CAPTULO 12 NATURALEZA MOLECULAR DEL GEN Y DEL GENOMA.El genoma es un conjunto de genes de una especie, el gen es una unidad informativa responsable de una caracterstica transmisible o tambin se puede definir como una secuencia de ADN con la informacin necesaria para la sntesis de una protena particular finalmente la definicin moderna es que el gen es una secuencia de ADN transcripta que genera un producto con funcin celular especfica (aunque hay regiones de los genes que no se transcriben y otros que se transcriben y que luego se eliminan, como los intrones). Los genes especifican la estructura de las protenas individuales, el ADN dirige la sntesis de protenas y estas determinan las caractersticas fsicas y qumicas. Las instrucciones genticas contenidas en el ADM se expresan en dos pasos. El primero es la transcripcin, la cual consiste en la sntesis de ARN a partir de ADN. El ARN contiene toda la informacin de la secuencia de bases del ADN de la que ha sido copiado. El segundo paso es la traduccin, momento en el cual el ARN ejecuta la instrucciones recibidas cristalizndolas en la sntesis de una protena especfica. Existen varios tipos de ARN, el ARNm (mensajero, portador de informacin gentica), ARNr (ribosmico), el ARNt (transferencia) y los ARN pequeos. Organizacin del genoma en procariontes y eucariontes. A excepcin de los virus que depositan la informacin gentica en ARN, el resto de los genomas utiliza el ADN para depositar su informacin, sin embargo debemos destacar diferencias en cuanto a la organizacin del genoma en procariontes y eucariontes. El ADN procarionte se presenta como una nica molcula circular, en el ADN eucarionte es de estructura lineal y poseen ms de una molcula de ADN en sus ncleos, donde cada molcula corresponde a un cromosoma cuyo nmero es constante para todas las clulas de la misma especie. El ADN procarionte es ADN desnudo. El ADN eucarionte es empaquetado (es empaquetado por las histonas) En el ADN procarionte, como no existe envoltura nuclear, el ADN se encuentra en contacto directo con el citosol y los proceso de transcripcin y traduccin se hacen en el mismo lugar y tiempo, el ADN tampoco es sometido a modificaciones postranscripcionales. En el ADN eucarionte, los cromosomas estn confinados en el compartimiento celular donde tiene lugar la transcripcin mientras que la traduccin se realiza en el citoplasma, por lo tanto, ambos procesos se encuentran separados espacial y temporalmente, esto permite que los transcriptos de ARN experimenten un proceso de maduracin previo a la traduccin. Los procariontes tienen genomas ms chicos que los eucariontes. En los procariontes la informacin se aprovecha al mximo, cada cromosoma contiene una sola copia de cualquier gen particular. En la clula eucariota hay un exceso de ADN.

Complejidad del genoma eucariota, se distinguen tres tipos de secuencia, altamente repetida, medianamente repetida, o no repetidas o de copia nica. Las altamente repetidas se encuentran en el orden de 10^8 copias por genoma y constituyen el 10% del ADN de los vertebrados, son secuencias cortas y se repiten en tndem, en forma consecutiva y sin interrupcin. Se hallan en la herocromatina. Dentro de estas secuencias hay diferentes categoras. ADN satlite. Secuencias cortas (5-100 pares de bases) se presentan repetidas gran nmero de veces formando grupos muy amplios, son centrmeros. ADN minisatlite Son 15 pares de bases en grupos de 1000 a 3000 repeticiones. ADN microsatlite, repeticiones de 2 a 5 pares de bases en grupos de alrededor de 100 copias dispersos por el genoma.Las medianamente repetidas. Representan entre el 20% y el 80% del ADN total. Comprenden secuencias de cientos de bases de longitud, se ubican dispersas a lo largo del genoma, y son de distintas familias, algunas codifican productos y otras carecen de funcin codificadora. Secuencias con funcin codificadora. Son los que codifican el ARNt, ribosomales y los genes de histonas, se ubican en serie. Secuencia sin funcin codificadora, corresponde a la mayor parte del ADN medianamente repetido, son secuencias dispersas de dos tipos ECIN (Elementos costos interpuestos, ALU en el ser humano) y ELIN (elementos largos interpuestos L1 en el ser humano), son 500-1000 pares de bases de largo.

Las de copia nica son las que comprenden secuencias de nucletidos que codifican protenas.

El proceso de transcripcin. Consiste en la sntesis de ARN a partir de un molde de ADN, involucra la participacin de una enzima ARN polimerasa ADN dependiente, sta sintetiza una cadena de ARN cuyo inicio, terminacin y secuencia de bases est determinado por el propio gen. El primer paso de transcripcin es la unin de la enzima ARN polimerasa a una regin del gen llamado promotor. El promotor es una secuencia especfica de bases con alta afinidad por la enzima, y proporciona a la misma su sitio de unin al ADN. El promotor tambin es una seal que indica cul cadena se ha de transcribir. La cadena que acta como plantilla es la cadena molde, negativa o no codificante, la hebra no transcripta, se denomina antimolde, positiva o codificante. La ARN polimerasa se desplaza por la cadena molde (recorriendo ro abajo 3->5) y comienza a transcribirla a partir del nucletidos que seal el promotor. La ARN polimerasa solo puede comenzar a transcribir si la doble hlice sufre un des-enrollamiento y fusin (ruptura de los puentes de hidrgeno entre las bases). La misma enzima cataliza ambos procesos (fusin y des-enrollamiento) generando hacia el extremo 3 una burbuja de transcripcin, la cual avanza ro abajo junto con la enzima. La formacin de la burbuja causa una supertorsin o superenrollamiento de la doble hlice en los sectores ubicados hacia el extremo 5 del molde, esto es corregido por una enzima llamado topoisomerasa. Cuando el molde ya ha sido desapareado en la burbuja de transcripcin y expone sus bases, stas son reconocidas por las ARN polimerasa, a medida que la enzima lee la plantilla, coloca junto a cada base el ribonucletido trifosfato portador de la base complementaria. A los desoxirribonucletidos de A, T, C y G se le aparean los ribonucletidos de U, A, G y C a travs de puentes de hidrgeno, una vez ubicados los dos primeros ribonucletidos, la enzima cataliza la formacin del puente fosfodister, inicindose la cadena de ARN. Para resumir, la ARN polimerasa realiza, reconocimiento de secuencias sealizadoras, apertura de hlice, leer el molde (de 3 a 5), reconoce y ubica los sustratos complementarios y polimeriza los sustratos (de 5 a 3) El enlace fosfodister se produce entre el hidroxilo en posicin 3 del primer nucletido y el grupo fosfato interno en 5 del segundo nucletido, se libera un grupo pirofosfato como producto y se divide en dos fosfatos por la accin de una pirofosfatasa, dicha ruptura es tan exergnica que la reaccin inversa es imposible. La direccin de sntesis de ARN es de 5 -> 3 y la energa proviene de los sustratos. Los nucletidos recin incorporados forman una hlice corta ARN-ADN, sta hlice hbrida es transitoria, pues mientras el extremo 3 se alargue, el extremo 5 se separar del molde el cual vuelve a emparejarse con su hebra de ADN complementaria. La transcripcin concluye cuando la ARN polimerasa alcanza una seal que acta como seal de terminacin. El producto obtenido, un ARN transcripto primario resulta una copia complementaria y antiparalela de una regin del gen comprendida entre el punto de inicio y la seal de terminacin. El transcripto primario repite la direccin y la secuencia de la hebra antimolde, lo que justifica que a sta ltima se le aplique el nombre de hebra positiva, es la cadena elegida para representar un gen.

La transcripcin en procariontes. Los procariontes presentan un solo tipo de ARN polimerasa que sintetiza los diversos ARN hallados en las clulas Se trata de un complejo proteico oligomrico constituido por cinco tipos de subunidades, alpha, beta, beta, omega y W, existen dos copias de la subunidad alpha y una cada una. Todas las unidades excepto la omega conforman un ncleo enzimtico, ste es capaz de efectuar la transcripcin pero lo har de forma incorrecta debido a que los transcriptos obtenidos no coinciden con los que se encuentran en las clulas, debido a que no puede reconocer los sitios correctos donde iniciar la transcripcin. Sin embargo, si omega se asocia al ncleo, se conforma una holoenzima capacitada para leer las secuencias. Omega se comporta como un factor de inicio de la transcripcin. Los promotores bacterianos, ubicados ro arriba del punto de inicio de la transcripcin, constan de dos secuencias de bases conservadas o secuencias consenso indispensable para la unin de la holoenzima y la sealizacin del punto de inicio. Las secuencias consenso son TATAAT centrada en la posicin -10 tambin conocida como caja de Pribnow, y TTGACA en posicin -35. Las bacterias tambin poseen factores omega que reconocen distintas versiones de la secuencia -35 de los promotores. Cuando se inicia la transcripcin, la holoenzima ARN polimerasa forma un complejo con la regin de lqa doble hlice donde se ubica el promotor, ste es un complejo promotor cerrado, sin embargo, inmediatamente la enzima cataliza el desenrollamiento del ADN, dando lugar al complejo promotor abierto En cuanto a las seales de terminacin, las secuencias de los procariotas tienen dos clases, independientes de la protena RHO, y dependientes de RHO. Terminacin independiente del RHO: La secuencia de terminacin en el molde de ADN consta de dos series de repeticiones del par GC, seguidas de varias A. El ARN transcripto lleva por ende dos seguidillas de CG y varias U en su extremo 3. La secuencia CG repetida en la terminacin del ARN le permite la autocomplementaridad, esto es, las cistosinas y guaninas de la misma cadena se aparean entre s mediante puentes de hidrgeno, dando origen a una estructura tallo-bucle. La secuencia de adeninas de la plantilla de ADN permanece emparejada con la repeticin de uracilos de su transcripto, sin embargo, el par adenina-uracilo, es el que presenta la conformacin ms inestable de sus puentes de hidrgeno. mbos factores contribuiran a la separacin de la ARN polimerasa, poniendo fin a la transcripcin. Cuando es independiente, se crea una estructura secundaria, al tener muchas A-T salta. Esta estructura secundaria se crea a partir de un "bunculo" unido de CG, separando las secuencias de DNA dando paso al RNA y a su liberacin

