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Sistema de Universidad Abierta DOCENTES
: Luis Alberto Sánchez Angulo José Luis Gutierrez Aponte ATENCIÓN AL ALUMNO :
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BIOLOGÍA CELULAR Y M O L E C U L AR
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Mblgo. Luis Ab l erto Sánchez Angulo / Mblgo. José Luis Gutierrez AponteBo i logía Celular y Molecular
Índice Presentación …………………………………………………………………………………
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I UNIDAD LAS BASES BO I LÓGICAS Y QUÍMC I AS DE LOS SERRES VV I OS LA BO I LOGÍA Y LOS SERES VIVOS 01…………… Camposdeestudio dela biología …………………………………………… Ramas relacionadasdela biología ………………………………………… …………….. 03 Aplicacióndela biología ……………………………………………………… 03…………… Los seresvivos ………………………………………………………………… …………… 04 Características delosseresvivos …………………………………………… 05…………… Los virus ¿organismos vivos o muertos? ………………………………07 ………………….. Nivelesdeorganizacióndelosseresvivos …………………………………08 …………… Clasificacióndelosseresvivos ………………………………………………10 …………… Mapa conceptual: La materia viva y su organización ……………… 14…………………. COMPONENTES QUÍMC I OS DE LA MATERA I VIVIENTE Bo i elementos: primarios, secundarios y terca i rios …………………………… 15 ………… Bo i moé l cua l s ………………………………………………………………………………… 17 Bo i moé l cua l s inorgánc i as ……………………………………………………………17 .... 17………….. El agua …………………………………………………………………… Estructura …………………………………………………………… …………… 17 Propiedades 18 Funciones ………………………………………………………………………… 19 Sales mn i erae l s ……………………………………………………………………...20 Tp i os de sales …………………………………………………………………….20 Bo i moé l cua l s orgánc i as ………………………………………………………………21 . Los carbohidratos …………………………………………………… 21 ……………... Monosacáridos ……………………………………………………21 …………….. Disacáridos …………………………………………………………22 ……………. Polisacáridos ………………………………………………………… ………….. 23 Mapa conceptual: Los bo i elementos y las bo i moé l cua l s ……………… …… …….…… 25 Mapa conceptual: Los carbohd i ratos ……………………………………………............. 26 Los lílipos ………………………………………………………………… 27……… …. Las grasas neutras se componen de glicerol y ácidos gras27 os …………….. Los fosfolípidos,componentesdelasmembranascelulares29……………… Clasificacióndelosfosfolípidos …………………………………… 29 …………. . Lípd i os saponfic i abe l s ……………………………………………………… 29 Lípidos simples ……………………………………………… 29 …………. Glicéridos (acilglicéridos) ……………………………… 29 …………... Céridos ……………………………………………………… ……….. 30 Lípd i os compleo j s ……………………………………………………….30 Fosfoípd l i os …………………………………………………………. 30 Gic l erofosfoípd l i os ……………………………………………… 30 … … … … … … … … … … … … … … … … … … … … … … … ...
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Esfingofosfoípd l i os ……………………………………………... 30 Gu l coípd l i os ………………………………………………………… 30 Lípd i os no saponfic i abe l s ………………………………………………… 30 . Mapa conceptual: Los lípd i os …………………………………………………………31 …… Las proteínas …………………………………………………………32 ……………... Características generales ……………………………………… 32 ……………… Estructura proteica ……………………………………………… 33 ……………… Estructura primaria ………………………………………………………… 33.. 33…………… . Estructura secundaria ………………………………………… 33………... Hélicealfa ……………………………………………………… Hélicedecolágeno ……………………………………………33 ………… Beta láminas o láminas plegadas …………………………33 …………... 33 Estructura terciaria ................................................................................ Estructura cuaternaria ........................................................................... 34 Aminoacidos .............................................................................. ............ 35 Aminoácidos no protec i os ................................................................ 37 Clasificacióndelosaminoácidos ..................................................... 37 Desnaturalizacióndelasproteínas ....................................................... 40 Como la desnaturalización afecta a los distintos niveles40...................... Propiedadesdelasproteínas …………………………………41 ………….. Funciones generales …………………………………………42 ……………. Péptidos,polipéptidos y proteínas …………………………42 …………….. Mapaconceptual: Las proteínas ………………………………………………………44 ….. Las enzimas …………………………………………………………… 45 …………... Características generales ……………………………………… 45 …………….. Propiedadesdelasenzimas ………………………………………46 ………….. Especificidad delasenzimas ……………………………………48 ……………. Constitución química de las enzimas y modo de actuació49 n ………………. Mapa conceptual: La activd i ad enzm i ática y la funcó i n hormonal ……51 ……………….. Ácidos nucleicos ……………………………………………………… 52…………… Características generales ……………………………………… …………….. 52 El enlace fosfodiester …………………………………………… ……………. 57 El ácidodesoxirribonucleico(ADNoDNA) …………………59 ……………… EstructruradelADN …………………………………………… …………... 59 EstructuraprimariadelADN ………………………………… ……………. 59 EstructurasecundariadelADN ……………………………… 60…………… EstructuraterciariadelADNenlascélulaseucariotas … ……………… 63 Nivelessuperioresdeempaquetamiento …………………… …………... 63 TiposdeADN ……………………………………………………65 ………….. El ácido ribonucec l i o (ARN o RNA) …………………………………… …… 65 Ca l ses de ARN ……………………………………………………………..65 El ADN y el ARN dfe i renca i s a nv i el químc i o ……………………66 ………… Mapa conceptual: El ADN portador de la informacó i n genética ………67 ………………
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II UNIDAD ESTRUCTURA Y FISIOLOGÍA CELULAR LA CT I OLOGA Í O BO I LOGÍA CELULAR Introducción …………………………………………………………………69 ………………. Reseñahistóricayaportes ………………………………………………… 69 ……………… Camposdeestudio ……………………………………………………………70 ……………. Teoríacelular …………………………………………………………………70 ………… ...… Lacélula ………………………………………………………………………… 72…………... Clasificación: Célula procariota y célula eucariota ………………72 …………………… Formay tamaño …………………………………………………………… 75……………. Origen delas células ……………………………………………………… 77…………… Diferenciasentre céulasanimales y vegetales ……………………77 ……………….. Mapa conceptual: La célua l unidad estructural y funco i nal ……………… 79……………. LA MEMBRANA CT I OPLASMÁTICA Composición química ……………………………………………………… 80………………. Estructura ……………………………………………………………………81 ………………. Funciones …………………………………………………………….... ............................. 82 Mapa conceptual: La membrana citoplasmática …………………… 83…………………... EL CT I OPLASMA Características generae l s ………………………………………………………………..… 84 Cto i esqueleto .............. 84 Elcitoesqueleto eucariota ……………………………………………… ……………… 84 Microfilamentos(actinay miosina) ………………………………… …………… .. 84 Filamentos intermedios ……………………………………………85 ………………. Organz i acó i n ctoó i l gica ………………………………………………………… 86 Farmacología …………………………………………………………………...86 Mc i rotúbuo l s ……………………………………………………………….........…..86 Mapa conceptual: Las envolturascelua l res, el cto i plasmay el centros87 oma ………… ORGANELOS CELULARES Características generae l s ……………………………………………………………….88 .... 88 Clasificación ………………………….……………………………………… ……………… 88 Orgánulosautogenéticos …………………………………………….......................... Orgánulosendosimbióticos ……………………………………………89 ………………. Estructura deuna célula eucariota …………………………………… 89………….…. .. Retículo endoplasmático ………………………………………………… 89 ……………….. Características generales ……………………………………………… 89 ……………… Clasificación: Retículo endoplasmático rugoso y liso……………… 89………………… . Retículo endopa l smático rugoso ....................................................................... 90 Funciones del retículo endopa l smático rugoso ……………………… 90 ………. Retículo endoplasmático liso ………………………………………… ................... 91 Funcioes del retículo endoplasmático liso …………………… ………………. 91 Aparato de Golgi …………………………………………………………… 92…………….... Características generales ……………………………………………92 ………………... Partesdel aparato deGolg:i Cara cs i y trans ……………………………92 …………. Funciones generae l s del aparato de Golgi …………………………………… 93…….. … … … … … … … … … … … … … … … … … … … … … … … ...
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Lisosomas ……………………………………………………………………93 ……………... Características generales ……………………………………………93 ………………... Elproceso dedigrestióncelular: Endocitosis y autofagia ……… 94…………………. Peroxisomas ……………………………………………………………… … 95 ……………… Características generales ……………………………………………95 ……………….. Estructura ………………………………………………………………… 95 ……………. Función ……………………………………………………………… …… …………….. 95 Mitocondria …………………………………………………………………96 ……………….. Características generales ……………………………………………… 96 ……………... Estructura y composición ……………………………………………… 96 ……………... Morfología y función ……………………………………………………97 ……………… Orígenes …………………………………….............................................................. 97 Ribosoma ................................................................................ ................................ 97 Características generales ..................................................................... 97 ............... Diferenciasentre ribosomaeucariota y procariota ............................................... 98 Vacuoa l ................................................................ ....................................................... 98 Características generae l s ..................................................................................... 98 Vesícula ....................................................................................................................... 99 Características generae l s ..................................................................................... 99 Clio i ……………………………………………………………………………………..……. 99 Características generae l s …………………………………………………………99 .…. Fa l geo l ………………………………………................................................................... 100 Características generales …………………………………………… 1… 00…………….. Mapa conceptual: Los orgánulos celulares (membranosos) ……1 … 0… 1 ………………… Mapa conceptual: Los orgánulos celulares (energéticos) ………1… 0… 2 ……………… .. Núcleocelular ………………………………………………………………1… 03 …………….. Caracaterísticas generales …………………………………………… 10… 3…………… Forma, tamaño y posición ……………………………………………1… 03 ……………. Número …………………………………………………………………… 10 … 3…………. Estructura ………………………………………………………………… 10… 3 …………. Envoltura nuclear …………………………………………………… 10… 3…………... Cromatina ……………………………………………………………1… 0… 4 ………… Nucleoplasma ………………………………………………………1 … 0… 4 …………. Nucleolo ………………………………………………………... ............................ 104 Funciones ………………………………………………………………………………. 104 Envoltura nuclear ……………………………………………………… …4…………… 10 Constitución …………………………………………………………… 10… 4………… Funciones ………………………………............................................................. 105 Dinámica ……………………………………………………………… …5…………. 10 Cromatina ………………………………………………………………1 … 0… 5 …………. Características generales ………………………………………… 1… 05……………. Formas de la cromatina ………………………………....................................... 106 Heterocromatina …………………………..................................................... 106 Constitutiva ……………………………………………………1 … 0… 7 ……….. Facultativa ……………………………………………………… 1… 07……….. Eucromatina ……………………………………………………………………..107 Nuce l opa l sma ………………………………………………………… ………………..107 Universidad Católica los Ángeles de Chimbote - ULADECH
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Nuce l olo ………………………………………………………………………………… 107 Utra l estructura ……………………………………………………………………… 107 Mapa conceptual: El núce l o y los cromosomas ………………………………… 10 …9……. LA RESPIRACÓ I N CELULAR Y FERMENTACÓ I N Características generae l s ………………………………………………………………1…1..0 Tp i os de respra i ción celua l r …………………………………………………………… 1… 1.. 2 Respiracióncelularaeróbica …………………………………………1 …1… 2…………... El adenosin trifosfato “ATP” ………………………………………… 1… 13 …………... ATP y metabolismo …………………………………………………… 1… 13…………. ¿Porqué tienenlosenlacesdel ATP tanta tendencia a hidrolizars 11 e4…………... NicotinamidaAdenin Dinucleótido“NAD” ……………………… 11… 4……………… Flavin Adenina Dinucleótido“FAD” ……………………………… 1… 14……………. .. Reaccionesdeoxidoreducción ……………………………………1… 1… 4 …………. Reaccionesquímicas dela respiraciónaeróbicadela glucosa … … 11 5………….. Glucólisis ……………………………………………………………1… 1… 5 ………. FormacióndeacetilcoenzimaA …………………………………1… 1… 5 ……….. Ciclo del ácido cítrico ……………………………………………… 11… 5………… Cadenadetransporte deelectronesy quimiosmósis ………… 1… 15…………. En la glucólisis la glucosa se convierte en dos piruvatos … 1… 18……………... Elpiruvato seconvierte enacetilcoenzimaA …………………… 1… 21………... Elciclo del ácidocítricooxidala acetilcoenzimaA ……………… 12… 2……….. Lacadenadetransporte deelectronesgenera deATP ………… 12… 7………. Larespiraciónaeróbicadela glucosa genera de36a 38ATP … …9………. 12 Lanzadera a través de la membrana mitocondrial ………… 13… 0……………... La fermentación o respra i ción celua l r anaeróbica ………………………1 …3… 1……... Usos o beneficios de la fermentación ………………………………1… 3… 2 …………… Mapaconceptual: Elmetabolismo celular: anabolismo ……………1… 33 …… …………… Mapa conceptual: El metabolismo de las biomoléculas …………… 13… 4 ………………... CC I LO CELULAR, MT I OSS I Y MEIOSIS CC I LO CELULAR 13… 5…………….. Características generales ………………………………………………… Periodos que comprende ………………………………………………… 1… 35…………….. Regulación del ciclo celular ……………………………………………… …7……………... 13 Importancia del ciclo celular ……………………………………………1… 3… 8 …………….. Interfase “nodivisióncelular” ……………………………………………… … 13 8…………… Fase G1 (Growth 1) ……………………………………………………… 13… 9………….. FaseS (Sybthesis) ………………………………………………………1 …3… 9……… … Fase G2 (Growth 2) ……………………………………………………… 13… 9………….. FaseM “divisióncelular” ………………………………………………… 1… 39………….. Lacariocinésis “divisióndel núcleo” …………………………………… 14… 0………….. LA MT I OSIS Características generales ………………………………………………… 14… 0 …………….. Importancia …………………………………………………………………1 … 41 …………….. Fases dela mitosis …………………………………………………………… 14… 1 …………. Profase …………………………………………………………………………………… 141 Universidad Católica los Ángeles de Chimbote - ULADECH
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Metafases ………………………………………………………………… 14… 1…………... Anafase ……………………………………………………………………1 … 4… 1 ………... Telofase ……………………………………………………………………1… ………….. 42 Cto i cinéss i …………………………………………………………………………………… 142 El cáncer ……………………………………………………………………… 14 … 4………….. Definicionessemejantesal cáncer …………………………………… 14 …5……………. Nomenclatura del cáncer ……………………………………………… 14 … 6……………. LA MEIOSIS Definición ……………………………………………………………………1… 47 …………….. Objetivos dela meiosis ……………………………………………………… 14… 7………….. Importancia dela meiosis …………………………………………………1… 47 …………….. Interfase premeiótica ……………………………………………………… 14… 8…………….. Meiosis I (dvsó i i i nreducco i na) l …………………………………………………… …9... 14 Profase I ………………………………………………………………… 1… 49………… Preleptonema (preleptoteno) …………………………………1 … 4… 9 …………… Leptonema (leptoteno) …………………………………………… 14… 9………….. Cigonema(zigoteno) ……………………………………………… 15… 0…………. Paquinema(paquiteno) …………………………………………1 … 5… 0 …………. Diplonema (diploteno) …………………………………………… 15 … 0…………… Diacinesis …………………………………………………………… ………… 1… 50 Metafase I ……………………………………………………………… 1… 51…………. Anafase I ………………………………………………………………… 15… 1……….. Telofase I ………………………………………………………………1 … 5… 2 ………. Intercinesis ……………………………………………………………1 … 5… 2 ……….. Meiosis II (divisiónecuacional) ………………………………………1 …5… 2………….. Profase II ………………………………………………………………… 15… 2……….. Metafase II ……………………………………………………………… 15… 2…………. Anafase II ………………………………………………………………1… 5… 3 ……….. Telofase II ………………………………………………………………1… …………. 53 Meiosis y cco i l vta i l ……………………………………………………………………1… 55 Variabilidad genética …………………………………………………………………1… 5.7 Anomalíascromosómicas …………………………………………………1… ……………. 57 Monosomía ………………………………………………………………… 15… 8…………. Trisomía ……………………………………………………………………1… ………….. 58 Mapa conceptual: El cco i l celua l r ……………………………………………………1… 5… 9. EL FLUJO DE LA INFORMACÓ I N GENÉTICA LA REPLICACIÓN DEL ADN ElPrincipio transformador ………………………………………………… 16… 0 ……………. ¿Enqué consistió el experimento deFrederickGriffith? ………1… 61 ……………....... Elproblema que quería investigar con suexperimento …………1 … ……………… . 62 ¿Por qué utilizócélulasmuertas? ……………………………………… 1… 62……… ..... ¿Qué transformación experimentan las cepas al estar en contacto con células muertas? …………………………………………………………………… 1… 62……… ..... Conclusiones ……………………………………………………………… 16… 2………….. Naturaleza químicadel principio transformador ………………1… 6… 3 ……………….. El experimento de Meselson y Stahl (la replicacó i n semc i onservadora ……………… 1)63 Teorías que tratabanm de expic l ar la replicacó i n del ADN …………… 16… 6…………
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La replicacó i n del ADN …………………………………………………………………… 16..8 Características del proceso replicativo ………………………………………1 …6…9….. Etapasdel proceso dela replicacióndel ADN ……………………… 1… 69……………. Iniciación ………………………………………………………………1… 6… 9 ………… Elongación (alargamiento) ………………………………………… 17 … 0……………. Terminación …………………………………………………………… 17 …1………...... Mapa conceptual: La replicacó i n del ADN ……………………………………… 1… 7… 4….. EL PROCESO DE LA TRANSCRP I CIÓN O SÍNTESIS DEL ARN MENSAJERO Introducción ………………………………………………………………… 1… 75……………. El proceso dela transcripción ……………………………………………1… 7… 5 ………….. Diferenciasentre elADN y ARN …………………………………………… 17… 6………….. Mecanismo dela síntesis del ARN ………………………………………1… 7… 7 …………. . LaARN polimerasa …………………………………………………………1… 7… 8 ……… .… Etapasdel proceso dela transcripción ………………………………… …8……………... 17 Iniciación …………………………………………………………………1 … 7… 8 …………. Elongación (alargamiento) …………………………………………… …9……………... 17 Terminación ……………………………………………………………… … 17 9…………… Modificacionespost – transcripcionales ……………………………… 18 …0………………. Modificaciones de los extremos de la molécula de ARNm ……1… ………………… 80 Procesamiento del ARNm(remocióndelosintrones) ………………1… …………… 81 Mapa conceptual: El ARN y la expresión del mensae j genético ……… ……………. 1… 82 EL PROCESO DE LA TRADUCCÓ I NO BO I SÍNTESIS DE PROTEN Í AS Introducción ………………………………………………………………… 1… 83……………. Importancia biomédica …………………………………………………… … 18 3……………... Lainformacióngenética fluye del ADN alARN y deeste últimoa la1 p8 r4 oteína ………. Tresson lostipos deARN que seforman ………………………………… …5………….. 18 El ARNm(mensajero) …………………………………………………… 18… 5…………... ElARNr(ribosómico) ……………………………………………………… 18… 5………… El ARNt (transferencia) ………………………………………………1 … 8… 6 ……………. Las etapas de la síntesis protec i a ……………………………………………………1… 8… 6 Inca i i ción …………………………………………………………………………………. 186 Elongación (alargamiento) …………………………………………… 18 …7……………... Reconocimiento ……………………………………………………… …………… 1… 87 Transferencia …………………………………………………………1… …………… 87 Translocación …………………………………………………………1… …………... 87 Termn i acó i n ………………………………………………………………………………188 EL CÓDG I O GENÉTICO Introduccó i n ………………………………………………………………………………….190 El códg i o genético es inequívoco, no traslapante, sn i puntuacó i n, degenerado y universal ……………………………………………………………………………………...191 Hay 61 codones para codfic i ar 20 aminoácd i os y por lo tanto hay codones sn i ónm i os ……………………………………………………………………………………. 193 El codón de inca i i ción es el AUG y el de termn i acó i n UAG, UAA y UG1 A93……………. LA REGULACÓ I N GENÉTICA Universidad Católica los Ángeles de Chimbote - ULADECH
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Introduccó i n ………………………………………………………………………………….195 El sistema de operones …………………………………………………… 1… 96……………. Introducción ……………………………………………………………… 19 …6…………… Clases de genes de los operones ……………………………………1… 9… 7 ………….. Regionesreguladorasdeunoperón ………………………………… 19 … 7……….……. Operones inducibles(operónlactosa), operónrepresible (operón1trip 97tófano) …… Lainducciónenzimática(operónlactosa) …………………………1… 98 ………………. Elinductorseune a la proteínarepresora …………………………1 … 99 ………….. Los represores se unen dentro de los promotores e impiden la inserción de la 9 ………… Insercióndela ARN polimerasa ……………………………………1 …9… La represión enzm i ática (operón triptófano) ………………………………… 19… 9……. Mecans i mo del operón ………………………………………… …………………2 …00
III UNIDAD GENÉTICA, BO I TECNOLOGA Í E INGENIERÍA GENÉTICA GENÉTICA 2… 03……………. Introducción ………………………………………………………………… Definición ……………………………………………………………………2 … 03 …………….. Historia dela genética ……………………………………………………… …3………… … 20 Aplicacionesdela genética ………………………………………………… 20… 5…………... Conceptosbásicos …………………………………………………………… 20… 6…………. Generación paterna (P) …………………………………………………… 2… 07……………. Generaciónfilial (F) …………………………………………………………2… 0… 7 ………… Lamolécula hereditaria:elADN ……………………………………………2… …………... 07 Cromosoma …………………………………………………………………2… 0… 8 …………. Gen ……………………………………………………………………………… 20… 9………… Alelos(genes alelomorfos) ………………………………………………… 2… 09…………… Genotipo ………………………………………………………………………2… …………... 09 Genotipo homocg i oto o puro ……………………………………………………… 2… 0... 9 Genotipo heterocigoto o híbrido …………………………………………………2… 1… 0. Fenotipo ……………………………………………………………………………………… 210 GENETICA MENDELIANA Principios y leyes de Mendel ……………………………………………2… 10………………. Los siete caracteresestudiadospor Mendee l nPhisum sativum ……… 21… 1………….. Principio de la uniformidad y la reciprocidad (Principio de la domin2a1n1cia) ………….. Ley de la segregación y pureza de los gametos ……………………… … 21 2…………….. Ley dela distribuciónindependiente deloscaracteres ……………2… 1… 4 ……………… Mapa conceptual: Genética Mendeliana.. y humana 218 Mapa conceptual: Mutación y evolucion …………………………………… 21… 9…………. ………………………………
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GENÉTICA POSTMENDELIANA CT I OGENÉTC I A GENERAL Y HUMANA Genéticapostmendeliana ………………………………………………… 2… 20…………….. Introducción ………………………………………………………………2… … …………. 20 Dominancia incompleta (herencia intermedia) …………………… 22… 0 ………………... Alelos letales ………………………………………………………………2… ... .............. 21 Universidad Católica los Ángeles de Chimbote - ULADECH
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CT I OGENÉTICA GENERAL Definición ………………………………………………………………….. ......................... 222 La célula es una unidad genética ………………………………………2 … 22 ……………… Los cromosmas eucarióticos ……………………………………………223 ……………….... Constancia del número decromosomas ………………………….…… 22 … 3……………... Cromosomassexuales ……………………………………………………2… 23 ……………. Forma de los cromosomas ………………………………………………2 … 2… 4 …………… Metacéntricos …………………………………………………………… 2… 24……………. Submetacéntricos ……………………………………………………… 2… 24…………….. Acrocéntricos ……………………………………………………………2… 24 ………......... Telocéntricos ……………………………………………………….............................. 224 Cariotipo …………………………………………………………....................................... 225 Cariotipo cá l sico …………………………………………................................................225 BIOTECNOLOGA Í E INGENIERÍA GENÉTICA Bo i tecnología moderna ……………………………………………………………… …2 …2..7 Introduccó i n ………………………………………………………………………………….227 Reseñahistóricadela biotecnología ……………………………………… 2… 27………….. Los iniciosdela transformacióndealimentos ……………………… 22… 7…………….. Laproteccióno c ntra lasenfermedades ………………………………… 22… 7……….... Laconservacióndealimentos ………………………………………… 2… 28……………. Elnacimiento dela luchacontra lasenfermedades …………………2… 2… 8 ………… Elsurgimiento dela genética …………………………………………2… 2… 8 ………….. Ep l apel del ADN enla herencia ………………………………………… …9…………. 22 Las fermentacionesindustriales ……………………………………… 22… 9……………. Nueva agricultura ………………………………………………………2 …2… 9… ……….. Plantasdelaboratorio ……………………………………………………2 … 3… 0 ………... Lallegada dela ingeniería genética …………………………………2 … 3… 0 ………….. Laprimera compañía biotecnológica ………………………………2… 3… 1 ……………. Labiotecnología modernay la industria ……………………………… …1…………… 23 Labiotecnología modernaentra a nuestrasvidas …………………… 23… 1…………... Pasos hacia la medicinadel futuro ......................................................................... 232 Más avances en genética ........................................................................... ........... 232 Tipos debiotecnología ................................................................................... 233 ........... Biotecnología tradicional ................................................................ 233 ..................... Biotecnología moderna ........................................................................................ 233 INGENIERÍA GENÉTC I A Características generae l s ............................................................................................ 233 Tecnología del ADN recombinante ........................................................................... 233 Etapasdela tecnología del ADN recombinante …………………… 2… 34…………….. Plásmidos …………………………………………………………………2… 3… 5 ………... Bacteriófagos …………………………………………………………… 2… 36……………. Cósmicos …………………………………………………………………… 23… 6………… Métodos de introducción del vector ………………………………2 …3… 7……………… Enzimas derestricción …………………………………………………2… ……………. 37 La reacción en cadena de la polimerasa (PCR) ………………………………2…4… 1……. Introduccó i n ………………………………………………………………………………241 Universidad Católica los Ángeles de Chimbote - ULADECH
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Fundamento e importanca i …………………………………………………………2 …4... 1 Reactivos ………………………………………………………………………………… 242 Ciclo de amplificación …………………………………………………2 … 4… 3 …………... Inicialización(desnaturalización) ………………………………… 24 … 3……………. Alineamiento (uniónalcebador) …………………………………… 24 …4………….. Extensión(elongacióndela cadena) ………………………………2… 45 ………….. Aplicaciones ……………………………………………………………… 24… 5………….. Investigación …………………………………………………………2… 4… 5 ………… Medicina ………………………………………………………... ............................ 245 Guerra de patentes ……………………………………………………………………2... 46 LA TRANSGÉNIA Introduccón i ………………………………………………………………………………….246 6… Aim l entos transgénicos, estado actual ……………………………………………2 …4… 2… 47 ¿Para qué se obtienen vegetae l s transgénicos? …………………………… ........ 49 Microorganismostransgénicos …………………………………………2… ………………. 4… 9 ………………. Desarrollo de un microorganismo transgénico …………………2… 25… 0…………… Aplicacionesdelosmicroorganismostransgénicos ………………… 2... 51 Animales transgénicos ……………………………………………………………………
TERAPIA GÉNC I A Introduccó i n …………………………………………………………………… …………….252 Insertar genes nuevos ……………………………………………………………………2 …52 EL PROCESO DE LA CLONACIÓN 25… 3…………….. Características generales ………………………………………………… 2… 54………… …. ¿Para que serviría la clonacióndelosanimales? ……………………… 25… 5……………. Laclonaciónhumana ……………………………………………………… La clonación humana con “fines terapéuticos”: el descubrimiento de las células 256 Madre embrionarias ………………………………………………………………………… ¿En qué consiste la propuesta de la co l nación humana con fines tera2p5é7uticos …….. 59…………………. Preguntas de repaso de Biología Celular y Molecular ……………2… 59 I Unidad:Las bases biológicas y químicas delosseresvivos ………2… ………… 63 II Unidad:Estructura y fisiología celular ……………………………2… ……………... 70 III Unidad: Genética, biotecnología e ingeniería genética ………2… ……………….. Go l sario de térmn i os ………………………………………………………………………2..75 9…. Referenca i s bbio i l gráficas y webgrafías …………………………………………2 …8…
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Presentación
El presente texto proporciona conocimientos fundamentales sobre la Biología Ce y Molecular y podrá ser utilizado por los estudiantes de la Facultad de Ciencias de l Salud de la Universidad Católica “Los Ängeles” de Chimbote. El curso de Biología Celular y Molecular tiene por objetivo general que los alum conozcan los fenómenos biológicos a nivel c elular y molecular en los seres vivos.
A nivel de objetivos específicos, el curso pretende proporcionar a los estudiantes lo conocimientos básicos sobre las bases biológicas y químicas de los seres vivos. As mismo, busca que ellos comprendan la estructura y fisiología celular. Y, finalmente tiene como objetivo que los estudiantes comprendan los principios de la genética biotecnología moderna e ingeniería genética.
De esta manera y siguiendo los objetivos trazados en el curso, el texto está dividido en tres grandes unidades: Las bases biológ icas y químicas de los seres vivos, Estructura y fisiología celular y Genética, biotecnología e ingeniería genética. Además el texto brinda una base sólida para que el estudiante de la Facultad de Ciencias de la Salud pueda afrontar sin ning ún contratiempo el desarrollo de los cursos cuyo prerrequisito es Biolog ía Celular y Molecular. Así mismo, se debe destacar que el texto ha sido elaborado tomando en cuenta informaciones más recientes sobre los temas que aquí se desarrollan.
Esperamos que esta modesta contribución satisfaga las expectativas de los estudiantes que utilizarán este documento en el desarrollo del curso; así como de docentes de nuestra casa superior de estudios, a quienes les solicitamos observaciones y sugerencias al presente texto. Estam os seguros que en las próximas ediciones se mejorará la presentación y el contenido hasta convertirse en un libro texto, que trate con mayor profundida y amplitud los conocimientos de la Biología Celular y Molecular, de tal manera que se contribuya a una mejor forma académica de los estudiantes de la Facultad de Ciencias de la Salud.
Los autores
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I UNIDAD LAS BASES BO I LÓGICAS Y QUÍMC I AS DE LOS SERES VV I OS LA BO I LOGÍA Y LOS SERES VIVOS La BIOLOGÍA (del griego «β ιο ς » bios, vida, y «λ ο γ ο ς » logos, estudio) es una de las c naturales que tiene como objeto de estudio a los seres vivos y, más específicamente, s su evolución y sus propiedades: génesis, nutrición, morfogénesis, reproducción, pato Se ocupa tanto de la descripción de las características y los comportamientos de los organismos individuales como de las especies en su conjunto, así como de la reprodu los seres vivos y de las interacciones entre ellos y el entorno. De este modo, se ocupa d estructura y la dinámica funcional comunes a todos los seres vivos con el fin de estable leyesgeneralesque rigen la vidaorgánicay losprincipiosexplicativos fundamentalesd
La biología estudia los seres vivos
CAMPOS DE ESTUDO I DE LA BO I LOGÍA:
Desde que el ser humano se construyó en un individuo para sí, ha ido resolviendo una s interrogantes. En el campo biológico tales interrogantes han abarcado la naturaleza m la vida, su origen y evolución, funciones vitales, reproducción, genética, cultivo de pla enfermedades, etc. Actualmente las ciencias biológicas se abocan al estudio de la filo clonación de seres humanos, biotecnología molecular aplicada a problemas de salud de plagas y mejoramiento de la productividad.
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Los primeros naturais l tas estudiaban a los animales y a aa l s pa l ntas; con la acumua l ción conocme i i nto la Boo i l gía fue dvdd i i i a en ramas cada vez más específicas. Cabe indicar que las ramas de la Biología no son absolutamente independientes, sino q relacionan unas con otras. Sin una visión del conjunto naturaleza, sociedad y pensam investigador pierde contexto general, sus trabajos son incompletos e inclusive investig aspectos que no son importantes, ya que no satisfacen las necesidades reales de la po En este problema suelen caer los investigadores neopositivistas que además no analiz principal de los problemas. Se especializan en su campo natal punto que pierden la p y caen en un mercado academicismo realizando investigaciones intrascendentes. La investigaciónespecializadaes importante, pero siempre enmarcadentro de objetivos g de desarrollo social. La Biología no solo debe describir y explicar fenómenos, debe pr aplicar los conocimientos obtenidos para mejorar la calidad de vida de la població A continuación estudiaremos los campos de la Boo i l gía a los que hemos dvdd i i i o bajo lo sg i uientes criterios: De acuerdo a la materia estudiada. De acuerdo al tipo de organismo estudiado. De acuerdo a nivel en el que se estudia la materia viva . DE ACUERDO A LA MATERIA ESTUDIADA: Ramas más generae l s de la Boo i l gía: Morfología: estudia la forma de los seres vivos y las diversas e constituyendo. Fisiología: estudia el funcionamiento de los seres vivos, las fu rea l ción y de reproduccó i n. Genética: estudia la herencia biológica. Cuando se hace a nivel d denomn i a cto i genética. Evolución: estudia el proceso de transformación de los seres vivo Taxonomía: se encarga de la clasificación de los seres vivos a nomenclatura. Ecología: estudia las relaciones de los seres vivos con el medi vv i os. o
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DE ACUERDO AL TIPO DE ORGANISMO ESTUDIADO Tomando en cuenta las particularidades de las espece i s de organs i mos tenemos: Microbiología: Estudia los microorganismos, seres vivos que vs i ta; hacé i ndose uso del mc i roscopo i para su observacó i n. Bacteriología: estudio de las bacterias. Micología: estudio de los hongos. Virología: estudio de los virus. Cabe indicar que los virus no son se res viv Protozoología: estudio de los protozoarios. o
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Botánica: estudio de las plantas. Ficología: estudio de las algas. Botánica criptogámica: estudio de los musgos y helechos, plantas reproductores pequeños. Botánica fanerogámica: estudio de las plantas con órganos reproductores g Carpología: se encarga del estudio del fruto. Palinología: estudia los granos de polen.
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Zoología: estudio de los animales. Helmintología: estudio de los gusanos (tenias, nemátodos, etc .). Entomología: estudio de los insectos. Malacología: estudio de los moluscos. Ictiología: estudio de los peces. Anfibiología: estudio de los anfibios. Herpetología: estudio de los reptiles. Ornitología: estudio de las aves. Mastozoología: estudio de los mamíferos.
DE ACUERDO AL NIVEL EN EL QUE SE ESTUDIA LA MATERIA VIVA. Tomando en cuenta los nv i eles de organz i acó i n de los seres vv i os tenemo s: Biología molecular: estudia principalmente la estructura, expresión y Biología celular: estudio de la célula, sus características, estructur biología celular es la rama de la biología que persigue la comprensión de las fun de la célula, unidad estructural básica de los seres vivos. Atendiendo a su organ celular, los seres vivos se clasificarán en acelulares (virus, viroides) y celulares, s estos a su vez clasificados en eucariotas y procariotas. Histología: Estudio de los tejidos. Organología u organografía: Estudio de los órganos. Biología de los organismos: Estudia a los individuos, tanto unicelulare pu l ricelua l res. o o
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RAMAS RELACO I NADAS A LA BO I LOGÍA
En su desarrolo l , la Boo i l gía ha requerido de otras ce i nca i s, dando lugar a dv i ersas ram particulares del conocme i i nto: o o
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Bioquímica, aplicación de la química a la biología. Biofísica, integra las leyes de la física al conocimiento de los s derivan la bo i mecánica y bioenergética. Bioética, integra la biología con los juicios de valor. Actualmen o inmoral la co l nación de humanos. Biogeografía, estudio de la distribución de los organismos en la fitogeografía, estudio de la ds i tribución de las pa l ntas; y zoogeografía, estudio d ds i tribucó i n de los animales. Paleontología, estudio de los fósiles. Incluye a la paleobotánica vegetae l s, la pae l ozooo l gía, estudio de los fósiles animales y la pae l oecoo l gía, estu de los ecosistemas del pasado. Geología, estudio de tectónica de placas. Estratigrafía, estudio de aquellos estratos constitui dos por suelos rocosos. Hidrología, estudio del ciclo del agua, los tipos y sus características.
APLICACÓ I N DE LA BO I LOGÍA o o
La Agronomía. Se encarga de aplicar los conocimientos al cultivo La Ganadería: Se encarga de la crianza de animales. El arte de cría, m multipic l acó i n de anm i ales domésticos se denomn i a zootecna i e incluye: La Apicultura. crianza de abejas. La Sericultura. crianza del gusano de seda. La Lombricultura. crianza de lombrices de tierra.
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La Porcinocultura: crianza de cerdos. La Avicultura: crianza de aves. La Piscicultura: crianza de peces. La Cunicultura: crianza de cuyes y conejos. La Bobinotecnia: crianza de ganado vacuno. La Ovinotecnia: crianza de ovejas. La Equinotecnia: crianza de ganado yeguarizo La medicina humana. Tratamiento y prevención de enfermedades que humano. La medicina veterinaria. Tratamiento y prevención de enfermedades de La biotecnología moderna: Manipulación genética de los seres vivo
LOS SERES VV I OS INTRODUCCION
Un ser vivo, también llamado organismo, es un conjunto de átomos y moléculas que fo una estructura material muy or ganizada y compleja, en la que intervienen sistemas d comunicación molecular, que se relaciona con el medio ambiente con un intercambio d materia y energía de una forma ordenada y que desempeña las funciones básicas de la v que son la nutrición, la relación y la reproducción, de tal manera que los seres vivos actú funcionan por sí mismos sin perder su nivel estructural. La materia que compone los seres vv i os está formada en un 95% por cuatro átomos que so carbono, hd i rógeno, oxígeno y ntró i geno, a partir de los cuae l s se forman las molécua l s: Molécua l s orgánc i as o bo i moé l cua l s: ácidos nucec l i os, las proteín as, los gú l cidos y los líp Molécua l s inorgánc i as: Agua, Sales mn i erae l s y gases. Estas molécua l s se repiten constantemente dentro de los seres vv i os, por lo que el origen d vd i a procede de un antecesor común hace muchos mllo i nes de años sobre la Te i rra.
La tierra el habitad de los seres vivos
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Todos los seres vv i os están constituidos por célua l s. En el interior de estas se realiza secuenca i s de reacciones químc i as necesarias para la vd i a.
CARACTERISTICAS DE LOS SERES VV I OS
La vd i a puede definrs i e según ag l unas propiedades básc i as de los seres vv i os, que nos permte i n dfe i renca i rlos del resto de la materia inorgánc i a: 1. Organización.- Las unidades básicas de un organismo son las células. Un organismo puede estar compuesto de una sola célua l (unicelua l r) o por muchas (pu l ricelua l r).
Las bacterias organismos unicelulares los perros organismos pluricelulares
2. Homeostasis.- Los organismos mantienen un equilibrio interno, por ejemplo, controlan activamente su presión osmótica. Homeostasis (Del griego homeo que significa "similar", y estasis, en griego σ τά σ ις "posición", "estabilidad"). Definición que hace referencia a ciertas propiedades de sistemas, en tanto son consideradas como un conjunto integrado de procesos y fun (biológicas y/o artificiales) que permiten autoajustar, medir o tomar en cuenta alg comparación o deducción, con el fin de mantener la constancia en la composición, propiedades, estructura y/o rutinas del medio interno de un organismo o sistema in agentes exteriores. También se entiende como homeostasis al mantenimiento de la constancia del me interno por la acción coordinada de los procesos fisiológicos. La homeostasis y la regulación del medio interno constituye uno de los preceptos fundamentales de la fis puesto que un fallo en la homeostasis deriva en un mal fundamentado de los difere órganos. 3. Irritabilidad.- Es una reacción ante estímulos externos. Una respuesta puede ser de muchas formas, por ee j mpo l , la contraccó i n de un organs i mo unicelua l r cuando es tocado o las reacciones complejas que implican los sentidos en los animales superiores. La irritabilidad es la capacidad de un organismo o de una parte del mismo para identific un cambio en el medio ambiente y poder reaccionar. La irritabilidad es la capacida tienen los seres vivos de responder ante estímulos. Esta característica les permite sobrevivir y, eventualmente, adaptarse a los cambios que se producen en el am Existen dos tipos de estímulos o "señales", externos si es que provienen desde el ex el ambiente donde se desarrolla un organismo, o internos, si se producen dentro d organismo. Ante un estímulo determinado un organismo responde de una forma p que depende tanto del estímulo como del nivel de complejidad del ser vivo. Universidad Católica los Ángeles de Chimbote - ULADECH
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4. Movime i nto.- Es el desplazamiento de un organismo o parte de él, con respecto a un punto de referenca i . Por ee j mpo l , las hojas de una pa l nta que se orientan haca i el sol o un anim que persg i ue a su presa. 5. Metabolismo.- Los organismos consumen energía para convertir los nutrientes en componentes celua l res (anabois l mo) y liberan energía al descomponer la materia orgáni (catabois l mo). El metabolismo es el conjunto de reacciones y procesos físico -químicos que ocurre célula. Estos complejos procesos interrelacionados son la base de la vida a nivel m y permiten las diversas actividades de las células: crecer, reproducirse, mantener s estructuras, responder a estímulos, etc.
Los vegetales son considerados organismos autótrofos por realizar la fotosíntesis
Los animales son considerados organismos heterótrofos
6. Desarrolo l .- Los organismos aumentan de tamaño al adquirir y procesar los nutrientes. Muchas veces este proceso no se limta i a la acumulación de materia sn i o que implic cambios mayores. El desarrollo es en biología el proceso por el que un organismo evoluciona desde su hasta alcanzar la condición de adulto. En sentido estricto el desarrollo no abarca s período de maduración, las fases embrionaria y juvenil, sino también las fases adul senil, pero este uso más amplio del término es infrecuente. Son cambios cuantitativ van ocurriendo simultáneamente y a la diversificación de complejidad creciente qu sistemas van adquiriendo a lo largo del ciclo de vida. 7. Reproducción.- Es la habilidad de producir nuevos organismos, tanto asexualmente desde un único progenitor, como sexuam l ente a partir de al menos dos progenitores. Universidad Católica los Ángeles de Chimbote - ULADECH
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La reproducción es un proceso biológico que permite la producción de nuevos org siendo una característica común de todas las formas de vida conocidas. Las dos modalidades básicas se agrupan en dos tipos, que reciben los nombres de “asexua vegetativa y de “sexual” o generativa.
La fecundación
8. Adaptación.- Las especies evolucionan y se adaptan al ambiente. El proceso de adaptación boó i l gica mejora las posblid i i ades de supervv i encia de los indivd i uos qu muestran una determn i ada característica .
El ser humano se adapta a las condiciones ambientales
Los virus ¿organismos vivos o muertos?
Los virus cumplen con algunas de estas características (materia organizada y complej reproducción y evolución), pero no tienen metabolismo. Hay cierto consenso en no considerarlos formas vidas aunque aún hay quien discrepa sobre la cuestión. Sin emba consideramos que la característica básica de un ser vivo es tener descendencia y evolu también los virus podrían considerarse seres vivos. Como se ve todo depende de qué s considera a la hora de definir la vida.
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Los virus organismos vivos o muertos
NV I ELES DE ORGANZ I ACÓ I N DE LOS SERES VV I OS
La biología se ocupa de analizar jerarquías o niveles de organización que van desde la c los ecosistemas. Este concepto implica que en el universo existen diversos niveles de complejidad. Por lo tanto es posible estudiar biología a muchos niveles, desde un conjunto de organ (comunidades) hasta la manera en que funciona una célula o la función de las molécula misma. En orden creciente se mencionarán los principales nv i eles de organz i acó i n:
1. Molécua l s, elementos, átomos, y partículas subat ómicas.- los niveles funcionales fundamentae l s de la bo i químc i a. 2. Organelos.- una subunidad de la célula. Un organelo se encuentra relacionado con una determn i ada funcó i n celua l r por ee j mpo l la mto i condria (el stio i principal de generació ATP en eucariotas). 3. Célua l .- la más pequeña unidad estructural de los seres vivos capaz de funcionar independe i ntemente. Cada célua l tiene un soporte químc i o para la herenca i (ADN), u ss i tema químc i o para adquirir energía etc. 4. Tejido.- (en organismos multicelulares). Un grupo de células que realizan una determn i ada funcó i n. Por ee j mpo l el teid j o muscua l r cardíaco. 5. Órganos.- (en organismos multicelulares). Grupo de células o tejidos que realizan una determn i ada funcó i n. Por ee j mpo l el corazón, es un órgano que bombea la sangre en ss i tema crc i ulatorio. 6. Sistema.- (en organismos multicelulares). Grupo de células, tejidos y órganos que están organz i ados para realizar una determn i ada funcó i n, por ee j mpo l el ss i tema crc i ulatorio. 7. Individuo (organismo).- Una o más células caracterizadas por un único tipo de información codificada en su ADN. Puede ser unicelular o multicelular. Los individ multicelulares muestran tipos celulares especializados y división de funciones en te órganos y sistemas. 8. Poblaciones.- Grupos de individuos simla i res que tienden a aparearse entre sí en un área geográfica limta i da. Esto puede ser tan sencillo como un campo con flores separado de o campo por una colina sn i flores. Universidad Católica los Ángeles de Chimbote - ULADECH
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Nv i eles de organización de los seres vivos
9. Especie.- Grupo de individuos simla i res que tienden a aparearse entre sí dando origen a una cría fértil. Muchas veces encontramos espece i s descriptas, no por su reproduccó i (espece i s boó i l gicas) sino por su forma (espece i s anatómicas). 10. Comunidad.- Es la relación entre grupos de diferentes especies. Por ejemplo, las comunidades del desierto pueden consistir en conejos, coyotes, víboras, ratones, av plantas como los cactus. La estructura de una comunidad puede ser alterada por c tales como el fuego, la actividad humana y la sobrepoblación. Universidad Católica los Ángeles de Chimbote - ULADECH
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11. Ecosistema.- La relación entre un grupo de organismos entre sí y su medio ambiente. Los científicos a menudo hablan de la interrelación entre los organi smos vivos. Dado, q acuerdo a la teoría de Darwin los organismos se adaptan a su medio ambiente, tam deben adaptarse a los otros organismos de ese ambiente. 12. Bo i sfera.- La suma de todos los seres vivos tomados en conjunto con su medio ambiente. En esencia, el lugar donde ocurre la vida, desde las alturas de nuestra atmósfera ha fondo de los océanos o hasta los primeros metros de la superficie del suelo (o digam mejor kilómetros sí consideramos a las bacterias que se pueden encontrar hasta u profundidad de cerca de 4 Km. de la superficie). Dividimos a la Tierra en atmósfera (a litosfera (tierra firme), hidrosfera (agua), y biosfera (vida).
CLASIFICACO I N DE LOS SERES VV I OS
Luego de la publicación del Sistema Natural de Linneo en 175 8, y durante muchos a reconocían sólo dos ramas en la sistemática: la zoología y la botánica . El evolucionist Ernst Haeckel propuso, a finales del siglo pasado, la construcción de un tercer reino, e Protistas, constituido por microorganismos. Haeckel reconoció que algunos de estos microorganismos carecían de núcleo celular y los denominó Monera. Posteriorment bacterias fueron reconocidas, en 1956, por Herbert Copeland como reino Monera, independiente de los Protistas. Los hongos, fueron los últimos organismos que merec creación de un reino y su fundador, R. Whittaker propuso, en 1959, una clasificación g los seres vivos que contenía cinco reinos: Monera (bacterias), Protista (protozoos), Fu (hongos), Animalia (animales) y Plantae (plantas). Posteriormente, en 1978, Whittake Margulis, propusieron una modificación, conservando el número de reinos e incluyen del antiguo grupo Protistas a las algas. Este nuevo reino fue denominado Protoctista; embargo, gran parte de la literatura científica aún utiliza la denominación Protista. As nueva clasificación de cinco reinos consiste en Procariota (bacterias), Protoctista o
Organización de los seres vivos Universidad Católica los Ángeles de Chimbote - ULADECH
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Los cinco reinos de los seres vivos
(algas, protozoos, mohos del limo, y otros organismos acuáticos y parásitos menos con Fungi (líquenes y hongos), Animal ia (animales vertebrados e invertebrados) y Plantae helechos, coníferas y plantas con flor). Hasta 1977, el reino se consideraba la categoría sistemática más inclusiva. Sin embarg secuenciación de moléculas universales que cambian a tasas ex tremadamente bajas el caso del rRNA) llevaron a Carl Woese y sus colaboradores a la construcción de un á filogenético único en el cual se diferencian tres linajes evolutivos principales o do
Laestructurafilogenéticamásprofundad deladiversidadbiológica obtenidapor CarlWoeseapartirdelasecuenciación de rRNA. Universidad Católica los Ángeles de Chimbote - ULADECH
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En la clasificación de la figura anterior, claramente se distinguen tres grupos monofilé distintos que corresponden a los dominios Bacteria, Arch aea y Eucarya.Woese prop entonces la categoría de dominio para cada uno de estos linajes, o grupos monofilétic denominó Bacteria, Archaea y Eucarya. El cambio propuesto por Woese resalta las d hasta ahora ocultas, entre organismos pr ocariotas. De este modo, Monera es un grup parafilético § que debería descartarse de la clasificación biológica. En el sistema de W Archaea y Bacteria son dominios distintos de organismos procariotas y el primero co menos dos reinos nuevos: Crenarchaeota y Euryarchaeota. El dominio Eucarya agru esta clasificación, a los restantes reinos de organismos eucariotas. La clasificación de Woese, como cualquier clasificación, se basa en el orden de ramific los linajes durante el curso evolutivo. Sin embargo, no todos los taxónomos acuerdan c principio clasificatorio y las disidencias se acentúan cuando se trata de los taxa más in de la clasificación biológica. La propuesta alternativa de Margulis, centrada en los re procesosdesimbiosis, comola deCavallier-Smith enla que propone la categoría deimp lugar de dominio, representan las principales propuestas evolucionistas alternativas a cladística de Woese. Reino
Características
Procariota Células de vida libre; algunas son multicelulares. Diferenciación celular incipiente en (bacteriasalg ) unos grupos. Inclu ye a todas las bacterias. Células eucariotas. Flagelo u ndulipodio de estructura 9+2 en algún momento de su cic Protista ode vida. La distinción entre unicelularidad y multicelularidad es irrelevante. Es un grup Protoctistadefinido por exclusión, es decir, no son animales, plantas, hongos ni procariotas. Contiene aproximadamente 27 ph yla inclu yendo a protozoos y algas como los organismos más comunes. Células eucariotas. Formación de esporas y ausencia de undulipodio (amastigotas). La esporas haploide germinan generando hifas que por un proceso de septación más o menos incompleto da lugar a la formación de células. El citoplasma pu ede fluir en mayor o menor grado a través de la hifa. Al conjunto de hifas se le llama micelio y Hongos constitu ye la estructura visible de la ma yor parte de los hongos. Las hifas adya centes pueden compartir núcleos por conjugación dando lugar a una célula hetero cariótica cu yos núcleos se dividen por mitosis y originan una hifa dicariótica. En la reproducción sexual, ambos núcleos se fusionan y forman una célula cigótica diploide que se dividi por meiosis y formará la s nuevas esporas haploides. Organism os multicelulares eucariotas desarrollados a partir de un embrión que no produce una blástula. Las células eucariotas de la mayor parte de las plantas poseen plásticos fotosintéticos, sin embargo, ésta no es una característica exclusiva ni general de las plantas. A diferencia de los animales -cuyas células son en su mayoría diploides y fungi -cuyas células son haploides o dicarióticas- las plantas alternan de manera Plantas ordenada un estadio haploide o de gametofito -donde se producen gametas por mitosis - y otro diploide o de esporofito -donde se producen gametas por meiosis-. En las plantas con flores, el esporofito domina el ciclo de vida y el gametofito, en lugar de producir una nueva planta independiente, se reduce a unas pocas células dentro de la flor del esporofito. Del mismo modo, en los helechos, el esporofito es la forma que domina el ciclo de vida y el gametofito, a pesar de tener una fase de vida libre, no es visible a simple vista. Organismos multicelulares eucariotas desarrollados a partir de un embrión que pasa p un estadio de blástula. Aunque la multicelularidad ha surgido independ ientemente en todos los reinos, en los animales es característica ya que la s células están unidas por Animales complejas estructuras como losdesmosomas, uniones denomi nadas "gap" y septadas A diferencia de las plantas, en los animales la meiosis es ga mética, es decir, a la reducción cromosómica le sigue inmediatamente la formación de gametas sin posibilidad de originar ind ividuos haploides como el gametofito. Universidad Católica los Ángeles de Chimbote - ULADECH
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Caracteres generales que define a cada uno de los 5 reinos Dominio
Características
Bacteria Células procarióticas. Membranas lipídicas Organismos:Termotogales, flavobacterias, compuestas principalmente por diésteres de diacilcianobacterias, bacterias púrpurasglic , baecro teria l. E s l RNA ribosomal de la subunidad peque ña de gram-positivas, bacterias verdes los noribosomas (16S-rRNA) es del tipo eubacteriano. sulfurosas. Archaea Células procarióticas. Membranas lipídicas Organismos: P yrodictium, Thermoproteo compuesta us, s principalmente por diéteres de glicerol termococales, metanococales isopreno , ides o tetraéteres de diglicerol. El RNA metanobacterias, metanomicroribosomal biales, de la subunidad pequeña de los ribosomas halófilos extremos. (16S-rRNA) es del tipo arqueobacteriano. Eucarya Células eucarióticas. Membranas lipídicas co mpuestas Organismos: Animales, protozoos ciliados, principalmente por diésteres de acil-glicerol. El RNA protozoos flagelados, plantas, hongos , ribosomal de la subunidad peque ña de los ribosomas diplomonas, algas rojas, euglenoides, (18S-rRNA) es del tipo eucariota.. microsporidias.
Caracteres que definen a los tres domn i ios
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COMPONENTES QUÍMC I OS DE LA MATERA I VVE I I NTE: BO I ELEMENTOS, BO I MOLÉCULAS INORGÁNICAS (AGUA Y SALES MN I ERALES) Y BO I MOLÉCULAS ORGÁNC I AS (CARBOHIDRATOS) BO I ELEMENTOS: PRIMARO I S, SECUNDARIOS Y TERCIARIOS
Los bioelementos son los elementos químicos que constituyen los seres vivos. De los aproximadamente 100 elementos químicos que existen en la naturaleza, unos 70 se e en los seres vivos. De estos sólo unos 22 se encuentran en todos en cierta abundancia y cumplen una cierta función. Los bioelementos se clasifican en:
Los bioelementos primarios, secundarios y terciarios
Bioelementos primarios: C, H, O, N, P y S. Representan en su conjunto el El hecho de que los bioelementos primarios sean tan abundantes en los seres vivos s debe a que presentas ciertas características que los hacen idóneos para formar las moléculas de los seres vivos. Así: Sus compuestos presentan polaridad por lo que fácilmente se ds i uev l en en el agua, lo q facilita su incorporación y eimn l i acó i n. El C y el N presentan la misma afinidad para unirse al oxígeno o al hidrógeno, por lo q pasan con la misma facilidad del estado oxidado al reducido. Esto es de gran importa pues los procesos de oxidación-reducción son la base de muchos procesos químico importantes y en particular de los relacionados con la obt ención de energía como la fotosíntesis y la respiración celular. El C, el H, el O y el N son elementos de pequeña masa atómica y tienen variabilida valencias, por lo que pueden formar entre sí enlaces covalentes fuertes y estables. D a esto dan lugar a una gran variedad de moléculas y de gran tamaño. De todos ello Universidad Católica los Ángeles de Chimbote - ULADECH
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carbono es el más importante. Este átomo es la base de la químc i a orgánc i a y de la químc i a de los seres vv i os.
Bioelementos secundarios: Na+1, K+1, Ca+2, Mg+2, Cl-1, Fe+3. Aunque se enc menor proporción que los primarios, son tambiénimprescindibles para losseres vivos. En medio acuoso se encuentransiempre ionizados.Seencuentranformando parte de las biomoléculas inorgánicas como las sales minerales o bien en forma d monoatómicos disueltos o asociados a biomoléculas orgánicas. Bioelementos terciarios (oligoelementos): Cu+1, Co+3, I-1, F-1, B+1, Mo+2, Mn+2 aquellosbioelementosque seencuentran en los seres vivos en un porcentaje men del 0.1%. Algunos, losindispensables, se encuentran en todos los seres vivos, mientras que otros, variables, solamente los necesitan algunos organismos.
Presencia de los bioelementos primarios en las principales biomoléculas
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BO I MOLECULAS
Los bioelementos se unen entre sí para formar moléculas que llamaremos biomolécul moléculas que constituyen los seres vivos. Estas moléculas se han clasificado tradicio en los diferentes principios inmediatos, llamados así porque podían extraerse de la ma con cierta facilidad, inmediatamente, por métodos físicos sencillos, como: evaporación filtración, destilación, disolución, etc. Entre las principales bo i moé l cua l s tenemos: INORGANICAS H2O CO2 Sales minerales
ORGANC I AS Carbohidratos Lípidos Proteínas Acidos nucleicos Enzimas
BO I MOLÉCULAS INORGÁNICAS EL AGUA
El agua, una molécula simple y extraña, puede ser considerada como el líquido de la v sustancia más abundante en la biosfera, dónde la encontramos en sus tres estados y e además el componente mayoritario de los seres vivos, pues entre el 65 y el 95% del p e la mayor parte de las formas vivas es agua. El agua fue además el soporte donde surgió la vida. Molécula con un extraño compor que la convierten en una sustancia diferente a la mayoría de los líquidos, posee una m reaccionabilidad y posee unas extraordinarias propiedades físicas y químicas que van a responsables de su importancia biológica. Durante la evou l ción de la vd i a, los organs i mos se han adaptado al ambe i nte acuoso y h desarrola l do ss i temas que les permte i n aprovechar las inusta i das propiedades del agua.
ESTRUCTURA
La molécula de agua está formada por dos átomos de H unidos a un átomo de O por m dos enlaces covalentes. La disposición tetraédrica de los orbitales sp3 del oxígeno dete un ángulo entre los enlaces H-O-H , aproximadamente de 104'5º , además el oxígeno e electronegativo que el hidrógeno y atrae con más fuerza a los electrones de cada e
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El resultado es que la molécula de agua aunque tiene una carga total neutra (igual nú protones que de electrones), presenta una distribución asimétrica de sus electrones, lo q convierte en una molécula polar, alrededor del oxígeno se concentra una densidad de negativa, mientras que los núcleos de hidrógeno quedan desnudos, d esprovistos parc de sus electrones y manifiestan, por tanto, una densidad de carga positiva. Por eso en práctica la molécula de agua se comporta como un dipolo. Así se establecen interacciones dipolo-dipolo entre las propias moléculas de agua, fo enlaces o puentes de hidrógeno, la carga parcial negativa del oxígeno de una molécu atracción electrostática sobre las cargas parciales positivas de los átomos de hidróge otras moléculas adyacentes. Aunque son uniones débiles, el hecho de que alrededor de cada molécula de agua s dispongan otras cuatro molécula unidas por puentes de hidrógeno permite que se fo agua (líquida o sólida) una estructura de tipo reticular, responsable en gran parte de s comportamiento anómalo y de la peculiaridad de sus propiedades físicoquímicas.
PROPIEDADES
1. Acción disolvente El agua es el líquido que más sustancias disuelve, por eso decimos que es el disolvent universal. Esta propiedad, tal vez la más importante para la vida, se debe a su capacid formar puentes de hidrógeno con otras sustancias que pueden presentar grupos pola carga iónica (alcoholes, azúcares con grupos R-OH, aminoácidos y proteínas con gr up presentan cargas + y -, lo que da lugar a disoluciones moleculares Fig.7. También las moléculas de agua pueden disolver a sustancias salinas que se disocian formando dis iónicas (Fig.6).
Fg i . 06
Fg i . 07
En el caso de las ds i oluciones iónicas (fig.6) los iones de las sales son atraídos por los di del agua, quedando "atrapados" y recubiertos de molécua l s de agua en forma de ione hidratados o solvatados. La capacidad disolvente es la responsable de dos funciones: 1. Medio donde ocurren las reacciones del metabolismo. 2. Sistemas de transporte. Universidad Católica los Ángeles de Chimbote - ULADECH
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2. Ee l vada fuerza de cohesión Los puentes de hidrógeno mantienen las moléculas de agua fuertemente unidas, form estructura compacta que la convierte en un líquido casi incom prensible. Al no poder comprimirse puede funcionar en algunos animales como un esqueleto hidrostático, c ocurre en algunos gusanos perforadores capaces de agujerear la roca mediante la pre generada por sus líquidos internos.
3. Elevada fuerza de adhesión Esta fuerza está también en relación con los puentes de hidrógeno que se establecen moléculas de agua y otras moléculas polares y es responsable, junto con la cohesión d llamado fenómeno de la capilaridad. Cuando se introduce un capilar en un recipiente c ésta asciende por el capilar como si trepase agarrándose por las paredes, hasta alcan nivel superior al del recipiente, donde la presión que ejerce la columna de agua, se eq con la presión capilar. A este fenómeno se debe en parte la ascensión de la savia bruta d las raíces hasta las hojas, a través de los vasos leñosos.
4. Gran calor específico También esta propiedad está en relación con los puentes de hidrógeno que se forman e moléculas de agua. El agua puede absorber grandes cantidades de "calor" que utiliza romper los p.de h. por lo que la temperatura se eleva muy lentamente. Esto permite qu citoplasma acuoso sirva de protección ante los cambios de temperatura. Así se mant temperatura constante.
5. Elevado calor de vaporización Sirve el mismo razonamiento, también los p.de h. son los responsables de esta p ropie evaporar el agua, primero hay que romper los puentes y posteriormente dotar a las m de agua de la suficiente energía cinética para pasar de la fase líquida a la gaseosa. Para evaporar un gramo de agua se precisan 540 calorías, a una temperatura de 20 ºC
FUNCIONES
Las funco i nes del agua se rea l cionan íntimamente con las propiedades anteriormente descrita Se podrían resumir en los sg i uientes puntos : Soporte o medio donde ocurren las reacciones metabólicas. Amortiguador térmico. Transporte de sustancias. Lubricante, amortiguadora del roce entre órganos. Favorece la circulación y turgencia. Da flexibilidad y elasticidad a los tejidos. Puede intervenir como reactivo en reacciones del metabolismo, apo hd i rogeniones o hd i roxilos al medo i .
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SALES MN I ERALES
Además del agua existen otras bo i moé l cua l s inorgánc i as como las sales mn i erae l s. En func de su solubilidad en agua se ds i tinguen dos tipos: insou l bles y solubles en agua. 1. Sales insolubles en agua Forman estructuras sólidas, que suee l n tener funcó i n de sostén o protectora, como: Esqueleto interno de vertebrados, en el que encontramos : fo carbonatos de calco i . Caparazones de carbonato cálcico de crustáceos y moluscos. Endurecimiento de células vegetales, como en gramíneas (impregnaci Ooito t l s del oído interno, formados por cristae l s de carbonato cálcc i o (equilibrio). o
o o o
2. Sales solubles en agua Se encuentran ds i oca i das en sus iones (cationes y aniones) que son los responsables de s activd i ad boó i l gica. Desempeñan las sg i uientes funco i nes: Funciones catalíticas: Algunos iones, como el Cu+, Mn2+, Mg2+ cofactores enzm i áticos. Funciones osmóticas: Intervienen en los procesos relacionados agua entre el interior celular y el medio donde vive esa célula. Los iones de Na, K Ca, participan en la generación de gradientes electroquímicos, imprescindible mantenimiento del potencial de membrana y del potencial de acción y en la sina neuronal. Función tamponadora: Se lleva a cabo por los sistemas carbo també i n por el monofosfato – bfo i sfato. o
o
o
LOS COMPUESTOS ORGÁNC I OS DE LOS SERES VV I OS
Son compuestos orgánicos los compuestos de carbono. Esto es, aquellos en, los que e de carbono es un elemento esencial en la molécula y forma en ella la cadena básica a la están unidos los demás elementos químicos. Los seres vivos contienen compuestos orgánicos. Son éstos los que caracterizan a la m viva y la causa de las peculiares funciones que realiza. La gran variedad de compuest orgánicos que contienen los seres vivos no se clasifican des de un punto de vista quím a partir de criterios muy simples, tales como su solubilidad o no en agua, u otros. Sigu estos criterios se clasifican en: Carbohidratos Lípidos Proteínas Acidos nucleicos Enzimas Las funco i nes que cumplen estas sustanca i s en los seres vv i os son muy variadas, así tenemo 1. Glúcidos y lípidos tienenesencialmente funcionesenergéticas y estructurales. 2. Las proteínas:enzimáticas y estructurales. 3. Los ácidos nucleicos son losresponsablesdela informacióngenética. 4. Algunas sustancias son de gran importancia para los seres vivos pero estos las ne en muy pequeña cantidad y nunca tienen funciones energéticas ni estructurales. P causa reciben el nombre de biocatalizadores. Son biocatalizadores las vitam inas, la enzimas y las hormonas. o o o o o
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LOS CARBOHIDRATOS
Los glúcidos, también llamados azúcares o sacáridos , son un grupo de biomoléculas o muy abundantes en la naturaleza. Azúcares, almidones y celulosa son carbohidratos. L azúcares y los almidones sirven como fuentes de energía para las células, en tanto qu celulosa es el componente estructural principal de las paredes que rodean a las célula vegetales. Los carbohidratos se componen de átomos de carbono, hidrógeno y oxígen proporción aproximada de un átomo de carbono por dos de hidrógeno y uno de oxíge (CH2O)n. El término carbohidrato (que significa hidrato de carbono o “carbono con ag la proporción de 2:1 de hidrógeno y oxígeno, que es la misma del agua (H 2O). Los carbohidratos contienen una unidad de azúcar (monosacáridos), dos unidades (disac muchas unidades (polisacáridos). Los monosacáridos por lo general contienen tres a siete átomos de carbono. En un monosacárido, todos los carbonos excepto uno están unidos a un grupo hidroxilo; el carbono forma un doble enlace con un átomo de oxígeno, con lo que constituye un gr carbonilo. Si este grupo está en el extremo de la cadena, el monosacárido es un alde está en cualquier otra posición, se trata de una cetona. Por convención, el esqueleto d carbono de un azúcar comienza a numerarse en el grupo carbonilo terminal (o en el más cercano a él) de la cadena abierta. La gran cantidad de grupos hidroxilo polares grupo carbonilo, dan a los monosacáridos propiedades hidrofílicas. Los carbohidratos más sencillos son los azúcares de tres carbonos (triosas): gliceralde dihidroxiacetona. La ribosa y la desoxirribosa son pentosas comunes, o sea azúcares d átomos de carbono, y forman parte de los ácidos nucleicos, como ADN, ARN. Glucos fructosa, galactosa de seis átomos de carbono se denominan hexosas. (Nótese que los nombres de os carbohidratos suelen terminar en “osa”).
La glucosa (C6H12O6), el monosacárido más abundante, es utilizado por la mayor parte d organismos como fuente de energía; su importancia en el metabolismo es tal que su concentración se mantiene cuidadosamente en valores homeostáticos (relativamente constantes) en la sangre de los seres humanos. La glucosa y la fructosa son isómeros estructurales, o sea que poseen fórmula molecular idéntica, pero sus átomos están di de manera distinta. Debido a tales diferencias, estos dos azúcares tiene n propiedade distintas. Por ejemplo, la fructosa es más dulce que la glucosa. Universidad Católica los Ángeles de Chimbote - ULADECH
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Los disacáridos (“dos azúcares”) consta de dos monosacáridos anulares (en forma de unidos por un enlace glucosídico, consiste en un oxígeno central enlazado en forma c a dos carbonos, uno en cada anillo. El enlace glucosídico de un disacárido por lo gene forma entre el carbono 1 de una molécula y el carbono 4 de la otra. La maltosa (azúca malta) es un disacárido que resulta de la unión covalente de dos unidades de gluc La sacarosa, o azúcar de mesa, consta de una unidad de glucosa combinada con otra d fructosa. La lactosa, azúcar presente en la leche, se compone de una molécula de glu otra de galactosa. Los disacáridos son susceptibles de hidrólisis, o sea separación al agregar agua , en d monosacáridos. Durante la digestión, la maltosa se hidroliza y forma dos moléculas de De igual manera, la sacarosa se hidroliza para formar glucosa y fructosa. Los carbohidratos más abundantes son los polisacáridos, grupo que incluye almidon glucógeno y celulosa. Un polisacárido es una macromolécula consistente en unidade repetitivas de azúcares simples, por lo general glucosa.. Aunque el número preciso d unidades varía, por lo general hay miles en una sola molécula. El polisac árido puede s cadena larga sencilla o ramificada. Dado que se componen de diferentes isómeros y q unidades pueden disponerse de distintas maneras, los polisacáridos varían en sus propiedades. Los que pueden descomponerse con facilidad en sus su bunidades son adecuados para almacenamiento de energía, en tanto que la arquitectura tridimensio macromolecular de otros los hace particularmente aptos para formar estructuras e
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Formación de la maltosa , disacárido reductor, mediante la unión de dos moléculas de glucosa. Se obtiene por hidrólisis de almidón y del glucógeno. Aparece en la germinación de la cebada empleada en la fabricación de la cerveza.
La sacarosa está formada por la unión de una molécula de glucosa y una molécula de fructosa. No es un azúcar reductor. Es el azúcar de mesa. Se encuentra en la caña de azúcar y en la remolacha.
La lactosa está formada por la unión de una molécula de glucosa y una molécula de galactosa. Es un azúcar reductor. Se encuentra en la leche de los mamíferos.
