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SOLEMNE 3 – BIOLOGIA CELULAR
EN EUCARIONTES
1) Control Pretranscripcional o Regulación Epigenética : Accesibilidad de la Cromatina a la Maquinaria de Transcripción (enzimas).
Metilación del ADN: agregar grupos metilos a nucleótidos del ADN. Permite silenciamiento de genes (inhibe la transcripción). Modificación de Histonas: superenrrollamiento de ADN inducido por la metilación. Impronta Génica: genes se expresan o inhiben dependiendo del sexo del progenitor.
2) Control Transcripcional : Regula frecuencia y/o velocidad de la transcripción (depende de la accesibilidad a los sitios de inicio, de la disponibilidad de los Factores de transcripción y de la eficacia de los Promotores). Algunos genes se activan o inhiben. Regula la cantidad de ARNm transcrito.
3) Control Postranscripcional
Control de Maduración del ARNm: dado por el Splicing Alternativo. Control de Transporte del ARNm: salida del ARNm desde el núcleo hacia el citoplasma a través de los Poros Nucleares. Control de Estabilidad: regulación de la duración del ARNm. Control Traduccional: frecuencia con la que el ARNm es traducido a proteínas. Control Postraduccional: modificación de las proteínas o de la duración de estas.
EN PROCARIONTES
1) Operón LAC : Operón de Procariontes compuesto por lacZ (codifica para β-Galactosidasa), lacY (codifica para Permeasa) y lacA (codifica para Transacetilasa).
1º El gen regulador (Rg lac I) se transcribe y luego se traduce en una proteína represora.
2º La proteína represora se adhiere al operador (segmento de ADN antes de lacZ), obstruye a la ARN polimerasa evitando que transcriba el ADN.
3º La proteína represora se puede separar del operador, dejando el camino libre a la ARN polimerasa para que pueda Transcribir el ADN.
*Gen Regulador y Gen Operador no se Transcriben.
- OPERON : segmento de ADN (paquete) coherente (los genes que lo componen tienen funciones interrelacionadas).
TIPOS:
Sustitución : cambio de una base por otra. Se da por:
- Transversion: Pirimidica por Pirimidica (C o T) o Purica por Purica (A o G).
- Transición: Purica por Pirimidica o Pirimidica por Purica.
Deleción: perdida de 1 o varios nucleótidos.
Inserción: adición de 1 o varios nucleótidos.
Inversión: secuencia se invierte en el mismo lugar.
Translocación: cambio de posición de los nucleótidos dentro de la secuencia.
RESULTADOS EN UNA PROTEINA:
Silenciosa : codón (secuencia de 3 nucleótidos) codifica para la misma proteína. Con cambio de sentido : codón codifica para proteína diferente. Puede ser:
- Sentido Sinónimo: el aminoácido cambiado es químicamente similar al original.
- Sentido No sinónimo: el aminoácido cambiado es químicamente diferente al original.
CAUSAS DE LAS MUTACIONES:
Espontanea : causa natural, generalmente en la Fase S. Se puede dar por:X
- Errores en la replicación, como son: Tautomería: causa apareamiento distinto de las bases. Ej: normalmente es A-T, con tautomería es A*-C. Mutaciones de cambio de fase o marco de lectura. Deleciones o duplicaciones grandes.
- Lesiones o daños fortuitos en el ADN, como son: Despurinizacion (dejar al nucleótido sin Purina) y Deaminacion (sacar el grupo amino del nucleótido). Oxidacion del ADN: radicales (H2O2, -OH y superoxido O2) transforman bases y producen Transversion.
- Transposones: segmentos de ADN que salen y se insertan en otro lugar. Inducidas : causa ambiental, por agentes mutágenos que pueden ser:
- Sustancias Químicas.
- Ciertos Virus: introducen su ADN en genes de las células a las que infectan.
- Radiaciones Ionizantes: rayos UV, rayos X, rayos Gamma. Producen efectos como: Efectos genéticos: alteración en genes. Efectos citogenéticos: alteración en cromosomas. Efectos fisiológicos: alteración en enzimas y hormonas.
REPARACION DEL ADN:
Prevención de errores : enzimas evitan errores antes que ocurran. Reversión directa del daño : enzimas fotoliasas revierten lesiones por UV en bacterias, enzimas transferasas sacan grupo alquilo de la molécula de ADN. Reparación indirecta (por Escisión) : enzima glicosilasa rompe enlaces que rodean la anomalía. Reparación post-replicativa
- MUTACION : alteración en la secuencia de nucleótidos del ADN.