Cuando es dependiente de rho hay actividad helicasa para liberar el RNA. Es decir, la protena rho se une al factor rho, que con gasto de ATP tiene actividad helicasa, cortando y liberando el RNA. En este caso, tambin se requieren secuencias que dan lugar a la formacin de una estructura autocomplementaria tallo-bucle en el extremo 3 del ARN aunque no est presente la secuencia oligo (U). La protena RHO (p) se enlaza fuertemente a la cadena de ARN y se desliza sobre la misma hidrolizando ATP, hasta alcanzar su extremo 3, all se produce la liberacin del transcripto.

La transcripcin en eucariontes. Es llevada a cabo por tres tipos de enzimas ARN polimerasa, cada una especializada en la sntesis de diferentes tipos de ARN (ARN polimerasa I, II y III) Todas son protenas cuaternarias constituidas por distintas subunidades. La ARN polimerasa I se encuentra en el nuclolo, el producto transcripto que deja es el ARN 45 S (ARN ribosmico grande) y no tiene sensibilidad a la Alpha amanitina. La ARN polimerasa II, nucleoplasma, ARNm y ARNpn (pequeos celulares), sensible. ARN polimerasa, nucleoplasma, ARNt ARNr 5 S ARNpc, Una diferencia fundamental entre las ARN polimerasas eucariontes y la procariota es que sta ltima reconoce al promotor e interacta con l en forma directa. Las eucariotas, solo se unen al promotor por medio de protenas denominadas factores basales de transcripcin. Otra diferencia es que las eucariotas poseen factores de transcripcin especficos, los cuales relacionan a los factores basales con las regiones reguladoras de un gen, se comportan como protenas reguladoras de genes que controlan la tasa de transcripcin. Las seales para la transcripcin en eucariontes han de ser reconocidas por las distintas ARN polimerasas, difieren de las procariotas en sus secuencias de bases como en su ubicacin dentro del gen.Estructura general de los genes que transcriben en ARNm, es decir, los que son copiados por ARN polimerasa II. Los promotores para la ARN polimerasa II se ubican ro arriba del punto de inicio de la transcripcin y suelen comprender tres sitios. Uno est en posicin -25, es la caja TATA o caja de Hogness-Goldberg, secuencia consenso heptanucleotdica formada por restos timina y adenina que equivale a la caja de Pribnow de bacterias. La mayora de las cajas TATA estn flanqueadas por secuencias ricas en GC. El papel de la caja TATA en interaccin con factores de transcripcin basales es alinear a la ARN polimerasa para que la transcripcin se inicie en el sitio correcto. Otros sitios del promotor son las cajas CAAT y GC, la primera est en la posicin -80, lleva la secuencia GGCAATCT. La caja GC tiene una ubicacin variable, su secuencia consenso es GGGCCGGG.

