. Interacciones atomicas y Macromoleculas 85.1. Fuerzas de interaccion . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 8

6. Azucares 86.1. Monosacaridos . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 86.2. Disacaridos . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 8

II Estructura de Las proteınas 9

7. Formacion del enlace peptıdico 9

8. Niveles estructurales de las proteınas 10

9. Funciones de las proteınas 10

10.Clasificacion de proteınas 1110.1. Separacion de Proteınas por Cromatografıa . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1110.2. Separacion de Proteınas por Electroforesis . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 12

11.Fraccionamiento Subcelular 1311.1. Los organelos y las macromoleculas pueden separarse por ultracentrifugacion . . . . . . . . . . . . . . . . 1311.2. Comparacion entre los metodos de velocidad de sedimentacion y equilibrio de sedimentacion . . . . . . . . 13

III Estructura y clasificacion de Fosfolıpidos y Membranas 14

12.Estructura del colesterol 14

13.Distribucion y movimientos de los fosfolıpidos a traves de la membrana plasmatica 1513.1. Movilidad de los Fosfolıpidos . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 15

14.Proteınas de Membrana 1514.1. Ejemplo de Proteına Transmembrana . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1514.2. Reconstitucion funcional de una proteına de Membrana . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1614.3. Migracion de proteınas a traves de la membrana . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1614.4. Glucocaliz . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 17

IV Comunicacion Celular y Receptores 18

15.Tipos de Receptores celulares 1815.1. Receptores de superficie . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1815.2. Receptores Intracelulares . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1815.3. Senalizaciones intercelulares . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 18

1

16.Transduccion de senales (ligandos) 1916.1. Velocidad de respuesta celular . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1916.2. Regulacion de la sensibilidad a una senal . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 19

17.Ligandos Lipofılicos se unen a receptores intracelulares 20

18.Receptores de Superficie Celular para Moleculas Hidrofilicas 2118.1. Receptor acoplado a Proteına G . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2118.2. Receptor acoplado a Enzimas . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 22

V Transporte a traves de la membrana plasmatica 24

19.Paso de moleculas hidrosolubles a traves de la membrana 2519.1. Transporte Pasivo asociado a proteınas: . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2519.2. Transporte Activo: . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 26

20.Canales ionicos y propiedades electricas de la membrana: 2720.1. Potencial de Membrana asociado a canales ionicos: . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 28

VI Citoesqueleto y movimiento Celular: 28

21.Microfilamentos o Filamentos de Actina: 2921.1. Funciones de los microfilamentos: . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 3021.2. Estructura de la Actina: . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 30

21.2.1. Fenomeno de nucleacion: . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 3121.2.2. Reguladores de la polimerizacion: . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 3121.2.3. Proteınas asociadas a la actina: . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 32

22.Microtubulos 3422.1. Funciones: . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 3422.2. Estructura: . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 34

22.2.1. Regulacion de la dinamica de los MT’s: . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 3522.2.2. Proteınas Motoras que se mueven a lo largo de los microtubulos: . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 36

23.Filamentos Intermedios 3623.1. Organizacion Estructural: . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 3723.2. Comparacion deformacion/tension entre los componentes del citoesqueleto: . . . . . . . . . . . . . . . . . 3723.3. Tipos de filamentos intermedios: . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 37

23.3.1. Tipo I: Queratinas - Quinasas. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 3723.3.2. Tipo II: Familia de las vimentinas. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 3823.3.3. Tipo III: Neurofilamentos. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 3823.3.4. Tipo IV: Laminas nucleares. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 38

VII Nucleo, ADN y replicacion. 38

24.Estructura y organizacion del nucleo: 3824.1. La matriz nuclear y la lamina nuclear: . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 38

24.1.1. Poros nucleares: . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 39

25.Organizacion del ADN y Cromosomas 4025.1. Acidos nucleicos: . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 41

25.1.1. Apareamiento de bases nitrogenadas en la cadena de ADN . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 41

26.Replicacion del ADN 4226.0.2. Polimerizacion en la Hebra retardada: . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 43

VIII Transcripcion y Traduccion: 44

27.Estructura del ARN: 44

2

28.Transcripcion: 4428.1. Reconocimiento de la hebra molde: . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 44

28.1.1. Promotor: . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 4528.1.2. Inicio de la Transcripcion . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 45

28.2. Fase de elongacion: . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 4628.3. Termino de la sıntesis de RNA en procariontes: . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 46

28.3.1. Termino independiente de la proteına ⇢: . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 4628.3.2. Termino dependiente de la proteına ⇢: . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 46

28.4. Detalles de la transcripcion en Eucariontes (Maduracion del mRNA): . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 47

29.Componentes Fundamentales de la traduccion: 4829.1. Ribosomas: . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 4829.2. ARN de transferencia y el codigo genetico: . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 49

29.2.1. El codigo genetico: . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 4929.3. El proceso de traduccion: . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 49

29.3.1. Elongacion: . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 5029.3.2. Termino: . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 5029.3.3. Procesos posttraduccionales: . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 50

IX Retıculo Endoplasmatico: 51

30.Generalidades de la expresion genica: 51

31.El retıculo endoplasmatico: 5131.1. Proteınas y su transporte hacia el RE . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 52

31.1.1. Funciones del Retıculo endoplasmatico Rugoso: . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 5231.1.2. Funciones y caracterısticas del Retıculo endoplasmatico Liso: . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 5231.1.3. Otras funciones del RE: . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 52

32.Sıntesis de Proteınas en una ruta Exocıtica: 5232.1. Sıntesis Proteica a nivel reticular: . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 5332.2. Tipos de proteınas Sintetizadas: . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 5332.3. Modificaciones Post-traduccionales: . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 54

33.Respuesta al plegamiento defectuoso de proteınas en la ruta exocıtica: 5533.1. Ciclo de glucosilacion/deglucosilacion a nivel del RE: . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 5633.2. Retro-Translocacion de proteınas mal plegadas: . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 5633.3. El plegamiento defectuoso genera senales UPR(Unfolded Protein Response) hacia el nucleo . . . . . . . . 57

33.3.1. Inductores del UPR: . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 57

X Aparato de Golgi: 58

34.Organizacion de las funciones de las Cisternas del Golgi: 58

35.Procesamiento de Oligosacaridos en el Aparato de Golgi 59

36.Procesamiento Proteolıtico de proteınas: 60

XI Mecanismos moleculares del transporte vesicular: 61

37.Etapas en la formacion de vesıculas: 61

38.Etapas del transporte vesicular: 6138.1. Iniciacion, Yemacion y Escicion: . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 61

38.1.1. Vesıculas revestidas por COP: . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 62

39.Celulas epiteliales como modelo de la destinacion de proteınas en el aparato de Golgi: 64

40.Proteınas adaptadoras y su funcion en vesıculas revestidas de clatrina: 6440.1. Proteınas de cubierta adaptadoras complejo AP: . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 65

3

41.Fusion de vesıculas con el organelo o membrana diana: 65

42.Direccionalidad de proceso y proteınas RABs: 65

XII Ciclo Celular: 67

43.Estimacion de la duracion de las etapas del ciclo celular: 67

44.Deteccion del Factor promotor de la Mitosis MPF: 6844.1. Ciclinas: . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 69

44.1.1. Mecanismo molecular de activacion e inactivacion de Cdk1-M (“MPF”) . . . . . . . . . . . . . . . 6944.1.2. Control de la proteolisis de ciclinas mediante APC/C (Complejo promotor de la anafase): . . . . . 70

45.Sitios de Control del ciclo celular: 71

46.Control del Ciclo celular en organismos Multicelulares: 7146.1. Efectos Tempranos y Tardıos de Los oncogenes . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 72

46.1.1. Oncogenes y Genes supresores de tumores: . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 7246.1.2. Retinoblastoma Humano: . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 73

XIII Mecanismos de la division celular: 75

47.Etapas de la mitosis: 7547.1. Profase: . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 7547.2. Prometafase: . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 7647.3. Metafase: . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 7647.4. Anafase: . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 7747.5. Telofase: . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 7747.6. Citocinesis: . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 77

48.Detalles de la division Celular: 7848.1. Condensacion de los cromosomas: . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 78

48.1.1. Condensinas: . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 7848.1.2. Cohesinas: . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 78

48.2. Formacion del Huso mitotico: . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 7948.2.1. Cinetocoro: . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 80

48.3. Complejo Promotor de la Anafase APC/C: . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 8048.4. Detalles de la anafase y la migracion cromosomica: . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 8148.5. Detalles de la Telofase y citocinesis: . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 82

48.5.1. Telofase: . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 8248.5.2. Citodieresis: . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 82

49.Telofase Vegetal: 83

50.Mitosis Carente de G1: 84

XIV Meiosis 84

51.Etapas de la Meiosis: 8551.1. Meiosis 1: . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 85

51.1.1. Profase I: . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 8551.1.2. Metafase I . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 8751.1.3. Anafase I y Telofase I . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 87

52.Ovogenesis y Espermatogenesis 8852.1. Ovogenesis: . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 8852.2. Espermatogenesis: . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 88

4

53.Cromosomas 8953.1. Cromosomas Politenicos: . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 8953.2. Cromosomas Plumulados: . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 8953.3. Cariotipo Humano: . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 89

53.3.1. Preparacion de un Cariotipo de Sangre: . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 9053.4. Clasificacion de modelos de cromosomas: . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 90

53.4.1. Nomenclatura en citogenetica de cromosomas bandeados . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 90

54.Sındrome de Down. 91

XV Estructura y Funcion de la Mitocondria 92

55.Estructura de la Mitocondria: 92

56.Teorıa Endosimbiotica: 93

57.Importacion de Proteınas la mitocondria. 93

58.Sıntesis de ATP: 9458.1. Fosforilacion oxidativa y cadena transportadora de electrones . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 9458.2. Detalles de la cadena transportadora y el acoplamiento quimiosmotico . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 95

58.2.1. Potencial Redox asociado a la cadena transportadora de electrones: . . . . . . . . . . . . . . . . . 9658.2.2. La ATP Sintasa: . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 96

XVI Matriz extracelular y moleculas de ahesion celular 97

59.Fibroblastos y componentes de la ECM: 9759.1. Proteınas Fibrilares: . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 97

59.1.1. Colageno: . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 9759.1.2. Elastina: . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 98

59.2. Proteınas no Fibrilares: . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 9959.2.1. Fibronectina: . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 9959.2.2. Laminina: . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 99

59.3. Proteoglicanes: . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 9959.4. Laminas Basales: . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 100

60.Moleculas de Adhesion. Interaccion celula-celula y celula-matriz: 100

61.Uniones Celulares: 10161.1. Uniones estrechas: . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 10261.2. Anclaje celular: . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 102

61.2.1. Uniones adherentes. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 10261.2.2. Desmosomas: . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 10361.2.3. Hemidesmosomas: . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 10361.2.4. Adhesiones focales: . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 103

61.3. Uniones de comunicacion (Gap junctions): . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 103

XVII Tarea 1: ¿Por que el ADN contiene Timina en vez de Uracilo? 105

A. Desaminacion de la Citosina y correccion en el ADN mediante enzimas 105

B. ¿Por que el ADN utiliza una base metilada (timina) y no lo hace en el ARN? 106

5

Parte I

La celula como unidad Funcional

1. La celula es la unidad fundamental de la vida

La celula es la unidad estructural, funcional y de herencia de la vida.Una celula es capaz de:

Procesar informacion y responder a estımulos.

Realizar reacciones quımicas complejas.

Crecer y reproducirse.

Cambiar/adaptarse

2. Orıgenes de la Teorıa Celular

Los primeros dos postulados de esta teorıa fueron establecidos por Matthias Schleiden (1838) y por Theodor Schwann(1839) . El tercero fue realizado por Virchow en 1855.

La Teorıa Celular afirma:

1. Todos los organismos vivos estan compuestos por celulas. Primera evidencia: Laminas de corcho (Hooke)

2. La celula es la unidad estructural de la vida.

3. Todas las celulas se originan a partir de celulas pre-existentes.

3. Medidas Utilizadas en Biologıa Celular

La medida mas comoda para cuantificar longitud en la celula es el micrometro (µ)m = 10�6m.

Equivalentemente para los organelos, la medida a utilizar es el nanometro nm = 10�9m.

Imagen que muestra la relacion entre los tamanos de distintas estructuras celulares

4. Clasificacion de Celulas

Segun el tamano y la complejidad celular estas se pueden clasificar en:

6

4.1. Celula Eucarionte

tamano entre 10-100µm

Caracterizada por su envoltura nuclear definida

organizacion interna mas compleja, presencia de organelos)

delimitados por membrana plasmatica

Ejemplos: animales, plantas, hongos y protozoos

4.2. Celula Procarionte

tamano entre 1-10 µm

material genetico sin envoltura nuclear (nucleoide)

organizacion interna relativamente simple

delimitados por membrana plasmatica (en algunos casos, pared celular)

eubacterias, arqueobacterias

4.2.1. Componentes moleculares de la celula

Del 30% de peso seco molecular, la mitad corresponde a estructuras proteicas.

7

5. Interacciones atomicas y Macromoleculas

5.1. Fuerzas de interaccion

Existen cuatro tipo de fuerzas interatomicas que permiten la union entre las estrcuturas moleculares de la celula:

Enlace covalente

• Longitud de 0.15 nm

• Corresponde a la interaccion mas potente entre dos atomos en donde estos comparten electrones para estabili-zarse. No es casualidad que el carbono sea la estructura central de la celula pues sus enlaces C-Ctienen una energia cercana a los 100 Kcal/mol

• Fuerza en agua : 90 Kcal/mol

Enlace Ionico


• Atraccion electrostatica producida por dos atomos completamente cargados.

• Fuerza en agua : 3 Kcal/mol

Puentes de hidrogeno

• Longitud de 0.30 nm (medido desde el centro del atomo central. medido desde el principio de la interaccion lalongitud no supera los 0.17 nm)

• Para producirse es necesaria la presencia de moleculas con algun area polar y que la interaccion sea estricta-mente entre H-F, H-O y H-N.

• Fuerza: 1 Kcal/mol

• No es una interaccion estatica, constantemente se estan formando y deshaciendo enlaces por puentes de H

Fuerzas de van del Walls (Atraccion natural entre atomos)


• Atraccion natural entre atomos, es mas fuerte a medida que aumenta la cantidad de atomos que interactuan

• Fuerza: 0.1 Kcal/mol

Enlaces debiles participan en el reconocimiento entre Macromoleculas(i.e : subunidades proteicas)

6. Azucares

Las macromoleculas se forman a partir de unidades individuales identificables llamads monomeros. En esta seccion seestudiaran las macromoleculas compuestas por uniones de monosacaridos.

6.1. Monosacaridos

Los monosacaridos presentan una formula general de CnH2nOn donde n varıa entre 3 y 7.Los monosacaridos mas comunes son las hexosas y existen 3 tipos principales:

1. Glucosa

2. Galactosa

3. Fructosa (Manosa)

6.2. Disacaridos

El carbono que lleva el grupo aldehıdo o cetona puede reaccionar con cualquier grupo OH de otra molecula, formandoun enlace glucosıdico. En cada union por condensacion se libera una molecula de agua.

1. Maltosa = Glucosa + Glucosa

2. Lactosa = Galactosa + Glucosa

3. Sacarosa = Glucosa + Fructosa

8

Repetitivas uniones forman oligosacaridos y posteriormente polisacaridos.Una de las muchas importancias de los Oligosacaridos para nuestro organismo se ejemplifica en que

nuestro grupo sanguıneo esta determinado por el tipo de estos azucares en la membrana celular de losglobulos rojos.

Parte II

Estructura de Las proteınasLas proteinas constituyen alrededor de la mitad de las estructuras celulares y desempenan la mayorıa de funciones

para mantener la actividad celular.

Aminoacidos: Constituyen la unidad basica de las proteinas, son anfoteros: Neutralizan tanto acidos como basesEsta cualidad esta intimamente relacionada a la estructura quımica de los aminoacidos. El grupo amino libera protonesen un medio basico y el grupo carboxilo es capaz de aceptar protones en presencia de un medio acido.

Estructura comun a los aminoacidos

El grupo radical determina al aminoacido y bajo este grupo existe una nueva clasificacion:

Grupos Radicales no Polares: Prolina, Leucina, Fenilalanina

Grupos Radicales Polares sin carga: Glicina, Serina.

Grupos Radicales con carga positiva: Lisina.

Grupos Radicales con carga negativa: Aspartato

Proteınas: Las Proteınas se pueden definir como polımeros formados por la union mediante Enlaces peptıdicos deaminoacidos.

Las proteınas con macromoleculas

Compuestos mas abundantes de la materia viva

Son altamente especıficas

A traves de ellas se expresa la informacion genetica.( Dogma central de la biologıa molecular )

7. Formacion del enlace peptıdico

El enlace se forma entre los grupos carboxilo del aminoacido 1 y el grupo amino del aminoacido numero 2. En estaunion se libera una molecula de agua (sıntesis por deshidratacion) y se forma un dipeptido.

Enlace peptıdico

9

Cisteina: Este aminoacido posee en su estructura un radical tipo CH2 � SH que permite la union con otras cisteınasdentro de la misma estructura proteica o con otras subunidades, facilitando el plegamiento molecular de la proteına. Elcomplejo Cisteina-Cisteina se denomina Cistina.Existe otro aminoacido que tambien presenta ’S’ en su estructura pero no forma puentes disulfuro, hablamos de laMetionina

Proteınas de membrana: las proteınas de la superficie celular a menudo forman enlaces covalentes adicionales intra-catenarios. Sin embargo rara vez forman enlaces de tipo disulfuro, pues el plegamiento de las proteınas normalmente tienelugar en presencia de agentes reductores que impiden la formacion de enlaces S-S

Interaccion entre Cisteinas en la molecula de la insulina

Urea y � �Mercaptoetanol : Estos dos compuestos actuan como agentes denaturantes de la estructura terciaria de laproteına pues afectan los enlaces disulfuro, actuan como agentes reductores (que oxidan) devolviendoles su estructura SHindividual a cada Cisteına. Sin embargo, las proteınas pueden renaturalizarse mediante la dialisis.

8. Niveles estructurales de las proteınas

1. Estructura Primaria: Determinada por la secuencia de aminoacidos.

2. Estructura Secundaria: Plegamiento basico de la cadena debido a interacciones por puentes de hidrogeno, o puentesdisulfuro entre los grupos de la union peptıdica. Estructura de ↵� helice (Globulares) o de � � plegada (Fibrosas)

3. Estructura Terciara: Vision tridimensional de la proteına.

4. Estructura Cuaternaria: Union de subunidades terciarias proteicas (Hemoglobina).Filamentos de actina (estructuracuaternaria, se unen entre sı mediante interacciones no covalentes.

Es importante aclarar que existen proteinas funcionales tanto en estructura terciaria (i.e : mioglobina) como en estructuracuaternaria (i.e : insulina)

Fuerzas que mantienen la estructura terciaria:

Tipo hidrofobico (en ambiente acuoso)

Enlaces de hidrogeno

Interacciones ionicas

Enlaces Disulfuro

9. Funciones de las proteınas

1. Transporte: Hemoglobina

2. Enzimatica: Lisozima.

3. Homeostatica: Insulina

4. Estructural: Colageno

5. inmunologica: Inmunoglobulinas

6. movimiento: Actina y Miosina

7. Reserva: (Funcion utilizada solo cuando se acaban las reservas de hidratos de carbono y lıpidos)

10

10. Clasificacion de proteınas

I. Segun presencia o no de un grupo prostetico:

Proteınas simples: Solo estan formadas por proteına

Proteınas conjugadas :Estan formadas por la proteına mas un grupo no proteico llamado grupo prostetico

II. Segun estructura global:

Proteınas fibrosas y proteınas globulares

10.1. Separacion de Proteınas por Cromatografıa

Las proteınas se suelen fraccionar mediante la cromatografıa en columna , en la que una mezcla de proteınas ensolucion se hace pasar a traves de una columna que contiene una matriz solida porosa. Las diferentes proteınas de lamezcla se van retrasando mas o menos a causa de su interaccion con la matriz de la columna y pueden recogerse porseparado en su estado funcional nativo a medida que fluyen por el extremo inferior de la columna. En funcion del tipo dematriz que se utilice, las proteınas se pueden separar segun:

su carga: Cromatografıa de intercambio ionico

su hidrofobicidad: Cromatografıa hidrofobica

su tamano: Cromatografıa de Filtracion

su capacidad para unirse a determinados grupos quımicos: Cromatografıa de afinidad.

Cromatografıa de Intercambio ionico Cromatografıa de Filtracion en Gel Cromatografıa de afinidad

Cromatografıa de intercambio ionico: La matriz insoluble presenta cargas ionicas que retardan las moleculas decarga opuesta. Las mas utilizadas son las de dietilaminoetilcelulosa (DEAE-Celulosa), de carga positiva y la fosfocelulosa,de carga negativa. La fuerza de union entre las moleculas disueltas y la matriz depende de la fuerza ionica y del pH de lasolucion que atraviesa la columna. Estos dos parametros pueden variarse para obtener una separacion mas efectiva.

Cromatografıa de Filtracion en Gel: La matriz es inerte pero porosa. Las moleculas suficientemente pequenas parapenetrar en el interior de la matriz se retrasan y viajan mas lentamente a traves de la columna. Las esferas porosas mascomunes son polisacaridos como el dextrano o agarosa.

Cromatografıa de afinidad: utiliza una matriz insoluble que esta unida covalentemente a un ligando especıfico (i.esubstrato enzimatico), que se unira a una proteına determinada de la muestra. Las moleculas de enzima que se han unidoa los substratos inmovilizados en columnas de este tipo se pueden liberar con una solucion concentrada del substrato enforma libre, mientras que moleculas que se han unido a anticuerpos inmovilizados pueden eluirse disociando el complejoantıgeno-anticuerpo con soluciones concentradas de sales o soluciones con pH alto o bajo. Suelen ser las mas efectivas alpoder conseguir un alto grado de pureza en solo una pasada por estas columnas.

11

10.2. Separacion de Proteınas por Electroforesis

Las proteınas suelen tener una carga neta positiva o negativa, que refleja la de los aminoacidos cargados que contiene.Al aplicar un campo electrico a una solucion que contenga una molecula proteica, la proteına migrara a una velocidaddependiente de su carga, tamano y forma. Esta tecnica se conoce como electroforesis.

