ADN Mitocondrial. Aplicaciones en medicina Forense Mitocondriopatías 1.- Mencione las características del ADN mitocondrial que lo diferencian del ADN nuclear y explique cómo se hereda. DEFINICION._ El ADN mitocondrial tiene aplicaciones muy específicas, en contraste co n el análisis clásico del ADN nuclear. Esto se debe a que el ADN mitocondrial es heredado estricta y exclusivamente por línea materna. Este patrón tan especial de herencia molecular permite comparar un vasto t ipo de relaciones familiares maternales: hermanas, abuelas, primas, sobrinas, tías e hijas. Diferencias: * El número de genes en el ADN mitocondrial es de 37, [2] frente a lo s 20.000 - 25.000 genes del ADN cromosómico nuclear humano. * El ADN mitocondrial tiene ciertas características qu e lo distinguen del ADN nuclear, pues car ece de intrones (secciones que se elimi nan durante la transcripción, y hacen su interpretación más compleja); presenta una exposición limitada a la recombinación; es un material m ás estable, por lo que son raras las mutaciones y su modo haploide (con un solo juego de cromosomas) de herencia, pues sólo es transmitido por las madres a l a descendencia. * Además, el ADN mitocondrial es mucho más corto en longitud que el ADN nuclear, pues únicamente tiene 13 g enes que codifican proteínas en todos los animales de nuestro planeta, lo que facilita su estudio. * El ADN mitocondrial difiere del ADN nuclear e n que posee un menor peso molecular. Tiene la fu nción de fabricar ciertas prot eínas necesarias para la respiración celular. Estos compuestos le permiten autoduplicarse. * Varias características diferencian la genética del DNAmt de la del ADN nuclear como son: b.1 Herencia Materna, el DNAmt se hereda exclusivamente de la madre b.2 Poliplasmia, esto es que en cada célula hay c ientos o miles de mo léculas del DNAmt. b.3 Segregación Mitótica, durante la división celular las mi tocondrial se distribuyen al azar entre las células hijas; en una persona normal, se tiene el mismo DNAmt (situación llamada de homoplasmia. b.4 Alta velocidad de mutación, siendo la tasa de mutación e spontánea del DNAmt diez veces mayor que en DNA nuclear. Como se heredo: Las mitocondrias evolucionaron a partir de las bacterias q ue desarrollaron una relación simbiótica viviendo dentro de células más grandes (endosimbiosis). Esta hipótesis ha sido confirmada por los r esultados del análisis de secuencias de ADN, que han revelado similit ud entre el genoma de las mitocondrias y el de la bacteria Rickettsia prowazekii. Las R ickettsias son parásitos intracelulares que, al igual que las mitocondrias, solo son c apaces de reproducirse dentro de las células eucariotas. Es por ello que s e considera que las Rickettsias y las mi tocondrias compartieron un ancestro común. Características El genoma mitocondrial está constituido por moléculas circulares de ADN (similar alas bacterias). Varían en tamaño en diferentes especies. Los genomas mitocondriales mas grandes están compuestos por s ecuencias nocodificantes y al parecer no contienen mucha i nformación genética. El genoma mitocondrial codifica todos los ARNs ribosómicos y la mayoría de los ARNs de transferencias necesarios para la traducción en la mitocondria de estassecuencias codificantes. El genoma humano y otros animales posee 16kb, las levaduras pos een 80kb y enplantas 200 kb, aproximadamente. El genoma mitocondrial humano posee alrededor de 16 kb y c odifica 13 proteínasimplicadas en la transporte de el ectrones en la fosf orilación oxidativa, codifica: ARNr 16S,12S Y 22 ARNt que se requiere para traducción de proteínas. Lo s ARNr 16S, 12S son los dos únicos ARNr mitocondriales de animales y levaduras, losbacterianos contienen tres. ARNr 23S, 16S, 5S y las plantas también codifica untercer ARNr de 5S.2.- Mencione características comunes de la mitocondriopatías: investigue las bases moleculares de 1 enfermedad producida por estos defectos. 2.- Mencione las características comunes de las mitoco ndriopatías: investigue las bases moleculares de 1 enfermedad p roducida por estos defectos. a) ¿QUE SON LAS MIOPATÍAS MITOCONDRIALES (MM)? Las MM es una enfermedad enfermedad con muchos aspectos diferentes. Se Se han identificado docenas de de variedades de enfermedades mitocondriales, con una una compleja variedad de síntomas. Algunos síntomas pueden ser tan leves que a duras penas se notan, mientras otros ponen en peligro la vida.