Luego de la trascripción del gen del ADN mutado, se transcribe en ARN y se traspasa la mutación al traducir ese ARN en forma de proteína.
ETAPAS:
1. INTERFASE
G1 : aumento de tamaño de la célula debido a la duplicación de organelos. Los cromosomas están como fibras nucleosomicas dentro del nucleo. Síntesis de enzimas y ATP para la etapa siguiente. Célula 2n-2c. S : replicación del ADN, ocupa enzimas y ATP. Células pasan a ser 2n-4c. Cromosomas pasan de ser simples (1 cromátida) a ser dobles (2 cromátidas unidas por el centrómero). G2 : célula prepara la maquinaria enzimática para la división celular. Reparación de posibles daños en el ADN durante la etapa G1 y S. Célula 2n-4c
2. FASE M o DIVISION CELULAR MITOSIS : división celular para las células somáticas. Origina 2 células diploides, idénticas entre ellas y a la célula madre. - Profase : la cromatina se condensa formando cromosomas. La carioteca se desintegra en vesículas. Cada par de centriolos se dirigen a los polos opuestos de la célula. Se forma el Huso Mitótico de Microtubulos. *Prometafase : las fibras del huso se anclan a los cinetocoros de los cromosomas. Células 2n-4c. - Metafase : máxima condensación de Cromosomas. Las fibras del Huso Mitótico mueven a los cromosomas para ubicarlos en el ecuador celular formando la Placa Metafásica o Placa Ecuatorial. Células 2n-4c. - Anafase : el Huso mitótico comienza a traccionar las cromátidas de los cromosomas, separando las cromátidas hermanas. Los centriolos comienzan a alejarse cada vez más, separando más los polos de la célula. Se comienza a formar el Anillo contráctil .Células 2n-4c 2n-2c. - Telofase : los cromosomas simples están en los polos celulares. La carioteca reaparece junto con el nucléolo. El huso mitótico comienza a despolimerizarse. Los cromosomas se van descondensando. Célula 2n-2c. CITOCINESIS: división del citoplasma. - En células animales : el citoplasma se divide gracias a la formación de un Anillo contráctil de actina que estrangula a la célula hasta separarla en dos. Comienza a formarse desde la periferia hasta el centro. - En células vegetales : el citoplasma se divide gracias a la formación del Fragmoplasto, que es un tabique formado por las vesículas del Aparato de Golgi que liberan celulosa. Comienza a formarse desde el centro hasta la periferia.
PUNTOS DE CONTROL EN EL CICLO CELULAR:
Punto de Control en G1 : ¿La célula es lo bastante grande para dividirse? (Organelos bien duplicados), ¿El medio es apropiado para que la célula se divida? (Nutrientes, temperatura, pH, factores de crecimiento, etc). Punto de Control en G2 : ¿El ADN fue bien replicado en cantidad y calidad?, ¿El crecimiento de la célula y el medio están correctos para seguir a la División? Punto de Control en Metafase : ¿Hay suficientes cromosomas?, ¿Están bien ubicados en el ecuador celular?
REGULACION DEL CICLO CELULAR:
Proceso a cargo de: Ciclinas y Quinasas dependientes de Ciclinas (CdK)
A lo largo del Ciclo Celular las proteínas Ciclinas activan a las enzimas CdK específicas para cada tipo de Ciclina.
GENES QUE REGULAN EL CICLO CELULAR:
Genes que codifican proteínas para la progresión del Ciclo Celular. Genes que codifican proteínas para regulación positiva y negativa del Ciclo Celular :
- Protooncogenes : regulación positiva (avance) del ciclo si las condiciones están bien.
- Genes supresores de tumores : regulación negativa (detención) del ciclo frente a señales adversas.
MEIOSIS : división celular para células germinales. Origina 4 células haploides, genéticamente diferentes entre ellas y diferentes a la célula madre.
- Meiosis I : división reduccional. Profase I : Leptonema (cromosomas como filamentos), Cigonema (filamentos se unen en todo su margen), Paquiteno (filamentos más condensados, ocurre el Crossing-over), Diploteno (cromosomas formados, unido con su par a través del Quiasma) y Diacinesis (cromosomas separados en su margen, solo unidos por Quiasma). Metafase I : la carioteca esta desintegrada. El par de centriolos migra hacia polos opuestos. Ocurre la Permutación Cromosómica (disposición de los cromosomas en la Placa Ecuatorial). Célula 2n-4c. Anafase I : separación de cromosomas homólogos (el par de cromosomas se separa, cada uno migra hacia el polo opuesto de la célula) debido a la tracción del Huso Meiótico. Célula 2n-4c Célula n-2c. Telofase I : cada cromosoma miembro del par está separado de su homologo (en polos opuestos). Reaparece la carioteca y el nucléolo. Célula n-2c. Citocinesis I : división del citoplasma
- Intercinesis : Interfase sin Etapa S. La célula solo crece, no replica el ADN.