Actualmente este tipo de separacion se realiza en conjunto con SDS, � �mercaptoetanol y gel de poliacrilamida.

distintas cadenas polipept

´

ıdicas forman un complejo con las mol

´

eculas cargadas negativamente de

SDS (Dodecil sulfato s

´

odico), para luego migrar hacia el

´

anodo (polo positivo) a trav

´

es de la

soluci

´

on porosa de poliacrilamida. A trav

´

es de esta t

´

ecnica se puede determinar de forma

aproximada el peso molecular de la prote

´

ına asi como tambi

´

en de la composici

´

on de subunidades de

la prote

´

ına. Sin embargo, si la prote

´

ına presenta variados grupos prost

´

eticos de carbohidratos, su

desplazamiento ser

´

a an

´

omalo, de forma que su peso molecular estimado ser

´

a erroneo.

12

11. Fraccionamiento Subcelular

De la misma forma que un tejido puede ser disgregado en sus diferentes tipos celulares vivos, la celula puede serfraccionada en sus organelos y macromoleculas funcionales.

11.1. Los organelos y las macromoleculas pueden separarse por ultracentrifugacion

Para lograr la separacion de los organelos celulares se utiliza el proceso de ultracentrifugacion donde un rotor giraa alta velocidad y aumenta la fuerza de gravedad sobre la solucion. Sin embargo, para poder diferenciar organelos, enprimer lugar,debemos realizar una centrifugacion diferencial para generar un comlejo denominado ”homogenado celular.el

cual contiene organelos libres en solucion.

El complejo precipitado se denomina pellet, y el no precipitado sobrenaturante

11.2. Comparacion entre los metodos de velocidad de sedimentacion y equilibrio de se-dimentacion

Velocidad de sedimentacion: la muestra se coloca sobre una solucion diluida de sacarosa y los componentes sub-celulares sedimentan a velocidades dependiente de su tamano. Para estabilizar las bandas que sedimentan y evitar quese mezclen, el tubo contiene un gradiente continuo de sacarosa que aumenta de concentracion hacia el fondo del tubo.Despues de la centrifugacion, los componentes pueden recogerse por separado.

Equilibrio de Sedimentacion: Cuando los componentes subcelulares se centrifugan en un gradiente, pueden despla-zarse hacia arriba o abajo hasta que alcanzan una zona en que su densidad esta comprendida entre las densidades vecinasdel gradiente. En este Equilibrio se utiliza un gradiente discontinuo de sacarosa (20-70%). Sin embargo, para la separacionde proteınas y de acidos nucleicos se utilizan gradientes preparados con cloruro de cesio. Cada organelo posee estructuraspropias, por lo que existen enzimas marcadoras para marcar distintos organelos. Por ejemplo:

Lisosomas: Fosfatasa acida

Peroxisomas: Catalasa

Mitocondrias: Citocromo-C Oxidasa

Golgi: Galactocil Transferasa

RER: Glucosa-6-Fosfatasa

13

Parte III

Estructura y clasificacion de Fosfolıpidos yMembranas

Los fosfolıpidos son estructuras que presentan una cabeza polar y una cola formada por cadenas de acidos grasosaltamente hidrofobicas. La cabeza polar esta formada por un grupo colina con carga positiva, un grupo fosfato PO4 concarga negativa, y una molecula de glicerol.

Principales fosfolıpidos de las membranas plasmaticas en mamıferos

1. Fosfatidiletanolamida

2. Fosfatidilserina

3. Fosfatidilcolina

12. Estructura del colesterol

Facilmente caracterizable por su anillo esteroidal. Posee tambien una cabeza polar y una cadena hidrocarbonadaapolar.

Estructura del colesterol

La molecula de colesterol tiene una funcion importante en la membrana plasmatica: Participa en la regulacion de la rigidezde esta. A bajas temperaturas estimula el movimiento y la fluidez de la membrana, al contrario aumenta su rigidez paramantener unida a esta estructura celular.

14

13. Distribucion y movimientos de los fosfolıpidos a traves de la membranaplasmatica

La distribucion de fosfolıpidos y glucolıpidos a traves de la membrana plasmatica es asimetrica. Generalmente, losfosfolıpidos con carga neta negativa quedan mirando hacia el interior de la celula.

La membrana plasmatica se caracteriza por ser una bicapa fosfolipıdica donde las cabezas polares miran hacia elexterior y el interior celular, mientras que las colas hidrofobicas quedan mirandose entre si al interior de la membrana.

13.1. Movilidad de los Fosfolıpidos

Existen cuatro movimientos comunes al movimiento de los Fosfolıpidos a traves de la membrana plasmatica, recordandoque esta no es rıgida:

1. Flexion: Movimiento en donde se estira o se acorta la distancia entre las 2 colas hidrofobicas de los Fosfolıpidos.

2. Rotacion: Movimiento en donde el Fosfolıpido gira sobre su eje.

3. Flip-Flop (Difusion transversal): Este tipo de accion es escasa pues requiere gran cantidad de energıa paramover un fosfolıpido a traves de la bicapa (de un extremo a otro).

4. Difusion lateral: Desplazamiento horizontal de cada fosfolıpido.

14. Proteınas de Membrana

Aunque la estructura basica de las membranas biologicas esta determinada por la bicapa lipıdica, la mayorıa desus funciones especıficas estan desempenadas por proteınas. Existen 6 sistemas comunes de asociacion de proteınas a lamembrana plasmatica:

1. Helice ↵ unica.

2. Helices ↵ multiples.

3. Union covalente con un lıpido.

4. A traves de un oligosacarido.

5. Interacciones no covalentes con otras proteınas de membrana. Union de una proteına intrinseca con una periferica.

Organizacion de proteınas a traves de la bicapa lipıdica

14.1. Ejemplo de Proteına Transmembrana

15

En esta figura observamos una de las estructuras m

´

as comunes en las prote

´

ınas integrales, la

↵-helice. No es un detalle menor que los amino

´

acidos expuestos a las colas apolares de los

fosfol

´

ıpidos corresponden a amino

´

acidos estrictamente apolares como por ejemplo: Leucina,

Alanina, Triptofano.

Del mismo modo existe en menor medida presencia de amino

´

acidos polares pero sin carga neta como

la Glicina

14.2. Reconstitucion funcional de una proteına de Membrana

Al estudiar el comportamiento de cierta proteına de membrana, primero es necesario aislarla del resto de las proteınasy generar una nueva membrana compuesta en su totalidad por la proteına a investigar. La adicion de un detergentecomo el SDS disuelve la membrana plasmatica y se puede obtener la proteına de interes asociada al detergente y a restosfosfolipıdicos de la membrana (formando micelas debido a la interaccion con el medio acuoso y la naturaleza hidrofobica deestos lıpidos). Posteriormente se procede a purificar la proteına y remover el detergente. Finalmente se anaden fosfolıpidospara formar una bicapa compuesta por la proteına a estudiar.

Purificacion de la bomba Na-K

14.3. Migracion de proteınas a traves de la membrana

Un experimento que utiliza marcajes fluorescentes a distintas proteınas permite demostrar que las proteınas no per-manecen rıgidas en la membrana plasmatica sino que tambien presentan fluidez

Movimiento de proteınas fluorescentes a traves de la membrana del heterocarion.

16

14.4. Glucocaliz

El termino cubierta celular o glucocaliz se utiliza a menudo para describir la zona de la superficie celular rica encarbohidratos.En principio la diversidad y la posicion expuesta de estos polisacaridos en la superficie celular les hace especialmenteindicados para participar en procesos de reconocimiento celular.

Glucocaliz en un acercamiento por microscopio optico

17

Parte IV

Comunicacion Celular y ReceptoresSenales Externas inducen respuestas a nivel celular que permiten la adaptacion y supervivencia del organismo. Las

celulas constantemente estan censando el medio.

15. Tipos de Receptores celulares

Las ligandos mas comunes a los que se pueden ver enfrentadas las celulas son senales de tipo:

Proteınas

Peptidos

Derivados de aminoacidos

Lıpidos

Luz

Gases

Movimientos mecanicos

15.1. Receptores de superficie

La mayorıa de las moleculas senal son hidrofılicas, por lo que son incapaces de atravesar directamente la membranaplasmatica; en lugar de ello se unen a receptores ubicados en la superficie celular. Componentes del receptor:

1. Dominio extracelular: participa en la recognicion del ligando

2. Dominio de transmembrana: Lleva la senal del medio extracelular al intracelular

3. Dominio intracelular: Transmite y propaga la senal.

15.2. Receptores Intracelulares

Muchas de estas pequenas moleculas senal son hidrofobicas por lo que presentan una facilidad para atravesar por lamembrana plasmatica. La mayorıa de estas moleculas se encuentran asociadas a proteinas carrier o transportadoras.El ligando difunde directamente a traves de la membrana. El complejo Ligando-Receptor activa directamente la expresionde genes del nucleo.

15.3. Senalizaciones intercelulares

Cada celula esta programada para responder a combinaciones especıficas de senales.

1. Senalizaciones Paracrinas: La celula productora de la senal, afecta solamente a las celulas en una vecindad aella

2. Senalizaciones Autocrinas: La misma celula produce una senal que es captada por receptores de ella misma

18

3. Senalizacion dependiente de contacto: La celula productora, exocita una senal que va a parar directamentea un receptor de membrana de otra celula que esta en contacto directo con la primera.

4. Senalizacion Endocrina: Celulas endocrinas liberan su contenido al torrente sanguineo, distribucion a todo elcuerpo, pero solamente las celulas que posean en sus membranas receptoras de esta senal, responderan al estımulo.Ademas, un tipo de estımulo no asegura que la respuesta en las celulas receptoras sea la misma.El tiempo de respuesta de la senalizacion endocrina es lento comparada con la sinaptica pero afecta a una grancantidad de celulas

Misma senal (Adrenalina) produce respuestas diferentes entre las celulas cardiacas y las celulas hepaticas

5. Senalizacion Sinaptica: Senales electricas y liberacion de neurotransmisores lejos del cuerpo celular (Dendrita-Axon). El tiempo de respuesta de este tipo de senal es mas rapido pero a la vez mas especıfico.

16. Transduccion de senales (ligandos)

El proceso de Transduccion celular lo podemos resumir en 3 pasos. En primer lugar existe una captacion de senal(Extra o intracelular) que transforma esta senal al lenguaje interno celular, mediante una accion de relevo. Esta nuevasenal es amplificada hacia numerosos segundos mensajeros que tienen como funcion dar origen a la respuesta celularque puede ser:

Alteracion del metabolismo

Alteracion celular o movimiento

Alteracion de la expresion genica

Es importante aclarar que no todas las respuestas finalizan en una alteracion a la expresion genica. Puesrespuestas a determinadas senales pueden ser simplemente llevar a cabo la activacion de enzimas que nonecesitan ser codificadas, ya que estaban presentes en la celula en su forma inactiva.

16.1. Velocidad de respuesta celular

Las respuestas celulares que requieren de activacion de genes para la codificacion de proteınas requieren un tiempomayor (minutos-horas) que si solamente se necesitase la activacion o la alteracion de una estructura proteica (segundos-minutos). Sin embargo, ambas son efectivas y alteran el comportamiento celular en respuesta a la senal recibida.

16.2. Regulacion de la sensibilidad a una senal

Existen 5 formas en las que una celula puede regular la sensibilidad de respuesta a una senal:

1. Secuestro del receptor

2. Degradacion del receptor

3. Inactivacion del receptor

4. Inactivacion de una proteına senalizadora (i.e: Proteınas G)

5. Produccion de una proteına inhibitoria

19

17. Ligandos Lipofılicos se unen a receptores intracelulares

El ligando (hidrofobico) viaja unido en una proteına carrier para atravesar directamente la membrana plasmatica yalterar la expresion genica.

Receptores nucleares: En la mayorıa de los casos donde el ligando posee caracterısticas lipıdicas la respuesta esta re-lacionada a la expresion genica de nuevas proteınas. Los receptores nucleares corresponden a proteınas que regulan estaexpresion moduladas por la interaccion con el ligando. No requiere necesariamente de la accion de segundosmensajeros.El receptor nuclear en ausencia de ligando se encuentra a unido a una proteına inhibitoria para mantenerlo en su estadoinactivo. En presencia del ligando la proteına inhibitoria deja cede su lugar para comenzar la transcripcion de genes. Esimportante destacar que el receptor nuclear posee en su estructura un sitio de union al DNA para la codificacion precisade la proteına necesitada.Existen dos tipos de respuesta para a esta senal:

20

18. Receptores de Superficie Celular para Moleculas Hidrofilicas

Ası como existen ligandos hidrofobicos, tambien se encuentran en el medio extracelular senales de tipo hidrofılicas. Laforma de transduccion de estas senales pueden ser de dos formas:

1. Receptores asociados a Proteınas G

2. Receptores asociados a Enzimas.

Paralelo a estos dos procesos existe un tipo de senalizacion que caracteriza el ’Encendido y apagado’ de proteınas a lolargo de la transduccion y amplifiacion de la senal. Este switch esta relacionado a la accion de tres proteınas enzimaticas:

1. Proteına Quinasa: Cuya funcion es Transformar ATP en ADP para fosforilar y ’encender’ una proteına

2. Proteına Fosfatasa: Remueve el fosfato de la proteına activa para apagarla.

3. Adenilato Ciclasa: Transforma el ATP a AMPc Liberando 2 grupos fosfatos.

18.1. Receptor acoplado a Proteına G

Una proteına receptora activada por una senal extracelular genera un cambio conformacional de las subunidades ↵,�, �de la Proteına G. Mediante una molecula de GTP se activa y se separa la unidad ↵, tras esta activacion tambien se

genera un complejo �� activo que permite la transduccion de la senal a receptores intracelulares

Posterior a la transduccion interna de la senal extracelular, mediante la accion de enzimas especıficas se deben liberarlos segundos mensajeros que funcionan como Amplificadores de la senal. Existen dos tipos de segundos mensajeros

Via del AMPc

Via del Ca2+

Existen distintos tipos de proteınas G que activan distintas enzimas para favorecer la accion de los segundos mensa-jeros. Las familia mas relevante sin embargo, es la de las Proteınas Gs : activa los canales de Ca y la adenilato Ciclasay las Proteınas Gq : activan la fosfolipasa C que participa en la liberacion del Ca2+ como segundo mensajero.

Activacion de Proteına Gs

21

Proteına G activa a la adenilato ciclasa para formar AMPc (Segundos mensajeros) + 2 grupos fosfatos que activan laPKA(Proteına quinasa dependiente de AMPc).

PKA o proteınas quinasas dependientes del AMPc : El PKA puede regular tanto la expresion genica alteradaen respuesta a una senal, como estimular funciones metabolicas y homeostaticas de la celula. La regulacion del metabo-lismo por PKA es un proceso rapido comparado con la accion de la misma proteına de relevo sobre la expresion genica(Principalmente porque la respuesta genetica suele ser mas lenta, ademas que existe una mayor cantidad de relevos en lapropagacion de la senal).

Activacion de Proteına Gq

Proteına G activa a la Fosfolipasa C para liberar IP3 que abre los canales de Ca2+(Segundos mensajeros) que activan laPKC(Proteına quinasa dependiente de Calcio).

Un descubrimiento importante a partir del uso del Calcio como Segundo Mensajero es su inmediata actividad en el ovocitotras fertilizacion. Con el paso del tiempo se observa como este ion se libera a la celula y la recorre en un tiempo cercanoa los 3 minutos.

18.2. Receptor acoplado a Enzimas

Existen 6 clases principales de receptores acoplados a enzimas:

1. Receptor Tirosina Quinasas

2. Receptor asociado a Tirosina Quinasas

3. Receptor Serina/Treonina quinasas

4. Receptor asociado a Histidina Quinasas

5. Receptor Guanilato Ciclasa

6. Receptor-like Tirosina Fosfatasa

Los receptores mas estudiados en esta seccion corresponden a los receptores asociados a Tirosina Quinasas. Recordemosque las proteınas Quinasas tienen como funcion Transformar ATP a ADP para fosforilar y encender una proteına.

Activacion de RTK (Receptores con actividad Tirosina Quinasa)

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La presencia del ligando en los receptores celulares RTK, activa este complejo produciendo una autofosforilacion cruzadaentre los dominios Tirosina Quinasas

Autofosforilacion de RTK’s: Un aumento en la autofosforilacion de RTK’s puede conseguir dos resultados. Unaumento en la actividad de Tirosina Quinasa del receptor (Mantencion de la fosforilacion cruzada) y la union de estecomplejo con proteınas senalizadoras o adaptadoras para seguir el curso de la transduccion de la senal hacia las proteınasRAS.

Proteına Ras: Una proteına RAS es una proteına G monomerica, especıficamente es una pequena GTPasa que alternados conformaciones estructurales:

Una forma activada, donde la proteına RAS esta unida al guanosın trifosfato (GTP), llamada RAS-GTP.

Otra forma inactivada, donde la proteına RAS esta unida al guanosın difosfato (GDP), llamada RAS-GDP

Las proteınas Ras son activadas por los receptores TirosinaQuinasas

Activacion de proteınas Ras

En su forma inactiva la proteina Ras se encuentra asociada a una molecula de GDP, Tras la activacion de las RTK’s yel encendido de las proteınas senalizadoras, la proteına Activadora Ras Cambiar el GDP por GTP dejando a la proteına

Ras en su forma activa

La Activacion de las proteınas Ras Permite realizar el relevo de la senal a otros modulos de senalizacion. Por ejemploMAPK’s

Relevo a MAPK’s

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Parte V

Transporte a traves de la membrana plasmaticaEn esta seccion se revisan dos tipos de transporte asociado a proteınas:

1. Transporte de solutos mediados por proteınas de membrana:

Transporte Activo

Transporte Pasivo

2. Canales ionicos y propiedades electricas de la membrana plasmatica.

Conceptos basicos:

Difusion por gradiente de concentracion: Principio basico de la membranas permeables de soluto. Las molecu-las se mueven de lugares de mayor concentracion a zonas de menor concentracion. En el equilibrio no cesa elmovimiento, sin embargo el movimiento neto de partıculas es 0.

Osmosis: Membrana no permeable al soluto, pero si permeable al solvente: Sea la concentracion de soluto A mayorque la concentracion en B,A y B unidos por la membrana, el agua trata de moverse desde B a A para diluir el solutoconcentrado. En el equilibrio ambas soluciones tienen igual concentracion Molar de soluto.

Osmoralidad: Cantidad de soluto presente en la solucion, sin importar su naturaleza. La osmoralidad varıa si esque el compuesto se disocia o se asocia en el medio acuoso. Una mayor osmoralidad provoca un desplzamiento deagua hacia esta concentracion.

Presion osmotica: Fuerza que empuja el flujo de agua desde zonas de menor osmolaridad hacia zonas de mayorosmolaridad.

La celula es electricamente neutra, debe poseer igual cantidad de cargas positivas y negativas. Sin embargo, la con-centracion ionica y electrica presente en la celula presenta diferencias. Recordemos ademas, que la membrana plasmaticasuele estar cargada negativamente en su cara interna y ser positiva en su cara mirando al medio extracelular.

Caracterısticas generales en la concentracion ionica a nivel extra e intracelular

Importante es recalcar las concentraciones de los iones Na+ y K+. El primero se encuentra presente en mayor medidaen el medio extracelular (generando un gradiente de concentracion hacia el interior, y el potasio genera un gradiente de

concentracion hacia el medio extracelular.

La bicapa lipıdica de la membrana plasmatica presenta permeabilidad a los siguientes compuestos:

Gases: como el CO2, O2, N2

Moleculas pequenas no polares: Etanol.

Sin embargo, moleculas neutras, pequenas pero con polaridad definida(agua, urea) presentan una baja permeabilidad ala membrana, siendo proteınas transportadoras el principal medio de ingreso hacia el medio intracelular.Moleculas grandes,iones, o moleculas polares (de tamano considerable) son impermeables a la membrana celular.

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19. Paso de moleculas hidrosolubles a traves de la membrana

El paso de moleculas hidrosolubles depende de proteınas especializadas en transporte a traves de la membrana.

El 15-30% de las proteınas asociadas a la membrana tienen como funcion el transporte de solutos.

Distintas proteınas transportan tipos de solutos especıficos.

2 grandes clases de proteınas: Transportadoras (Carriers) y canales.

Tipos de transporte celular:

En el transporte pasivo los solutos se mueven a favor del gradiente de concentracion. En el transporte activo, los solutosse desplazan en contra tanto de su gradiente de concentracion como su gradiente electroquımico, este tipo de transporte

requiere ATP o de la energıa potencial del gradiente electroquımico.

La gradiente electroquımica influencia el movimiento de iones a traves de la membrana:

19.1. Transporte Pasivo asociado a proteınas:

La difusion facilitada mediada por un transportador involucra cambios conformacionales en la proteına. Esta proteınapuede presentar 1 o mas sitios de union para el soluto a transportar, y los cambios en la conformacion son secuenciales yreversibles (soluto puede entrar y salir a traves de la misma proteına)

Como la concentracion de glucosa es mayor en el medio extracelular, se genera un gradiente de concentracion para estesoluto. Como la glucosa es una molecula ”Grande” necesita de una proteına transportadora de tipo uniporte

Es importante evidenciar que la difusion facilitada alcanza una velocidad mayor que la difusion simple en el paso de solutosa traves de la membrana. La velocidad maxima de transporte en proteınas viene dada por las siguientes condiciones:

1. Nivel de saturacion de la proteına transportadora

2. Velocidad del cambio conformacional del transportador (lımite de velocidad)

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19.2. Transporte Activo:

Existen 3 estrategias basicas para medir el transporte activo de un soluto:

Transporte Activo Simporte: los gradientes de concentracion de los solutos apuntan en direcciones opuestas. lapartıcula cargada de este sistema ingresa a favor de su gradiente electroquımico para generar la energıa necesaria paraingresar un soluto en contra de su gradiente de concentracion.

Transporte Activo Antiporte: Los gradientes de concentracion de los solutos apuntan en la misma direccion. Lapartıcula cargada del sistema ingresa a favor de su gradiente electroquımico para generar la energıa necesaria para sacarel soluto en la direccion opuesta.

Bombas dependientes de ATP:

Casi un tercio del ATP de una celula se utiliza en bombas de tipo Sodio-Potasio ATPasaLa bomba sodio-potasio permite regular la osmolaridad intracelular maneniendo el gradiente de Na+

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20. Canales ionicos y propiedades electricas de la membrana:

En el caso de un canal, se habla de una proteına que tiene un poro donde pasan los iones. Una proteına canalsiempre transporta solo iones, a excepcion de las aquaporinas. Estas proteına siempre transportan a favor del gradientede concentracion. Es mucho mas rapido y eficiente que el paso de soluto mediado por proteınas transportadoras.Caracterısticas de los canales:

Transporte de iones especıficos.