Promotor eucariota de ARNpol II. La transcripcin se inicia con la insercin de un ribonucletido de base prica, y el ARN transcripto primario o pre ARNm es de mayor longitud que el mensajero maduro. El extremo 5 del pre ARNm ser modificado tambin antes de que termine la transcripcin. La seal de terminacin es an desconocida, la secuencia AAUAAA presente en el pre ARNm es reconocida por una endonucleasa que escinde el producto de transcripcin algunos nucletidos ro debajo de la misma, poniendo fin al transcripto primario. La secuencia mencionada es llamada seal de poliaadenilacin, servir para indicar el sitio correspondiente a la poliadenilacin, un tercer proceso de modifiacin de los transcriptos. No hay seales PA en los genes que codifican histonas, y en algunos genes hay ms de una seal.En resumen, las principales diferencias en la transcripcin en clulas procariotas y eucariotas son. Existe una sola ARN polimerasa procariota, y tres en eucariotas. La ARN procariota no requiere factores de transcripcin, las eucariotas s requieren la presencia de factores de transcripcin basales y su actividad es regulada por factores de transcripcin especficos. Las secuencias sealizadoras son diferentes.El cdigo gentico.Cdigo gentico, lleva la informacin necesaria para construir una protena, la informacin reside en la secuencia de bases y est escrita en un cdigo propio, que es el cdigo gentico. El cdigo gentico es un idioma universal y utiliza un marco de lectura (codn AUG). Est conformado por cuatro letras que designan las 4 bases que forman las cadenas de ARN (AUCG), las palabras son siempre agrupaciones de 3 letras (tripletes de bases) llamadas codones en la molcula de ARNm. Existen codones sinnimos, los cuales hablan de una degeneracin, son codones que especifican el mismo aminocido. Sin embargo, no son ambiguos. Los codones codifican en total 61 aminocidos. Hay 3 codones que no especifican ninguno, UGA, UAG y UAA, stos actan como seales de terminacin en la traduccin o sntesis de protenas, son llamados codones de terminacin. Maquina traduccional.Luego de que los ARN son transcriptos, stos sufren una serie de modificaciones cuyas caractersticas difieren segn hablemos de procariotas o eucariotas. ARNm, son molculas lineales de cadena simple donde residen las instrucciones para la elaboracin de un producto proteico. Son iguales entre eucariotas y procariotas en el sentido que cuando estn listos para la traduccin, presentan una secuencia de codones que se extiende a lo largo del mensaje gentico, dictando la secuencia lineal de aminocidos de una cadena polipeptdica en particular. sta se lee de 5->3. El principio presenta un codn iniciador (AUG) y al final, una secuencia o sector codificadora con un codn de terminacin (UGA, UAA, UAG). Adems presenta sectores extra en 5 y 3, llamados secuencia directora y seguidora. ARNm eucariota. Presentan la secuencia del mensaje interrumpida, es decir, coexisten a lo largo de la molcula sectores que codifican para la protena llamados exones, con secuencias intercaladas sin informacin denominadas intrones. Los ARNm transcriptos primarios sufren una serie de modificaciones post-transcripcin antes de salir al citoplasma como ARNm maduro, algunos cambios consisten en el agregado de molculas en 5 y 3 llamados capping y poliadenilacin. Capping: Proceso por el cual se adiciona en el extremo 5 del ARNm, una molcula de 7-metil guanosina (nucletido), a la que se conoce como cap. Se adiciona al ARNm naciente cuando sta alcanza los 30 nucletidos de longitud, se la considera co-transcripcional. El cap impide la degradacin del ARNm inmaduro por nucleasas y fosfatas, tambin participa en la remocin de intrones y en el inicio de la traduccin. Poliadenilacin. Proceso que consiste en el agregado de alrededor de unas 250 adenosinas o cola poli A, en el extremo 3 del ARNm. El ARNm presenta una secuencia de nucletidos especfica AAUAAA, llamada seal de poliadenilacin. Una nucleasa cortar al pre-ARNm a unos nucletidos despus de la seal. Una vez liberado el pre-ARNm, la enzima poliA-polimerasa le agrega las adeonisinas de una por vez. Por otra parte la ARN pol II contina transcribiendo un tramo ms del molde, para finalmente disociarse del gen. Las funciones de la cola poli A son proteger el extremo 3 de la degradacin y ayudar a los ARNm a salir del ncleo. Los ARNm de histonas carecen los cola poli A, debido a que no presentan la seal de poliadenacin. Otra modificacin afecta a la secuencia codificadora, sta sufre un acortamiento producto de la eliminacin de los intrones quedando como producto final los exones palmados en secuencia continua, esto se llama splicing o empalme. Se necesitar una batera de ribonucleoprotenas nucleares. (RNPpn, conformados por U1, U2, U3, U4, U5 Y U6) stos se combinan en los extremos de cada intrn, el complejo resultante se llamar espliceosoma, stos son los responsables de reconocer las secuencias sealizadoras de corte, escindir a los intrones y empalmar a los exones entre ellos, produciendo una molcula de ARNm maduro. La presencia del capuchn en el extremo 5 es requerido para que funcione, los ARNm maduros monocistrnicos, es decir, el sector codificador dictar la secuencia para una sola cadena polipeptdica. ARNm procariota, presentan las secuencias codificadoras continuas, pues carecen de intrones, no sufren modificaciones post transcripcionales y son policistrnicos. ARNt. Molculas adaptadoras ya que interactan por un lado con la cadena polinucletida (ARNm) y por otro con los aminocidos que formaran parte de la cadena polipeptdica as alinean a los aminocidos siguiendo el orden de los codones de ARNm. Cada ARNm es una molcula de 70-93 ribonucletidos. Presentan una disposicin espacial en forma de trbol debido a los enlaces puentes de hidrgeno, cada brazo presenta una zona de doble cadena y un asa o bucle de cadena simple sin apareamiento de bases. Interacciones posteriores doblarn el trbol formando una ele. En sta molcula se distinguen dos extremos, el extremo 3, o extremo aceptor, all se encuentra el trinucletido CCA que representa el sitio de unin donde se liga el aminocido, esta unin es catalizada por una enzima aminoacil ARN t sintetasa especfica y apropiada para cada uno de los 20 aminocidos. En el otro extremo se localiza un triplete de nucletidos conocido como anticodn cuya secuencia vara en cada tipo de ARNt. Cada anticodn es complementario de un codn del ARNm. Por lo que vimos, el ARNt debe poseer propiedades especficas como, Ser reconocido por un aminoacil ARNt sintetasa que lo una al aminocido correcto. Debe tener una regin que acte como sitio de unin para el aminocido. Debe tener una secuencia complementaria especfica para el codn del ARNm correcto. ARNr. Componentes de los ribosomas, stos y los ARNt intervienen en la traduccin de la informacin codifcada en el ARNm por lo cual los primeros son considerados fbricas de protenas. Cada ribosoma consta de dos subunidades, una mayor y otra menor. La mayor contiene una depresin en una de sus superficies, en la cual se ajusta la subunidad menor, el ARNm se inserta en el surco formado entre las superficies de contacto de las subunidades. Las subunidades ribosmicas trabajan conjuntamente para la sntesis proteica, la menor aloja al ARNm sobre el cual se acomodan los ARNt para que puedan unirse los aminocidos que stos transportan. La mayor cataliza la unin peptdica de los aminocidos gracias a los peptidil transferasa. Dentro de cada ribosoma ha dos huecos llamados sitios A (aminoacdico) y P (peptidlico) para el ingreso de los ARNt unidos a sus correspondientes aminocidos. Los ribosomas eucariotas y procariotas se diferencian en tamao, coeficiente de sedimentacin, en el tipo y nmero de molculas de ARNr y protenas que la forman. Todos los ARNr procariotas y eucariotas sufren modificaciones post-transcripcin En las eucariotas los ARNt 18S, 5, 8S y 28S son transcriptos de un mismo gen , esto se realiza en la zona fibrilar del nuclolo a partir de la ARN pol I. Las secuencias resultantes junto con ARNr 5S se ensamblan a protenas para conformar subunidades ribosmicas. stas se ubican en la periferia del nucletido conformando la zona granular del mismo, finalmente son exportadas al citoplasma a travs del complejo del poro, con respecto al ARNr 5S, una vez sintetizado se incorpora al resto de los componentes para conformar la subunidad mayor del ribosoma. Los ARN pequeos, estos forman complejos con protenas especficas dando lugar a la formacin de partculas ribonucleoproteicas (RNP). Las RNP, cuando se localizan en el ncleo se llaman RNPpn, stos participan en el procesamiento de los ARNm, forman un complejo multienzimtico llamado espliceosoma encargado de realizar cortes y empalmes de los ARNm transcritos primarios (splicing). Los RNPpc (partculas ribonucleoproteica), componen la partcula de reconocimiento de la seal o SRP.El proceso de la traduccin o sntesis proteica. Consiste en la traduccin de la informacin codificada en la secuencia de nucletidos del ARNm en la secuencia correspondiente de aminocidos en una cadena polipeptdica. Se lleva a cabo en los ribosomas. Se realiza en dos etapas. Activacin de los aminocidos. Cada ARNt se engancha a su aminocido especfico antes de la traduccin. Esta reaccin de aminoacilacin es catalizada por aminoacil ARNt sintetasas (existen 20 tipos de stas, una para cada aminocido). En el proceso de aminoacilacin ocurren dos etapas. En la primera, se utiliza la energa de la hidrlisis del ATP para unir cada aminocido a un AMP, con un enlace de alta energa, esta reaccin da origen a un complejo intermedio denominado aminoacil-AMP. Sin abandonar la enzima, se transfiere el aminocido del complejo aminoacil-AMP al ARNt especfico con lo cual se origina la molcula final. Aminoacil-ARNt. La aminoacil-ARNt sintetasa presenta dos sitios activos, uno para la unin del ARNt y otro para su aminocido especfico. Se produce una interaccin entre la enzima, el ARNt y el aminocido, una vez acoplado el aminocido a su ARNt, el complejo aminoacil ARNt se une a su secuencia de nucletidos complementarios (codn) en el ARNm. De sta manera es el ARNt que lleva unido, lo que determina el lugar en el que ser aadido el aminocido durante la sntesis proteica. En resumen, la aminoacilacin tiene dos funciones, proporcionar el primer paso en la traduccin del mensaje gentico a una secuencia de aminocidos y activar al aminocido antes de incorporarlo a la protena, el enlace entre el ARNt y el aminocido libera la energa necesaria para propulsar la formacin del enlace peptdico durante la traduccin. Traduccin, se divide en tres etapas. En todas se requiere la presencia de un complejo sistema de protenas citoplasmticas conocidas como factores de iniciacin, elongacin y terminacin, stos son diferentes en procariotas y eucariotas. Iniciacin de la traduccin, se renen todos los componentes que constituyen el complejo de iniciacin, es decir, una molcula de ARNm, una subunidad mayor, una subunidad menor, el ARNt iniciador (cargado con metionina en eucariotas y con N-formilmetionina en procariotas) y factores proteicos de iniciacin. 1) El aminoacil ARNt iniciador se une a la subunidad menor por accin del IF con gasto de GTP. 2) El ARNm se acopla a la subunidad menor con la participacin de factores IF 4 e IF3. 3) La subunidad menor se desliza sobre el ARNm hasta localizar al codn de iniciacin AUG. 4) Una vez localizado y acoplado el anticodn al codn AUG del mensaje se establece la pauta de lectura correcta para el resto de los codones que contenga la regin codificadora del ARNm 5) Finalmente se liberan los factores de iniciacin y con la ayuda del factor IF5 se acopla la subunidad mayor quedando el aminoacil ARNt iniciador en el sitio P del ribosoma. En eucariotas se origina una cadena, por lo que son monocistrnicos, en procariotas son policistrnicos y se originan varias cadenas polipeptdicas. Las diferencias en la iniciacin de la traduccin entre eucariotas y procariotas. Modelo de seleccin y modelo de emparejamiento ARNt transporta metionina y el ARNt transporta metionina formilada. Se requiere la presencia de Cap en 5 y no existe cap. La secuencia aparece una vez y aparece varias veces. Los factores de iniciacin eIF en eucariotas e IF en procariotas.

Elongacin, se resume en tres etapas. Una molcula de aminoacil ARNt ingresa al sitio (A) vacante del ribosoma acoplndose al segundo codn del ARNm, requiere la intervencin del factor de elongacin EF1 y GTP. El aminocido iniciador se desacopla del ARNt del sitio P, liberando energa que se utiliza en la formacin de un enlace polipeptdico entre dos aminocidos, sta reaccin es catalizada por un peptidil transferasa integrante de la subunidad mayor. Como consecuencia de la reaccin, el ARNt iniciador del sitio P queda sin aminocido y el dipptido resultante queda enganchado al ARNT del sitio A. El nuevo peptidil ARNt del lugar A es translocado al lugar p cuando el ribosoma se desplaza tres nucletidos a lo largo de la molcula de ARNm. Requiere energa y la presencia del factor EF2 (EFG en procariotas). Por la translocacin se libera un ribosoma. Resumiendo, el ciclo de elongacin se caracteriza por la unin del aminoacil-ARNt (reconocido por el codn), la formacin del enlace peptdico y por la translocacin del ribosoma. Terminacin de la sntesis proteica. La finalizacin de la sntesis proteica ocurre ante la llegada al sitio A del ribosoma, uno de los tres codones stop o de terminacin (UGA, UAG, UAA). stos son reconocidos por el factor de terminacin (eRF1 /RF1/RF2 en procariotas) Disociacin de las unidades ribosmicas, ARNm y la cadena polipeptdica. Costo energtico de la sntesis proteica. Se invierten tres enlaces de alta energa, uno en la activacin del aminocido, otro en la unin del aminoacil-ARNt a la subunidad menor del ribosoma y el tercero en la translocacin del ribosoma.