Los polisacáridos, son los carbohidratos más complejos y entre los cuales se pueden mencionar el almidón, que forma parte habitual del carbohidrato empleado para almacenamiento de energía en las plantas, es un polímero consistente en subunida alfa-glucosa. El almidón tiene dos formas, amilosa (no ramificada) y amilopectina (ram Los seres humanos que comen alimentos vegetales cuentan con enzimas para realiza hidrólisis. Universidad Católica los Ángeles de Chimbote - ULADECH
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El glucógeno (a veces llamado almidón animal) es la forma en que se almacena la gluc los tejidos animales, es muy hidrosoluble. El glucógeno s se almacena sobre todo en la de hígado y músculos. La celulosa es la sustancia que más abunda en este grupo, e s un carbohidrato estructu la mitad de la madera es celulosa, y el algodón al menos 90% de celulosa. Las células vegetales están rodeadas por paredes celulares de sostén resist ente, formadas en su parte de celulosa. Muchos derivados de monosacáridos son moléculas biol ógicas importantes. Algunos s componentes estructurales de importancia. Los aminosacáridos , galactosamina y glu son azúcares en los cuales un grupo amino (-NH2) sustituye al grupo hidroxilo (-OH). L galactosamina forma parte del cartílago, un constituyente del sistema óseo de los verte en tanto que la N-acetilglucosamina (NAG), unida por enlaces glucosídicos, es la unid molecular de la quitina, principal componente del esqueleto externo de insectos, can otros artrópodos, así como las paredes celulares de los hongos. Los carbohidratos también se combinan con las prot eínas y forman glucoproteínas, compuestos presentes en la superficie externa de muchas células eucariotas. Alguna cadenas de carbohidratos permiten a las células adheri rse entre sí, mientras que otra protección. La mayor parte de las proteínas secretadas por las células son glucoprote mismo, los carbohidratos pueden combinarse con los lípidos y formar glucolípidos, c presentes en la superficie de las células animales y que se piensa permiten a dichas c reconocerse e interactuar entre sí.
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COMPONENTES QUÍMC I OS DE LA MATERA I VVE I I NTE: BO I MOLÉCULAS ORGÁNC I AS (LÍPIDOS, PROTEÍNAS) LOS LIPIDOS
Los lípidos son un grupo heterogéneo de compuestos que se definen no por su estruc por el hecho de que son solubles en solventes no polares (éter, cloroformo, etc.) y rela insolubles en el agua. Las moléculas lipídicas tienen estas propiedades porque consis principalmente en carbono e hidrógeno, co n pocos grupos funcionales que contenga Los átomos de oxígeno son característicos de los grupos funcionales hidrofílicos, de m los lípidos, con poco oxígeno, tienden a ser hidrófobos. Entre los grupos de lípidos de importancia biológica están grasas neutras, fosfolípidos, carotenoides (pigmentos ve amarillos y anaranjados), esteroides y ceras. Algunos lípidos se emplean para alma ce de energía, otros son componentes estructurales de membranas celulares, y algunos m hormonas de importancia.
Las grasas neutras se componen de glicerol y ácidos garsos Los lípidos más abundantes en los seres vivos son las grasas neutras. Estos compues una forma económica de almacenamiento de reserva de energía, ya que liberan el do energía por gramo, en comparación con los carbohidratos. Estos últimos y las proteín transformarse en grasas por acción enzimática y alma cenarse en las células del tejid de los animales.
Una grasa neutra consiste en una molécula de glicerol unida a una, dos o tres ácidos g glicerol es un alcohol de tres carbonos que contiene igual número de grupos hidroxilo ( ácido graso es una cadena larga no ramificada de hidrocarbur o con un grupo carbox en un extremo. Hay alrededor de 30 ácidos grasos distintos en los lípidos, y por lo gen tienen número par de átomos de carbono. Por ejemplo, el ácido butírico, presente en la mantequilla rancia, tiene cuatro átomos de carbono. El ácido oleico, que es el ácido g distribución más amplia en la naturaleza, posee 18 átomos de carbono y se encuentra e mayor parte de las grasas animales y vegetales.
Los ácidos grasos saturados son aquellos cuyos átomos de carbono están unidos entre un sólo enlace o enlace simple, conteniendo el número máximo posible de átomos de hidrógeno. Las grasas ricas en estos ácidos, como la grasa animal y la manteca vegeta tienden a ser sólidas a temperatura. No hay un requerimient o alimentario de ácidos g saturados.
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Algunos ácidos grasos de importancia biológica
Los ácidos grasos insaturados tienen uno o más pares de átomos adyacentes unidos p enlaces dobles, de modo que no están por completo saturados por hidrógenos. Los ác grasos con un doble enlace se llaman ácidos grasos monoins aturados, y los que tiene un doble enlace se denominan ácidos grasos poliinsaturados. Las grasas que contien elevada proporción de ácidos grasos monoinsaturados o poliinsaturados tienden a se a la temperatura ambiente. Al menos dos ácidos grasos insaturados, linoleico y araqu son nutrientes esenciales que deben estar incluí dos en los alimentos, dado que el cue humano no puede sintetizarlos.
Cuando una molécula de glicerol se combina químicamente con otra de ácido graso un monoacilglicerol (a veces denominado monoglicérido). Los diaci lgliceroles (o digl triacilgliceroles (o triglicéridos) contienen dos o tres ácidos grasos, respectivamente reacción de condensación se extrae el equivalente a una molé cula de agua cuando u grupos hidroxilo del glicerol reacciona con el grupo carboxilo de un ácido graso, form enlace éster. Universidad Católica los Ángeles de Chimbote - ULADECH
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Los fosfolípidos son componentes de las membranas celulares
Los fosfolípidos pertenecen a un grupo de lípidos, llamados líp idos anfipáticos, en los extremo de cada molécula es hidrofílico, y el otro, hid rófobo. Los dos extremos de un de fosfolípido difieren en sus propiedades físicas y qu ímicas. Un fosfolípido consiste molécula de glicerol unida por un extremo a dos ácidos grasos y, por el otro, a un gru enlazado a su vez a un compuesto orgánico, por ejempl o la colina (alcohol superio El compuesto orgánico suele contener nitrógeno (debe hacerse notar que en las gra no hay fósforo ni nitrógeno). La proporción de la mol écula correspondiente al ácido g contiene las dos “colas” de hidrocarburo) es hidrófoba e insoluble en agua. Sin emba porción formada por glicerol, grupo fosfato y la base orgánica (alcohol superior), que e cabeza de la molécula, está bastante ionizada y es muy hidrosoluble. La s propiedade anfipáticas de estas moléculas lipídicas las hacen bastante excepcionalmente adecu construir membranas celulares.
Ca l sificación de los fosfolípidos
Los lípidos han sido clasificcados en “ saponificables” y “no saponificables”. Dentro de los saponificables se tiene a los lípidos simples y a los lípidos complejos. Dentro de los n saponificables a los esteroides, isoprenoides, las prostaglandinas y las vitaminas lipo
Lípidos saponificables
Son los que presentan ácidos al descomponerse, liberan ácidos grasos y ac l oholes. Lípidos simples.- Constituídas por un alcohol y ácidos grasos, unidos entre sí mediante enlaces éster. Dentro de los lípd i os sm i ples se encuentran a los gic l éridos y a los cérid (ceras). Glicéridos (acilglicéridos) .- Compuestos formados por un alcohol glicerol y 1 a 3 ácidos gras unidos meda i nte enlaces éster. No se ds i uev l en en agua; se les llama grasa. Estas pueden ser sólidas, semisólidas o líquidas. Las grasas sólidas son glicéridos constituídos por glicerol y saturados, el sebo del ganado vacuno es un ee j mpo l de grasa sólida. Las grasas semisólidas son glicéridos constituídos por glicerol y sometidos a un proceso de hd i rogenación se han saturado, se i ndo incam i i l ente insaturados, la margarina es una grasa sems i ólida. Las grasa líquidas son glicéridos constituídos por glicerol y o
o
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insaturados o polinsaturados, los acete i s vegetae l s (de oiv l o, ag l odón y maíz) son grasas líquidas. Céridos.- Son lípidos simples constituídos por un alcohol de elevado peso molecular monohidroxílico (que presenta un sólo hidroxilo) y un ácido graso saturado. Los cérido llamados comúnmente ceras y se caracterizan por ser insolubles en agua; moldeables son calentadasy durasenfrío. Entre losprincipalescéridos destacan: el palmitato demiric lanolina la cutina y la suberina. Lípidos complejos.- Bo i moléculas
constituídas por un alcohol, ácidos grasos y otros grupos químicos. Los lípidos complejos se clasifican en fosfolípidos y glucolípidos. Los fos son los que presentan ácido fosfórico como grupo funcional y los glucolípidos son lo presentan azúcares como sustancia adicional. Los lípd i os compleo j s son molécua l s anfipáticas (del griego amphi = en ambos lados, y pátheia = sentir) que presentan dos regiones bien definidas. Una cabeza polar hidrofílica y una cola apoa l r hd i rofóbica. Fosfolípidos.-
Lípidos constituídos por ácidos grasos, un alcohol, ácido fosfó moléculas (generalmente nitrogenadas). So n moléculas anfipáticas; la cabeza hi está constituída por ácido fosfórico y una molécula nitrogenada, mientras que la c hidrofílica está constituída por dos ácidos grasos y un alcohol que puede ser glic esfingosina. Son importantes como componentes de las membranas celulares. L fosfolípidos pueden ser clasificados en glicerofosfolípidos y esfingofosfolípid o
o
Los glicerofosfolídos.-
Son los fosfolípidos que tienen com Dentro de este grupo se encuentran las leci tinas, las cardiolipinas, las cefalin plasmalógenos, la fosfatidilserina y los lisofosfolípidos, muchos de los que componen las membranas celulares.
Los esfingofosfolípidos.-
Son los fosfolípidos que tiene co esfingosina, dentro de este grupo se encuentran las esfingomiein l as y la ceramidas.
Glucolípidos.- Lípidos constituídos por un ácido graso, un alcohol llamado un carbohidrato que puede ser monosacárido, disacárido o un monosacárido d Dentro de los glucolípidos se encuentran los cerebrósidos, los gangliósidos y lo sulfátidos.
Lipidos no saponificables
Son los que al descomponerse no liberan ácidos grasos, ni alcoholes, también son lla lípidos derivados. Dentro de este tipo de lípidos se consideran a los esteroides, (el co del cual se pueden derivar: las hormona s sexuales estrona, estradiol, progesterona androsterona y testosteronao;trah sormonas como la ecdisona, cortisona, la aldosterona la corticosterona y el cortisol, los ácidos biliares y vitaminas como la D), los isoprenoides, prostaglandinas y las vitaminas liposolubles (vitaminas A, E y K).
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PROTEN I AS
Caracteristicas generales
El nombre proteína proviene de la palabra griega: “proteios”, que significa lo primero todos los compuestos químicos, ciertamente hay que considerar a las proteínas como importantes, puestos que son las sustancias de la vida. Las proteínas ocupan un lugar de máxima importancia entre las molé culas constituy los seres vivos. En los vertebrados, las proteínas son los compuestos orgánicos más abundantes, pues representan alrededor del 50% del peso seco de los tejidos. Práctic todos los procesos biológicos dependen de la presencia y/ o actividad de este tipo de sustancias. Bastan algunos ejemplos para dar idea de la variedad y trascendencia de a ellas asignadas. Son proteínas casi todas las enzimas, catalizadores de reacciones q en organismos vivientes; muchas hormonas, reguladores de actividades celulares; la hemoglobina y otras moléculas con funciones de transporte en la sangre; anticuerpo encargados de acciones de defensa natural contra infecciones o agentes extraños; lo receptores de las células, a los cuales se fijan moléculas capaces de desencadenar un respuesta determinada; la actina y la miosina, responsables finales del acortamiento d músculo durante la contracción; el colágeno, integrante de fibras altamente resistente tejidos de sostén. Estas son macromoléculas compuestas por carbono, hidrógeno, oxígeno y nitrógeno mayoría también contienen azufre y fósforo. Las mismas están formadas por la unión aminoácidos, unidos mediante enlaces peptídicos. El orden y disposición de los amin en una proteína depende del código genético, ADN, de la persona. Por hidrólisis, las moléculas proteínicas son escindidas (divididas) en numerosos co relativamente simples, de pequeño peso, que son las unidades fundamentales constitu de la macromolécula. Estas unidades son los aminoácidos, de los cuales existen vein especies diferentes y se unen entre sí mediante enlaces peptídicos. Cientos y miles d aminoácidos puedenparticipar enla formacióndela granmolécula poliméricadeuna pr
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Las proteínas son moléculas específicas que marcan la individualidad de cada ser viv además de una gran importancia porque a través de ellas se va a expresar la informa genética, de hecho el dogma central de la genética molecular nos dice:
DNA
RNA
Proteína
Estructura proteica
Presentan una disposición característica en condiciones ambientales, si se cambia la p temperatura, pH, etc., pierde la conformación y su función. La función depende de la conformación y ésta viene determinada por la secuencia de aminoácidos. En el estudio de la estructura de las cadenas polipeptídc i as podemos ds i tingur i hasta cu nv i eles de organz i acó i n estructura:l 1. La estructura primaria corresponde con la secuencia de aminoácidos que forman la cadena polipeptídica. La estructura primaria de las proteínas, se refiere a la secue aminoácidos. Los aminoácidos están unidos por enlaces peptídicos que son los únic se dan en este nivel. El orden de ami noácidos le da su especificidad y también influ conformación final y en su función. Este orden es consecuencia de la información d material genético: Cuando se produce la traducción del RNA se obtiene el orden de aminoácidos que van a dar lugar a la proteína. Se puede decir, por tanto, que la estru primaria de las proteínas no es más que el orden de aminoácidos que la conform 2. La estructura secundaria es la disposición espacial del esqueleto de la cadena polipeptídica, sin incluir las cadenas laterales de los aminoácidos. La estructura s de las proteínas es el plegamiento que la cadena polipeptídica adopta gracias a la formación de enlaces de hidrógeno entre los átomos que forman el enlace peptídi puentes de hidrógeno se establecen entre los estables. Hélice alfa: En esta estructura la cadena polipeptídica se enrolla en e misma debido a los giros producidos en torno al carbono alfa de cada aminoácid estructura se mantiene gracias a los enlaces de hidrógeno intercatenarios form entre el grupo -NH de un enlace peptídico y el grupo -C=O del cuarto aminoácid sigue. Hélice de colágeno: Es una variedad particular de la estructura secund forma el colágeno, que esta presente en tendones y teid j os conectivos, y posee un estructura particularmente rígd i a. Beta láminas o de láminas plegadas: Algunas proteínas conservan su primaria en zigzag y se asocian entre sí estableciendo uniones mediante enlace hidrógeno intercatenarios. Todos los enlaces peptídicos participan en este enlac cruzado, confiriendo así gran estabilidad a la estructura. La forma en beta es un conformación simple formada por dos o más cadenas polipeptídicas paralelas (q corren en el mismo sentido) o antíparalelas (que corren en direcciones opuesta adosan estrechamente por medio de puentes de hidrógeno y diversos arreglos e radicales libres de los aminoácidos. Esta conformación tiene una estructura lam plegada, a la manera de un acor deón. 3. La estructura terciaria es la disposición tridimensional de la cadena polipeptídica completa. Es el modo en que esa cadena polipeptídica se pliega en el espacio, es d cómo se arrolla una determinada proteína globular. Es la disposición de los domin espacio.
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La estructura terciaria se realiza de manera que los aminoácidos apolares se sitúan h interior y los polares hacia el exterior. Está estabilizada por enlaces covalentes entre puentes de hidrógeno entre cadenas laterales , interacciones iónicas entre cadena laterales, interacciones hidrofóbicas entre cadenas laterales y las interacciones de Waals.
Niveles de organización de las proteínas
4. La estructura cuaternaria aparece en las proteínas formadas por más de una cadena polipeptídica, y describe cómo están asociadas dichas cadenas para constituir la p activa. Es el nivel que afecta a la disposición de varias cadenas polipeptídicas en e espacio. Afecta solo a la relación entre cadenas. Es similar a la terciaria. Generalm está dado por interacción de las cadenas de proteínas con iones metálicos como e hemoglobina. Es el nivel más complejo, por lo cual lo tienen las proteínas compleja las enzimas y los anticuerpos.
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Niveles de organización de las proteínas
Los aminoácidos
Un aminoácido es una molécula que contiene un grupo carboxilo ( -COOH) y un grup NH2) libres. Los alfa-aminoácidos pueden representarse en general por NH2-CHR-C siendo R un radical o cadena lateral característica de cada aminoácido. Estos grupo muy variados químicamente. Muchos aminoácidos forman proteínas (aminoácidos p mientras otros nunca se encuentran en ellas. En todos los aminoácidos qu e compon proteínas -excepto la glicina- el carbono alfa es un carbono asimétrico. (El carbono al adyacente al grupo carboxilo.)
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Estructura de los amn i oácidos
Existen aproximadamente 20 aminoácidos ds i tintos componiendo las proteínas. L a unió químc i a entre aminoácidos en las proteínas se produce meda i nte un enlace peptídc i o.
Formación del enlace peptídico
El enlace peptídico se define como la unión del carbono del grupo carboxilo de un am con el nitrógeno del grupo amino del otro aminoácido consecutivo, liberándose una m agua (el OH del grupo carboxilo y el hidrógeno del grupo amino). A los aminoácidos que necesitan ser ingeridos por el cuerpo para obtenerlos se les llam esenciales, la carencia de estos aminoácidos en la dieta limita el desarrollo del organis que no es posible reponer las células de los tejidos que mueren o crear tejidos nuevos caso del crecimiento. Estos son: 1. Valina (Val) 2. Leucina (Leu) 3. Isoleucn i a (Ile) 4. Fenlala i nina (Phe) 5. Metionina (Met) 6. Treonina (Thr) 7. Lisina (Lys) 8. Triptófano (Trp) 9. Hs i tidn i a (Hs i ) Universidad Católica los Ángeles de Chimbote - ULADECH
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A los aminoácidos que pueden ser sn i tetizados por el cuerpo se les conoce como N Esencae i l s y son: 10. Arginina (Arg) 11. Alanina (Ala) 12. Prolina (Pro) 13. Glicina (Gly) 14. Serina (Ser) 15. Cisteina (Cys) 16. Asparagina (Asn) 17. Glutamina (Gln) 18. Tro i sina (Tyr) 19. Ácido aspártico (Asp) 20. Ácido gu l támico (Gu l )
Aminoácidos no proteicos
Hay aminoácidos que no se consideran proteicos y aparecen en algunas proteínas. S derivados de otros aminoácidos, es decir, se incorporan a la proteína como uno de lo aminoácidos proteicos y, después de haber sido formada la proteína, se modifican químicamente; por ejemplo, la hidroxiprolina. Ag l unos aminoácidos no protec i os se utilizan como neurotrans ms i ores, vta i minas, etc. P ee j mpo l , la beta-aa l nina o la bo i tina.
Ca l sificacion de los aminoácidos
Dado que los dfe i rentes aminoácidos dfie i ren unos de otros por su cadena latera,l podem ca l sificarlos según el tipo de cadena lateral que posean :
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Desnaturalización de las proteinas Si la forma de la proteína es alterada por algún factor externo (por ejemplo, aplicánd ácidos o álcalis), no es capaz de cumplir su función celular. Éste es el proceso llamad desnaturalización.
Cómo la desnaturalización afecta a los distintos niveles
En la desnaturalización de la estructura cuaternaria, las subunidades de p separan o su poscó i i n espaca i l se corrompe. La desnaturalización de la estructura terciaria implica la interrupción de: Enlaces covalentes entre las cadenas laterales de los aminoácidos puentes ds i ulfuros entre las cs i teínas). Enlaces no covalentes dipolo-dipolo entre cadenas laterales p aminoácidos. Enlaces dipolo inducidos por fuerzas de Van Der Waals entre cade no polares de aminoácidos. En la desnaturalización de la estructura secundaria las proteínas pierd patrones de repeticó i n regua l res como las afa-h l élices y adoptan formas ae l atorias. La estructura primaria, la secuencia de aminoácidos ligados por enlaces interrumpd i a por las desnaturaiz l acó i n. La mayoría de las proteínas biológicas pierden su función biológica cuando est án desnaturalizadas, por ejemplo, las enzimas pierden su actividad catalítica, porque los no pueden unirse más al sitio activo, y porque los residuos del aminoácido implicados e estabilización de los sustratos no están posicionados para hacer lo. En muchas proteínas (distinto a lo que pasa con la proteína de la clara de huevo), la desnaturalización es reversible (las proteínas pueden recuperar su estado nativo cu quita la influencia que las desnaturaliza). Esto fue importante históricamente, porque c la noción que toda la información necesaria por la proteína para asumir su forma nativ encuentra codificada en la estructura primaria de la proteína, y por lo tanto en el ADN q codifica. Cuando se cocn i a el aim l ento, ag l unas de sus proteínas se desnaturaiz l an. Esta es la razón p la cual los huevos hervd i os llegan a ser duros y la carne cocn i ada llega a ser firme. Un ejemplo clásico de desnaturalización de proteínas se da en la clara de los huevos, q en gran parte albúminas en agua. En los huevos frescos, la clara es transparente y líqu pero al cocinarse se torna opaca y blanca, formando una masa sólida intercomunicad misma desnaturalización puede producirse a través de una desnaturalización químic ejemplo volcándola en un recipiente con acetona. Otro ejemplo es la nata (nombre qu proviene de la desnaturalización), que se produce por calentamiento de la lactoalbúm leche (y que no tiene nada que ver con la crema) . Los agentes que provocan la desnaturalización de una proteína se llaman agentes desnaturalizantes. Se distinguen agentes físicos (calor) y químicos (detergentes, diso orgánicos, pH, fuerza iónica). Como en algunos casos el fenómeno de la desnaturaliz reversible, es posible precipitar proteínas de manera selectiva mediante cambios 1. la polaridad del ds i olvente, 2. la fuerza iónica, o
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3. el pH, 4. la temperatura.
Desnaturalización irreversible de la proteína de la clara huevo y pérdida de solubilidad, causadas por la alta temperatura (men i tras se la fríe)
Cuando la temperatura es elevada aumenta la energía cinética de las moléculas con lo desorganiza la envoltura acuosa de las proteínas, y se desnaturalizan. Asimismo, un de la temperatura destruye las interacciones débiles y desorganiza la estructura de la p de forma que el interior hidrofóbico interacciona con el medio acuoso y se produce la agregación y precipitación de la proteína desnaturalizada.
Propiedades de las proteinas
Las funciones principales de las proteínas son: 1. Ser esencae i l s para el crecime i nto. Las grasas y carbohd i ratos no las pueden sustitur, i p no contener ntró i geno. 2. Proporco i nan los aminoácidos esencae i l s fundamentae l s para la síntesis tisular. 3. Son materia prima para la formacó i n de los jugos dg i estivos, hormonas, proteín pa l smáticas, hemogo l bina, vta i minas y enzm i as. 4. Funcionan como amortiguadores, ayudando a mantener la reacción de dv i ersos medo i como el pa l sma. 5. Actúan como cataiz l adores boó i l gicos acel erando la velocidad de las reacciones quími del metabois l mo. Son las enzm i as. 6. Actúan como transporte de gases como oxígeno y dó i xido de carbono en sangre (hemogo l bina). 7. Actúan como defensa, los anticuerpos son proteínas de defensa natural contra inf ecco i o agentes extraños. 8. Permte i n el movme i i nto celua l r a través de la mo i sina y actina (proteínas contrá muscua l res). 9. Ress i tenca i . El colágeno es la principal proteína integrante de los teid j os de sostén.
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Funciones generales:
Las proteínas están entre las sustanca i s que realizan las funco i nes más importantes en lo seres vv i os. De entre todas pueden destacarse las sg i uientes: De reserva. En general las proteínas no tienen función de reserva utilizarse con este fin en ag l unos casos especae i l s como por ee j mpo l en el desarro embrionario: ovoalbúmn i a del huevo, caseína de la leche y gia l dina del trigo. Estructural. Las proteínas constituyen muchas estructuras de los s membranas celua l res contienen proteínas. En el organs i mo, en genera,l ce i rtas estructuras -cartílago, hueso- están formadas, entre otras sustanca i s, por proteínas. Enzimática. Todas las reacciones que se producen en los organism por moléculas orgánicas. Las enzimas son las moléculas qu e realizan esta funció los seres vivos. Todas las reacciones químicas que se producen en los seres vivo necesitan su enzima y todas las enzimas son proteínas. Transporte, de gases, como es el caso de la hemoglobina, o seroalbúmn i a. Ambas proteínas se encuentran en la sangre. Las permeasas, molécua l que realizan los intercambios entre la célua l y el exterior, son també i n proteínas. Movimiento. Actúan como elementos esenciales en el movimien mo i sina, proteínas de las célua l s muscua l res, son las responsables de la contraccó i nd la fibra muscua l r. Homeostática. Ciertas proteínas mantienen el equilibrio osmótico extraceua l l r. Hormonal. Las hormonas son sustancias químicas que regulan Ag l unas proteínas actúan como hormonas, por ee j mpo l : la insuin l a, que regua l la concentración de la gu l cosa en la sangre. Inmunológica. Los anticuerpos, sustancias que intervienen en los pr frente a de los agentes patógenos, son pr oteínas. o
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Péptidos, polipéptidos y proteínas Cuando se unen dos aminoácidos mediante un enlace peptídico se forma un dipéptid uno de los aminoácidos que forman el dipéptido les queda libre o el grupo amino o el g carboxilo. A uno de estos grupos se le podrá unir otro aminoácido formándose un trip el proceso se repite sucesivamente se formará un polipéptido. Cuando el número de aminoácidos unidos es muy grande, aproximadamente a partir de 100, tendremos un 2 aminoácidos = Dp i éptido 3 aminoácidos = Tripéptido 4 a 10 aminoácidos = Oig l opéptido 10 a 100 aminoácidos = Polipéptido más d1 e00 aminoácidos = Proteína Toda cadena polipeptídica tendrá en uno de sus extremos un aminoácido con el gru libre. Este será el aminoácido amino terminal (H-). En el otro extremo quedará libre e carboxilo del último aminoácido, aminoácido carboxilo terminal ( -OH). Toda cadena p tendrá por lo tanto una polaridad indicada mediante una H- y un -OH. Ejemplo: H– A Tyr–Glu–Val–Ser –OH. Universidad Católica los Ángeles de Chimbote - ULADECH
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Formación de un polipéptido
Muchas sustancias naturales de gran importancia son péptidos; por ejemplo: ciertas como la insulina, que regula las concentraciones de glucosa en la sangre y que e stá fo por dos cadenas de 21 y 30 aminoácidos unidas por puentes disulfuro; la encefalina (5 aminoácidos) que se produce en las neuronas cerebrales y elimina la sensación de do hormonas del lóbulo posterior de la hipófisis: vasopresina y oxit ocina (9 aa) que produ contracciones del útero durante el parto; también son péptidos algunos antibióticos c gramicidina. Universidad Católica los Ángeles de Chimbote - ULADECH
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LAS ENZIMAS Características generales
Los enzimas son proteínas que catalizan reacciones qu ímicas en los seres vivos. Los e son catalizadores, es decir, sustancias que, sin consumirse en una reacción, aumenta notablemente su velocidad. No hacen factibles las reacciones imposibles, sino que só aceleran las que espontáneamente podrían producirse. Ello hace posible que en con fisiológicas tengan lugar reacciones que sin catalizador requerirían condiciones extre presión, temperatura o pH. Prácticamente todas las reacciones químicas que tienen lugar en los seres vivos está catalizadas por enzimas. Los enzimas son catalizadores específicos: cada enzima cata solo tipo de reacción, y casi siempre actúa sobre un único sustrato o sobre un grupo m reducido de ellos. En una reacción catalizada por un enzima: 1. La sustancia sobre la que actúa el enzm i a se llama sustrato. 2. El sustrato se une a una región concreta de la enzima, llamada centro activo. E activo comprende es un sitio de unión formado por los aminoácidos que están e contacto directo con el sustrato y un sitio catalítico, formado por los aminoácido directamente implicados en el mecanismo de la reacción 3. Una vez formados los productos el enzm i a puede comenzar un nuevo cco i l de reacció
Energía de activación de una reacción químc i a
Las enzimas son moléculas de proteínas que tienen la capacidad de facilitar y acelera reacciones químicas que tienen lugar en los tejidos vivos, disminuyendo el nivel de la "e de activación" propia de la reacción. Se entiende por "energía de activación" al valor d energía que es necesario aplicar (en forma de calor, electricidad o radiación) para que d moléculas determinadas colisionen y se produzca una reacción química entre ellas. Generalmente, las enzimas se nombran añadiendo la terminación "asa" a la raíz del n la sustancia sobre la que actúan (sustrato). Las enzimas no reaccionan químicamente con las sustancias sobre las que actúan (qu denominan sustrato), ni alteran el equilibrio de la reacción. Solamente aumentan la v con que estas se producen, actuando como catalizadores. La velocidad de las reaccion enzimáticas dependen de la concentración de la enzima, de la concentración del sustra un límite) y de la temperat ura y el pH del medio. Universidad Católica los Ángeles de Chimbote - ULADECH
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Las enzimas son sustancias de naturaleza proteica que catalizan reacciones químicas s que sea termodinámicamente posible. En estas reacciones, las moléculas sobre las qu enzima en el comienzo del proceso son llamadas sustratos, y estas los convierten en d moléculas, los productos. Casi todos los procesos en las células necesitan enzimas pa ocurran en tasas significativas. Debido a que las enzimas son extremadamente selectivas con sus sustratos y su ve loc crece solo con algunas reacciones de entre otras posibilidades, el conjunto de enzima sintetizadas en una célula determina el metabolismo que ocurre en cada célula. A su síntesis depende de la regulación de la expresión génica. Como todos los catalizadores, las enzimas funcionan disminuyendo la energía de ac para una reacción, así se acelera substancialmente la tasa de la reacción. La gran ma las reacciones de las enzimas son millones de veces más rápidas que las reacciones n catalizadas. Al igual que ocurre con los catalizadores, las enzimas no son consumidas por las reacc ellas catalizan, ni alteran su equilibrio químico. Sin embargo, las enzimas difieren de catalizadores por ser más específicas. Las enzimas catalizan alrededor de 4.000 rea c bioquímicas distintas. No todas los catalizadores bioquímicos son proteínas, pues alg moléculas de ARN son capaces de catalizar reacciones (como el fragmento 16S de lo ribosomas en el que reside la activida d peptidil transferasa). La actividad de las enzimas puede ser afectada por otras moléculas. Las inhibidoras s moléculas que disminuyen la actividad de las enzimas; mientras que las activadoras s moléculas que incrementan la actividad. Asimismo, gran cantidad de enzimas requie cofactores para su actividad. Muchas drogas o pociones son moléculas inhibidoras. L es afectada por la temperatura, el pH, y la concentración del sustrato. Algunas enzimas son usadas comercialmente, por ejemplo, en la síntesis de antibi Además, algunos productos para hogares usan enzimas para acelerar las reaccion bioquímicas.
Propiedades de las enzimas
Las propiedades de los enzimas derivan del hecho de ser proteínas y de actuar como catalizadores. Como proteínas, poseen una conformación natural más estable que la conformaciones posibles. Así, cambios en la conformación suelen ir asociados en cam actividad catalítica. Los factores que influyen de manera más directa sobre la actividad d enzima son: 1. pH 2. temperatura 3. cofactores o
EFECTO DEL pH SOBRE LA ACTIVIDAD ENZIMÁTICA .- Los enzimas poseen g
ionizables (carboxilos -COOH; amino -NH2; tiol -SH; imidazol, etc.) en las cadenas la de sus aminoácidos. Según el pH del medio, estos grupos pueden tener carga eléc positiva, negativa o neutra. Como la conformación de las proteínas depende, en pa sus cargas eléctricas, habrá un pH en el cual la conformación será la más adecuada actividad catalítica. Este es el llamado pH óptimo. La mayoría de los enzm i as son muy sensibe l s a los cambios de pH. Desviaciones de po décm i as por encm i a o por debajo del pH óptimo pueden afectar drásticamente su activ
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Así, la pepsina gástrica tiene un pH óptimo de 2, la ureasa lo tiene a pH 7 y la arginas tiene a pH 10. Como ligeros cambios del pH pueden provocar la desnaturalización proteína, los seres vivos han desarrollado sistemas más o menos complejos para ma estable el pH intracelular: Los amortiguadores fisiológicos. o
EFECTO DE LA TEMPERATURA SOBRE LA ACTIVIDAD ENZIMÁTICA .- En aumentos de temperatura aceleran las reacciones químicas: por cada 10ºC de inc la velocidad de reacción se duplica. Las reacciones catalizadas por enzima s siguen general. Sin embargo, al ser proteínas, a partir de cierta temperatura, se empiezan desnaturalizar por el calor. La temperatura a la cual la actividad catalítica es máxim llama temperatura óptima. Por encima de esta temperatura, el aumento de velocid reacción debido a la temperatura es contrarrestado por la pérdida de actividad cata debida a la desnaturalización térmica, y la actividad enzimática decrece rápidame anularse.
Efecto de la temperatura sobre la actividad del pH
EFECTO DE LOS COFACTORES SOBRE LA ACTIVIDAD ENZIMÁTICA .- A enzima requiere para su función la presencia de sustancias no proteicas que colab la catálisis: los cofactores. Los cofactores pueden ser iones i norgánicos como el Fe Mg++, Mn++, Zn++ etc. Casi un tercio de los enzimas conocidos requieren cofa Cuando el cofactor es una molécula orgánica se llama coenzima. Cuando los cofa las coenzimas se encuentran unidos covalentemente a la enzima se llaman grupo prostéticos. La forma catalíticament e activa del enzima, es decir, la enzima unida grupo prostético, se llama holoenzima. La parte proteica de un holoenzima (inactiv llama apoenzima. Las enzm i as son proteínas o asociaciones de proteínas y otras molécua l s orgánc i as o inorgánc i as que actúan cataiz l ando los procesos químc i os que se dan en los seres vv i os. Esto es, actúan facilitando las transformaco i nes químc i as; acee l rando considerablemente la reacciones y ds i minuyendo la energía de activacó i n que muchas reacciones reque i ren. Así, por ee j mpo l : La descomposición del agua oxigenada (peróxido de hidrógeno) en a la reacción: 2 H2O2 ---------> 2 H2O + O2 o
o
Es una reacción que puede transcurrir espontáneamente per o es extraordinariamente condiciones normales se descomponen 100 000 moléculas cada 300 años por cada m H2O2 (6,023x1023 moléculas). Sin embargo, en presencia de una enzima que hay en n células, la catalasa, el proceso se desarrolla con extraordinaria rapidez (el burbujeo q produce al echar agua oxigenada en una herida es debido a esto). Universidad Católica los Ángeles de Chimbote - ULADECH
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Energía de activación de las enzimas
Las enzimas, como catalizadores que son, no modifican la constante de equilibrio y ta transforman, recuperándose intactas al final del proceso. La rapidez de actuación de enzimas y el hecho de que se recuperen intactas para poder actuar de nuevo es la raz que se necesiten en pequeñísimas cantidades. ESPECF I ICD I AD DE LAS ENZIMAS Es de destacar que las enzimas son específicas. Esto es, una enzima puede actuar sob substrato o un grupo de substratos relacionados (especificidad de substrato) pero no otros; por ejemplo: la sacarasa, que hidroliza la sacarosa. Otras enzimas, sin embarg especificidad de acción al realizar una acción determinada pero sobre múltiples subs ejemplo: las lipasas que hidrolizan los enlaces éster en los lípidos. Debido a esta espe de las enzimas existen en la célula miles de enzimas diferentes. La especficd i i ad de las enzm i as ha llevado a comparar a éstas con llaves y a los substratos cerraduras (modelo de la llave y la cerradura).
Complejo enzima – sustrato (ES)
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Constitución químc i a de las enzima y modo de actuación
En el pasado las enzimas se conocían con el nombre de fermentos, porque los primero enzimas estudiados fueron los fermentos de las levaduras y de las bacterias. En la actu término fermento se aplica únicamente a las enzimas que las bac terias, hongos y leva vierten al exterior para realizar determinadas trasformaciones: las fermentacion Las enzimas son, en general, prótidos. Algunas son proteínas en sentido estricto. Otra una parte proteica (apoenzima) y una parte no proteica, ambas están más o menos lig químicamente. La conformación espacial de la parte proteica es la responsable de la función que rea enzima. Para ello la sustancia o sustancias que van a reaccionar y transformarse se un enzima en una zona que llamaremos centro activo y son las interacciones químicas en restos de los aminoácidos presentes en el centro activo y el substrato o los substratos responsables de la transformación; ya que estas interacciones producen reordenami los electrones que debilitan ciertos enlaces y favorecen la formación de otros desenc la transformación química.
La parte proteica o apoenzima es también, y por las mismas razones, la que determina especificidad de la enzima. Así, la sacarasa actúa sobre la sacarosa por ser esta la única molécula que se adapta al centro activo. Muchas enzimas precisan para su actuación la presencia de otras sustancias no prot cofactores. Químicamente son sustancias muy variadas. En algunos casos se trata de iones, cationes en particular, como el Cu+ + o el Zn++. En otros, son sustancias orgá mucho más complejas, en cuyo caso se llaman coenzimas. Muchas vitaminas son coe
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forman parte de coenzm i as.
Lascoenzimassonimprescindibles paraquelaenzima actúe.Suelen,además,serlas responsables de laactividadquímica de laenzima.Así,muchas reacciones de oxidación precisandelNAD++, quees el quecaptalos electrones ysinsu presencialaenzima no actuar.Otroejemplolotenemos en las reacciones quenecesitan energíaen las queactú como coenzima el ATP.
Por último, indicar que las enzimas se nombran añadiendo la terminación asa, bien a del substrato sobre el que actúan (sacarasa), al tipo de actuación que realizan (hidro ambos (ADN polimerasa).
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COMPONENTES QUÍMC I OS DE LA MATERA I VVE I I NTE: BO I MOLÉCULAS ORGÁNC I AS (ACIDOS NUCLEC I OS)
Caracteristicas generales
ACIDOS NUCLEC I OS
Los ácidos nucleicos son macromoléculas, polímeros formados por la repetición de m llamados nucleótidos, unidos mediante enlaces fosfodiéster . Los enlaces 3', 5' fosfodié los que unen a los mononucleótidos. Estos enlaces son los que unen al gr upo 5'-hidro desoxirribosa de un nucleótido con el grupo 3' -hidroxilo de la unidad azúcar de otro n mediante un grupo fosfato). Se forman así largas cadenas o polinucleótidos. Pueden a tamaños gigantes (millones de nucleótidos), siendo las moléculas más grandes que se conocen.
El ácido desoxirribonucleico (DNA) y el ácido ribonucleico (RNA)
Químicamente, los ácidos nucleicos son polímeros constituidos por la unión mediante e químicos de unidades menores llamadas nucleótidos (son polinucleótidos). Los ácidos nucleicos son compuestos de elevado peso molecular, esto es, son macromolécula El descubrimiento de los ácidos nucleicos se debe a Miescher que en la década de 18 de los núcleos de las células una sustancia ácida a la que llamó nucleína, nombre que posteriormente se cambió a ácido nucleico. Existen dos tipos de ácidos nucec l i os, ADN (ácido desoxrrib i onucec l i o) y ARN (ácid ribonucec l i o), que se dfe i renca i n en: Universidad Católica los Ángeles de Chimbote - ULADECH
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1. El azúcar (pentosa) que contienen: la desoxrrib i osa en el ADN y la ribosa en el ARN. 2. Las bases ntro i genadas que contienen: adenina, guanina, cto i sina y timn i a en el ADN adenina, guanina, cto i sina y uracilo en el ARN. 3. En los eucariotas la estructura del ADN es de doble cadena, mientras que la estru del ARN es monocatenaria aunque puede presentarse en forma extendida como ARNm o en forma plegada como ARNt y ARNr. 4. La masa molecua l r del ADN es generam l ente mayor que la del ARN.
La estructura de los nucleótidos de los amn i oácidos
Las unidades que forman los ácidos nucec l i os son los nuce l ótidos. Cada nuce l ótido es u molécua l compuesta por la unión de tres unidades: 1. Un monosacárido (una pentosa), 2. una base ntro i genada (purínc i a (adenina, guanina) o primd i i ínc i a (cto i sina, timi uracilo) y, 3. un grupo fosfato (ácido fosfórico).
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Las pentosas.- la desoxirribosa del DNA y la ribosa del RNA
La desoxirribosa y la ribosa
Las bases nitrogenadas Universidad Católica los Ángeles de Chimbote - ULADECH
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Las bases puricas
Las bases pirimd i icas
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Las bases nitrogenadas
El grupo fosfato
Tanto la base ntro i genada como los grupos fosfato están unidos a la pentosa. La unión form por la pentosa y la base ntro i genada se denomn i a nuce l ósd i o.
Desoxirribonucleótido y ribonucleótico
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El enlace fosfodiester
El ADN es bicatenario, está constituido por dos cadenas polinucleotídicas unidas entre toda su longitud. Esta doble cadena puede disponerse en forma lineal (ADN del núcl células eucarióticas) o en forma circular (ADN de las células procarióticas, así como mitocondrias y cloroplastos eucarióticos). La molécula de ADN porta la información n para el desarrollo de las características biológicas de un individuo y contiene los men instrucciones para que las células realicen sus funciones. El ARN difiere del ADN en que la pentosa de los nucleótidos constituyentes, en lugar d desoxirribosa es ribosa, y en que en lugar de las cuatro bases A, G, C, T aparece A, G, C decir, uracilo en lugar de timina). Las cadenas de ARN son más cortas que las de ADN está constituido casi siempre por una única cadena (es monocatenario). Me i ntras que el ADN contiene la informacó i n, el ARN actúa de mensae j ro de dc i ha informa para dar lugar a la síntesis de proteínas.
El DNA y el RNA Los ácidos nucleicos, llamados así porque en un principio fueron localizados en el nú celular, son las moléculas de la herencia y por lo tanto van a participar en los mecanis mediante los cuales la información genética se almacena, replica y transcribe. Los nuce l ótidos son los monómeros que constituyen los ácidos nucec l i os. Se forman cuand unen el ácido fosfórico y un nuce l ósd i o. NUCLEÓSIDO: El azúcar y la base ntro i genada se unen entre sí como se indica en las figu formando un nuce l ósd i o. El enlace se forma entre el carbono anomérico del azúcar y uno de Universidad Católica los Ángeles de Chimbote - ULADECH
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ntró i genos de la base ntro i genada, en conc reto, el indicado en las figuras. En la unión se fo una molécua l de agua. Este enlace recibe el nombre de enlace N - gic l osídc i o.
Las cadenas nucleotídicas de los ácidos nucleicos
Los nucleótidos están formados por: una base nitrogenada (BN), un azúcar (A) y ácido (P); unidos en el siguiente orden: P – A – BN. En la formación de los nucleótidos se pro una unión fosfoéster entre un OH del ácido fosfórico y el OH situado en el carbono 5 d azúcar, con formación (liberación) de una molécula de agua. Según el azúcar sea la rib desoxirribosa, tendremos ribonucleótidos o desoxirribonucleótidos. La timina nunca fo de los ribonucleótidos y el uracilo no forma parte de los desoxirribonucleótidos. Universidad Católica los Ángeles de Chimbote - ULADECH
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Es de destacar que en toda cadena de polinucleótidos el nucleótido de uno de los extre tendrá libre el OH del azúcar en posición 3, éste será el extremo 3' de la cadena. El ác fosfórico del nucleótido que se encuentre en el extremo opuesto también estará libre el extremo 5'. Esto marca un sentido en la cadena de polinucleótidos.
El acido desoxirribonucleico (ADN o DNA)
Químc i amente son polinuce l ótidos constitud i os por d-AMP, d-GMP, d-CMP y d-TMP. L nuce l ótidos del ADN no tienen ni uracilo, ni ribosa. Los ADN celulares tienen una elevada masa molecular, muchos millones de daltons. A ejemplo: el genoma humano está formado por 3 x 109 pares de nucleótidos. Esto hace sean moléculas de una gran longitud; por ejemplo: 1,7 um en el caso del virus de la po y 2,36 m si sumamos todo el ADN de todos los cromosomas de una célula humana El ADN fue aislado por primera vez en 1869, pero hasta 1950 no se empezó a conocer s estructura. Se encuentra en el núcleo de las células eucario tas asociado a proteínas (h otras) formando la cromatina, sustancia que constituye los cromosomas y a partir de la c transcribe la información genética. También hay ADN en ciertos orgánulos celulares ejemplo: plastos “cloroplastos” y mi tocondrias).
Estructura del ADN
Se pueden ds i tingur i 3 nv i eles estructurae l s: Estructura primaria: La secuencia de los nucleótidos. Estructura secundaria: La doble hélice. Estructura terciaria: Collar de perlas, estructura cristalina, ADN superenrol En las célua l s eucariotas, a partir de la estructura 30, se dan otros nv i eles de empaquetam de orden superior. o o o
Estructura primaria del ADN
Es la secuencia de nucleótidos de una cadena o hebra. Es decir, la estructura primaria d viene determinada por el orden de los nucleótidos en la hebra o cadena de la molécula indicar la secuencia de una cadena de ADN es suficiente con los nombres de las bases o inicial (A, T, C, G) en su orden correcto y los extremos 5' y 3' de la cadena nucleotíd
Así, por ejemplo: 5'– ACGTTTAACGACAAGGACAAGTATTAA – 3'
Estructura primaria (secuencia de nucleótidos)
La posibilidad de combinar cuatro nucleótidos diferentes y la gran longitud que pued cadenas polinucleotídicas, hacen que pueda ha ber un elevado número de polinucleótid posibles, lo que determina que el ADN pueda contener el mensaje biológico o informa genética y explica la diversidad del mensaje genético de todos los seres vivos. Universidad Católica los Ángeles de Chimbote - ULADECH
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Estructura secundaria del ADN
Estructura secundaria del ADN
Datos preimn l i ares: A. A finales de los años 40 Erwn i CHARGAFF y sus colaboradores estudiaron los componentes del ADN y emitieron los sg i uientes resuta l dos: o
o o
o
o
La concentración de bases varía de una especie a otra. El porcentaje el ms i mo en los indivd i uos de la ms i ma espece i y no por esto el mensae j es el ms i mo Tejidos diferentes de la misma especie tienen la misma composición e La composición en bases del ADN de una misma especie no varía organs i mo ni con su estado nutrico i nal ni con las variaciones ambe i ntae l s. Las densidades y viscosidades corresponden a la existencia de enlac entre los grupos NH y los grupos CO. La concentración de Adenina es igual a la de Timina, y la de Citosi n Las dos primeras establecen dos puentes de hd i rógeno entre ela l s, y las útim l as tre puentes. La cantidad de purinas es igual a la cantidad de primdn i i i as.
Puentes de Hidrógeno: G con C y A con T
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B. Por medio del método analítico de d ifracción de rayos X, FRANKLIN y W ILKINS observaron una estructura fibrilar de 20 Aº (Amstrongs) de diámetro con repeticiones cada 3,4 Aº y una mayor cada 34 Aº.
Estructura del ADN
y CRICK C. W ATSON postularon en 1953 un modelo tridimensional para la estructura del ADN que estaba de acuerdo con todos los datos disponibles anteriores: el modelo de doble hélice . Este modelo, además de explicar cómo era el ADN, sugería los mecanismos que explicaban su función biológica y la forma como se replicaba. Según el modelo de la doble hélice de WATSON y CRICK:
El ADN estaría constituido por dos cadenas o hebras de polinucleótid helicoidalmente en sentido dextrógiro sobre un ms i mo ee j formando una dobe l hélice. Ambas cadenas serían antiparalelas, una iría en sentido 3' -5' y la otra en – 3.' Los grupos fosfato estarían hacia el exterior y de este modo sus negativas interaccionarían con los cationes presentes en el nucleoplas dando más estabilidad a la molécula.
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La estructura del DNA
Las bases nitrogenadas estarían hacia el interior de la hélice con sus plan sí y las bases de cada una de las hélices estarían apareadas con las de la otra aso cá i nd meda i nte puentes de hd i rógeno. El apareamiento se realizaría únicamente entre la adenina y la timina, p guanina y la cto i sina, por la otra. Por lo tanto, la estructura primaria de una cadena e determn i ada por la de la otra, ambas cadenas serían complementarias.
La complementariedad de las cadenas suge i re el mecans i mo por el cual el ADN se copa i replica- para ser trasferido a las célua l s hja i s. Ambas cadenas o hebras se pueden sepa
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parcam i l ente y servr i de molde para la síntesis de una nueva cadena complementaria (sín semc i onservativa).
Estructura terciaria del ADN en las células eucariotas
Las grandes moléculas de ADN de las células eucariotas están muy empaquetadas ocupando así menos espacio en el núcleo celular y además como mecanismo para preservar su transcripción. Como hemos visto, en las células eucariotas el ADN se encuentra en el núcleo asociado a ciertas proteínas: nucleoproteínas, formando la cromatina. En la cromatina, la dobe l hélice de ADN se enrola l are l dedor de unas molécua l s protec i as go l bua l res, las hs i tonas, formando los nuce l osomas. Cada nuce l osoma contiene 8 hs i tonas y la dobe l hélice de ADN da dos vueta l s a su are l dedor (200 pares de bases). El conjunto, si no está más empaquetado aún, forma una estructura arrosariada llam de perlas. Ahora bien, los nucleosomas pueden empaquetarse formando fibras de un de 30 nm (fibra de 30 nm). Según el modelo del solenoide las fibras se forman al enrol seis nucleosomas por vuelta al rededor de un eje formado por las histonas H1.
Niveles superiores de empaquetamiento
Los siguientes niveles de empaquetamiento no están aún aclarados del todo pero, pare que cada fibra se volvería a enrollar formando un bucle (cada bucle t endría 50 millon pares de bases), seis bucles se empaquetarían asociándose a un "esqueleto nuclear" produciéndose un rosetón, 30 rosetones formarían una espiral y 20 espirales formaría cromátida. Todo ello produciría un gran acortamiento de las l argas cadenas de A
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Empaquetamiento de los nucleosomas según el modelo del solenoide
Cromosoma
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Mblgo. Luis Ab l erto Sánchez Angulo / Mblgo. José Luis Gutierrez AponteBo i logía Celular y Molecular Diferentes niveles de condensación de ADN. (1) Hebra simple de ADN. (2) Hebra de cromatina (ADN con histonas, "cuenta de collar"). (3) Cromatina durante la interfase con centrómero (color rojo). (4) Cromatina condensada durante la profase (Dos copias de ADN están presentes). (5) Cromosoma durante la metafase.
En los espermatozoides el ADN se encuentra aún mucho más e mpaquetado, se dice "estructura cristalina". Los ADN de las bacterias, virus, mitocondrias y plastos no pre estructuras tan complejas y no están asociados a histonas, aunque sí están asociados proteínas.
Tipos de ADN:
Según su estructura se ds i tinguen los sg i uientes tipos de ADN: Monocatenarios o de una cadena; por ee j mpo l los de ag l unos vru i s. Bc i atenarios, con dos hebras o cadenas (ag l unos vru i s, las bacterias y los eucariotas). A su vez, y en ambos casos, el ADN puede ser: Lineal, como por ejemplo el del núcleo de las células eucariotas y vru i s. Circular, como el de las mitocondrias, cloroplastos, bacterias y algu
El ácido ribonucleico “ARN o RNA” El ARN, ácido ribonucleico, es un polirribonucleótido que, a diferencia del ADN, no c desoxirribosa ni timina, pero sí ribosa y uracilo. El ARN no forma dobles cadenas, sa ciertos virus (por ej. los reovirus). Lo que no quita que su estructura espacial pueda s ciertos casos muy compleja.
Ca l ses de ARN
Por su estructura y su funcó i n se ds i tinguen tres ca l ses de ARN: 1. El ARNm (ARN mensajero): es un polirribonucleótido constituido por una única sin ninguna estructura de orden superior. Su masa molecular suele ser elevada ARN se sintetiza en el núcl eo celular y pasa al citoplasma transportando la info para la síntesis de proteínas. La duración de los ARNm en el citoplasma celular escasos minutos siendo degradados rápidamente por enzimas específicas. 2. El ARNt (ARN de transferencia): transporta los aminoácidos para la síntesis de proteínas. Está formado por una sola cadena, aunque en ciertas zonas se encue replegada y asociada internamente mediante puentes de hidrógeno entre bases complementarias. Su peso molecular es del orden de 25.000 da. Está formado p 70 y 90 nucleótidos y constituye el 15 % del total del ARN de la célula. Se sintetiz núcleo y sale hacia el citoplasma para realizar su función. En el ARNt podemos distinguir un brazo aceptor de aminoácidos abierto y un bucle anticodon. 3. El ARNr (ARN ribosomal): es el ARN que forma parte de las subund i ades de los de ribosomas. 4. Los ARN víricos. Ag l unos vru i s tienen como material genético ARN bc i atenario.
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El ADN y el ARN diferencias a nivel químc i o El ADN (ácido desoxrrib i onucec l i o) sus nuce l ótidos tienen desoxrrib i osa como azúcar y no tiene uracilo. El ARN (ácido ribonucec l i o) tiene ribosa y no tiene timn i a.
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II UNIDAD
ESTRUCTURA Y FISO I LOGÍA CELULAR LA CT I OLOGA Í O BO I LOGÍA CELULAR
La citología o biología celular es la rama de la biología que estudia las células en lo qu concierne a su estructura, sus funciones y su importancia en la complejidad de los se Citología viene del griego κ γ το s cavidad. Con la invenci ón del microscopio óptico fu observar estructuras nunca antes vistas por el hombre, las células. Esas estructuras estudiaron más detalladamente con el empleo de técnicas de citoquímica y con la ay fundamental del microscopio electrónico. La biología celular se centra en la compren funcionamiento de los sistemas celulares, de cómo estas células se regulan y la comp del funcionamiento de sus estructuras. Una disciplina af ín es la biología molecul La célula es la unidad esencial que tiene todo ser vivo. Es además la estructura funcio fundamental de la materia viva según niveles de organización biológ ica, capaz de viv independientemente como entidad unicelular, o bien, formar parte de una organización m como un organismo pluricelular. La célula presenta 2 modelos básicos: la procarionte y eucarionte. Su organización general comprende: membrana plasmática, citoplasm
RESEÑA HS I TÓRICA Y APORTES
La primera referencia al concepto de célula data del siglo XVII cuando el inglés Robert Hooke utilizó este término (por su parecer a las habitaciones de los sacerdotes llamados Celdas) para referirse a los pequeños huecos poliédricos que constituían la estructura de ce i rtos tejidos vegetales como el corcho. No obstante hasta el siglo XIX no se desarrolla este concepto considerando su estructurainterior.Es en estesiglocuando se desarrollalateoríacelular,quereconocelacélu como launidadbásica de estructurayfunción de todos los seres vivos, ideaqueconstituye desdeentoncesunode lopilares de laBiologíamoderna.Fueestateoríalaquedesplazóen buenamedida las investigaciones biológicasal terrenomicroscópico pues no sonvisibles simplevista. La unidadde medida utilizada es el mi crómetro(μm) existiendo células de e 20 μ m.
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La investigación microscópica pronto daría lugar al descubrimiento de la estructura c interna incluyendo el núcleo, los cromosomas, el aparato de Golgi y otros orgánulos ce así como la identificación de la relación existente entre la estructura y la función de los or celulares. Ya en siglo XX la introducción del microscopio electrónico reveló detalles de ultraestructura celular y la aparición de la histoquímica y de la citoquímica . También s descubrió la base material de la herencia con los cromosomas y el ADN con la aparició citogenética. Atende i ndo a su organz i acó i n celua l r, los seres vv i os se ca l sificarán en aceua l l res (vru i vrod i i es) y celua l res, se i ndo estos a su vez ca l sificados en eucariotas y procariotas.
CAMPOS DE ESTUDO I
Para alcanzar sus objetivos, los biólogos celulares se ven obligados a estudiar los com de la célula a nivel molecular (biología molecular). Componentes principales del estud membrana plasmática, citoesqueleto, núcleo celular, ribosomas, retículo endoplásm de Golgi, mitocondrias, cloroplastos, lisosomas, peroxisomas, vacuolas, pared celular intracelular de membranas.
TEORÍA CELULAR La teoría celular es una parte fundamental de la Biología que explica la constitución d materia viva a base de células y el papel que éstas juegan en la constitución de la vida Hooke había observado ya en el siglo XVII que el corcho y otras materias vegetales a constituidas de células (literalmente, celdillas). Dos ce i ntíficos ae l manes, Theodor Schwann, histólogo y fisiólogo, y Jakob Schleiden, botánico, se percataron de cierta comunidad fundamental en la estructura microscópica de animales y plantas, en particular la presencia de núcleos, que el botánico británico Robert Brown había descrito recientemente (1827). Publicaron juntos la obra Investigaciones microscópicas sobre la concordancia de la e el crecimiento de las plantas y los animales (Mikroskopische Untersuchungen über d Übereinstimmung in der Struktur und dem Wachstum der Tiere und Pflanzen, Berlin Asentaron el primer principio de la teoría celular histórica: “Todo en los seres vv i os está formado por célua l s o produ ctos secretados por las célua l s Universidad Católica los Ángeles de Chimbote - ULADECH
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Otro alemán, el médico Rudolf Virchow, interesado en la especificidad celular de la pa (sólo algunas clases de células parecen implicadas en cada enfermedad) explicó lo qu debemos considerar el segundo principio: “Toda célua l se ha orign i ado a partir de otra célua l , por dvsó i i i n de ésta ”.
Ahora estamos en condiciones de añadir que la división es por bipartición, porque a p ciertas apariencias, la división es siempre, en el fondo, binaria. El principio lo popular en la forma de un aforismo creado por Francois-Vincent Raspail, «omnis cellula e cellu Virchow terminó con las especulaciones que hacían descender la célula de un hipotét blastema. Su postulado, que implica l a continuidad de las estirpes celulares, está en e la observación por August Weismann de la existencia de una línea germinal, a través d se establece en animales (incluido el hombre) la continuidad entre padres e hijos y, po del concepto moderno de herencia biológica. La teoría celular fue debatida a lo largo del siglo XIX, pero fue Pasteur el que, con su experimentos sobre la multiplicación de los microorganismos unicelulares, dio lugar aceptación rotunda y definitiva. Se puede resumir el concepto moderno de teoría celua l r en los sg i uientes principo i s: 1. Todo en los seres vivos está formado por células o por sus productos de secreció célula es la unidad anatómica de la materia viva, y una célula puede ser suficient e p constituir un organismo. 2. Todas las célua l s proceden de célua l s preexs i tentes, por dvsó i i i n de éstas (Omns i cellu e cellua l ). 3. Las funciones vitales de los organismos ocurren dentro de las células, o en su e inmediato, controladas por sustancias que ellas secretan. En una célula caben to funciones vitales, de manera que basta una célula para tener un ser vivo (que se ser vivo unicelular). Así pues, la célula es la unidad fisiológica de la vida. 4. Cada célula contiene toda la información hereditaria necesaria para el control d desarrollo y el funcionamiento de un organismo de su especie y para la transmis información a las siguientes generaciones celulares. Así que la célula también e unidad genética. Universidad Católica los Ángeles de Chimbote - ULADECH
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LA CÉLULA La célula es la unidad esencial de todo ser vivo. Es además la estructura funcional fun de la materia viva según niveles de organización biológica , capaz de vivir independie como entidad unicelular, o bien, formar parte de una organización mayo r, como un o pluricelular. La célula presenta 2 modelos básicos: la procarionte y eucarionte. Su or general comprende: membrana plasmática, citoplasma y ADN (núcleo). La teoría celular es la base sobre la que se sustenta gran parte de l a biología. Si exclui virus, todos los seres vivos que forman los reinos biológicos están formados por célula concepto de célula como unidad funcional de los organismos surgió en los años 1830 Las investigaciones se vieron retrasadas po r el poco avance de los microscopios ó
Comparación entre la célula eucariota animal y la procariota. En la célula procariota, la cápsula no siempre se presenta.
CLASIFICACIÓN
Existen dos tipos básc i os de célua l s: procariotas y eucariotas. Las célua l s procariotas son estructuram l ente sm i ples. Conformaron a los primeros organs i del tipo unicelular. Éstos tenían un ADN cerrado circular, el cual se encontraba dispe citoplasma ausente de núcleo. La célula no tenía organelos –a excepción de ribosomas- ni estructuras especializadas. Como no poseen mitocondrias, los procariotas obtienen energía del medio mediante mesosomas o invaginaciones en la membrana. Sus mayores representantes son las bacterias. Universidad Católica los Ángeles de Chimbote - ULADECH
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Las células eucariotas son más complejas que las procariotas. Su rgieron de las célul procariontes. Tienen mayor tamaño y su organización es más compleja, con presenci organelos, lo que permite la especialización de funciones. El ADN está contenido en u permeable rodeado de membranas. A este grupo pertenec en protozoos, hongos, plan animales.
Dfe i rencias entre una célula Eucariota y Procariota E S T R U C T UR A P RO CE S O S Nucleo
EUCARIOTAS
Verdadero o definido
Membrana Presente nuclear ADN
Mitocondria
Falso, prim itivo o no definido Ausente
Combinado con proteínaDesnu s do y circular. Ubicado en la (histonas) form an la cromatina región nuclear o nucleoide.
Cromosomas Múltiples D iv i s i ó n celular
PROCARIOTAS
Único
Mitosis o Meiosis
Fisión binaria
Presentes (con ribosomas 70S)
Ausentes:
Los procesos bioquímicos equivalentes Cloroplasto Presentes en células vegetales tienen lugar en la membrana (con ribosomas 70S) citoplasmática. Ribosomas
80S (a 60S subunidades)
Pared celular Presente:
y
40S
sus70S (a 50S subunidades)
y
30S
sus
Presente, constituida por mureína
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Vegetales (por ce lulosa) Hongos (quitina, glucanos)
o péptidoglicano.
mananos
y
Artropodos (exoesqueleto:quitina) Nucléolos
Presentes
Presente Retículo endoplásmico
Ausentes Ausente
Órganos de Cilios y flagelos que al corte Flagelos sin estructura 9+2 locomoción transversal presentan una distribución característica de microtúbulos: 9 + 2
Diferencias estructurales entre una célula animal (a) y una célula vegetal (b)
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FORMA Y TAMAÑO
La forma de la célula es variada y relacionada a la función que realizan en los diferente tejidos, algunas tienen formas típica, como las neuronas (células del tejido nervioso), s largas que anchas y otras, como las del parénquima (un tipo de célula de las plantas) y eritrocitos (glóbulos rojos de la sangre), son equidimensionales; otras, como los leuco de forma cambiante. Muchas células cuando se encuentran en medio líquido tienden a forma esférica y, cuando están agrupadas en grandes masas forma poliédrica.
El tamaño de la célula está en relación con su función. La mayor parte de las células e sólo son visibles con el microscopio estando su diámetro comprendido entre 10 y 100 m (salvo excepciones). Por lo general el tamaño resulta constante para cada tipo celular e independiente de del organismo, es decir una célula del riñón de un caballo es del mismo orden que la d ratón. La diferencia en el tamaño del órgano se debe al número de células y no al tam las mismas. Los huevos (o, por usar la palabra latina, ova) son muy grandes, a menudo son las células mas grandes que produce un organismo (no en todos los casos, algunos organismos ponen "su huevo en una sola canasta" mientras que otros ponen una plétora de pequeños huevos). El gran tamaño de muchos huevos es en realidad una excepción, hecho relacionado con el proceso de desarrollo que ocurre luego que el óvulo es fertilizado, cuando el contenido (del ahora cigoto) es usado en una serie de rápidas divisiones ce que requieren una tremenda cantidad de energía obtenida de las reservas de la célu Mas tarde el organismo adquirirá su propia energía pero, en el principio tiene un "fo energético acumulado”. Universidad Católica los Ángeles de Chimbote - ULADECH
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ESTRUCTURA DE LA CÉLULA EUCARO I TA ANIMAL
ESTRUCTURA DE LA CÉLULA EUCARO I TA VEGETAL
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ORIGEN DE LAS CÉLULAS: Se cree que todos los organismos que viven sobre la Tierra, proceden de una única cé primitiva nacida hace varios miles de millones de años. Las similitudes entre todos los vivos parecen tan acusados que no se puede explicar de otra manera.
Las células vivas surgieron probablemente en la Tierra gracias a la agregación espon moléculas, hace aproximadamente 3500 millones de años. Conociendo los organism actuales y las moléculas que contienen, parece que debieron producirse por lo menos tr etapas antes de que surgiera la primera célula. Debe i ron formarse polímeros de ARN capaces de drigr i i su propia replicacó i n a través interacco i nes de apareame i nto de bases complementarias. Debe i ron desarrola l rse mecans i mos meda i nte los cuae l s una molécua l de ARN pude i ra drig i síntesis de una proteína.
Tuvo que ensamblarse una membrana lipídica para rodear a la mezcla autoreplicante d moléculas proteicas. En alguna fase posterior del proceso evolutivo, el ADN ocupó e ARN como material hereditario. Hace unos 1.500 millones de años se produjo la transición desde células pequeñas co estructura interna relativamente sencilla (células procariotas), hasta cé lulas más gra complejas como las que componen los animales y las plantas (células eucariotas). o
Diferencias entre animales y vegetales Vegetales
Animales
Poseen un pigmento verde, que Carecen de clorofila. constituye la clorofila indispensable para la fotosíntesis. Los animales y los hongos utilizan Como nutrientes utilizan el dióxido de comoalimentocompuestosorgánicos carbono, agua con sales disueltas y portadores de energía química energíasolar paraquepormedio de elaborados por las plantas. la fotosíntesis puedan sintetizar compuestos orgánicos. Por realizar la fotosíntesis tienenPor los compuestos orgánicos ya nutrición autótrofa, al elaborar sus preparados que utilizan, tienen nutrición heterótrofa. propios alimentos.
Almacenan glucógeno. Almacenan almidón. En cuanto a la célula: En cuanto a la célula: o Sólo con membrana celular. o Membrana celular con pared celular celulósica, que es de naturaleza rígida. o Carecen de lisosomas (vegetaleso Poseen lisosomas para secreción de enzimas digestivas. superiores). o Poseen centrosomas para la o Carecen de centrosomas. o Las células de los tejidos se reproducción de la célula. comunican mediante aberturas o Las células en los tejidos se relacionan mediante barreras finísimas denominadas
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plasmodesmos.
Los vegetales son seres fijos.
intracelulares para la denominadas desmosomas.
difusión,
Los animales tienen movimiento espontáneo al desplazarse en la búsquedadelalimento;aexcepciónde esponjas y corales.
La irritabilidad (sensibilidad) es Los animales responden con mayor respondida con mucha lentitud y a rapidez, con respuestas más través de simples movimientos de complicadas y visibles, por que la orientación (tropismos). mayoría tienen sistema nervioso. El crecimiento en longitud es ilimitado, El crecimiento es limitado. teniendo lugar en el ápice y en los extremos de los órganos (yemas y raíces),durantelavidadelorganismo.
Los principales órganos de la plantaLos principales órganos son internos y son externos (raíz, tallo, hojas, etc.) y protegidos dentro de cavidades. Estos de una organización simple. órganos son de estructura compleja. La conformación externa de vegetales es muy ramificada.
los En los animales al ramificación de los órganos es interna, y es entre la masa orgánica del cuerpo.
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LA MEMBRANA CT I OPLASMÁTICA
La membrana celular, citoplasmática o plasmática es una estructura laminar que env citoplasma de todas y cada una de las células, además de los orgánulos. Es una bicap que sirve de "contenedor" para los contenidos de la célula, así como protecci ón mecá formada principalmente por lípidos y proteínas. Esta barrera presenta una permeabilid selectiva, lo cual le permite "seleccionar" las moléculas que entran y salen de la célula un grosor aproximado de 75 Å. Vista al microscopio electrónico presenta entre dos c oscuras una central más clara. En las célua l s procariotas y en las de eucariotontes osmótrofos como pa l ntas y hongos, s stú i a bajo otra capa, denomn i ada pared celua l r.
Estructura de la membrana ceuar l l
Composición
La membrana plasmática está compuesta por proteínas, lípidos y glúcidos, cuyas ma guardan proporciones aproximadas de 50%, 40% y 10% respectivamente. Las moléc numerosas son las de lípidos, ya que se cree que por cada 50 lípidos hay una proteína embargo, las proteínas, debido a su mayor tamaño, representan aproximadamente e la masa de la membrana. Entre las proteínas, el 80% son intrínsecas, mientras que el restantes son extrínsecas. De las proteínas se pueden encontrar las translocadoras o la enzimas asociadas a membrana, entre otras. Los lípidos de la membrana son anfipáticos. Esto quiere decir que presentan un lado h (que da la cara al agua) y un lado hidrofóbico (que no se junta con el agua). De entre lo lípidos, los más importantes son los fosfolípidos y esfingolípidos, que se encuentran en las células; le siguen los glucolípidos, así como esteroides, como el colesterol. Estos ú existen o son escasos en las membranas plasmáticas de las células procariotas. Universidad Católica los Ángeles de Chimbote - ULADECH
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Estructura Su modelo estructural es conocido como mosaico fluido, El "mosaico fluido" es un térm acuñado por S.J. Singer en 1971. Este consiste en una bicapa lipídica complementa diversos tipos de proteínas. La estructura básica se mantiene unida mediante union covalentes.
Esquema de una membrana citoplasmática según el modelo del mosaico fluido
Las proteínas de la membrana pa l smática se pueden ca l sificar según cómo se ds i pongan e bc i apa lipídc i a. Proteínas integrales: Embebidas en la bicapa lipídica, atraviesan la membrana una o varias veces, asomando por una o las dos caras (proteínas transmembrana); o bien mediante enlaces covalentes con un lípido o a un glúcido de la membrana. Su aislam requiere la ruptura de la bicapa. Proteínas periféricas: A un lado u otro de la bicapa lipídica, pueden estar unidas déblm i ente por enlaces no covalentes. Fáclm i ente separables de la bc i apa, sn i provocar s ruptura.
Los gú l cidos se hallan asociados meda i nte enlaces covalentes a lípd i os, proteínas y generam l ente forman parte de la matriz extraceua l l r. Otras sustancias pueden estar asociadas a esta estructura básica como diversos tipo glúcidos que pueden unirse de forma covalente a lípidos (glucolípidos) o a proteínas (glucoproteínas). Las cadenas de estos glúcidos se disponen hacia el medio extracelu cara externa de la membrana y constituyen el glucocálix o matriz extracelular. Esta estructura general -modelo unitario- se presenta también en las membranas de orgánulos del interior de la célula: los del sistema de endomembranas, tales como re endoplasmático, aparato de Golgi y envoltura nuclear, y los de otros orgánulos, como mitocondrias y los plastos, que proceden de endosimbiosis.