Las enfermedades mitocondriales afectan a las mitocondrias. La mitocondria es una parte fundamental de la estructura de la célula, ya que son responsables de producir la mayor parte de la energía que se necesita para que funcione n nuestras células mediante la producción de ATP ( ácido adenosín trifosfórico). Para que se puedan desarrollar todos estos procesos las mitocondrias poseen más de 50 enzimas (sustancia proteíca capaz de activar una reacción química definida) diferentes y a su vez la mayoría de estas enzimas o complejos enzimáticos están integrados por más de 40 proteínas diferentes. De hecho, proporcionan una fuente tan importante de energía que una célula humana típica contiene cientos de e llas. Una MM puede desconectar algunas o todas las mitocondrias, desconectando así esta f uente esencial de energía. Casi todas nuestras células dependen de las mitocondrias para tener una fuente estable de energía, de manera que una enfermedad m itocondriales puede ser un trastorno de mú ltiples sistemas que afecta más de un t ipo de célula, tejido u órgano. Los síntomas exactos no son los mismos para todos, porque una persona con una enfermedad mitoc ondriales puede tener una mezcla única de mitocondrias sanas y defectuosas, con una distribución única en el cuerpo. Cuando una célula se llena de mitocondrias defectuosas, no solamente se encuentra sin ATP, puede además acumular una cantidad de oxígeno y moléculas de combustible sin usar, con resultados potencialmente desastrosos. El exceso de moléculas de combustible es utilizado para producir ATP por medios ineficientes, lo que puede generar productos secundarios potencialmente dañinos como el ácido láctico. La acumulación de ácido láctico en la sangre (acidosis láctea) está asociada con la fatiga muscular y puede efectivamente dañar los músculos y tejidos musculares. La ATP derivada de las mitocondrias proporciona la fuente principal de energía para la contracción de las cél ulas musculares y el disparo de las células nerviosas. Por ello, las células musculares y las células nerviosas son especialmente sensitivas a defectos mitocóndricos. Los efectos combinados de la privación de energía y la acumulación de toxinas en est as células probablemente dan lugar a los síntomas principales de las miopatías mitocondriales y las encefalomiopatías. MELAS (miopatía mitocondrial con encefalopatía, acidosis láctea y episodios similares al ictus) Es uno de los síndromes mitocondriales multisistémicos ya que afecta a muchos de los s istemas del cuerpo, especialmente al cere bro y al sistema nervioso central (encéfalo) y músculos (miopatía). El MELAS es un trastorno progresivo. Debido a que las células musculares y nerviosas tienen necesidades especialmente altas de energía, los problemas musculares y neurológicos son características comunes de las enfermedades mitocóndricas. MELAS puede afectar a personas en diferentes momentos en la vida, que van desde los 4 años hasta los 40 años o más. Los pacientes con MEL AS pueden ser normales en los primeros años de la vida, pero poco a poco presentan retraso motor y de las etapas del desarrollo intelectual. Las fundamentales manifestaciones clínicas asociadas se dan entre los 5 y los 15 años de edad, y son: talla baja, vómitos, convulsiones por epilepsia focal o generalizada y finalmente episodios de hemiparesia b) ¿CUÁL ES LA CAUSA DEL SÍNDROME DE MELAS? Las enfermedades mitocondriales no son contagiosas y no son causadas por nada que una persona hace. Son causadas por mutacion es, o cambios, en los genes. Es causada por una mutación puntual de un nucleótido de adenina (A) por guanina (G) en la posición 3243 (A3243G) del ADNmt que afecta al gen que codifica el ARN de transferencia de la leucina (tARNLeu[UUR]) también afecta a genealogías con diabetes y sordera neurosensorial familiar transmitidas por vía maternal. Se encontró la mayor parte de los casos (80%) está asociada a la mutación A3.243G, pero también se han encontrado otras co n menor incidencia y alguna en genes codificantes de proteínas. b.1 GENÉTICA MELAS es causado por mutaciones en los genes en el ADN mitocondrial. *NADH dehydrogenaseNADH Deshidrogenasa Algunos de los genes ( MT-ND1 , MT-ND5 ) relacionados con MELAS proporcionar instrucciones para fabricar proteínas impl icadas en la función mitocondrial normal. Estas proteínas forman parte de un complejo enzimático de gran tamaño ( NADH deshidrogenasa , también llamado complejo I) en las mitocondrias que ayuda a convertir el oxígeno y azúcares simples para la energía. * Transfer RNAsARN de Transferencia Otros genes ( MT-TH , MT-TL1 ) asociados con este trastorno proporciona instrucciones para la toma de moléculas llamadas ARN de transferencia (ARNt ), que son primos químicos del ADN. Estas moléculas de ayudar a ensamblar los bloques de construcción de proteí nas llamadas aminoácidos en el cuerpo entero, el funcionamiento de las proteínas dentro de las mitocondrias. Las mutaciones en un gen particular, la transferencia d e ARN, MT-TL1, causan más del 80 por ciento de los casos de MELAS. Estas mutaciones alteran la capacidad de las mitocondrias para producir proteínas, uso de o xígeno, y producir energía. Los i nvestigadores no han determinado cómo los cambios en el ADN mitocondrial de conducir a los signos y síntomas específicos de MELAS. Se siguen investigando los efectos de mutaciones en el gen mitocondrial en diferentes tejidos, especialmente en el cerebro.