Polirribosomas, al grupo de ribosomas que traducen simultneamente el mismo mensaje se los denomina polirribosomas, operan independientemente sintetizando una cadena polipeptdica. En eucariotas la envoltura nuclear y la maduracin de los ARNm impide su traduccin inmediata, el ARNm es ledo y luego traducido, por lo tanto es post-transcripcional. En procariotas es simultnea la transcripcin y traduccin.

La fidelidad de la traduccin, la precisin depende de dos mecanismos. La unin del aminocido a su ARNt correspondiente o aminoacilacin, los aminoacil-ARNt sintetasa minimiza los errores. El apareamiento de bases codn-anticodn

Factores proteicos. En iniciacin IF (Procariotas) y eIF1, no tienen funcin establecida. IF2 (P) y eIF2, enlazan el aminoacil-ARNt iniciador a la subunidad menor. IF3 (p) y eIF3, evitan la reasociacin de las subunidades ribosmicas. EIF3 (euc), colabora en el acoplamiento del ARNm a la subunidad menor. EIF4 (euc), grupo de factores responsables de enlazarse a la CAP. EIF5 (euc), libera el EIF2-EIF3 del ribosoma y permite el acople de la subunidad mayor. EIF6 (euc), interviene en la disociacin de las subunidades ribosmicas. Elongacin EF-Tu (p) y EF1 (e), trae los aminoacil-ARNt al sitio A del ribosoma EF G y EF2, participan en la translocacin del ribosoma. Terminacin. RF1 (UAA o UAG)/ RF2 (UAA o UAG) y eRF (para los codones stop), reconocimiento de los codones stop.Regulacin de la expresin gentica, sigue en documento unidad 12.

CAPTULO 13 CICLO CELULAR2. En clulas con Dao en el ADN

Las clulas utilizan mecanismos de vigilancia que controlan eventos claves del ciclo celular y permiten la transicin solo si estos han sido completados. Se han desarrollado vas que posibilitan la integridad del genoma y frenar la progresin si se detecta algn dao. Estos mecanismos de vigilancia se conocen colectivamente con el nombre de puntos de control. Estos son vas inhibitorias. El dao del ADN o la inhibicin de su replicacin genera una seal de alarma llamada Respuesta SOS. En la misma, es inducido un grupo de genes que participan en la reparacin del ADN o bien bloquean la divisin celular. Esta respuesta es equivalente a la activacin de un punto de control. Detectado el dao se genera una seal que arresta las clulas en la fase G1, demorando la fase S y/o bloqueando la finalizacin de la G2.La protena p53 (producto de la expresin del gen supresor de tumores) es uno de los mediadores crticos de la respuesta celular. Es una respuesta al dao del ADN se observa una acumulacin de p5. Esta protena se una a secuencia especfica del ADN actuando como activador de la transcripcin de determinados genes. El aumento de p53 resulta en gran parte por mecanismos post-traduccionales que vuelven estable a la protena, la cual en condiciones normales es rpidamente degradada. Es decir que se aumenta el nivel de la protena alterando su vida media por modificaciones post-traduccionales. El aumento de p53 es transitorio y se correlaciona con la presencia del dao en el ADN. Una de las modificaciones post-traduccionales que alteran la funcin del p53 participa en un crtico punto de control en respuesta de agentes de que daan el ADN. Clulas expuestas a agentes genotxicas entran en arresto dependiente de p53 en la fase G1. Esta pausa otorga a la clula la posibilidad de reparar su ADN antes de la replicacin y divisin celular. En ausencia de p53, las clulas no frenaran en la progresin del ciclo celular. De esta manera, el dao y las mutaciones serian transmitidas a las clulas hijas. La induccin de p53 inhibira la progresin del ciclo celular por activacin de un gen que codifica para un pequeo inhibidor de quinasa (p21) el cual actuaran bsicamente por dos mecanismos distintos:a) Esta protena interfiere en la progresin del ciclo celular e impide la entrada en S bloqueando la actividad de la quinasa dependiente de ciclina cdk2. Como consecuencia se acumulan las clulas en fase G1 tarda. El propsito de este punto de control de G1 es la regulacin de la entrada en S e impedir que las clulas repliquen ADN mutado de eucariontes.b) La p21 interacciona tambin con protenas esenciales para la replicacin del ADN tales como el componente PCNA de la ADN pol

La exposicin de clulas a dosis relativamente bajas de radiacin causa una demora en la divisin celular debido al arresto de la progresin de G2 a M. La hiptesis que en las clulas irradiadas la produccin y/o activacin de FPM seria demorada, ocasionando el bloqueo en la progresin a la fase M. La demora en G2 podra ser ocasionada tanto por reduccin en los niveles de la ciclina como por una demora en la activacin de FPM. Sera una forma en que el dao del ADN ocasiona arresto de clulas irradiadas en G2, siendo FPM el efector de dicho arresto.

3. Prdida de control del ciclo celular: Cncer

Es una enfermedad producida por alteraciones genticas vinculadas con el control celular, resultando en la formacin de tumores invasivos. El cncer es producto de la acumulacin de alteraciones genticas en una clula. Las clulas normales pueden convertirse en cancerosas a travs de la accin de diversas sustancias qumicas, radiaciones ionizantes y algunos virus. Estas clulas cancerosas muestran anomalas cromosmicas numricas y estructurales, capacidad de dividirse indefinidamente y desorganizacin del citoesqueleto. Los genes implicados en la cariocinognesis se dividen en dos grupos: a) genes supresores de tumores y b) Oncogenes. Los a) actan normalmente poniendo frenos a la proliferacin celular y pierden su capacidad protectora cuando se alteran ambas copias del gen, lo cual indica que actan de una manera recesiva. Por el contrario, los b) codifican protenas que causan la prdida del control del crecimiento celular y es suficiente la alteracin de solo una copia para que se exprese un fenotipo alterado, actan de manera dominante. Estos representan versiones alteradas de los llamados protooncogenes, los cuales codifican protenas vinculadas al normal control del ciclo celular. Un gen supresor de tumores que aparece con mayor frecuencia vinculado con el cncer humano es el de la protena p53 cuya importancia es en el control del ciclo celular. Otros genes son PAC, vinculado al cncer de colon, y BRCA 1 y 2, vinculados con el desarrollo del cncer de mama. Los oncogenes no han sido vinculados con formas hereditarias de cncer. Algunos codifican para factores de crecimiento o sus receptores. Otros codifican para protenquinasas citoplasmticas. O para protenas que actan como factores de transcripcin.

Funciones de p53: protena multifuncional que puede transmitir seales de muchos insultos genotxicos a genes y factores que controlan aspectos del ciclo celular y la muerte celular. Presenta 3 dominios funcionales. Dominio-N-terminal, que presenta la regin responsable de la activacin de la transcripcin. Dominio central, que comprende la regin que reconoce especficamente ciertas secuencias de ADN. Dominio-C-terminal, que posee la capacidad de regular la unin secuencia-especifica al ADN.El p53 induce vas que conducen, o bien son parte de procesos de reparacin del ADN. Posee una actividad de exonucleasa 3 5. Ha sido implicada como una protena importante en el desarrollo embrionario, y en la respuesta de clulas embrionarias a diferente estrs ambientales.

MECANISMO DE REPLICACIN DEL ADN

Las funciones de portacin de informacin y auto duplicacin son efectuadas por el ADN, quedando en funcin la catlisis reservada casi exclusivamente a las molculas proteicas (enzimas) siendo el ARN un intermediario en el flujo de la informacin desde su almacenamiento (ADN) hasta el producto de su expresin.

Termodinmica de la replicacin

La polimerizacin de nucletidos de ADN es un proceso endergnico. La formacin de cada enlace fosfodister del polmero a partir de la hidrlisis del grupo fosfato de un desoxirribonucletido trifosfato (dNTP) es levemente desfavorable desde el punto de vista termodinmico. La principal responsable es la reaccin de hidrlisis del pirofosfato (PPi) a dos molculas de fosfato inorgnico por la pirofosfatasa. Adems existe una importante contribucin por parte de la energa liberada por las interacciones dbiles (pte de H) generadas entre las bases del nucletido entrante con la base complementaria (de la cadena molde) y con la base adyacente (de la misma cadena)

Coordinacin del ciclo celular

Ciertos factores difusibles no identificados estaran mediando el inicio de la replicacin y que otros factores no difusibles impiden el inicio prematuro de un nuevo ciclo de replicacin. Por cada ciclo celular debe existir uno y solo un evento replicativo y, una vez ocurrido el mismo, el ciclo celular deber inevitablemente continuar hasta la divisin de la clula.

Propiedades universales de la replicacin

1* La replicacin del ADN es semiconservativa

Se propona 3 posibles mecanismos de replicacin. Conservativo: En el cual la replicacin produca una molcula hija de ADN completamente nueva y otra que conservaba las dos clulas originales. Semiconservativo. En el cual se producan dos molculas hijas formadas por una cadena original y otra nueva. Disperso. Segn el cual ambas cadenas de las dos molculas producidas estaban compuestas por fragmentos nuevos y fragmentos originales.