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Funciones La función básica de la membrana plasmática reside en ma ntener el medio intracelu diferenciado del entorno. Esto es posible gracias a la naturaleza aislante en medio acu bicapa lipídica y a las funciones de transporte que desempeñan las proteínas. La com de transporte activo y transporte pasivo hacen de la membrana plasmática una barre selectiva que permite a la célula diferenciarse del medio. Los esteroides, como el colesterol, tienen un importante papel en la regulaci ón de las propiedades, es decir que su rol es muy importante físico -químicas de las membranas regulando su resistencia y fluidez. En el componente proec t i o reside la mayor parte de la funco i naid l ad de la membrana, las proteínas realizan funco i nes específicas y podemos ca l sificarlas según su funcó i n en: Estructurales: estas proteínas hacen de "eslabón clave" uniéndose al citoesqueleto y la matriz extraceua l l r. Receptores de membrana: que se encargan de la recepción y transducción de señales químc i as. Transportadoras a través de membrana : mantienen un gradiente electroquímc io meda i nte el transporte de dv i ersos iones.
Estas a su vez pueden ser: Proteínas transportadoras: Son enzimas con centros de reacción que sufren cambios conformaco i nae l s. Proteínas de canal: Dejan un canal hidrofílico por donde pasan los iones.
En el transporte transmembrana podemos haba l r de: Transporte pasivo: Se produce sin consumo de energía y a favor de gradiente ee l ctroquímc i o. Transporte activo: Se produce con consumo de energía y en contra de gradiente ee l ctroquímc i o. El componente glucídico forma el glucocáliz, con funciones de cierta protección a agresiones mecánicas y químicas, y la que parece más importante ya que permite diferenciar el exterior celular permitiendo un reconocimiento intercelular.
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EL CT I OPLASMA El citoplasma es la parte del protoplasma que en una célula eucariota se encuentra en núcleo celular y la membrana plasmática. Consiste en una emulsión coloidal muy fina aspecto granuloso, el citosol o hialoplasma, y en una diversidad de organelos celular desempeñan diferentes funciones. Su función es mantener flotando los organelos ce mismo tiempo ayuda al movimiento de los mismos. El citosol es la sede de muchos de procesos metabólicos que se dan en las células. Los co l roplastos (en las célua l s vegetae l s) se encuentran en el cto i esqueleto del cto i plasm are l dedor del cto i sol subin l gual. El citoplasma se divide en ocasiones en una región externa gelatinosa, cercana a la m e implicada en el movimiento celular, que se denomina ectoplasma; y una parte intern fluida que recibe el nombre de endoplasma y donde se encuentran la mayoría de los o El citoplasma se encuentra en las células procariotas así como en las eucariotas y en é encuentran varios nutrientes que lograron atravesar la membrana plasmática, llegan forma a los orgánulos de la célula. El citoplasma de las células eucariontas está subdividido por una red de membranas c como retículo endoplasmático (liso y rugoso) que sirven como su perficie de trabajo p muchas de sus actividades bioquímicas.
El retículo endoplasmático rugoso está presente en todas las células eucariontas y p en aquellas que fabrican grandes cantidades de proteínas para exportar. Es continuo c membrana externa de la envoltura nuclear, que también tiene ribosomas adherido
CT I OESQUELETO El citoesqueleto es un entramado tridimensional de microtúbulos y microfilamentos proveen el soporte interno para las células, anclan las estructuras internas de la mism intervienen en los fenómenos de movimiento celular y en su división. Es una estructu dinámica que mantiene la forma de la célula, facilita la movilidad celular (usando estru como los cilios y los flagelos), y desempeña un importante papel tanto en el transporte intracelular (por ejemplo, los movimientos de vesículas y orgánulos) y en la división c
El citoesqueleto eucariota Las célua l s eucariotas tienen tres tipos de filamentos cto i esqueléticos : Microfilamentos (Actina y Miosina)
De unos 7 - 5 nm (nanómetros) de dá i metro. Están formadas por una proteína go l bu llamada actina que puede presentarse de dos formas: -Actina no polimerizada: la actina se encuentra asociada a la profilina que evita su polimerización. Representa la mitad de la actina de la célula y es utilizada para polimerizar microfilamentos cuando es necesario. Universidad Católica los Ángeles de Chimbote - ULADECH
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-Actina polimerizada: es una dobe l hélice dextrógira de dos hebras de actina no polimerizada. Esta actina se puede encontrar asociada a otras proteínas: - Proteínas estructurales: que permiten la unión de los filamentos de actina. - Proteínas reguladoras: la más importante es la miosina que permite la contracción muscular al permitir que la actina se desplace sobre ella. Las funciones de los microfilamentos de actina son la contracci ón muscular, la for pseudópodos, el mantenimiento de la morfología celular y, en la citocinesis de célu animales, forma un anillo contráctil que divide la célula en dos.
Filamentos intermedios
Son filamentos de proteína fibrosa de un os 12 nm de diámetro, son los componen citoesqueleto más estables, dando soporte a los orgánulos (por sus fuertes enlaces heterogéneos. Las proteínas que conforman estos filamentos, la citoqueratina, vim neurofilamentos, desmina y la proteína fibrilar acídica de la glía, dependen del tejid que se hallen. Su función principal es la organización de la estructura tridimension de la célula (por ejemplo, forman parte de la envuelta nuclear y de los sarcómeros También participan en algunas uniones intercelulares (desmosomas). Las célua l s eucariotas tienen tres tipos de filamentos cto i esqueléticos:
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Organización citológica: Los microtúbulos se nuclean y organizan en los centros organizadores de microtú (MTOCs), como pueden ser el centrosoma o los cuerpos basales de los cilios y flage Estos MTOCs pueden poseer centríolos o no. Además de colaborar en el citoesqueleto, los microtúbulos intervienen en el trán vesículas (véase la dineína o la kinesina), en la for mación del huso mitótico median cual las células eucariotas segregan sus cromátidas durante la división celular, y e movimiento de cilios y flagelos.
Farmacología: Existen drogas que afectan a la estabilidad de los microtúbulos: El taxol, útil en lo cánceres de ovario, a concentraciones bajas se une a los microtúbulos y los estab inhibiendo su acortamiento. La colchicina, o su derivado colcemida, se une a los d de tubulina con alta afinidad, pero reversiblemente, lo que facilita que los dímeros envenenados se adhieran al extremo de un microtúbulo en crecimiento, impidien agregado o pérdida de nuevas unidades. Así, el microtúbulo queda estabilizado. L colchicina se emplea ampliamente para sincronizar células, puesto que detiene la en metafase. Microtúbulos
Los microtúbulos son estructuras tubulares de 25 nm de diámetro que se originan e centros organizadores de microtúbulos y que se extienden a lo largo de todo el cito Se pueden polimerizar y despolimerizar según las necesidades de la célula. Se halla las células eucariotas y están formados por la polimerización de un dímero de dos proteínas globulares, la alfa y la beta tubulina. Cada microtúbulo está compuesto d protofilamentos formados por los dímeros de tubilina. Intervienen en diversos pro celulares que involucran desplazamiento de vesículas de secreción, movimiento d orgánulos, transporte intracelular de sustancias, así como en la división celular (m meiosis). Además, constituyen la es tructura interna de los cilios y los flagelos. Los microtúbulos son más flexibles pero más duros que la actina. Universidad Católica los Ángeles de Chimbote - ULADECH
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ORGANELOS CELULARES En biología celular, se denominan orgánulos llamados también organelas, organelos elementos celulares, a las diferentes estructuras suspendidas en el citoplasma de un eucariota, que tienen una forma y unas funciones especializadas bien definidas y dife La célula procariota normalmente carece de orgánulos. No todas las célua l s eucariotas contienen todos los orgánulos al ms i mo tiempo, aparecen e determn i adas célua l s de acuerdo a sus funco i nes. Principales organelos eucarioticos Orgánulo Función Estructura Organismos Notas posee dobe l -pa l ntas, contiene ag l unos co l roplasto fotosíntesis membrana protistas genes dede asociarse con retículo síntesis y embalajepu endopa l smáticporoteínas y ciertosribosomas en su eucariotes lípidos membrana sjacos aplanadolas mayoría edne las plantas se tra n s p o r te y e m b a lae aparato de Golg rodeado por memb ra nrio a tes conocen como dei proteínas e u c a citoplasmática dictiosomas
mto i condria vacuoa l s núce l o
e la mayoría cdoentiene ag l unos compartime id nto produccó i n de enedrogbe íal m embrana eucariotes genes am l acename i nto, acos de membrapa nlantas y transporte ys vesc i ular hongos homeostasis mantenimiento dero AD N d e ado por membra tonda os loscontiene el y ARN, y expresióndobe l eucariotes genoma genética
Ae t nde i ndo a su géness i , los orgánulos se ca l sifican en d os grupos: 1. Orgánulos autogenéticos, desarrola l dos filogenética y ontogenéticamente de la compleiz j acó i n de estructuras previas. 2. Orgánulos de origen endosm i biótico, procedentes de la sm i biosis con otros organs i mos.
Orgánelos autogenéticos Las células eucariotas tienen un citoesqueleto complejo y dinámico. En esto se basa capacidad para sostener estructuras membranosas complejas, así como para realiza desplazamientos internos y cambios de localización, orientación o forma de sus pa
Sistema de endomembranas. Es un conjunto de estructuras or vesículas o vacuolas como el retículo endoplasmático, liso o rugoso, los dictiosomas aparato de Golgi o los lisosomas. La parte fundamental de la envoltura nuclear se int como una vesícula del retículo endoplasmático y debe considerarse en este capítu Estructuras especializadas del citoesqueleto. En este capítulo entra rea l cionados corpúscuo l s basales, así como el axonema de los clio i s y de los flageo l s.
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Orgánulos endosimbióticos
Son orgánulos incorporados a la célula eucariota inicialmente como bacterias endos Los orgánulos de origen endosimbiótico tienen su propio genoma, su propia maquin síntesis proteica, incluidos ribosomas, y se multiplican por bipartición, de manera que s extirpan experimentalmente de una célula no pueden volver a formarse.
Mitocondrias.- Todos los eucariontes conocidos tienen mitocondrias, orgánulos de de ellas, como los hidrogenosomas, o al menos restos de genes mitocondriales incorporados al genoma nuclear. Plastos.- Hay dos clases de plastos, los primarios derivan de cianobacterias por endosimbiosis y los secundarios por endosimbiosis de células eucariotas ya dotada plasto. Éstos últimos son mucho más complejos. Los plastos se han designado muy a menudo con otros nombres en función de su pigmentación o del grupo en que se p La denominación cloroplasto es usada habitualmente como nombre genérico para to ellos.
Estructura de una célula eucariota
Las células eucariotas están formadas por diferentes orgánulos que desarrollan divers funciones como son: Nucléolo. Núcleo celular. Ribosoma. Vesículas de secreción. Retíc endoplasmático rugoso. Aparato de Golgi. Citoesqueleto. Retículo endoplasmático liso Mitocondria. Vacuola. Citoplasma. Lisosoma. Centríolo (Solo en la célula animal). Me citoplasmática. Cloroplasto (Solo en la célula vegetal y de las algas). Pared celular (Solo e célula vegetal, de hongos y protistas). Las célua l s procariotas tienen el material genético ds i perso por el cto i plasma y no en un núc dfe i renca i do.
RETÍCULO ENDOPLASMÁTICO El retículo endoplásmico, es una red de membranas interconectadas que forman cis tubos aplanados y sáculos comunicados entre sí, que intervienen en funciones relacio con la síntesis protéica, metabolismo de lípidos y algunos esteroides, así como el trans intracelular. Se encuentra en la célula animal y vegetal pero no en la célula proc El retículo endoplasmatico rugoso se encuentra unido a la membrana nuce l ar externa me i que el retículo endopa l smatico liso es una proo l ngacó i n del retículo endopa l smatico rugoso. El retículo endoplasmático rugoso tiene esa apariencia debido a los numerosos ribosomas adheridos a su membrana mediante unas proteínas denominadas "ribofo Tiene unos sáculos más redondeados cuyo interior se conoce como "luz del reticulo "lumen" donde caen las proteínas sintetizadas en él. Está muy desarrollado en las c que por su función ceben realizar una activa labor de síntesis, como las células he las células del páncreas. El retículo endopa l smático liso no tiene ribosomas y particp i a en el metabois l mo de lípd i os. Universidad Católica los Ángeles de Chimbote - ULADECH
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Retículo endoplasmático rugoso El retículo endoplasmático rugoso (RER) , también llamado Retículo Endoplasmático Granular, Ergastoplasma o Retículo Endoplásmico Rugoso, es un orgánulo que se en la síntesis y transporte de proteínas en general. Existen retículos sólo en las células eucariontes. En las células nerviosas es también conocido como Cuerpos de Nissl
El térmn i o Rugoso se refiere a la aparienca i de este orgánulo en las mc i rofotografías ee l ctrónicas, la cual es resuta l do de la presenca i de múltipe l s ribosomas en su superfice i . El RER está ubicado junto a la envoltura nuclear y se une a la misma de manera que p introducirse los ácidos ribonucleicos mensajeros que contienen la información para la de proteínas. Está constituido por una pila de membranas que en su pared exterior p adosados los ribosomas. Funciones del Retículo Endopa l smático Rugoso
Crc i ulación de sustanca i s que no se liberan al cto i plasma. Síntesis y transporte de proteínas producidas por los ribosomas adosados a su membranas, pueden ser, proteínas de membrana, proteínas lisosomales o prote secreción. Gic l osla i ción de proteínas.
Las proteínas de secreción producidas, serán luego empaquetadas por el [aparato d serán liberadas al exterior de la célula para cumplir sus funciones (hormonales, enzim etc.). Las proteínas lisosomales también serán empaquetadas por el aparato de Golg terminaran formando un lisosoma listo para cumplir sus funciones metabólicas intrac Entre las enzimas producidas, se encuentran las lipasas, lasfosfatasas, las DNAasas, R Universidad Católica los Ángeles de Chimbote - ULADECH
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y otras. Las proteínas de membrana pasarán a formar parte de la membrana pa l smática o d membrana de ag l ún orgánulo.
El reticulo endopa l smático rugoso suee l estar muy desarrola l do en las célua l s con ata l activ secretora de proteínas como son los pa l smocto i s, las célua l s pancreáticas, etc.
Al evitar que las proteínas sean liberadas al hialoplasma, el retículo endoplasmático ru consigue que estas no interfieran con el funcionamiento de la célula y sean liberadas cuando sean necesario, de otra manera, si por ejemplo quedaran libres en la célula p enzimáticas que se encargan de la degradación de sustancias, las mismas destruirían componentes vitales de la célula.
Retículo endoplasmático liso
Conjunto de membranas que participan en el transporte celular y síntesis de triglicé fosfolípidos y esteroides. También dispone de enzimas detoxificantes, que metaboliza alcohol y otras sustancias químicas. En realidad los retículos endoplasmáticos lisos tie diferentes variantes funcionales que sólo tienen en común su aspecto: los ribosomas e ausentes. Las cisternas del retículo endoplasmático liso son tí picamente tubulares y fo sistema de tuberías que se incurvan en el citoplasma. Funciones del Retículo Endoplasmático liso
En gónadas y corteza suprarrenal realizan la síntesis de hormonas esterod i eas. En el hígado detoxifican varios tipos de compuestos orgánicos como barbitúricos o La detoxificación tiene lugar por una serie de enzimas oxigenasas entre las que se encuentra la citocromo P450 que dada su inespecificidad son capaces d e detoxific de compuestos hidrófobos transformándolos en hidrófilos, más fáciles de excret Lb i eración de gu l cosa a partir de Gu l cosa 6-fosfato va i Gu l cosa 6-fosfatasa. También secuestran los iones calco i y lo liberan regua l rmente en ag l unas cé lua l s (re sarcopa l smático). Funciones del Retículo endopa l smá tico
Síntesis de proteínas123: La lleva a cabo el retículo endoplasmático rugoso med los ribosomas. Estas proteínas serán transportadas al Aparato de Golgi median vesículas de transición donde dichas proteínas sufrirán un proceso de madurac luego formar parte de los lisosomas o de vesículas secretoras.
Metabolismo de lípidos: El retículo endoplasmático liso, al no tener ribosomas le e imposible sintetizar proteínas pero sí sintetiza lípidos de la membrana plasmátic colesterol y derivados de éste como los ácidos biliares o las esteroideas. Detoxificación: Es un proceso que se lleva a cabo principalmente en las células hígado y que consiste en la inactivación de productos tóxicos como drogas, medicamentos o los propios productos del metabolismo celular, por ser liposolu (hepatocitos) Universidad Católica los Ángeles de Chimbote - ULADECH
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Glucoxilación: Son reacciones de transferencia de un oligosacárido a las proteí sintetizadas. Se realiza en la membrana del retículo endoplasmático. De este m proteínasintetizadasetransformaenuna proteínaperiféricaexternadel glucocálix.
APARATO DE GOLGI
El Aparato de Golgi es un conjunto de dictiosomas (de 4 a 8 sáculos aplanados rodeados de membrana y apilados unos encima de otros). Funciona como una pl empaquetadora, modificando vesículas del retículo endoplasmático rugoso. El m nuevo de las membranas se forma en varias cisternas del Golgi. Se encuentra en citoplasma de la célula. Dentro de las funciones que posee el aparato de Golgi se encuentran la glicosilación de proteínas, selección, destinación, glicosilación de y la síntesis de polisacáridos de la matriz extracelular. Debe su nombre a Camlo i Golgi, Premio Nobel de Medcn i i a en 1906 junto a Santia Ramón y Cajal.
Se pueden dfe i renca i r dfe i rentes partes:
Cara externa, proximal o cis: Es la más próxima al retículo. De él recibe las vesículas de transición, que son sáculos con proteínas que han sido sintetizadas en la membrana d retículo endoplasmático rugoso (RER), introducidas dentro de sus cavidades y transp por el lúmen hasta la parte más externa del retículo. Estas vesículas de transición son e vehículo de dichas proteínas que serán transportadas a la cara externa del aparato de Cara interna, ds i tante o trans: Es la que se encuentra más cerca de la membrana citoplasmática, de hecho sus membranas, ambas unitarias, tienen una composición s el interior de los sáculos del dictiosoma la proteína puede sufrir una serie de modifica hasta su composición final. Cuando llega a la zona interna se transforma en una vesíc secreción pudiéndose unir a otras formando un gránulo de secreción para salir medi exocitosis al espacio extracelular. Universidad Católica los Ángeles de Chimbote - ULADECH
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Funciones generales El aparato de Golgi también llamado complejo o cuerpo de Golgi, se encarga de la dis y el envío de los productos químicos de la célula. Modifica proteínas y lípidos (grasas sido sintetizados previamente tanto en el retículo endoplasmático rugoso como en el prepara para expulsarlos fuera de la célula.
Modifica sustancias sintetizadas en el RER: En el aparato de Golgi se transforman la sustancias procedentes del RER. Estas transformaciones pueden ser agregacione restos de carbohidratos para conseguir la estructura definitiva o sufren la proteolis les confiere la forma activa. Ej: en el RER de las células acinosas del páncreas se sintetiza la proinsulina que de las transformaciones que sufre en el aparato de Golgi, tomará la forma o conformac definitiva de la insulina. Secreción celular: Las sustancias atraviesan todos los sáculos del aparat o de Golg cuando llegan a la cara trans del dictiosoma, en forma de vesículas de secreción, s transportada a su destino fuera de la célula, atravesando la membrana citoplasmá exocitosis. Produccó i n de membrana cto i plasmática: Los gránuo l s de secreción cuando se unen a la membrana en la exocitosis pasan a formar parte de esta. Particp i a en la síntesis de carbohd i ratos , como la celuo l sa. Forma los lisosomas primarios. Forma el acrosoma de los espermo i s.
EL LISOSOMA:
Los lisosomas son vesículas relativamente grandes formadas por el retículo endopla rugoso y luego empaquetados por el complejo de Golgi que contienen enzimas hidro proteolíticas que sirven para digerir los materiales de origen externo o interno que lle ellos.
El pH en el interior de los lisosomas es de 4,8 (bastante menor que el del citosol, que e neutro) debido a que las enzimas proteolíticas funcionan mejor con un pH ácido. La m del lisosoma estabiliza el pH bajo bombeando protones (H+) desde el cit osol, y asimi protege al citosol y al resto de la célula de las enzimas degradantes que hay en el inte lisosoma. Las enzm i as lisosomales son capaces de dg i erir bacterias y otras sustanca i s que entran en célua l por fagocitosis, u otros procesos de endocto i sis. Los lisosomas utilizan sus enzm i as para recica l r las dfe i rentes organelas de la célu engo l bándolos, dgrié i i ndoles y liberando sus componentes en el cto i so.l De esta forma lo Universidad Católica los Ángeles de Chimbote - ULADECH
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orgánulos de la célula se están continuamente reponiendo. El proceso de digestión de orgánulos se llama autofagia. Por ejemplo, las células hepáticas se reconstituyen por c una vez cada dos semanas. Las enzm i as más importantes en el lisosoma: Lp i asa, que dge i i re lípd i os, Gu l cosilasas, que dge i i re carbohd i ratos (azúcares), Proteasas, que dge i i re proteínas, Nuce l asas, que dge i i re ácidos nucec l i os.
El lisosoma, sólo está presente en célua l s animales. Proceso de digestión celular:
La célula utiliza estos lisosomas para degradar biomoléculas complejas. Utiliza dos métodos: la endocitosis y la autofagia.
En la endocitosis los materiales son recogidos del exterior celular y englobados mediante endocitosis por la membrana plasmática que forma un fagosoma. El lisosoma se une al fagosoma formando un fagolisosoma y vierte su contenido en este, degradando las sustancias del fagosoma. Una vez hidrolizadas las moléculas utilizables pasan al interior de la célula para entrar en rutas matabóic l as y lo que no es necesario para la célua l se desecha fuera de esta p exocitosis. En la autofagia la célula digiere estructuras propias que no es necesario. El material q englobado por vesículas que provienen del retículo endoplásmico y del aparato de Go formando un autofagosoma. Al unirse al lisosoma primario forma u n autofagolisosom el mismo proceso que en el anterior caso .
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LOS PEROXS I OMAS: Los peroxisomas son orgánulos citoplasmáticos muy comunes en forma de vesículas q contienen oxidasas y catalasas. Estas enzimas cumplen funciones de detoxificación c Como todos los orgánulos, los peroxisomas solo se encuentran en células eucariot Estructura:
Los peroxisomas están envueltos por una membrana citoplasmática semipermeable. Se forman por gemación al desprenderse del retículo endoplasmático liso, aunque por sí mismos pueden abulatar cierta porción de su membrana produciendo nuevos peroxisomas sin derramar su contenido en el citoplasma. Dicha membrana protege la célula de los efectos dañinos del interior del peroxisoma. Las particulas de su interior suelen estar cristalizadas. Función:
En los peroxisomas se degradan las purinas y otros compuestos. En las plantas son el de una serie de reacciones conocidas como fotorrespiración. En los peroxisomas se p agua oxigenada (H2O2, un producto tóxico del metabolismo celular) compuesto que e degradado rápidamente por una enzima oxidativa dentro del peroxisoma. Contienen enzima llamada catalasa que participa en la degradación del peróxido de oxígeno a a oxígeno por intermedio de ciertas sustancias orgánicas (en la ecuación la variable H2O2 +
RH ' 2
R'
+
2H2O
También tienen otras enzimas (catalasas) que utilizan este mismo peróxido para reac oxidación, como por ejemplo, la oxidación de sustancias tóxicas como los fenoles, eta formaldehído, entre otros, las cuales van a ser posteriormente eliminadas. Tal es el m de detoxificación realizada por el hígado y los riñones, por ejemplo.
Debido a que los peroxisomas necesitan usar el peróxido, se han dotado de enzimas q sintetizan a partir de oxigeno y removiendo hidrógeno de sustratos orgánicos específic ecuación la variable R). RH2
+
O2
R
+
H2O2
La beta oxidacó i n tambén i ocurre dentro de los peroxisomas, en la cual los ácidos grasos s comúnmente degradados a Acetil-CoA la cual es recica l da por la célua l . Ce i rtas defice i nca i s invou l cran a peroxisomas ineficaces, tae l s como la enfermedad d Zellweger. Universidad Católica los Ángeles de Chimbote - ULADECH
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MT I OCONDRA I
Las mitocondrias son los orgánelos que se encuentran en prácticamente todas las cé eucariotas (también hay en células gaméticas), encargados de suministrar la mayor p energía necesaria para la actividad celular; actúan por tanto, como centrales ene rgétic célula y sintetizan ATP por medio de la fosforilación oxidativa. La mitocondria presenta membrana exterior permeable a iones, metabolitos y muchos polipéptidos. Eso es de contiene proteínas que forman poros llamados Porinas o V DAC (canal aniónico depen voltaje), que permiten el paso de moléculas de hasta 10000 Dalton y un diámetro apro de 20Å. La membrana mitocondrial interna presenta pliegues dirigidos hacia el inter crestas, que contienen tres tipos de proteínas: o o
o
Las proteínas que trasportan los electrones hasta el oxígeno mole Un complejo enzimático, la ATP-sintetasa que cataliza la síntesis de oxidativa). Proteínas trasportadoras que permiten el paso de iones y molé membrana interna.
Estructura y composición
Las mitocondrias se componen de dos bicapas lipídicas que separan tres espacios: el espacio celular y la matriz de la mitocondria. La me mbrana externa es una bicapa lip (no forma ondulaciones) con proteínas asocputasoras, lo que la hace poco permeable e ATP, ADP, Ácido pirúvico, O2 y agua. Esta membrana forma ondulaciones, normalme transversales al eje de la mitocondria, llamadas crestas mitocondriales. En la cara in proteínas ATP-sintetasas.
Como consecuencia, el espacio intermembrana está compuesto de un líquido simila hialoplasma. La matriz mitocondrial, sin embargo, contiene menos moléculas del cito contiene iones, metabolitos a oxidar, ADN circular bicatenario muy parecido al de las ribosomas tipo 70S similares a los de bacterias, llamados mitorribosomas, que realiz síntesis de algunas proteínas mitocondriales y contiene ARN mitocondrial; es decir, tie orgánulos que tendría una célula procariota de vida libre. Al respecto de esto la científ estadounidense Lynn Margulis junto con otros científicos ha propuesto la teoría endo Universidad Católica los Ángeles de Chimbote - ULADECH
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Según ésta, en un momento dado, el mitocondrio, una célula procariota c apaz de obte energía a partir del oxígeno, se fusionó en un momento de la evolución con lasos célul eucariotas, proporcionándoles una fuente de energía de la que sacaron mucho partid aprovechando el aumento de la concentración de oxígeno en la atmós fera terrestre
Morfología y función
La morfología de la mitocondria es difícil de describir puesto que son estructuras muy p que se deforman, se dividen y fusionan. Normalmente se las representa en forma alar número depende de las necesi dades energéticas de la célula. Al conjunto de las mitoc la célula se le denomina condrioma celular Su principal función es la oxidación de metabolitos (glucólisis, ciclo de Krebs, beta -o ácidos grasos) y la obtención de ATP, que supo ne un porcentaje muy alto del ATP sint por la célula. También sirve de almacén de sustancias como iones, agua y algunas pa como restos de virus y proteínas.
Orígenes
La científica estadounidense Lynn Margulis, junto con otros científicos, recuperó en 1980, reformulándola como teoría endosimbiótica, una antigua hipótesis. Según esta v actualizada, hace unos 1500 millones de años, una célula procariota capaz de obtener de los nutrientes orgánicos empleando el oxígeno mol ecular como oxidante, se fusio momento de la evolución con otra célula procariota o eucariota primitiva al ser fagocita inmediatamente digerida, un fenómeno frecuentemente observado. De esta manera s una simbiosis permanente entre ambos tipos de seres: la procariota fagocitada propor energía, especialmente en forma de ATP y la célula hospedadora ofrecía un medio esta en nutrientes a la otra. Este mutuo beneficio hizo que la célula invasora llegara a formar p integral del organismo mayor, acabando por convertirse en parte de ella: la mitoco
Esta hipótesis tiene entre sus fundamentos la evidencia de que las mitocondrias posee propio ADN y está recubierta por su propia membrana. A lo largo de la histori a común la m parte de los genes mitocondriales han sido transferidos al núcleo, de tal manera que la mitocondria no es viable fuera de la célula huésped y ésta no suele serlo sin mito
RB I OSOMA
Los ribosomas son orgánulos sin membrana, sólo v isibles al microscopio electrónico d reducido tamaño (29 nm en células procariotas y 32 nm en eucariotas). Están en toda células vivas (excepto en los espermatozoides). Su función es ensamblar proteínas a p información genética que le llega del ADN transcrita en forma de ARN mensajero (A La informacó i n genética está en el ADN. Esa informacó i n se transcribe en ARN. El ribosoma lee el ARN mensae j ro y ensambla la proteína con los aminoácidos sumns i i tra por los ARN de transferenca i , este proceso se denomn i a síntesis de proteínas. El ribosoma consta de dos partes, la subund i ad mayor y una menor, estas salen del núce l separado. Por experimentación se puede decr i que se mantienen unidas por cargas, ya qu Universidad Católica los Ángeles de Chimbote - ULADECH
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bajarse la concentración de Mg+2, las subunidades tienden a separarse. El ribosoma p tiene un coeficiente de sedimentación de 70s y está formado por dos subunidades (50 El ribosoma eucariota tiene un coeficiente de sedimentación de 80s (formado por dos subunidades, una de 60s y otra de 40s). Este se puede encontrar unido al retículo endoplasmático rugoso (RER), que es la forma habitual en la célula eucariota, o encon el citoplasma, donde recibe el nombre de polisoma o polirribosoma (forma habitu al e procariota). Este polisoma se encarga de sintetizar proteínas de localización celular, m que los ribosomas del RER se encargan de sintetizar proteínas de exportación, o sea q irán de la célula hacia otro lugar donde se necesite.
Los ribosomas, son organelos celua l res donde el ARNm es traducido. Está formado por d subund i ades, y cada una de ela l s contiene ARNr y proteínas ribosomales.
VACUOLA Una vacuoa l es una cavd i ad rodeada por una membrana que se encuentra e n el cto i plasm las célua l s, principalmente de las vegetae l s. Se forman por fusión de las vesículas procedentes del retículo endoplasmático y del a Golgi. En general, sirven para almacenar sustancias de desecho o de reserva (agua co azúcares, sales, proteínas y otros nutrientes disueltos en ella). En las células vegetales, las vacuolas ocupan la mitad del volumen celular y en ocas pueden llegar hasta casi la totalidad. También, aumentan el tamaño de la célula por acumulación de agua. Universidad Católica los Ángeles de Chimbote - ULADECH
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Están relacionadas con los lisosomas secundarios, ya que éstos engloban dos tipos de vacuolas, las heterofágicas o digestivas y las autofágicas. Contienen enzimas hidrolític sustratos en proceso de digestión. En el primer tipo, los sustratos son d e origen exter capturados por endocitosis; una vez producida la digestión, ciertos productos puede reutilizados y los no digeribles (llamados cuerpos residuales) son vertidos al exterior p exocitosis. En el caso de las vacuolas autofágicas, lo que se digieren son constituyente célula. Hay otro tipo de vacuolas, las pulsátiles o contráctiles, que aparecen en muchos proto especialmente en los dulceacuícolas. Se llenan de sustancias de desecho que van elim de forma periódica y además bombean el exceso de agua al exterior.
VESÍCULA:
En boo i l gía celua l r, una vesícula es un orgánulo que forma un compartimento pequeño y cerrado, separado del cto i plasma por una bc i apa lipídc i a igual que la membrana celua l r.
Las vesículas almacenan, transportan o digieren productos y residuos celulares. Son u herramienta fundamental de la célula para la organización del metabolismo. Muchas se crean en el aparato de Golgi, pero también en el retículo endoplasmático, o se form partir de partes de la membrana plasmática.
CL I IO
Cilio o cilia (cilium, masculino; plural cilia) significa en latín "pestaña". Se llama cilio (y, especialmente en Latinoamérica, es frecuente hallar la denominación de cilia) a cad los pequeños apéndices mótiles que cubren total o parcialmente la superficie de muc células desnudas (sin pared). Los flagelos tienen una estructura esencialmente equiv aunque hay algunas diferencias morfológicas y muchas diferencias funcionales. Los cilios tienen una forma cilíndrica, de diámetro uniforme en toda su longitud, con u terminación redondeada, semiesférica. Pueden ser descritos como una evaginación d (una prolongación en dedo de guante) de la membrana plasmática, con un contenido continuación del citoplasma. Estos orgánulos están dotados de un armazón compleja, semejante a la de los flagelo en microtúbulos y que se llama axonema. El axonema se continúa, en la base del cilio y debajo de la membrana plasmática, con un corpúsc ulo basal, que tiene una estructura semejante pero más compleja.
Se mueven rítmicamente y de forma coordinada, cada uno con un movimiento semeja brazo de un nadador, retrocediendo en posición extendida, y en conjunto al de un trig por el viento (movimiento de batida coordinado). Mientras reciban la energía nece forma de ATP los cilios siguen batiendo automáticamente. El efecto es un empuje n lugar a que la célula se desplace en su medio, como ocurre con ciertos protis tas y a muy pequeños; o que el líquido extracelular circundante sea impulsado, que es la fu cumplen los clio i s en el epiteio l de las vías respra i torias humanas. La coordn i acó i n de los clio i s entre sí, al fustigar el agua sobre la superfici e de una célua l dada por la ms i ma agua, movd i a por el clio i precedente. El que sg i ue en fila halla así u Universidad Católica los Ángeles de Chimbote - ULADECH
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dre i ccó i n favorecida y se mueve por ela l con un pequeño retraso, conducta llamad metacronismo.
El control de los cilios es fundamental en los protozoos ciliados que las emplean para c otros protozoos y alimentarse con ellos. Para seguirlos, alcanzarlos, poner su estoma o celular" en posición, retrocediendo si es necesario, para luego comérselos, es menes controlar la natación. Este control se logra por medios eléctricos. Los valores del cam eléctrico en la membrana exterior del protozoo, de donde emergen los cilios o cilias, "d los movimientos de la presa cercana. Estos le son revelados por las presiones del agu interfieren con las oscilaciones u ondas eléctricas que realizan el control.
FLAGELO
Un flagelo es un apéndice con forma de látigo que usan muchos organismos unicelula unos pocos pluricelulares. Sin embargo, estos apéndices pueden también estar implic otros procesos. Este nombre cubre realmente tres estructuras diferentes encontrada uno de los tres dominios.
Los flagelos bacterianos son los filamentos helicoidales que rotan como tornillos. Los fla de Archaea son superficialmente similares, pero son diferentes en muchos detalles y considerados no homólogos. Los flagelos de Eukarya - aquellos de células Protista anim vegetales - son complejas proyecciones celulares que azotan hacia adelante y hacia at ocasiones, este último es llamado cilio o undulipodia para acentuar su distinción. Esencam i l ente, la estructura del flageo l es igual a la del clio i , pero generam l ente se com con otras estructuras añadidas, resuta l ndo más grueso y más largo. Los flagelos más estudiados son los de espermatozoides. En el espermatozoide de m el flagelo (cola) está constituido por: un axonema (9 pares de microtúbulos periférico central) rodeado por las fibras externas densas 9 cilindros proteicos (uno por cada do intervienen en el movimiento del flagelo. Por fuera de estas fibras, existen otras estructuras rodeando el complejo axonema -fib vaina mitocondrial, si el corte es por la pieza intermedia, o la vaina fibrosa, si el corte se en la pieza principal.
La vaina mitocondrial está constituida por mitocondrias dispuestas en hélice que pro la energía necesaria para el movimiento del flagelo. La vaina fibrosa son pares de estru proteicas (cada una rodea la mitad de las fibras densas). Pa rece que intervienen en la protección del axonema y quizás también en el movimiento del flagelo. Por fuera, de todo elo l , se ds i pone la membrana pa l smática. Los flageo l s, que impus l an a lo espermatozod i es y a muchos protozoos, están ds i eñados para despla zar toda la célua l a tra de un flud i o.
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NUCLEO CELULAR El núcleo celular es la estructura más característica de las células eucariotas. Se rod cubierta propia, llamada envoltura nuclear y contiene el material hereditario, que es repertorio de instrucciones en que se basa el desarrollo y el funcionamiento de cada organismo, y cuya composición se basa en el ácido desoxirribonucleico (ADN). Por la existencia del núcl eo, en las células eucariotas se dan en espacios separados lo procesos de replicación del genoma y transcripción del ARN, que ocurren dentro, y la biosíntesis de proteínas (traducción), que se produce fuera. Esta compartimentación las condiciones de la complejidad del control funcional que distingue a los eucarionte procariontes. El núcleo es una estructura dinámica, que en los organismos con mitosis abierta, se d durante el reparto cromosómico. Se llama núcleo interfásico al que s e observa antes mitosis y después de ésta, ya duplicado; es decir, durante los momentos del ciclo celul no corresponden a la mitosis. Cuando no se especifique otra cosa, las explicaciones s se refieren al núcleo interfásico. Además, el núce l o cuenta con una estructura que se tiñe con facilidad, el denomn i ado nucé l
Forma, tamaño y posición
El núcleo es casi siempre una estructura esferoidal relativamente grande, cuando se compara con los orgánulos citoplasmáticos comunes. En términos absolutos, puede m menos desde 1 µ m (en los llamados nanoeucariontes) hasta más de 20 µ m. Su volum guarda cierta proporcionalidad con el del citoplasma. El núce l o tiende a ocupar una poscó i i n centra,l pero en las célua l s aduta l s de las pa l nta s s desplazado a la periferia por el importante volumen del vacuoma (conu j nto de vacuoa l s).
Número Lo típico es que cada célula eucariota contenga un núcleo, sin embargo son frecuen importantes las excepciones. En los hongos también es normal la condición dicarió núcleos). En protistas es donde se observa mayor diversidad de casos, en éste como en otros básicos de la biología eucariótica. En los ciliados existen regularmente dos núcleos, e macronúcleo y el micronúcleo. Los eritrocitos (glóbulos rojos) maduros de casi todo mamíferos carecen de núcleo.
Estructura El núce l o interfásico presenta al menos las sg i uientes partes dfe i renca i das: Envoltura nuclear.- Se
basa en una doble membrana (2 bicapas lipídicas) refor citoesqueleto. Está perforada por poros nucleares, a través de los cuales el interio núcleo se comunica con el citosol. La envoltura presenta ribosomas adheridos externamente y es la continuación del retículo endoplasmático rugoso. La envoltur se halla reforzada por dos armazones de filamentos intermedios, uno adosado a su
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superfice i interna: la lámina nuce l ar. Y otro stu i ado sobre la cara cto i sóic l a de la memb externa. Cromatina.- Es la forma que toma el material hereditario durante l a inter celua l r. Consiste en ADN asociado a proteínas. Nucleoplasma.- también llamado carioplasma o cariolinfa. Se trata del me indiferenciado que llena el núcleo, semejante al citosol o hialoplasma, bañando a sus componentes. Nucléolo(s).- Una o más estructuras esferoidales, relacionadas conlasíntesis de las principales piezas de los ribosomas y con su ensamblajeparcial.Éste estáconformado porARNy proteínas básicas. Se distinguendosporciones delnucléolo, laregión granular,formada por gránulos de ARN, yla región fibrilar formada por filamentos de ARN. Una terceraregión,muydifícilde observares ladenominada porción cromosómica del nucléolo, en ésta se encuentran filamentos de DNA.
Funciones
1. Drig i e la activd i ad celua l r, ya que contiene el programa genético, que drig i eel desa y funco i namiento de la célua l . 2. Es la sede de la replicación (duplicación del ADN) y la transcripción (síntesis de mientras que la traducción ocurre en el citoplasma. En las cél ulas procariotas to esos procesos coinciden en el mismo compartimento celular.
ENVOLTURA NUCLEAR
También llamada carioteca, es la envuelta que rodea y delimita al núcleo propio de eucariota. La envoltura nuclear está formada por dos membran as concéntricas, as expresión membrana nuclear, frecuentemente usada para referirse a ella, no pued considerarse apropiada. Constitución La envoltura nuce l ar es una estructura complea j que se basa en una vesícula de retíc endopa l smático extendd i a are l dedor del material hereditario nuce l ar (cromatina). Como
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vesícula, la envoltura aparece conformada por dos membranas: la membrana nucl externa y la membrana nuclear interna. Por el lado de fuera queda el citoplasma y p dentro el contenido del núcleo. Por el lado del núcleo la membrana nuclear interna adosada una estructura llamada lámina nuclear, la cual está formada por proteínas las llamadas laminas, a veces en forma de capa continua, a veces con la estructura d panal. El hecho de que la envoltura sea una especialización del retículo endoplasm observa también en que suele aparecer recubierta de ribosomas (algo que es cara del retículo endoplasmático rugoso), los cuales fabrican precisamente proteínas q incorporan a la composición de las membranas nucleares. Funciones La envoltura nuclear aparece atravesada de manera regular por perforaciones, los nucleares. Estos poros no son simples orificios, sino estructuras complejas acompa de una armazón de proteínas, que facilitan a la vez que regulan los intercambios en núcleo y el citoplasma. Se llama complejo del poro a cada una de esas puertas de comunicación. Por ahí salen las moléculas de ARNm producidas por la transcripció deben ser leídas por los ribosomas del citoplasma. Por ahí salen también los comple ARNr y proteínas a partir de los cuales se ensamblan en el citoplasma los ribosoma los poros entran al núcleo las proteínas, fabricadas en el citoplasma por los r iboso cumplen su papel dentro del núcleo. Dn i ámc i a:
En las células con mitosis abierta, que son la mayoría, la envoltura nuclear desapa principio de la mitosis, para formarse de nuevo, ahora alrededor de dos núcleos h acabar aquélla.
El proceso depende de la alteración de las láminas, las proteínas de la lámina, por u complejo enzimático. Cuando el proceso de la mitosis termina, las láminas vuelven a estado inicial, formándose primero dos láminas nucleares sobre las cuales, por ex del retículo endoplasmático, terminan por formarse dos envolturas nucleares c En las células con mitosis cerrada, una variante que se observa en muchos protista envoltura nuclear no desaparece durante la mitosis, sino que se esti ra, estrángulá para terminar formando los dos núcleos hijos.
CROMATINA
La cromatina es el conu j nto de ADN, hs i tonas y proteínas no hs i tónicas que se encuentra en el núce l o de las célua l s eucariotas y que constituye el cromosoma eucariótico. Las unidades básicas de la cromatina son los nucleosomas. Éstos se encuentran fo por aproximadamente 146 pares de bases de longitud (el número depende del org asociados a un complejo específico de 8 histonas nucleosómicas (octámero de hist Cada partícula tiene una forma de disco, con un diámetro de 11 nm y contiene dos c de cada una de las 4 histonas H3, H4, H2A y H2B. Este octámero forma un núcleo p alrededor del que se enrolla la hélice de ADN (da aproximadamente 1.8 vueltas). E cada una de las asociaciones de ADN e histonas existe un ADN libre llamado ADN "espaciador", de longitud variable entre 0 y 80 pares de nucleótidos que garantiza flexibilidad a la fibra de cromatina. Este tipo de organización, permite un primer pa
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compactación del material genético, y da lugar a una estructura parecida a un "colla cuentas".
Posteriormente, un segundo nivel de organización de orden superior lo constituye l de 30nm" compuestas por grupos de nucleosomas empaquetados uno s obre otro adoptando disposiciones regulares gracias a la acción de la histona H1. Finalmente continúa el incremento del empaquetamiento del DNA hasta obtener lo cromosomas que observamos en la metafase, el cual es el máximo nivel de conden del ADN.
La cromatina se puede encontrar en dos formas: es una forma inactiva condensada localizada sobre tod periferia del núce l o, que se tiñe fuertemente con las coloraciones. La heterocromat puede ser de dos tipos dfe i rentes:
Heterocromatina.-
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o
idéntica para todas las células del organismo y informacó i n genética, incluye a los teó l meros y centrómeros del cromosoma que n expresan su ADN. La facultativa.- diferente en los distintos tipos celulares, contiene in todos aquellos genes que no se expresan o que pueden expresarse en ag l ún momento. Incluye al ADN satéite l y al corpúscuo l de Barr. La constitutiva.-
está diseminada por el resto del núcleo (menor condensació débilmente con la coloraciones (su mayor tinción ocurre en la mitosis y no es visi el microscopio de luz. Representa la forma activa de la cromatina en la que se es transcribiendo el material genético de las moléculas de ADN a moléculas de AR lo que es aquí donde se encuentran la mayoría de los genes activos.
Eucromatina.-
La ds i tinción taa j nte entre eucromatina activa y heterocromatina inactiva es acepta actualmente, pero con importantes reservas.
NUCLEOPLASMA
El nucleoplasma es el medio interno del núcleo celular, en el se encuentran las fib ADN, que asociadas con proteínas denominadas histonas forman hebras llamada cromatinas y ARN conocidos como nucleolos.
NUCLÉOLO
El nucé l olo es un suborgánulo del núce l o que tiene como principal func ión la síntesis d ARNr. En la utra l estructura del nucé l olo podemos ds i tingur: i Centro fibrilar: es poco denso a los electrones. Se encuentra form finas, compleo j s de prenca i i i ción y factores de inca i i ción de la transcripción. Alrededor del centro fibrilar suele situarse un componente fibrilar má ee l ctrones, constitud i o por fibras más gruesas. Es la zona del ADN que se está transcribe i ndo activamente, formando árboles de navd i ad. Componente granular: formado por gránulos y ribonucleoproteína Intersticios: son zonas donde no se localiza ningún componente. El gen que codfic i a los ARNr da lugar a un transcrito de 45 S, el ARN prerribosóm (ARNprer). En ese ARNprer pueden ds i tingurs i e dos regiones: o
o
o o
Las regiones no metiladas: se degradan mediante la introducción d prerribosómc i as en el núce l o y asociación de éstas al ARNprer. Las regiones metiladas: quedan libres como resultado de la lisis del forman los tres ARNr: El ARN 18 S junto con algunas proteínas da lugar a inmadura, en forma de RNP. Ésta debe mg i rar al cto i plasma por un poro. Esta salida ocurre muy rápidamente. Los ARN 28 S y 5’8 S se asocian a otras proteínas y fuera del nucléolo. Los tres forman un gránulo que constituye la subunidad grande del ribosoma y que deberá igualmente atravesar la envoltura nucle mediante un poro. Esta salida lleva hasta 30 minutos, ya que la estructura d fragmentarse para atravesar el poro. Universidad Católica los Ángeles de Chimbote - ULADECH
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Los genes que codifican este ARNprer 45 S se repiten en cinco pares de cromosom 14, 15, 21 y 22. En los cromosomas acrocéntricos con constricción secundaria, es e donde se asocia el gen. El ARN 5S se encuentra codificado en el brazo Q del c romo 1. En el nucléolo, además de formarse estas subunidades, se realizan otros pro Formación de proteínas telomerásicas y organización de la En los nucleolos y en los cercanos cuerpos de Cajal, se sn i tetizaron en el cto i plasma y mg i raron al nuce l olo para su maduración.
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LA RESPIRACO I N CELULAR Y FERMENTACÓ I N
Virtualmente todas las células, eucariotas (de plantas, animales, hongos y protistas) p organelos complejos, llamados MITOCONDRIAS, que son el sitio de la RESPIRACIÓ CELULAR AEROBIA, proceso que incluye casi todas las reacciones que convierten la e química de determinados alimentos en ATP. Constituyen uno de los ejemplos de integración morfofuncional más admirable, ya q el andamiaje sobre el que asientan las innumerables moléculas que participan en las reacciones que transfieren la energía depositada en los alimentos a una molécula extraordinariamente versátil como es el ATP
CARACTERÍSTICAS GENERALES La respiración aeróbica necesita oxígeno y causa la liberación de átomos de carbono moléculas alimentarias, en la forma de dióxido de carbono (un producto de desecho) mitocondrias son más numerosas en células muy activas y que, por lo tanto, tienen al necesidades de energía. Se han encontrado más de 1000 en una sola célula hepática mitocondrias difieren en su tamaño, que va de 2 a 8 um. de longitud, son cilíndricas y experimentan cambios sutiles con rapidez en su tamaño y forma derivados de su activ encuentran ubicadas en las regiones de las células donde la demanda de energía es m por lo que se desplazan de un lado a otro del citoplasma hacia las zonas necesitadas d energía. No obstante, en algunos tipos celulares, como los espermatozoides, las célu musculares y las células grasas, las mitocondrias permanecen en lugares fijos. Por lo re una mitocondria da origen a otra mediante crecimiento y ulterior división.
Cada MITOCONDRIA está limitada por una doble membrana, que forma dos compartim diferentes en el organelo; ESPACIO INTERMEMBRANOSO y la MATRIZ MITOCOND espacio intermembranoso es el compartimiento que se forma entre la MEMBRANA EX y la MEMBRANA INTERNA. La matriz mitocondr ial, el compartimiento rodeado por la membrana interna, contiene enzimas que degradan moléculas alimentarias y convierte energía en otras formas de energía química. La MEMBRANA MITOCONDRIAL EXTERNA es lisa y permite el paso de muchas moléculas pequeñas presentes en el citosol, pero no de las macromoléculas. Esto debido a que en su bicapa lipídica presenta, entre otros componentes una proteína de transmembrana llamada “porina” que forman canales acuosos pequeños. En contraste, la MEMBRANA MITOCONDRIAL INTERNA se pliega repetidasvecesyregulade manera estrictalos tiposde moléculaquepueden atravesarla; los pliegues, llamados CRESTASMITOCONDRIALES,se extiendenen el interior de lamatriz Universidad Católica los Ángeles de Chimbote - ULADECH
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mitocondrial y constituyen una superficie para las reacciones químicas que transform energía química de las moléculas alimenticias en energía química almacenada en el membrana contiene la compleja serie de enzimas y otras proteínas necesarias para d reacciones. Esta membrana presenta un alto grado de especialización.
Los organismos autótrofos fijan la energía solar en forma de energía química contenid compuestos orgánicos, glucosa (carbohidrato), en particular. Esta energía, convenie liberada, será utilizada posteriormente por las partes de la planta que no tienen cloro como suele ser el caso de las raíces y tallos no verdes, o por toda la planta cuando falta la energía solar. Es también esta energía (presente en estas moléculas orgánicas: gluco permite la vida de los organismos heterótrofos. La respiración celular y las fermentac las vías catabólicas más corrientes para la obtención de la energía contenida en las su orgánicas. Ambas vías, no obstante, tienen una primera fase común: la glucólisi s.
La respiración celular es el conjunto de reacciones bioquímicas que ocurre en la may células, en las que el ácido pirúvico producido por la glucólisis se desdobla a anhídrido carbónico (CO2) y agua (H2O) y se producen 36 o 38 moléculas de ATP. En las células eucariotas la respiración se realiza en las mitocondrias y ocurre en tres etapas que son: Oxidación del piruvato. Ciclo de los ácidos tricarboxílicos. Cadena respiratoria y fosforilación oxidativa del ADP a ATP. o o o
Los vegetales, mediante sus cloroplastos, fijan y almacenan la energía; sintetizando moléculas orgánicas (carbohidratos: glucosa). Posteriormente los animales heterótrofos; con la ayuda de sus mitocondrias transforman esta energía (almacenada en los carbohidratos: glucosa) en energía calórica y energía para el trabajo celular “ATP”. Universidad Católica los Ángeles de Chimbote - ULADECH
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La respiración celular es una parte del metabolismo, concretamente del catabolismo la energía contenida en distintas biomoléculas, como los glúcidos (carbohidratos), es de manera controlada. Durante la respiración una parte de la energía libre desprendi estas reacciones exotérmicas, es incorporada a la molécula de ATP, que puede ser a continuación utilizado en los procesos endotérmicos, como son los de mantenimie nt desarrollo del organismo (anabolismo). La respra i ción celua l r podría dvdrs i i i e en dos tipos, según el papel atribuido al oxígeno: o
o
RESPIRACIÓN AEROBIA: Hace uso del O2 como aceptor último desprendidos de las sustancias orgánicas. Es la forma más extendida, propia de lo organismos eucariontes (cuyas mitocondrias realizan dicha función) y algunos gru bacterias. Se llama aerobios a los organismos que, por este motivo, requieren O RESPIRACIÓN ANAEROBIA: No interviene el oxígeno, sino que s aceptores finales de electrones, muy variados, generalmente minerales y, a menud subproductos del metabolismo de otros organismos. Un ejemplo de aceptor es el S (anión sulfato), que en el proceso queda reducido a H 2S:
La respiración anaerobia es propia de procariontes (p.ej.: bacterias) diversos, habitan todo de suelos y sedimentos, y algunos de estos procesos son importantes en los ciclo biogeoquímicos de los elementos. No debe confundirse la respiración a naerobia con fermentación, que es una oxidación – reducción interna a la molécula procesada, en la q se requiere ni O2 ni ningún otro aceptor de electrones. La respra i ción anaerobia es un proceso boó i l gico de oxidorreduccó i n de azúcares y otro compuestos. La realizan excu l sivamente ag l unos grupos de bacterias. En las bacterias anaerobias, la cadena de transporte de ee l ctrones es anáo l ga a la de la respiración aerobia, ya que se compone de los mismos componentes (citocromos, quinonas, proteínas ferrosulfúricas, etc.). La única diferencia por tanto radica en el aceptor último de electrones. Todos los posibles aceptores en la respiración anaerobia tienen un potencial de reducción menor que el O2, por lo que se genera menos energía en el proceso. LA RESPIRACÓ I N CELULAR AERÓBC I A La respiración aerobia es un tipo de metabolismo energético el que seres vivos extraen energía de moléculas orgánicas, como la glucosa, por un proceso complejo en el que el carbono queda oxidado y en el que el oxígeno procedente del aire es el oxidante empleado. En otras variantes, muy raras, de la respiración el oxidante es distinto del oxígeno. La respra i ción aerobia o normal, es el proceso
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responsable de que la mayoría de los seres vivos, los llamados por ello aerobio s, requ oxígeno. La respiración aerobia es propia de los organismos eucariontes en general y d algunos tipos de bacterias. El oxígeno que, como cualquier gas, atraviesa sin obstáculos las membranas biológic atraviesa primero la membrana plasmática y luego la mitocondrial, siendo en la matriz d mitocondria donde se une a electrones y protones (que sumados constituyen átomos hidrógeno) formando agua. En esa oxidacó i n final, que es complea j , y en procesos anteriores se obtiene la energí necesaria para la fosforilación del ATP. En presencia de oxígeno, el ácido pirúvico obtenido durante la fase primera anaerobia o glucólisis, es oxidado para proporcionar energía (ATP), dióxido de carbono y agua. A e de reacciones se le conoce con el nombre de respiración aerobia. EL ADENOSIN TRIFOSFATO “ATP” El trifosfato de adenosina (ATP) o adenosín trifosfato es una molécula que consta de una purina (adenina), un azúcar (ribosa), y tres grupos fosfato. Gran cantidad de energía para las funciones biológicas se almacena en los enlaces de alta energía que unen los grupos fosfato y se liberan cuando uno o dos de los fosfatos se separan de las moléculas de ATP. El compuesto resultante de la pérdida de un fosfato se llama dfo i sfato de adenosina, adenosín dfo i sfato o ADP; si se pe i rden dos se lla monofosfato de adenosina, adenosín monofosfato o AMP, respectivamente. ATP Y METABOLS I MO El acoplamiento entre las reacciones exergónicas (que liberan energía al medio) y endergónicas (que gastan energía del medio) en los seres vivos se realiza a través de Por eso se le conoce como moneda de intercambio energética celular. La mayoría de organismos nos alimentamos de metabolitos complejos (proteínas, lípidos, glúcidos, degradamos a lo largo del tracto intestinal. De modo que a las células llegan metabolito complejos, pero no tan complejos como los ingeridos. En la célula van a ser oxidados por una serie de reacciones químicas degradativas “catabolismo”. Como productos del catabolismo se obtienen metabolitos simples y en Ambos son los precursores para la síntesis de los componentes celulares. Todo el con reacciones de síntesis se llama “anabolismo”. En el catabolismo (oxidación) se produc liberación de electrones que serán captados por unos transportadores de electrones NAD+ (que al aceptar electrones se reduce a NADH).
Por otra parte, la energía liberada quedará retenida en su mayoría en el ATP. La sínt (anabolismo) de los compuestos celulares se realizará con los metabolitos simples, utiliz energía contenida en el ATP y los electrones contenidos en el NADH, ya que este es u proceso reductivo (toma electrones). El ATP es esa moneda de intercambio energétic Universidad Católica los Ángeles de Chimbote - ULADECH
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a su estructura químc i a. Cuando se hidroiz l a libera mucha energía que va a ser captada po enzm i as que cataiz l an las reacciones de bo i síntesis. ¿Por qué tienen los enlaces del ATP tanta tendencia a hidrolizarse? Veamos la molécula de ATP y su hidrólisis a ADP + Pi: Se puede representar así: A– P ~ P ~ P Donde “~” son los enlaces anhídrido de ácido, que son de alta energía. En la h del ATP se está hd i roiz l ando uno de esos enlaces anhídrido de ácido. Esto libera gra energía, concretamente 77 ' kca/m l ol. Es decr: i Λ G = -7,7 kca/m l ol. o o o
Es una reacción muy exergónica. Su keq (constante de equilibrio) es 1 Así se comprende que el ATP tiene tendencia a hidrolizarse de form energía. Nicotinamd i a Adenín Dn i ucleótido “NAD” La nicotinamida adenín dinucleótido (NAD) es una coenzima, de la vitamina B3 cuya principal es la intercambio de hidrogeniones en la producción de energía de todas las El NAD forma el primer complejo en la captación de hidrógenos en la fosforilación ox aparece en múltiples reacciones del metabolismo. El NADH es la nicotinamida adenín dinucleótido reducida, siendo la forma activa. Cu pierde el hidrógeno (deshidrogenación), cede energía. El NADP es la nicotinamida a dinucleótido fosfato, siendo la NADPH su forma reducida. Las formas reducidas del N obtienen de la glucólisis y ciclo de Krebs principalmente. Fa l vin Adenine Dn i ucleotido “FAD” El grupo de la flavina interviene en muchas reacciones bioquímicas de transferencia d hidrógeno. Se encuentra a menudo unido a un grupo de adenosindifosfato ([ADP) en se suele conocer bajo su nombre inglés flavin adenine dinucleotide (FAD). REACCO I NES DE OXIDO – REDUCCIÓN Las reacciones de reduccó i n-oxidacó i n (també i n conocd i o como reacción redox) son la reacciones de transferenca i de ee l ctrones. o o
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Esta transferenca i se produce entre un conu j nto de espece i s químc i as, uno oxidante y u reductor (una forma reducida y una forma oxidada respectivamente). OXIDADO (FAD+)
REDUCD I O (FADH2)
Oxidación – Reducción de la molécula de FAD
Para que exista una reacción redox, en el ss i tema debe haber una espece i que ceda ee l ctro y otra espece i que las acepte: 1. El reductor es la espece i químc i a que tiende a ceder ee l ctrones de su es tructura químc i aa medo i , quedando con carga mayor a la que tenía. 2. El oxidante es la espece i que tiende a captar esos ee l ctrones, quedando con carga menor a la que tenía. Cuando una especie química reductora cede electrones al medio se convierte en una e oxidada, y la relación que guarda con su precursor queda establecida mediante lo que s un par redox. Análogamente, se dice que cuando una especie capta electrones del me convierte en una especie reducida, e igualmente forma un par redox con su precurso
Las reacciones químicas de la respiración aeróbica de la glucosa pueden agruparse e etapas. En los eucariotas, la primera etapa (glucólisis) se realiza en el citosol, y el resto o en el interior de las mitocondrias. La mayor parte de las bacterias también efectúan e procesos, pero dado que sus células carecen de mitocondrias, todas las etapas se llev efecto en el citosol y en asociación con la membrana plasmática. 1. GLUCÓLISIS. Ocurre en el citosol, donde cada molécula de glucosa, con sus 6 á de carbono, se oxida parcialmente dando lugar a dos moléculas de piruvato (de átomos de carbono). Se invierten dos ATP pero se generan cuatro, y 2 NADH 2. FORMACIÓN DE ACETILCOENZIMA A. Cada molécula del piruvato entra en un mitocondria y se oxida para convertirse en una molécula de dos carbonos (acetato se combina con la coenzima A y forma acetilcoenzima A; se produce NADH 2 y se C02 como producto de desecho. 3. CICLO DEL ÁCIDO CÍTRICO. El grupo acetato de la acetilCoA se combina con u molécula de cuatro carbonos (oxalacetato), y se forma una molécula de seis carb (citrato). En el transcurso del ciclo ésta se recicla a oxalacetato y se libera CO 2 c producto de desecho. Se captura energía como ATP y los compuestos reducido alto contenido de energía NADH2 y FADH2. Todas estas reacciones ocurren en la mitocondrial. 4. CADENA DE TRANSPORTE DE ELECTRONES Y QUIMIOSMÓSIS. Los electro extraídos de la glucosa durante las etapas precedent es se transfieren de NAD FADH2 a una cadena de compuestos aceptores de electrones. A medida que lo Universidad Católica los Ángeles de Chimbote - ULADECH
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electrones pasan de un aceptor a otro, parte de su energía se emplea para bom hidrogeniones (protones) a través de la membrana mitocondrial interna, con lo q forma un gradiente de protones. En un proceso denominado quimiosmósis, la e de este gradiente se usa para producir ATP.
Lascuatrofasesdelarespiraciónaeróbica.Laprimerafase, laglucólisis ocurre en el citosol.Su producto,elpiruvato,entraenlamitocondria, dondecontinúalarespiracióncelular conformacióndeacetilcoenzimaA, ciclodelácidocítricoylacadenatransportedeelectrones/quimiosmósis. La mayor parte del ATP se sintetiza por quimiosmosis.
La oxidación de la glucosa es una fuente principal de energía en la mayoría de las célu Cuando la glucosa se degrada en una serie de pequeños pasos por medio de enzimas, proporción significativa de la energía contenida en la molécula vuelve a emp aquetars enlaces fosfato de las moléculas de ATP. La PRIMERA FASE en la degradación de la glucosa es la glucólisis que se efectúa en e de la célula. La SEGUNDA FASE es la respiración aeróbica, que requiere oxígeno y, e células eucarióticas, tiene lugar en las mitocondrias. La respiración comprende la for la acetilcoenzima A, el ciclo del ácido cítrico (ciclo de Krebs) y el transporte terminal d electrones acoplado al proceso de fosforilación oxidativa. Todos estos procesos están íntimamente relacionados. En condico i nes anaeróbicas, el proceso de fermentación transforma al ácido prú i vico produc por la gu l cóiss l i o en etanol o en ácido láctico. Es posible saber cómo y en qué cantidad la energía química, originalmente pre sente e molécula de glucosa, se recupera en forma de ATP en el curso de la degradación de molécula de glucosa. Así, es posible calcular el rendimiento energético global de la o de la glucosa, que puede dar como resultado un máximo de 38 molé culas de ATP (a pueden ser también 36 ATP) . La actividad de la glucólisis y la respiración están regu acuerdo con las necesidades energéticas de la célula. Hasta ahora nos hemos referido a la degradación de la molécula de glucosa, pero otra moléculas alimenticias, que incluyen a las grasas, los polisacáridos y las proteínas, pu también degradadas a compuestos que pueden ingresar en las vías centrales -glucó de Krebs- en diferentes pasos. La biosíntesis de compuestos orgánicos utiliza los com precursores derivados de intermediarios en la secuencia respiratoria y es impulsada Universidad Católica los Ángeles de Chimbote - ULADECH
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energía derivada de esos procesos. Así, otras vías catabóic l as y anabóic l as están íntimamen interrea l cionadas.
Esquema global de la oxidación de la glucosa
Hasta ahora se ha referido a la degradación de la molécula de glucosa, pero otras mo alimenticias, que incluyen a las grasas, los polisacáridos y las proteínas, pueden ser ta degradadas a compuestos que pueden ingresar en las vías centrales -glucólisis y cic Krebs- en diferentes pasos. La biosíntesis de compuestos orgánicos utiliza los compu precursores derivados de intermediarios en la secuencia respiratoria y es impulsada energía derivada de esos procesos. Así, otras vías catabólicas y anabólicas están íntim interrelacionadas.
Energía de carbohidratos, proteínas y grasas Universidad Católica los Ángeles de Chimbote - ULADECH
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En presencia de oxígeno, el ácido pirúvico entra en el ciclo de Krebs donde se sintet ATP y se transfieren más electrones y protones a las coenzimas. Estas coenzimas ace de electrones transfieren su carga a la cadena transportadora de electrones a lo larg cual, paso a paso, los electrones caen a niveles inferiores de energía. A medida que e ocurre, se fabrica mucho más ATP. Al final de la cadena transportadora, los electron reúnen con los protones y se combinan con el oxígeno, formándose agua . En ausenc oxígeno, el ácido pirúvico puede convertirse en ácido láctico o etanol. Este proceso, lla fermentación, no produce ATP, pero regenera las moléculas de coenzima aceptoras electrones, necesarias para que la glucólisis continúe.
EN LA GLUCÓLISIS LA GLUCOSA SE CONVIERTE EN DOS PIRUVATOS La glucólisis, también denominada glicólisis o ruta de Embden -Meyerhof, es la secue metabólica en la que se oxida la glucosa. Consiste de nueve reacciones enzimáticas qu producen dos moléculas de ácido pirúvico o piruvato y dos equivalentes reducidos de los que, al introducirse en la cadena respiratoria, producirán cuatro moléculas de Cuando hay ausencia de oxígeno, la glucólisis es la única vía que produce ATP en los animales. Los organismos primitivos se originaron en un mundo cuya atmósfera care y, por esto, la glucólisis se considera como la vía metabólica más primitiva. Está prese todas las formas de vida actuales. Es la primera parte del metabolismo energético y e células eucariotas ocurre en el citoplasma (citosol). La glucólisis (que literalmente significa “rotura de azúcar”) no necesita oxígeno y ocur condiciones aeróbicas o anaeróbicas. En la figura 04 se presenta un resumen sencillo d glucólisis, en la cual una molécula de glucosa (compuesto de seis carbonos) se convier dos moléculas de piruvato (compuesto de tres carbonos). Se captura parte de la energ glucosa; hay una ganancia neta de dos moléculas de ATP y dos de NADH. Las reaccion la glucólisis ocurren en el citosol, donde hay los componentes necesarios, como ADP, N fosfatos inorgánicos, que flotan libres en el citosol. La glucólisis es un proceso en el cual una molécula de glucosa de 6 carbonos se escin dos moléculas de 3 carbonos de ácido pirúvico. Este proceso da como resultado un rendimiento neto de dos moléculas de ATP (a partir de ADP y fosfato inorgánico) y dos moléculas de NADH (a partir de NAD+). La glucólisis comienza con una molécula de glucosa. En este proceso, primero se invie energía por transferencia de un grupo fosfato desde una molécula de ATP, una por ca a la molécula de azúcar. La molécula de 6 carbonos luego se escinde y, de allí en adela secuencia produce energía. En cierto momento se reduce una molécula de NAD+ a N almacenandose parte de la energía producida por la oxidación del gliceraldehído -3-fo los pasos finales las moléculas de ADP toman energía del sistema, fosforilándose a A Resumiendo: para iniciar la secuencia glucolítica es necesaria la energía de los enlace de dos moléculas de ATP. Posteriormente se producen dos moléculas de NADH a parti de NAD+ y cuatro de ATP a partir de cuatro de ADP: Gu l cosa+2ATP+4ADP+2Pi+2NAD+=>2 Ácido prú i vico+ 2ADP + 4ATP + 2NADH2 + 2H+ + 2 De esta forma, una molécula de glucosa se convierte en dos moléculas de ácido pirúvic ganancia neta, la energía recuperada, es dos moléculas de ATP y dos moléculas de por molécula de glucosa. Las dos moléc ulas de ácido pirúvico contienen todavía una g de la energía que se encontraba almacenada en la molécula de glucosa original. La se Universidad Católica los Ángeles de Chimbote - ULADECH
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reacciones que constituyen la gu l cóiss l i se lleva a cabo vrtu i almente en todas las célua l sv desde las céua l l s procarióticas hasta las célua l s eucarióticas de nuestros propios cuerpos.
Glucólisis o ruta de Embden-Meyerhof: transformación de la glucosa en dos moléculas de piruvato (ácido pirúvico)
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Panorama general de la glucólisis. la glucólisis (columna izquierda)
La fase de inversión de energía de lleva al desdoblamiento del azúcar; ATP y NADH se producen durante la fase de captura de energía (columnaderecha). Durante la glucólisis cada molécula de glucosa se convierte en dos piruvato, con rendimiento neto de dos moléculas de ATP y dos de NADH.
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Glucólisis
EL PR I UVATO SE CONVIERTE EN ACETILCOENZIMA A
En los eucariotas, las moléculas de piruvato formadas en la glucólisis entran en las mitocondrias, donde se convierten en acetilcoenzima A (acetilCoA). Estas reacciones en el citosol de los procariotas aerobios. En esta serie de reacciones, el piruvato expe un proceso denominado descarboxilación oxidativa. En primer término, un grupo carb disocia en la forma de dióxido de carbono, que se difunde hacia el exterior de la célula se oxida el fragmento residual de dos carbonos, y el NAD + acepta los electrones que s disociaron durante la oxidación. Por último, el fragmento oxidado de dos carbonos, un acetilo, se une a la coenzima A, de lo que resulta acetilcoenzima A. La coenzima A transfiere grupos derivados de ácidos orgánicos. En este caso se trata d grupo acetilo, relacionado con el ácido acético. La coenzima A se sintetiza en la célul de una de las vitaminas del complejo B, el ácido pantoténico. La fijación del grupo ace coenzima A es catalizada por un complejo multienzimático, qu e incluye varias copias una de tres enzimas distintas. La reacción global para la síntesis de acetilcoenzima A e sigue: 2 Pru i vatos + 2 NAD+ + 2 CoA 2 AcetilCoA + 2NADH 2 + 2C02
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Nótese que la molécua l orign i al de gu l cosa se ha oxidado parcam i l ente en dos grupos acetilo dos molécua l s de C02. Los átomos de hd i rógeno ds i oca i dos redue j ron el NAD + a NADH. En este punto de la respiración aeróbica, se han formado cuatro moléculas de NADH p catabolismo de una sola de glucosa; a saber: dos durante la glucólisis y otras tantas al formarse la acetilCoA a partir del piruvato.