Transporte siempre a favor de la corriente.

hasta 109 iones/seg.

Canales ionicos abiertos y cerrados

Los canales ionicos, ademas pueden clasificarse de acuerdo al estımulo que gatilla su apertura.

Apertura de canales ionicos por los 3 posibles caminos

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20.1. Potencial de Membrana asociado a canales ionicos:

Un potencial de membrana se logra cuando existe una diferencia de cargas en ambos lados de la membrana. Encondiciones de equilibrio, el potencial base de la celula bordea los -80mv.

Potencial de membrana y canales de sodio asociados a diferencias de voltaje.

Durante el impulso nervioso, los canales que se encontraban cerrados se abren por la diferencia de voltaje asociado y elsodio ingresa a la celula. Posteriormente en el periodo refractario, los canales de sodio se cierran y quedan inactivados.Es responsabilidad de una proteına de Transporte activo (bomba Sodio-Potasio) restituir las concentraciones iniciales de

la celula neuronal para volver a recibir un impulso nervioso

Canales asociados a ligando convierten senales quımicas en electricas: En la sinapsis quımica, una celulapresinaptica mediante la liberacion de neutransmisores transfiere el impulso nervioso gracias a la accion de canalesasociados a ligando

Neurotransmisores en la sinapsis quımica.

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Parte VI

Citoesqueleto y movimiento Celular:La capacidad de las celulas eucariontes de adoptar una gran variedad de formas y llevar a cabo movimientos direcciona-

les y coordinados depende de una red compleja de filamentos proteicos llamada citoesqueleto. A diferencia del esqueletooseo, el citoesqueleto es una estructura sumamente dinamica. Las diversas actividades del citoesqueleto dependen de trestipos de filamentos proteicos:

1. Filamentos de actina.

2. Microtubulos.

3. Filamentos intermedios.

Estos filamentos deben ser solidos para mantener la forma celular, pero ademas deben ser dinamicos einestables para responder a senales como nutrientes o senales quımicas.

Funciones del Citoesqueleto:

1. Permite adoptar diversas formas participando activamente en la diferenciacion celular:

Neuroblasto ! Neurona.

Plaquetas! Activacion que provoca un cambio hacia una forma irregular para detener hemorragias.

2. Permite realizar movimientos coordinados y dirigidos (Presencia de cilios y flagelos).

3. Controla la organizacion espacial de organelos y complejos proteicos.

4. Permite la comunicacion entre organelos (Transporte mediante vesıculas, senalizacion).

21. Microfilamentos o Filamentos de Actina:

Los filamentos de actina son polımeros helicoidales, enroscados de dos en dos, de la proteına actina. Aparecen comoestructuras flexibles, con un diametro de 5 a 10 nm que estan organizadas en una gran variedad de haces, de redesbidimensionales, o geles tridimensionales.

Estructura de la Actina

Aunque los filamentos de actina estan dispersos por el citoplasma de la celula, estan altamente concentrados en el cortex,justo por debajo de la membrana plasmatica.

Filamentos de actina asociados a una red de proteınas para formar el cortex celular.

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21.1. Funciones de los microfilamentos:

Da fuerza mecanica a la superficie celular.

Permite el cambio de forma celular.

Movimiento.

El cortex de actina puede generar y mantener la polaridad celular junto con los microtubulos.

Determinadas senales extracelulares que afectan a una parte de la superficie pueden provocar reestructuraciones locales delcortex de actina debajo de la zona correspondiente de la membrana plasmatica. De manera recıproca, la organizacion delcortex de actina puede tener una influencia determinada en el comportamiento de la membrana plasmatica que esta porencima. Mecanismos basados en los filamentos de actina corticales pueden empujar la membrana plasmatica hacia afueraformando largas y finas microespinas o lamelipodios (filopodios) o pueden invaginar la membrana durante la divisioncelular.

Fibras de stress se organizan en bandas o haces contractiles, la actina presente en el cortex forma una red tipo geltridimensional, finalmente los filopodios se organizan en pequenos haces paralelos estrechos.

21.2. Estructura de la Actina:

La actina corresponde a una proteına globular en donde distintas subunidades se juntan para formar el microfilamento:subunidades de G-Actina de naturaleza globular se unen entre sı para formar F-Actina de estructura fibrosa.Caracterizada por su extremo mas y su extremo menos; El extremo plus tiene la capacidad de unirse a monomeros deactina de una forma mucho mas rapida y dinamica que la zona minus.

(A): Estructura tridimensional de la molecula de actina, deducida mediante difraccion de rayos X, una molecula deATP (en amarillo) esta estrechamente unida en una fisura entre los dos dominios de la proteına.

(B): Molecula de actina que pone de manifiesto sus dos dominios y el lugar de union al ATP que se encuentra entreellos.

(C): Filamento de actina que muestra como las moleculas de actina interactuan unas con otras formando el polımerohelicoidal. A medida que las moleculas de actina se ensamblan en el polımero, ocurre hidrolisis del ATP

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21.2.1. Fenomeno de nucleacion:

Un trımero de actina es estable, al formarse este trımero por nucleacion, uniones no covalentes (necesarias paraentregarle dinamismo al filamento) comienzan la polimerizacion de monomeros de actina, generando una cadena doble.

Los extremos menos crecen mas lentamente que los mas

Dentro del bolsillo de actina hay un sitio de union para el ATP. La mayorıa de las actinas esta unida a ATP mas que aADP, La actina despues de unirse hidroliza el ATP y queda como ADP salvo en la unidad recien incluida en la cadena.Solo la actina-ATP tiende a formar filamentos. La Actina-ADP es mas facil de desarmar.

El ensamblaje del lugar de nucleacion es relativamente lento, lo cual explica la fase inicial (lag phase) producidadurante la polimerizacion. La fase lenta puede ser reducida o eliminada del todo si se anaden lugares de nucleacionprefabricados como fragmentos de microtubulos o filamentos de actina previamente polimerizados. Posterior a la faselag comienza la fase de crecimiento o elongacion en donde los monomeros se anaden a los extremos expuestos delpolımero en crecimiento. Finalmente se llega a la fase de equilibrio en donde el crecimiento del polımero esta enequilibrio con el acortamiento del polımero debido a la perdida de monomeros.

21.2.2. Reguladores de la polimerizacion:

Cofilina: Proteına de union a la actina que favorece la despolimerizacion de los microfilamentos regulando la longitudde los filamentos de actina.

Profilina: Proteına de union a la actina involucrada en el equilibrio dinamico de ensamblaje del citoesqueleto de actina.Controla espacial y temporalmente el crecimiento de microfilamentos.

ARP2/3 : Favorece la nucleacion de monomeros de actina a partir de un actımero (centro de nucleacion). Ademasparticipa en la ramificacion de polımeros de F-Actina.

Imagen que muestra las funciones de la Cofilina, Profilina y el ARP2/3

Importante es recalcar que el ensamblaje de la malla de actina empuja hacia adelante el borde activo deun Lamelipodio en respuesta a una senal extra o intracelular.

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21.2.3. Proteınas asociadas a la actina:

Organizacion de F-actina junto con ↵-actinina generan un haz contractil que permite el paso de la miosina II a travesdel haz.

El empaquetamiento con fimbrina impide la entrada de miosina II en el haz, lo que en principio la inhibe como bandacontractil y le otorga una figura de haz paralelo.

Participacion de la Miosina: La miosina es otra de las proteınas asociadas al citoesqueleto de la actina, participaen el movimiento de organelos y la reestructuracion de redes durante el movimiento.

Miosina Tipo 1: Proteınas que ayudan al transporte de vesıculas a traves del filamento de actina. Permite a lasvesıculas Caminar sobre el filamento de actina.

Miosina tipo 2: permite la contraccion muscular.

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Contraccion Muscular: en la contraccion muscular, los filamentos de miosina y de actina se deslizan uno sobre otro,disminuyendo la longitud del sarcomero. El deslizamiento de los filamentos gruesos y los delgados se produce debido a lafuerza generada de las cabezas de miosina con los filamentos de actina. Este proceso es dependiente del ATP.

Ciclo de los enlaces cruzados

1. Al unirse ATP a la miosina, esta se suelta de su sitio de union a actina

2. La cabeza de miosina libre hidroliza ATP y se desplaza (cambio de conformacion) hacia el extremo + del filamentode actina (hacia Z) donde se une a actina

3. Se libera el fosfato (Pi) y produce un cambio de conformacion que desplaza el filamento de actina

4. Se libera ADP y queda la cabeza de miosina fijada a actina (rigor)

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22. Microtubulos

Los microtubulos son cilindros largos y huecos formados por una proteına tubulina. Su diametro externo es de 25 nmy son mucho mas rıgidos que los filamentos de actina. Los microtubulos son largos y rectos y tıpicamente disponen de unextremo unido a un centro organizado de microtubulos llamado centrosoma, Los microtubulos emanan a partir de estoscentros organizadores. Los extremos menos se encuentran en el centro organizador de MTs, los extremosmas,cerca de la membrana plasmatica.

Organizacion de los microtubulos.

22.1. Funciones:

Participan en la Mitosis. Permiten la segregacion de los cromosomas durante la division celular.

Son esenciales en mantencion de la forma celular y en transporte interno. (carreteras de vesıculas. i.e: migracion deneurotransmisores por el axon de una neurona hacia el boton sinaptico).

Movilidad Cilios y Flagelos. Los cilios estan presentes en celulas que no se mueven, en cambio los flagelos permitennadar a una celula.

• Cilios: Movimiento coordinado, mueven el fluido extracelular. I.E : Alveolos y su movimiento de mucosa. Poseenun diametro cercano a los 0.25µm

• Flagelos: Representante caracterıstico: Espermatozoide.

La dineına causa que los microtubulos del axonema se doblen

La estructura del axonema se compone de 9 pares de microtubulos perifericos y 1 par central.

22.2. Estructura:

Los microtubulos se forman a partir de uniones de subunidades de ↵-tubulina y �-tubulina. A este complejo se ledenomina heterodımero de tubulina y corresponde a la subunidad basica del microtubulo.

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Tambien ocurre nucleacion con los microtubulos. Los MT crecen a partir de los anillos de y-tubulina en el centrosoma.

Los microtubulos son estructuras altamente dinamicas. El extremo mas sufre mayores ciclos de crecimiento y acortamiento,el extremo menos se ubica dentro del centrosoma.

Proceso que muestra las 3 fases similares a las de la nucleacion y elongacion de la actina.

La inestabilidad dinamica de los MT’s esta dada por la hidrolisis de GTP. Las regiones mas estables del microtubulocontienen GTP y se denominan Casquete o Cap. Tras la union y la formacion de un profilamento corto, la hidrolisisdel GTP cambia la conformacion de esta subunidad y debilita el enlace del polımero. Posterior a esto ocurre una des-polimerizacion para finalmente recambiar el GDP de esta subunidad (↵-tubulina y �-tubulina) por GTP y repetir elproceso.

Crecimiento acelerado debido a la presencia de un area estable como el casquete. Una perdida repentina de estecasquete se denomina catastrofe y favorece un rapido acortamiento del polımero. Si se llega a formar un nuevo cap,

hablamos de que hubo un Rescate y de ahi el ciclo sigue su curso normal.

22.2.1. Regulacion de la dinamica de los MT’s:

Proteınas MAP: La presencia de estas proteınas sobre el CAP provocan un aumento en la tasa de crecimiento y unadisminucion de la frecuencia de catastrofes, lo que trae como consecuencia microtubulos mas largos y menos dinamicos.

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Kinesina 13 Aumenta la frecuencia de catastrofes por lo que el efecto observado corresponde a microtubulos mascortos pero mas dinamicos.Es importante destacar que proteınas en la membrana celular estabilizan estos microtubulos confiriendo-les una mayor resistencia y longitud.

22.2.2. Proteınas Motoras que se mueven a lo largo de los microtubulos:

Las quinesinas se mueven hacia el extremo mas de los microtubulos, mientras que las dineınas se mueven hacia elextremo menos. Funcionan como transportadores de cargas (Substrato, enzima, vesıcula, etc) especıficas en base a ATP.

Quinesina dependiente de ATP para movilizar su carga

23. Filamentos Intermedios

Los filamentos intermedios corresponden a fibras proteicas de gran resistencia y de un diametro de 10 nm. Tienenvital importancia en celulas sujetas a tension (i.e: celulas epiteliales), neuronas y celulas musculares. Su estructuraintracelular se puede observar como una red alrededor del nucleo, que se extiende hacia la periferia. Los filamentosintermedios mantienen la estabilidad de los tejidos.

Ante un corte, las celulas del tejido no pueden permanecer juntas pues se rompe la conexion de filamentos intermediosentre la lamina basal y las celulas epidermicas en la piel.

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23.1. Organizacion Estructural:

El monomero de los filamentos intermedios corresponde a una region de tipo ↵-helice con un dominio central compuestopor alrededor de 310 aminoacidos, en esta region existen ademas repeticiones de 7 aminoacidos. Los dominios carboxiloy amino terminales de este monomero varıan en tamano y en secuencia.

Tetrameros y polimerizacion de filamentos intermedios.

23.2. Comparacion deformacion/tension entre los componentes del citoesqueleto:

los filamentos intermedios, a diferencia de los microfilamentos y los microtubulos son altamente resistentes a la tension,se deforman rapidamente y no se rompen. Los microtubulos en cambio, tienen una amplia tasa de deformacion al aplicaruna pequena fuerza tensora. Finalmente los monomeros de actina son los menos elasticos, pues se deforman muy poco,pero si son mas resistentes que los microtubulos.

Relacion deformacion/tension entre los distintos componentes del citoesqueleto.

23.3. Tipos de filamentos intermedios:

23.3.1. Tipo I: Queratinas - Quinasas.

Los filamentos de queratina mantienen juntas las capas de celulas (i:e epitelio, piel, cabello). Los desmosomas conectanlos filamentos de keratina de una celula a otra.

Desmosoma: Los desmosomas son estructuras celulares que mantienen adheridas a las celulas vecinas. Estructural-mente esta union esta ligada a sus filamentos intermedios de queratina.

Filamentos de queratina unidos mediante el desmosoma

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23.3.2. Tipo II: Familia de las vimentinas.

La vimentina es una de las proteınas fibrosas que forman los filamentos intermedios del citoesqueleto intracelular decelulas embrionarias, ciertas celulas endoteliales, ası como tambien como en las celulas sanguıneas. Desminas participan enel musculo liso y estriado. La vimentina corresponde a una proteına glial acıdica que participa en celulas como (astrocitosy celulas de Schwann).

23.3.3. Tipo III: Neurofilamentos.

Los neurofilamentos presentan numerosos puentes, lo cual los hace especialmente importantes para dar estabilidady largo fino al axon. Los neurofilamentos se ubican con mayor presencia justo por debajo de la membranaplasmatica.

Los filamentos intermedios de las celulas gliales son mas lisos y con menos puentes que los neurofilamentos

23.3.4. Tipo IV: Laminas nucleares.

Presentes en todas las celulas eucariontes, forman una red bajo la membrana nuclear. Esta red es dinamica y escapaz de disociarse durante la mitosis.

Laminas nucleares otorgan rıgidez y dinamismo al nucleo.

Parte VII

Nucleo, ADN y replicacion.

24. Estructura y organizacion del nucleo:

El nucleo celular es un organelo compuesto por una doble membrana fosfolipıdica la cual posteriormente se continua conel retıculo endoplasmatico, entre las dos membranas que cubren el nucleo celular, existe un espacio llamado perinuclear.Su volumen es el mayor comparado con cualquier otro organelo dentro de la celula. Inmediatamente bajo la membrananuclear se encuentran los filamentos intermedios de Laminas nucleares A,B y C. Dentro del nucleo existe una zonade mayor densidad llamada nucleolo, que en primera instancia corresponde al lugar de sıntesis de rRNA.

24.1. La matriz nuclear y la lamina nuclear:

Siendo el nucleo el centro organizador de la celula, la ventaja que otorga la separacion del material genetico del restode la celula es que permite una regulacion mas ordenada y eficiente de los procesos celulares. Sin embargo, el nucleo noes una estructura impermeable, de echo la existencia de poros nucleares permiten el paso de sustancias desde y haciaafuera del nucleo. Cada nucleo celular posee entre 3000 y 4000 poros nucleares.

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Representacion de la envoltura nuclear

24.1.1. Poros nucleares:

Cada poro nuclear esta compuesto por una subunidad llamada anillo, que representa la base del poro, sobre este anilloexisten proyeccciones hacia el citoplasma y nucleoplasma de proteınas fibrilares. Las fibras hacia el interior del nucleofoman el basket o cesta.El transporte mediado por el nucleo tiene diferentes medios de transporte (activo o pasivo). El dıametrode exclusion para pasar por difusion facilitada a traves de los poros es de 10 nm.

estructura basica del poro nuclear.

Surge la interrogante acerca de como una proteına tras ser sintetizada sabe a que region de la celula debe migrar pararealizar su funcion, en una experimentacion con nucleoplasmina (proteına acida que participa en el ensamblaje delnucleosoma uniendose a las proteınas Histonas) se logro determinar la forma en que las diferentes partes de esta proteınapresentan actividad para migrar al nucleo celular:

Captura de proteınas nucleares a traves del poro nuclear.

Las proteınas que migran hacia el nucleo poseen una senalizacion correspondiente a una secuencia de aminoacidos quepermite la recognicion del lugar de trabajo de esta sustancia. En el caso de las proteınas nucleares la secuencia es Lisina-Lisina-Lisina-Arginina-Lisina, observemos que en esta secuencia de aminoacidos todos son polares con carga positiva.

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El transporte nuclear de proteınas esta impulsado por la hidrolisis del GTP, y la accion de importinas:Las importinas poseen en su estructura sitios de union a los aminoacidos senalados anteriormente y tras esta interaccion,la proteına destinada al nucleo atraviesa la membrana nuclear. Posteriormente, este complejo debe disociarse para quela proteına pueda llevar a cabo su funcion, este proceso se realiza gracias a la competencia del ligando con una proteınaRAN-GTP que tambien tiene afinidad por la importina. La RAN-GTP al tener mayor afinidad desplaza de su sitio deunion al ligando primario y permite la liberacion de la proteına transportada. La importina unida al RAN-GTP, sale delnucleo hacia el citosol, y tras una reaccion de hidrolisis de GTP, el complejo RAN-GTP-Importina se disocia y permiteel transporte de una nueva proteına.

Imagen de la izquierda muestra el proceso de transporte nuclear mediado por proteınas, la imagen de la derecha nosmuestra que sustancias son capaces de entrar y salir del nucleo.

25. Organizacion del ADN y Cromosomas

Si un cromosoma estuviera formado unicamente por DNA extendido, serıa difıcil de imaginar como se podrıa replicar osegregar entre celulas hijas sin ser danado severamente (anafase). De echo, el DNA de todos los cromosomas se encuentraempaquetado en una estructura muy compacta con la ayuda de proteınas especializadas. Tradicionalmente las proteınasde los eucariontes que se unen al DNA se clasifican en dos grupos:

Histonas.

Proteınas cromosomicas no-histonas.

El complejo formado por el DNA cromosomico y las dos clases de proteınas se denomina cromatina. en la cromatina lamasa total de histonas es aproximadamente igual a la masa de ADN.

Histonas: las histonas son proteınas relativamente pequenas con una proporcion muy elevada de aminoacidos cargadospositivamente Lisina y Arginina. La carga positiva ayuda a las histonas a unirse firmemente al DNA, el cual esta muycargado negativamente, debido a la presencia de grupos fosfatos. Los cinco tipos de histonas de las celulas se clasificanen dos grupos principales las histonas nucleosomicas y las histonas H1, las histonas nucleosomicas son responsables delpregado del DNA en nucleosomas, estas cuatro histonas se denominan H2A, H2B,H3 y H4.La H1 actua sobre este complejo y permite que empiezen a interactuar los distintos nucleosomas entre ellos.

estructura del nucleosoma y sus componentes:

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Niveles de empaquetamiento de la cromatina:

El DNA debe desempaquetarse para que ocurra transcripcion: es por ello que en la cromatida compactadaexisten partes que se encuentran libres que poseen una alta tasa de expresion genica.Si se utiliza una sonda (secuencia complementaria de nucleotidos, marcada). Los cromosomas tienen ciertas regiones autilizar dentro del nucleo, Por lo tanto el DNA no esta aleatoriamente organizado en el nucleo.

25.1. Acidos nucleicos:

La unidad monomerica de los acidos nucleicos es el nucleotido, un nucleotido esta compuesto por una pentosa,Desoxirribosa(ADN) o Ribosa(ARN) , un grupo fosfato y una base nitrogenada. El nucleotido puede a su vezser considerado una forma mayor de un nucleosido, el cual carece del grupo fosfato mencionado.

Estructura basica de un nucleotido de ADN

La union de nucleotidos se produce por condensacion de una molecula de agua entre el grupo fosfato ubicado en el carbono5’ y el grupo OH presente en el carbono 3’.

25.1.1. Apareamiento de bases nitrogenadas en la cadena de ADN

Existen dos tipos de clasificacion para cada base nitrogenada:

Purinas: cuya principal caracterıstica es la presencia de un anillo doble en su base nitrogenada.

1. Adenina.

2. Guanina.

Pirimidinas: Presencia de solo un anillo en la base nitrogenada:

1. Timina

2. Citosina

3. Uracilo (exclusivo del ARN)

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En la molecula de ADN, la Adenina se une a la Timina formando dos puentes de hidrogeno, mientras que la Guaninay Citosina se unen formando 3 puentes de hidrogeno. Una molecula de ADN con una alta presencia de Guaninao Citosina presentara una mayor cohesion y se requerira mas fuerza para separar la hebra.

26. Replicacion del ADN

Durante la interfase hay duplicacion de ADN ,la celula rompe la envoltura nuclear para entrar en mitosis.La lamina nuclear esta compuesta por proteınas llamadas Lamins(A,B,C). Estas proteınas son filamentos intermediosy forman una red tipo gasa bajo la membrana. Al entrar en mitosis esta estructura se separa. Una de las senales clavees la activacion de una proteına kinasa CDK la cual fosforila a las Laminas, generando un cambio estructural quesepara a estos filamentos. Al desensamblarse estos filamentos, la membrana nuclear se desmembra y se forman vesıculas.La proteına ”Lamin B”permanece asociada a pequenas vesıculas o pedacitos de membrana. Las proteınas A y C quedansolubles en el citoplasma. Al final de la mitosis estas proteınas se reensamblan.

La replicacion del DNA supone unas velocidades de polimerizacion de aproximadamente 1000 nucleotidos por segundo.Evidentemente, las enzimas de replicacion han de ser exactas y rapidas.