2* La replicacin tiene un sitio de origen y ocurre en forma bidireccional

Tanto en bacterias como en eucariontes se pudo determinarse que la replicacin posee sitio especficos (cortas secuencias de nucletidos) a partir de los cuales se generan, a ambos lados, las llamadas horquillas de replicacin (por su forma de Y) determinando un proceso bidireccional. Estas horquillas se representas los sitios en donde la doble hlice parental rompe sus pts de H permitiendo la entrada del aparato enzimtico que iniciara la polimerizacin de las cadenas hijas utilizando como molde las cadenas parentales.

3* La sntesis del ADN se produce siempre en sentido 5 3 determinando que una de las cadenas se sintetice en forma discontinua

Las ADN pol son de sentido nico, 5 3, solo una de las hebras hijas ser sintetizada en forma continua (cadena adelantada), utilizando como molde la hebra parental 3 5. La otra hebra hija (cadena retrasada) debe necesariamente ser sintetizada en forma de pequeos trozos (Okazaki). La hebra adelantada que crece en el mismo sentido que la horquilla, y una hebra retrasada cuyos fragmentos crecen en sentido contrario al desplazamiento de dicha horquilla.

Etapas del proceso de duplicacin del ADN y enzimas intervinientes

La replicacin del ADN requiere de enzimas ADN pol. La ADN pol II cumple una funcin muy especializada en algunos de los mecanismos de reparacin del ADN. La ADN pol III es la principal enzima de replicacin del ADN en bacterias. Es estructuralmente ms compleja que la pol I, la cual cumple con varias funciones durante la replicacin, la recombinacin y la reparacin del ADN (actividad exonucleasa 5 3). El proceso de replicacin del ADN en bacterias requiere, adems numerosas enzimas, que reconozcan el sitio de origen y el comienzo de la apertura de la horquilla de replicacin est a cargo de la llamada protena iniciadora, la apertura de las cadenas parentales, utilizando la energa de la ATP, est a cargo de las Helicasas, el sper enrollamiento causado por la accin de la helicasa por delante de las dos horquillas de replicacin es aliviado mediante la accin de la Girasa (ADN topoisomerasa II). Las hebras simples del ADN se mantienen en ese estado por accin de las llamadas SSBP o protenas desestabilizadoras. Los fragmentos necesarios se llaman Primers, son sintetizados por la accin de la enzima primasa (ARN pol); la eliminacin de los primers y su reemplazo por ADN es catalizado por la ADN pol I; la formacin de los enlaces fosfodister que sellan estos fragmentos de ADN es catalizada por la ADN ligasa.

Similitudes y diferencias en la sntesis de ADN entre procariontes y eucariontes

La replicacin del ADN requiere de primers que, en eucariontes, no puede sintetizarse a partir del ltimo nucletido. Esto conducira a un acortamiento progresivo de los extremos cromosmicos (telmeros). El problema es solucionarlos mediante la enzima telomerasa, la cual incorpora secuencias telomricas a los extremos cromosmicos. La telomerasa es una riboncleoprotena. En primer lugar prolonga la cadena de ADN parental 5 3 utilizando como molde su propio ARN interno actuando, por lo tanto, como una transcriptasa inversa. La prolongacin sintetizada tiene la propiedad de plegarse sobre si misma mediante la formacin de dobles enlaces internos no convencionales, proveyendo as de un extremo 3 a partir del cual se sintetizara una cadena de ADN usando como molde el telmero de la cadena parental. Los telmeros de las clulas somticas son ms cortos cuanto ms viejo es el individuo. Una relacin entre envejecimiento y acortamiento de los telmeros. Es interesante agregar que en las lneas de clulas tumorales se conserva la actividad telomerasa, lo cual podra explicar la ausencia de envejecimiento de las clulas tumorales.YLa velocidad del moviendo de la horquilla de replicacin en eucariontes es 10 veces ms lenta que en las bacterias. Esta, se ve compensada por la presencia de mltiples sitios de origen en cada cromosoma. Al igual que en bacterias existen 3 diferentes ADN polimerasas.

Reparacin del ADN

Una caracterstica compartida por todas las ADN pol es su actividad exonucleasa 3 5. Esta caracterstica, permite a estas enzimas, de comprobar que el nucletido recin adicionado es incorrecto y que existe un deficiente apareamiento de bases, eliminar el nucletido incorrecto y reemplazarlo por el correcto antes de seguir la polimerizacin en sentido 5 3. Existen muchos mecanismos diferentes con un mismo objetivo: mantener la integridad estructural del ADN. Cuando est en juego la integridad del genoma, la clula no se fija en gastos y, algunos de sus procesos de reparacin son enormemente costosos y cientos de nucletidos pueden ser reemplazados con el fin de asegurar la reparacin de un solo nucletido alterado. La propia estructura del ADN es la que hace posible la eficiencia de algunos de los mecanismos de reparacin: la existencia de dos cadenas complementarias hace posible la eliminacin de un fragmento incorrecto y siguiendo las instrucciones de la hebra complementaria no daada que acta como molde.

Reparacin de apareamientos incorrectos

Consiste en que el sistema sea capaz de distinguir cual es la cadena molde y cual la cadena recin sintetizada. Esta capacidad de distinguir se basa en la existencia de enzimas (Dam metilasa) que se agrega grupos metilos en todas las adeninas que formen parte de la secuencia 5GATC. La cadena molde esta metilada. Algunos de los componentes de este sistema de reparacin se encargan de diferenciar la cadena metilada detectando un apareamiento incorrecto se elimine la base de la cadena nueva. Si dentro de esta distancia es encontrada una base mal apareada sobre la cadena no metilada, un complejo proteico realiza un corte en esa cadena. Este corte requiere la accin combinada de ADN Helicasa, protenas desestabilizadoras, una exonucleasa que degrada ADN monocatenario, ADN pol III y ADN ligasa.

Reparacin por corte de base

Determinan cambios qumicos en las bases del ADN. Estas bases incorrectas son reconocidas por un conjunto de enzimas que las eliminan por rotura de enlaces glucsido entre la base y la desoxirribosa generando un sitio apurnico o apirimidnico (sitio AP). Una vez formado este sitio por algunas glucosilasas especificas, debe intervenir una AP endonucleasa, la cual identifica el sitio AP y corta la cadena de ADN que lo contiene. El fragmento que porta el sitio AP es reemplazado por la ADN pol I y el corte remanente es eliminado por la ADN ligasa.

Reparacin por corte de nucletidos

Este proceso implica la accin de una enzima especializada (ABC excinucleasa) que reconoce la alteracin, se une a la molcula de ADN en esa regin y corta un fragmento completo de la cadena alterada, en cualquier sentido. El hueco es completado por la ADN pol I y sellado por la ADN ligasa.

Reparacin directa

Las alteraciones ms frecuentes son los dimros de pirimidina. Cuando sobre la molcula de ADN incide radiacin UV, suelen generarse enlaces covalentes entre las bases pirimidnicas adyacentes a la misma cadena. Estos dimros conducen a errores durante el proceso de replicacin. El proceso fotorreactivacin es el mecanismo de reparacin directa que elimina estos dimros de pirimidina a travs de la accin de enzimas especializadas que absorben la luz. Para poder utilizar la energa lumnica estas enzimas requieren de la asociacin a cofactores FADH2.

Reparacin con tendencia al error

Este sistema se denomina Sistema SOS. Requiere de la ADN pol III y de la ADN pol II dado que se induce como parte de la respuesta SOS. Enzimas como la ADN helicasa y ligasa son necesarias, como as tambin, muchas otras protenas inducidas por la respuesta SOS.