Formación de acetilcoenzima A.- El piruvato, una molécula de tres carbonos que es el producto terminaldelaglucólisis,ingresaalamitocondriayexperimentadescarboxilaciónoxidativa. Enprimer término,elgrupocarboxilosedisociaenlaformadedióxidodecarbono.Luego,seoxidaelfragmento residual de dos carbonos, y sus electrones se transfieren al NAD+. Por ú ltimo, el grupo de dos carbonosoxidado,queesungrupoacetilo,seunealacoenzimaA.Estatieneunátomode azufre, que forma un enlace muy inestable (indicado mediante una línea ondulada) con el grupo acetilo.
EL CC I LO DEL ÁCIDO CT Í RICO OXIDA LA ACETILCOENZIMA A
Panorama general del ciclo del ácido cítrico. En el ciclo entran dos grupos acetilo por cada glucosa. Cada grupo acetilo, de dos carbonos, se combina con oxalacetato, de cuatro carbonos, para formar Universidad Católica los Ángeles de Chimbote - ULADECH
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Mblgo. Luis Ab l erto Sánchez Angulo / Mblgo. José Luis Gutierrez AponteBo i logía Celular y Molecular citrato, de seis carbonos. Las dos moléculas de CO2 se regeneran para formar oxalacetato, y en el procesosecapturaenergíaenlaformadeunATP,tresNADHyunFADH 2 porgrupoacetilo(odos ATP, seis NADH y dos FADH2 por glucosa).
El ciclo del ácido cítrico, también llamado ciclo de los ácidos tricarboxílicos (ciclo TCA Krebs (en honor de Sir Hans Krebs), ocurre en las mitocondrias. En la figura se presen resumen sencillo de este ciclo, y sus ocho pasos se ilustran en la figura 10. Cada reacc catalizada por una enzima específica.
respiració n la
cual
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Ciclodelácidocítrico.Lavíacatabólicaprincipaldelaacetil -CoAenlosorganismosaerobios.La acetil-CoA,elproductodelcatabolismodeloscarbohidratos,lasproteínasyloslípidos,ingresa alciclo junto con H20 y se oxida a C02 con liberación de equivalentes reductores (2H). Universidad Católica los Ángeles de Chimbote - ULADECH
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La primera reacción del ciclo ocurre cuando la acetilCoA transfiere su grupo acetilo d carbonos al oxalacetato, compuesto de cuatro carbonos, con lo que se forma citrato, seis carbonos.
El ciclo del ácido cítrico (ciclo de Krebs).
Oxaa l cetato + AcetilCoA Ctra i to + CoA Compuesto Compuesto Compuesto decuatro carbono dedos carbonosde seis carbonos
Luego, el ctra i to experimenta una sucesó i n de transformaco i nes qu ímc i as, en que pe i rd primero un grupo carboxlo i y luego otro, en la forma de C0 2. La mayor parte de la energía que queda disponible con los pasos oxidativos de este ciclo s transfiere en la forma de electrones de alto contenido de energía al NAD +, lo que form Por cada grupo acetilo que entra el ciclo del ácido cítrico se producen tres moléculas d NADH2. También se transfieren electrones al aceptor de electrones FAD, con lo que se FADH2. Universidad Católica los Ángeles de Chimbote - ULADECH
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En el curso del ácido cítrico, se disocian dos mo léculas de C02 y el equivalente a ocho de hidrógeno (ocho protones y ocho electrones), con la formación de tres moléculas d y una de FADH2. Se generan más hidrógeno del que entró en el ciclo con la molécula d acetilCoenzima A. Estos átomos de hidrógeno provienen de moléculas de agua que s durante las reacciones del ciclo. El C0 2, producido corresponde a los dos átomos de ca del grupo acetilo que entró en el ciclo ATC. Al final se ha regenerado en oxalacetato (d carbonos), y puede comenzar un nuevo ciclo. Debido a que se producen dos moléculas de acetilCoA por cada una de glucosa, se re dos ciclos por molécula de glucosa. Al término de dos vueltas del ciclo la glucosa orig perdido todos sus átomos de carbono y podría considerarse como totalmente consum resumir, el ciclo del ácido cítrico genera 4 C0 2, 6 NADH2, 2 FADH2 y 2 ATP por molécula d glucosa. Al final del ciclo del ácido cítrico, la glucosa se ha catabolizado por completo. Solamen moléculas de ATP se ha formado por fosforilación al nivel del sustrato: dos durante la g y dos en el ciclo del ácido cítrico. Esta vez, la mayor parte de la energía de la glucosa se encuentra en la forma de electrones de alta energía en NADH 2 y FADH2.Su energía s para impulsar la síntesis de más trifosfato de adenosina (ATP) mediante la cadena de transporte de electrones y la quimiosmósis.
El ciclo de Krebs resumido
El ciclo de Krebs contituye la segunda etapa del catabolismo de carbohidratos. La glu rompe la glucosa (6 carbonos) generando dos moléculas de piruvato (3 carbonos). En eucariotas el piruvato se desplaza al interior de la mitocondria (gracias a un transpor específico de membrana interna). En la matriz mitocondrial produce acetil-CoA que e ciclo de Krebs. Universidad Católica los Ángeles de Chimbote - ULADECH
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En el catabolismo de proteínas, los enlaces peptídicos de las proteínas son degradad acción de enzimas proteasas en el tracto digestivo liberando sus constituyentes amin Estos aminoácidos penetran en las células, donde pueden ser empleados para la sínte proteínas o ser degradados para producir energía en el ciclo de Krebs. Para su entrad deben eliminarse sus grupos amino (terminales y laterales) por acción de enzimas aminotransferasas y desaminasas, principalmente.
Leyenda de colores: enzimas, coenzimas , nombres de sustratos , iones metálicos ,
moléculas inorgánicas , inhibición , estimulación
En el catabolismo de grasas, los triglicéridos son hidrolizados liberando ácidos graso glicerol. En el hígado el glicerol puede ser convertido en glucosa vía dihidroxiaceton gliceraldehído-3-fosfato, por la gluconeogénesis (ruta anabólica). En muy diversos tej especialmente en músculo cardiaco, los ácidos grasos son degradados en la matriz mitocondrial mediante sucesivos ciclos de beta oxidación que liberan unidades de ac que pueden incorporarse al ciclo de Krebs. En ocasiones, el ciclo de Krebs puede ren propionil-CoA (3 carbonos), que puede emplearse para la síntesis de glucosa en la gluconeogénesis hepática. El ciclo de Krebs siempre es seguido por la fosforilación oxidativa. Este proceso extra energía en forma de electrones de alto potencial de las molécula s de NADH y FADH regenerando NAD+ y FAD, gracias a lo cual el ciclo de Krebs puede continuar. Los e son transferidos a moléculas de O2, rindiendo H2O. Pero esta transferencia se realiza de una cadena transportadora de electrones capaz de aprovechar la energía potenci electrones para bombear protones al espacio intermembrana de la mitocondria. Esto g gradiente electroquímico de H+, que es utilizado para la síntesis de ATP mediante la e Universidad Católica los Ángeles de Chimbote - ULADECH
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ATP sn i tetasa De este modo el cico l de Krebs no utiliza dre i ctamente O2, pero lo reque i estar acoplado a la fosforilación oxidativa. Por cada molécua l de gu l cosa la energía obtenida meda i nte el metabois l mo oxidativo, es d gu l coiss l i seguida del cico l de Krebs, equv i ale a unas 38 o 36 molécua l s de ATP.
LA CADENA DE TRANSPORTE DE ELECTRONES ESTA ACOPLADA A LA INTESIS DE ATP
Acontinuación se considerael destino de todos los electrones disociados de unamolécu glucosadurantelaglucólisis, laformación de acetilCoAyel ciclodelácido cítrico.Estos electrones se transfieren alos aceptores primarios de hidrógenoNAD+ yFAD, conlafor de NADH2 y FADH2. Tales compuestos reducidos entran en este punto de la cadena de transporte de electro donde los electrones de alto contenido de energía de sus átomos de hidrógeno se tran de una molécula aceptora a otra.
Representación detallada del transporte de electrones y la quimiosmósis . La cadena de trasnporte de electronesenlamembranainterna delamitocondriaincluyetresbombasdeprotonesqueselocalizanen tresdeloscuatrocomplejosdetransportedeelectrones.Laenergíaliberadadurante dichotransportese utilizaparallevarprotones(H+)delamatrizmitocondrialalespaciointermembranoso,dondeseacumula unaaltaconcentracióndeprotones.Seimpidequeestossedifundandenuevohaciala matriz,exceptoen conductos especiales en la cintasa del ATP en la membrana interna. El flujo de protones a través de la cintasa genera ATP.
La cadena de transporte de electrones es una serie de portadores de electrones inclu membrana interna de las mitocondrias en los eucariotas, y en la membrana plasmátic procariotas aerobios. Como NADH y FADH2, cada portador puede existir en una form o una reducida. Los electrones pasan por la cadena de transporte en una serie de reac redox: cada molécula aceptora se reduce cuando acepta electrones y se oxida cuando cede. Los que entran en el sistema de transporte de electrone s tienen contenido de e relativamente alto, y pierden parte de ella en cada paso en la cadena de portadore La tercera etapa de la respiración celular es la cadena de transporte de electrones. Ta hemos visto, la cadena obtiene electrones del transportador de hidrógeno NADH+ + H reducida del NAD+. Otro transportador de hidrógeno relacionado, denominado FAD Universidad Católica los Ángeles de Chimbote - ULADECH
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adenina dn i uce l ótido) també i n transporta ag l unos ee l ctrones desde el cco i l de Krebs hasta la + cadena transportadora de el ectrones. La forma reducida del FAD es el FADH2. De esta forma, la glucólisis y el ciclo de Krebs son etapas liberadoras de energía que e electrones de las moléculas de los metabolitos mientras los deg radan hasta formar c más sencillos como el CO2 o el agua. De la glucólisis, el ciclo de Krebs, la etapa previa al ciclo de Krebs, la beta oxidación d grasos y la oxidación de aminoáidos se obtienen moléculas de NADH + + H+ y FADH2 moléculas de poder reductor.
Cada molécula de NADH+ + H+ cede sus dos electrones a un complejo llamado NADH dehidrogenasa compuesto por flavín mononucleótido (FMN) que se encuentra oxida reduce con los dos electrones cedidos por el poder reductor que ahora está oxidado y q vuelve a las rutas catabólicas. Estos dos electrones pasan por una serie de compuesto van oxidando y reduciendo (cediendo electrones para oxidarse y aceptándolos para re hasta llegar a un aceptor final que es el oxígeno. El FADH 2 se incorpora a la cadena m lo que explica su menor rendimiento energético. Esto implica que cada complejo tiene mayor potencial redox que el sigiente, pero me anterior, hasta llegar al aceptor final, el átomo de oxígeno, que se transforma en ión ó une a dos protones para formar agua. Del complejo NADH deshidrogenasa y de los cu citocromos se expulsan protones H+, que servirán para formar ATP gracias a la fosfor oxidativa. Sin el oxígeno como aceptor final la cadena no podría ceder los electrones al último a asÍ que los complejos no podrían volver a su estado oxidado reiniciando la cadena: el p es aerobio. Las rutas catabólicas y la cadena de transporte electrónico dependen la u otras, ya que sin las rutas catabólicas no existiría poder reductor que comenzara la ca sin cadena respiratoria el poder reductor no se podría volver a oxidar. Todo este proc produce en la membrana interna de la mitocondria.
Ya fue mencionado que la fosforilación oxidativa es la transferencia de electrones de equivalentes reducidos NADH, NADPH, FADH, obtenidos en la glucólisis y en el ciclo d hasta el oxígeno molecular, acoplado con la síntesis de ATP. Este proceso metabólico Universidad Católica los Ángeles de Chimbote - ULADECH
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formado por un conjunto de enzimas complejas que catalizan varias reacciones de ó reducción, donde el oxígeno es el aceptor final de electrones y donde se forma finalm agua. La fosforilación oxidativa es un proceso bioquímico que ocurre en las células. Es el p metabólico final (catabolismo) de la respiración celular: la glicólisis y el ciclo del ácid De una molécula de glucosa se obtienen 38 moléculas de ATP mediante la fosforilac oxidativa.
Dentro de las células, la fosforilación oxidativa se produce en las membranas biológic procariotas es la membrana plasmática y en eucariotas es la membrana interna de la forman la membrana mitocondrial. El NADH y FADH 2, moléculas donadores de elec "fueron cargadas" durante el ciclo del ácido cítrico , se utilizan en un mecanismo intrin implica a numerosas enzimas como la NADH-Q reductasa, la citocromo “c” oxidasa y la citocromo reductasa), gracias a la bomba H+ que moviliza los protones contra un gra membrana. Un gran complejo proteico llamado ATP-sintetasa situado en la membrana, permite a lo protones pasar a través en ambas direcciones; genera el ATP cuando el protón se mu favor de gradiente, y consume una molécula de ATP para bombear un protón en cont gradiente. Debido a que los protones se han bombeado al espacio intermembranoso d mitocondria en contra de gradiente, ahora pueden fluir nuevamente dentro de la matriz mitocondrial y mediante la vía ATP-sintetasa, se genera ATP en el proceso. Cada molécula de NADH cont ribuye suficientemente a generar la fuerza motriz de un que produzca 2.5 moléculas de ATP. Cada molécula de FADH 2 produce 1.5 moléculas Todas juntas, las 10 moléculas de NADH y las 2 FADH 2 contribuyen a través de la oxida la glucosa (glucólisis, conversión de piruvato en acetil -CoA y ciclo de Krebs) a formar 3 30 moléculas totales de ATP transportadoras de energía. Hay que decir que estos valo moléculas de ATP son máximos. En realidad cada molécula de NADH contribuye a fo rm entre 2 y 3 moléculas de ATP, mientras que cada FADH 2 contribuye a un máximo de 2 moléculas de ATP.
LA RESPIRACÓ I N AERÓBC I A DE UNA MOLECULA DE GLUCOSA GENERA CUANDO MUCHO 36 A 38 MOLECULAS DE ATP
Se analiza a continuación en que puntos de la respiración aerobia se captura energí biológicamente útil además de calcular el rendimiento total de energía que resulta d oxidación completa de la glucosa. 1. En la glucólisis, la glucosa se activa con la adición de fosfatos procedentes dos moléculas de ATP y se convierte por último en 2 piruvatos + 2NADH 2 + ATP, con la generación de dos moléculas de ATP. 2. Las dos molécua l s de pru i vato se metaboiz l an en 2 acetilCoA + 2 C0 2 + 2 NAD 3. En el cco i l del ácido cítrico, las dos molécua l s de acetilCoA s e transforman en 4 CO2 + 6 + NADH2 + 2 FADH2 + 2 ATP. La oxidación del NADH2 en la cadena de transporte de electrones genera h tres moléculas de ATP por cada una de NADH2, de modo que las 10 NADH pueden producir hasta 30 ATP. Sin embargo, las dos mol éculas de NADH2 provenientes de la glucólisis originan cada una dos o tres de ATP. Esto se de
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a que determinados tipos de células eucariotas deben invertir energía pa desplazar el NADH2 resultante de la glucólisis a través de la membran mitocondrial. Las células procariotas carecen de mitocondrias, de modo que no necesita transferir moléculas de NADH2. Por este motivo, las bacterias son capace generar tres ATP por cada NADH, aún los producidos en la glucólisis. Así el número máximo de moléculas de ATP formadas con la energía del NA es de 28 a 30. La oxidación de cada molécula de FADH2 genera dos de ATP manera que las dos moléculas de FADH2 producidas en el ciclo del ácido cí dan origen a cuatro de ATP. Si se suman todas las moléculas de ATP producidas (dos en la glucólisis, d en el ciclo del ácido cítrico y 32 a 34 en el transporte de electrones y la quimiosmósis), se puede apreciar que el metabolismo aerobio completo de molécula de glucosa produce como máximo 36 a 38 de ATP. Nótese que la mayor parte del ATP se genera por fosforilación oxidativa, en la que particip la cadena de transporte de electrones y la quimiosmósis. Sólo cuatro ATP forman por fosforilación a nivel de sustrato en la glucólisis y el ciclo del ác cítrico.
LANZADERAS A TRAVES DE LA MEMBRANA MT I OCONDRA I L
La membrana mitocondrial interna es impermeable al NADH 2, que es una molécula g tanto, el NADH2 producido por el citosol durante la glucólisis no puede difundirse al las mitocondrias para transferir sus electrones a la cadena de transporte de electrone diferencia de ATP y ADP, el NADH2 no tiene una proteína portadora que lo lleve de un
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otro de la membrana. En vez de elo l , han aparecido por evolución varios ss i temas q transfieren a las mto i condrias los ee l ctrones del NADH 2, más no las molécua l s del NAD. En las células de hígado, riñón y corazón, un sistema “LANZADERA” especial se enca transferir los electrones del NADH2 a través de la membrana mitocondrial interna a u molécula de NAD+ en la matriz. Estos electrones son transferidos a la cadena de trans electrones de la membrana mitocondrial interna, con producción de tres moléculas d cada par de electrones. En las células de músculo esquelético, encéfalo y otras opera un tipo distinto de lanza éste se requiere más energía que en el de hígado, riñón y corazón, de manera que los electrones están en un nivel de energía más bajo cuando entran en la cadena de trans p electrones. Los acepta la coenzima Q (ubiquinona), en vez del NAD +, de modo que se g un máximo de dos moléculas de ATP por cada par de electrones. Por eso el número de moléculas de ATP que produce la respiración aerobia de una molécula de glu cosa en células del músculo esquelético es de 36, no de 38. NOTA IMPORTANTE: Si bien la manera correcta de escribir la forma reducida del N NADH + H+, por sencillez dicha forma se expresa simplememte como NADH 2 en la p separata.
LA FERMENTACIÓN
La fermentación es un proceso catabólico de oxidación incompleto, siendo el produc compuesto orgánico. Estos productos finales son los que caracterizan los diversos tip fermentaciones.
La fermentación típc i a es llevada a cabo por las levaduras. También ag l unos metazoos y pa l ntas menores son capaces de producirla. El proceso de fermentación anaeróbica se produce en ausencia de oxígeno como ace de los electrones del NADH producido en la glucólisis (que funciona como proceso an La necesidad de un aceptor final, para los electrones procedentes del NADH, distinto d oxígeno hace que se emplee un compuesto orgánico que se reducirá para poder reox NADH. El compuesto orgánico que se reduce (acetaldehído, piruvat o, etc.) es un deriv sustrato que se ha oxidado anteriormente. En los seres vivos, la fermentación es un proceso anaeróbico y en él no interviene la cadena respiratoria. Son propias de los microorganismos, como las bacterias y levaduras. También se produce la fermentación en el tejido muscular de los animales, cuando el aporte de oxígeno a las células musculares no es suficiente para el metabolismo y la contracción muscular. Reacción enzimática que produce ácido láctico anaeróbicamente a partir de ácido pirúvico en las células musculares.
Desde el punto de vista energético, las fermentaciones son muy poco rentables si se c con la respiración, ya que a partir de una molécula de glucosa, sólo se obtienen 2 molé ATP, mientras que en la respiración se producen 38 moléculas de ATP a partir de una m
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de gu l cosa. Esto se debe a la oxidacó i n del NADH 2, que en lugar de penetrar en la cad respra i toria, cede sus ee l ctrones a compuestos orgánc i os con poco poder oxidante. En la industria la fermentación puede ser oxidativa, es decr, i en presenca i de oxígeno, pero una oxidacó i n aeróbica incompe l ta, como la produccó i n de ácido acético a partir de etano.l Las fermentaciones pueden ser: naturales, cuando las condiciones ambientales perm interacción de los microorganismos y los sustratos orgánicos susceptibles; o artificia el hombre propicia condiciones y el contacto referido. Pasos por los cuales el ácido pirúvico, formado en la glucólisis, se convierte anaeróbicamente en etanol.
Usos: El beneficio primario de la fermentación es la conversión, ej. convertir el mosto en vin en cerveza y carbohidratos en dióxido de carbono para hacer pan. De acuerdo con S (1995), la fermentación de los alimentos si rve a 5 propósitos generales: Enriquecimiento de la dieta a través del desarrollo de una diversi aromas y texturas en los substratos de los aim l entos. Preservación de cantidades substanciales de alimentos a través de á ac l ohólico, ácido acético y fermentaciones ac l alinas. Enriquecimiento de substratos alimenticios con proteína, amino esencae i l s y vta i minas. Detoxificación durante el proceso de fermentación alimenticia. Una disminución de los tiempos de cocinado y de los requerimient La fermentación tiene algunos usos exclusivos para los alimentos. Puede producir nu importantes o eliminar antinutrientes. Los alimentos pueden preservarse por fermen fermentación hace uso de energía de los alimentos y puede crear condiciones inadec para organismos indeseables. Por ejemplo, avinagrando el ácido producido por la ba dominante, inhibe el crecimiento de todos los otros microorganismos. Dependiendo fermentación, algunos productos (ej. alcohol de fusel) pueden ser dañinos para la salu alquimia, la fermentación es a menudo lo mismo que putrefacción, queriendo decir, p pudrimiento o la descomposición natural de la sustancia. o
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CC I LO CELULAR MT I OSIS Y MEIOSIS
La capacidad de reproducirse es una propiedad fundamental de la célula. Se puede te idea de la magnitud de la reproducción celular si se considera que un individuo adu lto e formado por billones de células (1013 células), todas derivadas de una sola, el cigoto. L multiplicación celular sigue siendo notable aun en un ser adulto que ha dejado de crec ejemplo llamativo lo dan los eritrocitos, cuya vida media es de 120 días. Así, el organis producir unos 2,5 millones de eritrocitos por segundo para mantener su número relat constante. Esta reproducción celular debe ser regulada de manera perfecta para que la formación de nuevas células compense las pér didas y se mantenga el equilibrio.
El ciclo celular
Se considera como una compleja serie de fenómenos del crecimiento y división celular culminan cuando el material celular se distribuye en las células hijas. Las células pasa este ciclo que comprende dos períodos fundamentales: la interfase y la división celular última tiene lugar por mitosis o por meiosis. Durante mucho tiempo se creyó que el período de “división” constituyó el punto de in primordial, debido a que las “interfase” era considerada como una etapa de reposo, a p ser el período de mayor actividad biosintética del ciclo celular (tanto en el núcleo com citoplasma). La mayor parte de las células pasa la parte más extensa de su vida en “in durante la cual duplican su tamaño y el contenido cromosómico. La división celular es sólo la fase final y microscópicamente visible de cambios previo ocurridos a nivel molecular. Así, antes que la célula se divida por mitosis, sus principale componentes ya se han duplicado. Por tal motivo la “división celular” se puede consid la separación final de las unidades moleculares y estructurales previamente duplic El “CICLO CELULAR” se divide en cuatro períodos sucesivos: G1, S, G2 y M ( mitosis) tiempo que transcurre entre el final de la síntesis de ADN y el comienzo de la mitosis. S a demostrar que la síntesis del ADN tiene lugar solamente en un tramo limitado de la int denominado “periodo S” o sintético o de replicación o duplicación, que es precedido p Universidad Católica los Ángeles de Chimbote - ULADECH
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período G1 y seguido del periodo G2 (“gap” = intervalo). Durante G2 la célua l contiene el d (4n) de la cantidad de ADN presente en la célua l dpod i l i e orign i al (2n).
CambiosenelcontenidodeADNdurantelasdistintasfasesDelciclode vida de una célula. 2n contenido diploide de ADN. 4N, contenidpo tetraploide de ADN.
La duración del ciclo celular varía mucho de un tipo celular a otro, pero término prom vida generacional es de 16 horas, la fase G1 dura 5 horas; la fase S, 7 horas; la fase G2, 3 horas, y la M, 1 hora. Los períodos S, G2 y M son relativamente constantes en la mayo los tipos celulares. El más variable es el período G1, que puede durar días, meses o añ células que no se dividen (como las nerviosos o las del músculo esquelético) se hallan período G1, que en estos casos se denomina G0 por que las células se retiran del ciclo c
El ciclo celular con la duración de cada una de sus fases, en una célula que se divide cada 16 horas.
Etapas del ciclo celular: Interfase y división celular (fase M)
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En la fase G1, las moléculas y estructuras citoplasmáticas aumentan en número; en la fa los “cromosomas” se duplican; y en la fase G2, comienza la condensación de los crom y el ensamblado de las estructuras especiales requeridas para la mitosis y la citocinesi Durante la mitosis, los cromosomas duplicados son distribuidos entre los dos núcleo s h en la citocinesis, el citoplasma se divide, separando a la célula materna en dos células El “CICLO CELULAR” está finamente regulado. Esta regulación ocurre en distintos m puede involucrar la interacción de diversos factores, entre ellos, la falta de nutrientes y lo cambios en temperatura o en pH, pueden hacer que las células detengan su crecimie división. En los organismos multicelulares, además, el contacto con otras células con puede tener el mismo efecto. En ce i rto momento del cc i l o celua l r, la célua l “decd i e” si va a dvdrs i i i e o no. Cuando las c normales cesan su crecime i nto por dv i ersos factores, se detienen en un punto tardío de FASE G1, (el punto R (“restricción”), primer punto de control del ciclo celular). En algunos casos, antes de alcanzar el punto R, las células pasan de la fase G1 a un estad especial de reposo, llamado G0, en el cual pueden permanecer durante días, semana Una vez que las células sobrepasan el punto R, siguen necesariamente a través del re s las fases del ciclo, y luego se dividen. La FASE G1 se completa rápidamente y, en la F comienza la síntesis de ADN y de histonas. Existe otro mecanismo de control durante e proceso mismo de duplicación del material genético, en la FASE S, que asegura que la duplicación ocurra sólo una vez por ciclo. Luego, la célula entra en la fase G2 del ciclo existe un segmento punto de control en el cual la célula “evalúa” si está preparada para entrar en mto i sis. Este control actúa como un mecanismo de seguridad que garantiza que solamente entren en mitosis aquellas células que hayan completado la duplicación de material genético. El pasaje de la célula a través del punto R depende de la integración conjunto de señales externas e internas qu e recibe. El sistema de control del ciclo celu basado en dos proteínas clave, las ciclinas y las proteínas quinasas dependientes de c (Cdk), que responden a esta integración de señales.
Regulación del ciclo celular
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El número de veces que una célula se ha dividido anteriormente también influye en la celular. Cuando mayor edad tiene el organismo de donde se toman las células, meno número de veces que las células se dividan en cultivo. A este fenómeno se lo denomin senescencia o envejecime i nto celular. Esta restricción en el número de divisiones se correlaciona con el acortamiento progresivo de los extremos (los telómeros), a lo larg sucesivos ciclos celulares. Esto no ocurre en ciertos tipos celulares, como en las célu germinales o en algunas células de la sangre. En estas células, se encuentra activa u enzima llamada telomerasa que agrega continuamente ADN a los extremos de los cromosomas, evitando su acortamiento. Esta enzima también se encuentra activa e cancerosas. Durante la FASE S ((de síntesis) se duplica el material cromosómico. Entre la división celular y la FASE S hay dos fases G (del inglés “gap” = intervalo). La primera de ellas (G!) es un período de crecimiento general y duplicación de las organelas citoplasmáticas. Durante la segunda (G”), comienza a ensamblarse las estructuras directamente asociadas con la mitosis y la citocinésis. Después de la FASE G2 ocurre la mitosis, que usualmente es seguida de inmediato por la citocinésis. En las células de diferentes especies o de diferentes tejidos dentro del mismo organismo, las diferentes fases ocupan distintas proporciones del ciclo celua l r completo. IMPORTANCIA La continuidad morfológica y estructural del ser vivo se garantiza mediante la reproducción celular. En los organismos unicelulares el incremento del número celular se relaciona con los procesos de reproducción de cada organismo, por lo tanto forma parte del ciclo vital de cada especie. Esto es posible observar en los procariotas (bacterias y cianofitas), protozoarios, algas unicelulares y levaduras. En los organismos pluricelulares, la reproduccó i n de las célua l s está implicada en el crecime i nto corpora,l la regeneración d teid j os y la reproduccó i n sexua.l
INTERFASE “NO DVS I I IÓN CELULAR” Comprende los eventos del crecime i nto y maduración de las célua l s y su preparación para l dvsó i i i n celua l r. Se dvd i i e en tres etapas denomn i adas periodos: G1, S y G2. o o
La célula esta ocupada en la actividad metabólica pr eparándose para la Los cromosomas no se disciernen claramente en el núcleo, aunq llamada nuce l olo, puede ser vsbe i i l .
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Es el período comprendido entre divisiones celulares. Es la fase celua l r, ocupando casi el 95% del cco i l , trascurre entre dos mto i sis y comprende tre etapas: Fase G1, S y G2. 1. Fase G1 (del inglés Growth 1): Es la primera fase del ciclo celular en el que existe crecimiento celu los componentes citoplasmáticos en todos los niveles; siendo los más importan síntesis de proteínas estructurales “citoesqueléticas”, enzimas y reguladores fisiológicos. Paralelamente se fabrican gran cantidad de lípidos, polisacáridos complejos moleculares y también ARN). Se incrementan los organelos, como consecuencia aumenta c volumen celua l r llegando en ag l unos casos a dupic l arse el tamaño inca i i l de las célua l s Tiene una duración de entre 6 y 12 horas y durante este tiempo, la tamaño y masa debido a la continua síntesis de todos sus componentes como re de la expresión de los genes que codifican las proteínas responsables de su feno particular. Diferenciación celular (Go): se denomina así a la transformación q células cuando se encuentran en interfase, entrando en procesos de maduració células diferenciadas pierden al menos temporalmente la capacidad de división adquiriendo las características de células adultas propias de cada individuo. So diferenciadas las células que constituyen los órganos y tejidos adultos de los ve y animales; tales como eritrocitos, leucocitos y neuronas. Incluso las células form de gametos se encuentran parcialmente diferenciadas y orientadas para realiz división especial: la meiosis. La diferenciación es estimulada por factores horm las condiciones del medio. 2. Fase S (del inglés Synthesis): Es la segunda fase del ciclo, la más importante dentro del ciclo c produce la duplicación (replicación o síntesis) del ADN, como resultado cada cromosoma se duplica y queda formado por dos cromátidas idénticas . Con la duplicación del ADN, el núcleo contiene el doble de proteínas nucleares y de AD al principio; por lo cual el volumen nuclear se hace considerable mente más gra Tiene una duración de unos 6 a 8 horas. 3. Fase G2 (del inglés Growth 2): Es la tercera fase de crecimiento del ciclo celular en la que cont proteínas y ARN. Comprende desde el final de la duplicación de la cromatina ha sta el celular, esencialmente es un periodo de reordenamiento celular y control del m citoplasmático; aunque la síntesis de proteínas y otras moléculas no se detiene d la interfase, la transcripción (síntesis de ARN) y traducción (síntesis de proteína reduce durante el periodo S y se reactivan con mayor intensidad en el period Al final de este período se observa al microscopio cambios en indican el principo i de la dvsó i i i n celua l r. Ten i e una duración entre 3 y 4 horas. Te cuando los cromosomas empe i zan a condensarse al inco i i de la mto i sis. o
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FASE M“DIVSÓ I I N CELULAR” Universidad Católica los Ángeles de Chimbote - ULADECH
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En el ciclo celular el proceso de división es importante porque permite la repartició materiales celulares en las células resultantes, el origen de nuevas células hace po perpetuación de los organismos unicelulares y pluricelulares. En la división celular típica primero se realiza la división del núcleo (cariocinesis) y de división del citoplasma (citocinesis), originando células hijas; la división del núcleo es e incluye fases, por ello se dice que es indirecta. Esta división indirecta es realizada po organismos eucariotas (animales y plantas, hongos, algas y protozoarios). Existen dos tipos básc i os de dvsó i i i n indirecta: la mto i sis (en célua l s somáticas) y la meiosis, ésta útim l a es propia de célua l s parcam i l ente dfe i renca i das y permte i la formacó i n de gam Por lo tanto, la división celular, es aquella en la que una célula prog enitora (células eu células somáticas: células comunes del cuerpo) se divide en dos células hijas idéntica fase incluye la mitosis, a su vez dividida en: profase, metafase, anafase, telofase; y la citocinesis, que se inicia ya en la telofas e mitótica. Si el ciclo completo durara 24 hora M duraría alrededor de media hora (30 minutos). LA CARO I CINESS I “DIVSÓ I I N DEL NÚCLEO” La cariocinesis (del griego cario = núcleo y cinesis = división) es la división del núcle Es el proceso por el cual el material genético de una célula madre se distribuye de m idéntica entre dos células hijas. La mitosis (en células somáticas) y la meiosis.
MT I OSIS
La mitosis (del griego mitos, hebra) es un proceso de reparto equitativo del mater ial h (ADN) característico de las células eucarióticas. Normalmente concluye con la forma dos núcleos separados (cariocinesis) seguido de la partición del citoplasma (citocines formar dos células hijas. Una célula con núcleo diploide (2n) se divide originando dos c hijas diplodes (2n, cada célula). La mitosis completa, que produce células genéticame idénticas, es el fundamento del crecimiento, de la reparación tisular y de la reproducc asexual. La meiosis, un proceso que comparte mecanismos con la mitosis pero que no confundirse con ella, produce células genéticamente distintas y, combinada con la fe es el fundamento de la reproducción sexual.
Las etapas de la mitosis Universidad Católica los Ángeles de Chimbote - ULADECH
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Importancia Permite en los protistas y hongos unicelulares el aumento de la población; mientras q pluricelulares se relaciona al crecimiento, a la reparación de tejidos y al desarrollo em La alteración de la mitosis, en la que se da una división descontrol ada, se denomina c Con fines didácticos y de investigación los biólogos celulares han dividido a la carioc mitótica en cuatro fases consecutivas: profase, metafase, anafase y telofase. En algu se considera una quinta fase la prometaf ase, pero nosotros la consideraremos dentro d profase. 1. Profase La cromatina en el núcleo comienza a condensarse y se vuev l e vsbe i i l en el mc i roscopo i óptico como cromosomas. El nucleolo desaparece. Los centríolos comienzan a moverse a polos opuestos de la célula y las fibras se extienden desde los centrómeros. Algunas fibras cruzan la célula para formar el huso mitótico. La membrana nuclear se disuelve, marcando el comienzo de la (considerada dentro de la profase) . Las proteínas de adhieren a los centrómero creando los cinetócoros (placas proteicas localizadas en ambos lados del centró Los microtubulos se adhieren a los cinetócoros y los cromosomas comienzan a moverse. 2. Metafase Fibras del huso alinean los cromosomas a lo largo del medio del núcleo celular. Esta línea es referida como, la placa ecuatorial o metafásica. Esta organización ayuda a asegurar que en la próxima fase, cuando los cromosomas se separan, cada nuevo núcleo recibirá una copia de cada cromosoma. 3. Anafase: Los pares de cromosomas se separan en los cinetócoros y se mueven a lados opuestos de la célula. El movimiento es el resultado d una combinación de: el movimiento del cinetocoro a lo largo de los microtubulos del huso y la interacción física de los microtubulos polares. o
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4. Telofase: Los cromatidos llegan a los polos opuestos de la célula, y forman are l dedor de los núce l os hjo i s. Los cromosomas se ds i persan y ya no son vsbe i i l s bajo el mc i roscopo i óptico. Las fibras del huso se dispersan, y la citocinesis o la partición d comenzar també i n durante esta etapa. o
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CT I OCN I ESS I : Etapa culminante de la división celular que garantiza la distribución del citoplasma en hijas. El proceso de división del volumen citoplasmático se inicia en la anafase y es pe durante la telofase, se lleva a cabo por mecanismos distintos en animales y vegeta
En células animales, la citocinesis ocurre cuando un anillo fibros proteína llamada actina, are l dedor del centro de la célua l se contrae pellizcando célua l en dos célua l s hja i s, cada una con su núce l o. En células vegetales, la pared rígida requiere que un a placa celular s entre las dos célua l s hja i s. Durante la mitosis se mantiene una constante cantidad de material genético de genera generación celular. Consideremos una célula hipotética diploide (2n) con un cromos Consideremos también que la célula es Aa; esto es, es heterocigótica para un par de a A que viene de un padre y con a que viene del otro. En la figura de abajo, note como em termina con células que tienen el mismo genotipo. o
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Las etapas del proceso mitótico en donde se nota que las dos células que se originan tienen la misma carga cormosómica que la célula original.
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El proceso mitótico originan dos nuevas células idénticas a la que les dio origen, además el proceso se lleva a cabo en células somáticas y la carga cromosómica permanece constante.
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Interfase – Mitosis – Citocinesis
EL CÁNCER En medicina, el término cáncer (palabra derivada del latín cancrus = cangrejo) o carc griego karkinos = cangrejo y ma = cuerpo) es usado para identificar una afección clín carácter maligno que afecta a un paciente, y cuyas características son la alteración m y funcional seguida de la proliferación descontrolada (no siempre acelerada) de las c un tejido que invaden, desplazan y destruyen, localmente y a distancia, otros tejidos s organismo. En otras palabras, cáncer es la palabra que se emplea para definir un gru
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enfermedades con un denominador común: la transformación de la célula normal en se comporta de manera muy peligrosa para el cuerpo humano. También suele ser utiliz palabra neoplasia pero esta palabra, como la palabra tumor, puede significar a afecci benignas. A partir de la concepción celular de Virchow ("toda célula proviene d e otra célula") se que el cáncer es una patología celular. El cáncer es un proceso lógico y coordinado en una célula (o un grupo de ellas) sufre cambios y adquiere capacidades especiales dife las células normales. De esta forma, las células cancerosas no están sujetas a las restric usuales (normales) concernientes a la proliferación celular, impuestas por la biología tis corporal. Los efectos del cáncer (enfermedad cancerosa) conforman un conjunto de signos y s de pronóstico y tratamiento diferentes, que depende de la localización anatómica en la encuentre y del tipo celular o histológico del que proceda.
Cuando las células normales se lesionan o envejecen, mueren por apoptosis, pero las células cancerosas evitan la apoptosis.
DEFINCO I I NES SEMEJANTES AL CÁNCER: NEOPLASIA: El término neoplasia significa literalmente "tejido for "Neoplasia" se aplica generalmente a los tumores malignos (proliferaciones de cé comportamiento maligno), ya que cuando se aplica a los tumores benignos suele especificarse el calificativo: "neoplasia benigna". Puede emplearse de manera gen donde significará "cualquier clase de tumor" (siempre en el sentido de proliferació e incluso es correcto referirse a una neoplasia benigna empleando simplemente el "neoplasia". Cualquier proliferación de células, con el tiempo tiende a aumentar su volumen, a o un espacio y a generar un abultamiento en una estructura del cuerpo. Este abultam puede ser benigno o maligno; eso depende de la naturaleza y comportamiento de la células proliferantes; tales características sólo pueden ser definidas por un estudio histopatológico adecuado (en general, una biopsia). Las enfermedades o lesiones q tienen el sufijo -oma indican neoplasia, como por ejemplo adenoma, osteosarcoma, leiomioma, lipoma, melanoma, etc. Existen, por tanto, dos tipos de neoplasias, que s benignas o tumores benignos y las malignas o cáncer. o
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TUMOR: Inicialmente, este término se aplicó a la tumef acción, hincha aumento de tamaño de un órgano o tejido con la inflamación. Con el transcurso de se olvidó el sentido no neoplásico de tumor y en la actualidad el término tumor es equivalente o sinónimo de neoplasia; al igual que ellas, también hay tumores beni tumores malignos.
CÁNCER: Esta palabra deriva del latín, y como la derivada del griego 'cangrejo'. Se dice que las formas corrientes de cáncer avanzado ad optan una for abigarrada, con ramificaciones, que se adhiere a todo lo que agarra, con la obstina forma similar a la de un cangrejo marino, y de ahí deriva su nombre. Se considera a v sinónimo de los términos 'neoplasia' y 'tumor'; sin embargo, el cáncer siempre es neoplasia o tumor maligno.
ONCOLOGÍA: Del griego "onkos", tumor, es la parte de la medicina q o neoplasias, sobre todo malignos (cáncer). NOMENCLATURA DEL CÁNCER Todos los tumores, beng i nos y malignos, tienen dos componentes básc i os en su estructura: 1. Las célua l s neoplásicas proife l rantes que constituyen el parénquima. 2. Su estroma de sostén, constitud i o por teid j o conectivo y vasos sanguíneos. La nomenclatura oncológica se basa en el componente parenquimat oso. Según e comportamiento de los tumores: 1. TUMORES BENIGNOS: Su nombre acaba en el sufijo -oma; simplemente, y seg origen del tejido del que procedan los tumores benignos, pueden ser: fibroma (tej conjuntivo fibroso), mixoma (tejido conjuntivo laxo), lipoma (tejido adiposo), cond (tejido cartilaginoso), osteoma (tejido óseo), hemangioma o angioma (tejido vascu linfangioma (tejido linfático), meningioma (meninges), tumor glómico (tejido nerv sostén), leiomioma (tejido muscular liso), rabdomioma (tejido muscular estriado) papiloma (tejido epitelial formando papilas), adenoma (tejido glandular), teratom (células totipotenciales), nevus (melanocitos). Algunos de los tumores benignos derivados de tejido epitelial terminan con el sufi jo "adenoma", si bien tenemos qu en cuenta que existen múltiples excepciones a las normas de nomenclatura tumo Por ejemplo: El cáncer benigno de melanocitos se denomina Nevus, y su forma maligna, Melanoma. 2. TUMORES MALIGNOS O CÁNCER: Los cánceres que derivan de los tejidos mensenquimatosos o mesodermo se denominan sarcomas (del griego sarcos, "carnoso"); por ejemplo: fibrosarcoma, mixosarcoma, liposarcoma, condrosarco osteosarcoma, angiosarcoma, lifangiosarcoma, sinoviosarcoma, mesotelioma (c pleural, pericárdica o abdominal), leiomiosarcoma, rabdomiosarcoma. Las neoplasias malignas de origen epitelial, derivadas de cualquiera de las tres germinales del embrión, se denominan carcinomas; por ejemplo: carcinoma epidermoide o escamoso, carcinoma basocelular, adenocarcinoma, cistoadenocarcinoma, coriocarcinoma. Los tumores que proceden del tejido nervioso son los gliomas (realmente no se tra un tumor derivado de células nerviosas, sino de uno de los tipos celulares encarg de su sostén, las células gliales, el tejido "conectivo" del cerebro, por así dec o
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Los cánceres hematoó l gicos son los linfomas y las leucema i s, se i mpre malignos (derivados del teid j o linfod i e y el meod i l i e respectivamente). Los tumores malignos que no cumplen las reglas anteriores y acaban en -oma, s melanoma, el hepatoma, el seminoma. Es el crecimiento descontrolado de las c en el cuerpo.
MEIOSIS
DEFINCÓ I I N La meiosis es un mecans i mo de dvsó i i i n celua l r que permte i la obtencó i n a partir de cé dpod i l i es (2n) de célua l s hapod l i es (n) con dfe i rentes combinaco i nes de genes.
OBJETIVOS DE LA MEIOSIS La meiosis no es un tipo de división celular diferente de la mitosis o una alternativa a é meiosis tiene objetivos diferentes. Uno de es tos objetivos es la reducción del número d cromosomas. Otro de sus objetivos es el de establecer reestructuraciones en los crom homólogos mediante intercambios de material genético. Por lo tanto, la meiosis no es simple división celular. La meiosis está directamente relacionada con la sexualidad y tie como veremos más adelante, un profundo sentido para la supervivencia y evolución d especies.
IMPORTANCIA La meiosis permite el aumento de la variabilidad en los organismos, por ejemplo en e los animales permite la formación de células haploides y variables, que luego maduran originar gametos. En conclusión, la meiosis es la base de la reproduccó i n sexua,l y con elo l tiene trascend en el proceso de evou l ción boó i l gica de la mayoría de seres eucariontes (con núce l o celua l r). La meiosis incluye dos divisiones sucesivas de una célula eucariótica diploide (2n), de organismos de reproducción sexual, dando como resul tado cuatro células haploides (n cada una con la mitad del material de la célula original, llevándose a cabo el entrecruz (que producirá variación genética).
Primera división meiótica (meiosis I) y segunda división meiótica (meiosis II)
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La meiosis ocurre en las células diploi des. Los cromosomas se duplican y a través de sucesivas divisiones, se producen cuatro células haploides, cada una de las cuales tie mitad del número de cromosomas que las células "padre". La meiosis se lleva a cabo solamente en organismos con reproducción sexual. Dependiendo del organismo, se producir gametos haploides (n), que se fusionan para producir cigotos diploides; tam producir esporas haploides, las que por división mitótica de las células, pueden prod organismos unicelulares o pluricelulares. En animales, donde las células somáticas (la cuerpo) son diploides (2n), los productos de la meiosis son los gametos. En muchos h algunas algas, la meiosis se efectúa inmediatamente después de que dos células hapl fusionan y la mitosis produce un organismo multicelular (ejemplo: los hongos filamen algas) u organismos haploides unicelulares (ejemplo: levaduras y algas unicelulare Las plantas y algunas algas tienen etapas multicelulares haploides y diploides. La et multicelular es el esporofito. La meiosis en el esporofito produce esporas haploides. esporas son capaces de generar una etapa multicelular haploide llamada gametofito gametofito produce gametos por ciclos celulares mitóticos. La meiosis consiste en dos divisiones nucleares sucesivas, la meiosis I (reduccional meiosis II (ecuacional). Cada división tiene las siguientes etapas: profase, metafase, telofase.
Primera división meiótica (meiosis I) y segunda división meiótica (meiosis II)
INTERFASE PREMEIÓTICA Antes de iniciarse la meiosis, todos los cromosomas se duplican en un proceso simila duplicación de cromosomas al inicio de la mitosis. Fuera del núcleo de las células an hay dos centrosomas, cada uno conteniendo un par de centriolos. Los dos centrosom producidos por la duplicación de un centrosoma durante la interfase premeiótica. Lo centrosomas funcionan como centros de organización de microtúbulos. Los microtú extienden radialmente de los centrosomas formando un áster. Las célua l s de las pa l ntas no tienen centrosomas. Dfe i rentes ca l ses de centros de organz i aci de mc i rotúbuo l s, funco i nan como stio i s de formacó i n de los husos. Universidad Católica los Ángeles de Chimbote - ULADECH
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Los cromosomas se dupli can antes de la meiosis.
MEIOSIS I (DVSÓ I I I N REDUCCIONAL) PROFASE I Los cromosomas se hacen vsbe i i l s, se lleva a cabo el entrecruzamiento, el nucé l olo desaparece, se forma el huso meiótico y la membrana nuce l ar desaparece.
Al inicio de la profase I, los cromosomas se han duplicado. Durante la profase I, se hac pequeños, cortos, y enrollados y son visibles al microscopio. Los cromosomas homólo duplicados se aparean y el entrecruzamiento (el intercambio de partes de cromosom lleva a cabo. El entrecruzamiento es un proceso fundamental para la recombinación g Cada par de cromosomas homólogos es visible como una tétrada, que es un agrupam dos cromosomas. Lo sitios de entrecruzamiento es donde se juntan cromáti das de dife cromosomas y el lugar de cruce se conoce como quiasma. El nucléolo desaparece durante la profase I. En el citoplasma, el huso meiótico, consis microtúbulos y otras proteínas, se forma entre los dos pares de centriolos, cuando es a los polos opuestos de la célula. La membrana nuclear desaparece y al final de la prof permite al huso entrar al núcleo. La profase I es la fase más larga de la meiosis, ocupa 90% del tiempo de las dos divisiones. Dada su duración y compleid j ad se subdivd i e en seis etapas: pree l ptonema, leptonema cg i onema, paquinema, dpo i l t¡nema y da i ciness i . o
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Preleptonema (Preleptoteno) En esta etapa los cromosomas son muy dfícle i i s de observar. Leptonema (leptoteno)
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Los cromosomas aparecen como largos filamentos que de trecho en trecho presen gránulos: los cromómeros. Cada cromosoma ya está constituido por dos cromátida aún no se observan bien diferenciadas al microscopio óptico, y se encuentran unid diversos puntos a la envoltura nuclear. o
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Cigonema (zigoteno) En esta etapa los cromosomas homólogos se aparean punto por punto en toda su lo Este apareamiento puede comenzar bien por el centro o por los extremos y continu todo lo largo. Cuando los homólogos se aparean cada gen queda yuxtapuesto con s homólogo.
Paquinema (paquiteno) Los pares de cromosomas homólogos aparecen íntimamente unidos: bivalentes. S ya observar que cada cromosoma tiene sus dos cromátidas. Mientras están estrech unidos tienen lugar roturas entre cromátidas próximas de cromosomas homólogos intercambian material cromosómico. Este intercambio se llama entrecruzamiento o sobrecruzamiento (crossing-over) y supone una redistribución cromosómica del m genético. Aunque los sobrecruzamientos se producen en esta fase no aún visibles y s apreciarán más tarde en forma de quiasmas.
Diplonema (diploteno) Los bivalentes inician su separación, aunque se mantienen unidos por los puntos d tuvo lugar el sobrecruzamiento, estas uniones reciben ahora el nombre de quiasm permiten ver los puntos en los que hubo sobrecruzamientos. En cada par de crom homólogos pueden persistir uno o varios quiasmas, todo depende de cuántos sobrecruzamientos hayan tenido lugar a lo largo del bivalente.
Diacinesis Las cromátidas aparecen muy condensadas preparándose para la metafase I. La separación entre bivalentes persiste y permanecen los quiasmas. Al final de la prof envoltura nuclear ha desaparecido totalmente y ya se ha formado el huso acrom
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Meiosis i: profase i leptonema y paquinema y Meiosis II
METAFASE I Los centriolos se van a los polos opuestos de la célula. Los pares de cromosomas homólogos, es tán ahora fuertemente condensados y enrollados, se empiezan a acomodar en un plano equidistante de los polos y se denomina la placa de la metafase. Las fibras del huso que van de un polo a otro de la célula se unen a un cromosoma de cada par.
ANAFASE I La anafase I empieza cuando los cromosomas de cada tétrada se separan, y empiezan a moverse a los polos de la célula, como resultado de la acción del huso. En la anafase I las cromátidas permanecen unidas a sus centrómeros y se mueven hacia los polos. Una diferencia clave entre mitosis y meiosis, es que las cromátidas permanecen juntas en la metafase de la meiosis I, mientras que en la mitosis se separan. Universidad Católica los Ángeles de Chimbote - ULADECH
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TELOFASE I Los pares de cromosomas homólogos completan su mg i ración a los dos polos, como resut l a de laacción delhuso.La membrananuclearse vuelve aformaralrededor de cada jueg cromosomas,el huso desapareceyla citoquinésiscontinúa. en las células animales, lacitoquinésisimplica laformación de un surco que corta a la célula en dos células. Después de la citoquinésis, cada una de las células hijas tiene un núcleo con cromosomas recombinados diploides. Muchas células que tienen meiosis rápidas, no descondensan sus cromosomas al final de la telofase I.
INTERCN I ESIS Luego de la división citoplasmática, las células hijas formadas aumentan el volumen y d los centriolos. A este periodo se le denomina intercinesis, porque está comprendida en ambas divisiones (meiosis I y meiosis II). MEIOSIS II (DV I ISIÓN ECUACO I NAL) La meiosis II empe i za sn i nn i guna replicacó i n de cromosomas. PROFASE II Me i ntras hay dupic l acó i n de cromosomas en la meiosis I, en la meiosis II no sucede esto. centríolos se duplican. Esto sucede por separación de los dos miembros de un par. Los dos pares de centríolos se separan en dos centrosomas. La membrana nuclear desaparece y el huso se forma. En la profase II, la membrana nuclear desaparece y se forma el huso meiótico METAFASE II Cada una de las células hijas completa la formación del huso meiótico Cada cromos alinea en la placa ecuatorial de la metafase, tal como sucede en la mitosis. Por cada cromosoma, los mc i rotúbuo l s cn i etocóricos de las cromátidas hermanas las jalan hacia los polos opuestos. Los cromosomas se acomodan en la placa ecuatorial de la metafase, parecido a como sucede en la mitosis. Están unidos al ya completamente formado huso meiótico.
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ANAFASE II Los centrómeros se separan, y las dos cromátidas de cada cromosoma se mueven haca i lo polos opuestos en el huso. Las cromátidas separadas, ahora pueden llamarse cromosomas por propio derecho. Los centrómeros se separan y las cromátidas hijas -ahora cromosomas individuales- se mueven hacia los polos opuestos de la célula.
TELOFASE II La membrana nucea l r se forma are l dedor de cada juego de cromosomas. La cto i qun i és (citocinesis) tiene lugar, produciendo cuatro células hijas (gametos en animales), cada un juego haploíde de cromosomas. Debidoal entrecruzamiento, algunos cromosomas tienen segmentos recombn i ados de los cromosomas progenitores orign i ales. Una membrana nuclear se forma alrededor de cada juego de cromosomas y la citoquinésis se lleva a cabo, produciendo cuatro células hijas, cada una con un juego haploíde de cromosomas.
Primera división meiótica (meiosis I) y segunda división meiótica (meiosis II)
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Lareproducciónsexualsecaracterizapordoshechos:lafecundaciónylameiosis.Una vezfinalizadalameiosis,lascélulasresultantes tienenunasoladotacióncromosómica,el númerohaploidedecromosomas(n).Despuésdelafecundación,elcigototieneuna dotación cromosómica doble, o sea, el número diploide (2n).
El proceso meiótico
La meiosis, un tipo especial de división nuclear. Consiste en dos divisiones nucleares sucesivas, designadas convencionalmente meiosis I y meiosis II. Durante este proceso d división se redistribuyen los cromosomas y se producen células que tienen un número de cromosomas (n). Debido al fenómeno del entrecruzamiento y al de segregación al azar de los cromoso durante la meiosis se recombina el material genético de los progenitores, lo que no oc mitosis. Universidad Católica los Ángeles de Chimbote - ULADECH
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Comparación de la mitosis y la meiosis. En estos ejemplos, cada célula diploide tiene seis cromosomas(2n=6).Lascaracterísticascomunesaambosprocesosestánescritassobre fondonaranja;lascaracterísticasdelamitosisenrosaylaspropiasdelameiosisen amarillo.
MEIOSIS Y CC I LO VITAL Los gametos (óvulos y espermatozoides) son producidos por meiosis. En la fecundació gametos haploides se fusionan, restableciéndose, en el cigoto, el número diploide. El dará lugar a un hombre o a una mujer que, cuando maduren, nuevamente producirán haploides. Como en el caso de la mayoría del resto de los animales, las células son dip durante casi todo el ciclo de vida; la única excepción son los gametos. Universidad Católica los Ángeles de Chimbote - ULADECH
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En la especie humana, a partir de cada espermatocito primario diploide se forman, e hombre, cuatro espermátidas haploides, que se diferencian en cuatro espermatozoi mujer, en cambio, a partir de cada ovocito primario diploide, el citoplasma se divide desigualmente y se produce un solo óvulo haploide; los núcleos haploides restantes fo cuerpos o corpúsculos polares que se desintegran.
El ciclo vital de Homo sapiens
La reproducción sexual se caracteriza por la fusión de dos células sexuales haploides p formar un cigoto diploide, por lo que se deduce, en un ciclo vital sexual, debe ocurrir la m antes de que los gametos puedan reproducirse. En animales y otros pocos organismos la meiosis precede de mane ra inmediata a la fo de gametos. Las células del cuerpo somáticas de un organismo individual se multiplic mitosis y son dipliodes; las únicas células haploides son los gametos. Estos se forman c algunas células de la línea germinativa experimentan la meiosis. La formación de gam recibe el nombre de gametogenesis. La gametogenesis masculina denominada espermatogénesis da por resultado la formación de cuatro espermatozoides haploide célula que entra en la meiosis. En contraste, la gametogenesis femenina llamada ovog genera un solo ovulo por cada celular que entra en la meiosis, esto se realiza por un pr que asigna virtualmente todo el citoplasma a uno solo de dos núcleos en cada división meiótica. Al final de la primera división meiótica se retiene un núcleo; el otro, llamado p cuerpo polar, se excluye de la célula y por ultimo degenera. De modo general, al final d segunda división un núcleo se convierte en el segundo cuerpo polar y el otro núcleo s Universidad Católica los Ángeles de Chimbote - ULADECH
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De esta forma, un núce l o hapod l i e pasa a ser el receptor de la mayor parte del cto i plasma nutrimentos acumua l dos de la célua l meiótica orign i al. Sin embargo, aunque la meiosis se realiza en algún punto de los ciclos vitales sexuale siempre precede directamente a la formación de gametos. Muchos eucariontes sencillo (incluso algunos hongos y algas) permanecen haploide (sus células se dividen por mito mayor parte de su vida, y los individuos pueden ser unicelulares o pluricelulares. Dos gametos hapod l i e (producidos por mto i sis) se fusionan para formar un cg i oto dpod i l i cual experimenta la meiosis para volver al estado hapod l i e. Los ciclos vitales más complejos se encuentran en vegetales y algunas algas. Estos c vitales, que se caracterizan por alternancia de generaciones, consisten en una etapa d multicelular, denominada generación esporófita, y una etapa haploide multicelular, a la llama generación gametófita. Las células esporofitas dipliodes experimentan la meio formar esporas haploide, cada una de las cuales se divide en forma mitótica para pro gametofito haploide multicelular. Los gametofitos producen gametos por mitosis. Lo femeninos y masculinos (óvulo y espermatozoides) se fusionan enton ces para formar u diploide, el cual se divide de manera mitótica para producir un esporofito diploide multic
VARA I BILIDAD GENÉTICA El proceso de meiosis presenta una vital importancia en los ciclos vitales ya que hay u reducción del número de cromosomas a la mitad, es decir, de una célula diploide (ej: 4 cromosomas en el ser humano) se forman células haploides (23 cromosomas). Esta re a la mitad permite que en la fecundación se mantenga el número de cromosomas de la especie. También hay una recombinación de información genética, que es heredada d y la madre; el apareamiento de los homólogos y consecuente crossing -over permite e intercambio de información genética. Por lo tanto el nuevo individuo h ereda informac genética única y nueva, y no un cromosoma íntegro de uno de sus parientes. Otra característica importante en la significación de la meiosis para la reproducción s la segregación al azar de cromosomas maternos y paternos. La separación de los cro paternos y maternos recombinados, durante la anafase I y II, se realiza completamente a hecho que contribuye al aumento de la diversidad genética. En la anafase I, por cada p homólogos existen dos posibilidades: un cromosoma puede ir a un polo mitótico o a El número de combinaciones posibles por tanto se calcula 2n donde n es el número d de cromosomas homólogos (variaciones con repetición de n elementos en grupos de ser humano, que tiene 23 pares de cromosomas homólogos, tiene la posibilidad de recombinación con 223 = 8 388 608 combinaciones, sin tener en cuenta las múltiples combinaciones posibilitadas por la recombinación en el crossing -over.
ANOMALIAS CROMOSÓMICAS En la meiosis debe ocurrir una correcta separación de las cromatidas hacia los polos d anafase, lo que se conoce como disyunción meiotica, cuando esto no ocurre o hay un re en la primera o segunda división meiotica, conlleva problemas en la configuración de cromosomas, alterando el numero correcto de estos, es decir, dejan de ser múltiplos b del numero haploide original de la especie, lo que se conoce como aneuploidía. Entre lo problemas en el material genético encontramos: o o
Nulisomía en la que faltan un par de cromosomas homólogos (2 Monosomía (2n - 1 cromosoma).
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Trisomía (2n + 1 cromosoma).
En los animales sólo son va i bles monosoma í s y trisoma í s. Los indivd i uos nulisómc i os n suee l n manfe i starse, puesto que es una condicó i n letal en dpod i l i es. MONOSOMA Í Monosomía autosomática: produce la muerte en el útero. Sindrome de turner: solamente un cromosoma X presente en afectados son hembras estériles, de estatura baja y un repliegue membranoso e cuello y los hombros. Poseen el pecho con forma de escudo y pezones muy sepa así como ovarios rudimentarios y manchas marrones en las piernas. TRISOMA Í Síndrome de Down - Trisomía del cromosoma 21: es la aneuplo 0,15% de individuos en la población. Es una trisomía del cromosoma 21, que in retraso mental (C.I de 20 - 50), cara ancha y achatada, estatura pequeña, ojos c pliegue apicántico y lengua grande y arrugada. Síndrome de Patau - Trisomía del cromosoma 13: es una enferm resulta de la presencia de un cromosoma 13 suplementario. Se trata de la trisom menos frecuente. Se suele asociar con un problema meiótico materno, más que p y como el síndrome de Down, el riesgo aumenta con la edad de la mujer. Los afec mueren poco tiempo después de nacer, la mayoría a los 3 meses, como mucho lle al año. Se cree que entre el 80-90% de los fetos con el síndrome no llegan a térm Síndrome de Edwards - Trisomía del cromosoma 18: se trata de cromosómica caracterizada por la presencia de un cromosoma adicional en el Clínicamente se caracteriza por: bajo peso al nacer, talla corta, retraso mental, y desarrollo psicomotor (coordinación de la actividad muscular y mental), e hipe (tono anormalmente elevado del músculo). Se acompaña de diversas anomalía viscerales. Síndrome de Klinefelter - Un cromosoma de X adicional en varo altos, con físico ligeramente feminizado, coeficiente intelectual algo reducido, disposición femenina del vello del pubis, atrofia testicular y desarrollo mamario. Tenemos una mezcla de ambos sexos. Síndrome de XYY - Un cromosoma de Y adicional en varones: varón afectado recibe un cromosoma Y adico i na.l No presenta dfe i renca i s a las personas normales y de hecho se duda del térmn i o “síndrome” para esta condicó i n. Síndrome Triple X - Un cromosoma de X adicional en hembras: e un cromosoma X adicional en la mujer; quienes presentan la condición no están ningún riesgo creciente para los problemas médicos. Las mujeres con esta con son altas, de bajo peso, con irregularidad en el periodo menstrual y rara vez pre debilidad mental. o o
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LA REPLICACO I N DEL ADN EL PRINCIPO I TRANSFORMADOR
El experimento de Frederick Griffith
En 1928, el microbiólogo Frederick Griffith, que investigaba varias cepas de pneumo inyectó ratones con la cepa S y la cepa R de la bacteria. La cepa S era dañina, mientra rugosa (R), no lo era. Cuando, inactiva por calor, la cepa S era inyectada, no había secu Universidad Católica los Ángeles de Chimbote - ULADECH
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el ratón vivía. Sorprendentemente, al combinar cepa R (no letal), con cepa S inactiva calor (no letal), el ratón murió. Además, Griffith encontró células de cepa S vivas. En a la cepa R se convirtió en cepa S. Este hallazgo no se pudo explicar, hasta que en 1944 Mc Leod, y Mc Carty, cultivaron cepa S y: 1. Produe j ron extracto de lisado de célua l s (extracto libre de célua l s). 2. Luego que los lípd i os, proteínas y polisacaridos se removieron, el estreptococo au conservó su capacd i ad de replicar su ADN e introducirlo en neumococo R. La inactivación por calor de Griffith habría dejado intacto el ADN de los cromosomas bacterias, que era el causante de la formación del gen S, y podía ser liberado por las c destruidas e implantarse en cultivos sucesivos de cepa R.
¿En qué consistió su experimento? En el año 1928 Frederick Griffith investigando una enfermedad infecciosa mortal la n estudió las diferencias entre una cepa de la bacteria Streptococcuspeumoniae que produc enfermedad y otra que no la causaba. La cepa que causaba la enfermedad estaba rod una cápsula (también se la conoce como cepa S, del ing les smooth, o sea lisa, que es e aspecto de la colonia en las placas de Petri). La otra cepa (la R, de rugosa, que es el as de la colonia en la placa de Petri) no tiene cápsula y no causa neumonía. Griffith inyectó la diferentes cepas de la bacteria en ratones. La cepa S mataba a los ratones mientras q cepa R no lo hacía. Luego comprobó que la cepa S, muerta por calentamiento, no cau neumonía cuando se la inyectaba. Sin embargo cuando combinaba la cepa S muerta p calentamiento, con la cepa R viva, es decir con componentes individuales que no mata a ratones e inyectaba la mezcla a los ratones, los ratones contraían la neumonía y moría sangre de estos ratones muertos Griffith encontró neumococos vivos de la cepa S. Es en las bacterias S muertas había “algo” capaz de transformar a las bacterias R, antes en patógenas y este cambio era permanente y heredable. Este "algo" fue aislad o; lueg encontró que era ADN Las bacterias que se aislaban de los ratones muertos poseían cuando se las inyectaba, mataban otros ratones. Frederick Griffith fue capaz de induc transformación de una cepa no patogénica Streptococcus pneumoniae en patogénica. Griffi postuló la existencia de un factor de transformación como responsable de este fen
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El problema que quería investigar con su experimento Frederick Griffith estaba interesado en la virulencia (capacidad de infectar y producir enfermedad) de las bacterias causantes de la neumonía, llamadas Pneumonococcus experimento se pudo alcanzar a llegar a la conclusión de la existencia del ADN. ¿Por qué utilizó células muertas? Porque necesta i ba comprobar que era lo que ocurría si éstas se ponían en contacto con célu vv i as, trato de probar si volvían a ser peligrosas para el organs i mo de las ratas. ¿Qué transformación experimentan las cepas al estar en contacto con células muertas? Estas cepas se infectaron con la enfermedad y causaron la muerte de las ratas a las cual se inyectó.
Conclusiones Con el experimento de Griffith se pudo concluir que el ADN de las bacterias inactivada (muertas) con temperatura, había sido en insustancial, ya que éste era el causante de la formación del gen S (viruela), y podía ser liberado por las células destruidas e implanta cultivos sucesivos de cepa R (cepas sanas), es decir, demostró con sus experimentos qu ADN era necesario para adquirir la virulencia.
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NATURALEZA QUIMC I A DEL PRINCIPO I TRANSFORMADOR Los datos de Griffith acerca de esta transformación rápidamente fueron confirmado laboratorios en todo el mundo, incluyendo el de Oswald Avery, inmunólogo en el Roc Institute. Al principio, Avery dudó que una sustancia l iberada por una célula muerta p alterar el aspecto de la célula viva, pero se convenció cuando Martín Dawson, su jove ayudante, confirmó los mismos resultados en su laboratorio. El siguiente paso lo dio J. Lionel Alloway, otro miembro del laborator io de Avery, quie solubilizar el agente transformador. El extracto soluble así filtrado mostró la misma cap transformadora que las células originalmente muertas por calor. En los siguientes di Avery y sus colegas enfocaron su atención en purificar la sustancia causante de la transformación y en determinar su identidad. Tan sorprendente puede parecer ahor tiempo ningún otro laboratorio del mundo se dedicó a identificar el “principio transfo como lo llamó Avery. Los avances en este problema fueron lentos. Con el tiempo, Ave colaboradores, Colin MacLeod y Maclyn McCarty, lograron aislar una sustancia activ extracto soluble capaz de causar la transformación de apenas una parte en 600 millo Todas las pruebas sugerían que la sustancia activa era ADN: 1. - mostraba muchas de propiedades químicas características del ADN; 2. - ningún otro tipo de material detec preparación, y 3.- los ensayos con diferentes enzimas mostraron que sólo aquellas cap digerir ADN podían inactivar el principio transformador. El trabajo publicado en 1944 fue escrito con escrupulosa cautela, sin conclusiones espectaculares afirmando que los genes estaban constituidos por ADN y no por prote Algunos biólogos estaban convencidos que las preparaciones de Avery debían estar contaminadas con cantidades mínimas de proteínas y que ese contaminante, no el AD agente transformador activo. Otros se preguntaban si estudios acerca de bacterias p en una revista médica podían tener relevancia alguna en el campo de la genética y consideraban el fenómeno de la transformación como una peculiaridad de las bac En los años siguientes a la publicación del trabajo de Avery hubo cambios importante genética, se reconoció la existencia de cromosomas bacterianos y algunos prominent genetistas volvieron su atención a esos procariotes. Estos científicos estaban conven que el conocimiento logrado por el estudio de organismos celulares muy simples arro sobre los mecanismos que operan en plantas y animales complejos.
EL EXPERM I ENTO DE MESELSON Y STHAL
Doscaracterísticasbien definidasquesaltan alavistade inmediatoen el modelode Wats Crackhicieron másevidenteel hechode queel ADNes el material genético.Se sabe qu ADNpuedecontener información codificada en su secuenciade bases. El modelotamb sigiereunaforma en queesainformación puedesercopiadade maneraprecisa,proceso conocido como “DUPLICACIÓN” (O REPLICACIÓN) del ADN. La importanciadelmeca de duplicación eraconocida paraWatsonyCrack, quienes en un clásico yahorafamoso ejemplode exposición escuetaal finalde su primerartículo, escribieron:“NO HA ESCA NUESTRAATENCIÓN EL HECHODE QUEEL APAREAMIENTO ESPECÍFICO DE B QUEHEMOSPOSTULADOSUGIEREDE INMEDIATOUN POSIBLEMECANISMOD COPIADO PARA EL MATERIAL GENÉTICO”.
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Estructura del ADN
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El modelo sugería que, como los nucleótidos se aparean entre sí de manera complem cada molécula de la cadena del ADN podría servir de plantilla o patrón para la síntesis d cadena opuesta. Sólo sería necesario que los enlaces de hidrógeno entre las dos cade rompieran y que las dos cadenas se separaran. Cada semihélice (cada cadena) podría entonces aparecer como nucleótidos complementarios para restituir al compañero fa resultado serían dos dobles hélices de ADN, cada una idéntica a la original y consiste una cadena original de la cadena progenitora y una cadena complementaria recién si Este tipo de copiado de información se conoce como mecanismo de “DUPLICACIÓN SEMC I ONSERVADORA”. Si bien el mecanismo de duplicación semiconservadora propuesto por Watson y crac sigue siendo) un modelo sencillo y atractivo, se requerían pruebas experimentales pa establecer que en efecto el ADN se duplica de esa manera. Primero era necesario de otras posibilidades. Por ejemplo, con un mecanismo de DUPLICACION CONSERVAD ambas cadenas progenitoras (“antiguas”) permanecían juntas, y las cadenas recién sintetizadas, formarían una segunda doble hélice. En una tercera alternativa, las cad originales y recién sintetizadas podrían mezclarse al azar durante el proceso de dup esta posibilidad recibió el nombre de DUPLICACIÓN DISPERSA.