3.- Mencione las diferencias estructurales y funcionales e ntre la membrana mitocondrial interna y externa. Membrana Interna Presenta invaginaciones de membranallamadas crestas.No porinas Presencia de cardiolipina. Presencia de Ca2+y fosfato Termogenesis Tiene proteínas transportadoras: traslocasa ADP- ATP. Proteínas de la cadena transportadora de ±e, ATP sintasa Composición: lípidos 20%, proteínas80%. Proteina Transporte de electrones Quimiosmosis Fosforilación oxidativa Sintesis ATP Membrana Externa Lisa Porinas no especificas moléculas mayores a 10 kD. Posee enzimas para síntesis lipídica . Composición: lípidos 50% y proteínas50% 4.- Si existe un daño en las mitoco ndrias de una persona ¿cuál de los siguientes procesos s e verían directamente afectados? Explíquelos brevemente a cada uno de los procesos afectados: Glucólisis: Vía metabólica en la cual los azucares s e degradan anaeróbicamente a lactato o piruvato en el citosol con la producción concomitante de ATP Ciclo de Krebs: Conjunto de nueve reacciones acopladas que tienen lugar en la matriz de la mitocondria, donde se oxidan los grupos acetilo de rivados de las moléculas de alimento y generan CO(2) e intermediarios reducidos que suelen producir ATP Transporte de electrones: Flujo de electrones a través de una serie de transportadores de electrones desde donadores de el ectrones reducidos al0(2) en la membrana mitocondrial interna, o desde H20 o NADP en la membr ana tilacoide de los cloroplastos vegetales Fosforilación oxidativa: fosforilación de ADP para formar ATP debido al flujo de protones que encie nden´ la ATP sintasa o Complejo V o ComplejoF0F1, llevado a cabo en la mitoconcodria. Fermentación: procesos catabólico de oxidación completa totalmente anaeróbico, siendo el producto final un compuesto orgánico. En los seres vivos, la fermentación es un proceso anaeróbico y en el no interviene la mitocondria ni l a cadena respiratoria. Son propias de los micr oorganismos, como algunas bacterias y levaduras. En conclusión, vemos que los procesos de glucolisis y fermentación no participan directamente en l os procesos de producción de ATP, a nivel mitocondrial. Pero si obviamente son procesos indispensables en la producción del ATP. Por lo que al hablar de procesos directamente afectados, solamente tendríamos al ciclo de Krebs, a la Cadena Transportadora de Electrones y a la Fosforilación Oxidativa, ya que se realizan en la mitocondria, y de los cuales algún defecto genético en cualquier elemento, resulta en una mito condriopatía. 5.- La medicina forense y el ADN mi tocondrial. Aplicaciones El ADN es el componente fundamental de los cromosomas y contiene la información hereditaria requerida para t ransmitir, de padres a hijos, similitudes y diferencias. El número de cromosomas de la especie humana es de 46, los cuales se agrupan en 23 pares: 22 de ellos llamados "pares autosómico s" no presentan diferencias de acuerdo al sexo; el restante, el par 23, "par sexual", tiene características diferentes determinadas por cada uno de los sexos. Los 23 pares de cromosomas están contenidos en el interior del núcleo celular. El ADN posee igual e structura, y por ende las mism as secuencias repetitivas en todas las células presentes en el o rganismo. El análisis del ADN con fines de i dentificación implica el empleo de técnicas de laboratorio que utilizan diversos "marcadores" o "sistemas", los que podrían definirse conceptualmente como i nstrumentos que investigan esos fragmentos de ADN en los cuales se instalan las secuencias repetitivas aludidas. Los resultados que se logran de este análisis de diversas áreas de ADN configuran, en conjunto, el perfil genético propio de cada individuo. En el ámbito de la criminalística su utilización permite el análisis de ADN en material biológico de cualquier tipo y presente en pequeñas cantidades en la evidencia, lo que i ncrementa notablemente la información brindada por la muestra para la clarificación del hecho delictivo. Es así posible determinar el perfil genético de un individuo a través de manchas de sangre o semen, de mat erial recolectado por hisopados, de pelos, de muestras de saliva (aún las obtenidas de co lillas de cigarrillos), de material cadavérico en distintos estados de transformación y de fragmentos de tejidos, incluso pequeños, como restos de piel adheridos a las uñas. El hallazgo de patrones genéticos en estos rastros biológicos y su comparación con los perfiles de las personas involucradas, hacen posible establecer una concordancia (si los perfiles coinciden) o descartarla (si los mism os difieren) y de este modo señalar o excluir a los involucrados c omo fuente de la muestras, con un elevado grado de certeza. Aunque la mayor fuente de ADN es el núcleo celular, algunas formaciones celulares extra nucleares, como las denominadas mitocondrias, poseen ADN. Este ADN mitocondrial Que solo se hereda por vía materna, representa una alternativa más para la identificació n forense en circunstancias especiales.