Divisin celular

En procariontes: se reproducen asexualmente por fisin binaria transversal. Al duplicarse el ADN, las dos copias del cromosoma se encuentran unidad a regiones especializadas de la membrana celular (mesosoma), las cuales se separan gradualmente por el crecimiento e invaginacin de la membrana plasmtica entre ellas. Si bien en las clulas procariontes, no ocurre la reproduccin sexual, los individuos pueden intercambiar material gentico por los mecanismos de transformacin, traduccin y conjugacin.En eucariontes: la divisin celular mittica consta de dos subetapas: la cariocinesis y la citocinesis. La primera abarca la divisin del material nuclear para la formacin de los ncleos hijos y la segunda es la separacin del citoplasma para dar origen a las clulas hijas.Etapas de la mitosis: Profase: comienza cuando culmina G2. la cromatina se condensa gradualmente hasta formar los cromosomas bien definidos. Los cromosomas estn constituidos por dos cromtides, contiene centrmero. En los centrmeros se desarrollan la cinetocoro, uno por cada cromtide. Estas son complejas asociaciones proteicas trilaminares en forma de plato. Durante la interfase el centrosoma es el centro de crecimiento de los microtubulos del citoesqueleto. Durante la profase el centrosoma se divide y cada centrosoma hijo comienza a migrar hacia uno de los polos de la clula; a medida que se apartan se organizan entre ellos los microtubulos que formaran el huso acromtico cuando se desorganice la membrana nuclear. El nucleolo desaparece debido a la condensacin de su cromatina constituyente. Los microtubulos citoplasmticos se despolimerizan. Esto produce que la clula se torne ms esfrica y empiece a formar el huso mittico. Prometafase: se inicia con la desorganizacin de la membrana nuclear en fragmentos. En primer lugar, la fosforilacin de cada una de las cadenas polipeptdicas de la lmina nuclear provoca su desensamble y ruptura. Los dos centrmeros hijos constituyen los dos polos del huso. Cada cromosoma posee dos cromtides hermanas, posee dos centrmeros y dos cinetocoros. Estas estructuras atraen y se unen a algunos microtubulos del huso; los denominados microtubulos cinetocoricos. Son fundamentales para la posterior segregacin correcta de una cromtide de cada cromosoma a cada ncleo hijo. Metafase: los cromosomas alcanzaron su mximo estado de condensacin. Los microtubulos cinetocoricos traccionan a los cromosomas hasta alinearlos en el plano ecuatorial. Los cromosomas se encuentran en tensin debido a los cinetocoros apareados y a los microtubulos asociados. Anafase: los cinetocoros apareados de cada cromosoma se aparean, las dos cromtidas de cada cromosoma duplicado tambin se aparean. Cada cromtide que migra constituye ahora un cromosoma. Durante la fase los microtubulos cinetocoricos se acortan a medida que las cromtides se acercan a los polos (anafase A) y los microtubulos polares aumentan su longitud alejando los polos del huso Telofase: ocurren los procesos inversos a la profase. Se reorganiza la membrana nuclear en torno a cada grupo de cromosomas hijos. La vescula de la membrana nuclear se asocian con la superficie de los cromosomas individuales y luego se fusionan entre s, constituyendo de esta forma las nuevas membranas nucleares. Las laminas desfosforiladas se reasocian formando de nuevo la lmina nuclear. Los cromosomas se comienzan a descondensar hasta adoptar el estado laxo propio de la interfase y reaparece el nucleolo al recomenzar la sntesis de ARN. Obtenindose una clula con dos ncleos con idntica informacin gentica. El material nuclear ya se ha dividido, ahora debe dividirse el citoplasma para formar las clulas hijas.

Citocinesis

Es la particin y separacin del citoplasma entre las dos clulas hijas para completar la mitosis. Ocurre el estrangulamiento del citoplasma, debido a la accin de un anillo contrctil en el plano medio de la clula que se va a dividir. Este anillo est formado por filamentos de actina y miosina. El mecanismo de constriccin aparentemente estara mediado por el deslizamiento de filamentos de actina y miosina. El anillo se ensambla en la anafase temprana y se elimina por completo al culminar la segmentacin.

Funciones de la mitosis

En eucariontes unicelulares, constituye un mecanismo de reproduccin asexual. Por mitosis las plantas pueden producir rizomas o estolones. Los organismos pluricelulares crecen al dividirse sus clulas. Este mecanismo de divisin celular tambin es indispensable para la cicatrizacin de los tejidos daados.

Meiosis y reproduccin sexual

La meiosis contrarresta los efectos aditivos de la fecundacin

La reproduccin sexual es la unin de dos clulas sexuales o gametas. Cada gameta aporta 23 cromosomas, un complemento llamado haploide o n. Dos juegos son diploide o 2n, donde los cromosomas concurren de a pares denominados pares de homlogos. Cada par son idnticos en forma y tamao, y llevan los mismos genes, aunque no necesariamente las mismas alternativas (alelos) para cada uno de ellos. Ocurre por nica vez en clulas especializadas o germinales (2n) para dar cuatro clulas hijas haploides con nuevas combinaciones genticas. Consiste en dos divisiones nucleares sucesivas, conocidas como Meiosis I y Meiosis II. La I es reduccional ya que separa los miembros de cada par de homlogos entre si, la II es ecuacional ya que separa las cromtides hermanas de cada cromosoma.

Hay diferencias respecto de la etapa del ciclo de vida durante la cual ocurre la meiosis

Meiosis gamtica o terminal: est relacionada con la formacin de gametas (n) dando como resultado una cigota 2n que se desarrolla en un adulto 2n. lo llevan los animales multicelulares. Meiosis cigtica o inicial: ocurre despus de la fecundacin, el individuo es haploide, se da en algas y hongos. Meiosis esprica o intermedia: con la unin de gametas (n) genera una cigota 2n que por mitosis desarrolla al esporofito 2n. este sufre meiosis y da esporas (n). se da en plantas superiores.

Etapa de la meiosis

Durante la interfase previa a la divisin, el ADN se duplica en la etapa S, de modo que al comienzo de la meiosis I cada cromosoma consiste en dos cromtidas idnticas unidad entre si a nivel del centrmero. Profase I: consta de 5 etapas en si. Comienza a hacer visibles gradualmente los cromosomas y la envoltura nuclear comienza a disgregarse. Los cromosomas homlogos se aparean especficamente por un proceso llamado sinapsis originando bivalentes o ttradas. Es la que estabiliza el apareamiento para facilitar la recombinacin gnica. Este complejo es una estructura compuesta por 3 barras paralelas y muchas fibras transversales. En este momento tiene lugar el entrecruzamiento o crossing-over, un mecanismo de recombinacin homologa entre ambos cromosomas. Cada fenmeno de entrecruzamiento esta mediado por un gran ndulo de recombinacin que incluye protenas. Estos ndulos marcaran la localizacin de una maquinaria multienzimatica de recombinacin, que permite el cambio de regiones del ADN de las cromtides materna y paterna. Los cromosomas apareados y recombinados empiezan a separarse, pero se mantienen unidos por pts especficos llamadas quiasmas. Los bivalentes se unen a la fibra del huso y comienzan a desplazarse hacia la plaza ecuatorial, desaparecen los nucleolos y se produce la ruptura de la membrana nuclear. Metafase I: los pares homlogos se alinean sobre el plano ecuatorial de la clula Anafase I: comprende la separacin de los cromosomas homlogos y su migracin hacia los polos de la clula Telofase I: es la etapa de reconstruccin nuclear que se inicia una vez que los cromosomas llegan a los polos. Cada ncleo hijo contiene la mitad de la cantidad de cromosomas del ncleo original. Adems pueden contener distinta informacin gentica debido al crossing-over. Luego existe un corto periodo de interfase llamado intercinesis en la cual no hay duplicacin del ADN.

Profase II: los cromosomas vuelven a condensarse, se disgrega la membrana nuclear, desaparece el nucletido y empiezan a aparecer nuevas fibras del huso Metafase II: los cromosomas se ubican en el plano ecuatorial. Anafase II: las cromtides hermanas se separan y migran hacia los polos. Telofase II: se forma la envoltura nuclear en torno a cada juego de cromosomas, simultneamente ocurre la citocinesis, dando como resultado 4 clulas haploides.

Gametognesis

En la meiosis terminal el proceso de formacin de las gametas recibe este nombre. Ovognesis: ocurre en los ovarios. Las clulas primordiales son las ovogonias (2n), que duplican su ADN y se diferencian originando ovocitos primarios (2n). Este comienza la meiosis I quedando detenida en la profase I en el octavo mes. Los ovocitos sintetizan la cubierta y grnulos corticales, acumulan ribosomas, vitelo, glucgeno, lpidos y el ARNm. Recin se completara la meiosis I a partir de la pubertad bajo la influencia hormonal. En forma cclica algunos ovocitos I se van a transformar en ovocitos II y los primero corpsculos polares. El ovocito II se lleva prcticamente todo el citoplasma y el potencial de desarrollo. En la ovulacin, el ovocito II es liberado del ovario, y si es fecundado lo estimula para concluir la meiosis. Espermatognesis: ocurre en los testculos. Las clulas primordiales son los espermatogonias (2n). Durante la pubertad y bajo la influencia hormonal, estas duplican su ADN y se diferencias en espermatocitos I. estos por meiosis I dan clulas haploides o espermatocitos II, las que producen a su vez, como resultado de la meiosis II, las espermtidas (n), que se transforman en espermatozoides.

Consecuencias de la reproduccin sexual: Variabilidad gnica

Consecuencia de la distribucin al azar entre las clulas hijas de los distintos cromosomas homlogos de los padres durante la Anafase I.La otra consecuencia se debe al crossing-over, que ocurre durante la profase I. la recombinacin permite entremezclar los alelos maternos y paternos.

La meiosis y las alteraciones cromosmicas estructurales

Inversiones: el cromosoma se rompe en dos sitios y el segmento situado entre los puntos de ruptura se vuelve a fijar dentro del cromosoma en orden inverso.Traslocaciones: un fragmento de un cromosoma se fija a otro cromosoma.Supresiones: es la perdida de una regin del cromosoma. Provoca grandes consecuenciasDuplicaciones: se repite un fragmento del cromosoma. Provoca graves efectos.