Teorías que trataban de explicar la replicación de ADN
Para discriminar entre el mecanismo de duplicación semiconservadora y las otras po era necesario distinguir entre las cadenas originales y las recién sintetizadas del ácido desoxirribonucleico (ADN). Un modo de lograr estoes conel empleo de un isótopopesado delnitrógeno, el nitróge consímboloN15 (el nitrógenoordinarioolivianoes el nitrógeno14,N14),paramarcarca de ADNhaciéndolas másdensas.Lasmoléculas másgrandes, como lade ADN, pueden separarse pordiferencias en su densidadmedianteuna técnica conocida como “CENTRIFUGACIÓN EN GRADIENTE DE DENSIDAD”.Cuando el ADNse mezclaconl solución quecontieneclorurode cesio(CsCl)yse centrifugaaaltavelocidad, lasolución fo un gradientede densidaden el tubode lacentrífuga, queva de unaregión de bajadensid lapartesuperior aunaregión conlamáxima densidaden el fondo.Durantelacentrifugació las moléculas de ADNemigran alaregión delgradientequetienevalor de densidadidén suyo. Universidad Católica los Ángeles de Chimbote - ULADECH
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El experimento de MatthewW Meselson y Franklin Stahl
En 1957, Matthew Meselson y Franklin Stahl cultivaron células de la bacteria Escherichi en un medio que contenía N15 en la forma de cloruro de amonio (NH4Cl). Las células u el N15 para sintetizar bases, que a su vez eran incorporadas en EL ADN. Las molécula ADN resultantes, que contenían nitrógeno pesado, se extrajeron de algunas células; c sometieron a centrifugación en gradiente de densidad se acumularon en la r egión de densidad del gradiente. El resto de las bacterias (que también contenían ADN marca N15) se transfirieron a un medio de cultivo y más ligero; ahí se le permitió experimentar divisiones celulares más. Se esperaba que las cadenas de ADN recién sintetizadas fueron menos densas, por h incorporado bases que contenían el isótopo ligero, N 14. En efecto, las moléculas de A células aisladas después de una generación tenían densidad intermedia, lo cual indic contenían la mitad de átomos de N15 que el ADN “progenitor”. Este hecho apoyaba e semiconservador, el cual decía que cada doble hélice debe contener una cadena pre sintetizada (pesada en este caso) y una recién sintetizada (ligera en este caso). Refut modelo conservador, que sugería que habrían dos clases de moléculas de doble cade con dos cadenas pesadas y otra con dos cadenas ligeras). Después de otro cco i l de dvsó i i i n celua l r en el medo i con el isótopo ligero (N14), aparec dos tipos de ADN en el gradiente de densidad. Uno consistía en hélices “HO Í BRD I AS” de A Universidad Católica los Ángeles de Chimbote - ULADECH
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(con N15 en una cadena y N14 en la otra), en tanto que la otra contenía sólo ADN con el isó ligero natural. Esta observación refutaba el modelo disperso, el cual sugería que toda cadenas debían tener densidad intermedia. En cambio, cada cadena de la doble hélic se conservaba, pero en una molécula hija “diferente”, tal como lo sugería el modelo de duplicación semiconservadora. REPLICACO I N SEMC I ONSERVADORA
REPLICACO I N CONSERVADORA
REPLICACO I N DS I PERSA
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LA REPLICACO I N DEL ADN
CARACTERÍSTICAS DEL PROCESO REPLICATIVO Existen cierto número de características para el proceso de replicación del ADN que s comunes a todos los organismos, virus, bacterias y células eucariotas. Es sin embarg importante destacar que la mayor parte del conocimiento que se tiene sobre ellas pro estudios realizados en bacterias y bacteriófagos. En lo que sigue se describirán algu estas características: 1. ESQUEMASEMICONSERVADORDE LA REPLICACIÓN:lareplicación de una moléculade ADNde doblecadena es un procesosemiconservador.Estosignifica q cada cadena cuando se copiaquedaapareada alacadena hija. Elloimplica que duranteel procesode copiacada cadena debe separarse de su homólogayquelue no vuelve aaparearse aésta, sino que, como ya se dijo, quedaligada alacadena hi 2. ORIGEN Y SENTIDO DE LA REPLICACIÓN: por lo menos en virus y bacterias la replicación del ADN siempre comienza en un punto fijo del cromosoma y de ese p puede extenderse unidireccionalmente o bidireccionalmente. 3. ETAPAS DE LA REPLICACIÓN: como todo proceso de polimerización, la sínte ADN tiene tres etapas: la INICIACIÓN, la ELONGACIÓN y la TERMINACIÓN. La velocidad de síntesis de la molécula se considera que depende eminentemente d etapa de iniciación. Sobre esta etapa actúan la mayor parte de factores de regu Se considera que una vez iniciada la síntesis actúan la mayor parte de factores regulación. Se considera que una vez iniciada la síntesis, la elongación se hace a velociada constante. 4. DR I ECCIÓN DE LA REPLICACÓ I N: el proceso de polimerizacó i n consiste en la adicó i de nuce l ótidos en el sentido 5’ 3.’ Elo l sg i nifica que, se i ndo las cadenas del ADN antiparaea l l s, o sea, que presentan la ds i posicó i n.
p 5’ 3’ OH Dre i ccó i ndela síntesis Dre i ccó i n de la síntesisOH 3’ 5’ p La dre i ccó i n de la síntesis de las cadenas es especam i l ente opuesta. 5. DISCONTINUIDAD DE LA REPLICACIÓN: teniendo la replicación un sentido determinado y siendo la dirección de la síntesis de ambas cadenas opuestas en e espacio, el sistema está obligado a operar en forma discontinua. Esto significa qu proceso de replicación da origen temporalmente a la formación de pequeños segmentos de por lo menos una de las cadenas, que luego son ligados entre s El proceso de REPLICACÓ I N se puede dvdr i i i en tres etapas: INCA I I CIÓN, ELONGACÓ I Ny TERMINACÓ I N: 1. INICIACIÓN.- Las dos cadenas de la doble hélice de ADN se separan y sirven co moldes para la síntesis de nuevas cadenas complementarias. Las HELICASAS, enzimas que operan en las horquillas de replicación, separan las dos cadenas d doble hélice original. Las TOPOISOMERASAS, evitan el superenrrollamiento, catalizando la formación y resellado de cortes en una o ambas cadenas delante d horquillas de replicación. Las proteí nas de unión a cadena simple estabilizan las cadenas abiertas. Universidad Católica los Ángeles de Chimbote - ULADECH
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Como las cadenas no apareadas de un ADN son muy sensibles al ataque por nucleasas, al producirse la separación, cada cadena es inmediatamente cubierta p proteínas específicas que la protegen y que se denominan 2PROTEÍNAS DE UNIÓ CADENAS SIMPLES”. La iniciación real de la síntesis de ADN comienza con la formación de una CADE INICIADORA o PRIMER (cebador). Curiosamente, esta cadena iniciadora no es ADN sino de ARN. La síntesis de la mo lécula iniciadora es llevada a cabo por un – polimerasa especial que se denomina INICIASA o PRIMER. La iniciasa, a partir ribonucleótidos trifosfatados, sintetiza una cadena de ARN que ha de ofrecer en extremo 3’ el hidroxilo requerido para iniciar la síntesis de la cadena de ADN en siguiente etapa.
El proceso de replicación del ADN
El proceso de replicación del ADN
2. ELONGACIÓN.- La ADN polimerasa III cataliza la adición de nucleótidos a amb cadenas operando sólo en dirección 5’ a 3’. Para comenzar a añadir nucleótidos enzima requiere la presencia de un cebador de ARN, unido por puentes de hidr la cadena molde que es luego reemplazado por nucleótidos de ADN. Universidad Católica los Ángeles de Chimbote - ULADECH
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La cadena adelantada se sintetiza en la dirección 5’ a 3’ en forma continua. En caso, el único cebador de ARN está situado en el origen de la replicación. La cad rezagada también se sintetiza en la dirección 5’ a 3’, a pesar de que esta direcci opuesta a la del movi miento de la horquilla de replicación. El problema se resue mediante la síntesis discontinua de una serie de fragmentos, los FRAGMENTOS OKAZAKI. Cuando un fragmento de Okazaki ha crecido lo suficiente como para encontrar a un cebador de ARN por delan te de él, otra ADN polimerasa (ADN POLIMERASA I) reemplaza a los nucleótidos de ARN del cebador con nucleótid ADN. Luego, la ADN LIGASA conecta cada fragmento con el fragmento contigu sintetizado en la cadena.
El proceso de replicación del ADN
3. TERMINACIÓN.- es el menos conocido, y en cromosomas circulares está asocia proceso de separación de los dos cromosomas hijos del origen de la replicación a como también a la generación de superhélices. En estos fenómenos interv iene u familia deenzimas denominadas TOPOISOMERASAS,enparticularla ADN - GIRA El ADN de una sola célula humana que, si se extendiera en una h ebra única mediría c metros de largo, puede contener una información equivalente a unas 600,00 pági na de 500 palabras cada una, o a una biblioteca de aproximadamente 1,000 libros. Sin duda, la estructura del ADN puede dar cuenta de la enorme diversidad de los sere La información se encuentra en la secuencia de bases nitrogenadas y cua lquier secu bases es posible. Dado que el número de pares de bases es de aproximadamente 5,00 virus más simple conocido, hasta una estimación de 5,000 millones en los 46 cromoso humanos, el número de variaciones posibles es astronómico. L a replicación de los cr eucarióticos se inicia en orígenes múltiples. Cada burbuja de replicación individual se hasta que finalmente se encuentra con otra y ambas se unen.
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Esquema de cómo se produce el enrollamiento del ADN para formar los cromosomas
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EL PROCESO DE LA TRANSCRP I CION O SN I TESIS DEL ARN MENSAJERO INTRODUCCION
Los seres vivos poseen una complejidad morfológica y estructural que está determina síntesis y ensamblaje precisos de macromoléculas a lo largo del ciclo vital de la célula o en momentos determinados del desarrollo embrionario. Así mismo, las actividades m se realizan gracias a las propiedades funcionales específicas de algunas macromoléc más relevantes en este aspecto son las inherentes a las proteínas. En los organismos vivientes la información necesaria para la síntesis de proteínas está contenida en el ADN en forma de secuencias discretas, contínuas o discontínuas, deno genes. Esta información se estructuró a través del largo proceso de evolución biológica durante el cual los mecanismos de recombinación y mutación, sumados a una selecció adecuada, determinan la producción del diccionario genético o genoteca de cada indiv viviente. La información contenida en el ADN se expresa en las células por medio de u cadena de procesos denominad “FLUJO DE INFORMACIÓN”. Es así como la informac genética almacenada en los genes no se traduce directamente a proteínas, sino media síntesis de otras macromoléculas intermediarias, los ARNs.
EL PROCESO DE LA TRANSCRP I CION Las moléculas de ARNm son largas copias (o transcriptos) de secuencias de ADN de 5 10,000 nucleótidos y de cadena simple pero, a diferencia de las moléculas de ADN, la se encuentran en su mayoría como moléculas de cadena única. Cada nueva mol écul ARNm se copia –o transcribe- de una de las dos cadenas de DAN (la cadena molde) se principio de apareamiento de bases que gobierna la replicación del ADN. Al igual que u cadena de ADN, cada molécula tiene un extremo 5’ y un extremo 3’. Como en la sínte ADN, los ribonucleótidos, que están presentes en la célula como trifosfatos, se añade vez al extremo 3’ de la cadena en crecimiento de ARN. El proceso, conocido como Universidad Católica los Ángeles de Chimbote - ULADECH
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TRANSCRIPCION, es catalizado por la enzima “ARN POLIMERASA”. Esta enzima ope misma forma que la ADN polimerasa, moviéndose en dirección 3’ a 5’ a lo largo de la ca molde de ADN, sintetizando una nueva cadena complementaria de nucleótidos (en este c de ribonucleótidos) en la dirección 5’ A 3’. Así, la cadena de ARNm es antiparalela a la c molde de ADN de la cual es transcripta. La ARN POLIMERASA, a diferencia de la ADN polimerasa, no requiere cebador para comenzar la síntesis de ARN, ya que es capaz de iniciar una nueva cadena uniendo dos ribonucleótidos. En procariotas, hay un único tipo de ARN POLIMERASA que, en realidad, es un gran complejo multienzimático asociado con varias proteínas que participan en diferentes momentos de la transcripción. Cuando va a iniciar la transcripción, la ARN POLIMERASA sen une al ADN en una secuencia específica denominada secuencia promotora o promotor; abre la doble hélice en una pequeña región y, así, quedan expuestos los nucleótidos de una secuencia corta de ADN. Luego, la enzima va añadiendo ribonucleótidos, moviéndose a lo largo de la cadena molde, desenrollando la hélice y exponiendo así nuevas regiones con las que se aparearán los ribonucleótidos complementarios. El proceso de elongación de la nueva cadena de ARNm continúa hasta que la enzima encuentra otra secuencia especial en el transcripto naciente, la señal de terminación. En este momento la ARN POLIMERASA se detiene y libera a la cadena de ADN molde y a la recién sn i tetizada cadena de ARNm. El proceso de la transcripción del ARNm descrito para procariotas es similar en euca aunque presenta algunas diferencias importantes. Entre ellas, se puede mencionar q en procariotas las moléculas de ARNm se producen directamente por transcripción d eucariotas superiores, la mayor parte de los transcriptos sufren un procesamiento po transcripción, llamado “SPLICING” (CORTE) del ARN, antes de dejar el núcleo e ingre citoplasma (CITOSOL). El ARN mensajero transcrito a partir del ADN es. Entonces, la copia activa de la inform a genética. Incorporando las instrucciones codificadas en el ADN, el ARNm dicta la sec aminoácidos en las proteínas. Químc i amente, el ARN es muy semejante al ADN, pero hay dos dfe i renca i s en sus nuce l ótid Universidad Católica los Ángeles de Chimbote - ULADECH
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1. Una dfe i renca i es el azúcar que lo compone. En lugar de desoxrrib i osa, el ARN contiene ribosa, en la cual el grupo hd i roxilo reemplaza a un hd i rógeno en el carbono 2 2. La otra diferencia es que, en lugar de timina, el ARN contiene una pirimidina íntimamente relacionada con ésta, el uracilo (U). El uracilo, al igual que la timin aparea sólo con la adenina (A). 3. Una tercera y muy importante diferencia entre los dos ácidos nucleicos es que, e mayoría de los casos, el ARN se encuentra como cadena simple y no forma una estructura helicoidal regular como el ADN.
MECANS I MO DE LA SINTESIS DEL ARN El ARN se sintetiza usando como “TEMPLADO O MOLDE” al ADN de cadena doble embargo, sólo una de las dos hélices del ADN se transcribe para producir moléculas d con la codificación adecuada. Esto determina una de las propiedades más sobresalien proceso de transcripción, “LA ASIMETRÍA”. Así mismo, la dirección de la síntesis del A sobre la cadena del ADN apropiada serealizasiempre unidireccionalmente con la pola 3’ 5’ tomando como referenca i al tempa l do de ADN. Si se toma como referenca i la polaridad del ARN, la síntesis se efectúa en el sent3. id’ o 5’ A diferencia de lo que ocurre en el caso de las ADN – POLIMERASAS durante la replic del ADN, las ARN POLIMERASA dependientes de ADN no requieren para su funciona de la presencia de UNA MOLÉCULA INICIADORA o PRIMER. El proceso de polimeriz realiza mediante la síntesis de un enlace covalente denominado UNIÓN FOSFODI EST mecanismo intrínseco consiste en u ataque nucleofílico que el hidroxilo 3’ de la ribosa d último nucleótido polimerizado lleva a cabo sobre el nucleotidilfosfato interno del nucl trifosfato entrante; esta reacción continúa luego por la en ergía obtenida de la hidrólisi pirofosfato inorgánico perteneciente al nucleótido trifosfato entrante). Por lo tanto, sie primer nucleósido retiene su grupo fosfato en el extremo 5’ de la ribosa. En la gran ma los casos la reacción se inicia con un ATP o GTP, y por lo general el segundo nucleóitido incorporado es CTP o UTP. Universidad Católica los Ángeles de Chimbote - ULADECH
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LA ARN POLIMERASA La transcripción de la información genética se realiza mediante la síntesis de una de la especies de RNA. El proceso es catalizado por un grupo de enzimas de estructuras co denominadas ARN – POLIMERASA DEPENDIENTES DE ADN. Estas enzimas son cap sintetizar polinucleótidos discretos, respetando con fidelidad señales o sitios precisos d iniciación y terminación y, por ello, de la fase de lectura de ADN. Finalmente, la funció estas enzimas está regulada por factores intracelulares y extracelulares que modulan concentración, su unión al sustrato y su actividad catalítica. La “ARN POLIMERASA” de Escherichia coli, que puede tomarse como modelo de este tipo de enzm i as, es una proteína complea j formada por CN I CO SUBUND I ADES: 4 Los péptidos componentes de la enzm i a se denomn i an: ALFA, BETA, BETA PRIMA, SIGMA y OMEGA. 4 La enzima activa,llamadaHOLOENZIMA,estácompuestaporDOSCADENASALF UNACADENA BETA,UNACADENA BETA PRIMA,UNACADENA SIGMAyUNA CADENA OMEGA. 4 Aún cuando es necesaria la presencia de todas esta subunidades para que la holoenzima cumpla su función, no se conoce muy bien la función específica de c una de ellas. 4 Se sabequelaSUBUNIDADBETA reconocecomo sustratos alos ribonucleótido trifosfatos (ATP, GTP, UTPyCTP),mientras quelaSUBUNIDADBETA PRIMA es necsariaparaquelaholoenzima se unaal templadode ADNypermanezcaunida a ésteduranteel procesode síntesisde ARN. Lasfunciones de ALFA yOMEGAse desconocen.AsímismolaSUBUNIDADSIGMApermiteel correctoiniciode lasín del ARNm y la asimetría de la transcripción. 4 Luegode producida lainiciación lasubunidadsigmase disociade laholoenzima dejando unaenzima formada por:dosalfas,unabeta, unabetaprima yunaomega cual se denomina ENZIMA RESIDUAL oCORE yes responsablede laelongación cadena de ARN. Puede concluirse entonces que la actividad funcional específica de las ARN PO LIME depende de su estructura molecular, de tal modo que todas las subunidades de la holo son importantes en la reacción. Otra definición que debe de quedar bien en claro es q componente actúa en una etapa bien definida de la reacción en forma aislada y coord las demás. Para un mejor entendimiento, se pasará a describir más detalladamente la transcripción dividiéndola en tres etapas: INICIACION, ELONGACION y TERMIN
INICIACION:La iniciación de latranscripción se producecu ando laholoenzima s al templadode ADN. Como se explicó antes en estaetapaes fundamental laprese de laSUBUNIDADSIGMA. La unión de laARN –POLIMERASA se realiza sobreu segmentode ADNqueantecedeal comienzo delgenyquese denomina PROM O Lospromotores tienen tres segmentos funcionales conlos cuales laARN – POLIMERASA interactúa conel ADN: un sitiode “RECONOCIMIENTO”,un sitiod “UNION” y un sitio de “INICIACION”. Las secuencias de reconocimiento se ubican aproximadamente 10 nuc leótidos a del comienzo del gen. Las secuencias de reconocimiento están compuestas por aproximadamente 7 a 8 nucleótidos y son específicos para cada gen.
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El proceso de la transcripción
Inicio del proceso de transcripción
ELONGACIÓN: La finalización de la iniciación está marcada por la salida de la SUBUNIDAD SIGMA de la holoenzima, la traslocación de ésta y la unión del prim nucleósido trifosfato /ATP oGTP); la adición posterior de los nucleósidos trifosfa correspondientes se realiza a una velocidad de 50 – 60 nucleótidos por segundo dirección 5’ 3.’ Con respecto al ARN. Durante la elongación ocurre una apertura regional transitoria de la doble hélice en los sitios donde se encuentra la ARN – POLIMERASA; se cree que esta desnaturalización es producida por la misma enzima. La fidelidad de la transcripc relativamente baja, ya que las ARN – POLIMERASAS no cuentan con mecanismo d corrección de errores, como sucede con las ADN – POLIMERASAS. Sin embarg gran número de copias de capa tipo de ARN producidas por las ARN – POLIMER garantiza siempre una cantidad óptima de producto final fundamentalmente competente. TERMINACION: Sobre el ADN hay señales de terminación del proceso d e la transcripción. Estas señales están formadas por secuencias ricas en bases GC qu lugar a la formación de estructuras terciarias especiales a modo de RULOS (LOO dezonas palindrómicas que determinan una disminuciónsignificativadela velocid síntesis; esto, sumado a secuencias no afines a la RNA – POLIMERASA, hacen qu ENZIMA RESIDUAL o CORE se disocie del DNA y quede liberada la cadena de R Actualmente se piensa que una proteína llamada “RHO” participa activamente e terminación específica de la transcripción en algunos genes. La “PROTEÍNA RH compuesta por cuatro cadenas polipeptídicas idénticas con un peso molecular d 50,000 cada una. Esta configuración tetramérica le otorgaría a esa proteína u afinidad alta por la doble hélice del DNA. Los datos experimentales sugieren qu Universidad Católica los Ángeles de Chimbote - ULADECH
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se uniría al segmento terminal del gen (extremo 5’ de la cadena molde) y comen desplazarse en dirección 3’, es decir, en sentido contrario al de la polimerasa. S llegada a zonas en donde la velocidad de elongación de síntesis de la enzima disminuye por efecto de las secuencias de terminación determinaría el desplaz de ésta fuera del templado, con la consiguiente liberación del RNA recién sintetiz
MODF I ICACO I NES POST – TRANSCRP I CIONALES En los seres vivientes existen básicamentetres clases principales de RNA: RIBOSÓMIC (RNAr),MENSAJEROS (RNAm)yde TRANSFERENCIA(RNAt).Todoslos RNAs,sin excepción,sonsintetizadosporcopiadelDNAmediantelatranscripción selectiva de ge Losproductos primarios de latranscripción son, salvo contadas excepciones,precursore mayorpeso molecular quesusproductos finales.Estos precursores sonPROCESADOS MODIFICADOSadecuadamenteafinde producirmoléculas de RNAcompetentes parar susfunciones específicasen lasíntesisde proteínas. El conjuntode reacciones quedanlu al PROCESAMIENTO yMODIFICACIONES de los RNAs precursores se denomina “MADURACIÓN POST –TRANSCRIPCIONAL”.Todosestos procesos representan par célulaimportantes etapas en laregulación de laexpresión genética,mediantelas cuales establece la cantidad óptima de cada especie de RNA y la oportunidad de su sínte Los procesos de maduración POST – TRANSCRP I CIONAL más importantes son: 1. Procesamiento de los RNA precursores por acción combinada de endonucleasas y exonucleasas que determinan un acortamiento de las moléculas del transcrito prim Este proceso se produce tanto en los RNAm y RNAt de procariotas y eucariotas, co la mayor parte de los RNAm de eucariotas. 2. Modificaciones químicas internas de los polinucleótidos. La metilación de los ribo sitios precisos de los precursores de RNAs ribosómicos en eucariotas son obligato su posterior clivaje por nucleasas. 3. Modificaciones de los extremos de las moléculas de RNAm. El agregado post – transcripcional de aproximadamente 200 “RESIDUOS DE ADENILATO” al extrem (POLI A) de la mayor parte de los RNA mensajeros de eucariotas o de sus precurso (poliadenilación) es esencial para un procesamiento adecuado de la molécula, para la eficiencia de su transporte al citoplasma y para proporcionar al RNAm maduro esta metabólica. Otra modificación de los RNAm eucariotas es el agregado POST – TRANSCRIPCIONAL al extremo 5’ del transcrito primario de un nucleótido modific – METILGUANOSINA. Esta modificación, llamada “CAP” se conserva durante el procesamiento del precursor, protege al RNA del ataque de nucleasas y fosfatasas y e sumamente importante para una efectiva iniciación de la síntesis de proteínas
Maduración post-transcripcional de los extremos
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4 Procesamiento de los RNAm. Un hecho extraordinariamente importante y recién descubierto es que las secuencias codificantes o expresables denominadas “EXON los genes se encuentran interrumpidas por secuencias intercaladas que no se expr se llaman “INTRONES”. Esta discontinuidad real de los segmentos expresables pre en el DNA son transcritos como tales (INTRONES Y EXONES) y se hallan en el pre del RNA mensajero. El número de intrones varía para cada gen. Un fenómeno post transcripcional relevante es, pues, la remoción de esas secuencias intercaladas, se luego por el ligamiento preciso de todos los segmentos codificantes.
Esquema de las reacciones que dan lugar al procesamiento de una molécula de RNAm o exonesparaquemantenganlassecuenciasadecuadasdebases.Estosprocesos,conocidos enelidiomacomoSPLICING(cortaryreunir),soncataliz adosporunsistemaenzimáticode nucleasa–ligasa,cuyaidentificaciónyaislamientoestántodavíaendesarrollo.Secreeposible que en el mecanismo molecular del SPLICING intervenga un tipo de RNAs de bajo peso molecular presente en el núcleo celular. La participación de estos RNAs pequeños sería a través de su unión o hibridación al RNA precursor, produciendo sitios de doble cadena reconocibles específicamente por las enzimas del SPLICING así como el alineamiento adecuado de los exones para su ligamiento correcto.
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EL PROCESO DE LA TRADUCCÓ I N O BO I SÍNTESIS DE PROTEN Í AS
INTRODUCCION Las letras A, G, T y C corresponden a los nucleótidos encontrados en el DNA. Están organizadas en palabras claves de tres letras llamadas codones y el conjunto de los co constituye el código genético. Un ordenamiento lineal de los codones (un gen) especific síntesis de varias moléculas de RNA, la mayor parte responsable de algún aspecto de la TRADUCCIÓN o BIOSÍNTESIS DE PROTEÍ NAS. Este proceso se lleva a cabo en tres principales: INICIACIÓN, ELONGACIÓN y TERMINACIÓN. Es semejante a la replicac transcripcióndel DNA en sus características generales y enelhecho deque tambiénsigu la polaridad 5 ’3.’
El flujo de la información genética
IMPORTANCIA BO I MÉDICA Antes de dilucidar el código genético era imposible comprender la síntesis proteica o e las mutaciones. El código genético proporciona la base de la forma en que los defecto proteínas pueden causar enfermedad y sirve para el diagnóstico y quizá para el trata las enfermedades genéticas. Además, la fisiopatología de numerosas infecciones vira relaciona con la capacidad de estos medicamentos de interrumpir la síntesis proteica célula huésped.
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LA INFORMACÓ I N GENÉTC I A FLUYE DEL DNA AL RNA Y DE ESTE ÚLTM I O A LA PROTEÍNA La información genética contenida en la secuencia de nucleótidos del DNA es transcrit núcleo celular a la secuencia específica de un nucleótido de una molécula de RNAm. L secuencia de nucleótidos del RNA es complementaria de la secuencia de la tira codific su gen en concordancia con las reglas del apareamiento de bases. Varias clases difer RNA se combinan para dirigir la síntesis de proteínas.
En los PROCARIOTAS hay una correspondencia lineal entre el gen, el RNAm transcrito y el producto polipeptídico. La situación es más complicada en los EUCARIOTAS SUPERIORES, en los cuales la transcripción del RNAm nuclear es de mayor tamaño q RNAm maduro. El RNAm es procesado en el núcleo y los intrones, que a menudo con una porción mayor del RNAm que los exones, son removidos. A continuación, los exon empalmados para formar RNAm maduro, que es transportado al citoplasma, donde s la proteína. La céluladebe poseer lamaquinarianecesariaparade maneraprecisa yeficientetraduc información de lasecuenciade nucleótidosde un RNAm,en lasecuenciadeaminoácido correspondienteproteína específica.Paraaclarar lacomprensión de esteproceso, al qu denominado TRADUCCIÓN,se esperabael descifradodelcódigo genético queprontofu comprendido,quelas moléculas de RNAm no tienen porsí mismas,afinidadparalos aminoácidosy, porlotanto, quelatraducción de lainformación de lasecuenciade nucle delRNAm en lasecuenciade aminoácidosde unaproteína requierede unamolécula adaptadoraintermediaria. Estamoléculaadaptadoradebereconocer unasecuenciaes de nucleótidosporunaparte, asícomo un aminoácido específico porlaotra. Contal molé adaptadora, lacélulapuededirigirun aminoácido específico hacialaposición secuencia apropiadade laproteína como lodi ctalasecuenciade nucleótidosdelRNAm específico hecho, los grupos funcionales de los aminoácidosen realidadno se ponenen contactoc molde del RNAm. La síntesis de proteínas ocurre en los ribosomas que consisten en dos subunidades, u grande y una pequeña, cada una formada por RNAr y proteínas específicas. Para la s proteínas, también se requiere de moléculas de RNAt, que están plegadas en una es secundaria con forma de hoja de trébol. Estas moléculas pequeñas pueden lleva r un aminoácido en un extremo y tienen un triplete de bases, el anticodón en un asa centra Universidad Católica los Ángeles de Chimbote - ULADECH
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extremo opuesto de la molécula. La molécula de RNAt es el adaptador que aparea el aminoácido correcto con cada codón de RNAm durante la síntesis de proteína s. Hay a un tipo de molécula de RNAt para cada tipo de aminoácido presente en las células. La enzimas conocidas como aminoacil-RNAt sintetasas catalizan la unión de cada amino su molécula de RNAt específica. En el lugar donde la cadena de RNAm está en contacto con un ribosoma, se unen RN temporalmente a la cadena de RNAm. Esta unión ocurre por apareamiento de bases complementarias entre el codón de RNAm y el anticodón de RNAt. Cada molécula de lleva el aminoácido específico requerido por el codón de RNAm, al cual se une el RN siguiendo la secuencia dictada originalmente por el DNA, las unidades de aminoácid alineadas una tras otra y, a medida que se forman los enlaces peptídicos entre ellas, s en una cadena polipeptídica. TRES SON LOS TIPOS DE RNA QUE SE FORMAN 1. EL ACIDO RIBONUCLEICO MENSAJERO(RNAm). -Llevael mensajegenético que codifica laproducción de las distintas proteínasnecesarias paralavida.Estainforma es recogida en TRIPLETES DE BASES (CODONES) .
2. EL ACIDO RIBONUCLEICO RIBOSÓMICO (RNAr). - Es el encargado de la traduc mensaje del RNAm y lugar donde se lleva a cabo la polimerización de los aminoácid Cosnta de dos subunidades que normalmente están separadas y, de acuerdo con s constante de sedimentación, se denominan 50s, 30s en procariotas y 80s, 40s en eucariotas. Existen dos lugares funcionales: AMINOACIL o aceptor donde se unen lo aminoácidos y PEPTIDIL o dador.
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3. EL ACIDO RB I ONUCLEICO DE TRANSFERENCIA (RNAt).- Es el encargado de transportar los aminoácidos necesarios al ribosoma para realizar la síntesis de proteínas. Consta de un extremo, donde existe un triplete de bases, complementario a los distintos codones (ANTICODÓN). De esta forma, existen tantos tipos de RNAt como aminoácidos. En otro de sus extremos se une específicamente un aminoácido, que será distinto según el triplete del anticodón.
EL PROCESO DE LA SÍNTESIS PROTEICA CONSTA DE TRES ETAPAS: INCA I I CIÓN, ELONGACÓ I N Y TERMINACÓ I N INICIACIÓN.- Comienza con la disociación del ribosoma 70s en sus subunidades 3 50s. Luego, la subunidad 30s se une la RNAm. El aminoácido que comienza la sínt formilmetionina (fMet) en procariotas y metionina (Met) en eucariotas, se agrupan el complejo de iniciación. Posteriormente se acopla el ribosoma 50s y se forma el 7 funcionante.
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La subunidad ribosómica más pequeña se une al extremo 5' de una molécula de RN primera molécula de RNAt, que lleva el aminoácido modificado fMet, se acopla con e codón iniciador AUG de la molécula de RNAm. La subunidad ribosómica más grand ubica en su lugar, el complejo RNAt -fMet ocupa el sitio P (peptídil). El sitio A (aminoac está vacante. El complejo de iniciación está co mpleto ahora. ELONGACÓ I N.- Se compone de una serie de estadíos repetitivos, que son el RECONOCME I I NTO, TRANSFERENCA I y TRANSLOCACIÓN. 1. RECONOCIMIENTO.- Al ribosoma 70s con fmet (o Met) y su correspondiente RNA une un nuevo aminoácido con su RNAt en el lugar A, determinado por el codón de RNAm. 2. TRANSFERENCA I .- Meda i nte este proceso, el primer aminoácido (fMet) se une a segundo y se inca i i la cadena polipeptídc i a. 3. TRANSLOCACIÓN.- El ribosoma se mueve para leer el mensaje de otro codón; e proceso, la cadena polipeptídica pasa al lugar P: queda libre el RNAt que vehicula fMet, y el lugar A queda vacante para ser ocupado por otro RNAt con su aminoác
Estos pasos se repiten sucesv i amente de forma continua hasta comple tar la síntesis de proteína. Un segundo RNAt, con su aminoácido unido, se coloca en el sitio A y su anticodón s acopla con el RNAm. Se forma un enlace peptídico entre los dos aminoácidos reuni el ribosoma. Al mismo tiempo, se rompe el enlace ent re el primer aminoácido y su R ribosoma se mueve a lo largo de la cadena de RNAm en una dirección 5' a 3', y el se RNAt, con el dipéptido unido, se mueve desde el sitio A al sitio P, a medida que el pr RNAt se desprende del ribosoma. Un ter cer aminoacil-RNAt se coloca en el sitio A y s forma otro enlace peptídico. La cadena peptídica naciente siempre está unida al R
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se está moviendo del sitio A al sitio P y el RNAt entrante que lleva el siguiente aminoá siempre ocupa el sitio A. Este paso se repite una y otra vez hasta que se completa el polipéptido. TERMINACIÓN.- El proceso termina en el lugar del RNAm, donde existe uno de esto tripletes (codones), UAA, UAG o UGA, para los que normalmente no existe RNAt correcpondiente (y por ello aminoácidos), y también gracias a la intervención de facto terminación al final quedan libres el polipéptido, el último RNAt, el ribosoma 70s y e Cuando el ribosoma alcanza un codón de terminación (en este ejemplo UGA), el po se escinde del último RNAt y el RNAt se desprende del sitio P. El sitio A es ocupado p factor de liberación que produce la disociación de las dos subunidades del ribo
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EL CODG I O GENETC I O
INTRODUCCION El código genético es la regla de correspondencia entre la serie de nucleótidos en que s basan los ácidos nucleicos y las series de aminoácidos (polipéptidos) en que se basan la proteínas. Es como el diccionario que permite traducir la información genética a estru proteína. A, T, G, y C son las "letras" del código genético y representan las bases nitro adenina, timina, guanina y citosina, respectivamente. Cada una de estas bas es forma con un glúcido (pentosa) y un grupo fosfato, un nucleótido; el ADN y el ARN son polím formados por nucleótidos encadenados. Durante el proceso de traducción (síntesis de proteína) el mensaje genético es leído cadena de ARN, colocando cada vez el aminoácido indicado por el codón siguiente s regla que llamamos código genético.
ES NUCLEÓTD I OS CONTIENEN LA INFORMACÓ I N PARA UN AMINOÁCIDO La unidad hereditaria que contiene la información para codificar un a minoácido es e que está formado por tres nucleótidos (triplete). Esta información se transcribe en el mensajero (ARNm) que tiene una secuencia de bases complementarias a la del ADN. ADN como el ARN mensajero poseen sólo 4 bases diferen tes, mientras que las prote contienen 20 aminoácidos distintos. El CODIGO GENÉTICO se lee en grupos de tres bases; EL TRIPLETE (CODÓN) es pu número menor de bases (o nucleótidos) capaz de codificar los aminoácidos, si el códig consistiera de dos bases, el número posible de codones 42 = 16 sería insuficiente; en c con tripletes el número posible de codones es de 4 3 = 64, que es suficiente. Si el código genético fuera de 4 bases el número posible de codones sería excesivo (4 4 = 256)
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La longitud de la porción del gen que codifica depende del número de aminoácidos en la proteína. Por ejemplo, para codificar 500 aminoácidos se necesitan 500 codones, o sea 1500 nucleótidos. La lectura del mensaje se hace desde un punto fijo de partida, y este sitio está determinado por un codón de iniciación especial. La secuencia de codones determina la de los aminoácidos en la proteína; pero, por su parte, los aminoácidos son incapaces de reconocer directamente los codones correspondientes en el ARNm. Para que esto ocurra se requiere la intervención de otra molécula que sirve como adaptador, e DE TRANSFERENCIA (ARNt). El ARNt tiene un sitio que se une al aminoácido y otro, e ANTICODÓN, que reconoce al codón en el ARNm. CADA ANTICODÓN TIENE TRES NUCLEÓTIDOS QUE SON COMPLEMENTARIOS DE LOS CODONES. La traducción mensaje, o sea, la síntesis de la proteína, se produce en los ribosomas, los que aseguran interacción ordenada de todos los componentes que intervienen en ella. EL CÓDIGO GENÉTICO ES INEQUÍVOCO, NO TRASLAPANTE, SIN PUNTUACIÓN, DEGENERADO Y UNIVERSAL TRES CODONES no cifran para aminoácidos específicos, estos han sido llamados CODONES SIN SENTIDO. Ellos son utilizados en la célula como señales de terminación; estas especifican donde detener la polimerización de los aminoácidos en la molécula de proteína. Los 61 codones restantes codifican para 20 aminoácidos. Así,debe haberuna“DEGENERACIÓN DELCÓDIGO GENÉTICO”;es d varios codonescodificanparaun mismoaminoácido,peroun aminoácido p uede ser decodificado porvarios codones; porejemplo, seiscodonesdiferentes especificanserin aminoácidoscomo metionina ytriptofano, sólotienen un codón. En general el tercernu en un codónes menosimportantequelos otros dosparadeterminarel aminoácido esp porserincorporadoyestoda cuentade lamayorpartede ladegeneración delcódigo ge Sinembargo,paracualquier codónespecífico sóloestáindicado un aminoácido único;E CÓDIGO GENÉTICO NO ES AMBIGUO, es deci r,dado un codónespecífico,sóloun aminoácido estádeterminado.La distinción entreambigüedad ydegeneración es un c importante para ser enfatizado. Universidad Católica los Ángeles de Chimbote - ULADECH
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El código genético no ambiguo, pero degenerado, puedeserdescritoen términosmoleculares.El reconocimiento de codonesespecíficosen el ARNm por las moléculas adaptadoras delRNAt dependede su región anticodónyde las reglas de apareamientode bases. Cada moléculade ARNt contieneuna secuenciaespecífica,complementaria de UN CODÓN, llamado“ANTICODÓN”. Paraun codóndado en el ARNm,sólo unaúnica especiede moléculade ARNt poseeel anticodónapropiado. Dado que cada moléculade ARNt puedeser cargada porun soloaminoácido,cada codón, por lo tanto, especifica únicamenteun aminoácido.Sin embargo,algunasmoléculas de ARNt pueden utilizarel anticodónpara reconocer más de un codón. Con algunas excepciones, para un codón específico, sólo u aminoácido específico será incorporado; aunque dado un aminoácido, más de un cod requerirlo. La lectura del código genético durante el proceso de la síntesis de proteínas no incluy alguno de codones. Por tanto, el código genético no se traslapa. Además, una vez que s comienza la lectura de un codón específico, no hay puntuación entre l os codones y el m es leído en una secuencia contínua de tripletes de nucleótidos hasta que se alcanza un codón sin sentido (codón de termn i acó i n). Hasta hace poco, se pensó que el código genético era universal. En la actualidad se ha desmostrado que el conjunto de moléculas del ARNt en las mitocondrias (las cuales poseen su propia y distinta maquinaria de traducción) de eucariotas inferiores y superiores, incluyendo al ser humano, leen cuatro codones de modo diferente a las moléculas de ARNt del citoplasma, aún en las mismas células. El CODÓN Universidad Católica los Ángeles de Chimbote - ULADECH
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“AUA” se lee como Met (METIONINA) y el “UGA” codifica para Trp (TRIPTOFANO) en mitocondrias de los mamíferos. Además, los codones “AGA” y “AGG” son leídos como CODONES DE TERMINACIÓN de cadenas más que como ARGININA. Como consecu las mitocondrias sólo requieren 22 moléculas de ARNt para leer su código genético en ta que en el citoplasma se tiene un complemento total de 31 especies de ARNt. Anotadas e excepciones EL CÓDIGO GENÉTICO ES UNIVERSAL. Lo s cuadros de uso de los codo están haciendo cada vez más exactos conforme aumenta la secuenciación de los genes importancia es grande debido a que con frecuencia los investigadores necesitan deduci estructura del ARNm a partir de la secuencia primaria de la proteína para sintetizar una s de oligonucleótidos a iniciar un proyecto de clonación de ADN recombinante.
HAY 61 CODONES PARA CODF I ICAR 20 AMINOÁCIDOS Y POR LO TANTO HAY CODONES SINÓNM I OS En 1964, ya se habían descrifrado los 64 codo nes posbe i l s, 61 codones corresponden a los aminoácidos y tres representan SEÑALES DE TERMINACÓ I N de la síntesis. Si existen 61 codones para los 20 aminoácidos, es evidente que varios tripletes puede codificar un mismo aminoácido, o sea que algunos tr ipletes SON SINÓNIMOS (degen del código genético). Por ejemplo la prolina es codificada por CCU, CCA, CCG, CCC. Observando este ejemplo y la primera tabla, se puede llegar a la conclusión de que la ma de los casos los codones sinónimos sólo difieren en la última de las tres bases; en consecuencia, las dos primeras son más importantes en la codificación. Por este motiv mutación que se produzca en la tercera base pasa inadvertida, ya que no cambia la composición de los aminoácidos de la proteína. Los estudios sobre la secuencia del AD confirmado que la célula utiliza todos los codones. Esto tiene una ventaja selectiva, pue reduce el posible efecto de las mutaciones dañinas. Si muchos codones no se usaran, la mutaciones podrían interferir más seriamente con la secuencia normal de la síntesis d proteínas. El uso de los 61 codones para los 20 aminoácidos plantea el problema de si hay un AR especial para cada codón. Los estudios sobre ARNt han revelado que hay menos de 6 estas moléculas. Es preciso admitir pues que un ARNt puede reconocer más de un co (aunque siempre para el mismo aminoácido). Crack propuso que esto sería posible si la base del anticodón tuviera cierto grado de movimiento que le permitiese establecer p hidrógeno con otras bases que no fuesen las complementarias normales. Esta hp i ótesis probó ser correcta. Y es así como G en la tercera poscó i i n puede aparearse c Y o C en el ARNm, y U puede interacco i nar con A o C.
EL CODÓN DE INCA I I CIÓN ES EL AUG Y EL DE TERMINACÓ I N UAG, UAA y UGA El ARNm se traduce en la dre i ccó i n 5’3,’ la ms i ma que se usó en la transcripción. La cadena polipeptídc i a se i mpre se orign i a a partir del extremo que lleva el NH 2 (amino term La “SEÑAL PARA LA INICIACIÓN” de la síntesis de proteínas es el CODÓN AUG, que ti una doble función. Cuando se halla en el comienzo del mensaje, el AUG representa el C DE INICIACIÓN, que en las bacterias (procariotas) codifica la N – formilmetionina (F- m mientras que cualquier otra posición codifica metinina. En los mensajeros de eucariot comienzo es también por el codón AUG, que utiliza un ARNt especial que dirige la incorporación de la metionina en vez de f – met. Universidad Católica los Ángeles de Chimbote - ULADECH
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La SEÑAL DE TERMINACIÓN está dada por los codones UAG, UAA y UGA, denomin CODONES SIN SENTIDO. Cuando al ribosoma llega el codón de terminación, la caden polipeptídica se completa y es liberada. LOS CODONES UAG, UAA y UGA no son reco por ARNt especiales, pero si por ciertas prot eínas, los FACTORES DE LIBERACIÓN, q ayudan en la terminación de la síntesis de proteínas. La DEGENERACIÓN DEL CÓDIGO GENÉTCIO reside en su mayor parte en el último nucleótido del triplete codón, sugiriendo que el apareamiento de bases entre este últim nucleótido del triplete codón, sugiriendo que el apareamiento de bases entre este últim nucleótido y el nucleótido correspondiente del anticodón no es estricto. Este fenómeno s denomina “BAMBOLEO”; el apareamiento del codón y del anticodón puede bambole a este sitio de apareamiento específico de nucleótido a nucleótido. Por ejemplo los dos co para la arginina, AGA, AGG, se pueden unir al mismo codón que tiene uracilo en su extre De manera semejante tres codones para la glicina, GGU, GGC y GGA pueden formar un bases a partir de un anticodón CCI. I es un nucleótido de INOSINA, una de las bases peculiares que aparecen en las moléculas de ARNt. El código de tres nucleótidos, o código de tripletes, fue ampliamente adoptado como de trabajo. Sin embargo, su existencia no fue realmente demostrada hasta que el cód finalmente descifrado, una década después que Watson y Crack presentaran por prim su modelo de la estructura del ADN. De todas maneras, aunque existen desviaciones del código universal, éstas son sólo variaciones menores. La casi universalidad del código indica un origen único. Si bien la variaciones ocasionales muestran que las asignaciones de codones pueden cambiar, e cambios ocurren muy raramente; aunque en la evolución temprana del código, estos podrían haber sido más frecuentes.
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LA REGULACÓ I N GENÉTICA
INTRODUCCION ¿Por qué las célua l s PROCARIOTAS y las EUCARO I TAS tienen estrategias ca l ramente destintas para regular la activd i ad de sus genes? En gran medida, estas diferencias reflejan las formas en que los organismos llevan s vida. Como las células bacterianas existen de manera independiente, cada célula de capaz de realizar todas sus funciones es enciales. Y dado que se desarrollan con rapid tienen tiempo de vida relativamente breve, portan poco “exceso de equipaje”. El tema dominante en la REGULACIÓN GENÉTICA de los PROCARIOTAS es “econom controlar la transcripción suele ser la forma má s eficaz en términos de costo para regul expresión genética. La organización de genes relacionados en operones que pueden a y desactivarse como unidades permite a estas células sintetizar sólo dos productos gen requeridos en un momento dado. Para este tipo de regulación es necesario un rápido re de ARNm, de modo que los mensajes no se acumulen y no sigan siendo traducidos cua se les requiere. Las bacterias rara vez regulan las concentraciones de enzimas degrad proteínas. Una vez que la síntesis de una proteína concluye, las moléculas proteínicas sintetizadas con anterioridad sediluyentanrápidoenlassubsecuentesdivisionescelula no suele ser necesario degradarlas. Sólo cuando las células padecen inanición o se priv aminoácidos esenciales se emplean enzimas que digieren proteínas a fin de degradar la ya no son necesarias para la supervivencia, y sus aminoácidos se recirculan. Las CÉLULAS EUCARIOTAS tienen diferentes requerimientos reguladores. En los o multicelulares, grupos de células cooperan entre sí en una división del trabajo. Como gen puede requerir regulación de diferentes formas en varios tipos de células, la regul genes eucarióticos es compleja y se realiza no sólo a nivel de la transcripción, sino tambi otros niveles de expresión genética. Además las células eucariotas suelen tener ciclo largos, durante los cuales deben reaccionar en forma repetida a diversos estímulos. E de sintetizar nuevas enzimas cada vez que reaccionan a un estímulo, estas células hac amplio uso de enzimas preformadas y otras proteínas que pueden pasar con rapidez d estado inactivo a otro activo. En los organismos multicelulares, la regulación genética se basa fundamentalmente e especificidad de la forma y la función de las células de cada tejido. Cada tipo de célula tie determinados genes activos y otros que tal vez nunca se utilicen. Al parecer, las ventaj adaptativas de la cooperación celular en los eucariotas superan, con mucho, a los efe adversos de portar una carga de genes inactivos a través de muchas divisiones ce Las célua l s cuentan con dos maneras básc i as de controa l r su activd i ad metabóic l a: pued regua l r la activd i ad de ag l unas enzm i as o co ntroa l r el número de enzm i as presentes. La regua l ción implica interacco i nes entre el ambe i nte químc i o de la célua l y proteí regua l doras especae i l s, codfic i adas por genes regua l dores. Por ee j mpo l , las célua l s d Escherichia coli abastecidas con el disacárido lactosa como fuente de carbono y energía, requieren de la enzima beta-galactosidasa para escindir (partir, dividir) ese disacárido células que crecen en un medio con lactosa fabrican aproximadamente 3,000 molécu beta-galactosidasa. Sin embargo, en ausencia de lactosa hay un promedio de una mole enzima por célula. En conclusión, la presencia de lactosa provoca la inducción de la p Universidad Católica los Ángeles de Chimbote - ULADECH
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de las molécua l s de enzm i a necesarias para degradarla. Se dc i e, entonces, que estas enzm i son INDUCIBLES. Por el contrario, la presencia de un nutriente determinado puede inhibir la transcripció grupo de genes estructurales. La Escherichia coli, como otras bacterias, puede sintetizar c uno de sus aminoácidos a partir de amoníaco y de una fuente de carbono. Los genes estructurales que codifican las enzimas necesarias para la biosíntesis del aminoácido triptófano, por ejemplo, están agrupadas y se transcriben en una única molécula de AR Este ARNm es producido continuamente por células en crecimiento si el triptófano no presente. En presencia de triptófano, se detiene la producción de las enzimas. Estas e cuya síntesis se reduce en presencia de los productos de las reacciones que catalizan, denominan REPRESIBLES.
1. La velocidad de síntesis de beta-galactosidasa, una enzm i a inducibe l producida p Escherichia coli, se incrementa dramáticamente cuando se añade lactosa al medio de crecimiento circundante. En tanto la lactosa sea abundante en el medio, la produc enzima continúa a su velocidad máxima. Sin embargo, cuando se elimina la lactos medio, la velocidad de síntesis de beta-galactosidasa cae inmediatamente. 2. Enausencia deunsustrato esencial, comoelaminoácidotriptófano,lasenzimas requerida para su producción se sintetizan a velocidad máxima. Sin embargo, si se añade trip al medio, la síntesis de estas enzimas se reprime rápidamente.
EL SS I TEMA DE OPERONES Todas las células presentan mecanismos para regular la expresión de los genes. De manera, las células procariotas y eucariotas, sintetizan en cada momento solamente a elementos que necesitan. A principo i de los años sesenta, JACOB y MONOD, del “ Instituto Pasteur de París”, propusieron un modelo denomn i ado OPERÓN para la reg ua l ción de la expresión génc i a en las bacterias
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En CADA OPERÓN se dfe i renca i n DOS CLASES DE GENES: 1. Los GENES ESTRUCTURALES (E1, E2, E3…, ) que codfic i an proteínas, particp i antes e un determn i ado proceso bo i químc i o. 2. Un GEN REGULADOR (R), que codifica a una proteína represora (PR) que puede encontrarse en la forma activa o inactiva y es el agente que controla materialment expresión. Existen además DOS REGO I NES que interve i nen en la regua l ción: 1. El PROMOTOR (p), es una zona donde se une la ARN-polimerasa y decd i e el inco i i d transcripción. 2. El OPERADOR (O), que posee una secuenca i reconocida por la “proteína represora activa”, cuando se bloquea el operador con la proteína represora, impide el avance de la ARN-polimerasa y la transcripción se interrumpe, con lo que se orign i a el proceso cono como represión génc i a. Un medo i principal de regua l ción genética en las bacterias es el ss i tema operón. Un oper comprende al promotor, a los genes estructurae l s y el operador. Los genes estructurales del operón codifican un grupo de proteínas funcionalmente relacionadas y se transcriben como una sola molécula de ARNm. La transcripción es controlada por secuencias en el promotor y en el operador, adyacentes a los genes estructurales y capaces de unir proteínas específicas. El promotor contiene un sitio d la ARN-polimerasa y puede contener un sitio de unión para el complejo CAP -AMP CIC operador es el sitio de unión para un represor, proteína codificada por otro gen, el reg que puede estar localizado a cierta distancia en el cromosoma bacteriano. El operado puede superponer con el promotor, con el primer gen estructural, o con ambos; cuan represor se une a la molécula de ADN en el sitio operador, la ARN -polimerasa no pued la transcripción del ARNm. Cuando el represor no está presente, la ARN-polimerasa p unirse al ADN y comenzar su movimiento a lo largo del cromosoma permitiendo que o transcripción y la síntesis de proteínas. El OPERÓN LAC es un ejemplo de un OPERÓN INDUCIBLE. Pasa de “DESCONECTA “CONECTADO” cuando un inductor se une al represor y lo inactiva. Otros operones, co OPERÓN TRP, son OPERONES REPRESIBLES. Estos pasan de “CONECTADO” a “DESCONECTADO” por la acción de un correpresor , que se une a un represor inactivo activa al represor y se une al operador. Tanto la inducción como la represión son formas d
regulación negativa.
La regulación positiva de algunos operones la suministra la unión del complejo CAP -A ejemplo, cuando hay glucosa en la célula, los niveles de AMP cíclico son bajos y el com CAP-AMPc no se forma. Cuando la glucosa se agota, aumentan los niveles de AMPc y s forman complejos CAP-AMPc que se unen luego al promotor. Con la lactosa presente (y represor inactivo) y el complejo CAP-AMPc en su lugar, la ARN-polimerasa también se promotor y ocurre la transcripción desde el operón. En un operón, la síntesis de proteínas está regua l da por interacco i nes que invou l cran a u represor y a un inductor o be i n a un represor y a un correpresor. o
En los SISTEMAS INDUCIBLES, como el OPERÓN LAC, la molécu activa, hasta que se combina con el inductor (en este caso, aoa l l ctosa).
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En los SISTEMAS REPRESIBLES, como el OPERÓN TRP, el repres o cuando se combina con el correpresor. Los operones inducibles y represibles son ambos desconectados por proteínas represo codificadas por genes reguladores. El represor se une al ADN en el operador y evita, d forma, que la ARN-polimerasa inicie la transcripción. o
Enlosoperonesinducibles,elinductorcontrarrestaelefectodelrepresoruniéndoseaél ymanteniéndoloenunaformainactiva.Así,cuandoelinductorestápresente,elrepresor ya no puede unirse al operador y pueden proseguir la transcripción y la traducción
1. La INDUCCÓ I N ENZIMÁTICA, como en el caso del operón lactosa, que regua l la sínte de las enzm i as encargadas de metaboiz l ar la lactosa. Las tres enzm i as necesarias para la utilizacó i n de la lactosa son: BETA-GALACTOSIDASA BETA-GALACTOSIDO PERMEASA TRANSACETILASA o o o
La síntesis de todas ellas Regulada de manera coordinada por una unidad denomi OPERÓN. El “operón lactosa” está compuesto por tres genes estructurales, Z, Y y A, q codifican las tres enzimas mencionadas y por dos elementos reguladores, el PROM (P) y el OPERADOR (O). Los genes para las tres enzimas siempre son transcritos a la v en un solo ARNm policistrónico, lo que implica por que siempre se expresan j u
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Como puede verse en el esquema, cuando aparece la lactosa (molécula inductora), se une a la proteína represora inactivándola; entonces el complejo inductor -represor se separa del operador, permitiendo el funcionamiento del oper ón.
EL INDUCTOR SE UNE A LA PROTEN Í A REPRESORA La afinidad de la unión del represor al operador está regulada por el INDUCTOR, u pequeña molécula que puede unirse al represor. El inductor natural del operón lac AALOLACTOSA, un metabolito de la lactosa; cada subunidad del represor tiene un unión para el inductor, que provoca un cambio conformacional por el cual el repre puede unirse al operador. De esta manera la presencia del inductor permite la tran del operón LAC, que ya no es bloqueado por el represor.
LOS REPRESORES SE UNEN DENTRO DE LOS PROMOTORES A IMPIDEN LA INSERCÓ I N DE LA ARN POLM I ERASA El PROMOTOR (P) es el segmento de ADN donde se fija la ARN -polimerasa al inicia transcripción. La ARN-polimerasa se une a una región de aproximadamente 80mnucleótidos de ADN y, el sitio de unión de la ARN-polimerasa se superpone a la r cubierta por el represor (es decir, el operador). Experimentos “IN VITRO” han dem que el represor unido al operador bloquea la fijación de la ARN-polimerasa. En consecuencia la forma como funcionan los represores es muy simple; se unen al pr e impiden la fijación de la ARN-polimerasa.
2. La REPRESIÓN ENZIMÁTICA, el ee j mpo l es el operón triptófano, que regua l la síntesis d las enzm i as que interve i nen en la síntesis del triptófano. El OPERÓN TRIPTÓFANO codifica las cinco enzimas que se requieren para la sín este aminoácido. Desde hace mucho tiempo se sabía que la expresión de este oper regulada por el nivel de triptófano en el medio de cultivo, y que su presencia produ “represión” de la síntesis de enzimas Trp. Este otro mecanismo que permite la sínt enzimas únicamente cuando las necesita. Universidad Católica los Ángeles de Chimbote - ULADECH
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Enlosoperonesrepresibles,enausenciadelcorrepresor,elrepresorseencuentra inactivo.Enesteestado,latranscripciónylatraducciónocurrenpermanentemente.En presenciadeuncorrepresor,seformauncomplejorepresor-correpresoryelrepresor se activa. Así puede unirse al operador bloqueando la transcripción.
También puede explicarse la represión enzimática sobre la base de un modelo pare descrito para la inducción enzimática en el operón lactosa. En la represión enzimá gen regulador produce una proteína que normalmente es inactiva. El represor, al u un metabolito denominado “CORREPRESOR” (en este caso el aminoácido triptófa un cambio de configuración que le permite unirse al operador e inhibir la unión de la polimerasa al promotor Trp. La afini dad del represor para unirse al operador es normalmente baja, pero aumenta por la acción del correpresor. Esto es lo contrario d que ocurre con el operón lac, que tiene actividad propia y pierde afinidad por el ope cuando se une al inductor. MECANS I MO DEL OPERON La transcripción de los genes estructurales depende frecuentemente de la actividad de gen, EL REGULADOR, que puede estar localizado en cualquier lugar del cromosoma bacteriano. Este gen codifica para una proteína llamada REPRESOR(A), que se une al OPERADOR. Cuando un REPRESOR está unido al OPERADOR, obstruye al PROMOTO consecuencia, la ANR-polimerasa no puede unirse a la molécula de ADN, o, si se une, no puede comenzar su movimiento a lo largo de la molécula. El resultado en cua lquier cas mismo: “no hay transcripción del ARNm”. Sin embargo, cuando se remueve el represor pued comenzar la transcripción. Universidad Católica los Ángeles de Chimbote - ULADECH
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La capacidad del REPRESOR para unirse al OPERADOR y así bloquear la síntesis de proteínas depende a la vez de otra molécula que funciona como un EFECTOR. Depend del operón, el efector puede activar o bien inactivar al represor para ese operón en pa Por ejemplo cuando está presente la lactosa en el medio de cultivo, el primer paso en s metabolismo produce un azúcar íntimamente relacionado, la ALOLACTOSA que se un REPRESOR y lo inactiva, separándolo del OPERADOR del operón lactosa. Como resultado de esto, la ARN-polimerasa puede comenzar su movimiento a lo largo molécula de ADN, transcribiendo los genes estructurales del operón en ARNm. En e operón triptófano (trp), la presencia del aminoácido activa al represor, que luego se u operador y bloquea la síntesis de las enzimas innecesarias. Tanto la alolactosa como e triptófano, así como las moléculas que establecen interacciones con los represores d operones, son efectores alostéricos, que ejercen sus efectos causando un cambio en la configuración de la molécula del represor.
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III UNIDAD GENÉTICA, BO I TECNOLOGA Í E INGENIERÍA GENÉTICA GENÉTICA
INTRODUCCION La ciencia genética es un campo de estudio fascinante e importan te. Los procesos g son esenciales para la comprensióndela vida, la informacióngenéticadirige el funcion de la célula, determina la apariencia externa de un organismo y sirve de unión entre generaciones en todas las especies. La palabra genética viene de generes, y estos son su objeto central de estudio. ¿Qué e gen? Un gen es un segmento de una molécula ci ntiforme con forma de una escalera d llamado Acido Desoxirribonucleico (ADN) EL ADN es el material hereditario que pa generación en generación, y de esta molécula depende las características inherentes especie. Todas las características externas e internas de un organismo dependen de los gene genes son la causa, el origen de las características y controlan los rasgos únicos de u especie, sean estructuras o procesos. Antiguamente se pensaba que las jirafas provenían del cruce de caballo con leopard actualmente se sabe que proviene de jirafas, lo que sucede es que el ADN es capaz d producir copias de si mismo, permitiendo que se generen y persistan a lo largo del tie nuevas replicas de células y organismos. Los genes no son inmutables, cambian a través del tiempo; esta propiedad se llama mutabilidad, la mutabilidad es una de las bases de la evolución. Las mutaciones genétic relacionan con la variabilidad de las especies. Entonces po demos definir a la genética estudio de los genes a través de su variación. La genética es el corazón de la boo i l gía. Los descubrime i ntos de la genética han sd i fundamentae l s, a tal punto que han permtid i o enlazar las dv i ersas ds i cipin l as boó i l gicas.
GENETICA 1. DEFINCO I I N La genética es una rama de la biología que estudia los mecanismos de la herencia, decir, la transmisión de características biológicas de una generación a otra, de los p los hijos; estudia las leyes que rigen la herencia, sus bases moleculares y las variacio que ocurren en la transmisión de caracteres hereditarios. 2. HS I TORIA DE LA GENETC I A Unas de las observaciones hechas por el hombre desde épocas primitivas es el he que los seres vivos son capaces de transmitir sus características de la descendenc Hebreos, Griegos y otros pueblos de la antigüedad aplicaron de manera empíricas e observaciones en la crianza del ganado y en la agricultura. Universidad Católica los Ángeles de Chimbote - ULADECH
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Muchos de los hechos sociales del esclavismo estaba ligado al convencimiento de fecundación de transmiten las caracterizas de los padre a los hijos. Hipócrates, qu el primero en enseñar sobre la herencia, creía que en el semen del hombre se enc todo los elementos representativos del ser humano, incluso los adquiridos, señalab calvo tendrá hijos que serán calvos, y el que tiene ojos azules engendrará hijos que t ojos azules. Aristóteles discrepaba respecto a los caracteres adquiridos, señaland semen actúa modelando la sangre materna en la formación del descendiente. Bajo los criterios desarrollados por Platón, se promovía como política de estado la reproducción y el cuidado de aquellos individuos mejor dotados, impidiendo en m casos la reproducción de los esclavos, a quienes se le consideraban inferiores, Sóc también fue de la misma opinión. En sentido opuesto se pronuncia Demócrito sos que la capacidad de los individuos se debía más a la capacitación que a la predispo heredada. Es interesante observar como muchos estudios son utilizados por ciertos sectores para mantener sus estados de dominación clasista. En nuestros tiempos aún se m algunas de esas ideas primitivas, se promueve los métodos de control de la natalid utilizando nuevos argumentos tales como la falsa idea de la superpoblación, y alen la xenofobia de las razas fuertes sobre las débiles. Durante el feudalismo, por limitado desarrollo del conocimiento objetivo , no se gen aportes teóricos sobre la herencia; más aún la tendencia general era de aceptación tá del designio divino. En el renacimiento predominó la teoriza de la preformación, planteada por Aristót retomada y desarrollada por Malpighi (1628-1694), según la cual un organismo en homúnculo esta preformado en el ovulo o en el espermatozoide. El botánico Linneo, realizo cruces con diversas especies, obteniendo muchos híbrid embargo, debido a su religiosidad no aceptaba la posibilidad de que se originen nu especies partir de los cruces. En el año 1761, Koelreuter publicó los resultados obte en sus cruces con plantas de tabaco. Entre 1830 y 1837 Carls Federico Gaertner ex sus más de 9,000 resultados de hibridación vegetal a la Academia de la Ciencia de Haarlern (Holanda). Naudin, botánico reconocido, presentó el resultado de sus trab 1838. También son importantes los trabajos de Maupertuis (1752) sobre la polidactilia y d que en 1820 estudió la transmisión hereditaria de la hemofilia. Sin embargo es rec 1865 cuando la Genética tiene su origen como rama científica con la publicación d hallazgos hechos por Gregor Mendel al cultivar guisantes “Phisum sativum”. Johann Gregor Mendel nació en 1822 en la aldea de Heizendorf. Fue hijo de camp Como consecuencia de sus necesidades económicas tuvo que abandonar sus estud filosofía en la Universidad de Viena e ingresar como monje agustino en el Monaste Bruno (actual república checa), al hacerse monje adoptó el nombre de Gregorio, c conoce actualmente.
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El mayor mérito de Mendel fue el modo en el que abordó sus trabajos; observó y an características de las plantas de arvejas de forma aislada, a diferencia de los anter experimentos que habían tomado en cuenta los caracteres globales. No se conocía a aquella época los genes ni su localización en los cromosomas y núcleo celular. En 1888 Waldeyer acunó el térmn i o Cromosoma para cuerpos celua l res que Homeist había observado en 1848. No fue sino hasta el año de 1900 en que los trabajos de Mendel fueron revalorados Correns, Tschermak Y Hugo de Vries llegaron a las mismas conclusiones. Luego ve aporte del genetista inglés Reginald Punnett. En las primeras décadas del siglo XX, Sutton, Boveri y Morgan demostraron que lo descritos por Mendel como factores estaban situados en los cromosomas. Morgan y colaboradores revelaron en la “mosca de la fruta” Drosophilamelnogaster la base gené de la determinación del sexo y la herencia ligada al sexo. El más importante de los principo i s establecidos por Morgan y sus colegas fue que lo factores de Mende,l los genes, están ubicados en los cromosomas. En 1927, Muller demostró que se podía inducir la mutación de los genes meda i nte la a de los rayos X. En 1941. Beadle y Tatum pa l ntearon la correa l ción: un gen una enzm i a; es decr, i que u gen orign i a a una enzm i a. En 1953, James Watson, Francis Crack y Maurice Wilkins plantearon el modelo de hélice para explicar la estructura del ADN. Sus trabajos se basaron en el aporte de Pauling, Edwin Chargaff y Rosalind Franklin. A partir de este modelo el desarrollo d Genética ha sido vertiginoso, está revolucionando las ciencias biológicas.
3. APLICACO I NES DE LA GENETICA Como se ha señalado, desde tiempos antiguos se aplico el conocimiento empírico herencia en el aumento de la producción agrícola y ganadera en el cruzamiento d especies vegetales de grandes frutos y de especies de animales productoras de m
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carne, leche o huevos. En al actualidad se trabaa j en el mejoramiento genético de la espece i s. Gracias a la genética se ha logrado la prevención y el tratamiento de diversas enfermedades asociadas a la herencia, tales como la eritoblastosis fetal y la diabe mellitus. Actualmente por ejemplo; se produce insulina para los diabéticos, utilizan (ADN) que se incorpora a bacterias; del mismo modo como se produce ínter leucin los que padecen de enfermedades inmunitarias. Mediante la técnica de hibridación del ADN se puede realizar estudios de evolució seres vivos; de lo que a su vez permite establecer los parentescos entre diferente especies. La técnc i a de co l nación, produccó i n de idénticos, si se aplicara en la ganadería a gra escaa l podría servr i para satisfacer el hambre de muchos países. El establecimiento de la paternidad en casos de problemas judiciales se puede so con la llamada prueba del ADN. Esta misma prueba permi te, en base de análisis d cadáveres, dar con la identidad de individuos desaparecidos. La principal limitación que se sigue observando es que el conocimientos y los logro obtenidos no se encuentran al servicios de los amplios sectores de la humanidad, s están sujetosal control delasclasesdominantesy delosgrandes consorciosimperia
4. CONCEPTO BASC I OS: Gregorio Mendel, considerado el iniciador de la genética, acuño algunos términos p utilizarlos en la descripción de sus experimentos tales como: generación p (paren generación F1 (1ra. filial), generación F2 (2da. filial), factor dominante y factor Con el paso de los años y los avances de la ciencia se ha ido sumando nuevos térm conceptos tales como: gen, alelos, carácter, cromosomas homólogos, locus, loci, ge fenotipo, etc. La transmisó i n de caracteres de generación ocurre cuando los organs i mos se reproduce y los descende i ntes se desarrola l n manfe i stando las características heredadas.
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GENERACION PATERNA (P) En la reproducción sexual típica participan dos progenitores; uno es el macho representando con el símbolo de Marte (dios de la guerra); y el otro es la hemb representando con el símbolo de Venus (diosa de la fecundidad ). Los padres es Mendel denominaba la generación P (paterna). Los progenitores forman células especializadas llamadas gametos (Gamos = e El gameto masculino en los animales es una célula flagelada conocida como espermatozoide y el gameto femenino es inmóvil y ovoide llamada consecuente ovulo (huevo pequeño). En las plantas superiores los gametos son los anterozoi ovocélula y la célula polar. GENERACION FILIAL (F) Los gametos se fusionan en el proceso de fecundación originando el huevo (cip zigoto), que al desarrollarse fuera o dentro del cuerpo de la hembra origina un in o hijo que constituye la pr imera generación o generación F1 (Filium = hijos, tribu descendencia de la primera generación se denomina F 2.
LA MOLECULA HEREDITARIA : EL ADN Los seres vivos poseen muchas características, algunas de ellas son comunes a to las especies, otros son patrimonios de solo algunas especies y existen incluso características específicas a grupos muy pequeños de individuos de una espe Las características biológicas heredables son aquellas que se han ido desarrolla lo largo de la evoluciona y que no dependen directamente de los procesos de la socialización. El habla, el comportamiento social y sexual, la actitud para el dep las matemáticos no son heredables pues se adquieren según el estimulo recibid durante el desarrollo. Universidad Católica los Ángeles de Chimbote - ULADECH
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Las características biológicas heredables dependen de la existencia de un tipo e de información a nivel molecular, contenida en las moléculas de acido desoxirribonucleico o ADN constituyendo su material genético. En las eucariot ADN se encuentran formados parte de la cromatina y, cuando esta se condensa parte de los cromosomas. Los organismos que se reproducen sexualmente heredan a través de los gameto sus progenitores los cromosomas, la cromatina y el ADN de s u progenitor. En cu caso, las cantidades heredadas de cada uno son equivalentes y en la misma proporción. Es decir, cada individuo recibe la mima cantidad de información de c progenitor. Por ello en cada individuo los segmentos de ADN, cromatina y crom se hayan en pares.