Replicacion Semiconservativa de ADN. Watson y Crick mostraron que las dos hebras de la molecula parental seseparan y cada una funciona como un molde para la sıntesis de una nueva hebra complementaria. El experimento serealizo a base de N14

Modelo de replicacion semiconservativa.

Inicio de la Replicacion: El inicio de la replicacion esta dado por la formacion de una Horquilla de replicacion. Enlas celulas eucariontes existen muchos lugares de inicios de replicacion. Las horquillas se extienden hacia las dos direccionesde la doble hebra. En celulas procariontes solamente existe una horquilla de replicacion. Este proceso esta mediado porla accion de las siguientes enzimas:

1. Helicasas: Separan la doble hebra cortando los puentes de hidrogeno de las bases nitrogenadas.

2. Single-Strand Binding Proteins (SSB): Son proteınas que se unen a una hebra simple de DNA y ayudan amantener las hebras separadas.

3. Topoisomerasa: A medida que vamos abriendo la molecula de ADN, buscamos que la helice se relaje lo masposible para que quede estirada. la Topoisomerasa relaja la molecula de DNA permitiendo una libre rotacion de lasimple hebra (desenrrolla).

Iniciacion: La horquilla de replicacion del ADN es asimetrica, la cadena hija de ADN que se sintetiza de maneracontinua recibe el nombre de cadena conductora y se sintetiza antes que la cadena hija, que se sintetiza de formadiscontinua y recibe el nombre de cadena retrasada. La sıntesis de la cadena retrasada es mas lenta debido que a quedebe esperar a que la cadena conductora exponga la cadena patron sobre la que se sintetizara cada uno de los fragmentosde Okazaki.Enzimas que participan en este proceso:

1. RNA Primasa: Enzima que polimeriza el RNA partidor o primer.

2. ADN Polimerasa: Una vez sintetizado el RNA partidor, la ADN polimerasa cataliza la sıntesis de la nueva hebrade ADN siempre en direccion 5’-3’

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26.0.2. Polimerizacion en la Hebra retardada:

Esta hebra tambien debe sintetizarse en direccion 5’-3’ pero en forma discontinua en contra de la direccion de lahebra lider. La principal enzima responsable de la union de cadenas discontinuas es la DNA Ligasa: que es una enzimaque cataliza la union covalente de los extremos 3’-5’ de dos hebras de DNA. Participa especialmente en la union de losfragmentos de Okazaki.

Revision y Correccion: El apareamiento inicial de las bases es normalmente corregido por la DNA polimerasa alterminar la replicacion.

Horquilla de replicacion en tres dimensiones

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Parte VIII

Transcripcion y Traduccion:El dogma central de la biologıa molecular propuesto por Crick establece que el flujo del a informacion genica esta dada

por la siguiente cadena:

Dogma central de la biologıa molecular

Para entender a cabalidad el proceso de transcripcion y traduccion primero debemos entender la estructura de la moleculaque transporta esta informacion:

27. Estructura del ARN:

El ARN corresponde a una hebra simple, donde la desoxirribosa es reemplazada por una ribosa (recordemos que ladiferencia radica en que la ribosa posee en su carbono 2 un grupo OH en vez de H). Las potenciales timinas se reemplazanpor uracilos (ver Tarea). El RNA esta presenta tanto en el nucleo como el citoplasma. Contiene la informacion genicacodificada en el ADN y son en tamano mas pequenas que el DNA.

Diferencias entre ribosa/desoxirribosa y timina/uracilo

Existen tres tipos de RNA:

1. RNA ribosomal rRNA: En eucariontes es sintetizada por la RNA Polimerasa I

2. RNA mensajero mRNA: En eucariontes es sintetizada por la RNA Polimerasa II

3. RNA de transferencia tRNA: En eucariontes es sintetizada por la RNA Polimerasa III

Es necesaria hacer la salvedad pues en procariontes un tipo de RNA Polimerasa transcribe los tres tipos de RNA.Existen Otros tipos de RNA y se denominan miRNA, siRNA, snRNA. Estos ultimos 3 estan relacionados con laregulacion de la transcripcion de genes o la formacion de una proteına.

Enzimas Primitivas, El mundo RNA: Los primeros organismos estuvieron constituidos por RNA en vez de ADN,El RNA ademas puede actuar como enzima (RIBOZIMAS).

28. Transcripcion:

28.1. Reconocimiento de la hebra molde:

En la transcripcion, hebra molde es la cadena que va en direccion 3’-5’, ya que la transcripcion tambien se realizaen sentido 5’-3’. La hebra 5’-3’ Se conoce como hebra Codificante.

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28.1.1. Promotor:

El promotor es una secuencia del DNA donde se une la RNA Polimerasa y comienza la transcripcion. El promotores vital para la regulacion de expresion genica, en eucariontes los promotores tienen secuencias de nucleotidos definidascomo la caja TATA (Ubicado en la posicion -10). El lugar de inicio de la transcripcion se denomina +1.

En la posicion -10 la RNA polimerasa hace contacto con la hebra molde de ADN.

En la posicion -35 se ubica una secuencia de nucleotidos denominada �. Es importante para la regulacion, indica laposicion donde debe sentarse la RNA Polimerasa.

Promotor de ADN

En organismos eucariontes, este proceso es mucho mas complejo, pues debemos recordar que el ADN se encuentracompactado en forma de cromatina:

Histona desacetilasa: Las histonas suelen estar cargadas positivamente debido a los grupos amino presentes enlos residuos de lisina y arginina. Estas cargas positivas ayudan y afianzan la interaccion con las cargas negativas delos grupos fosfato del esqueleto carbonado del ADN. La acetilacion, una reaccion que se produce corrientementeen la celula, neutraliza las cargas positivas de las histonas, convirtiendo las aminas en amidas y reduciendo ası lacapacidad de las histonas para unirse al ADN. Esta reduccion de la afinidad de union permite la expansion de lacromatina y ası la transcripcion genetica de esa region cromosomica. Las histona desacetilasas eliminan los gruposacetilo, reduciendo la carga positiva de las histonas y por tanto la afinidad de estas por el ADN.

Complejo remodelador de cromatina: El CRM (Chromatin-Remodeling-Machine) tiene afinidad por las lisinasacetiladas de las histonas y se une a ellas a traves del dominio llamado ”Bromodominio”. El CRM desorganiza losnucleosomas aumentando el grado de exposicion y de accesibilidad de los promotores. Finalmente el mediador, laARN polimerasa II y los factores de transcripcion hacen que se inicie la transcripcion.

28.1.2. Inicio de la Transcripcion

Posteriormente, se forma el complejo de iniciacion abierto gracias a la actividad helicasa de uno de los factores. Eneste instante comienza la sıntesis de ARNm por la ARN polimerasa II a partir del sitio llamado +1 que marca el puntode inicio de la transcripcion de un gen. En el sitiode Inicio el DNA se “abre” formando una burbuja

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Burbuja de ADN y transcripcion de la hebra molde

La transcripcion adiciona 60 nt/seg. La transcripcion es mas lenta que la replicacion porque el complejo de la RNApolimerasa debe hacer todo el trabajo (abrir y copiar) y segundo, la RNA polimerasa avanza arrastrando la cola de ARNsintetizada.

28.2. Fase de elongacion:

En esta etapa, la ARN polimerasa II cataliza la formacion de los enlaces fosfodiester entre nucleotidos. Intervienenotros factores, conocidos como factores de elongacion. Sus funciones son disminuir las pausas de la ARN polimerasa II, des-organizar los nucleosomas y favorecer los procesos de correccion de errores. Tambien intervienen factores de transcripcioninvolucrados en la iniciacion.

Concretamente (en eucariontes), la formacion de la caperuza (cap) metilada ocurre en la fase de iniciacion de latranscripcion y normalmente, el proceso de splicing durante la elongacion. La poliadenilacion comienza en la fase determinacion de la transcripcion y acaba una vez finalizada esta.

28.3. Termino de la sıntesis de RNA en procariontes:

28.3.1. Termino independiente de la proteına ⇢:

Durante la transcripcion, existe una secuencia rica en CG en la que se genera una horquilla, la cual forma unionesentre el ARN. Posteriormente una secuencia de ARN rica en uracilos, que tienen una afinidad menor con la adeninaprovocan, sumado al apareamiento intraRNA, el fin a la transcripcion.

28.3.2. Termino dependiente de la proteına ⇢:

La proteına ⇢ es una helicasa RNA-DNA dependiente de ATP que rompe el hıbrido DNA-RNA naciente. ⇢ tambiennecesita la presencia de la horquilla entre C y G, al reconocerla se pone fin a la transcripcion.

Proteına rho en la recognicion de la horquilla y fin de la transcripcion.

Tiempo de vida media de ARN

1. Procariontes, vida media de mRNA: 2min

2. Eucariontes: 4-24 hrs

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28.4. Detalles de la transcripcion en Eucariontes (Maduracion del mRNA):

Procesos de transcripcion y posterior traduccion en eucariontes

Capping: El Capping consta de la adicion de la adicion de 7-metilguanosina, es una interaccion 5’-5’ y preserva los3 fosfatos. Todos los RNA que salen del nucleo sufren capping.

Capping de metilguanosina

Splicing: Secuencias especıficas en la union intron-exon. Complejos formados por RNA y proteınas realizan el Splicing(Spliciosoma). Este proceso esta mediado por un ataque nucleofılico de una adenina hacıa un grupo fosfato de la guaninadel grupo GU, se unen estas 2 estrcuturas formando un lazo y se libera el intron.

Splicing y ataque nucleofılico de adenina hacia el grupo GU.

Adicion de la cola de Poli-A: Secuencia AAUAAA CA se reconoce por una endonucleasa y rompe una zona rica enG-U. Posteriormente se comienza la adicion de la cola de Poli-A por la Poli-A Polimerasa (entre 10 y 200). Mientras masadenina tenga, mas estable es el mensajero. Tanto el CAP como la cola de Poli A son reconocidos por el ribosoma parainiciar y terminar la transcripcion.

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29. Componentes Fundamentales de la traduccion:

1. La maquinaria:

mRNA.

Ribosomas.

Aminoacil-tRNA

Aminoacil-tRNA sintasa.

Factores proteicos.

2. La informacion:

El codigo genetico.

Senales de inicio y termino.

Acoplamiento tRNA-Aminoacido.

29.1. Ribosomas:

Cada subunidad de los ribosomas, estan numeradas por su coeficiente de sedimentacion ”S”. Las subunidades riboso-males de las celulas eucariontes son un poco mas pesadas que las subunidades ribosomales en organismos procariontes,lo que habla del exito evolutivo de los ribosomas como herramienta utilizada en la traduccion.

Estructura del ribosoma.

Los ribosomas estan compuestos principalmente por rRNA, el cual es sintetizado en el nucleo. Los ribosomas tambienfuncionan como ribozimas.

En los ribosomas se realiza la traduccion. Exsten 3 sitios caracterısticos del ribosoma que ayudan en la sıntesis de laproteına:

Sitio P o Peptidil: Almacena la proteına en traduccion.

Sitio A o aminoacil: Caracterizado pues en esta zona ingresan los aminoacidos que siguen la secuencia del mRNA.

sitio E o exit: Salida del tRNA para poder reabastecerse de otro aminoacido.

Sitios de union de los tRNA al ribosoma

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29.2. ARN de transferencia y el codigo genetico:

Estructura de un tRNA con anticodon AAG

Los tRNA son moleculas relativamente pequenas que actuan como transportadoras de amonacidos individuales especi-ficos durante la sıntesis proteica en los ribosomas. Contienen entre 75 y 90 unidades nucleotıdicas. Cada uno de los 20aminoacidos hallados en las proteınas posee por lo menos un tRNA correspondiente.Ademas de las bases puricas y pirimıdicas principales, los tRNA se caracterizan por contener un numero muy grande debases no frecuentes como por ejemplo acido seudoruridılico y el acido ribotimidılico.

En uno de los extremos de la cadena, todos los tRNA contienen un resto de acido guanılicoterminal; al otro extremo,todos los tRNA contienen la secuencia terminal C-C-A. El grupo 5’-hidroxilo del resto adenılico terminal se halla unidoal hidroxilo 3’ del resto citidılico mediante un puente fosfodiester.

29.2.1. El codigo genetico:

Existen 4 nucleotidos que forman la secuencia del mRNA. Como los codones se organizan en trios, existen 64 posiblescombinaciones de nucleotidos, y solamente disponemos de 20 aminoacidos conocidos; por lo tanto, el codigo genetico esdegenerado. Mas de una secuencia de codones codifican para un mismo aminoacido.

El codigo genetico es redundante:

Hay mas de un tRNA para el mismo aminoacido.

Algunas moleculas de tRNA pueden aparear sus moleculas con mas de un codon.

El codigo genetico no se superpone: 1 nucleotido pertenece a un unico triplete.

El codigo genetico es universal: La excepcion es el codigo genetico mitocondrial.

29.3. El proceso de traduccion:

El proceso parte con la Formacion de un complejo de iniciacion, el cual se debe componer de las siguientesestructuras: mRNA + tRNA-Met iniciador + subunidad pequena + hidrolisis de GTP + subunidad grande.

Formacion del complejo de iniciacion.

Ademas de los factores de iniciacion, el complejo reconoce el 5’cap mG del mRNA y luego avanza hasta encontrar elprimer AUG que corresponde a la metionina.

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29.3.1. Elongacion:

Esta fase consiste en un ciclo de 3 pasos en donde en el primer paso se incorpora un tRNA al sitio aminoacil delribosoma; posteriormente el aminoacido unido al tRNA, recibe el resto de la proteına que esta siendo codificada en elsitio P, trasladandose hacia el sitio A, este proceso esta mediado por la Peptidil transferasa:

La enzima peptidil transferasa es una ribozima aminoacil transferasa que realiza la funcion esencial de los ribosomas.Se encarga de la formacion de enlaces peptıdicos entre aminoacidos adyacentes durante la traduccion de ARN mensajeroy, por tanto, la sıntesis proteica.Finalmente ocurre la translocacion proceso dependiente de la hidrolisis de GTP, que traslada los 2 tRNA un lugaren direccion al sitio E. el tRNA que contiene la proteına pasa al sitio peptidil y el tRNA que carece de elementos de unionse liberta por el sitio E.

Proceso de elongacion en los ribosomas y traduccion de la proteına.

29.3.2. Termino:

Los codones de termino son reconocidos por los factores de liberacion, los codones de termino no codifican para ningunaminoacido. Posteriormente las subunidades se desensamblan y el mRNA es degradado por ribonucleasas.

Termino de la traduccion.

29.3.3. Procesos posttraduccionales:

El plegamiento de las proteınas es cotraduccional: Si 2 subunidades de una proteına son necesarias parala estructura cuaternaria funcional, puede ocurrir que al termino de la traduccion de una proteına, esta se una porinteracciones no covalentes a otra subunidad proteica que este en proceso de traduccion. Ademas, las proteınas vantomando su estructura terciaria conforme se van traduciendo.

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Las chaperonas ayudan al correcto plegamiento:

Chaperonas unidas a ATP se encuentran libres en el citoplasma o en el lumen del retıculo endoplasmatico rugoso,para facilitar el plegamiento correcto de la proteına, La chaperona hidroliza ATP para unirse a la proteına enformacion. Cuando la proteına termina de ser traducida, las chaperonas dejan su sitio de union con el ADP y

vuelven a formar el complejo con el ATP quedando utiles para facilitar un nuevo plegamiento

Polirribosomas: Los polirribosomas son agrupamientos simultaneos de ribosomas a una sola molecula de mRNA queesta siendo traducida.

Parte IX

Retıculo Endoplasmatico:

30. Generalidades de la expresion genica:

En cada celula existen entre 20.000 y 25.000 genes. Cada celula produce para cumplir su funcion alrededor de 10.000-20.000 proteınas diferentes. Finalmente, la velocidad de sıntesis de proteınas por celula es de 1.000.000 de moleculas porminuto.

31. El retıculo endoplasmatico:

Todas las celulas tienen un retıculo endoplasmatico (RE o ER). Su membrana constituye normalmente mas de lamitad del total de la membrana de la celula. Al igual que el nucleo posee membrana doble. Esta organizado en forma deuna red laberıntica de tubos ramificados y de sacos aplanados que se extienden por todo el citoplasma. La membrana delRER formarıa una lamina continua que define un unico espacio interno. Este espacio es denominado lumen del RE yocupa alrededor del 10% del volumen celular. La membrana del RER separa el lumen del citosol y media la transferenciaselectiva de compuestos entre estos 2 compartimientos.

La membrana del RE es el lugar de produccion de todas las proteınas de transmembrana y lıpidos de la mayorıade los organelos celulares La membrana del RE tambien contribuye a la formacion de las membranas mitocondrialesy peroxisomas. Todas las proteınas que seran secretadas al exterior y las que se quedaran en el lumen del RE, golgi olisosomas, son inicialmente transportadas al lumen del RE.

Estructura y continuidad de la membrana nuclear con la del RER

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31.1. Proteınas y su transporte hacia el RE

El RE extrae determinadas proteınas desde el citosol a medida que son sintetizadas. Estas proteınas son de dos tipos:

Proteınas Transmembrana que son parcialmente translocadas hacia el lumen.

Proteına solubles en agua que atraviesan la membrana del RE y quedan liberadas al lumen.

Independiente de su destino posterior, estas proteınas son dirigidas a la membrana del RE por el mismo tipo de peptidosenal.

31.1.1. Funciones del Retıculo endoplasmatico Rugoso:

1. En RER se sintetizan proteınas solubles o de membrana para la membrana plasmatica o para otros organelos.

2. El RER detecta proteınas mal plegadas por sus chaperonas.

3. Es el primer organelo que participa de la ruta exocıtica de proteınas.

4. Se denomina rugoso pues el adosamiento ribosomal a las paredes del retıculo le otorga ese aspecto.

31.1.2. Funciones y caracterısticas del Retıculo endoplasmatico Liso:

El retıculo endoplasmatico liso es abundante en celulas que sintetizan hormonas esteroidales y en neuronas. Ademases particularmente predominante en celulas especializadas en el metabolismo lipıdico; es continuo con el RER y formatubulos entre 30 y 60 nm en diametro. Son funciones del REL:

Sıntesis de lıpidos: Fosfolıpidos y Colesterol.

Sıntesis de hormonas esteroidales y sales biliares (que participan en la emulsion de las grasas).

Participacion en la detoxificacion celular, principalmente de drogas liposolubles. Las reacciones de destoxificacionmas estudiadas estan catalizadas por la familia de enzimas de la familia citocromo P450.

En Neuronas el REL es muy importante para el transporte de ciertas vesiculas o proteınas que van a llegar alterminal nervioso.

31.1.3. Otras funciones del RE:

Otra funcion del RE en la mayorıa de las celulas es la de secuestrar Ca2+. La liberacion del Ca2+ en el citosol a partirdel RE y su posterior recaptura, median muchas respuestas rapidas a las senales extracelulares.

32. Sıntesis de Proteınas en una ruta Exocıtica:

Tanto para sintetizar las proteınas que permaneceran en el citosol como para sintetizar las que seran transportadasal RE, se utiliza el mismo acervo de ribosomas. Lo que dirige al ribosoma correspondiente a la membrana del RE es lapresencia del peptido senal de la cadena que se esta sintetizando.

Sistema de Sıntesis proteica a nivel citosolico y reticular.

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32.1. Sıntesis Proteica a nivel reticular:

Una partıcula de reconocimiento de la senal (SRP) reconoce una secuencia especıfica de la proteına creciente y dirigesu direccion hacia la membrana del retıculo endoplasmatico rugoso. El SRP dirige la union del ribosoma a lamembrana y permite la insercion De la proteına naciente al canal de trasmembrana

El peptido senal se compone principalmente de aminoacidos hidrofobicos. Las proteınas que translocan la membranadel RER lo realizan en un estado desplegado principalmente determinado por una estructura lineal.

Una vez formado el complejo ribosoma-SRP se une a una proteına integral llamada receptor del SRP. Posteriormentela SRP es liberada y comienza la translocacion a traves de la membrana del polipeptido creciente. Dado que una de lasproteınas del SRP y el receptor del SRP tienen sitios de union al GTP; los cambios conformacionales que tienen lugardurante la translocacion estarıan establecidos mediante la hidrolisis de GTP.

Existen dos tipos de translocacion:

Translocacion Co-Traduccional. Dependiente del GTP.

Translocacion Post-Traduccional. Dependiente del ATP.

Translocacion Co y post traduccional

32.2. Tipos de proteınas Sintetizadas:

Proteınas de Secrecion:

Sıntesis de proteınas de secrecion atraviesan completamente la membrana reticular siendo procesadas en el lumen.

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Proteınas de Membrana.

Proteınas Tipo 1: Senalizador de translocacion ubicado al inicio de la proteına.

Proteına Tipo 2: Senalizador de transolacion ubicado entre la cadena polipeptıdica.

Proteınas Politopicas: Caracterizadas por su presencia de multiples sitios de termino de la translocacion.

Las proteınas tipo 1 y tipo 2 se subdividen en proteınas tipo A y B. Las proteınas A tienen el grupo amino terminalmirando hacia el lumen del RER. Las proteınas B poseen el grupo carboxilo terminal orientado hacia esta misma seccion.

Translocacion de proteınas tipo I y tipo II

Translocacion de proteinas politopicas.

32.3. Modificaciones Post-traduccionales:

Durante este proceso se forma y amolda la estructura secundaria y terciaria de la proteına en sıntesis. En esta etapase producen:

Incorporacion y procesamiento de azucares.La mayorıa de las proteınas sintetizadas en el RER son glucosiladas por la adicion de un N-oligosacarido comun. Laadicion covalente de azucares a las proteınas es una de las principales funciones biosinteticas del RER. La mayorıade las proteınas solubles y unidas a la membranas que son fabricadas por el lumen del RER, son glucoproteınas.

Casi inmediatamente despues que la cadena polipeptıdica entre en el lumen, se glucosila sobre los residuos deasparagina diana. El oligosacarido se transfiere al aminoacido a traves de la enzima oligosacaril transferasa

(enzima adosada a la membrana). Existe una copia de esta enzima para cada translocador proteico.

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Formacion y reordenamiento de puentes disulfuro.La enzima PDI o Disulfuro Isomerasa es la enzima encargada de adicionar o restaurar enlaces disulfuro en lasproteınas, favoreciendo un correcto plegamiento para la estructura terciaria de la proteına.

Accion de la Disulfuro Isomerasa en el reordenamiento de los puentes disulfuro entre cisteınas.

Cortes proteolıticos especıficos.