UNIDAD 14 EVOLUCINDe qu hablamos cuando hablamos de evolucin?La evolucin no nos es un fenmeno familiar, sin embargo de una u otra forma, todos hemos odo hablar de ella. A qu nos referimos cuando hablamos de evolucin?Para acercarnos a este concepto, pensaremos antes que significado tiene para la biologaque no haya evolucin.Supongamos las caractersticaspromediode los organismos de cierta especie. Digopromedioya que hay importantes diferencias en esas caractersticasentrelos organismos de esa especie. Si estamos estudiando cierta especie de pongmosle lagarto, que tienen un peso de 4 Kgen promedio, una talla de 75 cmen promedio, etc., podemos suponer que varias generaciones hacia atrs, o que varias hacia el futuro debern tener un peso de 4 Kgen promedio, una talla de 75 cmen promedio,si se trata de la misma especie de lagarto,y si no hubo evolucin en la poblacin.La evolucin supone que si se observan con atencin algunas de esas caractersticas de la especie a travs del tiempo, sea la talla, el peso etc., vamos a encontrarcambios en esas caractersticas.Cmo si dijramos que hace 100 aos esa especie de lagarto tena una talla de 75 cmen promedioy en la actualidad tiene 62 cmen promedio.Diramos que el ambiente en dnde viven estos lagartos favorecieron a los fenotipos ms pequeos que as tuvieron ms posibilidades de sobrevivir y en consecuencia de dejar descendencia. Y con el tiempo, los fenotipos de mayor talla fueron desapareciendo, quedando slo representados los de menor talla llegando a un nuevo valor de promedio. En este caso diramos que hubo evolucin en la poblacin de lagartos.Esto que acabamos de decir son someramente las ideas de Darwin a las que volveremos ms adelante. Pero mucha agua debi pasar bajo el puente de la historia de la ciencia para que llegramos a Darwin.Hagamos un poco de historiaLinneoen el siglo XVIII, pensaba que todos los organismos que poda ver eran bsicamente semejantes a como Dios los haba hecho durante la creacin. Digamos que las caractersticas de un pino o de una margarita, respondan al diseo general que Dios haba dejado establecido durante la creacin.Por esto estas ideas forman la teora creacionista, y habla de especies fijas en el tiempo (fijeza de las especies). Para Linneo ningn cambio era posible. Todos los organismos de una poblacin eran bsicamente equivalentes a sus padres, abuelos, etc., remontndoos hacia atrs hasta llegar a los primeros arquetipos que eran los que Dios hizo aquel da.Lamarckya a principios del siglo XIX, sugiere una idea muy novedosa para la poca. Observando los fsiles de invertebrados y relacionando las caractersticas de stos con el momento en que haban estado vivos, repara en que los fsiles ms antiguos eran ms simples que los fsiles ms modernos. Los ms antiguos se encontraban ms abajo en la corteza terrestre y los ms modernos se encontraban en los estratos ms superficiales de la corteza.Y si hubiera una suerte de relacin o parentesco entre todos estos fsiles? Digamos, si los fsiles ms complejos fueran descendientes de aquellas formas ms simples que los precedieron? A esta teora, que es la teora de Lamarck, se la conoce como teora de laprogresin orgnica.Y justamente dice que las formas vivientes ms complejas derivan de otros organismos ms simples que los precedieron. Las caractersticas que adquiere un organismo a lo largo de su vida (o la modificacin de cierta caracterstica que viene a ser lo mismo) se transmite a la descendencia. Por esto en Lamarck se habla deherencia de las caractersticas adquiridas.Para Lamarck, las caractersticas de los seres vivos como los rganos se modifican segn el uso o desuso que les da el organismo. El uso hace que se vayan modificando y especializando en la funcin que cumplen. Y simultneamente el desuso puede provocar directamente que el rgano se atrofie.Por otro lado los organismos estaban sujetos a otra fuerza que favoreca estos cambios. Esta fuerza natural que acta sobre los organismos Lamarck la llamaprincipio creador universal yviene a ser algo a as como la tendencia natural de los organismos a adquirir cada vez una mayor complejidad. Con el principio creador universal y la herencia de las caractersticas adquiridas Lamarck intenta justificar su teora de la progresin orgnica.Cuvier, contemporneo de Lamarck, se especializa en el estudio de vertebrados fsiles y en la anatoma comparada. El observa que hay un ajuste muy preciso entre la forma o arquitectura de los organismos al ambiente en el que viven. Es decir la anatoma de una especie para Cuvier no podra ser otra que la que es, por eso no hay cambio posible, ya que el cambio llevara a las especies a un desajuste con el medio ambiente.Para explicar las diferencias entre las especies fsiles que se encuentran en la corteza terrestre, como decir por qu los fsiles de estratos inferiores son diferentes estructuralmente que los de estratos superiores, l postula la llamadateora de las catstrofesoteora catastrofista.Lo que dice esta teora es que determinado tipo de fsil se encuentra en cierto estrato y no en el superior (ms actual) debido a que en ese momento histrico hubo una revolucin o catstrofe de dimensiones sobrenaturales que aniquil toda forma de vida. Los fsiles de ese estrato vienen a ser los restos que hoy podemos encontrar de esos organismos. Ms an la catstrofe es atribuible a la accin de Dios. Y en tal caso, en el estrato superior hay otro tipo de especie fsil, debido a que una nueva creacin, es decir una nueva intervencin de la mano divina, cre otro tipo de seres vivos.De esta forma la historia de los organismos quedaba explicada por una serie de intervenciones de la divinidad segn: creacin catstrofe - creacin catstrofe creacin etc.Y la ltima gran catstrofe, de la cual quedara constancia en el relato bblico, fue el diluvio universal. Agassiz continuador de las ideas de Cuvier, postula que aproximadamentehubieronde 50 a 80 extinciones seguidas de otras tantas creaciones.Darwin,en el siglo XIX, emprende un viaje transocenico que moldear su visin sobre el origen de los seres vivos. Con slo 20 aos al inicio, y durante 5, a bordo del Beagle, navega por las costas sudamericanas del este, y luego por las del oeste dedicando especial atencin a Ecuador y a un grupo de islas del mismo pas, el archipilago de las is. Galpagos, regresando finalmente a Europa.En este archipilago, encuentra y estudia la forma y hbitos de las tortugas gigantes. El repara que la forma de estas tortugas no es igual en todas las islas.Tambin analiza las formas de los picos y las dietas de unas aves llamadas pinzones. Los picos de estas aves son diferentes segn la isla estudiada, pero adems estos picos estn perfectamente especializados a los alimentos que consumen. Reconoce finalmente 13 especies de aves. Es ms, Darwin tambin observa que la morfologa de estos pinzones de las islas es bastante semejante a otros pinzones que habitaban en el continente. De aqu deduce elconcepto de modificacin y adaptacin a los diferentes ambientes a partir de un antecesor comn.Fruto de esta travesa logra una importantsima recopilacin y caracterizacin de organismos que le permitirn concebir su tesis publicada en El origen de las especies.Darwin sostiene que los organismos de las especies pueden ir modificando sus caractersticas con el tiempo. Que estas modificaciones no son abruptas, que son graduales y que como se van transmitiendo a la descendencia, con las sucesivas generaciones las caractersticas de las especies cambian. Cmo fundamenta esto?Dos observaciones fundamentales y que nadie haba realizado antes que l:En condiciones ideales una poblacin tiende a crecer de forma exponencial, es decir, la capacidad reproductiva de los organismos es enorme. Sin embargo no hay poblaciones con tantos individuos, digamos que los que llegan a convertirse en reproductores son pocos comparativamente con los que podra haber. Un ejemplo para clarificar: nacen 1000 (no importa la especie), en cierto tiempo cuando ya estn maduros sexualmente, slo se reproducen 200.Darwin dice que si las condiciones hubieran sido ideales se estaran reproduciendo los 1000, o casi los mil.En una poblacin lo ms caracterstico son las pequeas diferencias en las caractersticas de los organismos. Hay variaciones entre los organismos, y estas variaciones los hacen diferentes en sus aptitudes a la hora de obtener su alimento, a la hora de obtener un espacio para la reproduccin, su capacidad de volar o correr etc. etc. Esto es lo que llamamos diversidad, o por ser biolgica,biodiversidad.Si pensamos en ambas ideas, vemos que, por un ladola diversidad consiste en que los individuos son diferentes en sus aptitudes, y que por otro, si slo se reproduce un pequeo grupo, es que este grupo al tener las combinaciones ms favorables, gana en la competencia con el otro, es decir tiene mayor posibilidades de sobrevivir (y por lo tanto de