Cuandolosgametossecombinanparaformaruncigoto,ésteyelembriónresultantetienen pareshomólogosdecromosomas,peroencadaparunmiembroserádeorigenmaternoyotro será paterno. Cada par portará genes alélicos.
CROMOSOMAS Los cromosomas se definen como cuerpos de cromatina (ADN y Proteínas) con Durante la reproducción cada gameto es portador de la mitad del número cr om que caracteriza a una especie dada. Cuando se forma el cigoto en su núcleo encontraremos pares de cromosomas morfológicas y genéticamente similares. C esta formado por uno de origen paterno y otro de origen materno, este par de cromosomas se denomina homólogos (homo = igual), de acuerdo a los postulad teoría cromosomita de Morgan, los cromosomas son l os cuerpos que portan los o
o
LOCUS Es el lugar físc i o que ocupa un gen dentro de los cromosomas. LOCI Evidentemente un cromosoma porta muchos genes y por lo tanto existen much locus. El conu j nto de los locus de un cromosoma se denomn i a loci.
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GEN Palabra griega que significa llegar a ser o convertirse en algo. Los genes son los de la herencia, las unidades que determinan la transmisión de caracteres (gen = Según Banzer se trata de un cistrón es decir, un fragmento limitado de ADN, co secuencia especificadenucleótidos,que tiene información y por tanto codificapa formación de un polipéptido. En los escaritas el descubrimiento de la maduración del ARNm permitió definir a genes como fragmentados o discontinuos, por que están constituidos por secue modificantes o exones y secuencias no codificantes o intr ones. ALELOS (genes alelomorfos) Son las variantes hereditarias de un gen, es decir segmentos de ADN que contro carácter biológico porque contienen información diferenciable en su expresión han surgido a lo largo de la evolución como co nsecuencia de mutaciones que ha modificado la secuencia original de nucleótidos en el segmento de ADN. En los organismos diploides (con dos juegos cromosómicos) los caracteres biol son controlados en algunos casos por pares de alelos, es decir gen es que contie información para una misma característica y localización en el mismo locus de u cromosomas homólogos .Un par de alelos siempre estas formado por uno que s del padre y otro de la madre.
GENOTIPO Es la carga o constitución genética de un individuo; es decir la clase de alelos q en sus células; a veces los dos alelos heredados son iguales, lo que da lugar a dos genotipos: genotipo homocigoto y genotipo heterocigoto. GENOTIPO HOMOCIGO O PURO Cuando dos genes aeo l l s son idénticos. Se les llama homocg i oto domn i ante cuand los dos son domn i antes y se denotan, por ee j mpo l : AA. Ora t s veces los dos gen o
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o
son recesivos a lo que se denomn i a homocg i oto recesivo y se denota, Ee j mpo l s: a En los otros tipos de los aeo l l s se sg i ue el ms i mo patrón. GENOTIPO HETEROCIGOTE O HIBRIDO Cuando los dos genes alelos son diferentes. Ejemplo: uno dominante y otro re el primero se denota con la letra mayúscula y seguidamente se presenta el rec con una letra minúscula, Ejemplo: Aa
FENOTIPO Es el resultado de los genes alelos y su interacción. Se trata de las característica observables, visibles y detectables de un organismo; tales como y tamaño, form textura, color, brillo, olor, etc. Para determinar un fenotipo se puede requerir de por ejemplo para decir que una persono es grupo sanguíneo A Rh positivo se req un análisis de un grupo sanguíneo. El fenotipo que depende de aeo l l s domn i antes se denomn i a carácter domn i ante, me i ntra el dependiente de los aeo l l s recesivos se denomn i a carácter recesivo. GENÉTICA MENDELIANA
PRINCIPIOS Y LEYES DE MENDEL Mendel eligió para sus experimentos el guisante (Phisum sativum) común de jardín, co también como “legumbre”, “chícharo” o “arveja”. Al escoger a la “arveja” tomo en c siguiente: 1. Fácli ds i posicó i n de muchas variedades que se podían cultivar. 2. Los guisantes tienen flores que se autofertilizan. En sus experimentos Mendel extrajo todos los estambres de las flores de un grupo de para convertirlas en femeninas, luego las polinizó con polen de otras plantas y obtuvo la Para obtener la F:2 dejó que las plantas de la F:1 se auto polinizaran. Universidad Católica los Ángeles de Chimbote - ULADECH
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Mendel estudió caracteres opuestos en las pa l ntas de arvejas, los sg i uientes caracteres fu estudiados para establecer sus postua l dos: Carácter Domn i ante Recesv i o Forma de la semlla i Ls i a (redonda) Rugosa (Arrugada) Color de la semlla i Amarillo Verde Poscó i i n de la flor en el talo lAxia-a l lo largo del talo l Termn i al-enla punta Color de la cube i rta de la semlla i Gris Ba l nca Forma de la vaina oi fruto Ls i a (Inflada) Rugosa (Arrugada) Color de la vaina Verde Amarillo Atu l ra Ato l (largo) Bajo (Corto) El carácter del color de la flor de las “arvejas” también fue estudiado por Mendel, pero no lo consideró carácter dominante ni recesivo.
LOS 7 CARACTERES ESTUDA I DOS POR MENDEL EN Phisum sativum
Mendelhizopublicosustrabajosel 8defebrerode yel8demarzode1865endosreunionesde laSociedaddeHistoriaNaturaldeBruno.Deacuerdoadatos muyrecientes,tambiénexperimento con ratones, sin embargo, sus trabajos no fueron publicados por cierto pudor religioso.
PRINCIPIO DE LA UNIFORMIDAD Y LA RECP I ROCIDAD (Principio de la domn i ancia) Del cruce de dos líneas puras la primera generación filial (F:1) estará formada por ind idénticos que presentan solo uno de los caracteres al ternativos paternos, cualquiera q dirección del cruce. Mendel tomó plantas altas (trepadoras) y plantas enanas (matas) de línea pura, es d homocigotos, realizó cruzamientos entre estos dos grupos de plantas; y obtuvo una descendencia F:1 donde todas las plantas eran altas (trepadoras). GeneraciónP : Pa l nta ata l x pa l nta enana. Generación F1 : Plantas ata l s. Esta ca l se de apareame i nto se le llama cruce monohíbrido ya que es sólo para u característica; en este caso la tala l de la pa l nta. En la generación F:1 formada, las pa l ntas ata l s eran más ata l s que la generación P.
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¿Cómo se expic l a que del cruce de dos pa l ntas, una ata l y una enana, de descende i ntes s pa l ntas ata l s? ¿Que sucedó i con el carácter enano? La explicación se encuentra en que los individuos cruzad os de la generación paterna homocigotos .La planta alta era homocigoto dominante (AA) y la planta enana homoc recesiva (aa); el resultado del cruce genera heterocigotos (Aa) donde el alelo dominan expresa y el alelo recesivo (a) no se expresa en el fenotipo final . El rasgo enano no sea ha expresado, pero la descendencia porta el gen recesivo (a).
Los resuta l dos del cruzamiento son la F:1 (primera generación) y se expresan de la sg i uie forma: GENOTIPO Proporcó i n genotípc i a 4/4 Aa (Heteroci gotas) Probabilidad porcentual genotípc i1 a00% Aa (Heterocigotas) FENOTIPO Proporcó i n fenotípc i a 4/4 ata l s Probabilidad porcentual fenotípc i a100% ata l s LEY DE LA SEGREGRACO I N Y PUREZA DE LOS GAMETOS También es conocd i a como ley de la ds i yuncó i n. Mendel la pa l nteó así: Los caracteres
hereditarios están controlados por pares de factores hereditarios, los cuales se separan durante la formación de gametos.
Actualmente, se plantea de la siguiente forma: Los dos miembros de una pareja genétic distribuyen separadamente entre los gametos, de modo que la mitad de gametos lleva u miembro de la pareja y la otra mitad el otro. Mendel tomo dos pa l ntas de la F:1 y las cruzó obteniendo una F:2, donde el 75% de las pl eran ata l s y el 25% enanas, es decr, i se daba una rea l ción 3:1. Generación F 1 : pa l nta ata l x pa l nta ata l . Generación F 2 : 75% pa l ntas ata l s, 25% pa l ntas enanas. ¿Cómo se expic l a que del cruce de dos pa l ntas ata l s se obten ga como descende i ntes pa l nta enanas? Universidad Católica los Ángeles de Chimbote - ULADECH
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La explicación se encuentra en que los individuos cruzados de la F:1 eran heterocigo De acuerdo a la ley de la segregación los gametos serían el 50% con el factor domina el 50% con el factor recesivo (a). Al producir las fecundaciones, 3 de las cuatro posibi llevan por lo menos un gen dominante por lo que son altas y uno resulta ser homocigo recesivo (aa) y manifiesta el fenotipo de planta enana (baja).
Los resuta l dos del cruzamiento son la F2 (segunda generación) y se expresa de la sg i u forma: GENOTIPO Proporcó i n genotípc i a 1/4 AA : 2/4 Aa : 1/4 aa Probabilidad genotípc i a 1/4 AA : 1/2 Aa : 1/4 aa Probabilidad porcentual genotípc i a 25% AA : 50% Aa : 25% aa Relación genotípc i a 1AA : 2Aa : 1 aa FENOTIPO Proporcó i n fenotípc i a 3/4 ata l s : 1/4 enanas Probabilidad fenotípc i a 3/4ata l s : 1/4enanas: Probabilidad porcentual fenotípc i a 75% ata l s : 25% enanas Relación fenotípc i a 3 ata l s : 1 enana Este cruzamiento también se puede resolver usando el tab lero de Punnett, llamand honor al genetista que lo propuso. El tablero de Punnett es un conjunto de cuadricula utiliza para realizar las posibilidades de fecundación de una forma ordenada. El tablero de Punnett tiene la sg i uiente estructura: TABLERO DE PUNNETT ♀ Gameto Gameto ♂ femenino femenino Gameto 25% 25% mascuin l o Cuadrilua l 1 Cuadricula 2 Gameto 25% 25% mascuin l o Cuadricula 3Cuadricula 4 n = número de generaciones Universidad Católica los Ángeles de Chimbote - ULADECH
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Si utilizamos el tablero para el cruce anterior, la solución seria:
Seconsidera comoproporcó i ngenotípc i a : 1 : 2 : 1. y como proporcó i n fenotípc i a : 3:1
LEY LA DS I TRB I UCO I N INDEPENDE I NTE DE LOS CARACTERES También llamada distribución de la libre combinación de factores hereditarios. Men d que cuando dos o más factores hereditarios se agregan simultáneamente la distribu cualquier de ellos es independiente de los demás. Actualmente se sostiene que durante la formacó i n de la célua l sexua,l en cada gameto s incluye solamente un gen de cada par. En el guisante Mendel encontró que la semlla i amarilla (A) era domn i ante a la semlla i ve y que la forma lisa de la semlla i era domn i ante (B) sobre la rugosa (b). Cuando se cruza una pa l nta de semillas amarillas y redondas (AABB) con una pa l nta d semlla i s verdes y rugosas (aabb) se obtiene pa l ntas de semlla i s amarillas y redondas (AaB Universidad Católica los Ángeles de Chimbote - ULADECH
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P: pa l ntas de semllas i amarillas y lisas x pa l ntas de semlla i s verdes y rugosas AABB aabb F1: pa l ntas de semillas amarillas y lisas AaBb ¿Cómo se expic l a este resultado? Primero, hay que tener en cuenta que se trata de dos caracteres: el color de la semlla i ,y forma de la semlla i . Segundo, para el color de la semlla i tenemos el aeo l l domn i ante A (amarillo) y el aeo l l rece a (verde), para la forma, el aeo l l domn i ante B (lisa) y el aeo l l b (rugosa). Tercero, debd i o a la independencia de los pares de aeo l l s, o sea del que determn i a el color respecto al que determn i a la forma, se tiene los sg i uientes game tos:
Cada gameto posee un gen para el color y otro para la forma. Además los gametos de progenitor son (AB) y los gametos del segundo progenitor son (ab). Los resultados de fecundación siempre darán AaBb. La fecundacó i n se puede representar en un tablero de Punnett de 16 posblid i i ades o en u resumido de solo una posblid i i ad. TABLERO DE PUNNETT DE 16 POSIBILIDADES
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Cuando se cruza dos pa l ntas F1 de semlla i s amarillas - lisas (AaBb) se obtiene 9 amarilla lisas, 3 amarillas - rugosas, 3 verdes - lisas, 1 verde - rugosa.
GENOTIPO Proporcó i n genotípc i a: 1/16 AABB; 2/16 AaBB; 2/16 AaBB; 4/16 AaBb; 1/16 AAbb; 2/16 Aabb; 1/16 aaBB; 2/16 aaBb; 1/16 aabb. Probabilidad genotípc i a: 1/16 AABB; 1/8 AABb; 1/8 AaBB; 1/4 AaBb; 1/16 AAbb; 1/8Aabb 1/16 aaBB; 1/8 aaBb; 1/16 aabb. Relación genotípc i a: 1 AABB; 2 AABb; 2 AaBB; 4 AaBb; 1 AAbb; 2 Aabb; 1 aaBB; 2 aaBb; 1 aabb. FENOTPC I I O Proporcó i n fenotípc i a: 9/16 amarilla - lisas : 3/16 amarillas - rugosas; 3/16 verdes - lisas : 1/16 verdes - rugosas. Probabilidad fenotípc i a9/1 : 6 amarillas - lisas : 3//16 amarillas - rugosas; 3/16 verdes - lisas : 1/16 verdes – rugosas Relación fenotípc i a: 9 amarillas - lisas : 3 amarillas - rugosas; 3 verdes - lisas : 1 verde - rugosa ¿Cómo se explica la relación entre genotípico y fenotipito en estos casos? Recuerde que el aeo l l A es para semlla i amarilla y es domn i ante sobre su aeo l l a que es pa semlla i verde. Recuerdas també i n que el aeo l l B es para semlla i lisa y domn i ante sobre su aeo l l b que es p semlla i rugosa. Por lo expuesto, anaiz l a la sg i uiente rea l ción genotípc i a y su correspondiente rea l fenotípc i a. Universidad Católica los Ángeles de Chimbote - ULADECH
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RELACO I N GENOTIPICA 1 AABB 2 AABb 2 AaBB 4 AaBb 1 AAbb 2Abb 1 aaBB 2 aaBb 1 aabb
Se expresan los genes RELACO I N FENOTIPC I A 9A_B_
9 amarillas - lisas
3 A _ bb
3 amarillas - rugosas
3 aaB _
3 verdes - lisas
3 aabb
1 verde - rugosa
.
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GENÉTICA POSTMENDELIANA CT I OGENÉTICA GENERAL Y HUMANA INTRODUCCION
GENETICA POSTMENDELIANA
En la primera década del siglo XX se observó que algunos heterocigotos mostraban ra intermedios, lo que contradecía la herencia descubierta por Mendel o de la dominanc completa, este tipo de herencia sería llamada con el tiempo NO MENDELIANA. Sin e dominancia completa no es lo esencial de las leyes de Mendel, lo importante de ellas e forma en que se transmiten las características biológicas. Mendel y los Mendelistas a con el descubrimiento de los principios básicos que rigen la herencia de las plantas y e animales. Por elo l se prefiere usar el concepto de herenca i Postmendeia l na para referirse a la que s desarrola l después de los aportes de Mendel y de los Mendeis l tas. La Dominancia incompleta es la interacción génica en la cual los homocigotos son fenotípicamente diferentes a los heterocigotos. Los cruzamientos que tienen una dom incompleta son aquellos en los que no existe rasgo dominante, ni recesivo. Suponiend forma de los ojos estuviera determinada por un gen cuyo homocigoto dominante da fo grande y redonda y el homocigoto recesivo da una forma semi-alargada, y el heterocig resulte con forma achatada y más alargada que la de cualquier progenitor homocigoto p esta característica, se puede tener el ejemplo en los progenitores IJ y KL y most rándo heterocigoto IJKL. Hay dos tipos: Herencia Intermedia (Domn i ancia incompleta) En los cruzamientos que hay una herencia intermedia o sin dominancia, los individuo heterocigotos para cierta característica expr esan una "condición intermedia" de los alelos. Por ejemplo: al cruzar dos plantas de líneas puras, una con flores rojas y otras flores blancas, la generación filial uno será 100% heterocigota y 100% plantas con flo rosadas. Para simbolizar los genes de los individuos se usa la letra inicial del rasgo (en anterior C - color de la flor-), en mayúscula y la letra inicial de las distintas expresione mismo (Rojo o Blanco), en minúscula y superíndice. Por ejemplo, en la herencia del color de algunas flores el genotipo C RCR expresan colo el genotipo CBCB expresa blanco, mientras el genotipo CRCB expresa el color rosado, color rojo no es dominante sobre el blanco ni viceversa, sino que se expresa un color intermedio: el rosado.
Las plantas híbridas F1 tienen un fenotipo diferente (flores rosadas) de cada uno de lo Esto es un ejemplo de dominancia incompleta. Cuando las plantas híbridas F1 se auto fertilizan, ambos fenotipos paternos (plantas con flores rojas y plantas con flores bla n reaparecen en la generación F2.
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Codomn i ancia (Domn i ancia incompleta) En los cruzamientos en los que hay codominancia, en los heterocigotos los dos genes a expresan, pero sin "unirse". Por ejemplo: en la “achira” (Cannaedulis) del cruce de planta flores rojas CRCR con plantas de flores amarillas CACA resultan plantas con flores amar manchas rojas CRCA. ¿Cómo se explica el fenotipo de las plantas de flores manchadas genes CR y CA se manifiestan y dan origen a enzimas que participan en la elaboración d pigmentos rojos en una parte de la flor y pigmento amarillo en otras partes de la misma flo tal manera que los colores no se mezclan sino que se expresan por separado.
ALELOS LETALES Los aeo l l s letae l s son aeo l l s mutantes que causan la muerte de los indivd i uos. El alelo que causa la muerte de un organismo es llamado alelo letal y el gen involucra llamado gen esencial. Genes esenciales son genes que al mutar pueden resu ltar en u letal. Aeo l l letal domn i ante es aquel que causa la muerte en heterocigoss i . Aeo l l letal recesivo e aquel que causa la muerte en homocg i oss i . Un ejemplo de un gen esencial, es el gen para el color amarillo del cuerpo en ratones. E amarillo es una característica codificada por AY. Ratones genotípicamente AYAY no so y mueren antes del nacimiento. Ratones AY A son amarillos y ratones AA son no amar Entonces, cuando ratones amarillos son cruzados con ratones no a marillo, la progenie mue la proporcó i n esperada de 1:1 de ratones amarillos versus no amarillos. Cuando los ratones heterocigotos de la generación F1 son cruzados entre sí, esperar proporción 1/4 homocigoto para el color amarillo, 1/2 heterocigoto para el color ama homocigoto para el no amarillo. Pero, los resultados obtenidos indican que dos tercios amarillos y un tercio no son amarillos, ya que el primer 1/4 muere antes de nacer. El alelo amarillo posee un efecto dominante sobre el alelo no amarillo, pero sucede qu el ratón es homocigoto para este alelo ocurre un efecto letal, en otras palabras el alelo a es un alelo letal recesivo.
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Patrones de herencia de tres cruces que involucran los alelos que se presentan en e salvaje Agoutti y el alelo mutante que le otorga el color amarillo a los ratones. El alelo m se comporta de forma dominante sobre el alelo normal en el controlo del color de pi también se comporta como un alelo letal homocigoto. CT I OGENÉTC I A GENERAL
DEFINCO I I N Ciencia híbrida que resultó de la fusión de los estudios de herencia y los estudios sobr célula. La citogenética se encarga de estudiar el fenómeno de la herencia a nivel celu la herencia de una generación celular a otra se da mediante los cromosomas, por ello la Citogenética es el estudio de los cromosomas. En 1902, Sutton fue uno de los primeros en llegar a la conclusión de que los genes son llevados por lo cromosomas. Estudió el comportamiento de los cromosomas en la meio segregación de los genes descritos por Mendel. LA CELULA ES UNA UNIDAD GENETICA Se sabe que la teoría celular propuesta por los alemanes Schleiden y Schwann consid célula como una unidad capaz de transmitir sus características de generación en gene Así en el proceso de división mitótica de una célula diploide se originan dos células di las células hijas son idénticas a la progenitora, además las células sexuales que en lo animales son los espermatozoides y los óvulos, permiten transmitir características de generación paterna a los hijos. Universidad Católica los Ángeles de Chimbote - ULADECH
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LOS CROMOSOMAS EUCARO I TICOS En las células eucariotas el centro que controla el metabolismo es el núcleo celular. D núcleo se encuentra un material nucleoproteico llamado cromatina, que está compue principalmente por ADN y proteínas histónicas. El ADN es la principal molécula dela h Desde el punto de vs i ta estructura,l los fragmentos de ADN con informacó i n he reditaria so genes. Las hs i tonas son proteínas que bo l quean y protegen al ADN. En el proceso de la división celular la cromatina condensa y origina cuerpos conocido cromosomas. Durante la división, los cromosomas serán los cuerpos responsables de genes de las células madres a las células hijas. Cromosoma (del griego chroma, color, y soma, cuerpo o elemento) es cada uno de los pequeños cuerpos en forma de bastoncillos en que se organiza la cromatina del núcle en la mitosis, cada uno de los cuales se divide longitudinalmente, dando origen a dos c gemelas iguales. Su número es constante para una especie determinada; en Homosapien ser humano) se tienen 46. De ellos 44 son autosómicos y 2 son sexuales o gonos o Es el material microscópico constituido del ADN y de proteínas especiales llamadas que se encuentra en el núcleo de las células eucariotas en las cuales los cromosomas como una maraña de hilos delgados, llamada cromatina. Cu ando la célula comienza proceso de división (cariocinesis), la cromatina se condensa y los cromosomas se hacen visibles como entidades independientes. La unidad básica de la cromatina son los nucleosomas. Se suelen representar por pares, en paralelo con su homólo
CONSTANCIA DEL NÚMERO DE CROMOSOMAS Usualmente las especies animales y vegetales tienen un número de cromosomas cons determinado que constituyen su cariotipo (ley de la constancia numérica de los cromo aunqueexistenespeciescon una alta variabilidad cariotípica, nosólo ennúmero sinoenfo y tamaño de los cromosomas. Cariotipo: Forma, cantidad y tamaño de los cromosomas. Au nque la dfe i renca i entre u indivd i uo y otro es la informacó i n especfic i ada en los genes de estos cromosomas. El número de cromosomas de una especie (o fase vital) diploide se identifica como 2n que ese número en una especie (o fase vital) haploide se identifica con la letra n. En aq especies que presentan un número repetido de cromosomas superior a dos complem habla de poliploidía, representándose el múltiplo por delante de la letra n. Así: 3n indic complemento cromosómico triploide, 4n un tetraploide, etc. Todas estas son situacio euploides.Con la indicación x se quiere expresarel número básicode cromosomasde u especie que presenta individuos con diversos grados de ploidía o el de una línea filoge partir de la cual diversos táxones han alcanzado situaciones aneuploides variadas, sie este caso el número cromosómico una variación del número original con aumento o disminución del número básico, por pérdida, fusión o división de cromosomas (p. ej 1). Un ejemplo de esta situación anormal la tenemos en los individuos de la especie hu que presentan el llamado síndrome de Down, situación de aneuploidía (2n=47) por la p de un ejemplar más de lo habitual del cromosoma 21 (trisomía). CROMOSOMAS SEXUALES En muchos organs i mos, uno de los pares de los cromosomas homólogos es ds i tinto al resto realizando la determn i acó i n genética del indivd i uo. A estos cromosomas se les Universidad Católica los Ángeles de Chimbote - ULADECH
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llama cromosomas sexuae l s o heterocromosomas e incluso gonosoma s, porque determn i an e sexo por la proporcó i n de los dos cromosomas homólogos. Sistema de determinación XY: es propio del ser humano y muchos otros animales. La hembras, siendo XX, darán gametos iguales con cromosoma X, sexo homog amético y losmachos, siendo XY, darán dos tipos de gametos, uno con el cromosoma X y otro con el cromosoma Y. La probabilidad de que en la fecundación, al unirse los gam resulte una combinación XX (hembra) o XY (macho) es del 5 0%.
FORMA DE LOS CROMOSOMAS La forma de los cromosomas es para todas las células somáticas constante y caracter cada especie. La forma depende fundamentalmente de las constricciones que presen el cromosoma y de su localización en la cromátida. El cromosoma se encuentra constituido básicamente por el centrómero que divide elcromosoma en un brazo corto o brazo p y un brazo largo o brazo q. Algunos cromosomas presentan satélites en el brazo corto. Según la poscó i i n del centrómero, los cromosomas se ca l sifican en: Metacéntricos: el centrómero se localiza a mitad del cromoso brazos presentan igual longtu i d. Submetacéntricos: la longitud de un brazo del cromosoma es alg del otro. Acrocéntricos: un brazo es muy corto (p) y el otro largo (q). Telocéntricos: sólo se aprecia un brazo del cromosoma al esta en el extremo (este tipo de cromosomas no se en cuentran en el cariotipo humano). Los cromosomas son los portadores del ADN, por lo tanto son parte integral estructu imprescn i dibe l de los seres vv i os. o
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CARO I TIPO Es el ordenamiento de los cromosomas de una célula metafás ica de acuerdo a su tama morfología. El cariotipo es característico de cada especie y, el humano tiene 46 cromo 23 pares de cromosomas, organizados en 22 pares autosómicos y un par sexual. (Hombre 46 XY) (Mujer 46 XX). Cariotipo de un linfocito de un humano mujer. No obstante puede darse el caso, en h de que exista otros patrones en los cariotipos, a lo cual se le conoce como aberración cromosómica. Meda i nte el cariotipado se pueden anaiz l ar anomaía l s numéricas y estructurae l s, co que sería muy dfícl i i de observar meda i nte genética mendeia l na. CARO I TIPADO CLÁSICO Existen varios métodos para la visualización mediante microscopía óptica de los crom humanos. Los procedimientos más clásicos consisten en la tinción con sustancias co la mostaza de quinacrina, que permite la observación de las bandas Q, giemsa, que p observación de las bandas G, R o C (dependiendo del tratamiento que se realice con e Este bandeo característico de cada uno de los cromosomas está relacionado con regio eucromatina (bandas R), heterocromatina facultativa (bandas G), heterocromatina c (bandas C). No obstante existen distintas visiones del motivo por el cual se pueden ha correlaciones.
Cariotipo clásico de una mujer normal
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No obstante el uso de técnicas de bandeo junto al estudio del cariotipo ha sido utiliza detección de aberraciones cromosómicas a gran escala. Es decir, aberraciones que a regiones de un cromosoma o al propio cromosoma. Estas aberraciones cromosómica anomalías cromosómicas se pueden dividir en numéricas y estructurales.
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BO I TECNOLOGA I MODERNA E INGENIERIA GENETICA BO I TECNOLOGA Í MODERNA
INTRODUCCION Activd i ad ce i ntífica y comerca i l en la que se usan agentes boó i l gicos (organs i mos pu l ricelu o unicelua l res, célua l s vv i as o muertas, enzm i as) para la produccó i n industria.l La Biotecnología es actualmente una estrategia para aumentar la productividad y obte mayores ganancias; así el poder económico de empresas transnacionales de los país desarrollados les permite liderar la industria de la biotecnología en el mundo. Empre Mnsanto, Novartis y Dow; que dominan el mercado mundial de herbicidas, son tamb monopolizan la oferta de semillas transgénicas. Con la expansión del cultivo transgén cuatro o cinco años el consumo de fertilizantes se quintuplicó, y el de agroquímicos s Dominando el mercado de semillas y herbicidas, estas empresas tienen en sus mano proceso agrícola. La Biotecnología tiene como áreas de aplicación actividades productivas ya existente agricultura, agro-industria, industria farmacéutica, salud humana, minería, industria q energética, protección del medio ambiente. RESEÑA HS I TORICA DE LA BO I TECNOLOGA I Los inicios de la transformación de alimentos Hace 8 mil años, los sumerios y babilonios comenzaron a produ cir cerveza mientra egipcios descubrieron la técnica para elaborar pan de levadura hace 6 mil años. Al de la misma época se desarrollaron otros procesos para la conservación de alimen (particularmente en China) como la fabricación de yog urt, queso, vinagre y vino. M estos procesos son tan efectivos que aún hoy seguimos haciéndolos siguiendo el m método básico. Así por ejemplo, la producción de cerveza se hace a partir granos sometidos a un proceso de malteo (lo que aumenta su cantidad de enzimas) para c el almidón de los granos en azúcar y después añadiendo levaduras específicas para producir la cerveza al convertir los carbohidratos del grano en etanol. Aunque el p fermentación no se comprendió sino hasta los trabajos de Louis Pasteur en 1857, é primer uso de la biotecnología para convertir un alimento en otro.
La protección contra las enfermedades En muchas civilizaciones antiguas se emplearon combinaciones de plantas y otros organismos como medicinas. Desde hace aproximadamente 2200 años la gente em utilizar agentes infecciosos inactivos o en muy pequeñas cantidades para inmuniza contra las infecciones. En 1701, Giacomo Pylarini comenzó a practicar en Constantin "inoculación", el infectar intencionalmente a niños con viruela para prevenir casos m graves más adelante en sus vidas. La inoculación competiría con la “vacunación” po un siglo; en esta última técnica, desarrollada en 1798 por Edward Jenner, se infecta gente con viruela bovina para inducir resistencia a la viruela humana, lo que la convie una técnica mucho más segura (vacuna viene de la palabra latina vaccinus que quie "a partir de vacas". Estos y otros procesos se fueron refinando a en la medicina mod han llevado a muchos desarrollos tales como los antibióticos, vacunas y otros métod combatir las enfermedades. Universidad Católica los Ángeles de Chimbote - ULADECH
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La conservación de los alimentos En 1799, Lazaro Spallanzani realizó experimentos en los que mostró que se podían conservar “infusiones” (medios de cultivo líquidos) por mucho tiempo sin que se descompusieran mediante el calentamiento en agua hirviendo de matraces herm sellados que contenían la infusión, ya que el calor mata los microbios. Antes de esto s pensaba que la vida se generaba de manera espontánea. Para 1809, Nicolas Appert desarrolló una técnica, también usando calor, para enlatar y esterilizar la comida, c que ganó un premio de 12 mil francos ofrecido en 1795 por Napoleón. En la primera de la década de 1860, el químico francés Louis Pasteur desarrolló la técnica que lle nombre (pasteurización) para preservar los alimentos calentándolos, con lo que se a los microbios dañinos, y manteniéndolos aislados del exterior. Esta técnica ayudó mejorar la calidad de vida de las personas pues permitió conservar muchos alimen cambiar su sabor, con esto se pudo por ejemplo transportar leche sin que se echara a perder o evitar que el vino se convirtiera en vinagre (“vino agrio”).
El nacimiento de la lucha moderna contra las enfermedades Hacia 1850, Ignacio Felipe Semmelweis, un médico austro-húngaro utilizó observ epidemiológicas para proponer la hipótesis que la fiebre puerperal se transmite de mujer a otra a través de los médi cos. Probó su hipótesis haciendo que los médicos s lavaran las manos después de examinar a cada paciente, sin embargo su propuest escandalosa en la época que hizo que el resto de la comunidad médica lo desprecia que perdiera su trabajo. En 1865, Joseph Lister comenzó a utilizar desinfectantes c fenol en el tratamiento de heridas y en cirugías al tiempo que Pasteur desarrollaba la de los gérmenes como causa de las enfermedades. Para 1882, Robert Koch, usand cobayas como huéspedes alternativos, describió la bacteria que causa la tuberculo los seres humanos. Koch fue el primero en descubrir la causa de una enfermedad microbiana humana y estableció qué cada enfermedad es causada por un microorg específico.
El surgimiento de la genética Hacia 1859, Charles Darwin propuso que las poblaciones animales adoptan formas diferentes a lo largo del tiempo para aprovechar mejor el medio ambiente, un proces cual llamó “selección natural”. Mientras viajaba por las Islas Galápagos, observó co picos de una clase particular de aves se habían adaptado en cada una de las islas a la fuentes de alimentos disponibles y planteó que sólo las criaturas mejor adaptadas a s medio ambiente son capaces de sobrevivir y reproducirse. El libro emblema de Darw Origen de las Especies”, opacó todas las otras voces científicas (incluyendo la de Me durante varias décadas. Unos años después, Gregor Mendel, un monje agustino, pr en 1865 sus leyes de la herencia a la Sociedad de Cien cias Naturales en Brunn, Aus trabajo con chícharos llevó a Mendel a proponer que había unidades internas de información invisibles dentro de los organismos, las que eran responsables de los ra observables (como por ejemplo el color, altura de l a planta, tamaño de la vaina, etc.) y q estos factores (que después serían conocidos como genes), se transmitían de una generación a la siguiente, sin cambiar pero recombinándose. El trabajo de Mendel permaneció desapercibido durante largos años a causa del mucho más sensaciona descubrimiento de Darwin, hasta 1900 cuando Hugo de Vries, Erich Von Tscherma Correns publicaron sus investigaciones corroborando el mecanismo de la herencia d Mendel. Universidad Católica los Ángeles de Chimbote - ULADECH
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El papel del ADN en la herencia En 1868, Fredrich Miescher, un biólogo suizo, aisló por primera vez un compuesto a llamó nucleína y que contenía ácido nucleico, sin embargo esto no se relacionó en s tiempo con las leyes de la herencia. En 1882, Walther Flemming reportó su descub de los cromosomas y la mitosis. Para 1902, Walter Stanborough Sutton estableció q cromosomas se encuentran en parejas y que pudieran ser los portadores de la here apoyando la teoría de Mendel y renombrando a sus “factores” con el nombre que lo conocemos el día de hoy: “genes”. En 1910 el biólogo estadounidense Thomas Hu Morgan, descubre que los genes se encuentran en los cromosomas. En 1935 Andr Nikolaevitch Belozersky logró aislar ADN en forma pura por primera vez y en 1941 Beadle y Edward Tatum desarrollan el postulado de “un gen una enzima”. En el añ 1944, Oswald Theodore Avery, Colin MacLeod y Maclyn McCarty determinaron qu es el material hereditario, sin embargo su teoría tuvo poca aceptación pues se pen el ADN era una molécula demasiado simple para poder llevar a cabo esta función. P principios de los 1950, la científica británica Rosalind Franklin trabajaba en modelo estructurales de ADN que más tarde perfeccionarían James Watson y Francis Cric serían la base para su descubrimiento de la estructura del ADN, que publicaron en en la que proponían el modelo de doble hélice complementaria y antiparalela que h conocemos, con lo que inauguraron un nuevo capítulo en el estudio de la genética. L comprensión del ADN fue esencial para la exploración de la biotecnología. Las célu las unidades básicas de la materia viva en todos los organismos y el ADN contienen información que determina las características que tendrá una célula. Desde el inic científicos vislumbraron la posibilidad de nuevos medicamentos diseñados para ay cuerpo a hacer lo que no podía por su propia cuenta o de cultivos capaces de proteg por si solos de las enfermedades.
Las fermentaciones industriales A principios del siglo XX, los científicos ya habían adquirido una mejor comprensió fenómenos microbiológicos y comenzaron a explorar nuevas formas de fabricar al productos. Así, en 1917, Chaim Weizmann usó por primera vez un cultivo microbia en un proceso industrial para la fabricación de acetona a partir de almidón de maíz u Clostridium acetobutylicum; de esta manera el Reino Unido pudo fabricar a partir d acetona el explosivo cordita durante la Primera Guerra Mundial. También en la mi guerra, Alemania produjo glicerinapor fermentación para la fabricación de nitroglic como la biotecnología ayudó a matar soldados, también contribuyó a curarlos. En 1 Alexander Fleming notó que todas las bacterias que crecían en una placa de cultiv murieron alrededor de un moho que contaminaba al cultivo. Para 1938, Howard F Ernst Chain de la Universidad de Oxford en Inglaterra, aislaron el compuesto caus este efecto: la penicilina, pero fue hasta la década de 1940 que se logró la produ cc penicilina a gran escala, que probaría ser altamente exitosa en el tratamiento de h durante la guerra. Fleming obtuvo el Premio Nobel de Medicina en 1945 gracias a e descubrimiento. Nuevas agriculturas Trabajando sobre los conocimientos ya existentes, William James Beal desarrolló e el primer híbrido experimental de maíz, demostrando incrementos en el rendimie entre el 21 y el 51 %. En 1918, un ingeniero agrícola húngaro, Karl Ereky, utiliza p primera vez la palabra “biotecnología”. Para el periodo de 1920 a 1930, técnicas d Universidad Católica los Ángeles de Chimbote - ULADECH
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mejoramiento agrícola se emplean ampliamente en los Estados Unidos incrementan productividad del campo con lo que para la década de 1940 el país ya era un líder agríc Entre esa década y la de los 1960 se conjuntaron una serie de avances tecnológicos e área agrícola que en conjunto se denominaron la “Revolución Verde” que implicaron poder tener una mayor disponibilidad de alimentos. La llegada de los híbridos implic además la creación de nuevos negocios como el de la industria de semillas. Los buen resultados de estas técnicas en los Estados Unidos llevaron a buscar el exportar la Revolución Verde a otros países a través de la Fundación Rockefeller. Para esto se fu en México la “Oficina de Estudios Especiales” en 1943, antecesora del “Centro Internacional de Mejoramiento de Maíz y Trigo” (CIMMYT) que se fundaría en 1963 Gracias a estos esfuerzos y a la inversión del gobierno en el área, México se volvió autosuficiente en trigo para 1957 y más tarde exportador. Esto también permitió que la población alcanzara 103.3 millones de habitantes para 2005 cuando en 1900 apen 13.6 millones. El CIMMYT más tarde ayudaría a llevar la Revolución Verde a India y después a Filipinas, Indonesia, Pakistán, Sri Lanka y otros países de Latinoamérica, A el norte de África. Gracias a sus contribuciones, uno de los investigadores del CIMM Norman E. Borlaug, ganó el Premio Nobel de la Paz en 1970, el único otorgado por contribuciones a la agricultura.
Plantas de laboratorio Desde 1898, el botánico alemán G. Haberlandt pudo cultivar de manera exitosa célu vegetales individuales, completamente diferenciadas, aisladas de diferentes tejido vegetales de varias especies, en un medio de glucosa y peptona, aunque no puedo o división celular. Por aproximadamente 35 años se lograron pocos avances en la investigación del cultivo de tejidos, aunque se pudieron cultivar embriones, raíces y o tipos de tejidos. Fue hasta el periodo de 1934 a 1939 que tres científicos: Roger-Jea Gautheret, Pierre Nobécourt y Philip White, pudieron establecer las bases del cultiv tejidos vegetalesgraciasal descubrimiento dela importancia delosdistintosregulad crecimiento y otros compuestos como las vitaminas B, lo que permitió obtener los p cultivos permanentes de callos (masas indiferenciadas de células) de zanahoria y ta Durante los siguientes veinte años (de 1940 a 1960), se identificaron una gran varie compuestos químicos (hormonas, vitaminas, etc.) con efectos sobre la división celu crecimiento y la diferenciación, pudiéndose obtener tejidos y órganos distintos de lo originalmente cultivados. Skoog y Miller demostraron en 1958 que la relación de concentraciones entre varios de estos reguladores controla la formación de raíces y lo que abrió la puerta a la regeneración de plantas completas a partir de la década d la aplicación de técnicas de crioconservación exitosas a partir de 1976 y la propaga automatizada a partir de 1988.
La llegada de la ingeniería genética Desde antes del descubrimiento de la estructura del ADN, en 1941, el microbiólog A. Jost, acuñó el término “ingeniería genética” para designar la idea que, escribien directamente la información en las células se podían modificar sus funciones. Más ta entre 1945 y 1950, se lograron crecer cultivos de células animales aisladas en el laboratorio, lo que permitiría su estudio y aprovechamiento industrial. En 1957, Fr Crick y George Gamov trabajaron en lo que se conoce como el “dogma central” qu cómo el ADN fabrica proteínas, cómo su secuencia especifica la de los aminoácido dichas proteínas y cómo fluye la información en una sola dirección, del ADN al ARN Universidad Católica los Ángeles de Chimbote - ULADECH
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mensajero y a las proteínas. Para 1966 el código genético pudo ser descifrado, Mars Nirenberg, Heinrich Mathaei y Severo Ochoa demostraron que una secuencia de tre determina cada uno de los 20 aminoácidos. Más tarde, en 1972, Paul Berg aisló y em una enzima de restricción para cortar ADN y después unirlo formando una molécula c híbrida: la primera molécula de ADN recombinante. Al año siguiente, Stanley Cohe Chang y Herbert Boyer cortaron secciones de ADN viral y bacteriano para crear un plásmido con resistencia dual a antibióticos y lo insertaron al ADN de una bacteria produciendo el primer organismo con ADN recombinante.
La primera compañía biotecnológica En 1976, Herbert Boyer y Robert Swanson fundan Genentech, Inc., la primera com biotecnológica, dedicada al desarrollo y comercialización de productos basados en recombinante, y al año siguiente Genentech reporta la producción de la primera pr humana fabricada en una bacteria: la somatostatina. Por primera vez se usa un ge sintético recombinante para producir una proteína por lo que muchos consideran a e hecho como el inicio de la Era de la Biotecnología. En 1978 Genentech se convierte e primera empresa biotecnológica en entrar a la bolsa de valores de Nueva York , y e mismo año, junto con The City of Hope National Medical Center, anuncia la produc exitosa en laboratorio de insulina human usando la tecnología del ADN recombinan 1982 Genentech recibe aprobación de la FDA para comercializarla, lo que la c onvi primer medicamento de origen recombinante aprobado.
La biotecnología moderna y la industria A partir del inicio de la Era de la Biotecnología, los avances en el campo han suced gran velocidad. Así, en 1980 la Suprema Corte de los Estados Unidos determinó q organismos modificados genéticamente podían ser patentados, lo que permitió a la compañía Exxon patentar un microoganismo (derivado del género Pseudomonas) para “comer” petróleo y utilizarse en derrames. Ese mismo año se consigue introd exitosamente un gen humano (el que codifica para la producción de interferón) en bacteria y al año siguiente Bill Rutter y Pablo Valenzuela publican un reporte en la re Nature sobre un sistema de expresión en levaduras para producir el antígeno de s del virus de la hepatitis B y que llevaría más adelante a que la FDA aprobara a Chiron Corp., en 1986, la producción de la primera vacuna recombinante: Recombivax H También en 1981, un grupo de científicos de la Universidad de Ohio produjeron lo primeros animales transgénicos al transferir genes de otros animales a ratones y e los biólogos moleculares Philip Leder y Timothy Stewart recibieron la primera pate unanimal genéticamente modificado, unratónaltamente susceptible a desarrollar
La biotecnología moderna entra a nuestras vidas En el año de 1984, Alec Jeffreys introduce la técnica de caracterización de ADN pa identificación de personas y al año siguiente comienza a usarse como una herramie legal en las cortes de los Estados Unidos. En 1985, la compañía belga Plant Genetic Systems fue la primera en desarrollar plantas genéticamente modificadas con resis ataque de insectos. Esta compañía desarrolló plantas de tabaco que expr esaban g que codifican proteínas insecticidas de la bacteria Bacillus thuringiensis (Bt). En 1987 Calgene, Inc. recibe una patente para la secuencia de ADN de la poligalacturonasa d jitomate, usada para producir una secuencia antisentido de ARN que permite alar de anaquel de este fruto. En 1993 la FDA declara que los alimentos genéticamente Universidad Católica los Ángeles de Chimbote - ULADECH
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modificados “no son inherentemente peligrosos” y por lo tanto no requieren de una regulación específica, lo que permite que estos jitomates obtuvieran el permiso de para ser comercializados, lo que ocurriría bajo el nombre “Flavi Savr”. En 1988, Ge International, Inc. recibe una patente para el proceso de fabricación de enzimas res a cloro para su uso en detergentes. Para el año 2000, se anuncia la creación del “Ar Dorado” (Golden Rice), una variedad de arroz modificada para producir vitamina A espera ayude a mejorar la salud en los países en desarrollo y a prevenir algunas form ceguera. Todos estos avances llevan en 2004 a que la FAO apoye el uso de los cultiv obtenidos por técnicas de ingeniería genética como una herramienta complementa técnicas agrícolas tradicionales para ayudar a los campesinos y consumidores en lo países en vías de desarrollo.
Pasos hacia la medicina del futuro En 1989 se crea el Centro Nacional de los Estados Unidos para la Investigación del Genoma Humano (National Center for Human Genome Research), dirigido por Jam Watson para supervisar el proyecto elaborar el mapa y la secuencia del ADN human 2005. Al año siguiente se inauguró de manera formal el Proyecto Internacional del G Humano (International Human Genome Project). La meta de este proyecto era ident secuenciar todos los genes del genoma humano. En 1990 se l leva a cabo la primera te génica en una niña de cuatro años con una enfermedad del sistema inmune llamada “deficiencia ADA”; aparentemente la terapia funcionó, pero desató una serie de deba sobre los aspectos éticos de la misma. En 1998, dos grupos de investigación tuviero en el cultivo de células troncales embrionarias, lo que abriría nuevas perspectivas pa tratamiento de enfermedades. Como resultado del proyecto del Genoma Humano, s publica en 2001 la secuencia de dicho genoma en las revistas Science y Nature, hac posible el que investigadores de todo el mundo comiencen a desarrollar tratamiento genéticos a enfermedades. La secuencia se completó para el 2003, dos años antes d planeado y con un gasto menor al estimado. Un grup o de investigadores anuncia en sus resultados exitosos en la obtención de una vacuna contra el cáncer cérvico, la pr vacuna preventiva para algún tipo de cáncer. En 2003, se encuentra un gen relacion con la depresión y se avanza en la detección de lazos genéticos con esquizofrenia y desorden bipolar. Ese mismo año, el gobierno de China aprueba el uso del primer pr de terapia génica (Gendicine), desarrollado por la compañía Shenzhen SiBiono GenT para el tratamiento de cáncer de cabeza y cuello. Más avances en genética Para 1996, un grupo de científicos reportó la primera secuencia completa de un or complejo: la levadura de pan Saccharomyces cerevisiae. El año siguiente pasaría a la historia por el anuncio de investigadores del I nstituto Rosalin de Escocia sobre la c de una oveja, a la que llamaron Dolly, a partir de una célula adulta. A partir de la secuenciación del primer organismo complejo, comienza la carrera por obtener el de más organismos, así en 1998 se obtuvo la secuencia del gusano Caenorhabditis elegans, el primer genoma completo de un animal; en 2000 la primera planta, Arabidopsis thaliana; en 2002 la primera planta usada como alimento, el arroz, así como el parásito q causa la malaria y la especie de mosquito que lo transmite; en 2004 el pollo, la rata d laboratorio y el chimpancé, el primate más cercano al hombre; en 2005 el perro; e abeja y de manera parcial el Neandertal; y en 2007 el caballo. En el año 2002, un g investigadores logra obtener un virus sintético (de poliomielitis) partiendo únicam genoma; este logro despierta muchas preguntas éticas y de seguridad. Ya en 2005
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logra sintetizar parcialmente al virus de la influenza causante de la muerte de al m millones de personas en todo el mundo de 1918 a 1919. En 2003 se logra clonar p primera vez una especie en peligro de extinción (el banteng) y otras especies como caballo, venados y mulas; al año siguiente se lleva a cabo la clonación de la primera mascota: un gato; un año más tarde, en 2005, se logra la clonación de una vaca a p células de un animal muerto. En el año 2005, científicos de la Universidad de Harv reportan haber tenido éxito en convertir células de piel en células troncales embrio fusionarlas con células troncales embrionarias existentes.
TIPOS DE BO I TECNOLOGA I
De acuerdo a la técnc i a, la Bo i tecnología puede ser dvdd i i i a en dos categorías: tradico i na moderna. A. Bo i tecnología tradicional Utiliza técnicas tradicionales y sus principales productos son alimentos tales c pan, el yogur, las leches agrias, los quesos; saborizantes como el sillao, los sazonadores; alcohol industrial, antibióticos y ácido cítrico. B. Bo i tecnología moderna Emplea técnicas novedosas de ingenier ía genética para obtener organismos ca de formar productos útiles en el campo de la industria, salud y medio ambiente. campo sobresale el cultivo de células y tejidos, la hibridación, la transgenia, la clonación, la terapia génica y el estudio de genomas.
INGENIERÍA GENÉTICA
La ingeniería genética es la tecnología o más concretamente la biotecnología de la manipulación y transferencia de ADN de un organismo a otro, que posibilita la crea nuevas especies, la corrección de defectos genéticos y la fabricación de numerosos compuestos. Actualmente la Ingeniería Genética está trabajando en la creación de técnicas que pe solucionar problemas frecuentes de la humanidad como, por ejemplo, la escasez de d para la urgencia de traspl antes. En este campo se están intentando realizar cerdos transgénicos que posean órganos compatibe l s con los del hombre.
La ingeniería genética que mediantelamanipulaciónde la información genética ayuda al ser humano
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El ADN es una base fundamental de información que poseen todos los organismos vi el más simple y pequeño. Esta información está a su vez dividida en determinada cant espacios llamado loci (plural) o locus (singular); que es donde se encuentra insertado lo genes, que varían dependiendo de la especie. Entre los procesos biotecnológicos destacan la reproducción asistida, que involucra conservación de espermatozoides y óvulos en nitrógeno líquido, la inseminación artific fecundación “in Vitro”, conservación de embriones por congelación, y transferencia e implantación de embriones en el útero de la hembra. La ingeniería genética ha alca los últimos tiempos un alto grado de desarrollo. Entre las técnicas más usadas y cono tenemos: La tecnología del ADN recombinante. La reacción en cadena de la polimerasa. El cultivo de células y tejidos. La hibridación. La transgenia. La terapia génica. La clonación. Elaboración de bibliotecas genómicas. El secuenciamiento de genomas. La ingene i ría genética puede definirse como un conjunto de técnicas, nacidas de la Biología o o o o o o o o o
molecular, que permiten manipular el genoma de un ser vivo.
TECNOLOGIA DEL ADN RECOMBINANTE Esta tecnología nos permite obtener fragmentos de ADN en cantidades ilimitadas, qu además el gen o los genes que se desee. Este ADN puede incorporarse a las células d organismos (vegetales, animales, bacterias...) en los que se podrá "expresar" la inform dichos genes. (De una manera muy simple podemos decir que "cortamos" un gen hu lo "pegamos" al ADN de una bacteria; si por ejemplo es el gen que regula la fabricació insulina, lo que haríamos al ponérselo a una bacteria es "obligar" a ésta a que fabrique la insulina). Por lo tanto en la tecnología del ADN recombinant e podemos diferenciar cu etapas básicas: 1. Corte específico del ADN en fragmentos pequeños y manejables mediante la utiliz un tipo de enzimas conocidas como enzimas de restricción que pueden considerar las "tijeras moleculares". Estas enzimas se aislaron en bacterias y se identifican co distintos nombres, siendo lo característico de ellas estos dos principios: o
Cada enzima de restricción reconoce una secuencia específica de nuc en ese punto cada una de las cadenas de ADN.
o
Los extremos libres que quedan se llaman extremos pegajosos, po otros fragmentos de ADN que hayan sd i o cortados por la ms i ma enzm i a de restricció
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En este esquema se indica el lugar en el que corta la enzima de restr icción. Se aprecia la actuación en ambas hebras.
Enesteesquemaseveelresultadodelaactuacióndelaenzimaderestricción. Haquedado rotala molécula de ADN, quedando unos bordes pegajosos por donde puede unirse este ADN, con otro aunque sea de una especie diferente.
2. Inserción de los fragmentos de ADN. Esta inserción se realiza en vectores de clonado, que son los agentes transportadores capaces de introducirlos en las células hospedadoras. Los vectores de clonación son pequeñas moléculas de ADN, que tienen capacidad para autorreplicarse dentro de las células hospedadoras. Se utilizan con frecuencia dos tipos de vectores de clonación: plásmidos y virus de introducirlos en las células hospedadoras. Plásmidos. Son moléculas de ADN circular , con un tamaño menor que el del cromosoma. Se replican con independencia del cromosoma bacteriano ya que tienen su propio origen de replicación. En esta secuencia de dibujos se puede ver como se realiza la inserción de un gen en un plásmido. En la figura a tenemos un gen (color rojo) que interesa insertar en un plásmido (color turquesa). En la figura b, vemos como una enzima de restricción ha cortado el gen y el plásmido, quedando unos bordes cohesivos o pegajosos.
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La unión del ADN que contiene el gen que se desea clonar con el vector de clonación, se realiza por medio de otras enzimas, denominadas ADN-ligasas (figura c), que unen ambos trozos de ADN. El resultado es una molécula de ADN recombinante, ya que contiene fragmentos de ADN de distinta procedencia.
Bacteriófagos.El procesoes similar,se tratade insertar el gendeseadoen un fragment ADNvírico (figurad) Posteriormentese ensamblarán las distintas partes delvirus (figura quedaráel virus completo(figuraf).En el siguientepaso se insertaráesteADNporel pro de la TRANSDUCCIÓN.
Cósmidos. Son pa l smd i os que contienen el fragmento de ADN deseado que posee un borde cohesivo procedente del genoma delfago lambda(extremo cos) yse empaqueta en el interiorde un fago. Se construye el cosmido uniendo los tres elementos génicos, y el resultadofinales poderintroduciren lacélulareceptora fragmentos largos de ADN. Además del origen de
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replicación, los vectores de clonación deben llevar otros genes denominados “marca sirven para identificar las células que contienen el vector de clonación. Se suelen utiliz marcadores, genes de resistencia a antibióticos y genes de bioluminiscencia. o
o
Sirven para identificar bacterias que con vector de co l nación, porque estas bacterias serán resistentes al antibó i tico del ge marcador. Genes de luminiscencia. En este caso, la célula que contenga el gen que clonar, tendrá la propiedad de emitir luz, ya que el marcador que se le incorpora determina que se exprese esa característica. Este sistema se emplea cuando la c hospedadora es una célula eucariota. Genes de resistencia a antibióticos.
Métodos de introducción del vector El siguiente paso será introducir el vector de clonación que cont iene el gen que se qu en la célula hospedadora, para que ésta, al multiplicarse, origine un clon celular que lle gen concreto. Existen varios métodos que dependerán del tipo de célula fundamenta bacterias (células procariotas), mediante estos procesos: o
o
Ocurre espontáneamente en ciertos tipos de bacterias artificialmente sometiendo a la célula bacteriana a tratamientos físicos y químico célula capta moléculas de ADN que se encuentran en el medio externo, las intro su interior y las incorpora a su genoma.
Transformación.
Transducción. Este método consiste en introducir el ADN en la c mediante un virus, utilizando como vector de clonación el genoma del virus. En la siguiente figura puede verse el proceso en tres etapas. El número 1 corresponde al virus aproximándose a una bacteria. Se puede observar como lleva un genoma ya con el gen que interesa clonar. El siguiente momento 2, corresponde al contacto entre e y la pared bacteriana, en cuya zona de contacto se produce un poro por donde co vemos en la etapa 3, el virus inyecta su ADN al interior de la célula bacteria
ENZIMAS DE RESTRC I CION
¿Cómo cortar y pegar el ADN? Tje i ras molecua l res: enzm i as de restricción En 1975 Daniel Nathans y Hamilton O. Smith descubrieron un tipo de proteínas –las endonucleasas o enzimas de restricción - que actúan como “tijeras moleculares”, corta doble cadena de ADN a través del esqueleto de fosfatos sin dañar las bases. El descub
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de estas enzm i as conduo j a dc i hos mc i robióo l gos al Nobel en 1978 y do i origen a la ingenie genética. Las enzm i as de restricción son producidas por bacterias como método de defensa contra v y degradan el ADN extraño. A su vez, el propio genoma bacteriano está protegido contra sus enzimas de restricc mediante metilaciones (es decir, el agregado de un grupo metilo [ -CH3)]) en un átom específico de ciertos nucleótidos. Estas moléculas son indispensables para la ingeniería genética, ya que produ cen fra que se pueden unir entre sí fácilmente (con la ayuda de un “pegamento molecular”: la e ligasa). Las enzimas de restricción cortan dejando extremos cohesivos o romos. Los extremos cohesivos son generados cuando la enzima corta las dos hebras asimétricamente, de extremos de cada hebra de simples cadenas complementarias entre sí. Por otro lado, lo extremos romos son generados cuando la enzima corta las dos hebras por el mismo lu generando dos extremos doble cadena. Figura1. Enzimasderestricción.Estetipodeendonucleasaspuededejardos tiposdeextremos.Enelprimercaso,elcortegeneranucléotidosdesimplecadena llamadosextremoscohesivos.Estosextremossepuedenunirpormediodeotra enzima,laADNligasa.Enelsegundocaso,segeneranextremosdoblecadena (extremosromos).Estosextremostambiénpuedenserunidosconlaayudadeuna enzimaligasapero,comonolosextremosnosoncomplementarios,launiónserá más inespecífica.
Las enzimas de restricción permiten cortar el genoma de cualquier organismo en pe fragmentos llamados fragmentos de restricción. La colección de miles o millones de fragmentos se llama biblioteca génica. Actualmente se conocen unas 200 enzimas de restricción ( las más conocidas se mue la tabla 1), las cuales se nombran de acuerdo al organismo del cual se extraen, como ejemplo EcoRI y EcoRII, que se extraen de Escherichia coli o HaeIII que se extrae de
Haemophilus aegyptius.
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Taba l 1: Ag l unas de las principales enzm i as de restricción conocd i as y su origen (en base a Griffiths et a.l 1998). Enzima de restricción EcoRI
Organismo de donde se extrae Escherichia coli
EcoRII
Escherichia coli
HindII
Haemophilus influenzae
HindII
Haemophilus influenzae
HaeIII
Haemophilus aegyptius
HpaII
Haemophilus parainfluenzae
PstI
Providencia stuartii
SmaI
Serratia marcesens
BamI
Bacillus amyloliquefaciens
BglII
Bacillus globiggi
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Las enzm i as de restricción trabaa j n únicamente sobre secuencias específicas de bases nitrogenadas, el lugar donde se produce el corte se denomina sitio de restricción y producen dos tipos de corte: (1) corte con extremos cohesivos y (2) corte con extremos romos (ver Fig. 1) (Griffiths et al. 1998). Los extremos cohesivos dejan porciones lineales a ambos lados del fragmento, es decir, quedan pequeñas secuencias de bases sin aparear a cada lado, siendo éstas complementarias entre sí, mientras que los extremos romos son aquellos en los que no queda una porción lineal 239
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a ninguno de los lados. De acuerdo a la especificidad de las enzimas de restricción, se dos tipos: las enzimas de tipo I cortan en un sitio cercano al sitio de restricción, a una d que varía aleatoriamente, y por ello no se suelen emplear para DNA recombinan te. L II reconocen y cortan en la secuencia específica, y son las más empleadas en este tipo d protocolos por su alta precisión. Las enzimas de restricción de tipo III son similares a la II en cuanto a la precisión del lugar de corte, pero se diferencian de éstas en que sólo c entre nucleótidos del mismo tipo, por ejemplo entre dos adeninas.
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LA REACCO I N EN CADENA DE LA POLM I ERASA (P CR) INTRODUCCION La reacción en cadena de la polimerasa, co nocida como PCR por sus siglas en inglés (Polymerase Chain Reaction), es una técnica de biología molecular desc rita en 1986 p Mullis, cuyo objetivo es obtener un gran número de copias de un fragmento de ADN p partiendo de un mínimo; en teoría basta partir de una única copia de ese fragmento o molde. Esta técnica sirve para amplificar un fragmento de ADN; su utilidad es que, tras la amplificación, resulta mucho más fácil identificar con una muy alta probabilidad virus o bacterias causantes de una enfermedad, identificar personas (cadáveres) o hacer inve científica sobre el ADN amplificado. Estos usos derivados de la amplificación han hech convierta en una técnica muy extendida, con el consiguiente abaratamiento del equip necesario para llevarla a cabo.
FUNDAMENTO E IMPORTANCIA Esta técnica se fundamenta en la propiedad natural de las ADN polimerasas para rep hebras de ADN, para lo cual emplea ciclos de altas y bajas temperaturas alternadas p separar las hebras de ADN recién formadas entre sí tras cada fase de replicación y, a continuación, dejar que vuelvan a unirse a polimerasas para que vuelvan a duplica Inicialmente la técnica era lenta, ya que las polimerasas se desnaturalizaban al realiz cambios de temperatura y era necesario agregar nuevas polimerasas en cada ciclo. P las temperaturas del ciclo (95 ºC en las fases de desnaturalización del ADN) suponen la inmediata desnaturalización de toda proteína, se emplean ADN polimerasas term oe extraídas de microorganismos adaptados a vivir a esas temperaturas, restrictivas para mayoría de los seres vivos. Dichos microorganismos, generalmente bacterias , son: The aquaticus (polimerasa Taq), Pyrococcus furiosus (Pfu), Thermococcus litoralis (Vent) y Thermus termophilus (Tth). Generalmente se emplean mezclas de polimerasas muy procesivas (Taq) con otras con correccó i n de errores (Pu f , Vent). Hoy, todo el proceso de la PCR está automatizado mediante un aparato llamado termo que permite calentar y enfriar los tubos de reacción para controlar la temperatura necesaria para cada etap a de la reacción. Muchos termocicladores modernos hacen uso del efecto Peltier, que permite tanto calentar como enfriar los tubos simplemente invirtiendo la corriente eléctrica. Los tubos usados para PCR tienen una pared muy fina, lo que favorece una buena conductividad térmica, permitiendo que se alcance rápidamente el equilibrio térmico. Casi todos los termocicladores tienen un sistema que calienta la tapa de cierre con el fin de evitar la condensación sobre los tubos de reacción. Los termocca i l dores más antiguos que carecían de este ss i tem Universidad Católica los Ángeles de Chimbote - ULADECH
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solucionaban el problema de la condensacó i n con una capa de acete i en la parte superior de mezcla de reaccó i n o con un poco de cera dentro de los tubos. Termociclador original 1987
Por lo general, la PCR es una técnica común y normalmente indispensable en laboratorios de investigación médica y biológica para una gran variedad de aplicaciones. Entre ellas se incluyen la clonación de ADN para la secuenciación, la filogenia basada en ADN, el análisis funcional de genes, el diagnóstico de trastornos hereditarios, la identificación de huellas genéticas (usada en técnicas forenses y tests de paternidad) y la detección y diagnóstico de enfermedades infecciosas. Termocclador: aparato en el cuál se realiza la PCR convencional.
REACTIVOS Tubos de PCR que ab l ergan la mezcla en un volumen total de 100 μ L. Para realizar la té se necesta i n: o o
o
o o
o
o o
Desoxinucleótidos trifosfato (dNTPs), el sustrato para polimerizar Dos cebadores (o primers), oligonucleótidos que son, cada uno de las dos hebras del ADN. Son secuencias cortas, de entre seis y cuarenta nucleótidos, normalmente de 18 a 22, que son reconocidos por la polimerasa permitiendo iniciar la reacción. Deben estar situados enfrentados y a no mucha distancia (no más de 4 kb. Delimitan la zona de ADN a amplificar. Además deben d complementarios con los extremos 3’ de cada c adena de ADN que se amplific Iones divalentes. Se suele usar magnesio (Mg 2+), agregado comúnm de magnesio (MgCl2), o algún otro catión divalente. También se puede emplea manganeso (Mn2+), para mutagénesis de ADN mediante PCR, ya que altas concentraciones de Mn2+ incrementan la tasa de error durante la síntesis de A Actúan como cofactores de la polimerasa. Iones monovalentes, como el potasio. Una solución tampón que mantiene el pH adecuado para el funco i namiento de la AD polimerasa. ADN polimerasa o mezcla de distintas polimerasas con temperatur de 70ºC (la más común es la Taq polimerasa). ADN molde, que contiene la región de ADN que se va a amplificar. Termocca i l dor, el aparato que va a mantener la temperatura necesaria en cada una d las etapas que conforman un cco i l .
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Tubos de PCR que contienen la mezcla en un volumen total de 100 ul.
CC I LO DE AMPLIFICACIÓN El proceso de PCR por lo general consiste en una serie de 20 a 35 cambios repetidos temperatura llamados ciclos; cada ciclo suele consistir en 2-3 pasos de temperaturas común se realiza con ciclos que tienen tres pasos de temperatura. Los pasos de ciclo menudo están precedidos por un choque térmico (llamado "hold") a alta temperatur seguido por otro hold al final del proceso para la extensión de producto final o el breve almacenaje. Las temperaturas usadas y el tiempo aplicado en cada ciclo dependen d variedad de parámetros. Éstos incluyen la enzima usada pa ra la síntesis de ADN, la concentración de iones divalentes y dNTPs en la reacción, y la temperatura de unión cebadores.
1. INCA I I LIZACÓ I N (DESNATURALIZACO I N) Este paso consiste en llevar la reacción hasta una temperatura de 95ºC (ó 98ºC si se está usando una polimerasa termoestable extrema), que se mantiene durante 1 minuto. Esto s necesario para ADN polimerasas que requieran activación por calor. En primer lugar, se desnaturaliza el ADN (se separan las dos hebras de las cuales e s constituido). Este paso puede realizarse de diferentes modos, siendo el calentamie (95ºC) de la muestra la forma más habitual. La temperatura a la cual se decide realiz desnaturalización depende, por ejemplo, de la proporción de G+C que tenga l a he también del largo de la misma. Otros métodos, raramente empleados en la técnica Universidad Católica los Ángeles de Chimbote - ULADECH
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PCR, serían la adicó i n de sales o agentes químc i os capaces de realizar la desnaturaiz l acó i n.
2. ALINEAMIENTO/UNIÓN DEL CEBADOR A continuación se producirá la hibridación del cebador, es decir, el cebador se unirá a secuencia complementaria en el ADN molde. Para ello es necesa rio bajar la tempe 60ºC durante 30 segundos (según el caso), permitiendo así el alineamiento. Los pu hidrógeno estables entre las cadenas de ADN (unión ADN-ADN) sólo se forman cu secuencia del cebador es muy similar a la secuencia del ADN molde. La polimerasa u híbrido de la cadena molde y el cebador, y empieza a sintetizar ADN. Los cebadore actuarán como límites de la región de la molécula que va a ser amplificada.
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3. EXTENSIÓN/ELONGACIÓN DE LA CADENA Actúa la ADN polimerasa, tomando el ADN molde para sintetizar la cadena comple y partiendo del cebador como soporte inicial necesario para la síntesis de nuevo A polimerasa sintetiza una nueva hebra de ADN complementaria a la hebra molde añ los dNTP's complementarios en dirección 5' → 3', uniendo el grupo 5' - fosfato de lo con el grupo 3'- hidroxilo del final de la hebra de ADN creciente (la cual se extiende temperatura para este paso depende de la ADN polimerasa que usemos. Para la Taq polimerasa, la temperatura de máxima actividad está en 75 -80°C (comúnmente 72°C). E tiempo de extensión depende tanto de la ADN polimerasa usada como de la longitu fragmento de ADN que se va a amplificar. Hay una regla básica: en su temperatura ó la polimerasa de ADN polimerizará mil bases en un minuto. Generalmente el tiemp etapa es de dos minutos. Como se puede observar a las tres etapas (iniciación o desnaturalización, acoplamien primers o cebadores y la extensión o elongación), demora termino promedio tres minu medio y en conjunto recibe en nombre de ciclo. APLICACO I NES Latécnicadela PCR tiene multituddeaplicaciones: yaenciencia básica, comoherramie detección y/o generación de acervos de fragmentos de ADN de interés; ya en ciencia a como elemento resolutivo en sí mismo, por ejemplo en diagnóstico clínico. o
Investigación La PCR convencional se emplea como base para multitud de técnicas en el labora debido a su robustez y rapidez. De este modo, la PCR de punto final permite contro detectar los fragmentos de ADN de interés.
Clonación de un segmento de ADN mediante amplificación con cebad ores que co una secuencia apta para la recombinación dirigida con un plásmido. Una aplicació PCR de extrema importancia es la clonación de secuencias de ADN en vectores, co pueden ser los plásmidos. Para ello, se emplean cebadores que conti enen en su ex una corta secuencia que permite la interacción posterior con otra complementaria s en el vector de clonación a emplear. Por ejemplo, se puede incluir una diana de res en dichos cebadores, de modo que, y si ésta no existí a previamente en el fragment única en el vector, pueda efectuarse una ligación mediante la ligasa de T4 tras la di con la enzima de restricción apropiada de ambos elementos. Otro método asimilab vía es el empleo de la recombinación di rigida; esto es, se adapta al 5' de los cebado secuencia que faculta a una recombinasala recombinación dirigidacon unvector d o
Medicina En medcn i i a, la PCR se empe l a fundamentam l ente como herramienta de da i gnoss i (Coleman y Tsongalis, 2006): Permite el genotipar la especie o especies que provocan un determinado cuadro in para ello, se amplifica una zona del genoma bacteriano cuyo producto de PCR pose características de tamaño o temperatura de fusión que permitan identificarlo de fo inequívoca. En el caso de infecciones virales que implican la integración del genom patógeno en el ADN del hospedador, como es el de la infección por VIH, la PCR cuantitativa posibilita la determinación de la carga viral existente y por tanto , del esta la enfermedad.
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La PCR también se puede usar en revisiones médicas rutinarias, como en los servi donantes de sangre, para test de rutina. A través de esta técnica se pueden detecta infecciones peligrosas en el donante (como VIH o Hepatitis B) mientras aún están periodo de incubación. Dada la sensibilidad de los test de PCR se pueden tomar mu colectivas o "pools" (por ejemplo, 96 pruebas individuales). Si una de estas muestra colectivas da positivo, se toman a partir de ella muestras progresivamente menore que se encuentra el causante. El diagnóstico de enfermedades hereditarias presentes en el genoma es un proces complicado que puede acortarse significativamente gracias a la PCR. Cada uno de genes prueba se pueden amplificar mediante sus correspondientes primers y posteriormente secuenciar para detectar la existencia de mutaciones. Guerras de patentes La técnica de la PCR fue patentada por Cetus Corporation, donde Mullis trabajaba cu inventó la técnica en 1983. La enzima Taq polimerasa fue también cubierta de patentes Tuvieron lugar varios pleitos relacionados con la técnica, incluyendo un pleito fracas generado por DuPont. La compañía farmacéutica Hoffmann -La Roche adquirió los de las patentes en 1992 y actualmente mantiene las que aún están protegidas.