Ensamblaje de complejos multimericos:La glicosilacion en el retıculo cumple varias funciones: Plegamiento correcto y sistema de control. (que se v era masadelante):

Plegamiento de la Hemaglutinina mediado por Chaperonas

33. Respuesta al plegamiento defectuoso de proteınas en la ruta exocıtica:

Dado que la velocidad de sıntesis de proteinas es alrededor de 1.000.000 de moleculas por segundo, es de esperar quepuedan ocurrir errores en la conformacion de la estructura terciaria de la proteına. Sin embargo, la celula cuenta con trestipos de respuesta frente a una proteına mal plegada:

1. ciclo deglucosilacion/glucosilacion mediado por chaperonas a nivel del RER

2. Retro-Translocacion o dislocacion de proteınas mal plegadas.

3. Respuesta a nivel nuclear (expresion de mas chaperonas).

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Distintos caminos de procesamiento defectuoso en proteınas formadas en el RER.

33.1. Ciclo de glucosilacion/deglucosilacion a nivel del RE:

Una enzima Glucosiltransferasa detecta proteınas mal plegadas y glucosila a la proteina. Esta glucosa al ser reco-nocida por la calnexina (chaperona transmembrana) produce una glicosidacion para formar correctamente.a la proteına.Si la calnexina logra arreglar la proteına, esta continua su viaje hacia el golgi.Es importante destacar los tipos de chaperonas presentes en el RER :Calnexina, Calreticulina , ERp57 y BIP/Grp78.

Calnexina como Chaperona en el RER y ciclo de la glucosilacion/deglucosilacion

33.2. Retro-Translocacion de proteınas mal plegadas:

Si el primer ciclo no logra arreglar el plegamiento de la proteina,esta es llevada al citosol donde son degradadas por losproteosomas. Una enzima N-Glicanasa marca a la asparagina marcada con oligosacaridos y en conjunto con una proteınaubiquitina cuya funcion es dirigir el reciclaje de proteınas, llevan a esta proteına hacia un proteosoma.

Los proteosomas representan un importante mecanismo por el cual las celulas controlan la concentracion dedeterminadas proteınas mediante la degradacion de las mismas.

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33.3. El plegamiento defectuoso genera senales UPR(Unfolded Protein Response) haciael nucleo

Una proteına UPR es activada en respuesta a la acumulacion de proteınas mal formadas o no formadas en el lumendel retıculo endoplasmatico. Existen tres proteınas que sensan la presencia de proteınas mal formadas:

IRE1, PERK y ATF6 Como sensores de proteınas mal formadas.

Inicio del UPR: La proteına chaperona BIP/Grp78 se asocia a receptores de UPR en la membrana del RER y losmantiene inactivos (IRE1, PERK y ATF6). Si se acumulan proteınas mal plegadas BIP/Grp78 se sueltan de los receptores( y se dirigen hacia las proteınas malformadas) activando a los receptores del UPR los cuales se fosforilan y activan elUPR. Si la proteına activada corresponde a una PERK, el resultado es una inhibicion de la traduccion proteica, teniendocomo resultado un arresto del ciclo celular. Si la respuesta esta asociada a la activacion de una proteına ATF6, esta setransloca hacia el golgi para luego generar la respuesta de activacion de genes a nivel nuclear de factores reguladoresUPR.

Via del IRE1:

Activacion del IRE1 favorece la sıntesis de chaperonas en consecuencia a una acumulacion de proteınas mal plegadas.

33.3.1. Inductores del UPR:

Tunicamicina: Afecta la glicosilacıon de las proteınas y por tanto las celulas se pliegan mal.

Tapsigargina: Induce la liberacion de Ca2+ desde el lumen del RER al citoplasma afectando la funcion de laschaperonas como calnexina y calreticulina.

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Ditiotreitol (DTT): agente fuertemente reductor que rompe los puentes disulfuros (S-S), haciendo que las proteınasse desplieguen.

Parte X

Aparato de Golgi:El Aparato de Golgi constituye el segundo organelo de la ruta exocıtica de proteınas. El transporte posterior de

proteınas desde el RER hacia el Golgi y desde este hacia cualquier otro sitio, tiene lugar a traves de vesıculas. La viaque va desde el RE, pasando por el complejo de Golgi, hasta la superficie celular se llama a menudo via por defecto yaque parece que las proteıans no necesitan presentar senales especıficas para seguirla.

Estructura del Aparato de Golgi: EL complejo de Golgi se localiza cerca del nucleo celular, y en una celula animalesta a menudo cerca del centrosoma o centro celular. Esta formado por una serie de cisternas limitadas por membranay de forma aplanada. Muchas vesıculas se hallan asociadas a los dictiosomas del Golgi, se cree que estas vesıculas delGolgi son vesıculas de transporte de proteınas y de lıpidos desde y hacia el Golgi y entre las mismas cisternas delorganelo. Durante su paso a traves del complejo de Golgi, las moleculas transportadas sufren una serie demodificaciones covalentes ordenadas.

Estructura del Aparato de Golgi

Los dictiosomas del Golgi tienen dos caras distintas: Una cara cis (o de entrada) y una cara trans (o de salida). Ambascaras estan conectadas por la red Cis y Trans del golgi formadas por estructuras tubulares.

Las vesıculas destinadas al complejo de Golgi emergen desde regiones especializadas del ER llamadas Elementostransicionales cuya membrana no tiene ribosomas adheridos, y se encuentra a menudo entre el RER y el complejo deGolgi. Se cree que estas vesıculas no son selectivas, transportarıan cualquier proteına desde el RE hacia el Golgi. Sinembargo, para que una proteına emigre al golgi debe estar correctamente plegada y formada.

34. Organizacion de las funciones de las Cisternas del Golgi:

Las proteınas exportadas desde el RE entran por la cara Cis del Golgi; luego se desplazan al compartimiento medialformado por la cisterna central del dictiosoma, y finalmente se desplazan al compartimiento Trans, donde se completa laglucosilacion.

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Compartimentalizacion del Golgi

35. Procesamiento de Oligosacaridos en el Aparato de Golgi

El procesamiento de oligosacaridos pasa por distintas fases a medida que la proteına avanza a traves del complejo deGolgi, en donde cada cisterna contiene sus propias enzimas. Las proteınas se modifican a traves de sucesivas etapas amedida que pasan de cisterna en cisterna a traves del dictiosoma, de forma que las cisternas constituyen una unidad deprocesamiento multiple. El procesamiento tiene lugar tanto en una secuencia espacial como en una secuencia bioquımica:ası, las enzimas que catalizan las primeras etapas se localizan en las cisternas cis, mientras que las que catalizan lasultimas etapas se ubican en las cisternas trans.

El procesamiento de oligosacaridos es altamente ordenado, de forma que cada uno de los pasos depende de las reaccionesanteriores. En los dictiosomas del Golgi, la manosidasa I elimina 3 residuos de manosa y la N-acetilglucosaminatransferasa I anade un residuo de GlcNAc, lo que permite que la manosidasa II elimine dos residuos mas de manosa.De esta manera, se obtiene el nucleo final de 3 residuos de manosa que presenta un oligosacarido complejo. En esteestado, el enlace existente entre los residuos del GlcNAc se vuelve resistente al ataque de una endoglucosidasa la Endo-H.

Procesamiento de los oligosacaridos en el RER y el complejo de Golgi para un oligosacarido complejo Proceso queocurre entre las caras Cis y Medial del organelo.

procesamiento final donde se anaden dos GlcNAc, tres Gal y tres NANA

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36. Procesamiento Proteolıtico de proteınas:

En el aparato de Golgi tambien ocurre procesamiento de proteınas como en el siguiente ejemplo:

Procesamiento proteolıtico de la Insulina y ovoalbumina

Finalmente, en la cara trans del Golgi ocurre la segregacion de proteınas hacia los distintos organelos oal espacio extracelular:

Fin de la ruta exocıtica

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Parte XI

Mecanismos moleculares del transporte vesicular:

37. Etapas en la formacion de vesıculas:

En todas las etapas de formacion de vesıculas existen tres etapas fundamentales:

Yemacion: Aproximacion a la formacion vesicular:

Fision: Separacion total entre la vesıcula y la membrana plasmatica.

Fusion: Union de la vesıcula a la membrana el organelo o estructura diana.

Para que que el proceso de formacion vesicular ocurra de manera efectiva necesitamos la presencia de los siguientesfactores:

Proteına cargo o peptido senal: que indican senales de exocitosis o de destinacion de proteınas.

Proteınas de coating y adaptadoras: las cuales ayudan a deformar la membrana plasmatica.

Receptores de membrana para las proteınas cargo.

Proteınas con sitios de union al GTP.

38. Etapas del transporte vesicular:

La mayorıa de las vesıculas de transporte se forman a partir de regiones revestidas especializadas de la membrana,por lo que generan vesıculas rveestidas de una red de proteinas distintas de las que recubren la superficie citosolica. Antesde que la vesıcula se fusione con la membrana receptroa, este recubrimiento ha de eliminarse para permitir que las dosmembranas interaccionen directamente.

Etapas del transporte vesicular enumeradas del 1 al 7.

38.1. Iniciacion, Yemacion y Escicion:

Existen dos tipos de vesıculas revestidas bien caracterizadas (las revestidas de clatrina y las revestidas de coatomero(COP1 y COP2, pondremos numeros arabicos en vez de numeros romanos para evitar equivocaciones en la pronunciacion).

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38.1.1. Vesıculas revestidas por COP:

Las vesıculas revestidas por COP median el transporte vesicular de la ruta por defecto, incluye en transporte desde elretıculo endoplasmatico al complejo de Golgi COP2 , de una cisterna del Golgi a otra mas baja y desde el Golgi haciael RER. COP1.

Proteınas de cubierta COP2: El transporte mediado por proteınas tipo COP2 es principalmente de tipo anterogra-do. Si tomamos como referencia la ruta exocıtica, este tipo de transporte es hacia fuera de la membrana celular.

La proteına ARF-GDP permanece al principio en un estado soluble e inactivo. Esta se une posteriormente a unaproteına liberadora de nucleootidos de guanina (GNRP) en la membrana dadora, lo cual provoca que el ARF libere su

GDP y se una al GTP. El GTP desencadena un cambio conformacional en el ARF dejando expuesta su cadena de acidograso. Entonces, la proteına ARF-GTP activa y unida a la membrana comienza a reclutar las subunidades del

coatomero de la membrana.

Proteınas de Cubierta COP1: El transporte mediado por proteınas COP1 es en su mayorıa de tipo retrogrado.

El complejo COP1 esta formada por la ARF1(GTP-asa monomerica), un coatomero (complejo de 7 proteınas)yproteınas de membrana reclutadas por el coatomero. A diferencia de las proteınas COP2, la cubierta se adosa

a la membrana una vez activada la ARF1

Vesıculas revestidas de Clatrina: El principal componente proteico de las vesıculas recubiertas de clatrina es lapropia proteına. Un complejo altamente conservado en la escala evolutiva. Consiste en tres cadenas polipeptidicas grandesy tres pequenas que forman una estructura llamada Triquelion. Los trisquelions de clatrina se unen dando lugar a unesqueleto en forma de cesto. La formacion de una yema revestida de clatrina se produce por fuerzas generadas por elensamblaje de proteınas de la cubierta sobre la superficie citosolica de la 0membrana.Adosadas en la parte mas distal del aparato de Golgi. La podemos encontrar tanto en la parte mas distan como enorganelos llamados endosomas y en la membrana plasmatica.

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Estructura del Trisquelion

El ensamblaje de la cubierta de vesıculas revestidas tiene dos funciones como mınimo: Proporciona la fuerza mecanicapara estirar hacia el exterior la membrana y ayuda a capturar receptores de membrana especıficos junto con las moleculasa las que estan unidos.

Proteınas llamadas adaptinas se utilizan para unir el revestimiento de clatrina a la membrana, ademas de reclutardiversos receptores proteicos de transmembrana, los cuales capturan moleculas especıficas en el interior de la vesıcula

(proteınas cargo)

Finalmente, el proceso de escicion se produce por la accion de una proteına con una naturaleza similar a la actina,hablamos de la dinamina y un complejo proteico cuya estructura principal es esta proteına.

Dinamina y la escicion vesicular.

Resumen accion de proteınas COP1, COP2 y Clatrinas

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39. Celulas epiteliales como modelo de la destinacion de proteınas en elaparato de Golgi:

En esa seccion se observara el efecto de la destinacion hacia la membrana plasmatica de celulas polares como porejemplo las celulas epiteliales. Donde una cara de la membrana apunta en sentido apical y la otra en sentido basolateral.Los cambios en la destinacion se realizan principalmente en el TGN (trans Golgi Network) en la cara mas alejada delaparato de Golgi.

El estudio contempla la utilizacion de dos tipos de virus que generan salidas exocıticas distintas: Hablamos del virusHA (o de la gripe) y el VSVG.

En la imagen de la izquierda observamos la liberacion del virus de la influenza HA, y por la seccion basolateral vemos lasalida del virus de la VSVG (vesicular stomatitis viurs)

La explicacion a la destinacion de la salida de la HA y VSVG estaba determinada por la region donde se encontraba lasenal de salida. En el caso la salida del HA se encontraba en la region transmembrana de la proteına, y la del VSVG sehallaba en la region citosolica de la proteına.

Las senales Apicales son N y O-glicosilaciones y estaban presentes tanto en la membrana, dominio intracelular como larodopsina o incluso el emdio extracelular. Las proteınas apicales se subian a unas balsas compuestas de glicoesfingolıpidosy colesterol llamadas rafts. Todas las senales Basolaterales, en cambio, son peptıdicas y estan en unidas al carboxiloterminal. Las senales basolaterales dominan sobre las apicales. Las senales se pueden transferir de una proteına a otra.

Presencia de la senal en proteınas con salida a la cara apical y a la basolateral.

Caracterısticas de las senales:

Existe mas de un tipo de senal para destinar proteınas a diferentes organelos. Mas que la secuencia especıfica deaminoacidos de la proteına, importan mas sus propiedades fısicas: (hidrofobicidad, hidofilidad).

Las senales se pueden transferir de una proteına a otra. Son necesarias, suficientes e intercambiables entre lasproteınas.

Las senales pueden tener diferente naturaleza. (Carbohidratos, lıpidos o proteınas).

Las senales son reconocidas por una maquinaria especıfica de proteınas citosolicas de cubierta y adaptadores.

40. Proteınas adaptadoras y su funcion en vesıculas revestidas de clatrina:

Las proteınas adaptadoras como las AP o GGAs sirven de conectores entre senales y la cubierta de clatrina; a su vez,las senales de destinacion son reconocidas por los adaptadores que a su vez reconocen a la clatrina.

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40.1. Proteınas de cubierta adaptadoras complejo AP:

El complejo AP tiene cuatro subunidades una de las cuales se une a la senal de destinacion que puede ser citosolica obasolateral, lo importante es que hay un reconocimiento y este adaptador acomoda la clatrina con la senal para formarla vesıcula.

Proteinas adaptadoras del complejo AP

Otras proteınas como la cubierta de retromero participan en el transporte vesicular entre endosomas y el aparato deGolgi. Ademas, las proteınas adaptadoras GGAs participan en la segregacion lisosomal desde el aparato de Golgi hacialos lisosomas.

41. Fusion de vesıculas con el organelo o membrana diana:

Las vesıculas de transporte, sean o no selectivas al tomar la carga del compartimiento dador, han de ser altamenteselectivas en cuanto a la membrana diana a la que se fusionan. Esto sugiere que todos lso tipos de vesıculas de transporteen la celula han de expresar marcadores de superficie que las identifiquen seun su origen y su carga y que sean reconocidaspor receptores de las membranas diana. Las vesıculas de transporte son reconocidas especıficamente en la membranareceptora a traves de los Snares.

Existen dos tipos de Snares para el reconocimiento vesicula-membrana:

V-Snares: Se encuentran en vesıculas y estan formados por un unico polipeptido.

T-Snares: Se encuentran en el organelo blanco y estarıan compuestos por dos o tres proteınas.

Ambos Snares tienen dominios helicoidales que interactuan formando un haz de cuatro hebras.

Snares vesiculares y de la membrana blanco interactuan para comenzar el proceso de fusion tras la recognicion de las dospartes.

42. Direccionalidad de proceso y proteınas RABs:

En la celula existen muchos sistemas de membrana por lo que el proceso de union de las distintas vesıculas ha de seraltamente selectivo. Una vesıcula puede inspeccionar muchas membranas potencialmente diana antes de que su v-SNAREencuentre una t-SNARE complementaria <3. Este proceso crucial de reconocimiento esta controlado por miembros de unafamilia de proteınas GTPasas monomericas llamadas proteınas Rab, que controlan que la interaccion entre el v-SNAREy el t-SNARE sea correcta. Las proteınas Rab estan unidas a la superficie de las vesıculas revestidas que estan formandoen la membrana dadora. Cuando una vesıcula encuentra la membrana diana adecuada, la union de los Snares permiteque la vesıcula permanezca unida durante el tiempo necesario para que la proteına Rab hidrolice el GTP que lleva unido,lo cual bloquea a la vesıcula en la membrana diana, preparandola para la fusion posterior.

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La interaccion entre v-SNARE y t-SNARE provoca la hidrolisis del GTP de la proteına RAB para controlar que lainteraccion sea correcta, mediante el efecto del Rab.

Caracterısticas generales de las proteınas GTPasas monomericas:

Garantizan un trafico vesicular ordenado.

existen alrededor de 600 tipos de GTPasas.

Direccionan a la vesıcula a puntos especıficos en la membrana blanco correcta.

Rabs funcionan en las vesıculas de transporte, en las membranas blanco y/o en ambas.

Caracterısticas generales de las proteınas Rabs (caso particular de GTPasa):

las proteınas Rabs circulan entre el citosol y las membranas y regulan el ensamblaje del complejo de proteınas enla membrana.

GDP-Rab (inactiva), se unen a GDI(Rab-GDP inhibidor de disociacion) que la mantiene en el citosol.

GTP-Rab (activa) se une fuertemente a la membrana del organelo y de la vesıcula.

GTP-Rab se une a efectores que facilitan la union y la fusion de membranas.

Una proteına liberadora de nucleotidos de guanina en la membrana dadora reconoce una proteına rab especıfica y lainduce a intercambiar su GDP por GTP. Este cambio altera la conformacion de la proteina Rab, exponiendo su grupolipıdico unido covalentemente, el cual ancla la proteına Rab a la membrana que sale. La proteina Rab-GTP permaneceunida a la superficie de la vesıcula de transporte despues de que eesta se separe de la membrana dadora. Una proteınav-SNARE de la superficie de la vesıcula se une a una t-SNARE inmovilizando parcialmente la vesıcula. Entonces laproteına Rab hidroliza su GTP anclando la vesıcula a la membrana diana y liberandose al citosol como Rab-GDP.

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Parte XII

Ciclo Celular:El ciclo celular se divide tradicionalmente en varias fases, de las cuales la mas importante es la mitosis o fase M. En la

mayorıa de las celulas, toda la fase M solo dura una hora aproximadamente, lo cual corresponde solo una pequena fraccionde la duracion total del ciclo. El periodo comprendido entre 2 fases M consecutivas se denomina interfase. Este procesopresenta una alta actividad celular, durante el cual tienen lugar, en una secuencia de eventos ordenados, la duplicaciondel material genetico y preparacion para entrar en la fase M.

Las cuatro fases sucesivas del ciclo de una celula eucariotica tıpica. Durante la interfase la celula crece continuamente;durante la fase M se divide. La replicacion del DNA se produce unicamente durante la fase S.

Necesariamente antes de que la celula entre en mitosis deben duplicarse los cromosomas. Conociendo el concepto, Mesiarealiza una experimento para saber como logran duplicarse estos cromosomas antes de la mitosis: Antes de hacer unpreparado histologico, se inyecta al animal timidina tritiada (Radiactiva), la gracia del tritio es que si la timidinatritiada se incorpora en el DNA, en una solucion con plata, la timina tritiada reducira la Ag, y al microscopio optico seobservan granulos de plata. (Periodo S). Si no se observan estructuras mitotitcas pero tampoco se observan granos deplata la celula se puede encontrar en un periodo antes (Gap 1) o despues de S (Gap 2).

El ciclo celular dura al entre 17 y 20 horas. En las celulas de mamıferos superiores, la fase S demora 7 horas, ya que sedeben copiar 3200 millones de pares de bases. G2 dura alrededor de 3 horas y G1 puede durar entre 5 y 7 horas.

43. Estimacion de la duracion de las etapas del ciclo celular:

Para determinar las etapas del ciclo celular de un determinado cultivo, lo que se hace es alimentar a este cultivo conun pulso de timidina tritiada, la cual migrara a las celulas que dupliquen su DNA. 24 Horas despues se toma el cultivo yse hace una autorradiografıa del mismo. Si se observan 2 celulas con la presencia de granulos de plata entonces la duracionde la fase S estara dada (en horas) por:

S =2

12⇥ 24 = 4⇥ factor de correccion

Estimacion de la duracion de las fases del ciclo celular

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Sin embargo, este metodo no es lo suficientemente efectivo debido a que no sabemos si las celulas estan efectivamentesincronizadas (todas en G1 por ejemplo). Por lo que Renato Dulbecco (Padre del cultivo celular) descubrio que lascelulas que estan en interfase se encuentran estiradas y las que estan en mitosis tienen una forma redondeada, por lo quesi se perturba el cultivo caeran solo las celulas que estan en fase M teniendo un cultivo mucho mas sincronizado.

Sincronizacion del cultivo celular mediante golpecitos?

Metodo del Metotrexato: Lo que hace esta droga es inhibir el metabolismo del acido folico que se necesita pararealizar la sıntesis de DNA, por lo tanto si se le suministra la droga a un cultivo de celulas, este se bloquea exactamenteal inicio de S. De esta manera queda sincronizado el cultivo de manera optima.Gracias a los cultivos sincronizados con metotrexato se logro determinar el factor promotor de la mitosis (MPF)

44. Deteccion del Factor promotor de la Mitosis MPF:

Imagen Izquierda: Mediante la fusion de celulas en distintas fases del ciclo celular con celulas en la fase M, se logro lainduccion de los cromosomas en celulas que se encontraban en G1,S y G2 (MPF)

Imagen Derecha: Los citoplasmas en fase S contienen factores que hacen que los nucleos en G1 entren directamente enproceso de sıntesis del DNA. Sin embargo, los nucleos en G2 son refractarios a dichos factores. Notese que la fusion deuna celula en G2 con una celula en G1 no hace que el nucleo G1 inice la sıntesis de su DNA. Por lo tanto los factores

presentes en la fase S desaparecen en la fase G2.