reproducirse). Con sucesivas generaciones, y bajo la presin selectiva del medio ambiente se podra producir una lenta y continua modificacin de la descendencia y an el surgimiento de nuevas especies.En base a qu decimos que algunos organismos tienen mejores aptitudes que otros? Dicho de otra forma, cul es la matriz que decide que cierta aptitud es superior a la otra? Darwin concluye de manera categrica que es el medio ambiente. Ciertas variantes generan las mejores aptitudes, en un ambiente dado, pero si el medio ambiente cambia muy probablemente, sean otras las variantes mejores y por lo tanto seleccionadas. Por esto Darwin habla de laseleccin natural. Un ejemplo sencillo para ilustrar esto: Dos variantes de langostas, verdes y oscuras. El medio ambiente, un pastizal verde intenso.En la primera opcin, las langostas verdes, estn favorecidas. Son muy difciles de detectar por sus predadores, ya que se confunden en el pastizal. Lo opuesto para las oscuras. Es mejor el color verde? No es que es mejor, sino que en este ambiente resulta ms adaptativo el verde que los colores oscuros.Qu sucedera si aos ms tarde el pastizal se oscurece, pongamos por contaminacin? Ya no es ms verde intenso, en vez est oscurecido. Qu variante de langosta resulta ms beneficiada ahora?Lgico la oscura ya que es ms mimtica. Quin determina el cambio de las langostas verdes a las oscuras?EL nuevo tipo de ambiente: el pastizal oscuro. A esto llamamos seleccin natural.El enfoque de la gentica de poblacionesOtra forma de encarar el tema de la evolucin es analizar que sucede con los alelos de la poblacin de generacin en generacin. Para esto se determinan las frecuencias allicas, es decir en queproporcinestn presentes estos alelos considerando todos los individuos. Dentro de algunas generaciones se vuelve a repetir la experiencia y se comparan ambas situaciones. Si las frecuencias allicas son las mismas no hubo cambios, pero si se estn modificando quiere decir que estamos en un proceso evolutivo.Supongamos una caracterstica observada:Color de flor, con slo dos alelos, el dominante A: Azul, y el recesivo a: Blanco.Tambin supongamos esta distribucin de genotipos:64 individuos son homocigotas dominantes (AA)32 individuos son heterocigotas (Aa)4 individuos son homocigotas recesivos (aa) Si sumamos todos los individuos de la poblacin tenemos 100, es decir64 % de homocigotas dominantes32 % de heterocigotas4 % de homocigotas recesivosSi nos preguntamos, cuntas veces estAy cuntas estaen esta poblacin veremos que:Frecuencia deA: (64 x 2) + 32 = 160 es decir, 80 % (160 de 200 alelos).Frecuencia dea: (4 X 2) + 32 = 40 es decir, 20 % (40 de 200 alelos).Lo que decamos al inicio de este nuevo enfoque es que si en las siguientes generaciones se mantiene el 80 % paraAy el 20 % paraano estn habiendo cambios en los alelos de esta poblacin, y decir esto es decir que no est habiendo evolucin. Y por el contrario, si en las siguientes generaciones hay un corrimiento de esos valores, como ser 60% paraAy 40 % paraa, hubo evolucin.El equilibrio de Hardy - WeinbergHardy, un matemtico ingls, y Weinberg, un mdico alemn, contribuyeron enormemente a la actual comprensin de estos temas postulando su teora delestado estacionariotambin llamadaequilibrio de Hardy Weinberg.Estos cientficos manifestaron que si se danciertas condicionesen las poblaciones, la frecuencia o porcentaje de los genotipos y tambin la frecuencia o porcentaje de los alelosse mantiene constante de generacin en generacin.Ahora bien, cules son estas condiciones?Que la poblacin sea suficientemente grande como para que se cumplan las leyes de la estadstica.Todos los alelos tienen que ser equivalentes respecto a su viabilidad.La reproduccin es al azar.No hay ni entrada ni salida de alelos (ni inmigracin ni emigracin)No hay mutaciones.Supongamos como en el ejemplo anterior que en la poblacin estudiada el 64 % son homocigotas dominantes, el 32 % son heterocigotas, y 4 % homocigotas recesivos; por lo tanto el 80 % de los alelos sonAy el 20 sona.Para Hardy Weinberg si se cumplen estas 5 condiciones una generacin ms tarde nos vamos a encontrar estos nmeros:El 64 % sern homocigotas dominantes, el 32 % sern heterocigotas, y el 4 % sern homocigotas recesivos. Por lo tanto se repite el 80 % de los alelos paraAy el 20% paraa.Dicho de otra forma los alelos estn en equilibrio en la poblacin.La deriva genticaQu sucede si la poblacin estudiada no es suficientemente grande?Tenemos en una poblacin una caracterstica estudiada (supongamos tamao de pico) con slo dos alelos,A(pico grande) ya(pico pequeo).Supongamos queaest representado nicamente en 1 %,y qu la poblacin es grande: 500.000 individuos. Por lo tanto tiene en total entreayA1.000.000 de alelos. El 1 % de un milln es 10.000, es decir del milln de alelos que hay para tamao, 10.000 determinan picos pequeos. Si por algn motivo algunos de los individuos portadores de pico pequeo,a, desaparece, el alelo se mantendra en la poblacin ya que quedan los restantes para llegar a 10.000.Es decir, si bien cambia la frecuencia, el efecto final no se nota tanto ya que al haber muchos individuos, el alelo en cuestin (a) sigue representado en la poblacin.Supongamos en vez, queaest representado nicamente en 1 %,y qu la poblacin es muy chica: 50 individuos.Tendramos entreayAnicamente 100 alelos. Como el 1 % de 100 es 1, tendramos que en toda la poblacin slo hay una copia dea. Si en esta situacin el individuo que lleva la copia deapor algn motivo no llega a poder reproducirse, el alelo recesivo se pedera irremediablemente de la poblacin.Con lo cual el efecto sera ms que trascendente, o dicho en otras palabras, lo tendramos mucho ms amplificado. Una generacin ms tarde no existiran los picos cortos. Slo tendramos picos grandes.Al cambio que se produce en las frecuencias allicas de una poblacin por causa del azar (de la casualidad) la llamamos deriva gentica, y tiene dos posibilidades:El efecto fundadorEl cuello de botellaY vale la aclaracin de que el alelo favorecido no es el mejor, ni el ms adaptativo. Es decir no estamos en un proceso de seleccin natural.El alelo favorecido (el que aumenta su frecuencia), es favorecido por casualidad o dicho de otra forma por cuestiones azarosas.Efecto Fundador:Supongamos una poblacin de aves que vive en las costas de un continente. Y que a 30 Km. en el mar hay un grupo de islas donde no existe este ave, y que si bien estas aves vuelan, no superan en condiciones optimas los 10 Km. de vuelo.Hay dos alelos para color de ojos,A: rojos,a: grises.200 individuosaa(ojos grises)100 individuosAa(ojos rojos) Alelos en total: 20.0009700 individuosAA(ojos rojos) Individuos en total: 10.000El % de individuos de ojos grises es 2 %. (200 de 10.000)El % de individuos de ojos rojos es 98 %. (9800 de 10.000)El % alelosaes 2,5 %. El % alelosAes 97,5 %.Si un da de una terrible tormenta con fuertsimos vientos tenemos a la mayora de estas aves adentro del continente salvo 40, quepor casualidadandaban por la costa. El viento tan fuerte las hizo llegar a las islas, insisto, no porque su capacidad de vuelo fuera superior a las otras, sino por casualidad. Eran las nicas que andaban por la playa ese da. Qu genotipos llegaron al grupo de islas, uno que les confera mayor capacidad de vuelo? No, llegaron slo las arrastradas por la tormenta. Estas cuarenta aves son:30aa(ojos grises) Alelos en total: 8010Aa(ojos rojos) Individuos en total: 40Veamos como cambi la frecuencia fenotpica y la de alelos:El % de individuos de ojos grises es 75 %. (30 de 40)El % de individuos de ojos rojos es 25 %. (10 de 40)El % alelosaes 87,5 %. El % alelosAes 12,5 %.A esto se lo llama el efecto fundador. De la poblacin original se desprende un pequeo subgrupo, con otras frecuencias allicas que recomienza el ciclo. Si comparamos las frecuencias allicas de la poblacin original y las de la nueva poblacin veremos que son diferentes.En la poblacin original si bien faltan 40 individuos veremos que las frecuencias allicas casi se mantienen inalteradas, ya que los 40 que faltan casi no inciden en las cuentas. En vez de 100Aa, luego de la tormenta quedan 90, en vez de 200aaquedan 170, y los 9700AAestn todos.Alelos en total: 19.920 %A: 97,8 %a: 2,1 %El cuello de botella: Es el mismo anlisis que en el efecto fundador salvo que los individuos de la poblacin original desaparecen.Con lo cual las frecuencias allicas despus del cuello de botella quedan completamente modificadas.Siguiendo el ejemplo anterior, en vez de la tormenta, un incendio en el continente. Se quema todo el bosque con su flora y su fauna, salvo esas 40 aves que por casualidad estaban en la playa, en los mdanos de arena, donde no hay materiales combustibles y por lo tanto se salvan.Del porcentaje de alelosa 2,5 % y alelosA 97,5 % antes del incendio pasamos a 87,5 % deay 12,5 % deAdespus del cuello de botella.