LA TRANSGENIA Loscultivostransgénicossonnuevas formasde vida creadasen el laboratorioconunaté quepermiteinsertar genesextraños de bacterias,plantas oanimales acu ltivoscomo e la soya. Estas técnicas permiten a los científicos saltarse la selección natural y la evolución, al intercambiar genes entre especies que normalmente no se cruzan. Una vez que estas especies hechas por el ser humano son liberadas al medio ambiente y a la cadena alim no hay manera de revertir la situación ni se conocen los efectos a largo plazo que esto producirán sobre los ecosistemas y la salud humana. "Todos los organismos vivos están constituidos por conj untos de genes. Las diferente composiciones de estos conjuntos determinan las características de cada organismo alteración de esta composición los científicos pueden cambiar las características de u o de un animal. El proceso consiste en la transferencia de un gen responsable de dete característica en un organismo, hacia otro organismo al cual se pretende incorporar característica. En este tipo de tecnología es posible transferir genes de plantas o bact virus, hacia otras plantas, y además combinar genes de plantas con plantas , de planta animales, o de animales entre sí, superando por completo las barreras naturales que s las especies". ALIMENTOS TRANSGÉNICOS. ESTADO ACTUAL Algunos enzimas y aditivos utilizados en el procesado de los alimentos se obtienen de años mediante técnicas de ADN recombinante. La quimosina, por ejemplo, enzima e en la fabricación del queso y obtenida originalmente del estómago de terneros, se pro ahora utilizando microrganismos en los que se ha introducido el gen correspondie Sin embargo, la era de los denominados “alimentos transgénicos" para el consumo h directo se abrió el 18 de mayo de 1994, cuando la Food and Drug Administration de Unidos autorizó la comercialización del primer alimento con un gen "extraño", el tom Universidad Católica los Ángeles de Chimbote - ULADECH
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Savr", obtenido por la empresa Calgene. A partir de este momento, se han obtenido ce centenar de vegetales con genes ajenos insertados, que se encuentran en distinta s e su comercialización, desde los que representan ya un porcentaje importante de la pro total en algunos países hasta los que están pendientes de autorización. Existen diferentes posibilidades de mejora vegetal mediante la utilización de la ingeniería genética. En el caso de los vegetales con genes antisentido, el gen insertado produce un ARNm que es complementario del RNAm de la enzima cuya síntesis se quiere inhibir. Al hibridarse ambos, RNAm de la enzima no produce su síntesis. En el caso de los tomates "Flavr -Savr" en enzima cuya síntesis seinhibeesla poligalacturonasa, responsable del ablandamiento y senescencia del fruto maduro. Al no ser activo, este proceso es muy lento, y los tomates pueden recogerse ya maduros y comercializarse directamente. Los tomates normales se recogen verdes y se maduran artificialmente antes de su venta con etileno, por lo que su aroma y sabor so inferiores a los madurados de forma natural. En este caso, el alimento no contiene ni proteína nueva. La misma técnica se ha utilizado para conseguir una soja con un ace alto contenido en ácido oleico (80 % o más, frente al 24% de la soja normal), inhibien síntesis de la enzima oleato desaturasa. La inclusión de genes vegetales, animales o bacterianos da lugar a la síntesis de proteínas específicas. La soja resistente al herbicida glifosato, conocida con el nombre de "Roundup Ready" y producida por la empresa Monsanto contiene un gen bacteriano que codifica el enzima 5-enolpiruvil-shikimato-3fosfato sintetasa. Este enzima participa en la síntesis de los aminoácidos aromáticos, y el propio del vegetal es inhibido por el glifosato; de ahí su acción herbicida. El bacteriano no es inhibido. El maíz resistente al ataque de insectos contienen un gen que codfic i a una proteína del Bacillus thuringiensis, que tiene acción insecticida al ser capaz de unirse a receptores específicos en el tubo digestivo de determinados insectos, interfiriendo con su proces alimentación y causando su muerte. La toxina no tiene ningún efecto sobre las person sobre otros animales. La utilización de plantas con genes de resistencia a insectos y h permite reducir la utilización de plaguicidas y conseguir un mayor rendimiento. Tamb obtenido una colza con un aceite de elevado contenido en ácido laúrico, mediante la in del gen que codifica una tioesterasa de cierta especie de laurel. Los vegetales resisten virus seconsiguenhaciendoque síntetizen una proteína víricaque interfiere con la p ro Universidad Católica los Ángeles de Chimbote - ULADECH
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normal del agente infecioso. Estos vegetae l s contienen proteína vírica, pero menos de la q contienen los normales cuando están severamente infectados. Los vegetales transgénicos más importantes para la industria alimentaria son, por el m la soja resistente al herbicida glifosato y el maíz resistente al taladro, un insecto. Aun utilice en algunos casos la harina], la utilización fundamental del maíz en relación con la alimentación humana es la obtención del almidón, y a partir de este de glucosa y de fru La soja está destinada a la producción de aceite, lecitina y proteína. Puesto que la harina de maíz, la proteína de soja y los productos elaborados con ellas contienen DNA y proteínas diferentes a la de las otras variedades de maíz, en la Unió Europea (no en los Estados Unidos) existe la obligación de mencionar su presencia en etiquetado de los alimentos. Aunque no se ha detectado ningún caso, sería concebible la existencia de personas alérgicas a las nuevas proteínas. No obstante, en el caso de la p de B.thuringiensis, su amplio uso como plaguicida en agricultura ecológica permite aseg falta de alergenicidad. El aceite de soja transgénica y la glucosa y la fructosa obtenidas del almidón de maíz transgénico no contienen ningún material distintinto a los que contienen cuando se o partir de los vegetales convencionales. En la mayoría de los casos, ni siquiera las técn PCR, que como se sabe tienen una sensibilidad extrema, son capaces de detec tar ma genético extraño, por lo que no existe ninguna obligación de etiquetado diferenci En el caso de los alimentos completos, o de partes que incluyan la proteína extraña, c podría ser la proteína de soja o la harina de maíz, hay que consid erar el riesgo de la ap de alergias a la nueva proteína. Este es el caso de la soja a la que se le había introducid gen de una proteína de la nuez del brasil para aumentar el contenido de aminoácidos a de sus proteínas y por ende su valor nutricional. La nueva proteína resulto ser alergén esta soja no ha llegado a salir al mercado. Sin embargo, esto es absotutamente excepc no existe ninguna evidencia de que las proteínas introducidas por medio de la ingenie genética sean más alergénicas que las naturales. En el caso de la utilización de materiales procesados exentos de proteínas, como el a soja o la glucosa obtenida a partir del almidón del maíz, no existe ningún material que n encuentre en el producto convencional, y consecuentemente no existe ningún riesgo siquiera hipotético, atribuible a la manipulación genética. Incluso en los casos en que e alergia a una proteína de la semilla oleaginosa (convencional o transgénica), un aceite procesado no produce respuesta. ¿Para que se obtienen vegetae l s transgénicos? Actualmente existen, comercaiz i l ados o en proceso avanzado de desarrolo l , vegetae l modfic i ados para: Que tengan una vida comercial más larga. Resistan condiciones ambientales agresivas, co mo heladas, sequías y suelos s Resistan herbicidas. Resistan plagas de insectos. Resistan enfermedades. Tengan mejores cualidades nutritivas. La modfic i acó i n más interesante en animales sería consegur i vacas que incluyeran en la le proteínas de la leche humana con efecto protector, como la lactoferrina o o o o o o
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MC I ROORGANISMOS TRANSGÉNICOS Los microorganismos se caracterizan por ser demasiado pequeños para poder ser ob a simple vista, siendo necesario emplear el microscopio para visualizarlos. Son microorganismos las bacterias, levaduras, protozoos, algas multicelulares, etc. La introducción de ADN foráneo en un microorganismo da lugar a los microorgan transgénicos. La mayoría de microorganimos transgénicos son bacterias unicelular levaduras. Las bacterias y levaduras transgénicas se usan principalmente en la industria alimen producción de aditivos alimentarios, aminoácidos, péptidos, ácidos orgánicos, polisa vitaminas. También se han aplicado en procesos de bioremediación y, en medicina, s emplean ampliamente para producir proteínas de interés como por ejemplo, la ins
o
Desarrollo de un microorganismo transgénico Fabricar un transgénico unicelular es más fácil que producir una planta o animal transgénico, ya que en éstos hay que asegurar la presencia del nuevo ADN en toda células del organismo. Para desarrollar una bacteria transgénica, el gen de interés se incorpora en un pl (ADN circular extracromosómico capaz de autoreplicarse) y se incuba junto con la b bajo condiciones específicas que favorecen la entrada del plásmido en el interior d bacteria. Si la bacteria retiene el plasmido y la proteína que expresa el gen de inte resulta tóxica para su desarrollo, se obtiene una bacteria transgénica, con nuevas características determinadas por el gen introducido. La bacteria más utilizada es la Escherichia coli (o E. Coli).
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No obstante y a pesar que su fácil manipulación, las bacterias no son siempre la me elección para producir proteínas humanas. Algunas de éstas no son funcionales si glicosiladas, es decir, si no se añaden azúcares a la cadena de aminoácidos, y este proceso no lo pueden llevar a cabo las bacterias. En estos casos se utilizan levadur transgénicas, que sí son capaces de glicosilar. La producción de levaduras transgé implica también el empleo de plásmidos, siendo la levadura Saccharomyces cerevisiae (responsable, entre otros procesos, de la fermentación del pan) la especie más em o
los Aplicaciones de mc i roorgans i mos transgénicos 1. Investigacó i n Los microorganismos transgénicos son una herramienta de fundamental importancia en investigación. La introducción en bacterias de plásmidos que contienen un gen concreto a estudiar se realiza de forma rutinaria en los laboratorios, ya sea con el objeto de tener un stock de dicho gen (mediante el crecimiento de colonias que permiten tener gran cantidad de células que lo contienen) o para expresar una proteína de interés. Estas bacterias transgénicas ayudan a los ce i ntíficos a entender mejor ag l unos procesos bo i químc i os, la regua l ción de gen y su funcó i n. 2. Produccó i n de proteínas en medcn i i a Como ya se ha comentado, se han desarrollado bacterias E.coli capaces de pro insulina humana, imprescindible para pacientes diábeticos. Antes del empleo d bacterias transgénicas, la insulina se obtenía de vacas y cerdos, pero, como su estructura difería ligeramente de la variedad humana, en algunos casos provoc reacción alérgica. Las bacterias transgénicas han eliminado este problema. As la levadura Saccharomyces cerevisiae se ha modificado genéticamente para obtene insulina humana. También se han desarrollado bacterias transgénicas para producir la hormona d crecimiento, que se emplea para tratar a niños con enanismo. Otros usos en me de los microorganismos transgénicos son la producción de vacunas, anticuerpos 3. Bo i remediación Existen microorganismos capaces de utilizar como nutrientes compuestos tóxic peligrosos, como hidrocarburos, detergentes, bifenilos policlorados, etc, de for su metabolismo los convierte en productos inocuos para el medio ambiente. El de organismos vivos para degradar residuos se conoce como bioremediación. L mayoría de aplicaciones biotecnológicas aplicadas al medio ambiente utilizan microorganismos naturales, pero se están desarrollando microorganimos trans para eliminar materiales difíciles de degradar. Por ejemplo, bacterias Pseudomona
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transgénicas son capaces de degradar compuestos polihalogenados. La investig en este campo busca los enzimas presentes en microorganismos naturales que s eficientes en el tratamiento de compuestos tóxicos y determinar como pueden mejorarse mediante ingeniería genética . 4. Industria aim l entaria Los microorganismos modificados genéticamente se emplean en la industria alim para producir aditivos alimentarios como edulcorantes artificales y aminoácido proposito de incrementar la eficiencia y reducir su coste. Otros productos de es microorganismos son enzimas recombinantes que se emplean en panadería, producción de cerveza, producción de queso (por ejemplo, quimosina). También se aplican en procesos de fermentación, como por ejemplo el empleo de levaduras transgénicas para desarrollar el sabor y aroma en la industria de la cerveza. ANIMALES TRANSGENICOS Los animales transgénicos son aquellos que poseen un gen que no les pertenece La forma más sencilla para generar un animal transgénico es la que involucra el aislamiento del gen que se quiere introducir (al que llamaremos transgén), su clonación y manipulación para que pueda ser expresado por el organismo blanco, y su inserción en el organismo. Para lograr que todas las células del organismo expresen este nuevo gen, incorporamos dicho gen en un embrión en estadio de cigoto. Una vez seguros que el embrión incorporó el transgén, implantamos el embrión en un animal receptivo, que actúa como madre (en un procedimiento similar al de fertilización in vitro). Cabrastransgénicasportadorasdeungenhumano.La técnicaparaproducirunanimal transgénicoconstadevariospasos:a)seproduceuntransgén,b)serealizaunafertilización invitro,c)seinyectaelgentransgénicoenelcigoto,d)seimplantaelembriónen unamadre sustituta.Deestamanerasehanproducidoconejos,cabras,ovejasychanchostransgénicos. Si, en cambio, no nos interesa que todo el animal contenga el transgén, sino sólo determinadas células, realizamos un procedimiento similar al descr ipto, pero en vez de inyectareltransgénenuncigoto,loinyectamosenunembriónyaformado.Estodacomo resultado un organismo con células normales y otras con el transgén.
Un ejemplo del empleo de esta técnica es la producción de ovejas o cabras tra nsgénic se crean inyectando el gen que codifica la proteína deseada en un óvulo fecundado, qu implanta a una oveja o cabra madre. Luego, se analiza la presencia del gen deseado en descendencia y aquellas cabras que lo tengan son inducidas a producir leche. Universidad Católica los Ángeles de Chimbote - ULADECH
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En la Argentina se han creado vacas transgénicas, llamadas vacas Pampa, que produ su leche hormona de crecimiento humano. Este emprendimiento fue llevado a cabo m una colaboración entre docentes de la Universidad de Buenos Aires y la empresa Bio Este es un desarrollo de avanzada para la región ya que, en primer lugar, se logró ob clon viable (la vaca Pampita), y luego se logró insertar el transgén en animales de dife sexo (la vaca Pampa Mansa, y el toro Pampero). Estos fueron los primeros animales transgénicos en el mundo capaces de tener una progenie que mantuviera el transgén apareamiento tradicional. La creación de animales transgénicos presenta nuevas oportunidades, pero también nuevos desafíos. Entre las primeras está la posibilidad de estudiar la función de cierta proteínas, incluidas algunas causantes de enfermedades humanas. Uno de los mayore problemas es la inserción al azar de los genes deseados. TERAPIA GENC I A La TERAPIA GÉNICA es un tratamiento médico que consiste en manipular la informa genética de células enfermas para corregir un defecto genético o para dotar a las célu una nueva función que les permita superar una alteración. Con la ayuda de vectores adecuados, que son generam l ente vru i s, se introduce el gen corre y se integra en el ADN de la célua l enferma meda i nte técnc i as de recombn i acó i n genética.
En principio existen tres formas de tratar enfermedades con estas terapias: Sustituir genes alterados. Se pueden corregir mutaciones meda i nte cru i gía génica, sustituyendo el gen defectuoso o reparando la secuencia mutada. o
Inhibir o contrarrestar efectos dañn i os. Se lleva a cabo meda i nte la inhibcó i i n drigd i i a de la expresión génica. Este proceso se desarrolla bloqueando promotores, interfiriendo con los mecanismos de expresión génica m RNAs anti-sentido que son complementarios de RNA-m y se unen a ellos bloqueán más recientemente, mediante siRNA ("small interferents RNA", "RNAs pequeños interferentes"), que bloquean secuencias específicas de RNA, por lo que pueden in cualquier gen bloqueando sus RNA-m. o
Insertar genes nuevos. Se realiza por supresión dirigida de células específicas. Se insertan genes suicidas q destruyen a la propia célula que los aloja o genes estimuladores de la respuesta inm También se puede introducir una copia de un gen normal para sustituir la función d mutante que no fabrica una proteína correcta. Por ee j mpo l , en el tratamiento de los cánceres que se rea liza hoy día, una de las princip vías de investigacó i n es la de marcar genéticamente a las célua l s tumorae l s de un cáncer p o
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que el organs i mo las reconozca como extrañas y pueda luchar contra ela l s, estimulando respuesta inmune. Ora t s estrategias que se sg i uen en la actualidad contra el cáncer son: - Inactivar oncogenes. - Introducir genes supresores de tumores. - Introducir genes suicidas. - Introducir genes que aumenten sensibilidad a fármacos. EL PROCESO DE LA CLONACION El proceso de clonación a partir de células adultas ya diferenciadas ha sido el resulta mínimo 40 años de investigación en diferentes áreas del conocimiento, como la gené biología reproductiva. El sincronizar tanto la célula donante como la receptora permitió final de un procedimiento que se creía imposible. Este avance científico abrirá nuevos horizontes especialmente en el campo de la biotecnología, pero es precisamente su a lo que tiene hoy al mundo, tanto científico como político, en refle xión y legislando al re
La clonación (derivado del griego: κλω ν, que significa "retoño") es el proceso de crear una copia genética idéntica de otro organismo original. La clonación en el sentido biológico resulta en una molécula, una célula e incluso un organismo multicelular idéntico al original. A veces este término puede utilizarse a los clones "naturales", por ejemplo los gemelos monocigóticos, o cuando un organismo se reproduce asexualmente como en el caso de espece i s monosexuae l s y organs i mos hermafroditas aunque la mayoría de las veces se refiere a un co l n creado intenco i nam l ente. Si nos referimos al ámbito de la Ingeniería Genética, clonar es aislar y multiplicar en tu ensayo un determinado gen o, en general, un trozo de ADN. Sin embargo, Dolly no es de Ingeniería Genética. En el contexto a que nos referimos, clonar significa obtener u individuo a partir de una célula o de un núcleo de otro individuo. En los animales superiores, la única forma de reproducción es la sexual, por la que do germinales (óvulo y espermatozoide) se unen, formando un cigoto (o huevo), que se desarrollará hasta dar el individuo adulto. La reproducción sexual fue un invento evo que quedaron excluidas las bacterias y muchos organismos unicelulares), que garantiz cada generación de una especie van a aparecer nuevas combinaciones de genes en la descendencia, que posteriormente será sometida a la dura prueba de la selección y ot mecanismos evolutivos. Las células de un animal proceden en última instancia de la d repetida y diferenciación del cigoto. Las células somáticas, que constituyen los tejidos d animal adulto, han recorrido un largo camino "sin retorno", de modo que, a diferencia d células de las primeras fases del embrión, han perdido la capacidad de generar nuevo individuos y cada tipo se ha especializado en una función distinta (a pesar de que, salv excepciones, contienen el mismo material genético). Universidad Católica los Ángeles de Chimbote - ULADECH
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No es extraño pues el revuelo científico cuando el equipo de Ian Wilmut, del Instituto R Edimburgo comunicó que habían logrado una oveja por clonación a partir de una célul diferenciada de un adulto. Esencialmente el método (que aún presenta una alta tasa d fracasos) consiste en obtener un óvulo de oveja, eliminarle su núcleo, sustituirlo por un de célula de oveja adulta (en este caso, de las mamas), e implantarlo en una tercera ove sirve como "madre de alquiler" para llevar el embarazo. Así pues, Dolly carece de padr producto de tres "madres": la donadora del óvulo contribuye con el citoplasma (que co además mitocondrias que llevan un poco de material genético), la donadora del núcleo la que aporta la inmensa mayoría del ADN), y la que parió, que genéticamente no aporta n Científicamente se trata de un logro muy interesante, ya que demuestra que, al meno determinadas circunstancias es posible "reprogramar" el material genético nuclear d célula diferenciada (algo así como volver a poner a cero su reloj, de modo que se compo como el de un zigoto). De este modo, est e núcleo comienza a "dialogar" adecuadamen citoplasma del óvulo y desencadena todo el complejo proceso del desarrollo intrau Dolly no es una copia idéntica de la "madre" que donó el núcleo (no se olvide que el óv contiene ese pequeño ADN de la mitocondria). Aunque ambas comparten el mismo A nuclear, las instrucciones genéticas de Dolly no experimentaron exactamente el mism combinación de estímulos que los de su "madre nuclear". Esto se debe a los fenómeno epigénesis, complejas series de interacciones entre los genes y el entorno, y aquí ente por entorno desde los factores presentes en el citoplasma del óvulo, pasando por los p de formación del embrión/feto, a su vez sometidos al peculiar ambiente uterino, y alca la vida extrauterina (estímulos al nacer, periodo de lactancia, relaciones con la madre interacciones "sociales" con otros individuos de la especie, etc). En resumidas cuenta no contiene un programa unívoco de instrucciones, sino que es flexible, y la expresión en cada individuo queda matizada por multitud de factores, quedando "abierta" con u finalidad adaptativa clara. ¿Para qué serviría la clonación en animales? Como suele ocurrir con muchos avances científicos de vanguar dia, aquí puede que ta hayan exagerado las posibles derivaciones prácticas inmediatas, aunque no cabe dud medio y largo plazo, cuando la técnica se vaya perfeccionando, podría encontrar num campos de aplicación. (Dejamos aparte el ámbito de la biología fundamental, que tend "hincar el diente" en los fascinantes interrogantes básicos abiertos, sobre todo relativ celular y al control de la diferenciación). Como suele ocurrir con muchos avances científicos de vanguardia, aquí puede que ta hayan exagerado las posibles derivaciones prácticas inmediatas, aunque no cabe dud medio y largo plazo, cuando la técnica se vaya perfeccionando, podría encontrar num campos de aplicación. (Dejamos aparte el ámbito de la biología fundamental, que tend "hincar el diente" en los fascinantes interrogantes básicos abiertos, sobre todo relativ celular y al control de la diferenciación). Uno de los objetivos buscados por el grupo de Wilmut (en alianza con u na empresa) e técnica de la clonación con la de Ingeniería genética de mamíferos con objeto de prod medicamentos o sustancias útiles comercialmente. La idea es que una vez que se hay obtenido un animal transgénico interesante (por ejemplo, ov ejas o vacas que en su le secretan sustancias terapéuticas determinadas por un gen introducido previamente individuo serviría de "molde" para generar varios ejemplares clónicos. Universidad Católica los Ángeles de Chimbote - ULADECH
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Otra aplicación (más en la línea de la ganadería tradicional) sería asegurar copias de ejemplar que haya mostrado buenos rendimientos (en carne, en leche, etc.). La clona evitaría que su buena combinación de genes (su genotipo) se "diluyera" al cruzarlo sexualmente con otro. Sin embargo, mientras el coste de la téc nica sea elevado, no e alcance de las explotaciones ganaderas convencionales. Pero además habría que ten precaución con la amenaza de pérdida de diversidad genética de la cabaña ganadera si se impusiera este método, se tendería a la uniformidad (una tendencia ya presente e agricultura y ganadería actuales). Recordemos que la biodiversidad es un recurso valio también en los "ecosistemas agropecuarios", ya que supone una reserva de recursos g adaptados a diversas condiciones ambientales y a diversos contextos socioeconóm Se ha hablado igualmente de que la clonación podría representar la salvación "in extre ciertas especies silvestres amenazadas de extinción y difíciles de criar en cautividad. llega a este caso, sería el triste reconocimiento de nuestro fracaso de conservarlas por m más simples y naturales. Además, lo más probable es que, debido a que la clonación no diversidad genética, la especie estuviera abocada de todas formas a la "muerte genética condenada quizás a vivir en zoológicos o en condiciones altamente artificiales, casi com piezas de un museo viviente. LA CLONACION HUMANA La publicación de la existencia de Dolly levantó inmediatamente un debate sobre la po de clonar personas. La proximidad biológica hace pensar que la clonación humana s posible desde un punto de vista técnico, aunque haya factores limitantes (principalm número de óvulos necesarios: hicieron falta más de 400 para conseguir a Dolly). E l de tanto, se sitúa en un contexto ético, no en si es posible llevarla a cabo, sino en si es conveniente, si debe aprobarse. Son muchas las consideraciones éticas que pueden hacerse en torno a la clonación humana. Una aproximación sería considerar el fin de la clonación: Obtener un nuevo ser desarrola l do (co l nación con fines reproductivos). Obtener un embrión que será destruido para proporcionar células o tejidos (clonación humana con fines terapéuticos). Existe entre la comund i ad ce i ntífica una actitud bastante generalizada de rechazo hacia la clonación humana con fines reproductivos, aunque sólo sea por consideraciones prácticas: bajo porcentaje de éxito número de óvulos requerido, posibilidad de alteraciones o enfermedades en los clo n objeciones, que se centran en las consecuencias negativas, no parecen tener suficien fundamento, y con frecuencia se oye a investigadores afirmar que si hubiese un motiv realmente importante para clonar seres humanos no verían inconveniente s en que s Los argumentos con un fundamento de tipo antropológico, y por tanto más sólido, pod resumirse del siguiente modo: o
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La clonación, incluso si no conllevara la muerte de embriones y éxito dando lugar a un ser humano sn i falo l s, supone un atentado a la persona a generada, que sufriría una manp i ulación dfícl i i de superar: El clonado sería seleccionado positivamente por otros, que ha su dotación genética y sus características boó i l gicas. El clonado sería generado con un fin: emular a alguien cuyas cara por algún motivo: un hijo fallecido al que se pretende sustituir, un genio cuyas habilidades interesa mantener, etc. Las consecuencias psicológicas de esa pre serían imprevisibles. El clonado carecería de las relaciones elementales de familia: no te padre, ni propiamente haba l ndo madre: tendría un hermano gemelo mayor, una ma ovua l r (¿citoplásmc i a?) y una madre de aq l uiler.
Se puede formular positivamente lo expuesto diciendo que, cualquier ser humano tiene derecho a que: Ningún tercero decida su componente genético. Ser querido por sí mismo y no para conseguir un fin, como emular o reemplazar a alguien (planteamiento que supone, además, un desconocimiento total de cómo son los seres humanos). Tener un padre y una madre de los que procede, també i n boó i l gicamente y que son responsables de é.l Dicho de otro modo: la clonación reproductiva atenta a la libertad del clon, fija sus condic biológicas según el criterio de otros, y en ese sentido es un ejemplo difícilmente supera manipulación del hombre por la técnica (manejada por terceros). La clonación humana con “fines terapéuticos”: el descubrime i nto de las células madre embrionarias. En el campo de la aplicación terapéutica de los embriones se encuentra el verdadero d que zarandea actualmente la opinión pública y a la comunidad científica. Para describ detalle en qué consistirían esas posibles aplicaciones hay que hacer referenci a a alg descubrimientos o avances recientes, que no están directamente relacionados con la c Concretamente: La posibilidad de curar enfermedades llevando a cabo transplantes completos, sino con células, mediante la llamada terapia celular. Esto parece un buena alternativa para determinadas enfermedades que son el resultado del ma funcionamiento de una población bien definida de células. Consistiría en reemp células enfermas por otras sanas, sin necesidad de transplant ar el órgano en La posibilidad de obtener células madre embrionarias. En el año 1 Estados Unidos pubic l aron la obtencó i n de célua l s madre embrionarias a partir d embriones humanos que procedían de la fecundacó i n in vtro i . Esos embri ones estaba o
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en la fase llamada de blastocisto. Los blatocistos son embriones de 5 -6 días y qu tienen un aspecto esférico con una cavidad interna. Se diferencian en ellos lo q propiamente el embrión (un grupo de células llamado masa celular interna), d células que darán lugar a la placenta (llamadas trofoblasto). Los “logros” de esto grupos fueron de tipo técnico: tomaron masas celulares internas de varios blas (destruyéndolos en el proceso) y las pusieron en cultivo. Consiguieron por un la esas células, llamadas células madre embrionarias, viviesen y se dividieran activ en cultivo; y por otro lograron una especialización dirigida de esas células: tratá con diferentes factores consiguieron que dieran lugar a células tipo piel (ectod tipo tubo digestivo (endodermo) o tipo músculo (mesodermo). ¿En qué consiste entonces la propuesta de clonación humana con fines terapéuticos? Consistiría en combinar la técnica de clonación con la de obtención de células madre embrionarias, para curar a adultos que tuviesen una enfermedad que pudiera resolverse mediante transplante celular. Esto se haría de la siguiente manera: 1. Mediante la técnica empleada en Dolly se generaría un embrión a partir de célua l s dfe i renca i das de la persona que se quiere curar. 2. El embrión obtenido por co l nación se destruría i a los 6 días para obtener a partir d célua l s madre embrionarias. 3. Esas célua l s se especaiz i l arían haca i el tipo celua l r necesario para curar a la persona cuestión. 4. Se implantarían esas célua l s para curar a la persona. Al proceder de un embrión idéntico a la persona de partida, las células no provocaría al ser implantadas y además la posibilidad de mantener congelados los cultivos celula proporcionaría una fuente casi ilimitada de tejidos. Hay que indicar que desde el punt técnico este proceso es aún una mera posibilidad y haría falta mucha investigación pa ponerlo en marcha: no se han conseguido todavía tipos celulares bien definidos a partir células madre embrionarias y hay pocas evidencias de que de hecho puedan curar enfermedades. Ag l unas alternativas a la clonación humana con fines terapéuticos Existen alternativas a la clonación humana con fines terapéuticos que no presentan o éticas tan serias. La más interesante es la posibilidad de conseguir células madre de o embrionario. o
En el cuerpo humano existen células madre de adulto que son precu celua l res: célua l s menos especaiz i l adas que podrían dar lugar a varios tipos de célua l s. E los útim l os años se ha descubierto que estas célua l s son mucho más versátiles de lo q
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se pensaba. Si se ponen en cultivo y se tratan con diversos factores puede hacerse diferencien hacia tipos celulares muy diferentes de aquellos a los que habitualmen lugar en el cuerpo. Por ejemplo, a partir de células de médula ósea se han consegu células de músculo, hueso, células nerviosas, hepatocitos, etc...Las células madre s encuentran en el adulto en la médula ósea, el sistema nervioso y órganos divers o
También pueden obtenerse células madre del cordón umbilical y de la p nacd i o. Como ya hemos indicado, pa l centa y cordón umblic i al proceden del embrión y s célua l s tampoco provocarían rechazo.
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PREGUNTAS DE REPASO I UNIDAD LAS BASES BO I LÓGICAS Y QUÍMC I AS DE LOS SERES VV I OS
1. ¿Por qué decm i os que los nv i eles de organz i acó i n atómico y molecua l r son nv i eles abióticos? 2. ¿Cuáe l s son los atributos que identifi can a los seres vv i os y los hacen dfe i rentes d materia inanm i ada? 3. ¿Qué caracterizaa cadanv i el deorganz i acó i nenrea l cióncon losinferioresa é? l 4. ¿En qué se dfe i renca i n los bo i elementos primarios y secundarios? 5. ¿Qué sg i nificado puede tener la unifor md i ad en la composicó i n ee l mental de la materia vv i a? 6. Expic l ala dfe i renca i entre bo i elemento secundario y oig l oee l mento. 7. ¿Qué característica presentan en conu j nto los bo i elementos primarios que los hace idóneos para formar parte de las bo i moé l cua l s? ¿Y el carbono en particular? 8. Expic l a por qué el slico i i no puede dar lugar a una variedad de compuestos químc i o tan grande como lo hace el carbono. 9. ¿A qué llamamos grupo funco i na? l ¿Cta i y escribe la estructura químc i a de los má ree l vantes entre las bo i moé l culas? 10. Pon ag l unos ee j mpo l s de macromoé l cua l s y cta i los slla i res estructurae l s de que están compuestas. 11. ¿Qué ventaa j s representan las interacco i nes déble i s frente a los verdaderos enlaces químc i os en los procesos boó i l gicos? 12. Formula las líneas básicas de la hp i ótesis de Oparin. ¿Qué es lo que demostró Sa t nley Mlle i r con su experimento sobre atmósferas sm i uladas? 13. ¿Qué unidades utilizarías para expresar las dm i ensiones de las bo i moé l cua l s? )Cuál es su equv i alenca i en metros? 14. ¿Qué tipo de modelo molecular construirías si quisieras representar una biomo de modo que se pudiesen apreciar los ángulos de enlace y las distancias entre átomos? 15. ¿Cómo variaría el punto de fusión del agua si el oxígeno no fuese un elemento ta electronegativo? Justifica la respuesta )Y si la geometría de sus orbitales de enla fuese lineal y no tetraédrica? 16. El metano (CH4) en estado líquido, ¿sería un buen ds i olvente de sustanca i s iónicas? Ten en cuenta que C y H tienen ee l ctronegativd i ades semejantes. 17. ¿A qué se debe el que el ángulo que forman los tres átomos de la molécua l de agu sea ag l o menor de lo que cabría esperar de su geometría tetraédrica? 18. Expic l a por qué los monosacáridos son netamente solubles en agua. 19. Expic l a por qué el agua es un flud i o tan poco vs i coso a pesar de que sus molécua l s están intensamente ligadas por puentes de hd i rógeno. 20. ¿Qué condico i nes se han de dar para que se forme un puente de hd i rógeno entre do molécua l s cuae l squiera? 21. ¿Qué característica común presentan los compuestos de carácter hd i rofílico? ¿Y los de carácter hd i rofóbico? 22. Anaiz l a brevemente el por qué las molécua l s antipáticas tienden a formar mc i elas y estructuras afines cuando se encuentran en medo i acuoso. Universidad Católica los Ángeles de Chimbote - ULADECH
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23. Explica como se comportarán en medio acuoso las siguientes biomoléculas: un fosfoglicérido, un aminoácido, una cera, un disacárido, un triacilglicérido, un di un ácido graso. 24. Cuál es la causa de que las ds i oluciones acuosas presenten propiedades coligativas que no aparecen en el agua pura? 25. Expic l a por qué las célua l s vv i as se ven afectad as por fenómenos osmóticos. 26. Define con precisó i n ósmosis y presión osmótica. 27. ¿En qué se dfe i renca i una disolución coloidal de una disolución verdadera? 28. ¿Qué le ocurrirá a un gó l buo l roo j si lo colocamos en un medo i hipertónico? ¿Y en un medo i hipotónico? 29. Pon un ee j mpo l de un par ácido-básico conjugado. 30. Define ácido y base según el concepto de Brönsted-Lowry. 31. ¿Por qué resuta l útil la escala de pH? 32. Relaciona la fuerza de los ácidos con la constante de ds i oca i ción y el pK. 33. ¿Qué expresión matemática describe la forma de las curvas de titua l ción de los pare ácido-básc i os conu j gados? ¿Podrías escribrla i ? 34. ¿Por qué en un ss i tema tampón deben existir cantidades aproximadamente iguae l s de las espece i s dadora y aceptora de protones? 35. ¿El ácido acético tiene un pK=4,76.? Cuáe l s serán aproximadamente los límte i sd sur región tamponante? 36. Expic l a por qué las célua l s vv i as necesta i n tampones. 37. ¿Por qué en los ss i temas vv i os las interacco i nes iónicas se consideran interacco i nes déble i s y no verdaderos enlaces químc i os? 38. ¿Cuál es el papel de las sales mn i erae l s ds i ueta l s en la materia vv i a? 39. ¿Qué característica químc i a común a todos los lípd i os es la responsable de su escasa solubilidad en agua? 40. ¿Qué rasgo estructural común presentan los lípidos saponificables? 41. Define en pocas palabras lo que se entiende por ácido graso. 42. Explica por qué las grasas ricas en ácidos grasos insaturados son líquidas a temperatura ambe i nte me i ntras que las ricas en ácidos grasos saturados son sólidas a esa temperatura. 43. Expic l a cómo influye la longtu i d de la cadena hd i rocarbonada en el punto de fusión d los ácidos grasos. 44. ¿Qué ventaa j s e inconvene i ntes presentan los lípd i os como material de reserva energética para los seres vv i os? 45. ¿Cómo harías para obtener jabón a partir de la grasa de cerdo? 46. ¿Qué otras funco i nes desempeñan los triacilgic l éridos en los seres vv i os, además de la de reserva de energía? 47. Describe la estructura químc i a de una cera. 48. ¿Por qué las cube i rtas de ag l unos frutos están impregnadas en ceras? 49. ¿Qué compuestos obtendríamos si rompemos mediante hd i róiss l i todos los enlaces éster de un fosfoglicérido? 50. ¿Qué propiedad de los fosfoglicéridos los facuta l para formar parte de las membra boó i l gicas? 51. ¿Qué compuestos obtendríamos si rompemos meda i nte hd i róiss l i todos los enlaces éster y amida de un esfingfosfátido? 52. Expic l a por qué los ácidos grasos libres tienden a formar micelas en medo i acuoso, me i ntras que los fosfoglicéridos tienden a formar bicapas y liposomas. Universidad Católica los Ángeles de Chimbote - ULADECH
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53. ¿Qué compuesto resuta l de la unión de una ceramida y una molécua l de glucosa? 54. ¿Por qué los terpenos no son saponfic i abe l s? 55. Cta i ag l unas funco i nes de los terpenos en los seres vv i os. ¿En cuál de los ren i os de los seres vv i os se encuentran preferentemente? 56. ¿Cuál es la principal funcó i n del colesterol en las célua l s vv i as? 57. Cta i ag l unas bom i olécua l s de importanca i boó i l gica que derivan del colesterol. 58. ¿Enqué grupo delípidos clasificaríasa lasprostaglandinas?Justificala respuesta 59. ¿Por qué losglúcidos fuerondenominados (incorrectamente) hidratosdecarbono? 60. Describe la estructura bási ca de un monosacárido. 61. ¿Qué compuestos se obtienen cuando se somete a un ósido a hd i róiss l i completa? 62. Escribe la fórmula de una cetotetrosa y una aldopentosa en forma de cadena abierta. 63. ¿Cuántos estereoisómeros presenta una cetopentosa? ¿Y una ad l ohexosa en forma de cadena abierta? 64. Ds i tingue entre: estereoisómero, enantiómero, epímero, anómero. 65. Enuncia el criterio para asignar a un monosacárido a la serie D o a la serie L. relación tiene la pertenencia a serie D o serie L con el fenómeno de la rotación óptica? 66. ¿A qué llamamos rotación óptica? 67. Escribe la fórmula de una aldohexosa en forma de cadena abierta y en forma de anillo de piranosa. Señala en esta última el carbono anomérico. 68. ¿Por qué las ds i oluciones de D-glucosa presentan el fenómeno de la mutarrotación? 69. ¿Por qué la gu l cosa no exhb i e las propiedades químc i as que cabría esperar de un polihd i roxiad l ehd i o? 70. ¿Qué utilidad presentan las proyecco i nes de Haworth de la que carecen las de Fs i her? 71. Expic l a por qué unos monosacáridos dan lugar a formas cícic l as y otros no lo hacen 72. Expic l a por qué los monosacáridos de 3 y 4 átomos de carbono no forman enlaces glucosídicos. 73. ¿Por qué ag l unos ds i acáridos tienen poder reductor y otros no lo tienen? ¿Te i nen poder reductor todos los monosacáridos? ¿Por qué? 74. ¿Puede exs i tir un homopolisacárido formado por unidades monoméricas de Dgliceraldehido? ¿Por qué? 75. ¿Qué factor limta i la posblid i i ad de los monosacáridos de dar lugar a formas cícic l 76. Cta i cuatro tipos de derivados de los monosacáridos de importanca i boó i l gica. 77. Relaciona el tipo de enlace gu l cosídc i o ( α o β ) presente en los polisacáridos con la funcó i n que éstos desempeñan en la naturae l za. 78. Dos monosacáridos se encuentran unidos meda i nte un enlace β (1-4). Expic l a e sg i nificado de esta notación. 79. ¿Por qué los polisacáridos son insou l bles en agua a pesar de ser sustanca i s ata l mente hd i rofílicas? 80. ¿Qué dfe i renca i estructural hay entre el glucógeno y la amilopectina? 81. ¿Qué dfe i renca i estructural hay entre el almidón y la celulosa? 82. ¿Qué ventaa j s y qué inconvene i ntes presentan los polisacáridos como material de reserva energética? 83. ¿A qué se debe la extraordn i aria resistenca i mecánc i a de la celuo l sa? ¿Por qué otro polisacáridos importantes no presentan esta propiedad? 84. Dí qué tipos de compuestos se obtienen en cada caso tras someter a hd i róiss l i completa a los sg i uientes gú l cidos: un homopolisacárido, un heteropolisacárido, un Universidad Católica los Ángeles de Chimbote - ULADECH
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holósido, un heterósido.
85. ¿Conoces ag l ún lípd i o que pueda ser ca l sificado també i n como heterósido? 86. ¿Qué bo i elementos se encuentran presentes siempre en las proteínas y sólo ocasionam l ente en los azúcares y los lípd i os? 87. A diferencia de lo que ocurre con otras macromoléculas como los polisacárido cadenas de aminoácidos de las proteínas nunca son ramificadas. ¿Crees que se posible sintetizar artificialmente una cadena polipeptídica ramifi cada? Justifica respuesta. 88. Escribe las fórmulas de un α y un β -aminoácido (utiliza el símboo l “R” para la caden latera). l ¿Qué tipo de aminoácidos se hallan presentes en las proteínas? 89. Expic l a por qué los aminoácidos son sólidos cristain l os y tienen un punto de fusió más ato l de lo que cabría esperar dada su estructura químc i a. 90. Expic l a por qué los aminoácidos son más solubles en agua de lo que cabría espera de su estructura químc i a y de su rea l tivamente ee l vada masa molecua l r. 91. ¿Qué carga neta presentará un aminoácido con grupo R no ionizable a pH isoeléctrico? ¿Y a pH 0? ¿Y a pH 14? (El pK del grupo carboxilo es de alrededor d y el del grupo amino de alrededor de 10). 92. ¿Existen en la naturae l za D-aminoácidos? )Se encuentran formando parte de las proteínas? 93. Escribe las fórmulas de dos aminoácidos cuae l squiera y la reacción de formacó i n de un enlace peptídc i o entre elo l s. 94. ¿Qué restricciones existen para la libertad de gro i de los enlaces que forman e esquee l to de una cadena polipeptídc i a? 95. ¿Por qué el ena l ce peptídc i o no tiene libertad de gro i ? 96. ¿Qué rea l ción existe entre las secuenca i s de aminoácidos de proteínas homólogas en espece i s dfe i rentes? 97. ¿Podría cuaq l uier secuenca i de aminoácidos adoptar una estructura secundaria en hélice α ? Justifica la respuesta. 98. Un poliaminoácido sintético formado exclusiva mente por restos de triptófano ¿adoptará espontáneamente una estructura secundaria en hélice α o preferir conformación β ? Razona la respuesta. ¿Qué ocurrirá si el poliaminoácido es tá formado por restos de alanina? 99. Define los térmn i os estructura supersecundaria y domno i i . 100.¿Qué tipos de interacco i nes déble i s estabilizan la estructura terca i ria de la proteínas? 101.¿Conoces ag l ún tipo de enlace covalente, además del enlace peptídc i o, que pueda unir restos de aminoácidos en una cadena polipeptídc i a? 102.¿En dónde se halla presente la estructura secundaria que denomn i amos codo β ? 103. ¿Cómo afectará una alteración en el pH de la disolución a una proteína cuya estructura terciaria se encuentra estabilizada por interacciones iónicas entre gr de diferentes aminoácidos? 104.¿Por qué decm i os que las interacco i nes déble i s que estabilizan la estructura terca i de las proteínas son interacco i nes de “largo ac l ance”? 105. ¿Por qué las proteínas pe i rden su funcó i n boó i l gica cuando se desnaturaiz l an? 106.¿Cuáe l s interacco i nes se rompen y cuáe l s no lo hacen durante el proceso de desnaturaiz l acó i n de una proteína? 107.¿Por qué una proteína puede recuperar en determn i adas condico i nes su conformacó i n tridm i ensional nativa después de haber sd i o desnaturaiz l ada? Universidad Católica los Ángeles de Chimbote - ULADECH
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108. ¿Por qué decm i os que entre una proteína y su ligando específico hay una complementariedad estructura? l 109.¿Qué compuestos obtendríamos si sometemos a un ácido nucec l i o a hd i róiss l i en condico i nes suaves? ¿Y si lo hacemos en condico i nes más drásticas? 110. ¿Podrían formarse nuce l ósd i os en los que la unión entre la base ntro i genada y la pentosa se estableciese a través del carbono 2' de ésta útim l a? Razona la respuesta. 111. ¿A qué deben los ácidos nucec l i os su carácter ácido? 112. Describe la estructura de un nuce l ótido, meda i nte qué tipos de enlace est án unid sus componentes y cuáe l s son los átomos implicados en dc i hos enlaces. 113.Nombra los componentes molecua l res de los sg i uientes nuce l ótidos: AMP, CTP, dTDP, GMP, UTP. 114. Asigna su nombre sistemático a cada uno de los siguientes nucleósidos: Nucleósido de adenina y ribosa. Nucleósido de timina y desoxirribosa. Nucleósido de guanina y desoxirribosa. Nucleósido de uracilo y ribosa. Nucleósido de citosina y ribosa. 115. Asigna su nombre ss i temático a los nuce l ótidos formados por: Adenina, desoxirribosa y un grupo fosfato. Uracilo, ribosa y tres grupos fosfato. Timina, desoxirribosa y un grupo fosfato. Guanina, ribosa y tres grupos fosfato. Cto i sina, desoxrrib i osa y dos grupos fosfato. 116.¿Qué otras funco i nes pueden desempeñar los nuce l ótidos en la célua l además de ser los slla i res estructurae l s de los ácidos nucec l i os? 117. Establece una anao l gía entre la estructura primaria de las proteínas y la de los ácid nucec l i os. 118. ¿A qué llamamos extremo 5' y extremo 3' de una cadena polinuce l otídc i a?
II UNIDAD ESTRUCTURA Y FISIOLOGÍA CELULAR
119. ¿Por qué decm i os que los nv i eles de organz i acó i n atómico y molecua l r son niveles abióticos me i ntras que consideramos al nivel celular como un nivel biótico? 120. Robert Hooke denominó cellulla a cada una de las celdillas que aparecían en e campo de su microscopio cuando observaba láminas finas de corcho. ¿Eran e realidad células lo que observaba? ¿Qué era realmente lo que estaba observan 121. Los ce i ntíficos del Sigo l XX I descartaron defintiv i amente la hp i ótesis de la “generaciónespontánea” afirmando que toda célula procede por división de otra célula preexistente. Si hubieran podido viajar en el tiempo y observar el océano de la Te i rra hace unos 3000 mllo i nes de años es muy probabe l que no fueran tan categóricos en su afirmacó i n. ¿Cómo expic l arías esta aparente contradicción? 122. El tamaño de las células vivas oscila entre los 0,3 μ m para las más pequeñas y lo 100 μ m para las más grandes. ¿Por qué no existen células sensiblemente más pequeñas o más grandes? 123. Completa la sg i uiente tabla indicando con un “S” i o un “No” la presenca i o ause en los ds i tintos tipos celua l res de los sg i uientes orgánulos, estructuras, Universidad Católica los Ángeles de Chimbote - ULADECH
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componentes y procesos. CÉLULA PROCARIOTA
CÉLULA ANIMAL
CÉLULA VEGETAL
Membrana Pared celular Envoltura nuclear Rb i osomas Mitocondrias Cloroplastos Citoesqueleto Centrosoma Microtúbulos Nucleólos Cromatina Flagelos Mto i sis Endocitosis 124.¿Por qué razón muchos tipos de células alteran la composición en ácidos graso los lípidos que forman parte de sus membranas respondiendo a las variaciones d temperatura ambiental? ¿Por qué se hace necesaria la presencia de esteroles en los lípidos de membrana? 125.¿Por qué decm i os que la membrana pa l smática es un mosaico fluido? 126.Explica las diferencias entre las proteínas integrales y las proteínas periféricas de la membrana plasmática. ¿Por qué las proteínas integrales tienden en general a precipitar cuando se las extrae de la membrana? 127.¿Cómo se genera la pared celua l r vegeta? l ¿Cómo se ds i ponen sus dfe i rentes capas en funcó i n de su mayor o menor proximd i ad a la membrana pa l smática? 128. Después de una precipitación intensa el suelo queda totalmente encharcado y la células de las raíces de las plantas que habitan en él se ven rodeadas de un medi fuertemente hipotónico con respecto a su interior. ¿Cómo consiguen estas células resistir la elevada presión osmótica a la que se ven sometidas? 129. Las célua l s muscua l res estriadas presentan unas estructuras repetitivas denomn i ada sarcómeros que son las responsables del fenómeno de la contracción muscular. ¿Cuál es la composicó i n químc i a de estas estructuras? ¿En qué parte de la célua l las encuadrarías? 130. En ocasiones, los microtúbulos dispersos del citoesqueleto se organizan para dar lugar a estructuras más concretas que pueden ser más o me nos permanentes en célula. ¿Cuáles son esas estructuras? 131.¿A qué llamamos diplosoma? ¿Cuál es su composicó i n y estructura? 132. ¿Qué anao l gías y dfe i renca i s existen entre un centriolo, un corpúsculo basal de un clio i o flageo l , y el axonema del ms i mo? 133.Define meda i nte una frase corta los sg i uientes térmn i os: ribosoma, lisosoma, nucleosoma, cromosoma, dictiosoma, peroxisoma, diplosoma, mesosoma . 134. ¿En qué lugares de la célua l eucariota podemos encontrar a los ribosomas? 135.Describe el camn i o que ha de seguir y las mo dfic i aco i nes que ha de experimentar un gu l coproteína desde el momento en que es sn i tetizada hasta que queda Universidad Católica los Ángeles de Chimbote - ULADECH
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defintiv i amente empa l zada en la bc i apa lipídc i a de la membrana pa l smática. 136. ¿Por qué decm i os que el aparato de Golgi está estructural y bo i químc i amente polarizado? 137.¿Con qué objeto la membrana de los lisosomas presenta una proteína que bombea iones hd i rógeno desde el hao i l plasma haca i el interior del lisosoma? 138. Expón dos razones por las que los enzm i as hd i roític l os ab l ergados en el interior d los lisosomas no degradan las bo i moé l cua l s locaiz l adas en el cto i so.l 139.Expic l a la dfe i renca i esenca i l entre vacuolas e inclusiones. 140.Una célula dispone en un momento dado de las siguientes sustancias para almacenar: glucosa, glucógeno, triacilglicéridos, aminoácidos. Razona en qué tipo de enclave citoplasmático se debería almacenar cada una de ellas. 141. ¿Qué rasgos ds i tintivos presenta la membrana mto i condrial interna comparada con otras membranas celua l res? 142.Señala ag l unas de las anao l gías entre las mto i condrias y las ba cterias actuales que apoyen la teoría del origen endosimbionte de estos orgánulos. 143.Haz un esquema de una mto i condria y señala en él las dos membranas y los dfe i rentes compartime i ntos que delimta i n. 144.¿Por qué las patatas “verdean” superficam i l ente cuando se las expone durante much tiempo a la luz? 145.Haz un esquema de un co l roplasto y señala en él las tres membranas y los dfe i rente compartime i ntos que delimta i n. 146. ¿Qué rasgos ds i tintivos presenta la membrana tilacod i al comparada con otras membranas celua l res? 147.¿A qué llamamos espacio perinuclear? ¿Con qué otro compartime i nto subceua l l r se comunc i a? 148.¿Qué smlitu i i des y dfe i renca i s existen entre la cromatina y los cromosomas? 149.¿A qué llamamos cariotipo de una espece i ? 150. Cuando se observan las fibras de cromatina al micr oscopio electrónico aparec estructuras repetitivas a las que se ha dado en llamar “el collar de perlas”. ¿En qué consiste esta estructura? 151. ¿Qué ventaa j representa para las célua l s eucariotas empaquetar sus molécua l s de DNA junto con proteínas hs i tónicas? 152.Tanto las células eucariotas como las procariotas disponen de una serie de pro transportadoras de electrones que intervienen en el proceso de respiración celu así como un enzima encargado de sintetizar el ATP. ¿En dónde se localizan esta proteínas en uno y otro tipo de célula? 153.¿Qué dfe i renca i s existen entre la pared celua l r de la célua l vegetal y la de la célu procariota? 154.¿Qué dfe i renca i s existen entre los cromosomas de las célua l s eucariotas y los de las célua l s procariotas? 155. ¿Por qué decimos que la membrana pa l smática presenta permeabilidad selectiva? 156.¿Puede una sustancia atravesar la membrana plasmática en contra de gradien concentración por transporte pasivo? ¿En qué casos? ¿Qué tipo de gradiente determinaría la dirección del transporte en tales casos? 157.Tene i ndo en cuenta que la vitamina A es una sustanca i liposoluble ¿por qué modalidad de transporte crees que podrá atravesar la membrana pa l smática? 158.¿A qué llamamos gradiente electroquímico a través de una membrana? 159. Tene i ndo en cuenta que el interior de la célua l está cargado negativamente con Universidad Católica los Ángeles de Chimbote - ULADECH
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respecto al exterior (hay más cargas negativas dentro que fuera) ¿Crees que e aminoácido argnn i i a podría entrar en la célua l por dfu i sión facilitada? 160. Muchas células son capaces de incorporar glucosa al citosol en contra de gra de concentración a través de una proteína de la membrana que no consume AT sino que utiliza la energía almacenada en un gradiente electroquímico previam establecido por la bomba de Na+ y K+. ¿Cómo se denomina esta modalidad de transporte? 161. ¿De dónde procede la energía que utiliza la bomba de Na+ y K+ para bombear estos iones a través de la membrana en contra de sus respectivos gradientes? 162. Los ds i tintos compartime i ntos subceua l l res tienen en general una composicó i n químc i a dfe i rente de la del cto i sol crc i undante. ¿Cómo expic l arías este fenómeno? 163.Señala los mecans i mos por los que crees que podrán entrar en la célua l las sg i uientes sustanca i s: agua, glucosa, oxígeno, CO2, aminoácidos, proteínas polisacáridos. 164.¿Cuál es el papel de la clatrina en los procesos de endocitosis? 165.¿En qué se dfe i renca i n pinocitosis y fagocitosis? 166. ¿En qué consiste la pn i octo i sis meda i da por receptores específicos? ¿Qué ventaa j representa para las célua l s frente a la pn i octo i sis convenco i na? l 167. Una célula acaba de incorporar dentro de una vesícula endocítica un agregad supramolecular formado por proteínas y polisacáridos. Indica qué acontecimie tendrán lugar desde este momento hasta que los nutrientes incorporados pase formar parte de la maquinaria bioquímica de la célula. 168.Indica cuál será el resuta l do de la dg i estión celua l r de cada uno de los sg i uientes tip de bo i moé l cua l s: proteínas, polisacáridos, triacilglicéridos, oligosacáridos, fosfoglicéridos, nucleótidos, ácidos nucleicos. 169.¿Por qué algunas sustancias deben ser sometidas a un proceso de digestión ce antes de ser incorporadas a la maquinaria bioquímica de la célula? ¿A qué tipos d sustancias nos referimos? 170. ¿Qué ventaa j s representa para los organs i mos unicelua l res la dg i estión intracelular frente a la dg i estión extracelular? 171. ¿Qué tipo de reacciones químc i as interve i nen en el proceso de dg i estión celua l r? ¿Qué tipo de enzm i as cataiz l an estas reacciones? 172.¿Qué dfe i renca i hay entre la dg i estión intraceua l l r autofágica y la heterofágica? 173.¿Todas las célua l s de un organs i mo pu l ricelua l r tienen la ms i ma informacó i n genética? Razona la respuesta. 174.En el supuesto de que se pudiesen distinguir los cromosomas como entidades individualizadas a lo largo de todo el ciclo celular, indica en cuales de las siguien fases se encontrarían divididos longitudinalmente en dos cromátidas hermanas y cuales no: telofase, período G1, período G2, profase, período S, anafase, metafase . Señala cuáles de ellas pertenecen a la interfase y cuáles a la mitosis. 175.¿Por qué consideramos poco adecuado denomn i ar a la interfase período de reposo? 176.¿A qué llamamos placa metafásica? 177.¿Cuál es la dfe i renca i entre los microtúbulos cinetocóricos y los microtúbulos polares del huso mitótico? 178. ¿Por qué en la citocinesis de células vegetae l s no es posbe i l la formacó i n de un surco de segmentación semejante al que aparece en el caso de las células animales? 179. ¿Qué orgánulo interve i ne en la citocinesis de las célua l s vegetae l s que no lo hace en la de las célua l s animales? Universidad Católica los Ángeles de Chimbote - ULADECH
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180.De las siguientes fases de la división celular meiótica distingue en cuales los cromosomas aparecerán divididos longitudinalmente en dos cromátidas herm en cuales no: profase I, metafase I, anafase I, telofase I, profase II, metafase II, anafase II, telofase II . 181.¿Cuál es la dfe i renca i esenca i l entre la anafase de la mitosis y la anafase de la primera división meiótica? 182.¿Por qué es necesaria una segunda división meiótica? 183. Cuál es el sg i nificado boó i l gico de la meiosis? ¿Con qué tipo de reproduccó i n se encuentra asociada? 184. ¿En qué consiste el entrecruzamiento que tiene lugar durante la profase de la primera dvsó i i i n meiótica? ¿Cuál es el sg i nificado boó i l gico de este proceso? 185.¿Cuál es la dfe i renca i entre la reproducción asexual y la reproducción sexual? 186.¿A qué llamamos cromosomas homólogos? )Cuál es la dfe i renca i entre una dotación cromosómica haploide y una diploide? 187.¿Cuántas célua l s resuta l n de una dvsó i i i n meiótica completa? )Qué tipo de dotación cromosómica tendrán dc i has célua l s? 188. Algunos organismos unicelulares tienden a acercarse a cualquier fuente lumin ¿Cómo llamarías a este tipo de movimiento celular? Distingue en este comportamiento cual es el estímulo y cual es la respuesta. 189.Las células del hígado alteran su metabolismo ante la presencia de distintas hormonas en el medio extracelular. ¿Cuál sería en este caso el estímulo y cuál respuesta? 190.¿A qué llamamos conu j gación bacteriana? ¿Por qué decm i os que es una forma primtiv i a de sexuaid l ad? 191.¿Por qué decm i os que las célua l s vv i as son máquinas químc i as? 192.Los enzm i as consiguen que las reacciones químc i as desfavorables termodn i ámc i amente (Δ G1>0) se tornen favorables. ¿Qué opinas de esta afirmacó i n? 193.Las enzimas no alteran los equilibrios termodinámicos de las reacciones quím pero consiguen que dichos equilibr ios se alcancen más rápidamente de lo que sucedería en ausencia de enzima. ¿Qué opinas de esta afirmación? 194. ¿A qué llamamos energía libre de activacó i n de una reacción químc i a? 195. ¿Qué importanca i tuvo para la bioquímc i a el descubrime i nto, debd i o a E. Büchner, que los enzm i as pueden actuar independe i ntemente de la estructura celua l r? 196. ¿Se puede afirmar en la actualidad que todos los enzm i as son proteínas? Razona la respuesta. 197.¿Qué tipos de aminoácidos podemos encontrar en el centro activo de un enzm i ay cuáes l son sus funco i nes? 198. ¿En qué consiste el efecto de saturación del enzm i a por el sustrato? 199.¿A qué llamamos constante de Mc i haelis-Menten de un enzm i a? ¿Cuál es el sg i nificado boó i l gico de dc i ha constante? 200.¿Por qué decm i os que la hp i ótesis del compleo j enzma-s i ustrato expic l a satisfactoriamente el efecto de saturación del enzm i a por su sustrato? 201. Desarrola l el concepto de energía de fijación entre el enzm i a y el sustrato. Coment brevemente el papel que juega la energía de fijación en la activd i ad de los enzm i as. 202.¿Por qué resulta inadecuada la imagen de la llave y la cerradura para referirse a la interacción entre el sustrato y el enzima? ¿Qué otra imagen podría resultar más adecuada y por qué? 203.¿Por qué decm i os que el grado de especficd i i ad de los enzm i as es mu y variado? Universidad Católica los Ángeles de Chimbote - ULADECH
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204.¿A qué llamamos pH óptimo de un enzm i a? ¿Por qué los enzm i as pe i rden su activd i ad a valores de pH aea l j dos de su pH óptimo? 205. ¿Qué dfe i renca i existe entre la inhibcó i i n enzm i ática competitiva y la incompetitiva? 206.Por qué son necesarios los enzm i as regua l dores? ¿Qué tipos de enzm i as regua l dores conoces? 207.¿A qué llamamos enzm i as ao l stéricos? ¿Y moduladores ao l stéricos? ¿Qué tipos de moduladores ao l stéricos conoces? 208.¿En qué consiste el control feed-back o inhibcó i i n por el producto final? 209.Señala las principales dfe i renca i s entre los enzm i as ao l stéricos y los enzm i as modulados covalentemente. 210.¿A qué llamamos zm i ógenos? ¿Cómo se activan? 211.¿De qué maneras pueden actuar los iones metáic l os como cofactores enzm i áticos? 212.Expic l a la rea l ción que existe entre coenzm i as y vta i minas. 213.Expic l a por qué las necesd i ades exógenas de vta i minas varían ampia l mente de unas especies a otras. 214.¿A qué llamamos rutas metabólicas? 215.¿Enuncia las principales diferencias entre el catabolismo y el anabolismo? 216.Qué es una ruta anfibólica? Pon un ejemplo que conozcas. 217. ¿Podría una célua l quimó i trofa utilizar el CO2 como fuente de carbono? ¿Cómo llamarías a este tipo de célua l ? 218. Las células anaerobias no pueden utilizar el oxígeno como aceptor último de electrones en las reacciones redox que ut ilizan para obtener energía. ¿Qué tip compuestos utilizan? Pon algún ejemplo de este tipo de compuestos. 219.Haz una ca l sificacó i n de los ds i tintos tipos celua l res atende i ndo sm i ultáneamente a las fuentes de carbono y energía que utilizan para su metabois l mo. 220.¿Cuándo podemos decr i que una célua l es anaerobia facuta l tiva? Pon un ee j mpo l de este tipo de célua l s? 221.Las célua l s de las hojas de las pa l ntas verdes ¿son fotoitó l trofas en todas las stu i aco i nes? Justifica la respuesta. 222.La obtención de ATP a partir de ADP y fosfato inorgánico se denomina fosforila ¿Qué tipos de fosforilación conoces? Rastrea las rutas catabólicas que hemos estudiado y localiza en ellas dos ejemplos de fosforilación a nivel de sustrato 223.¿Por qué decm i os que el ATP es la moneda energ ética de la célua l ? 224. Escribe las formas oxidada y reducida de dos coenzm i as transportadores de ee l ctrones. 225. ¿Por qué decm i os que la degradación de los gú l cidos se lleva a cabo “vía gu l cosa”? 226.¿En qué lugar de la célua l tiene lugar la gu l coiss l i ? ¿De qué compuesto parte esta ruta metabóic l a? ¿Qué compuestos se obtienen al final de la ms i ma? 227. ¿A qué llamamos fermentación? ¿Con qué objeto llevan a cabo las célua l s este proceso? 228.Cta i dos tipos de fermentación que conozcas y señala en cada uno de elo l s cuál es e aceptor útim l o de ee l ctrones. 229.¿Para qué utilizan las célua l s la ruta de las pentosas? 230. ¿En qué lugar de la célua l tiene lugar el cco i l de Krebs? Indica los compuestos que entran y salen del cco i l en cada vueta l . 231.¿De dónde procede el acetil-CoA que entra en el cco i l de Krebs? 232. ¿Por qué decm i os que el transporte ee l ctrónico mto i condrial es un proceso “cuesta abao j ”? Universidad Católica los Ángeles de Chimbote - ULADECH
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233.¿De dónde proceden los ee l ctrones que son transportados hasta el oxígeno por la cadena de transporte ee l ctrónico mto i condria? l 234. ¿Cómo llega a la cadena de transporte ee l ctrónico mto i condrial el poder reducto generado en el hao i l plasma durante la gu l coiss l i ? 235.Algunos compuestos como el 2,4, dinitrofenol tienen el efecto de desacoplar el transporte electrónico de la fosforilación oxidativa. Para ello, se introducen entre lo lípidos de la membrana mitocondrial interna volviéndola permeable a los iones hidrógeno. ¿Podrías explicar este efecto desacoplante? 236.Expic l a por qué los ee l ctrones procedentes del NADH producen más ATP al crc i ula por la cadena resprato i ria que los procedentes del FADH2. 237.Calcula cuantas molécua l s de ATP se obtienen meda i nte la degradación total de una molécua l de gu l cosa hasta CO2 y H2O. 238.¿Podría tener lugar la fosforilación oxidativa si los componentes de la cadena respiratoria se encontrasen libres en disolución en lugar de estar anclados en membrana mitocondrial interna? 239.Expic l a la dfe i renca i entre el anabois l mo autótrofo y el anabois l mo heterótrofo. ¿Qué tipos de célua l s pueden realizar uno y otro tipo de anabois l mo? 240. ¿Qué tipos de sustanca i s inorgánc i as se fijan en forma de materia orgáncia en el proceso de fotosíntesis? 241.Localiza los pg i mentos responsables de la fotosíntesis en una célua l procariota y e una célua l eucariota. 242.Resume en pocas palabras los procesos de la fase luminosa y de la fase oscura de la fotosíntesis. 243.¿En qué tipo de estructuras están organz i ados los pg i mentos fotosintéticos? Describe brevemente una de estas estructuras. 244.¿A qué llamamos compleo j antena? ¿Y centro de reacción? ¿Cómo se denomn i a el conu j nto formado por ambos? 245. ¿En qué se dfe i renca i n fundamentam l ente el transporte ee l ctrónico mto i condrial de transporte ee l ctrónico fotosintético? 246. ¿En qué lugar de la célua l tiene lugar la fase luminosa de la fotosíntesis? ¿Y la fas oscura? 247.Describe brevemente el fluo j de ee l ctrones característico del transporte ee l ctron fotosintético (puedes ayudarte de un esquema). 248.¿Con qué objeto llevan a cabo las célua l s la fotofosforilación cícic l a? ¿En qué s dfe i renca i de la fotofosforilación no cícic l a? 249. ¿Por qué se considera poco afortunada la denomn i acó i n “fase oscura” de la fotosíntesis? 250.Enunca i los tres procesos principales que configuran el cco i l de Calvn i . 251. ¿Cuál es el destino de los fosfatos de triosa que se generan en el cco i l de Calvn i ? 252.¿A qué se debe el fenómeno de la fotorrespra i ción? ¿Por qué se denomn i a así? 253. ¿Cómo solucionan ag l unas pa l ntas el problema causado por la fotorrespra i ción? ¿Cómo se denomn i an estas pa l ntas? 254. ¿En qué forma obtienen las pa l ntas el ntró i geno y el azufre que necesta i n para construr i determn i adas bo i moé l cua l s? 255.¿Cómo empe l an las célua l s fotosintéticas los productos de la fase luminosa para la fijación del ntró i geno y el azufre? 256.Expic l a cómo varía la intensd i ad fotosintética en funcó i n de la concentración d dó i xido de carbono. ¿Por qué para nv i eles ato l s de CO2 la intensd i ad fotosintética s Universidad Católica los Ángeles de Chimbote - ULADECH
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torna insensbe i l a este factor? 257. ¿Cómo afecta la mayor o menor concentración de O 2 a la intensd i ad fotosintética? ¿A qué puede ser debd i o este efecto? 258.¿En qué se dfe i renca i n fundamentam l ente la fotosíntesis de l a quimo i síntesis? 259. ¿En qué consiste la gu l coneogéness i ? ¿En qué lugar de la célua l transcurre? 260. ¿De qué metaboito l parte la síntesis reductora de ácidos grasos? ¿En qué lugar de la célua l transcurre?