- Meiosis II : división ecuacional. Profase II : par de centriolos migran a polos opuestos. Desaparición de carioteca. Reorganización del Huso meiótico. Célula n-2c Metafase II : cromosomas en la Placa Metafásica. Huso meiótico los ancla en el cinetocoro. Célula n-2c. Anafase II : las fibras del huso traccionan a los cromosomas, separando sus cromátidas hermanas y llevándolas a los polos opuestos. Célula n-2c Célula n-c. Telofase II : reaparición de la carioteca y del nucléolo. Desintegración del Huso meiótico. Célula n-c Citocinesis II : división del citoplasma.
Granzimas
TUMOR BENIGNO Y MALIGNO
Benigno: No canceroso, son localizados y no invasivos (no metástasis), generalmente encapsulados, crecimiento lento. Maligno: Canceroso, invaden tejidos cercanos (metástasis), perímetros poco definidos, pueden crecer rápida o lentamente.
CAUSAS DEL CANCER:
Célula que escapa de puntos de control del Ciclo Celular, luego esta célula se transforma en una célula tumoral (proceso multifactorial).
Agentes carcinógenos externos:
- Físicos: radiaciones UV y radiaciones ionizantes.
- Químicos: asbestos, componentes del humo de tabaco, aflatoxinas (contaminantes de alimentos) o arsénico (contaminante del agua de bebida).
- Biológicos: algunos virus, bacterias o parásitos.
REGULACION DE LA PROLIFERACION EN EL CICLO CELULAR:
Regulación a cargo proteínas codificadas por genes específicos en diferentes puntos del Ciclo Celular.
Protooncogenes : genes que estimulan la división celular. Suelen codificar para receptores de factores de crecimiento (FC) o codificar para FC. Oncogenes : versión defectuosa de los Protooncogenes que provocan un aumento descontrolado de la división celular (Cáncer). Hace que los receptores de FC producidos estén permanentemente activados o codifica muchos FC y ya no habrá control sobre la multiplicación de ciertas células. Genes supresores de tumores : Gen p53 y Gen Rb. genes que bloquean la división de células anormales (fallo puede producir Cáncer). P53 Inducen apoptosis ante proliferación descontrolada.
TRATAMIENTOS MAS COMUNES:
Quirúrgicos : extirpación de tumor. Es más fácil extirpar uno benigno (encapsulado) que uno maligno (ramificado). Quimioterapias : uso de medicamentos que destruyen células con rápida división. También daña células normales de rápida multiplicación. Altera síntesis de ADN, división celular o síntesis proteica. Efectos secundarios:
- Mielosupresión: disminución de producción de células sanguíneas (inmunodepresión).
- Mucositis: inflamación mucosa que reviste tracto digestivo.
- Alopecia: caída del pelo. Radioterapia : uso de rayos de alta energía ionizante (como rayos X) que destruyen células cancerosas, que son más sensibles que las normales a esta radiación.
*TUMOR : bulto generado por un aumento en el número de células de un tejido. Hinchazón.
*CANCER: Multiplicación rápida de células anormales que se extienden e invaden otros órganos (metástasis).
Otros tratamientos : terapia hormonal, el trasplante de médula ósea o de células madre, la inmunoterapia o las terapias dirigidas.
CONCEPTOS:
Gen: segmento de ADN que expresa un carácter. Mendel los llamo “Unidades de Herencia”. Alelo: forma alternativa que tiene un gen. Codifican para el mismo rasgo. Ej: -rasgo: color de pelo, -alelos: pelo oscuro o pelo claro. Humanos somos diploides (2n), por ende, poseemos dos alelos para cada gen. Los alelos se ubican en el mismo locus, pero uno en el cromosoma paterno y otro en el materno. Heterocigoto: individuo que posee los dos alelos distintos para un mismo gen. Ej: heterocigoto para color de ojos Aa. Homocigoto: individuo que posee los dos alelos iguales para el gen. Ej: homocigoto dominante para color de flor AA, homocigoto recesivo para tamaño de tallo aa. Genotipo: constitución genética de una característica o un conjunto de estas. Condiciona al Fenotipo. Fenotipo: apariencia que esta codificada en el genotipo. Es la expresión de los genes más las condiciones ambientales.