En un experimento realizado con levaduras que se dividıan por fision y yemacion, se busco determinar cuales son estosfactores que inducıan la duplicacion del material genetico . Para ello cultivaron levaduras que tenıan una restriccion paradividirse a altas temperaturas obteniendo un resultado como el siguiente:

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Arresto del ciclo celular mediado por variaciones de temperatura

A una temperatura permisiva, las celulas se dividıan con normalidad. Si elevamos la temperatura hasta la restrictiva, unode los genes dejara de actuar con normalidad y conllevara a un arresto del ciclo. A estos genes se les denomina genes cdc.

44.1. Ciclinas:

EL MPF corresponde a un complejo proteico formado esencialmente por 2 proteınas. Una quinasa dependiente deciclina Cdk y la ciclina correspondiente.

Complejo proteico MPF

Existen distintos tipos de ciclinas:

Ciclinas G1/S: Activan el CdKs al final de G1.

Ciclinas-S: Estimulan la duplicacion de los cromosomas.

Ciclinas-M: Estimulan la entrada en M en el checkpoint G2/M

Ciclinas-G1: Ayudan a las ciclinas G1/S y su funcion es llevar a cabo el crecimiento y desarrollo celular para entraren S.

Accion de los distintos tipos de ciclinas durante distintas fases del ciclo celular.

44.1.1. Mecanismo molecular de activacion e inactivacion de Cdk1-M (“MPF”)

El MPF siempre esta formado en el ciclo celular. La actividad del MPF aparece en la mitosis pero esta presentedurante todo el ciclo en su forma inactiva. Para poder inducir la mitosis se requiere una activacion mediante fosforilaciony desfosforilacion de los CdK. Existen dos enzimas quinasa que actuan sobre el MPF inactivo. Una quinasa activadorafosforila a la quinasa del MPF en un punto. Simultaneamente hay otra quinasa que fosforila otro fosfato en otro lugar dela quinasa y se transforma en un fosfato inhibitorio. Para poder activarlo necesitamos de la actividad de una fosfatasaque saca el fosfato inhibitorio y deja al MPF en su conformacion funcional:

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Mecanismo de regulacion y activacion de la CdK1-M

A medida que el nivel de ciclina-M aumenta, una proteına CAK (Proteına activadora de CdK) fosforila a la CdK1 ensu sitio activo, mientras que al mismo tiempo una proteına Wee1 (Proteına inhibitoria de CdK) fosforila a la CdK1en su sitio inactivo. La activacion de la CdK se lleva a cabo por una fosfatasa cdc25 que hidroliza el fosfato inhibitorioactivando el MPF. Se cree que el MPF activo estimula su propia activacion por retroalimentacion positiva con Cdc25 ynegativa con Wee1.

Es importante recalcar que tanto la quinasa de inicio y el MPF se componen de Cdc2, pero se asociancon diferentes tipos de ciclina. Esto sugiere que la Cdc2 esta presente de forma permanente, pero cambia su estadode asociacion con las ciclinas, lo cual define las fases del ciclo de division mitotica (Inicio y Fin de fase M).

La activacion del M-CdK estimula:

1. Ruptura de la membrana nuclear.

2. Condensacion de los cromosomas.

3. Formacion de la maquinaria mitotica.

4. Degradacion de la ciclina.

44.1.2. Control de la proteolisis de ciclinas mediante APC/C (Complejo promotor de la anafase):

La degradacion y desensasmble de proteınas ciclinas al CDK esta mediado por ubiquitinas

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45. Sitios de Control del ciclo celular:

Cada una de las acciones principales del sistema de control del ciclo celular (La activacion del MPF al inicio de lamitosis, su inactivacion en la transicion de la metafase a la anafase, la activacion de la quinasa de Inicio) desencadenanun complejo proceso subordinado que requiere un cierto intervalo de tiempo para completarse. Si el sistema de controlinicia la siguiente accion sin que cada uno de estos procesos se haya completado, es probable que las consecuencias seanfatales o mutagenicas para la celula.

Puntos de control sobre el ciclo celular.

Puntos de control:

Transicion G2-M: Este punto de control esta influenciado por el tamano celular, danos producidos en el DNA yla replicacion del material genetico.

Transicion Metafase-Anafase: Influenciado por la posicion ecuatorial de los cromosomas.

Punto de restriccion G1-S/Go: Influenciado principalmente por la presencia adecuada de factores de crecimiento,nutrientes, tamano celular o danos en el DNA.

Es importante afirmar que tras el cumplimiento requerido por los puntos de control, recien comienza laactividad de las ciclinas y Cdk.

46. Control del Ciclo celular en organismos Multicelulares:

La proliferacion de celulas en el cuerpo tiene que estar regulada de forma que se mantenga el numero de celulas y suorganizacion espacial. Esta regulacion depende de interacciones de unas celulas con otras y con la matriz extracelular.Consideremos un tejido epitelial: La proliferacion celular tiene que estar controlada de forma precisa paraequilibrar la perdida de celulas, de forma que el epitelio ni crezca ni decrezca. Las nuevas celulas han deencajar perfectamente en la estructura. De hecho, en la mayorıa de los epitelios solo se dividen las celulas que continuanen contacto con la lamina basal.

Habitualmente, las celulas situadas en la superficie de una placa de cultivo proliferan hasta que se tocan unas con otras,formando una monocapa confluente. El siguiente diagrama muestra lo que ocurre si se rasga la monocapa. Las celulas quequedan en los margenes de la herida se aplanan y empiezan a crecer y a dividirse hasta que se reconstituye la monocapaconfluente.

Es importante recordar que la interaccion celula-celula no es suficiente para el cese de la proliferacion. El medio tambienpuede modificar la densidad celular.

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46.1. Efectos Tempranos y Tardıos de Los oncogenes

Respuesta temprana mediada por Myc: Myc es el producto de un gen myc de respuesta rapida. El grafico acontinuacion muestra los cambios de concentracion de Myc tras un incremento repentino de la concentracion del factorde crecimiento hacia un nuevo estado estacionario, lo que provocara la salida de la celula en Go y su proliferacion. Loscambios en la concentracion de Myc reflejan cambios en la transcripcion del gen myc. La propia proteınaMyc inhibe la transcripcion del myc y se cree que su retroalimentacion negativa explica por que el nivel de Myc disminuyedesde su valor maximo inicial hacia un valor mas bajo pero estable:

Respuesta celular y salida de Go provocado por la presencia repentina del factor de crecimiento adecuado.

Debemos tener en cuenta que las poblaciones celulares en condiciones normales tienen un tiempo de vida determinado,caracterizado principalmente por la etapa de Senescencia y muerte. Las celulas tienen una capacidad limitada dedivision, tras ciertas divisiones mitoticas, la celula no puede salir de Go y la poblacion muere. Sin embargo, celulastransformadas son por definicion inmortales:

46.1.1. Oncogenes y Genes supresores de tumores:

Todas las celulas de un tumor proceden de una unica celula (pertenecen a un mismo clon), un ancestro comun que en unmomento dado inicio un programa inadecuado de proliferacion. Esta transformacion maligna se produce por acumulacionde mutaciones en un conjunto de genes muy especıfico. Existen dos clases de genes, que en conjunto representan unaproporcion muy pequena del conjunto del genoma, pero que juegan un papel fundamental en el inicio de la progresiontumoral.

Protooncogenes: contribuyen a la progresion tumoral cuando sufren mutaciones que los activan, es decir, cuandose produce una ganancia de funcion; este tipo de mutacion tiene un efecto dominante. Por lo que solo basta queuno de los 2 alelos presente la mutacion para desarrollar el tumor.

Genes supresores de tumores: intervienen en el proceso tumoral si sufren mutaciones que los inactivan, es decir,si se produce una perdida de funcion; este tipo de mutacion tiene un efecto recesivo: para eliminar la actividad,tienen que estar mutados los dos alelos

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Oncogenes activados por virus: El caso mas estudiado corresponde al virus del sarcoma de Rous. Los oncogenesvirales provienen de genes celulares que fueron en algun momento secuestrados por el virus y posteriormente mutaron.Para efectos de notacion un oncogen viral se denomina v-src y la forma benigna del mismo (ubicado en los genes celulares)se denomina c-src.

Secuestro del gen c-src unido al genoma del virus para que este protooncogen se transforme en un oncogen y tengaefectos malignos.

46.1.2. Retinoblastoma Humano:

El gen retinoblastoma Rb fue inicialmente identificado a traves de estudios sobre una predisposicion hereditariapara un cancer poco conocido, que se produce en los ojos de algunos ninos. La perdida de las dos copias de este genconduce a una proliferacion celular excesiva en la retina inmadura, lo cual sugiere que normalmente el producto del genayuda a mantener controlada la proliferacion celular. La clonacion del gen retinoblastoma posbilita explorar como ejerceeste efecto el producto de gen.La proteına Rb es una molecula abundante en el nucleo de celulas de mamıferos. Tiene la capacidad de unirse a diferentesproteınas, incluso algunas proteınas reguladoras de genes, pero su capacidad de union depende de su estado defosforilacion.

Cuando Rb se desfosforila, se une a un conjunto de proteınas reguladoras que favorecen la proliferacion celular,manteniendolas secuestradas y fueras de accion Celulas en Go.

La fosforilacion de Rb facilita la liberacion de estas proteınas permitiendo que actuen. En celulas normales Rbesta siempre presente. Estimula la proliferacion.

Proteına Rb desfosforolizada mantiene a la celula en Go, y la proteına fosforolizada activa la proliferacion celular.

La Rb se desfosforila cuando la celula sale de la mitosis y se refosforila al final de G1, cuando la celula seprepara para superar el inicio.

Posibles vıas de eliminacion de genes supresores de tumores Rb.

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El siguiente grafico demuestra la regulacion completa del inicio del ciclo celular tras la recepcion de un factor que estimulala proliferacion y el paso a la fase S.

Paso del checkpoint G1/S

Regulacion del Ciclo celular por la proteına P53: Resulta esencial para inducir la respuesta de la celula ante eldano del ADN, deteniendo el ciclo celular en caso de mutacion. El gen p53 es un gen supresor tumoral que desempenaun papel importante en apoptosis y control del ciclo celular. Un p53 defectuoso podrıa permitir que las celulas anormalesproliferen dando por resultado cancer.

Si la activacion del P53 se debe por una produccion excesiva de MyC (factor proteico que estimula la proliferacion),la P53 activa puede llevar a la celula a un arresto temporal del ciclo celular o a una apoptosis programada.

Si la activacion del P53 se debe a un dano explıcito del DNA, la P53 actua como proteına reguladora que activa latranscripcion de la P21, la cual actua sobre el complejo activo CdK-S y CdK-G1/S inactivandolos manteniendo ala celula en el punto de control G1.

Regulacion por P53

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Resumen y progresion molecular del ciclo celular

Parte XIII

Mecanismos de la division celular:La fase M incluye los diferentes estadios de division nuclear (mitosis) y de la division citoplasmatica (citocinesis). En

un periodo breve, los contenidos de la celula madre, que se han duplicado mediante las actividades biosinteticas de lainterfase precedente, se segregan en dos celulas hijas.

La primera manifestacion apreciable de la fase M es la progresiva compactacion de la dispersa cromatina interfasica,formando unos cromosomas en forma de hilo. Esta condensacion cromosomica es necesaria para la segregacion organi-zada de cromosomas en dos celulas hijas que tendra lugar a continuacion, y se ve acompanada por la extensa fosforilacionde moleculas histona H1. Se cree que la fosforilacion de la H1 en el comienzo de la fase M contribuye a la condensa-cion cromosomica, ya que su concentracion es 1 molecula por nucleosoma y se sabe que participa uniendo nucleosomas.Un cromosoma es aquel que esta formado por 2 cromatidas, se entiende por cromosoma unicamente elcromosoma metafasico.

Cambios en la cantidad de DNA a traves del ciclo celular

La mitosis tiene 2 funciones facilmente identificables:

Proliferacion: Segregacion del material genetico en multicelulares.

Reproduccion: En la mayorıa de los organismos eucariontes unicelulares, la mitosis ademas tiene la funcionreproductiva de la especie.

No olvidar que tras una division mitotica en condiciones normales existe conservacion del material genetico, por lo quelas 2 celulas hijas son clones.

47. Etapas de la mitosis:

Tradicionalmente la fase M se divide en 6 estadios:

47.1. Profase:

La transicion de G2 a la fase M del ciclo celular no es un proceso estrictamente definido. La cromatina, que en lainterfase se halla difusa, se condensa lentamente formando cromosomas bien definidos. Cada cromosoma se ha duplicadodurante la fase S precedente y ahora consta de 2 cromatidas hermanas, cada una de las cuales contiene una secuenciade DNA especıfica conocida como centromero, necesaria para la correcta segregacion del cromosoma. Hacia el final dela profase los microtubulos citoplasmaticos que forman parte del citoesqueleto interfasico se despolimerizan y empieza a

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formarse el huso mitotico.Ademas de los procesos que ocurren a nivel nuclear, se necesita la duplicacion del centrosoma. Los procesos de laduplicacion y separacion del centrosoma se conocen como ciclo del centrosoma. Durante la interfase de cada ciclo celular,los centriolos y los otros componentes del centrosoma se duplican pero permanen juntos como un unico complejo en unacara de la membrana nuclear. Al iniciarse la mitosis, este complejo se divide en dos y cada pareja de entriolos forma partede un centro organizador de microtubulos.

Interfase, Profase y Prometafase en una celula animal (presencia de centriolos)

47.2. Prometafase:

La prometafase se inicia bruscamente con la desintegracion de la envoltura nuclear formando vesıculas quepermaneceran visibles alrededor del huso durante la mitosis. Los microtubulos del huso, que hasta este momento sehallaban fuera del nucleo celular, pueden entrar en la region nuclear. En cada centromero maduran complejos especializadosllamados cinetocoros y que se unen a algunos de los microtubulos del huso, que recibiran el nombre de microtubuloscinetocoricos. Los microtubulos remanentes del huso se denominan microtubulos polares, mientras que los que sonexteriores al huso se llaman microtubulos astrales. Los microtubulos cinetocoricos o cromosomicos ejercen tensionsobre los cromosomas, los cuales se ven sometidos a movimientos agitados.

Esquema del huso mitotico en una celula metafasica.

47.3. Metafase:

Los microtubulos cinetocoricos alinean los cromosomas en un plano situado a medio camino de los polos del huso.Cada cromosoma se mantiene en tension en esta placa metafasica por los cinetocoros apareados y por sus microtubulosasociados, los cuales estan unidos a los polos opuestos del huso.

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Metafase, anafase y telofase en una celula animal.

47.4. Anafase:

Impulsada por una senal especifica (degradacion de M-ciclina), la anafase empieza bruscamente cuando los cinetocorosapareados de cada cromosoma se separan, permitiendo que cada cromatida (que solo ahora se denomina cromosoma) seaarrastrada lentamente hacia un polo del huso. Se pueden distinguir dos categorıas de movimiento:

Anafase A: Los microtubulos cinetocoricos se acortan a medida que los cromosomas se aproximan a los polos.

Anafase B: Los microtubulos polares se alargan y los polos del huso se separan.

Anafase

47.5. Telofase:

En la Telofase los cromosomas hijos separados llegan a los polos y los microtubulos cinetocoricos desaparecen. Losmicrotubulos polares se alargan aun mas y se vuelve a formar la carioteca. La cromatina condensada se expande de nuevo.

47.6. Citocinesis:

El citoplasma se divide mediante un proceso llamado segmentacion, que por lo general empieza en algun momentode la anafase. Este ejemplo ilustra como ocurre este proceso en celulas animales. La membrana de la zona central de lacelula perpendicular al eje del huso y situada entre los 2 nucleos, genera el surco de segmentacion que gradualmente sevuelve mas profundo, hasta que entra en contacto con los estrechos restos del huso mitotico que quedan entre los dosnucleos. Finalmente este anillo contractil separa a las celulas hijas.

Telofase y citodieresis

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48. Detalles de la division Celular:

48.1. Condensacion de los cromosomas:

Todos los cambios que ocurren al comienzo de la mitosis dependen de la activacion de la M-Cdk. En esta etapa el MPFfosforila a las laminas nucleares A,B,C (materia I2). Ademas, fosforila las proteınas del nucleolo y lo desagrega. Finalmenteel MPF participa en la condensacion de la cromatina fosforilando a la H1. El cordon formado se llama solenoide o fibrabasica (formado por 6 nucleosomas apilados), mide 30 nm. Proteınas Scafoldinas forman el esqueleto cromosomico.

48.1.1. Condensinas:

Las condensinas son complejos proteicos que juegan un rol central en el ensamblado y segregacion cromosomica enlas celulas eucariontes. En las celulas de los vertebrados hay al menos dos tipos diferentes de complejos de condensinas,conocidos como condensina I y condensina II. Ambos complejos comparten el mismo par de subunidades centrales, SMC2y SMC4, con actividad ATP-asa para realizar su funcion. Las SMC (de Structural Maintenance of Chromosomes)son proteınas encargadas del mantenimiento estructural de los cromosomas.La principal funcion de lascondensinas es

Condensina II: Esta presente dentro del nucleo celular durante la interfase y esta involucrada en las etapas mastempranas de la condensacion de cromosomas durante la profase.

Condensina I: Esta presente en el citoplasma durante el periodo interfasico, y gana acceso a los cromosomas unavez que la membrana nuclear se desagrega.

Durante la prometafase y la metafase, tanto la condensina I como la condensina II contribuyen a condensar y ensamblarlos cromosomas.

Las condensinas estan formadas por Dımeros de SMC.

La fosforilacion de condensina por M-Cdk, estimula la capacidad de condensar el DNA. (Al menos una de lassubunidades de condensina es uno de los blancos conocidos de las kinasas dependientes de ciclinas (Cdk).)

Las condensinas son proteınas encargadas del mantenimiento estructural de los cromosomas.

Condensinas: En azul y celeste se observan los dımeros del SMC, con su dominio ATP-asa para enrollar la cromatina ylos solenoides. Es importante reafirmar que las condensinas se asocian en grupos de 8 en la formacion de la estructura

cromosomal.

48.1.2. Cohesinas:

La cohesina es un complejo de proteınas involucrado en la separacion de las cromatidas, encargada de mediar launion de las cromatidas en la metafase. Es uno de los complejos proteicos responsables de mantener la estructura de loscromosomas. A diferencia de las condensinas que actuan sobre todo el ADN, las cohesinas son vitales paramantener unidas a las cromatidas hermanas durante la metafase.

En el momento de la separacion de cromatidas en anafase, las cohesinas son destruidas por la separasa que anteriormentese encontraba inhibida por una proteına llamada securina. En la anafase, el APC/C (Complejo Promotor de Anafase)marca la securina para la degradacion. Proceso especıfico del checkpoint de la fase M.

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Cohesinas, formadas por SMC1 y SMC3, participa en el ensamblaje y el mantenimiento de la union entre cromatidashermanas

48.2. Formacion del Huso mitotico:

El ensamblaje del huso, la captura de cromosomas , su alineacion en la placa metafasica y el posterior alargamientodel huso con el desplazamiento de los cromosomas a los polos, dependen de una serie de procesos que ocurren cerca delos extremos de los microtubulos. Los extremos no son tan solo el lugar donde se localiza el ensamblaje y desensamblajede microtubulos, sino tambien donde se produce la fuerza mecanica para la mitosis. Existen tres tipos de microtubulosasociados al huso mitotico:

Microtubulos polares: se solapan en la lınea media del huso y son responsables de empujar a los polos del husocausando su separacion.

Microtubulos cinetocoricos: Se adhieren al cinetocoro especializado que forma el centromero.

Microtubulos astrales: Parten en todas direcciones desde los centrosomas y se cree que contribuyen a generar lasfuerzas que separan los polos.

Estructura de los centrosomas al microscopio y ilustracion de la duplicacion de centriolos en forma ortogonal en la faseS.

Esquema del huso mitotico de una celula animal

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48.2.1. Cinetocoro:

Los microtubulos cromosomicos van desde el polo hacia los cromosomas, se dirigen directamente hacia el cinetocoro(anillo proteico) que es una region del centromero.

En la capa mas externa del cinetocoro se insertan los microtubulos cromosomicos. Esto se descubrio gracias a pacientescon enfermedades autoinmunes. Las proteınas del cinetocoro reconocen una secuencia de 171 pares de bases. Este DNAno codifica pero tiene funciones estructurales. Por ingenierıa genetica en celulas Hila, se introdujo una letra cambiada enestos pares de bases. Esta mutacion resulto en una muerte celular (Entra en apoptosis): Al estar mutada en 1 base, lasproteınas del cinetocoro no reconocen la secuencia y no se arma el complejo. Por lo tanto la celula se detiene en metafase.

Region cinetocorica del cromosoma

Detalles de la union cinetocoro-microtubulo: Hemos afirmado que el cinetocoro es un complejo proteico externodel centrosoma, en donde el ADN tiene una secuencia especıfica de bases ricas en AT. Los microtubulos cromosomicossolamente se unen a la estructura externa del cinetocoro. En este punto se pueden llegar a producir las no disyuncionescromosomicas pues existe la posibilidad de que dos microtubulos cromosomicos no queden equitativamente distribuidosen los cinetocoros.

Detalles de la union cinetocoro-microtubulo

48.3. Complejo Promotor de la Anafase APC/C:

Corresponde a la accion de una ligasa de ubiquitina multisubunitaria, que se activa por la adicion de una subunidaddependiente del ciclo celular. Su activacion produce la degradacion de ciclinas M y otras proteınas regulatorias en latransicion Metafase-Anafase.

Durante la fase M hasta la metafase una proteına separasa que en su forma activa se encarga de degradar las cohesinasse encuentra unida a una proteına securina (que la mantiene en su forma inactiva). La activacion del APC/C por medio deuna proteına Cdc20 hace que el APC/C actue sobre la securina ligandole una cadena de poliubiquitina para su posteriordegradacion. Similar es el caso para la degradacion de M-ciclina.

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Accion del APC/C sobre las cohesinas y la degradacion de la M ciclina que permite el paso de la metafase hacia laanafase.

48.4. Detalles de la anafase y la migracion cromosomica:

En la anafase se separan las cromatidas y las celulas animales se elongan para que ocurra citodieresis. Se distinguen2 tipos de anafase:

1. Anafase A : Viaje de las cromatidas hacia los polos (Acortamiento de los microtubulos del cinetocoro).

2. Anafase B: Elongacion de la celula animal y ocurre por accion de microtubulos interpolares. Estos se empiezan aseparar y permiten la elongacion celular.

