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Mitocondrias
Condrioma celular: conjunto de mitocondrias de la célula División binaria Herencia materna El número varía según la célula En espermatozoides, músculo, adipocitos permanecen en lugares fijos. Organela de doble membrana ADN circular y desnudo. Biogénesis Se dividen: para sustituir mitocondrias viejas Antes de la mitosis Según necesidades metabólicas Las mitocondrias están rodeadas por dos membranas que separan tres espacios: El Citosol, el Espacios Intermembrana y la Matriz Mitocondrial Membrana externa Bicapa lipídica Permeable, pose poros proteicos a iones, metabolitos polipeptídicos. Contiene entre 60\70% Membrana interna La membrana interna está compuesta de:
Rica em proteínas y muchas son de la respiración celular (cadena respiratoria y ATP sintasa) Altamente selectiva, posee Cardiolipina que es un lípido marcador Sin poros y rica em complejos enzimáticos y sistemas de transporte Crestas mitocondriales: aumentan la superficie de la organelas Es rica en enzimas del catabolismo de Lípidos Matriz Mitocondrial La matriz mitocondrial está compuesta de: Agua y proteínas hidro solubles Moléculas de ADN circular como se fuera bacteriano Moléculas de ARN Enzimas de Krebs, degradación de lípidos Iones (mucho calcio) Espacio Intermembrana Además de ser rico en protones, también se localiza carnitina, que es una molécula transportadora de ácidos grasos hasta la matriz mitocondrial, donde serán oxidados, catabolizados, (beta-oxidación). Funciones de las mitocondrias Remoción de calcio del citosol, síntesis de aminoácidos, síntesis de asteroides y muerte celular programada, sin embargo, la más importante es la respiración celular. Respiración Celular: La cadena de transporte de electrones, compuesta por relatro complejos. La ATP sintasa, proteína que hace la fosforilación oxidativa o síntesis de ATP. Cardiolipina lípido que constituye alrededor del 20% de la composición lipídica de la membrana.
ATP Y MATABOLISMOS MITOCONDRIAL
ATP
Catabolismo: degradación de moléculas formando otras moléculas sencillas Respiración celular La respiración celular se divide en anaeróbicas y aeróbica Anaeróbica: -Glucolisis se realizada en citosol -Fermentación lactada Cada molécula de glucolisis produce 2 ATP y 2 NADH que equivale a 3 ATP= 8 ATP. Aeróbica: -Glucolisis -Ciclo de Krebs -Cadena respiratoria -Fosforilación oxidativa -Descarboxilación del piruvato
PEROXISOMAS
Presentes en casi todas las células eucariotas, en el núcleo con cristales con enzimas. Son orgánulos, casi siempre y sirven para la detoxificación Posee muchas enzimas Pueden se movilizar por microtúbulos o microfilamentos de actina Contiene una abundante cantidad de enzimas que participan en reacciones de oxidación:
- Peroxidasa - Catalasa - d aminoácido -oxidasa - urato oxidasa Pueden incrementar su número y tamaño frente a estímulos fisiológicos y volver a su número normal cuando el estímulo ha desaparecido, así como cambiar el número de enzimas. Los peroxisomas, cuando están libres en el citosol incorporan proteínas y enzimas que se sintetizan en los ribosomas libres citosólicos. En la membrana hay peroxinas, las cuales su función es reconocer e incorporar proteínas desde el citosol, tanto al interior como a su membrana. Hay unas 12 peroxinas. Las proteínas citosólicas destinadas a los peroxisomas tienen una secuencia señal, PTS1 o PTS2 (peroxisome
targeting sequence), que es reconocida por las peroxina s en la membrana del peroxisoma. Características: las proteínas se deben incorporar de manera desplegada, en los peroxisomas. BIOGÉNISIS. La biogénesis o formación de nuevos peroxisomas en una célula se puede producir de dos formas: a) por crecimiento y división de los preexistentes. Se produce por adición de Lípidos desde el retículo por contactos físicos (no por vesículas). b) por generación a partir del retículo endoplasmático y de las mitocondrias, se emiten vesículas que se fusionan y maduran a peroxisomas maduros. Cuando no hay peroxisomas previos en la célula) Desde el citosol llegan las proteínas, tanto internas como de membrana. Contactos físicos: se dan entre las membranas del retículo y los peroxisomas, y entre las mitocondrias y los peroxisomas, podrían seguir suministrando membranas a los peroxisomas ya existentes para in crementar su volumen, y tras ello se produce la estrangulación. Los peroxisomas se distribuyen por el citoplasma por los microtúbulos y los filamentos de actina. Esto le permiten cambiar de forma y ayudan a separar los peroxisomas hijos tras una división. AUTOFAGIA O AUTODIGESTIÓN Es la auto digestión de material interno, controla la cantidad de peroxisomas en la célula. Este proceso se produce por estrés celular o anoxia. Se forma un autofagosoma que se fusiona con el peroxisoma y lo degrada. FUNCIÓN -Detoxificación de moléculas -Oxidaciones como peróxidos -Posee funciones metabólicas -Participan el metabolismo de lípidos -Síntesis de plasmalogenos y precursores del colesterol.