III UNIDAD GENÉTICA, BO I TECNOLOGA Í EINGENIERÍA GENÉTICA
261. Indica en qué datos experimentae l s se basaron Watson y Crick para ea l borar su modelo de dobe l hélice para la estructura del DNA. 262. Enunca i brevemente la “regla de equv i alenca i de bases” de Chargaff. 263.¿Por qué decm i os que las dos hebras de una dobe l hélice d e DNA son antiparaea l l s 264. La transformación R en S observada por Griffith en los pneumococos fue atrib algunos críticos a que algunas bacterias S habían sobrevivido a la esterilización calor, siendo éstas las responsables de la infección y muerte del ratón y no las bacterias R supuestamente transformadas. ¿Cómo se pudo demostrar que en e tenía lugar una transformación R en S? 265.¿Qué demostraron exactamente Hershey y Chase en su experimento con bacteriófagos? 266.¿Qué procedime i nto utilizaron Avery y sus colaboradores para demostrar que el “principo i transformador” era DNA?. 267. Enumera los tres modelos “a priori” considerados para la replicacó i n del DNA y expic l a brevemente en qué consiste cada uno de elo l s. 268.Explica esquemáticamente los resultados que hubiesen obtenido Messelson y S en su experimento en caso de que la replicación del DNA siguiese un modelo dispersivo. ¿Y en el caso de que fuese conservativo? 269. ¿Por qué las cadenas de DNA en crecime i nto se sn i tetizan a partir de nuce l ótidos trifosfato y no a partir de nuce l ótidos monofosfato? 270.Expic l a en pocas palabras qué es lo que Asaben@ hacer las DNA polimerasas conocidas hasta la actualidad. 271.Expic l a por qué en la replicación del DNA son necesarios los “cebadores”. ¿En qu consste i n tae l s cebadores? 272.¿Qué hecho estamos resata l ndo cuando decimos que la replicación del DNA es “semiconservadora”? 273. Comenta las dfe i rencias entre el concepto clásico de gen y el nuevo concepto que surge con la boo i l gía molecua l r. 274. ¿Por qué decimos que la replicación del DNA es bdre i i cciona? l 275.Expic l a el problema que se deriva del hecho de que las DNA polimerasas solo pueda sintentizar cadenas en dre i cción 5' a 3.' 276. En la replicación del DNA ¿a qué llamamos hebra líder y a qué hebra rezagada? ¿E qué consste i n los llamados “fragmentos de Okazaki”? 277. ¿Cómo expic l arías, a la luz de los conocime i ntos actuales, el fenómeno de la transformación R en S observado por F. Griffith en sus experimentos con neumococos? Universidad Católica los Ángeles de Chimbote - ULADECH
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278. En el lejano planeta Rebordelos (todavía por descubrir) existen organismos v iv difieren de los organismos terrestres en algunos aspectos de su bioquímica. El profesor Bernardo Lumbreras, prestigioso investigador rebordeliano, ha realizad recientemente en su planeta un experimento análogo al realizado en la Tierra po Messelson y Sthal. Los resultados que obtuvo fueron los siguientes: en la primera generación el tubo de la centrífuga mostraba una banda “ligera” y otra “pesada”; e sucesivas generaciones se mantenía este patrón, pero la banda “ligera” se iba haciendo más nítida mientras que la “pesada” se iba difuminando; en ningún cas aparecían bandas híbridas. A la vista de estos resultados ¿Podrías ayudar al prof Lumbreras a discernir que tipo de replicación del DNA presentan los organismo de Rebordelos? 279.¿A qué llamamos “molde” y “cebador” en el proceso de replicación del DNA? 280. Expic l a de donde proviene la energía necesaria para enlazar los sucesivos restos nucleotídc i os en una cadena de DNA en crecime i nto. 281.Todas las DNA-polimerasas conocidas sintetizan DNA añadien do nucleótidos e dirección 5' a 3'. Por otra parte, las dos cadenas de una doble hélice de DNA son antiparalelas. Explica como pueden las células vivas sintetizar simultáneamente la dos cadenas hijas complementarias a las dos cadenas parentales de una mo lécul DNA en replicación. 282. Explica como solucionan las células eucariotas el problema del acortamiento d telómeros que se produce en cada ciclo de división celular. ¿Por qué no se da es problema en las células procariotas? 283.¿Cuál es la funcó i n que realizan las helicasas y las toposo i merasas en la replicacó i n del DNA? 284.¿Cuál es el papel de la DNA ligasa en la replicación del DNA? 285.¿Qué característica de la teo l merasa le permte i “reparar” los extremos de los cromosomas? 286.Enumera los principales tipos de RNA y cita la funcó i n boó i l gica de cada uno de elo l s 287. Indica cuáles de las sg i uientes proposico i nes son verdaderas y cuáles fas l as atende i ndo a la regla de equvae i l ncia de bases de Chargaff: [A+C] = [G+T] [A] = [T] y [G] = [C] [A+G] = [C+T] [A] = [G] y [T] = [C] [A] = [C] y [G] = [T] 288.Expic l a la dfe i rencia entre mutación génca i y mutación cromosómica. 289.¿En qué reside la capacidad mutagénica de los agentes químc i os denomn i ados “anáo l gos de base”? 290. Expic l a cómo actúan los denomn i ados “agentes intercalantes” en la producción de mutaciones. ¿Qué tipo de mutación suelen producir? 291.¿Por qué la inserción o deleción de una base en una cadena de DNA suee l tener consecuencias más drásticas que una simple sustitución de una base por otra ? 292.Señala la dfe i rencia esencial entre las “actividades” de las DNA polimerasas y la RNA polimerasas. 293.En la actualidad se considera más apropiado referirse a la clásica teoría “un g una enzima” con la denominación “un gen - un polipéptido” o incluso “un cistrón polipéptido”. Trata de justificar este cambio de denominación. 294. ¿Todas las célua l s somáticas de un organs i mo pu l ricelua l r llevan la ms i ma Universidad Católica los Ángeles de Chimbote - ULADECH
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informacó i n genética? Justifica la respuesta. 295. ¿En todas las céua l l s somáticas de un organs i mo pu l riceu l l ar se expresa la ms i ma informacó i n genética? Justifica la respuesta. 296. Expic l a en pocas palabras los conceptos de transcripción y traducción. 297.Ea l bora un pequeño esquema en el que se reflee j el denomn i ado “dogma central de la boo i l gía molecua l r”. 298. ¿Pueden existir segmentos con estructura de dobe l hélice dentro de una molécua l d RNA? ¿Y dobe l s hélices mxta i s DNA-RNA? Pon ee j mpo l s de uno y otro caso. 299.Los productos de la transcripción ¿Termn i an siempre siendo traducidos a la estructura primaria de una proteína? Justifica la respuesta. 300. Enumera las tres fases de que consta el proceso de transcripción. ¿Como se llama la fase adico i nal que puede tener lugar o no? 301. Expic l a los conceptos de exón e intrón. 302. ¿En qué fase de la expresión génca i se eimn l i an los intrones? ¿Te i ne lugar antes o después de la transcripción? 303.¿En qué grupos de organs i mos los genes se encuentran fragmentados en intrones y exones y en cuales no lo están? 304. ¿En qué consiste el proceso de maduración del RNA transcrito primario en las célua l eucariotas? 305. ¿Por qué en los organs i mos eucariontes la transcripción y la traduccó i n no pueden ser casi simultáneas como lo son en los procariontes? 306.Enuncia al menos tres dfe i rencias entre la transcripción en procariontes y e eucariontes. 307.¿Por qué decimos que el código genético es degenerado, universal, sin comas y sin solapamientos? 308. ¿Qué ventaa j evou l tiva pudo suponer la “degeneración” del código genético? 309. Con la ayuda de una tabla del código genético, si es preciso, determina la secuenc de aminoácidos codificada en la secuencia de nucleótidos del siguiente fragmento d DNA (se tendrán en cuenta los tripletes de inicio y fin de síntesis) 5' GTTATTTACGATTAGCCCAAAAGGTGCACTAAAGTC 3' 310. Define con precisión los térmn i os codón y anticodón. 311. ¿En dónde reside la especificd i ad de la unión entre cada aminoácido y su correspondiente t-RNA? 312. En ocasiones se observan al microscopio electrónico estructuras inestables, denominadas polisomas, que están formadas por varios ribosomas próximo uno otros. ¿Qué interpretación darías a estas estructuras? 313. ¿Cuál es la función del enzima peptidl-tra i nsferasa en el proceso de síntesis de una proteína? 314.¿Cuál es el aminoácido con el que generam l ente se incia i la síntesis de una cadena polipeptídc i a? ¿En qué extremo de la cadena se sitúa? 315.¿Qué representan los denomn i ados “sitio A” y “sitio P” en el proceso de traducción? 316. ¿Por qué la regua l ción de la expresión génca i tiene lugar fundamentam l ente a nve i del proceso de transcripción y no del de traducción? 317.Define los térmn i os operón, promotor, operador, represo . 318.Expic l a la dfe i rencia entre genes estructurae l s y genes regua l dores. 319.¿Cuál es la fórmula de un polisacárido que está formado por 245 molécua l s de terrosas? 320.¿Cuál es la f´órmula de un polisacárido que está formado por 15 p entosas, 16 Universidad Católica los Ángeles de Chimbote - ULADECH
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hexosas y 17 heptosas? 321. Si una proteína en su estructura primaria está formada por 2,547 aminoácid ¿Cuántos átomos de hidrógeno se han liberado para formar dicha estructura primaria? 322.¿En el proceso de gu l cóisis, l cuántos pru i vatos, NADH 2 reducd i os, ATP totae l s, ATP netos se forman? 323. ¿Qué función cumpe l la enzima ad l olasa en el proceso de gu l cóisis l ? 324. ¿Al actuar la piruvato deshidrogenasa en la conversión del piruvato a acetilcoen A, cuantas moléculas de dióxido de carbono se liberan y cuanto s NADH2 (reduc se forman si se degradan cinco moléculas de glucosa totalmente? 325.¿Si se degradan doce molécua l s de gu l cosa en un proceso estrictamente anaeróbico, cuántos ATP se forman en tota? l 326.¿En el ciclo de Krebs cuantos ATP se forman por molécua l d e gu l cosa? 327.¿En el cclo i de Krebs cuántos NADH2 (reducidos) se forman cuando se degrada compe l tamente ocho molécua l s de gu l cosa? 328.¿Cuándo se degrada totam l ente una molécua l de gu l cosa. en un proceso aeróbico, cuántos ATP se forman en cadena respra i toria? 329.¿En un proceso hp i otético aeróbico, se obtienen 2ATP, 4GTP, 12 NADH 2 y 4 FADH2; cuántos ATP totae l s se forman a partir de una fosforilación oxidativa? 330.¿Si se degrada meda i molécua l de gu l cosa en el ciclo, cuántos ATP se forman en cadena respra i toria? 331.¿Incluyendo los NADH2 reducidos que van a cadena respo i ratoria, cuántos ATP se forman en el proceso de gu l cóisis l teniendo en cuenta el gasto de energía? 332.¿Cuántos ATP se formarán (sin tomar en cuenta el gasto de energía) si se degrada por compe l to veinte molécua l s de gu l cosa? 333.¿Cuántos ATP se formarán en forma global (sin tener en cuenta el gasto de ene cuando se degradan totalmente, en forma aeróbica, cuatro maltosas, cinco gluco y seis piruvatos? 334.¿Cuántos ATP se formarán en forma global (teniendo en cuen ta el gasto de ene cuando se degradan totalmente, en forma aeróbica, cuatro maltosas, cinco gluco y seis piruvatos? 335.¿Cuántos ATP se formarán en forma go l bal (sin tener en cuenta el gasto de energía), cuando se degradan en forma anaeróbica, ocho mato l sas y seis gu l cosas? 336.¿Cuántos ATP se formarán en forma go l bal (teniendo en cuenta el gasto de energía), cuando se degradan en forma anaeróbica, ocho maltosas y seis gu l cosas?
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GLOSARIO “A”
1. Acido.- Una sustancia que produce un incremento en el número de iones hidrógeno (H +) en una solución disminución en el número de iones hidrógeno (OH -); que tiene un pH inferior a 7; lo opuesto a una base. 2. Acido graso.- Acido orgánico que contiene una cadena de hidrocarburo larga sin dobles enlaces (ácido graso saturado), un doble enlace (un ácido graso monoinsaturado) o dos o más dobles enlaces (ácido poliinsaturado); los ácidos grasos son componentes de grasas neutras y fosfolípidos. 3. Actina.- Una proteína compuesta por subunidades globulares, que forma filamentos que se encuentran ent componentes principales del citoesqueleto. También una de las dos proteínas principales del músculo (la otr miosina), el constituyente principal de los filamentos delgados. 4. Actividad fotosintética.- En la fotosíntesis, las plantas verdes utilizan el pigmento verde clorofila para capta energía luminosa, que convierten en energía química, la cual utilizan para fabricar materia orgánica a par anhídrido carbónico (CO2) y agua, desprendiendo oxígeno. En el laboratorio la actividad fotosintética puede medirse de varias formas, entre ellas por la cantidad de oxígeno desprendido. En la naturaleza, en superficie terrestres o masas de agua, la determinación de l a clorofila presente o su evaluación por teledetección pued utilizarse como una medida de la biomasa de organismos fotosintéticos. 5. Adaptación.- l. Estado de encontrarse ajustado al ambiente como resultado de la selección natural. 2. Una peculiaridad de la estructura, fisiología o comportamiento que ayuda al organismo en su ambiente. 3. Adapt fisiológica, proceso que puede ocurrir ya sea en el curso de la vida de un organismo individual –tal como la producción de más glóbulos rojos en respuesta a la exposición a grandes altitudes– o bien en una población, durante el curso de muchas generaciones. 6. Adenn i a.- Base nitrogenada purínica componente de ácido desoxirribonucleico y ATP. 7. Adenosín trifosfato. - El nucleótido que suministra la moneda corriente energética para el metabolismo celu compuesto por adenina, ribosa y tres grupos fosfatos. Al hidrolizarse, el ATP pierde un grupo fosfato y un ion hidrógeno y se transforma en adenosina difosfato (ADP), liberando energía en el proceso. El ATP se forma de ADP y fosfato inorgánico, en una reacción enzimática que atrapa energía liberada por el catabolismo o en capturada en la fotosíntesis. 8. ADN.- Acido nucleico de doble cadena; contiene información genética codificada en la forma de secu específicas de los nucleótidos que lo constituyen. 9. ADN recombinante.- Molécula de ADN formado por recombinación de fragmentos de ADN de orígenes diferentes. La (o las) proteína que codifica es una proteína recombinante. Se construye mediante la unión de fragmento de ADN de origen diverso a un vector, como, por ejemplo, un plásmido circular bacteriano. El vect abre por un sitio específico, se le inserta entonces el fragmento de ADN de origen diverso y se cierra el círculo nuevo. El ADN recombinante se amplifica en una célula huésped en la que puede replicarse el vector. 10. Agente Mutagénico. - Compuesto químico que produce mutaciones en la descendencia de los organismos v Una mutación es un cambio en la estructura del material genético de un orga nismo, y aunque existen mutaci ventajosas la mayoría son dañinas o neutras. Con frecuencia los agentes mutagénicos son cancerígenos. U ejemplo común es la acción del diclorvos; otro es la radiación ionizada. 11. Aislamiento genético. - La ausencia de intercambio genético entre poblaciones o especies como resultado d separación geográfica o de mecanismos de preapareamiento o posapareamiento (anatómicos, fisiológicos o comportamiento) que evitan la reproducción. 12. Albinismo.- El pigmento melanina no puede ser sintetizado por los albinos. Diferentes mutaciones pueden c albinismo: 1) la falta de una u otra enzima lo largo de la vía sintetizadora de melanina; o 2) la incapacidad de la enzima para entrar en las células pigmentarias y transformar el ami noácido tirosina en melanina. 13. Aelo l dominante.- Aelo l que siempre se expresa cuando está presente, sin importar si es homocigoto o heterocigoto. 14. Aelo l recesivo.- Aelo l que no se expresa en el estado heterocigoto. 15. Aelo l s.- Genes que rigen la variación del msm i o carácter y que ocupan posiciones (loci) correspondien cromosomas homólogos; formas alternativas de un gen. 16. Aminoácido.- Compuesto orgánico que contiene un grupo amino ( -NH2) y un grupo carboxilo (-COOH); pu estar unido por enlaces peptídicos para formar las cadenas polipeptídicas de las moléculas de proteína. subunidades (monómeros) que forman las proteínas (polímeros). Cada aminoácido posee por lo m enos un g funcional amino (básico) y un grupo funcional carboxilo (ácido) y difiere de otros aminoácidos por la com de su grupo R. Los aminoácidos son ácidos en los cuales uno o más átomos de carbono tienen un grupo am Universidad Católica los Ángeles de Chimbote - ULADECH 275
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(derivado del amoníaco en el que uno o más átomos de hidrógeno se han sustituído por radic hidrocarbonados), de los 70 conocidos, sólo 20 se encuentran en las proteínas 17. Aminoácido esencial.- Aminoácido que no puede ser sintetizado por el propio organismo. De los 20 aminoá necesarios en las proteínas humanas, solamente son esenciales los 8 siguientes: le ucina, isoleucina, lisina, metionina, fenilalanina, treonina, triptófano y valina. 18. Amniocentésis.- Procedimiento invasivo por el cual mediante una fina aguja que se inserta en el fluido am (bajo monitoreo ecográfico) que rodea al feto (término apl icado al bebé antes del primer trimestre) se obtien células que se desprendieron del feto. Estas células pueden cultivarse y utilizarse, entre otras, para determ cariotipo el cual puede mostrar las anomalías del Síndrome de Down o el sexo del bebé . 19. Ampificació l n.- Un aumento del número de copias de un fragmento específico de ADN. Puede producirse in v o in vitro. Ver clonación, reacción en cadena de la polimerasa. 20. Anafase.- Etapa de la mitosis y de las meiosis I y II en la que los cromosoma s se desplazan a los polos opuest de la célula; la anafase ocurre despuén de la metafase y antes de la tefofase. En la mitosis y en la meiosis II, la etapa en la cual las cromátides de cada cromosoma se separan y se mueven a polos opuestos; en la meiosis etapa en la cual los cromosomas homólogos se separan y se mueven hacia polos opuestos. 21. Anticodón.- Secuencia de tres nucleótidos en el RNA de transferencia que es complementaria al codón de t nucleótidos del RNA mensajero (y se combina con él), de manera que ayuda a especificar la adición de un aminoácido dado al extremo de un polipéptido en formación. 22. Apoptosis.- Muerte celular programada, suicidio celular. Cuando ello ocurre la célula se encoge y desprend sus vecinas. En su superficie apar ecen burbujas (la célula parece hervir) y la cromatina se condensa form una o varias manchas cerca de la membrana nuclear. Poco después se fragmenta en numerosos cuerpos apoptosicos que engloban fracciones de las células siendo finalmente fagocitados. 23. ARN.- Famlia i de ácidos nucleicos monocatenarios que participan principalmente en la síntesis de proteí 24. ARN satélites.- ARN simlar i a los viroides empaquetados en capsides de determnadas i cepas de virus, replican en presencia del virus "colaborador" específico, modificando su patogenicidad. 25. Aster.- Sstem i a de mcrotúbulos i con forma de estrella, que se expande desde un centrosoma o desde el p huso mtótico. i 26. ATP.- Compuesto orgánico que contiene adenina, ribosa y tres grupos fosfato; de i mportancia funda las transferencias energéticas en las células. 27. Autosoma.- Cualquier cromosoma que no sea un cromosoma sexual. Los seres humanos tienen 22 pares autosomas y un par de cromosomas sexuales. 28. Autótrofo.- Un organismo capaz de sintetizar todas las moléculas orgánicas necesarias a partir de sustanc inorgánicas simples (por ejemplo, H2O, CO2, NH3) y de alguna fuente de energía (por ejemplo, luz solar); opu a heterótrofo. Las plantas, las algas y algunos grupos especializados de procariotas son autótrofos.
“B”
29. Bacterias.- Térmno i general para referirse a dos grupos de mcroorganism i os procarióticos unicelula arqueobacterias y eubacterias. La mayoría son desintegradoras, pero algunas son parásitas, y otras, autó 30. Bacterióago f .- Vrus i que infecta bacterias (literalmente, "comedor de bacterias"). También llamado fago. 31. Bases apareadas.- Dos bases nitrogenadas (adenina y timina o guanina y citosina) mantenidas juntas por enlaces débiles (puente hidrógeno). Las dos hebras del ADN se mantienen juntas formando una doble hélic los enlaces de sus bases apareadas. 32. Biblioteca de cDNA.- Colección de plásmidos recombinantes que contienen copias de DNA complementari (cDNA) de plantillas de mRNA. El cDNA, que carece de int rones, es sintetizado por transcriptasa inversa. Compárese con biblioteca genómica de DNA. 33. Biología molecular.- Parte de la biología que trata de los fenómenos biológicos a nivel molecular. En sentido restringido comprende la interpretación de dichos fenó menos sobre la base de la participación de las proteí ácidos nucleicos. 34. Biotecnología.- Conjunto de técnicas desarrolladas en los últimos años, en que se aplican los avances en genética y fisiología para nuevas aplicaciones industriales, agrícolas, c línicas o de tratamiento de residuos (producción de insulina y hormona del crecimiento humanos por bacterias, obtención de cepas o de organism transgénicos de mayor crecimiento o resistencia a stress ambientales, etc.). 35. Bomba de sodio y potasio. - Sste i ma de transporte activo celularque extrae iones sodio e introduce iones potas en las células. 36. Buffer.- Combinación de las formas dadora y aceptora de H+ de un ácido débil o una base débil; un buffe cambios apreciables de pH en las soluciones a las cuales se les añade pequeñas cantidades de ácidos o Universidad Católica los Ángeles de Chimbote - ULADECH
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“C”
37. Caloría.- La cantidad de energía en forma de calor que se necesita para elevar la temperatura de un gram agua en 1°C, al hacer mediciones metabólicas, se usa generalmente la kilocaloría (caloría). Una caloría es la cantidad de calor requerida para elevar la temperatura de un kilogramo de agua en 1°C. 38. Canal iónico.- Proteína que forma un poro hidrofílico a través de la membrana por el que difunden io específicos a favor de su gradiente electroquímco. i 39. Cáncer.- Tumor maligno en general y especialmente el formado por células epiteliales. La característica bás la malignidad es una anormalidad de las células transmitida a las células hijas que se manifiesta por la reduc del control del crecimiento y la función celular, conduciendo a una serie de fenómenos adversos en el huéspe través de un crecimiento masivo, invasión de tejidos vecinos y metástasis. La proliferación celular en los tu malignos no es totalmente autónoma. Además de la dependencia del cáncer respecto del huésped para su irrigación sanguínea, su crecimiento se afecta por las hormonas, los fármacos y los mecanismos inmunológic del paciente. Los cánceres se dividen en dos grandes categorías de carcinoma (epit elios) y sarcoma (mesénquimas). 40. Cápside.- Cubierta proteínica que rodea al ácido nucleico de un virus. 41. Carbohd i rato. - Compuesto que contiene carbono, hidrógeno y oxígeno en la porción aproximada de C2H : ejemplo azúcares, almdón i y celulosa. 42. Carbono 14.- Isótopo radiactivo del elemento químico Carbono (símbolo C). el C 14 se utiliza como marcado radiactivo de sustancias químicas. Su determinación en materiales orgánicos antiguos, subfósiles y fósiles p determinar la edad en años. Este método desarrollado por W.F. Libby en 1948, fue la primera técnica de dat absoluta por isótopos radiactivos. 43. Cariotipo.- Constitución cromosómica de un individuo. Las representaciones del cariotipo por lo general se obtiene fotografiando los cromosomas y disponiendo los pares homólogos en pares conforme a su tamaño, posición del centrómero y patrón de bandas. 44. Carioip t o XYY.- Constitución cromosómca i que hace que los individuos afectados (varones fecundos) se inusualmente altos, con acné intensa. 45. Casquete de mRNA.- Un nucleótido inusual, 7-metilguanosina, que se agrega al extremo 5' de un RNA mensaje eucariótico. La formación del casquete permte i a los ribosomas eucarióticos unirse al mensaje. 46. Catabolismo.- Aspecto del metabolismo en el cual se degradan sustancias complejas para formar otras m simples; las reacciones catabólicas revisten particular importancia para la liberación de la energía quím almacenada por la célula. 47. Catalizador.- Sustancia que incrementan la rapidez con que ocurre una reac ción químca i sin consumirse e reacción. Las enzimas son catalizadores biológicos. 48. Catión.- Partícula con una o más unidades de carga positiva, como el ión hidrógeno (H+) o el ión calcio (C 49. Célua.l Unidad estructural y funcional básica de la vid a, que consta de materia viva rodeada por una m 50. Célula madre.- Célula relativamente indiferenciada capaz de experimentar división celular repetida. En división cuando menos una de las células hijas suele permanecer como célula madre, mientras que es posibl la otra se diferencie en u tipo celular específico. 51. Célula plasmática.- Célula que secreta anticuerpos; linfocitos B diferenciados. Célula productora de anticu que resulta de la diferenciación y proliferación de un linfocito B en interacción con un antígeno complem los anticuerpos que despliega en su superficie. Una célula plasmática madura puede producir entre 3.000 y 30.000 moléculas de anticuerpo por segundo. 52. Célua l somática.- Célula del cuerpo que no participa en la f ormación de gametos. 53. Céluas l pu l ripotenciales.- Células que pueden originar por diferenciación varias líneas celulares a diferencia d las totipotenciales o totipotentes que pueden originar cualquier tipo celular. 54. Celuo l sa.- Polisacárido estructural formado por unidades de glucosa beta; principal constituyente de las primarias de las plantas. 55. Centriolos.- Un par de pequeños organelos cilíndricos dispuestos perpendicularmente entre sí cerca del nú en el citoplasma de las células animales y det erminados protistas y células vegetales; cada centriolo tiene la de un cilindro constituído por nueve tripletes de microtúbulos (estructura 9 x 3). 56. Centrómero.- Región constreñida especializada de una cromátide; contiene el cinetocoro. En las célula profase y metafase, las cromátides hermanas se unen en la vecindad de sus centrómeros. 57. Centrosoma.- Estructura de las células animales que funciona primariamente como un centro organizador microtúbulos y actúa como polo del huso mitótico durante l a división celular. En la mayoría de las células ani contiene un par de centríolos. 58. Cenzima A.- Cofactor orgánico encargado de transferir grupos derivados de ácidos orgánicos. Universidad Católica los Ángeles de Chimbote - ULADECH
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59. Cclin i as.- Proteínas reguladoras cuya concentración oscila durante el ci clo celular, activan cinasas de p dependientes de ciclina. 60. Cclo i celuar.l Serie cíclica de procesos en la vida de una célula eucariota capaz de dividirse; consiste en m citocinesis y las etapas de la interfase. El tiempo necesario para comp letar un ciclo es el tiempo de gene 61. Ciclo del ácido cítrico. - Serie de reacciones químicas en la respiración celular aerobia; en él, la acetilCoA se degrada por completo a dioxido de carbono y agua, con liberación de energía metabólica, la cual se emplea producir ATP. 62. Ciclo del carbono. - Circulación y reutilización mundial de los átomos del carbono, debido principalmente a l procesos metabólicos de los seres vivos. El carbono inorgánico, en forma de dióxido de carbono, se incorpor compuestos orgánicos por acción de los organismos fotosintéticos; cuando los compuestos orgánicos son degradados durante la respiración, se libera dióxido de carbono. Grandes cantidades de carbono se "alma en los mares y en la atmósfera, así como en los dep ósitos de combustibles fósiles. 63. Cclo i vital.- El lapso entero de existencia de cualquier organismo, desde el momento en que se forma el cig desde la reproducción sexual) hasta que se reproduce. 64. Cgoto i .- Célula 2n que resulta de la unión de gametos "n" en la reproducción sexual. Las especies no po tienen gametos haploides y cigotos diploides. 65. Cn i etocoro.- Porción del centrómero cromosómco i a la que se unen las fibras del huso mtótico. i 66. Cto i cinesis.- Etapa de la división celular en la que el citoplasma se divide para formar dos células hijas. 67. Cto i cromos.- Proteínas hem que contiene hierro y participan en un sistema de transporte de electrones. 68. Cto i esqueleto.- Red interna dinámca i de fibras proteínicas; incluye mcrofilam i entos, filamentos i nterm mcrotúbulos. i 69. Ctopasm i l a.- Contenido celular, con la excepción del núcleo. 70. Cto i sina.- Base nitrogenada pirimdica í componente de los ácidos nucleicos. 71. Cto i so.l Componente líquido del citoplasma en el cual están suspendidos los organelos. 72. Ctrato i .- Acido orgánico de seis carbonos. 73. Con l a.- (1) Población de células descendientes por división mtótico i de una sóla célula ancestral; (2) pobla organismos genéticamente identicos propagados de manera asexual a aprtir de un sólo individuo. 74. Con l ación humana.- Proceso para obtener individuos genéticamente idénticos o poblaciones celulares hum con una ms i ma información genética. 75. Co l roila.f Grupo de pigmentos verdes captadores de luz presentes en la mayor parte de organism fotosintéticos. 76. Co l ropasto l s.- Organelos membranosos donde ocurre la fotosíntesis en los eucariotas; se encuentran en algu células vegetales y algales. 77. Códg i o de tripetes.l Secuencias de tres nucleótidos que constituyen los codones, unidades de informa genética en el mRNA que especifican el orden de los amnoácidos i en una cadena polipeptídica. 78. Códg i o genético.- Sstem i a de tripletes de nucleótidos en el DNA y el RNA, que lleva información genéti determna i la secuencia de amnoácidos i en las enzimas y otras p roteínas sintetizadas por el organismo 79. Codominancia.- Condición enla cual dos alelos de un locus se expresan en el heterocigoto. 80. Codón.- Triplete de bases de mRNA que especifica un amnoácido, i una señal de inicio o una señal de term del polipéptido. 81. Codón de incio i . - Codón AUG, que actúa como señal para iniciar la traducción del RNA mensajero. Compáres con codón de termnación. i 82. Codón de termn i ación.- Cualquier codón en mRNA que no codifica un aminoácido (UAA; UAG o UGA). Detiene la traducción en ese punto. Comparese con codón de iniciacion. 83. Coenzima.- Cofactor orgánico de una enzima; por lo general participa en la reacción transfiriendo algún componente, como electrones o parte de una molécula sustrato. Molécula orgánica no proteínica que desem un papel accesorio en los procesos catalizados por enzimas y frecuentemente actúan como dador o aceptor d una sustancia que interviene en la reacción. NAD+, FAD y la coenzima A son coenzimas comunes. 84. Cofactor.- Sustancia no proteica necesaria para la actividad normal de una enzima; algunos cofactores inorgánicos (usualmente iones metabólicos), y otros son orgánicos (coenzimas). 85. Complejo de Golgi.- Organelo formado por pilas de sacos membranosos aplanados. Encargado principalm de modificar, empacar y clasificar proteínas que serán secretadas o enviadas a otros organelos del sistem membranas internas o a la membrana plasmática. 86. Complejo enzima-sustrato.- Asociación temporal entre enzimas y sustrato que se forma durante el transcurso de una reación catalizada; también llamada complejo ES. 87. Complejo sinapon t émco i . - Estructura visible al mcroscopio i electrónico que se forma entre cromosom homólogos en sinapsis. Universidad Católica los Ángeles de Chimbote - ULADECH
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88. Control por realimenació t n.- Tipo de regulación enzimática en el cual la acumulación del producto de una reacción inhibe una reacción anterior en la secuencia. También llamado control por retroacción. 89. Cósmco i .- En la tecnología del DNA recombinante, un vector construido para portar fragmentos de DNA d tamaño. El inserto queda flanqueado por regiones cohesivas (regiones COS), derivadas del bacteriófago 90. Crestas mto i condriales.- Proyecciones internas a modo de repisas o dedos de la menbrana interna de una mtocondria. i 91. Cri-du-chat.- Enfermedad genética humana causada por la pérdida de parte del brazo corto del cromosom caracterizada por retardo mental, llanto parecido al maullido de un gato, y muerte en la lactancia o la infan temprana. 92. Crick, Francis.- Bofísico i inglés que contribuyó a determnar i la estructura del ADN. En 1962 Crick, Watso Wlkins i compartieron el Premo i Nobel de Fsiología i y Medicina por su trabajo. 93. Cromátide, cromátides hermanas.- Cualquiera de las dos cadenas de un cromosoma replicado, unidas por sus centrómeros. 94. Cromátides.- Las mtades i idénticas de un cromosoma duplicado; las dos cromátides que constituyen cromosoma se denomna i cromátides hermanas. 95. Cromatina.- El complejo de DNA, proteína y RNA que constituye los cromosomas eucarióticos. El complejo DNA y proteínas histónicas y no hi stónicas que componen a los cromosomas encarióticos; se tiñe intensa 96. Cromosomas.- Estructura presentes en el núcleo celular formadas por cromatina y que contiene los genes. cromosomas se hacen visibles al microscopio como estructuras bien defini das cuando la célula se divide. Estructura formada por ADN y proteínas que contiene la información hereditaria. Cuando se condensan dur mitosis o la meiosis resultan especialmente fáciles de visualizar al microscopio. La estructura que lleva los ge Los cromosomas eucarióticos son filamentos o bastones de cromatina que aparecen contraídos durante la m y la meiosis y que en otros momentos están contenidos en un núcleo. Los cromosomas procarióticos consiste un círculo de DNA con el que se asocian varias proteínas. Los cromosomas virales son moléculas lineales o circulares de DNA o RNA. 97. Cromosomas homólogos.- Cromosomas simlares i en morfología y constitución genética. En el ser humano hay 23 pares de cromosomas homólogos; un mem i bro de cada par es heredado de la madre, y el otro lo es de 98. Cruza de prueba.- Apareamiento entre un individuo de genotipo desconocido y otro individuo homocigota r que se usa para determinar la constitución genética del genotipo desconocido, es decir, si es homocigoto o heterocigoto para el gen que se está estudiando. 99. Cruzamento i dh i íbrido.- Cruzamento i genético que toma en consideración el comportamento i de los alelos dos loci. Compárese con cruzamento i monohíbrido. 100. Cruzamento i monohíbrido. - Cruzamiento genético que toma en cuenta el comportamento i de los alelos de un solo locus. Compárese con comportamento i dihíbrido.
“D”
101. Dador de electrones.- Sustancia que dona o emte i electrones en una reacción de oxidación -reducción oxidándose en el proceso. 102. Desmosoma.- Tipo de unión célula-célula que confiere resistencia mecánica a los tejidos animales; consiste una placa de material fibroso, denso, entre células contiguas con grupos de filamentos que forman bucles entrantes y salientes en el citoplasma de ambas células. 103. Desnaturalización.- La pérdida de la configuración nativa de una macromolécula que resulta, por ejemp tratamiento con calor, cambios extremos de pH, tratamiento químico u otros agentes desnaturalizadores. Habitualmente está acompañado por pérdida de la actividad biológica. 104. Dap i édesis.- Salida de los leucocitos a través de las paredes de los capilares sanguíneos (endotelio) me seudópodos. 105. Dictiosoma.- Estructura membranosa y vesicular que constituye el Aparato de Golgi. Un a célula puede ten ó varios dictiosomas. Las membranas se apilan formando una cara cis, cerca del núcleo, y otra cara trans, cer de la membrana citoplasmática, y hacia donde se van formando las cisternas cargadas de moléculas orgánic 106. Dsacárid i o.- Molécula de carbohidrato compuesta por dos monómeros de monosacáridos; como ejem sacarosa, maltosa y lactosa. 107. DNA.- Polinucleótido de desoxirribosa, normalmente formado por dos cadenas complementarias y antipa abiertas (en células eucarióticas) ó cerradas (en células procarióticas). Es el material genético. 108. DNA satélite.- Regiones de DNA altamente repetitivo en los cromosomas eucarióticos. El DNA satélite no transcribe y no tiene una función conocida. 109. Domn i ancia incompeta.l En genética, fenómeno por el cual los efectos de ambos alelos de un locus particular se presentan en el fenotipo del heterocigoto. Universidad Católica los Ángeles de Chimbote - ULADECH
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“E”
110. Enlace éster.- Enlace químco i formado entre una radical ácido ( -COOH) y otro alcohol (-OH). Es típico d lípidos, cuando el ácido es un ácido graso: R - COOH + R' - OH —› R - COO - R' + H2O. 111. Enlace fosfodiéster.- Enlace bioquímco i formado entre dos radicales hidroxilos ( -OH), a través del Fosfato. característico de los polinucleótidos (ácidos nucleicos). 112. Enlace gu l cosídco.i Enlace bioquímco i formado entre dos radicales alcohol ( -OH). Es típico de los glúcidos. 113. Enlace peptídco i . - Enlace bioquímco i formado entre un radical amno i ( -NH2) y otro ácido (-COOH). Es el en característico de las proteínas. 114. Entrecruzameno i t (o crossing over).- Durante la meiosis, el intercambio de material genético entre las cromátides de cromosomas homólogos apareados. 115. Entrecruzameno i t cromosómico. - Proceso por el cual los cromosomas homólogos se rompen en algunos puntos y se intercambian fragmentos de cromátidas no hermanas. 116. Envotu l ra nuclear.- La doble membrana que rodea al núcleo de una célula eucariótica. 117. Enzima.- Molécula (prácticamente siempre una proteína) que tiene la capacidad de catalizar (aceler reacción químca i específica. 118. Enzimas alostéricos.- (ó reguladoras). Tipo de enzimas que pueden encontrarse de forma habitual en estad activado ó en estado inhibido, y su actuación depende de la presencia ó ausencia de sustrato y factores activadores ó inhibidores, a través de un me canismo feed - back. 119. Enzimas de restricción.- Enzimas que cortan la doble hélice de DNA en secuencias específicas de nucleótidos. 120. Epístasis.- Interacción entre dos genes no alélicos en la que uno interfiere o modifica la expresión feno otro. 121. Especie.- El concepto biológico de especie se refiere a un grupo de organismos que, en realidad (o potencialmente), se cruzan entre sí en la naturaleza y están aislados reproductivamente de otros grupos sim El concepto biológico debe diferenciarse del concepto de especie como categoría y del concepto de especie taxón. 122. Espermátida.- Cada una de las cuatro células haploides resultantes de las divisiones meióticas de u espermatocito; cada espermátida se diferencia en un espermatozoide. 123. Espermatocitos.- Primarios: las células diploides (2n) formadas por el aumento en tamaño de las espermatogonias; secundarios: las células haploides originadas tras la meiosis I; cada espermatocito secun se diferencia en una espermátida. 124. Espermatogonias.- Las células diploides no especializadas (2n) en las paredes de los testículos que por divis meiótica se transforman en espermatocitos, luego en espermátidas y finalmente en espermatozoides. 125. Espermatozod i e.- Célula sexual masculina madura, o gameto, habi tualmente móvil y de menor tamaño que gameto femenino. 126. Estructura cuaternaria de una proteína.- La estructura general de una molécula de proteína globular, formada por dos o más cadenas polipeptídicas. 127. Estructura primaria de una proteína. - La secuencia de amnoácidos i de una proteína. 128. Estructura secundaria de una proteína.- La estructura simple (a menudo semejante a una hélice, o una hoj que resulta del plegamiento espontáneo de una cadena polipeptídica a medida que se forma; mantenida por puentes de hidrógeno y otras fuerzas débiles. 129. Estructura terciaria de una proteína.- Estructura compleja habitualmente globular, que resulta de un plegamiento ulterior de la estructura secundaria de una proteína; se forma espontáneamente debido a las atracciones y repulsiones entre los aminoácidos con cargas distintas en sus grupos R. 130. Eucromatina.- Región de un cromosoma eucariótico que se tiñe más difusamente. Corresponde a la crom menos condensada. 131. Exón.- Segmento de DNA de un gen interrumpido que es tá presente en el RNA maduro.
“F”
132. F2.- La progenie resultante de cruzar a los mem i bros de la generación F 1 entre sí. 133. Fagosomas.- Nombre con el que se designan a las vaculas cuando efectúan procesos digestivos en su inter degradan estructuras propias de la célula, se llaman autofagosomas. 134. Fecundación.- Fusión de los gametos y restablecimento i del número diploide de cromosomas. 135. Fenotipo.- Características observables de un organismo que resultan de las interacciones entre el genot ambiente. Universidad Católica los Ángeles de Chimbote - ULADECH
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136. Fosfolípidos.- Moléculas orgánicas semejantes en estructura a las grasas, en las cuales un grupo fosfato, en lugar de estar unido a un grupo ácido graso lo está al tercer carbono de la molécula de glicerol; como resulta molécula tiene una “cabeza” hidrofílica y una “cola” hidrofóbica. Los fosfolípidos forman la estructura básica membranas de las células y de las organelas. 137. Fosforilación a nvel i de sustrato. - Formación de ATP por transferencia directa de un grupo fosfato "de alta energía," procedente de un compuesto orgánico fosforilado, hasta el ADP. 138. Fosforilación oxidativa.- Producción de ATP, a expensas de la fuerza protón-motriz generada entre la ma mtocondrial i y el espacio intermembranoso, gracias a las ATP sintasas de la membran a mtocond i rial inter 139. Fotofosforilación.- Formación de ATP, en las ATP sintasas de la membrana tilacoidal de los cloroplastos, dura la fase lumnosa i de la fotosíntesis. 140. Fragmentos de Okazaki.- En la replicación del DNA, los segmentos discontinuos en los cuales se sintetiza cadena 3' a 5' (la cadena rezagada) de la doble hélice de DNA, típicamente, de l.000 a 2.000 nucleótidos de longitud en los procariotas y de l00 a 200 nucleótidos de longitud en los eucariotas.
“G”
141. Gameto.- Célula especializada para la reproducción sexual.Célula reproductora haploide cuyo núcleo se fu con el de otro gameto de un tipo de apareamiento –o sexo– opuesto (fecundación); la célula resultante (cigot puede desarrollar un individuo diploide nuevo o, en algunos pr otistas y hongos, puede sufrir meiosis y form células somáticas haploides. 142. Gen.- La unidad de la herencia en un cromosoma; secuencia de nucleótidos en la molécula de D desempeña una función específica, tal como codificar una molécula de RNA o un polipéptido. 143. Gen alelo.- Cada uno de los genes que ocupan el msm i o locus en la pareja de cromosomas homólogos. 144. Gen estructural.- Codifica para cualquier RNA o proteína que no actúan como reguladoras de la expresión otros genes. 145. Gen reguado l r.- Codifica para un RNA o proteína cuya función es el control de la expresión de otros genes. 146. Genoma.- La totalidad de la información genética de un organismo en particular. 147. Genoip t o.- La constitución genética de una sola célula o de un organismo con referenci a a una sola car o a un conjunto de características; la suma total de todos los genes presentes en un individuo. 148. Gu l cagón.- Hormona producida en el páncreas que eleva la concentración del azúcar sanguíneo. 149. Gu l cógeno.- Carbohidrato complejo (polisacárido); una de las principales sustancias alimenticias almacen la mayoría de los animales y hongos; se convierte en glucosa por hidrólisis. 150. Glucolípidos.- Moléculas orgánicas de estructura semejante a las grasas, en las cuales en lugar de un ácido graso, una cadena corta de carbohidratos está unida al tercer carbono de molécula de glicerol; como resultado, la molécula tiene una “cabeza” hidrofílica y una “co hidrofóbica. Los glucolíp idos son constitu yentes importantes de las membranas de las cé y de las organelas. 151. Gu l cóisis.l Proceso por el cual una molécula de glucosa se convierte anaeróbicamente en dos molécula ácido pirúvico, liberando una pequeña cantidad de energía útil; catalizada por enzimas citoplasmáticas 152. Gu l coproteína.- Proteína con una o más cadenas de carbohidratos unidos covalentemente. 153. Gu l cosa.- Azúcar de 6 carbonos (C6H12O6); el monosacárido más común en los animales. 154. Golg,i Camllo i .- Hstólogo i italiano. Compartió el premo i Nobel de Fsiología i y Medicina e n 1906 con R Cajal por su teoría de la neurona. 155. Griffith, Frederick.- Bacteriólogo inglés.
“H”
156. Haeckel, Ernst.- Biólogo alemán. Acuñó el término ecología. 157. Haploide.- Que tiene un solo juego de cromosomas, es decir, un solo cromosoma de cada tipo . 158. Hematopoyesis.- Proceso de formación de los componentes de la sangre. 159. Hemoglobina.- Heteroproteína con hierro que se encuentra en los glóbulos rojos y sirve para transport 160. Herencia.- Transmisión de características del progenitor a los hijos . 161. Herencia dominante.- Herencia de una caracterísica génica reconocida tanto en el estado homocigótic el heterocigótico. 162. Herencia intermeda.i Herencia en la que un carácter cuantitativo aparece en un híbrido con una intensid intermedia entre la de sus parentales. Universidad Católica los Ángeles de Chimbote - ULADECH
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163. Heterocigoto.- Organismo diploide que lleva dos alelos diferentes en uno o más loci génicos. 164. Heterocromatina.- Región del cromosoma eucariótico que permanece condensada durante la interfase y que transcripcionalmente inactiva. 165. Heterótrofo.- Organismo que debe alimentarse de sustancias orgánicas sintetizadas por otros organism obtener energía y pequeñas moléculas estructurales; opuesto a autótrofo. Los animales, los hongos y mucho organismos unicelulares son heterótrofos. 166. Hd i roílico f .- Que tiene afinidad por el agua; aplicable a las moléculas polares o a las regiones polares de moléculas grandes. 167. Hd i rofóbico.- Que no tiene afinidad por el agua; se aplica a las moléculas no polares o a las regiones no po de las moléculas. 168. Hd i roasas.l Tpo i de enzimas contenidos en los lisosomas, y que se encargan de catalizar reacciones degradación hidrolítica en los fagosomas. Son enzimas digestivos. 169. Hd i róisis.l Escisión de una molécula en dos por la adición de iones H+ y OH- a partir de agua. 170. Hp i ertónico.- De dos soluciones de concentración diferente, la que contiene la mayor concentración de pa de soluto; el agua se mueve a través de una membrana selectivamente permeable hacia la solución hipert 171. Hp i otónica.- Dsolución i que contiene menor concentración de solutos con respecto a otra. 172. Hipotónico.- De dos soluciones de diferente concentración, aquella que contiene la menor concentración d partículas de soluto; el agua se mueve a través de una membrana selec tivamente permeable desde una solu hipotónica. 173. Hston i as.- Grupo de cinco moléculas polipeptídicas básicas, relativamente pequeñas, que se encuentran al DNA de las células eucarióticas. 174. Homólogos.- Los dos mem i bros de cada par cromosómco i que poseen las células diploides. Llevan los m genes y se aparean durante la primera etapa de la meiosis; los dos mem i bros del par derivan de sendos p 175. Hormona.- (Gr. hormaein serie en movimiento) producto de secreción de células o de ciertas glándul as co respuesta a determinados estímulos, que transportado por los líquidos circulantes actúa como regulador de diversas funciones. 176. Horqulla i de repicació l n.- En la síntesis de DNA, la estructura con forma de Y que se forma en el punto donde se separan las dos cadenas de la molécula original y donde se sintetizan las cadenas complementarias. 177. Huso.- En las células eucarióticas en división, la estructura formada por los microtúbulos que se extienden polo a otro. Los microtúbulos cinetocóricos se unen al cinetocoro, estructura que se forma en el centróm cada cromosoma duplicado, y maniobran los cromosomas en el huso, llevándolos a la posición que ocupan durante la metafase y atrayendo a los cromosomas recién separados hacia los polos durante la anafase. Los microtúbulos polares separan los polos del huso, y los astrales posicionan los polos en relación al resto de la célula. 178. Huso acromático. - Estructura de fibras proteínicas derivadas de los centríolos, que se forma durante la m sirve para la separación de las cromátidas de los cromosomas.
“I”
179. In vitro.- Locución latina que significa "en el vidrio" y se refiere a los experimentos que se hacen con sustan microorganismos en el laboratorio, en probetas, tubos, matraces y placas de cu ltivo, pero no en organism humanos o animales. Algunos fármacos que muestran actividad in vitro no necesariamente la corroboran en organismos humanos o animales vivos. Los estudios de medicamentos deben hacerse en el laboratorio antes pasar a la fase clínica. 180. In vivo.- Expresión que designa a toda reacción fisiológica que se verifica en un organismo vivo. Estud para comprobar los resultados de los efectuados in vitro. 181. Ingenería i genética.- Conjunto de técnicas con las que se consigue transf erir genes de unas especies a otr entre individuos de la msm i a especie. 182. Inmune.- Que es resistente a una enfermedad específica. Nombre que se da al sistema Inmunológic Relacionado con este sistema. Ver Inmunidad. 183. Interacción alostérica.- Interacción en que interviene una enzima que tiene dos sitios de unión, el sitio acti otro al que se une otra molécula, un efector alostérico; la unión del efector cambia la configuración de la enzim activándola o inactivándola. Las interacciones alostéricas desempeñan también un papel en los procesos de transporte en que intervienen las proteínas integrales de membrana. 184. Interfase.- Período del ciclo celular que ocurre antes de que comience la mtosis i o la meiosis; incluye la G1, S y G2. Universidad Católica los Ángeles de Chimbote - ULADECH
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185. Intolerancia a la lactosa.- Una persona con intolerancia a la lactosa carece de una enzima que es necesa digerir el azúcar de la leche, lo que causa síntomas tales como gases, pesadez de estómago y dolor abdom La intolerancia a la lactosa no es una reacció n alérgica dado que no afecta al sistema inmunológico. 186. Intrón.- Segmento de DNA que es transcripto a RNA, pero es elimnado i enzimáticamente de esta última para dar el RNA maduro; conocido también como secuencia interpuesta. 187. Isotónico.- Que tiene la msm i a concentración de solutos que otra solución. Si se separan dos solucio isotónicas por una membrana selectivamente permeable no habrá flujo neto de agua a través de la mem 188. Isótopo.- Átomo de un elemento que difiere de otros átomos del mi smo elemento en el número de neutrones presentes en el núcleo atómico; los isótopos difieren así en peso atómico. Algunos isótopos son inestables y emiten radiación.
“K”
189. Koch, Robert.- Médico alemán. Asló i el bacilo de la tuberculosis. Por este hallazgo Por este hallazgo, K recibió el Premo i Nobel de Fsiología i y Medicina en 1905. 190. Krebs, Hans Adolf.- Bioquímico inglés de origen alemán. Recibió el Premio Nobel en Fisiología y Medicina e 1953 por dilucidar lo que se conoce como el Ciclo de Krebs, una d e las etapas de la respiración celular. Co el premio con F. Lipmann quien reconoció la estructura del ATP.
“L”
191. Lámn i a nuclear.- Estructura constituida por filamentos intermedios que se encuentra en la cara interna membrana nuclear; se interrumpe en los poros nucleares. Actúa como soporte de la membrana nuclear inte 192. Landsteiner, Kart.- Médico austríaco. Recibió el Premo i Nobel de Fsiología i y Medicina en 1930 por demo que la sangre humana podía clasificarse en cuatro grupos lo cual e staba relacionado con las transfusion 193. Leeuwenhoek, Antoni van. - Tendero holandés. Construyó mcroscopios i más potentes que los de sus antecesores. 194. Lípido.- Una entre una gran variedad de sustancias orgánicas insolubles en solventes polares como el agua que se disuelven fácilmente en solventes orgánicos no polares; incluye grasas, aceites, ceras, esteroides, glucolípidos, fosfolípidos y carotenos. 195. Lsis.i Desintegración de una célula por la ruptura de su membrana celular. 196. Lso i soma.- Organela limtada i por membrana que contiene enzimas hidrolíticas. 197. Loci.- En genética, la posición de un gen en un cromosoma; para cualquier locus dado puede haber va posibles. 198. Locus.- Lugar que ocupa en el cromosoma el gen para un rasgo dado; por ejemplo, un segmento de cromosómco i que contiene información la cual controla algún carácter del organismo.
“M”
199. Macromoécua.l l Molécula extremadamente grande, se refiere específicamente a las proteínas, ácidos nuclei polisacáridos y sus complejos. 200. Maduración del ARNm.- Proceso por el que se corta y se empalma la molécula de ARN ecucariótico con el fin d elimnar i los intrones existente entre los exones. 201. Matriz mto i condrial.- Interior de la mtocondria, i rodeado de doble membrana, y donde se efectúan lo s proc del ciclo de Krebs. También contiene moléculas pequeñas de DNA y y RNA y ribosomas 70 S. 202. Meiosis.- Proceso en el cual una célula 2n (diplode) experimenta dos divisiones nucleares sucesivas (me II), con la potencialidad de producir cuat ro núcleos n (haploide); conduce a la formación de gamentos en a y esporas en las plantas. 203. Mendel, Gregor.- Botánico austríaco. Considerado el padre de la genética. Como resultado de experimentos guisantes publicó las conocidas como Leyes de Me ndel que explican los principios básicos de la herencia 204. Metabolismo.- La suma de todas las transformaciones físicas y químcas i que ocurren dentro de una célula organismo. 205. Metabolito.- Cada uno de los compuestos que participan como intermediarios o se forman en las difer reacciones del metabolismo. 206. Mnsatélites.ii Regiones del ADN que presentan secuencias de nucleótidos repetidas en tándem (unas continuación de otras). Su detección sirve para obtener la huella genética de una persona. Universidad Católica los Ángeles de Chimbote - ULADECH
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207. Mitocondria.- Organela limitada por una doble membrana en el cual ocurren las reacciones del ciclo de K transporte terminal de electrones y la fosforilación oxidativa, dando como resultado la formación de CO 2, H ATP a partir de la acetil CoA y ADP. Las mitocondrias son las organelas en las cuales se produce la mayor par del ATP de la célula eucariótica. 208. Monocistrónico. - RNA mensajero que codifica para una sola proteína. 209. Monómero.- Una molécula simple, relativamente pequeña, que puede ligarse a otr as y formar un políme 210. Monosacárido.- Azúcar simple como la glucosa, la fructosa y la ribosa, son los carbohidratos más simples. 211. Mutación.- El térmno i mutación se refiere tanto al proceso por el cual el material genético (genes o crom sufre alteraciones, como al resultado final (el propio cambio) de dicho proceso. 212. Mutaciones cromosómicas.- Ateraciones l en la estructura de alguno de los cromosomas puesto que la variación afecta a fragmentos de uno o más cromosomas. 213. Mutaciones géncas.i Ateración l que afecta a un solo gen. Suelen ser cambios en la secuencia de bases o cambios químcos i en los nucleótidos. 214. Mutaciones genómcas.i Ateraciones l que afectan al número de cromosomas de una dotación (aneuploidía) o a número de dotaciones (euploidía).
“N”
215. NAD.- Abreviatura de nicotinamda i adenina dinucleótido, coenzima que funciona como aceptor de electro 216. Nucleod i e.- En las células procarióticas, la región en la cual se localiza el cromosoma. 217. Nucléolo.- Región densa, pequeña, visible en el núcleo de las células eucarióticas que no están en división; formado por moléculas de rRNA, proteínas ribosómicas y bucles de cromatina a partir de los cuales se transc las moléculas de rRNA. 218. Nucleosoma.- Estructura básica de la cromatina que se expresa (se transcribe), formada por una doble vue DNA sobre un grupo de 8 proteínas histonas (octámero de histonas). 219. Nucleóido t .- Molécula compuesta por un grupo fosfato, un azúcar de cinco carbonos (ribosa o desoxirribo una base púrica o pirimdica; í los nucleótidos son los bloques estructurales de los ácidos nucleicos.
“O”
220. Oparin, Aexand l r Ivánovich. - Bioquímco i ruso. Propuso el primer conjunto de hipótesis verificables acerca del origen de la vida, al msm i o tiempo que Haldane J. B. Haldane. 221. Operador.- Segmento del DNA que actúa en interacción con una proteína represora y regula la transcrip los genes estructurales de un operón. 222. Operón.- Unidad de expresión y regulación de genes bacterianos. En el cromosoma bacteriano, un segm DNA que consiste en un promotor, un operador y un grupo de genes estructurales adyacentes que codifican proteínas involucradas en una vía metabólica. Los genes estructurales se transcriben en una sola molécula d mRNA y su transcripción es regulada por una prote ína represora. 223. Organela.- Cuerpo rodeado por membrana que se encuentra en el citoplasma de una célula. 224. Ósmosis.- Paso de agua a través de membranas semperm i eables desde una disolución hipotónica a hipertónica. 225. Oxidación.- Pérdida de electrones por parte de un átomo o molécula. En la práctica esos electrones su acompañados de protones, por lo que equivale a deshidrogenación. 226. Oxidasas.- Tipo de enzimas contenidos en los gioxisomas vegetales y en los peroxisomas con los que se degradan diversos materiales (ácidos grasos, sustancias tóxicas, etc.) mediante reacciones oxidativas que n producen ATP (energía).
“P”
227. Pared celuar.l Estructura rígida o plástica producida por la célula o situada fuera de la membrana celul mayoría de las plantas, algas, hongos y procariotas; en las células vegetales consiste mayormente en celu 228. Pasteur, Louis.- Químico y biólogo francés. Fundó la ciencia de la microbiología; demostró la teoría de los microorganismos como causantes de enfermedades (patógenos ); inventó el proceso que lleva su nombre y desarrolló vacunas contra varias enfermedades, incluida la rabia. 229. Peroxisoma.- Organela rodeada por membrana que contiene las enzimas que catalizan las reacciones de formación de peróxido y destrucción de peróxi do; en las células vegetales, durante la fotorrespiración, el siti donde ocurre la oxidación del ácido glicólico. Universidad Católica los Ángeles de Chimbote - ULADECH
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230. pH.- Símbolo que denota la concentración de iones hidrógeno en una solución; los valores de pH van de 0 a cuanto más bajo sea el valor, más ácida será una solución, o sea, contendrá mayor cantidad de iones hidróge el pH=7 es neutro, el inferior a 7 es ácido, y el superior a 7 es alcalino. Es un número que nos indica la concentración de hidrogeniones de una disolución. Dado un pH cualqui era, por ejemplo, 7, la concentración iones H3O+ será de 10 elevado a - el número de pH, por ejemplo, en este caso: 10 -7. Si el pH es 7 la disolución neutra (igual número de iones H3O+ que de iones OH-. Si el pH es mayor que 7 la disolución es básica, tam llamada alcalina; y si el pH es menor que 7 la disolución es ácid a. 231. Pn i ocitosis.- Acción de “beber" por parte de la célula. 232. Primdn i i i a.- Base nitrogenada como la citosina, la timna i o el uracilo, con una estructura químca i caracter un solo anillo; uno de los componentes de los ácidos nucleicos. 233. Paca l metafísica.- Pano l imaginario, perpendicular al huso mtótico i y equidistante de ambos polos, en el que sitúan los cromosomas durante la división celular. 234. Pasm l a.- Fuido l claro, incoloro, componente de la sangre de los vertebrados; contiene iones, molécu proteínas plasmáticas disueltas. 235. Pásmd l i o.- Molécula de ADN circular presente en algunas bacterias , independiente del cromosoma bacter empleado como vector génico para transferir genes extraños entre bacterias. 236. Plasmólisis.- Efecto de salida de agua desde el interior de la célula al exterior, por un proceso de ósmosis, cuando se encuentra en un medio hipertónico (alta concentración salina), para igualar las concentraciones y externa. La célula perderá volumen y se lisará si el proceso es muy acusado. 237. Policistrónico.- RNA mensajero que incluye regiones codificantes para más de una proteína. 238. Polímero.- Una molécula grande compuesta por muchas subunidades moleculares simlares i o idénticas. 239. Polirribosomas.- Dos o más ribosomas unidos a una molécula de mRNA, traduciendo proteínas en form simultánea; polisoma. 240. Poros nucleares.- Estructuras proteínicas en la membrana nuclear, organizadas en forma de poros que perm el intercambio de materiales entre el citoplasma y el carioplasma. 241. Potencial de membrana.- Dferencia i de voltaje a través de la membrana plasmática, producida por un exceso d iones positivos de un lado y de iones negativos del otro. 242. Potencial de reposo. - Dferencia i de potencial eléctrico de todas las células entre su interior y exterior, debi desigual distribución de iones, su valor es de -70 mV. 243. Potencial eléctrico. - La diferencia en la cantidad de carga eléctrica entre una región de carga posit iva y un región de carga negativa. El establecimiento de los potenciales eléctricos a través de la membrana de las cél y de las organelas hace posible que ocurran varios fenómenos, como la síntesis quimiosmótica de ATP, la conducción de impulsos nerviosos y la contracción muscular. 244. Potencial osmótico. - Tendencia del agua a pasar a través de una membrana relativamente permeable que impide –o dificulta– el pasaje de los solutos disueltos. Se determina midiendo la presión que se requiere para detener el movimiento osmótico de agua hacia la solución; cuanto mayor sea la concentración de solutos, m será el potencial osmótico de la solución. 245. Primera ley de Mendel.- Cada individuo lleva un par de factores o variantes alternativas para cada caracte y los miembros del par se separan durante la formación de los gametos (segregación genética). En su form actual, los alelos segregan en la meiosis. 246. Prion.- Agente infeccioso formado sólo por proteína. 247. Promotor.- Segmento específico de DNA al cual se une la RNA polimerasa para iniciar la transcripción de desde un operón. 248. Proeín t a transportadora.- Proteína transmembrana que se une a una molécula facilitando su transporte a tra de la membrana plasmática, de forma pasiva o activa. 249. Proeín t as intrínsecas.- Proteínas de la membrana unidas a componentes lipídicos y que atraviesan la m lipídica de la membrana. 250. Proeín t as periféricas.- Proteínas libres de la membrana, que se localizan en las zonas periféricas interna externa de la matriz lipídica de la membrana. 251. Proó t mero.- Cada una de las subunidades que forman las proteínas con estructura cuaternaria. 252. Prueba del ADN. - Técnica consistente en la detección de mnisatélites i en el ADN de las personas par identificación, puesto que con ella se obtiene la huella génética.
“Q”
253. Quiasma.- Conexión entre los cromosomas homólogos apareados en la meiosis. Stio i que evidencia el lugar que ocurrió el entrecruzamento. i Universidad Católica los Ángeles de Chimbote - ULADECH
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254. Quimiosíntesis.- Proceso de formación de materia orgánica a partir de sustancias inorgánicas, utilizando la energía que se libera en la oxidación de diversos sustratos inorgánicos. La realizan únicamente algunas espe de bacterias.
“R”
255. Radicales libres.- Compuestos altamente reactivos que interaccionan rápida y agresivamente con otras moléculas. Químicamente, son moléculas en cuya última órbita existe un electrón impar, inestable, altamente reactivo, que necesita "robar" o "donar" un electrón a otro átomo, que, a su vez, se transforma en un radical li lo que genera una reacción en cadena. Los radicales libres están implicados en muchas funciones celulares y un componente común de los organismos vivos. Por ejemplo, son un subproducto de la respiración celular aeróbica, del metabolismo lípidico, de la desintoxicación a través del hígado, etc. También podemos acum a causa de factores exógenos como el humo de los cigarros (una bocanada produce un trillón de radicales lib la contaminación atmosférica por la combustión de combustibles fósiles, las dietas ricas en carnes rojas, los ultravioleta o el alcohol. 256. Reacción en cadena de la polimerasa.- Técnica usada para crear un gran número de copias de un segm DNA, que utiliza ciclos de desnaturalización, apareamiento con cebadores y extensión por una D NA polim termoresistente. 257. Reloj boógco i l i .- Factor o factores internos de los organismos, que gobieran las funciones que ocurr rítmcam i ente en ausencia de estímulos externos. 258. Repicació l n.- Proceso por el cual se sintetiza una nueva cadena de ADN, utilizando como molde la otra ca conservándose así la información genética en ella codificada. También ocurre con el ARN. 259. Represor.- En genética, una proteína que se une al operador impidiendo que la RNA polimerasa se un promotor y transcriba los genes estructurales del operón; lo codifica un gen conocido como regulador. 260. Reproducción asexual.- Cualquier proceso reproductor, como la gemación o la división de una célula o de un organismo en dos o más partes aproximadamente iguales, en que no interv iene la unión de gametos. 261. Reproducción sexual.- Reproducción en que intervienen la meiosis y la fecundación. 262. Respiración celular.- Proceso catabólico en el que la materia orgánica se oxida por completo y el aceptor fin electrones es una sustancia inorgánica. Si esa sustancia es el oxígeno se trata de la respiración celular aerob es un compuesto inorgánico diferente del oxígeno, sería una respiración celular anaerobia (no confundir con fermentación). 263. Retícuo l endopásmco l i . - Sste i ma extenso de membranas, presente en la mayor parte de las células eucarióticas que divide el citoplasma en compartimentos i y canales; frecuentemente cubierto por ribosomas. 264. Ribosoma.- Organela pequeña compuesta por proteína y ácido ribonucleico; sitio de traducción en la sínte proteínas; en las células eucarióticas, unido frecuentemente al retículo endoplásmico. Un conjunto de riboso unidos a una sola cadena de mRNA constituye un polirribosoma o un polisoma. 265. RNA.- Polinucleótido de ribosa, normalmente formado por una sóla cadena abierta con estructura pr RNA se forma a partir del DNA (transcripción), y se traducirán en proteínas. 266. RNA de transferencia.- Clase de RNA pequeños con dos sitios funcionales; uno reconoce un aminoácido específico activado; el otro lleva el triplete de nucleótidos (anticodón) para ese aminoácido. Cada tipo de tR acepta un aminoácido activado específico y lo transfiere a una cadena polipeptídica naciente, según lo espec la secuencia de nucleótidos del mRNA que está siendo traducido. 267. RNA mensajero.- Un tipo de moléculas de RNA, cada una de las cuales es complementaria de una hebra d DNA. Lleva la información genética del cromosoma a los ribosomas, donde se traduce a proteína. 268. RNA ribosómico. - Tpo i de molécula de RNA que se encuentra junto con proteínas características en los ribosomas; se transcribe a partir del DNA de los bucles de cromatina que forman el nucléolo.
“S”
269. Sacarosa.- Azúcar de caña; disacárido común que se encuentra en muchas plantas constituido por una de glucosa unida a una molécula de fructosa. Forma principal en que se transportan los azucares a través de floema. 270. Secuencia de amn i oácidos.- Número, tipo y orden de colocación de los aminoácidos que forman una proteína. La secuencia de a'as forma la estructura primaria de la proteína. 271. Secuencia de bases.- Número, tipo y orden de colocación de las bases nitrogenadas (nucleótidos, en rigor) d ácido nucleíco. Constituye la estructura primaria de los ácidos nucléicos. 272. Secuencia de reconocimento i .- Secuencia específica de nucleótidos en las cuales la enzima de restricción corta la molécula de DNA. Universidad Católica los Ángeles de Chimbote - ULADECH
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273. Segunda ley de Mendel.- La herencia de un par de factores o variantes alternativas para una característic independiente de la herencia de los factores para cualquier otra; estos factores "segregan independiente como si no hubiese otros factores presentes. Esta ley fue modificada posteriormente por el descubrimiento d ligamiento. En su formulación actual: los alelos de genes diferentes segr egan independientemente. 274. Senescencia.- Fenómeno por el cual el número de veces que una célula puede dividirse dismnuye. i Lueg superar un determnado i número de divisiones, la célula entra en G0, fase de la cual nunca sale. 275. Sinapsis.- Unión especializada entre dos neuronas donde la actividad de una influye en la actividad de la ot puede ser química o eléctrica, excitadora o inhibidora. También se aplica a la unión entre una fibra nerviosa muscular (sinapsis neuromuscular). 276. Stio i activo.- La región de la molécula de una enzima que se une temporariamente al sustrato durante la rea catalizada por la enzima. 277. Splicing.- Del inglés corte y empalme. Proceso de remoción de intrones y unión de exones en el RNA. 278. Sustrato.- l. Base a la cual está unido un organismo. 2. Sustancia sobre la cual actúa una enzima.
“T”
279. Tabero l de Punnett.- El diagrama en tablero de ajedrez utilizado para analizar la segregación de los alelos. 280. Teloase.f La última etapa de la mtosis i y la meiosis durante la cual los cr omosomas se reorganizan nuevos núcleos. 281. Telomerasa.- Enzima involucrada en la síntesis de los telómeros. 282. Telómero.- Parte distal de los brazos cromosómcos. i En cada división celular el telómero se va acortando acción de un enzima (la telomerasa), y cuando se llega a un determnado i acortamento, i la célula deja d 283. Teoría celular.- De acuerdo con esta teoría, todos los seres vivos están compuestos por células; una célula s sólo de otras células. No se conoce ninguna excepción a est os dos principios desde que fueron propuestos p primera vez hace más de un siglo. 284. Terapa i génca.i Modalidad de curación de enfermedades genéticas producidas por un solo gen defectuo curación de enfermedades con introducción de genes extraños que p roporcionen caracteres saludables 285. Tétrada.- En genética, par de cromosomas homólogos que se han replicado y se han apareado en la profas la meiosis; está formada por cuatro cromátides. 286. Traducción.- Proceso que acontece en los ribosomas por el que la información contenida en el ARNm (secu formada a partir de cuatro nucleótidos) se transfiere a una cadena polipeptídica (secuencia formada a par veinte aminoácidos). 287. Transcripción.- Proceso por el cual se sintetiza una molécula de ARN a part ir de una cadena de ADN que a como molde. 288. Transcripción inversa.- Proceso por el que se sintetiza ADN a partir de ARN que actúa como molde. 289. Transducción.- 1. La transferencia de material genético (DNA) de una célula a otra por un virus. 2. La conv de una forma de energía a otra; por ejemplo, la conversión de energía de un estímulo químico a energía de u potencial de acción. 290. Transformación.- Transferencia natural o artificial de ADN extraño entre bacterias usando vectores génicos la facilitan. 291. Translocación.- Desplazamento i del ribosoma hacia el codon siguiente del ARNm, una vez que ha tenido lug formación del enlace peptídico en la síntesis de proteínas. 292. Transportador de electrones.- Molécula especializada, tal como un citocromo, que puede perder y gana electrones reversiblemente, oxidándose y reduciéndose alternativamente. 293. Transporte activo. - Mecanismo de paso de sustancias a través de la membrana plasmática en contra de gradiente electroquímco, i con necesidad de una enzima transportadora y gastando energía. 294. Transporte de electrones.- El movimiento de electrones a lo largo de una serie de moléculas transportador los mantienen en niveles energéticos ligeramente diferentes. A medida que los electrones descienden su niv energético, la energía liberada se usa para formar ATP a partir de ADP y fosfato. El transporte de electrones desempeña un papel esencial en la etapa final de la respiración celular y en las reacciones que capt uran ene en la fotosíntesis. 295. Transposón.- Fragmento de ADN que puede desplazarse de un lugar a otro del genoma de un organism que provoca mutaciones y recombinaciones de genes. 296. Tripete.l Grupo de tres nucleótidos (abreviadamente, bases) de RNA que funcionan codificando aminoá (RNAm) ó complementándose con otros tripletes (RNAt). 297. Turgencia.- Efecto de entrada de agua al interior de la célula cuando se encuentra en un medio hipotónico concentración salina), por un proceso de ósmosis. La célula se inchará, aumentando de volumen y puede lle romperse si el proceso es muy acusado. Universidad Católica los Ángeles de Chimbote - ULADECH
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“U”
298. Unisexual.- Que produce un solo tipo de gametos.
“V”
299. Virión.- Unidad estructural de los virus. Consta fundamentalmente de dos estructuras imprescind ibles: un nucleico (ADN o ARN) y una envoltura proteica (cápside). A estas estructuras básicas se añade en algunos c una envoltura lipídica (peplos) y/o espículas de glucoproteína. 300. Viroides.- Agente causal de ciertas enfermedades de las plantas denominado así por su semejanza con los v de los que se diferencia por carecer de cápside. Se trata de ácido nucleico envuelto por una membrana procedente de la célula en la que se replicó. Por extensión se aplicaba a lo que hoy se denomina priones 301. Virus.- Entidad acelular infecciosa que, aunque puede sobrevivir extracelularmente, es un parásito absolu porque solamente es capaz de replicarse en el seno de células vivas específicas, pero sin generar energía ni ninguna actividad metabólica. Los comp onentes permanentes de los virus son ácido nucleico (ADN o ARN o de dos cadenas) envuelto por una cubierta proteica llamada cápside. 302. Vru i s vector.- Case l de virus que se emplea para transferir ADN extraño entre bacterias o a células eucariota
“X”
303. Xenobóico i t .- Compuesto externo a un organismo vivo que interacciona con él, generalmente a través alteraciones metabólicas.
“Z”
304. Zoonosis.- Infección que se transmite en forma natural entre el hombre y animales vertebrados y vicevers
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