Si cualquiera de los mecanismos del complejo promotor de la anafase falla, se produce una no disyuncion cromosomal quese traducira en celulas hijas con desigual cantidad de cromosomas.

Anafase A por acortamiento de los microtubulos cinetocoricos y problemas por no disyuncion cromosomica

Recordemos tambien que las funciones de los microtubulos no estan estrıctamente limitadas a la separacion de cromatidashermanas durante la mitosis. En esta misma fase, los organelos deben ser capaces de migrar hacia los 2 polos de la celulade manera equitativa. Este transporte de organelos esta mediada (como vimos en la I2) por la accion de kinesinas ydineınas.

Accion de kinesinas y dineınas

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48.5. Detalles de la Telofase y citocinesis:

48.5.1. Telofase:

Al final de la anafase los cromosomas se han separado en dos grupos iguales, uno en cada polo del huso. En la telofase,el estadio final de la mitosis, se recompone una envoltura nuclear alrededor de cada grupo de cromosomas, formando losdos nucleos hijos de la interfase.

Esquema de la telofase en donde se hace enfasis en la formacion de la membrana nuclear

La repentina transicion desde la metafase a la anafase inicia la desfosforilacion de las muchas proteınas que se fosforilaronen la profase: aunque las fosfatasas pertinentes permanecen activas durante la mitosis, no pueden actuar hasta que sedesactiva el MPF. poco despues de esto, en la telofase, las vesıculas de la membrana nuclear se asocian con la superficie decromosomas individualizados y se fusionan entre sı, recomponiendo las membranas nucleares, envolviendo parcialmentegrupos de cromosomas, antes de coalescer y recomponer la envoltura nuclear completa.

48.5.2. Citodieresis:

Durante la citocinesis el citoplasma se divide mediante un proceso denominado segmentacion. Aunque normalmente ladivision nuclear y la division citoplasmatica estan relacionadas, son acontecimientos que se pueden separar. Por ejemplo,el embrion temprano de Drosophila experimenta 13 divisiones celulares sin division citoplasmatica. En una celula normal,cada mitosis viene acompanada de una citocinesis que comienza en la anafase, continua en la telofase y alcanza suculminacion al comenzar la interfase siguiente.

El anillo contractil formado en la anafase se realiza sobre los microtubulos interpolares. Este anillo esta compuesto pormicrofilamentos de actina y miosina. La activacion pertinente para la formacion de la esctructura contractil esta mediadapor la activacion de una proteına Rho.

Accion del anillo contractil de actina y miosina

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Activacion de la proteına Rho

49. Telofase Vegetal:

La mayorıa de las celulas de plantas superiores estan encerradas en una pared celular rıgida, y en estas celulas elmecanismo de la citocinesis es distinto al de las celulas animales. En vez de separar ambas celulas mediante un anillocontractil en la superficie celular, el citoplasma vegetal se parte por la construccion de una nueva pared celular en elinterior de la celula. La nueva pared transversal, o placa celular, empieza a ensamblarse en un plano situado en losdos nucleos hijos y en asociacion con los microtubulos polares del huso, que forman una estructura cilındrica llamadafragmoplasto.El proceso para formar el fragmoplasto pareciera partir por pequenas vesıculas rodeadas de membrana, derivadas delcomplejo de Golgi y repletas de precursores de la pared celular. Estas vesıculas contactan con los microtubulos en cadacara del fragmoplasto y se dejan transportar por ellos hasta alcanzar la region ecuatorial. Allı se fusionan entre sı formandouna estructura rodeada de membrana llamada placa celular precoz. Las moleculas de polisacaridos liberadas por estasvesıculas se ensamblan en la placa celular precoz formando la matriz de la pared celular primaria. Ahora, esta pared debeexpandirse hacia la periferia de la celula. Para ello, microtubulos del fragmoplasto temprano se reorganizan en la periferiade la placa celular, donde atraen mas vesıculas que se fucionan en el ecuador extendiendo el borde de la placa.

Formacion del fragmoplasto vegetal. Notar la importancia de la presencia de microtubulos interfasicos en el lugar de lafutura membrana. Estos microtubulos, junto con bandas de actina, aparecen en G2 y son el primer indicio de la

inminente division celular vegetal.

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50. Mitosis Carente de G1:

En muchas celulas embrionarias durante el periodo de implantacion, la masa celular no crece, pero continua dividien-dose para la posterior diferenciacion.

Desarrollo embrionario de los mamıferos: a. huevo fertilizado, b. Estado de 2 celulas (1,5 dıas), c. Estado de 8 celulaso morula (2,5 dıas), d. Estado de 16 celulas (3 dıas) y e. Estado de blastocisto (4 dıas).

Comparacion actividad de ciclinas en celulas proliferativas carentes de G1 con celulas con ciclo celular normal.

Parte XIV

MeiosisEn principio la meiosis(meio = mitad) es el proceso por el cual se generan celulas haploides a partir de celulas diploides.

Si la celula progenitora tenıa una cantidad de cromosomas y material genetico 2n=2c. El resultado final seran cuatrocelulas con dotacion haploide n=c.

Resultado final de la meiosis.

Meiosis y evolucion:

Mantencion del genoma en las especies.

Origen de la variabilidad genetica (la variabilidad genetica produce distintos fenotipos y los mas adaptados generanmayor desendencia.).

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resultados de la meiosis: Cromosomas homologos no son identicos, no tienen la misma combinacion de genes. Tienendistintos Alelos (Modificaciones de genes). En la primera division meiotica se dividen los cromosomas homologos. En lasegunda meiosis ocurre una mitosis comun y corriente; sin replicacion del material genetico.

51. Etapas de la Meiosis:

En la meiosis se producen dos divisiones celulares consecutivas, sin la replicacion de material genetico entre lasdivisiones.

Reduccion cromosomica y recombinacion genetica en la meiosis.

51.1. Meiosis 1:

51.1.1. Profase I:

Corresponde a la etapa mas importante y mas larga de este proceso, pues en la profase I ocurre la recombinaciongenetica que produce variabilidad fenotıpica y genotıpica en la descendencia. Dada su importancia la profase I puedesubdividirse de la siguiente manera:

Leptoteno, Zigoteno, Paquiteno, Diploteno y Diacinesis.

Leptoteno: Etapa durante la cual los cromosomas individuales comienzan a condensar en filamentos largos dentro delnucleo. Cada cromosoma tiene un elemento axial, un armazon proteico que lo recorre a lo largo, y por el cual se anclaa la envoltura nuclear. A lo largo de los cromosomas van apareciendo unos pequenos engrosamientos denominadoscromomeros. La masa cromatica es 4c y es diploide 2n.

Zigoteno: Los cromosomas homologos comienzan a acercarse hasta quedar recombinados en toda su longitud. Estose conoce como sinapsis (union) y el complejo resultante se conoce como bivalente o tetrada. Lugar donde loscromosomas homologos (paterno y materno) se aparean, asociandose ası cromatidas homologas. Los cromosomas seven atraıdos por una serie de proteınas encargadas de la union de los cromosomas homologos llamado complejosinaptonemico.

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Estructura del complejo sinaptonemico entre cromosomas homologos

Paquiteno: Una vez que los cromosomas homologos estan perfectamente apareados formando estructuras que se de-nominan bivalentes se produce el fenomeno de entrecruzamiento (crossing-over) en el cual las cromatidas homologasno hermanas intercambian material genetico. La recombinacion genetica resultante hace aumentar en gran medidala variacion genetica entre la descendencia de progenitores que se reproducen por vıa sexual. La recombinaciongenetica esta mediada por la aparicion entre los dos homologos de una estructura proteica de 90 nm de diametrollamada nodulo de recombinacion. En el se encuentran las enzimas que medıan en el proceso de recombinacion.Durante esta fase se produce una pequena sıntesis de ADN, que probablemente esta relacionada con fenomenos dereparacion de ADN ligados al proceso de recombinacion.

nodulo de recombinacion: lugar sistematico donde ocurre el crossing over.

Diploteno: Los cromosomas continuan condensandose hasta que se pueden comenzar a observar las dos cromatidasde cada cromosoma. Ademas en este momento se pueden observar los lugares del cromosoma donde se ha producidola recombinacion. Estas estructuras en forma de X reciben el nombre quiasmas. Cada quiasma se origina en un sitiode entrecruzamiento, lugar en el que anteriormente se rompieron dos cromatidas homologas que intercambiaronmaterial genetico y se reunieron.

Diploteno

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Diacinesis: El final de la diacinesis y por tanto de la profase I meiotica viene marcado por la rotura de la membrananuclear. Durante toda la profase I continuo la sıntesis de ARN en el nucleo. Al final de la diacinesis cesa la sıntesisde ARN y desaparece el nucleolo.

Resumen e interacciones entre cromosomas homologos durante la profase I

51.1.2. Metafase I

En esta seccion aparece el huso mitotico desarrollado y en vez de anclarse a cada cinetocoro de cada cromatidahermana, lo hace sobre los cromosomas homologos de las tetradas.

51.1.3. Anafase I y Telofase I

Separacion de cromosomas homologos y comienza la invaginacion de la membrana celular para posteriormente darlugar a 2 nuevas celulas con la mitad de cromosomas, pero con cantidad de ADN doble, pues existen cromosomas con 2cromatidas. Notar que es un error llamar a estos cromosomas : homologos, pues tienen alelos distintos para determinadosgenes (en donde hubo recombinacion). Se vuelve a formar temporalmente la membrana nuclear.

La meiosis II es simplemente una mitosis sin duplicacion de material genetico, por lo que su apunte esredundante.

Comparacion Mitosis y Meiosis

Mecanismos que originan variabilidad genetica:

Permutacion cromosomica al azar (tiene lugar durante la metafase-anfase I o II).

Crossing Over (Paquiteno de la profase I)

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52. Ovogenesis y Espermatogenesis

52.1. Ovogenesis:

Los ovogonios se desarrollan a partir de las celulas germinales primordiales que al principio de la embriogenesis migranhacia la gonada en desarrollo. Tras un cierto numero de divisiones mitoticas, los ovogonios empiezan la division meiotica Irecibiendo el nombre de ovocitos primarios. En los mamıferos, los ovocitos primarios se forman muy temprano (entrelos 3 y 8 meses de gestacion) y permanecen en la profase de la division meiotica I hasta que la hembra es sexualmentemadura. En este momento y de forma periodica un pequeno numero de ovocitos madura bajo la influencia hormonalcompletando la division meiotica I y constituyendose los ovocitos secundarios. Cuando comienza la pubertad LA FSH,provoca que las celulas en el dictioteno vuelvan a la meiosis y completa la primera division meiotica. Es una citodieresisno ecutatorial. Una se convierte en el ovocito 2 y otra en el cuerpo polar. Los ovocitos secundarios, finalmente pasanpor la division meiotica II. En la mayorıa de los vertebrados la maduracion de los ovocitos se encuentra detenida en lametafase de la meiosis II, y el ovocito secundario solo completa la meiosis II tras la fecundacion. Finalmente todos loscuerpos polares degeneran.

52.2. Espermatogenesis:

Los espermatogonios se desarrollan a partir de las celulas germinales primordiales que migran hacia los testıculosdurante las primeras fases de la embriogenesis. Cuando el animal alcanza la madurez sexual, la espermatogonia empiezaa proliferar rapidamente, generando alguna progenie que retiene la capacidad de continuar dividiendose indefinidamente(como celulas madre de espermatogonias) y otra progenie (espermatogonia en maduracion) que despues de un numerolimitado de ciclos de division normal inician la meiosis hacia espermatocitos primarios. Estos continuan a traves de ladivision I para transformarse en espermatocitos secundarios. Despues de completar la meiosis II, estos espermatocitosproducen espermatidas haploides que se diferencian pasando a ser espermatozoides maduros. Es importante recalcarque la madurez total del espermatozoide se produce cuando entra en contacto con el tracto femenino.

La espermatogenesis se diferencia de la ovogenesis en varios aspectos: (1) A partir de la pubertad continuamente existennuevas celulas que inician la meiosis, (2) cada celula que empieza la meiosis da lugar a cuatro gametos maduros y no auno solo, y (3) los espermatozoides maduros se forman por un proceso elaborado de diferenciacion celular que empieza

despues que se complete la meiosis.

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53. Cromosomas

53.1. Cromosomas Politenicos:

Los cromosomas gigantes se forman por la repeticion del periodo S interfasico, formados por cientos de hebras decromatidas. Poseen unas bandas caracterısticas que es donde se enrolla la cromatina. Las interbandas son lugares dondela cromatina se encuentra mas laxa. Los pu↵s cromosomicos son lugares donde se desenrrollan las bandas para lasıntesis de transcriptos. Como esta formado por cientos de hebras, los pu↵s funcionan como zonas amplificadoras degenes.

Cromosomas politenicos y estructura de un Pu↵ cromosomico

53.2. Cromosomas Plumulados:

Cromosomas que aparecen en el diploteno (etapa meiotica) de la ovogenesis de anfibios. La cromatina se organiza enbase a asas. En estas asas se expone mas ADN y hay mayor posibilidad de transcripcion. Por lo tanto, en el diploteno dela ovogenesis de los anfibios se producen los Rna’s necesarias para la formacion del cigoto.

Cromosoma plumulado

53.3. Cariotipo Humano:

El orden de los cromosomas representa el cariotipo especıfico de una especie. Para la formacion del cariotipo, loscromosomas se juntan por homologos y se ordenan por tamano. El cariotipo humano corresponde a 22 pares de cromosomasautosomicos y 1 par sexual.

Cariotipo Humano

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53.3.1. Preparacion de un Cariotipo de Sangre:

La imagen a continuacion muestra el proceso para obtener el cariotipo en seres humanos. La importancia de esteparrafo radica en conocer la funcionalidad de la Colchicina. La colchicina es un farmaco antimitotico que detiene oinhibe la division celular en metafase o en anafase. Es un compuesto que evita el reparto de los cromatidas de uncromosoma durante la mitosis. Su efecto se debe a su accion sobre las proteınas citoesqueleticas del huso mitotico yaque al desorganizar el huso, este no puede unirse a los microtubulos cinetocoricos de las cromatidas y tirar de ellas parasepararlas. Actua sobre la alfa tubulina, inactivandola e inhibiendo la formacion de microtubulos.

Tratamiento para la obtencion del cariotipo con cromosomas metafasicos.

53.4. Clasificacion de modelos de cromosomas:

Segun la posicion del centromero podemos clasificar a los cromosomas metafasicos segun el siguiente orden:

Metacentricos: Donde el brazo p es igual al brazo q. Por nomenclatura el brazo p tiende a ser el brazo mas cortodel cromosoma. La nomenclatura es importante para la identificacion del lugar de ciertos genes.

Submetacentricos: Diferencia de tamano entre el brazo p y q del cromosoma.

Acrocentrico: El brazo P es excesivamente pequeno comparado con el brazo q.

Telocentrico: Carente totalmente del brazo P. (No existe en humanos).

Clasificacion cromosomica.

53.4.1. Nomenclatura en citogenetica de cromosomas bandeados

El bandeo de cromosomas esta dado por la accion de enzimas de actividad proteasa que son capaces de degradarproteınas pertenecientes el esqueleto cromosomico. El bandeo mas utilizado (y que se vio en clases) es el bandeo G. Lasbandas G positivas son regiones con alta presencia de AT. La mayor parte de los genes estan en las bandas G negativas.

La representacion de cromosomas bandeados se denomina idiograma.

6p23.1 Significa: Cromosoma 6, brazo p, region 2, banda 3. Sub-banda 1

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54. Sındrome de Down.

El 95% de los ninos con sindrome de Down tiene trisomina en el cromosoma 21. A mayor edad aumenta la probabilidadde tener un nino Down. el 85% de las no disyunciones vienen de la madre. el 15% viene del padre. Es importante recalcarque las monosomıas autosomicas son letales en los seres humanos, solamente se acepta monosomıa sexual (sındrome deTurner). Es por esta razon que no existe el sındrome de down con carencia de un cromosoma 21.

No disyuncion meiotica que produce trisomıa y monosomıa; y presencia evidente del aumento la tasa de sındrome dedown conforme avanza la edad materna.

El 95% de los casos de sındrome de down se produce por trisomıa del cromosoma 21

El 4% de los ninos con sındrome de down proviene de una traslocacion cromosomica del cromosoma 21 al 14. Latraslocacion al cromosoma 14 no es aleatoria, pues durante la condensacion cromosomica en la meiosis,el cromosoma 14 y el 21 estan muy cerca. Este porcentaje de los ninos con sındrome de Down tiene 2 cromosomas21. Pero El 21 libre esta translocado al 14. Habitualmente el 21 es acrocentrico, entonces se une al 14 que tambien esacrocentrico.

La madre es sana, pero portadora de una translocacion del cromosoma 21 al cromosoma 14:

Los padres pueden ser portadores asintomaticos del sındrome de down. El problema es que la madre puede generar ninoscon trisomıa por traslocacion. Cuando la madre es portadora el riesgo es 16%. Cuando el padre es portador es del 8%.

Dentro de este 4 porciento, hay un porcentaje que no tiene trisomia 21, ni translocacion del 14. Sin embargo, la presenciade la region 21q22.2 es necesaria y suficiente para el Sındrome de Down.

21q22.2

El 1 porciento restante, se produce por mosaicos de Down. Durante la division mitotica, en las celulas somaticas ocurreuna no disyuncion del cromosoma 21. La monosomıa de cromosomas autosomicos es local. Sobreviven 2 poblaciones

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celular. 46 y 47 cromosomas. el 1% tiene mosaico. El grado de compromiso del Sındrome de Down es el Mosaicismo. Sinembargo, el grado de mosaicismo sanguıneo no asegura nada.

Parte XV

Estructura y Funcion de la MitocondriaLa mitocondria ocupa una parte substancial del volumen citoplasmatico de las celulas eucariotas, y han sido esenciales

para la evolucion de los animales pluricelulares. Sin las mitocondrias las celulas animales actuales dependerıan de laglucolisis anaerobica para formar ATP. En las mitocondrias el metabolismo de los azucares esta integrado: el piruvato(producto de la glicolisis) es importado y oxidado por el oxıgeno molecular.

Las mitocondrias se describen como cilindros alargados y rıgidos, de un diametro entre 0,5 y 1 µm parecidos a lasbacterias. Las mitocondrias son organelos claramente moviles y plasticos, que cambian constantemente de forma e inclusose fusionan y fisionan entre ellos. Cuando las mitocondrias se desplazan por el citoplasma, aparecen asociadas amicrotubulos, lo que determina la orientacion y distribucion de las mitocondrias en distintos tipos celulares.

Estructura de la mitocondria y localizacion en tipos celulares

55. Estructura de la Mitocondria:

1. Matriz: Contiene una mezcla altamente concentrada de cientos de enzimas, incluyendo las que son necesarias parala oxidacion del piruvato y los acidos grados y para el ciclo de Krebs. La matriz tambien contiene diversas copiasidenticas del genoma de DNA mitocondrial, ribosomas mitocondriales especiales, tRNA y varias enzimas requeridaspara la expresion de los genes mitocondriales.

2. Membrana interna: La membrana interna se encuentra replegada en numerosas crestas, que aumentan conside-rablemente su superficie total. Contiene proteınas con tres tipos de funciones:

Aquellas que realizan las reacciones de oxidacion de la cadena respiratoria. (Cadena transportadora de elec-trones)

Un complejo enzimatico llamado ATP sintasa que produce ATP en la matriz.

Proteınas de transporte especıficas que regulan el paso de metabolitos dentro y fuera de la matriz.

Dado que se establece un gradiente electroquımico a traves de esta membrana por la cadena impulsada por la ATPsintasa, es importante que la membrana interna sea impermeable a la mayorıa de iones.

3. Membrana Externa: Gracias a que esta contiene una gran proteına formadora de canales (denominada porina),la membrana externa es permeable a todas las moleculas con peso molecular inferior a 5000 daltons. Otras proteınasde esta membrana son las enzimas implicadas en la sıntesis mitocondrial de lıpidos y las enzimas que transformanen la matriz los substratos lipıdicos en formas metabolizables. Ademas posee la maquinaria necesaria para la fisiony fusion mitocondrial.

4. Espacio Intermembrana: Este espacio contiene varias enzimas que utilizan la salida de ATP de la matriz parafosforilar otro nucleotidos.

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56. Teorıa Endosimbiotica:

De acuerdo con la hipotesis endosimbiotica, las celulas ecuariontes aparecieron en una forma de organismos anaerobicossin mitocondrias ni cloroplastos, y luego establecieron una relacion endosimbiotica estable con un tipo de bacterias,utilizando su sitema de fosforilacion oxidativa. El proceso de endocitosis que condujo al desarrollo de las mitocondrias seprodujo cuando el oxıgeno aparecio en la atmosfera. Al parecer los cloroplastos de las plantas y de las algas han derivadoposteriormente a partir de un suceso endocıtico que implico a una bacteria fotonsitetica productora de oxıgeno.Dado que la mayorıa de los genes que codifican las proteınas actuales se hallan en el nucleo celular, es probable que durantela evolucion eucarionte se produjera una extensa transferencia de genes desde el organelo al DNA nuclear. Esto explicarıapor que algunos de los genes del nucleo que codifican proteınas mitocondriales se parecen a los genes bacterianos.

Esquema de la teorıa endosimbiotica y transferencia nuclear que permite la codificacion de proteıans mitocondriales.

Orıgenes de las proteınas y RNA mitocondriales: Las proteınas importadas del citosol desempenan una impor-tante funcion en el sistema genetico de la mitocondria y constituyen la mayor parte de las proteınas del organelo. Lamitocondria solo contribuye a su sistema genetico con los mRNA, los rRNA y los tRNA.

57. Importacion de Proteınas la mitocondria.

Al igual que en el transporte nuclear, existe una senal peptıdica especıfica para la importacion mitocondrial. Elpeptido senal amino terminal del precursor proteico es reconocido por receptor que existen en la membrana externa dela mitocondria. Se cree que la proteına es translocada a traves de ambas membranas mitocondriales, a traves de lugaresespeciales de contacto. Este transporte esta impulsado inicialmente por el gradiente electroquımico existence a traves dela membrana interna y despues por la hidrolisis de ATP. en la matriz mitocondrial, el peptido senal es eliminado por unapeptidasa de senal formandose una proteına madura.

Importacion de proteınas por mitocondrias

Es importante recalcar que tambien hay distintos tipos de traslocacion de proteınas mitocondrialas, unas pueden quedaren la membrana interna o incluso estar activas en el espacio intermembrana. Se cree que en el espacio intermembranatambien existen chaperonas que ayudan al plegamiento proteico.