TRABAJO DE MENDEL:
Trabajó con arvejas y su flor (Pisum Sativum). Espécimen de fácil autopolinización. Estudió líneas puras (no mezclas de caracteres).
Caracteres estudiados por Mendel : textura de la arveja (lisa o rugosa), color de la arveja (verde o amarilla), forma de la vaina (lisa o rugosa), color de la vaina (verde o amarilla), color de la flor (blanca o purpura), posición de la flor en la planta (axial o terminal), tamaño de la planta (larga o corta).
LEYES DE MENDEL:
- Ley de Uniformidad : si se cruzan dos razas puras para un determinado carácter, los descendientes de la primera generación (F1) serán todos iguales entre sí (igual fenotipo e igual genotipo) e iguales (en fenotipo) a uno de los progenitores. 2. Ley de Segregación : durante la formación de los gametos cada alelo de un par se separa del otro. Se obtiene al cruzar F1 x F1, siempre y cuando sea Aa (Heterocigoto). En F2 se obtienen 3 arvejas amarillas (AA, Aa, Aa) y 1 arveja verde (aa), dando la proporción 3:1.
- Ley de Asociación Independiente : Mendel tomó en cuenta 2 caracteres (Dihibridismo), no 1 como lo había hecho anteriormente (Monohibridismo). Cruzó guisantes amarillos lisos (AABB) con guisantes verdes rugosos (aabb). En la primera generación (F1) obtuvo guisantes amarillos lisos (AaBb), los cuales cruzó entre ellos y en F2 obtuvo 9 amarillos lisos (AABB, AABb, AaBB,
POSTULADOS DE LA TEORIA:
Los genes están situados en los cromosomas, ubicados uno al lado del otro (ordenamiento lineal). El fenómeno citológico del Crossing-over es la causa del fenómeno genético de la recombinación. Los genes presentes en un mismo cromosoma pueden heredarse de dos formas:
- Por separado, debido al entrecruzamiento que ocurre en la meiosis.
- Juntos, esto es más probable mientras más próximos se encuentren y se denomina Genes Ligados.
GENES LIGADOS AL SEXO Genes que se encuentran únicamente en el segmento diferencial de los cromosomas sexuales X (Genes ginandricos) e Y (Genes holandricos). Determinan características propias de hombres (XY) y de mujeres (XX).
Genes ligados al cromosoma X : se puede expresar en mujeres dependiendo si el alelo es dominante o recesivo, pero siempre se expresará en hombres. Ej: Hemofilia, Daltonismo. Genes ligados al cromosoma Y : no se expresarán en mujeres ya que no poseen este cromosoma, pero se podrían expresar en hombres. Ej: Hipertricosis.
MUTACIONES CROMOSOMICAS ESTRUCTURALES:
Deleción: perdida de un segmento del cromosoma (perdida de genes). Duplicación: repetición de un segmento del cromosoma. Inversión: segmento de cromosoma se invierte, pero en la misma sección del cromosoma, no cambia de lugar en el brazo. Translocación: segmento del cromosoma se mueve hacia otro cromosoma que puede o no ser el homólogo.
MUTACIONES CROMOSOMICAS NUMERICAS:
Causas en :
- Células somáticas: duplicación normal del número de cromosomas en Etapa S pero sin Citocinesis al final de la Mitosis, dando una célula con el doble de cromosomas.
- Células gaméticas: no se separan los cromosomas homólogos en Meiosis I o no se separan las cromátidas hermanas en Meiosis II.
Tipos :
Euploidía: la mutación afecta a la dotación cromosómica completa del individuo.
- Haploidía o Monoploidía: las células del individuo presentan cromosomas haploides (n).
- Poliploidía: las células del individuo presentan más de un juego cromosómico. Diploide (2n), Triploide (3n), Tetraploide (4n).
Aneuploidía : la mutación afecta a solo un par de cromosomas, de la dotación total de cromosomas del individuo. Se da en autosomas (del par 1 al par 22) y en los cromosomas sexuales (par 23).
- Nulisomía: el par de cromosomas no existe.
- Monosomía: existe solo un miembro del par de cromosomas.
- Trisomía: existe el par de cromosomas y un miembro más.
- Doble trisomía: trisomía localizada en dos pares distintos del cariotipo.
- Tetrasomía: 4 cromosomas en el par.