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58. Sıntesis de ATP:

El ADN es tambien precursor de la sıntesis de DNA y RNA. Por sı misma es la moneda de cambio energetico celula.La mitocondria altera el equilibrio de la reaccion de hidrolisis de ATP, hacia la sıntesis de ATP por 1010 veces.

En condiciones normales la reaccion esta altamente favorecida en la direccion de la hidrolisis de ATP.

Para sintetizar ATP, se debe pasar por un proceso llamado respiracion celular y en eucariontes tenemos tres partesidentificables:

Glicolisis. (Solo se generan 2 moleculas de ATP y 2 NADH)

Ciclo cıtrico o de Krebs.

Cadena Transportadora de Electrones.

EN las celulas eucariontes, a partir de los azucares y grasas se produce acetyl CoA que tiene 2 carbonos(reaccionintermedia). El acetil-CoA entra al ciclo de krebs. (esto es en la matriz mitocondrial). A partir de Acetil-coA comienzala oxidacion completa para la obtencion de substratos reducidos como el NADH+H y el FADH2. Cada ciclo produce 3NADH, un GTP y un FADH2 y se eliminan dos moleculas de CO2.

Ciclo del acido cıtrico

58.1. Fosforilacion oxidativa y cadena transportadora de electrones

Aunque el ciclo del acido cıtrico forma parte del metabolismo aerobico, ninguna de las reacciones que llevan a laproduccion de NADH y FADH2, reaccionan con el oxıgeno molecular a traves de la cadena respiratoria. Para describirestas ultimas reacciones se utiliza el termino de fosforilacion oxidativa ya que la gran cantidad de energıa que se liberade ellas es utilizada por las enzimas de la membrana interna de la mitocondria para impulsar la transformacion del ADPen ATP.

Fosforilacion oxidativa: La membrana mitocondrial interna actua como una maquina de interconversion energetica,transformando parte de la energıa de oxidacion del NADH y del FADH2 en energıa de enlace fosfato del ATP.

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Hipotesis Quimiosmotica: Segun esta hipotesis, los intermediarios quımicos de alta energıa son substituidos por unaconexion entre los procesos quımicos y los procesos de transporte. Cuando los electrones de alta energıa de los hidrogenosdel NADH y del FADH2 son transferidos a lo largo de la cadena respiratoria de la membrana mitocondrial interna,la energıa que se libera cada vez que pasan de una molecula transportadora a la siguiente es utilizada para bombearprotones a traves de la membrana interna, desde la matriz mitocondrial hasta el espacio intermembranoso. Esto generaun gradiente electroquımico de protones a traves de la membrana mitocondrial interna, y el flujo de H+ a favor deeste gradiente es utilizado mediante una enzima ligada a la membrana, la ATP sintasa, para impulsar la conversion deADP en ATP, completando la fosforilacion oxidativa.

Resumen del metabolismo energetico mitocondrial y la cadena transportadora de electrones

Acoplamiento quimiosmotico para generar el potencial necesario para la sıntesis de ATP

58.2. Detalles de la cadena transportadora y el acoplamiento quimiosmotico

La cadena respiratoria contiene tres grandes complejos enzimaticos incluidos en la membrana interna:

1. Complejo NADH deshidrogenasa: es el mayor de los complejos enzimaticos respiratorios, con una masa adeaproximadamente de 800000 daltons y mas de 22 cadenas polipeptıdicas. Acepta electrones del NADH y los transfierea la ubiquinona (coenzima q), que transfiere sus electrones a un segundo complejo enzimatico respiratorio, elcomplejo b-c1.

2. Complejo citocromo b-c1 contiene por lo menos 8 cadenas polipeptıdicas diferentes y parece que se presentaen forma de dımero de unos 500 000 daltons. El complejo acepta electrones de la ubiquinona y los transfiere alcitocromo c, que transporta su electron hasta el complejo de la citocromo oxidasa.

3. Complejo de la citocromo oxidasa: Esta formado por, al menos, 9 cadenas polipeptıdicas diferentes y se aislacomo un dımero de unos 300.000 daltons. El complejo acepta electrones del citocromo c y los cede al oxıgeno. Yesta es la unica funcion del oxıgeno molecular en la vida

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Paso de los electrones a traves de los tres complejos enzimaticos respiratorios.

58.2.1. Potencial Redox asociado a la cadena transportadora de electrones:

Los electrones fluyen a traves de un complejo enzimatico pasando de manera secuencial a los cuatro o mas transpor-tadores de electrones de cada complejo. Parte de la variacion favorable de energıa libre es utilizada por cada complejoenzimatico para bombear protones a traves de la membrana mitocondrial interna. No se conoce con exactitud el numerode protones bombeados por electron; se estima que la NAD deshidrogenasa y los complejos bc1 bombean dos H+ porelectron, mientras que el complejo de la citocromo c oxidasa solo bombea uno. En la siguiente imagen solo se ilustra elpotencial redox asociado a la deshidrogenacion del NADH.

Cambios del potencial redox a traves de la cadena transportadora de electrones

58.2.2. La ATP Sintasa:

La ATP sintasa se ubica en la membrana interna de la mitocondria y es la encargada final de producir ATP a partirdel ADP + Pi. La ATP sintasa se puede imaginar como un motor molecular que produce una gran cantidad de ATPcuando los protones fluyen a traves de ella.

La sıntesis de ATP se realiza cuando el rotor cambia conformacionalmente a las unidades beta del complejoATP-sintasa

Subunidades y funcion de la ATP Sintasa

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Parte XVI

Matriz extracelular y moleculas de ahesion celularLos tejidos no estan formados unicamente por celulas. Una buena parte de su volumen lo constituye el espacio

extracelular, el cual esta ocupado por una intrincada red macromolecular que constituye la Matriz extracelular. Estamatriz se compone de polisacaridos y proteınas muy diversas, secretadas localmente y ensamblados en una red complejaen ıntima asociacion con la superficie celular. La matriz esta formada por tejido conectivo.

Las variaciones en cuanto a la participacion relativa de las distintas macromoleculas de la matriz ası como los patronesde organizacion dan lugar a una larga diversidad de formas, cada una de las cuales esta altamente adaptada a losrequerimientos funcionales de cada tejido en particular. La matriz puede calcificarse y formar estructuras oseas o puedese transparente como en el caso de la cornea, etc.... Entre el tejido epiteliar y el tejido conjuntivo, la matriz forma unalamina basal, que juega un papel importante en el control del comportamiento celular (tejidos epiteliares). Podemos,ademas, encontrar ECM en el tejido nervioso (que guıa el comportamiento y largo del axon.

59. Fibroblastos y componentes de la ECM:

Las macromoleculas que constituyen la ECM proceden de una secrecion celular de caracter local. En la mayor partede los diferentes tipos de tejido conectivo, estas macromoleculas son secretadas fundamentalmente por fibroblastos. Sinembargo, en algunos tejidos conectivos especializados tales como el cartılago y el hueso, la ECM es secretada por celulasrelacionadas con nombres especıficos como condroblastos y osteoblastos (cartılago y hueso respectivamente). LaECM se compone de :

1. Proteınas fibrilares.

2. Proteınas no fibrilares.

3. Proteoglicanes.

59.1. Proteınas Fibrilares:

59.1.1. Colageno:

Las proteınas colagenas constituyen una gran familia de proteınas fibrosas que se encuentran en todos los animalespluricelulares. Son secretadas por las celulas del tejido conectivo. Son los componentes mas abundantes de la piel y de loshuesos. El rasgo mas caracterıstico de las moleculas de colageno es su longitud, rigidez y estructura helicoidal detres hebras. La red de colageno es la encargada de otorgar rigidez a la ECM.

Estructura de una molecula de colageno: Cada ↵-helice esta constituida por secuencias de prolina(x) e hidroxiprolina(y). La glicina es el unico aminoacido pequeno que puede ocupar el eje de la triple helice.

Las fibras de colageno son sintetizadas por los fibroblastos y se organizan en haces perpendiculares:

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Organizacion celular del colageno en la ECM.

Hasta el momento, se han identificado unas 25 cadenas de ↵-helice, cada una codificada por un gen diferente. En losdiferentes tejidos se expresan diversas combinaciones de estos genes. La fibra de colageno, finalmente, se compone de launion 3 cadenas. Hasta el momento se han identificado 15 moleculas distintas de colageno.

Colageno tipo IV: Es tambien denominado colageno formador de redes. Estas moleculas se unen en una especie delamina o red que constituye la mayor parte de la lamina basal madura.

59.1.2. Elastina:

Muchos tejidos de los vertebrados, como la piel o los vasos sanguıneos han de ser elasticos y resistentes a la tensionpara ser funcionales. Una red de fibras elasticas en la ECM de estos tejidos les confiere la capacidad de recobrar suconformacion inicial despues de una deformacion transitoria. Intercaladas con las fibras elasticas, se encuentran largasfibras de colageno (inelastico), que limitan la capacidad de extension, evitando el desgarro tisular.

Al contrario del colageno, la elastina es una estructura hidrofobica que tiene una forma globular, unida entre sı porpuentes disulfuro.

Las moleculas de elastina estan unidas entre sı mediante enlaces covalentes dando lugar a una red entrecruzada. Elmodelo muestra como cada molecula de elastina puede expandirse y contraerse como una espiral al azar, de modo que el

conjunto de la red tambien puede hacerlo.

La elastina esta constituida en su mayor parte por dos tipos de segmentos cortos que alternan a lo largo de la cadenapolipeptıdica:

segmentos hidrofobicos que son responsables de las propiedades elasticas de la molecula.

segmentos de ↵-helice ricos en alanina y lisina que forman puentes cruzados entre moleculas adyacentes.

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59.2. Proteınas no Fibrilares:

59.2.1. Fibronectina:

La ECM contiene varias proteınas adhesivas diferentes del colageno que tıpicamente presentan varios dominios, cadauno de los cuales tiene lugares especıficos de union para otras macromeculas de la matriz y para receptores de la superficiecelular. De esta forma estas proteınas facilitan tanto la organizacion de la matriz como el anclaje de las celulas a lamatriz. La fibronectina es una glucoproteına organizada en un dımero compuesto por dos subunidades muy largasunidas mediante un par de enlaces disulfuro situados cerca del extremo carboxilo terminal. Cada subunidad esta plegadaen una serie de dominios semejantes a un rodillo, funcionalmente distintos, separados por regiones flexibles de la cadenapolipeptıdica.

modelo, micrografıa y estructura de la fibronectina. En la segunda imagen se ilusta un sitio de union a una fibra decolageno y la interaccion de anclaje con la celula.

Integrinas: Familia de proteınas con subunidad alfa y beta .De cada subunidad hay distintos genes que codifican para lasintegrinas. Se forma un dımero con dominio extracelular que reconoce las moleculas de matriz, y el dominio intracelularhace contacto con elementos del citoesqueleto como filamentos de actina.

59.2.2. Laminina:

La laminina es un gran complejo flexible formado por tres cadenas polipeptıdicas, dispuestas en forma de cruz y unidasmediante enlaces disulfuro. Como muchas otras proteınas de la matriz extracelular, tambien presenta varios dominiosfuncionales: uno de union al colageno IV, otro al heparan sulfato, otro a la entactina y dos o mas a los receptores de lalaminina situados en la superficie celular.La encactina, se une a cada molecula de laminina en el lugar donde los brazos cortos se unen con los largos. La entactinatambien se une al colageno IV, por lo que se cree que actua como un puente adicional entre el colageno IV y la red delaminina de la lamina basal.

Laminina

59.3. Proteoglicanes:

Estan formados por una proteına central y de manera covalente de glicosaminoglicanos o GAGs. Se unen de formacovalente a un proteına Core o nuclear. Hay proteoglicanos que son exclusivos de ECM o proteoglicanes cuyo core es unaproteına de transmembrana. Tambien hay proteoglicanos con una modificacion lipıdica cuyo core se ancla a la membranacelular. Aparte de ser una molecula de matriz, son reservorios para factores de crecimiento. (Inducen proliferacion celular).

En general, los proteoglicanes se diferencian facilmente de otras glucoproteınas por la naturaleza, cantidad y organi-zacion de sus cadenas laterales de glucidos: por definicion, por lo menos una de las cadenas sencillas de azucares de unproteoglicano ha de ser un GAG (glucosaminoglucanos). Normalmente la proteına central de los proteoglucanos es unaglucoproteına.

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Estructura de un proteoglicano basico

59.4. Laminas Basales:

Lamina Basal: separa el epitelio del tejido conectivo. La lamina basal es ECM pero esta organizada de tal forma quees una lamina que separa los tejidos. Es relevante en musculo, epitelio y en los glomerulos. La lamina basal esta formadapor interacciones especificas entre las proteınas de colageno IV, la laminina, entactina y el proteoglucano perlecano.

Modelo actual de la estructura molecular de una lamina basal.

La lamina basal tiene diversas funciones como:

Regular el paso de macromoleculas a traves de ellas (rinon).

Actuar como una barrera selectiva para el desplazamiento de las celulas.

Participar en la regeneracion tisular.

60. Moleculas de Adhesion. Interaccion celula-celula y celula-matriz:

En el tejido conjuntivo la matriz extracelular es muy abundante, mientras que las celulas se encuentran en menornumero. La matriz como vimos anteriormente, es rica en polımeros, principalmente en colageno utilizada como respuestaa las tensiones a las que que esta sujeta el tejido. Las celulas, que se encuentran unidas a diferentes componentes de lamatriz, pueden ejercer sobre esta diversas fuerzas, mientras que la contribucion de las uniones intercelulares es escasa. Porel contrario, en tejidos epiteliales las celulas se encuentran estrechamente unidas formado laminas (epitelio). La ECM esescasa en estos tejidos y esta constituida principalmente por la lamina basal que esta en la base de las celulas. Las capasde celulas epiteliales tapizan todas las cavidades y superficies libes del organismo y, mediante uniones dotan aquellasde propiedades de barrera que restringen el movimiento de agua, solutos y celulas entre los diversos compartimientos delorganismo:

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La primera imagen muestra las diversas interacciones entre celula-celula y celula-ECM. La segunda muestra un esquemade un epitelio que forma una monocapa que esta interconectada por plasmodesmos a traves filamentos intermedios. Bajo

el epitelio esta la lamina basal que separa el epitelio del tejido conectivo.

Sobre la lamina basal, el epitelio sobre esta, puede organizarse de 5 formas diferentes:

Organizacion del epitelio

61. Uniones Celulares:

Las uniones celulares pueden clasificarse en tres grupos funcionales:

1. Uniones ocluyentes (uniones estrechas).

2. Uniones de anclaje:

Demosomas.

Hemidesmosomas.

Uniones adherentes.

Contactos focales.

3. Uniones de comunicacion:

Uniones en hendidura (gap junctions).

Sinapsis quımica.

Esquema de tipos de uniones celulares

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61.1. Uniones estrechas:

A pesar de las grandes diferencias estructurales y bioquımicas entre los tipos de epitelios, todos tienen, como mınimo,una importante funcion comun: constituir barreras selectivas de permeabilidad, separando fluidos de diferente com-posicion. Las uniones estrechas juegan un importante doble papel en el mantenimiento de esta funcion de barreraselectiva; el ejemplo mas clasico es el epitelio instestinal de los mamıferos (separando la region apical de la basolateral).

Modelo actual de las uniones estrechas: Se postla que las hebras de sellado que mantienen unidas las membranasplasmaticas estan constituidas por hebras continuas de proteınas transmembrana, las cuales establecen contacto a travesdel espacio intercelular, dando lugar a su sellado. Esta union continua esta establecida por accion de proteınas ocludinasy claudinas.

Las uniones estrechas forman un cinturon de hebras entrecruzadas que rodea la membrana de cada celula.

61.2. Anclaje celular:

Las uniones de anclaje estan ampliamente distribuidas en los tejidos animales. Capacitan a determinados gruposcelulares, como los epitelios, para constituirse como unidades estructurales resistentes, conectando los elementos citoes-queleticos de una celula a los esqueletos de sus vecinas, o la ECM. Son especialmente abundantes en tejidos queestan sometidos a tensiones mecanicas.

61.2.1. Uniones adherentes.

Las uniones adherentes intercelulares, en los epitelios, forman una banda de adhesion continua, situada alrededorde cada celula epitelial, bajo las uniones estrechas. La union de estas bandas esta dada principalmente por proteınastransmembrana denominadas cadherinas. Importante es destacar que una diferencia notable con los desmosomas esque las uniones adherentes ligan uniones de actina y no de filamentos intermedios.

En cada celula puede observarse un haz de fibras de actina, contractil, que se encuentra adyacente a la banda deadhesion, que corre paralelo a la membrana plasmatica. Los haces de actina se encuentran interconectados a traves delas cadherinas y proteınas de union, formando una extensa red transcelular. Se cree que la contraccion de esta red, quedepende de proteınas motoras como la miosina, puede ser mediadora en la morfogenesis animal:

Uniones adherentes celula-celula

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61.2.2. Desmosomas:

Los desmosomas (que ya hicieron su primera aparicion en la materia pasada) son contactos intercelulares puntifor-mes que mantienen unidas a las celulas. En el interior de las celulas actuan como lugares de anclaje para filamentosintermedios, los cuales forman una red estructural en el citoplasma proporcionando una cierta rigidez. Mediante estasuniones los filamentos intermedios de las celulas adyacentas estan indirectamente conectados formando una red continuaque se extiende a todo el tejido. El tipo especıfico de filamentos intermedios anclados a los desmosomas depende del tipocelular. La queratina en la mayorıa de las celulas epiteliales y desmina en las fibras musculares cardiacas:

Desmosomas :D

61.2.3. Hemidesmosomas:

Los hemidesmosomas, semejantes morfologicamente a los desmosomas, difieren tanto a nivel funcional como bioquımi-co. En lugar de unir las membranas de celulas adyacentes, unen el dominio basal de las celulas y la laminabasal.

Hemidesmosomas

61.2.4. Adhesiones focales:

Las adhesiones focales son tambien uniones entre la celula y la ECM, constituido por proteınas integrinas asociadas. Eldominio extracelular de estas integrinas se fija a proteınas de la matriz mientras que el dominio citosolico interactua conproteınas adaptadoras, mediando el comportamiento de las fibras de F-actina asociadas a estas proteınas transmembranas.Las adhesiones focales se unen principalmente a la fibronectina de la ECM.

61.3. Uniones de comunicacion (Gap junctions):

Las uniones tipo gap median la comunicacion intercelular al permitir el paso de iones inorganicos y otras pequenasmoleculas hidrosolubles entre los respectivos citoplasmas, acoplando las celulas tanto electrica como metabolicamente.Este acoplamiento celular tiene importantes implicaciones funcionales.

Las uniones tipo gap estan organizadas en base a proteınas transmembrana, que forman estructuras denominadasconexones. Cuando los conexones de las membranas plasmaticas de 2 celulas estan alineados, forman un canal acuosocontinuo que conecta ambos citoplasmas. Los conexones entran en contacto de tal manera que las membranas plasmaticasimplicadas se encuentran separadas por una hendidura. Estos conexones estan compuestos por un anillo de 6 subunidadesproteicas denominadas conexinas. Las uniones tipo hendidura permiten el paso de moleculas pequenas entrecelulas adyacentes.

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Gap Junctions. Dos conexonesunidos a traves del espacio intercelular dan lugar a la formacion de un canal acuosocontinuo entre ambas celulas.

Imagen resumen de los distintos tipos de interacciones celula-celula y celula ECM

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Parte XVII

Tarea 1: ¿Por que el ADN contiene Timina en vezde Uracilo?

A. Desaminacion de la Citosina y correccion en el ADN mediante enzimas

En la mayorıa de las especies animales las pirimidinas son degradadas a amoniaco y urea. Pueden ser tambien utilizadascomo precursores de la biosıntesis de �-alanina, y por tanto de la coenzima A. La principal ruta de degradacion de lacitosina y del uracilo se muestra de la siguiente manera:

Degradacion de una base pirimidınica (Citosina) mediante un proceso catalıtico

Desaminacion de la citosina.

La citosina del DNA a diferencia del nucleotido libre, se desanima espontaneamente para formar uracilo, la desaminacionde la citosina es potencialmente mutagenica porque el uracilo se empareja con la adenina y ası una de las hebras hijascontendra la pareja AU en vez de la copia original.

Esta mutacion puede evitarse por un sistema de reparacion que reconoce al uracilo como una base extrana al DNA. Enprimer lugar, una uracilo-DNA glicosidasa hidroliza el enlace glicosıdico entre el uracilo y la desoxirribosa y se generaun hueco debido a la falta del uracilo denominado lugar AP porque es apurınico (libre de A o G) o apirimidico (libre deC o T). Posteriormente una endonucleasa AP reconoce este defecto y corta una de las hebras justo al lado de la baseque falta.Posteriormente la DNA polimerasa 1 corta el fragmento de desoxirribosa fosfato residual e inserta citosina. Por ultimola hebra reparada se cierra por accion de la DNA ligasa.

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Reparacion debido a la desaminacion de la citosina en el ADN

B. ¿Por que el ADN utiliza una base metilada (timina) y no lo hace en elARN?

El uracilo no es un componente natural del DNA. En su lugar, el DNA contiene timina, el analogo metilado del uracilo.El toque final en la formacion de timina tiene lugar a nivel del desoxirribonucleosido monofosfato:El desoxiuridilato (dUMP), se metila a desoxitimidilato (dTMP) por medio de una enzima llamada timidilatosintasa. Sin embargo, falta el compuesto clave, el denominado dador de metilos. que se explica claramente en la siguienteimagen:

Sıntesis de dTMP a partir de dUMP

La regeneracion del tetrahidrofolato (para poder formar otra timina) a partir del dihidrofolato necesita de la accion en-zimatica de la hidrofolato reductasa que utiliza NADPH como agente reductor, haciendo este proceso extremadamentecostoso.

Dihidrofolato + NADPH+H+ ! Tetrahidrofolato + NADP+

La uracilo-DNA glicosidasa no elimina la timina del DNA. Ası pues, el grupo metilo de la timina constituye unaetiqueta que la distingue de la citosina desaminada. Si esta etiqueta faltase, serıa imposible distinguir el uraciloreal del uracilo formado por desaminacion lo que evidentemente generarıa mutaciones incorregibles. Esta mutacion, seevita por un sistema reparador que localiza el uracilo y deja solo a la timina. La timina se utiliza en vez del uraciloen el DNA para asegurar la fidelidad del mensaje genetico. Por el contrario, el ARN no se repara y por esoutiliza uracilo, porque es un componente menos costoso.

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Biología+de+la+Cé (1)

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