Antioxidantes: () Antioxidantes endógenos: mecanismos enzimáticos del organismo. Superóxidos dismutasa: glucoproteína tetramérica, tiene 2 isoenzimas una citoplasmática y una mitocondrial. Es inducida por corticoides. Antioxidantes oxégenos: son introducidos por la dieta y se depositan en las membranas celulares impidiendo la lipoperoxidación (vitaminas E, C, carotenos, flavonoides, etc…)
Núcleo
Caracteriza en las células eucariotas. Contiene el ADN (organizado en 46 cromosomas en las células diploides humanas) Ocupa un 10% del volumen celular Envoltura nuclear, lamina nuclear y membrana nuclear no es el mismo
Procesos importantes localizados en el núcleo
Duplicación del ADN: El ADN se duplica antes de la mitosis para que las 2 células hijas reciban la misma información genética que tenía la célula madre. Transcripción: (ADN ------- ARN)
La información genética contenida en los genes del ADN pasa a las moléculas de ARN (ARNm, ARNr, ARNt, ARNpn, ARNpc) Procesamiento de los ARN: Todos los ARN maduran en el núcleo antes de pasar al citoplasma. El ARNpn es el único que no es transportado al citoplasma. Envoltura Nuclear La envoltura nuclear pertenece al sistema de endomembranas. Son 2 membranas concéntricas con un espacio perinuclear entre ellas. La membrana externa tiene ribosomas El espacio perinuclear se continua con el REG La envoltura nuclear tiene poros que comunican núcleo con citoplasma. La membrana interna se une a la lámina nuclear Lamina Nuclear Pertenece a los filamentos del citoesqueleto y es formada por 3 tipos de LAMINAS: A, B y C. Las lamininas B se unen a receptores de la membrana nuclear interna (LBR) Al comienzo de la división celular se fosforila la LAMININA B y desaparece la envoltura nuclear Las lamininas A y C se unen a la cromatina. Cromatina y cromosomas En eucariotas el ADN está asociada a histonas y a proteína no histónicas HISTONAS: Son proteínas básicas que se unen permanentemente al ADN para permitir su empaquetamiento ADN + HISTONAS: Forman la cromatina CROMATINA: FORMA LAXA DURANTE LA INTERFASE CROMOSOMAS: FORMA CONDESADA DURANTE LA DIVISIÓN CELULAR Proteínas no histonicas: se unen transitoriamente al ADN para regular la expresión de sus genes (factores de transcripción) Eucromatina: Es la forma menos compactada de la cromatina
Atraviesan el poro aquellas macromoléculas que tengan un péptido señal o NLS (señal de localización nuclear) Esta señal es reconocida por una proteína transportadora llamada exportina. Macromoléculas salientes: Proteínas y ARNs para salir del núcleo requieren una señal específica llamada NES (señal de exportación nuclear) Esta señal es reconocida por una proteína transportadora llamada exportina Entrada de proteínas al núcleo Todas las proteínas nucleares provienen del citosol. Tienen NSL (señal de localización nuclear). Importinas son proteínas transportadoras que reconocen la señal NSL. 17 Una proteína Ran-GDP se une a la importina. El poro se dilata y el complejo ingresa al núcleo. Una vez dentro del núcleo Ran-GDP es reemplazado por Ran-GTP y la proteína queda libre. Importina-Ran-GTP sale del núcleo para comenzar otro ciclo. Salida de proteínas del núcleo Son proteínas envejecidas que dejaron de funcionar. Tienen NES (señal de exportación nuclear). Exportinas son proteínas transportadoras que 18 reconocen la señal NES. La proteína Ran- GTP se une a la exportina. El complejo ingresa en el poro que se dilata. Una vez en el citosol se desarma el complejo y se libera la proteína. La exportina regresa al núcleo para comenzar otro ciclo CROMOSOMAS En eucariotas el ADN está asociado a histonas y a proteínas no histónicas en forma de cromatina o en forma de cromosomas dependiendo del estadio del ciclo celular. De otra forma puede decir que el cromosoma es la forma más condensada de la cromatina.
CICLO CELULAR
El ciclo celular representa la vida de la célula, desde que se origina cuando una célula madre se divide, hasta que ella misma se vuelve a dividir. El ciclo tiene 2 etapas: interfase y división (mitosis o meiosis) CROMATINA Y CROMOSOMAS HISTONAS: Son proteínas básicas (alta proporción de lisina y arginina), tienen carga positiva. Unión permanente al ADN que tiene cargas negativas y empaquetan al ADN. CROMATINA - forma laxa - dentro del núcleo – durante la interfase del ciclo celular ADN + HISTONAS CROMOSOMAS - forma condensada en el citoplasma durante la división celular PROTEINAS NO HISTONICAS: se unen transitoriamente al ADN para regular, principalmente, la expresión de sus genes (factores de transcripción). OCTAMERO DE HISTONAS El ADN se une a proteínas llamadas histonas y forma la cromatina collar, las histonas son 2H2A + 2H2B + 2H3 + 2H4 = 8 octámero Las histonas son ricas en aminoácidos básicos y por esos tiene una carga positiva, y se genera una atracción con carga negativa con el ADN. La histona H1 no está en el octámero, su función es la condensación. Y la compactación de la cromatina Esta unidad de octámero+ ADN + H1 se forma el nucleosoma FIBRA FINA de 10 Fnm o “collar de cuentas” PRIMER NIVEL DE EMPAQUETAMIENTO DEL ADN NUCLEOSOMA: Es la menor porción de cromatina. Es la unidad de empaquetamiento del ADN. 146 pb de ADN se enrollan en dos vueltas sobre un octámero de histonas. La H1 conecta a los nucleosomas
TECNICAS DE BANDEO CROMOSOMICO
Son técnicas de tinción de cromosomas con las cuales se observan bandas claras y oscuras intercaladas. Se caracterizan a cada cromosoma (cada cromosoma tiene un patrón normal de coloración). Permiten identificar a los cromosomas homólogos y también reconocer y detectar los trastornos genéticos CARIOTIPO HUMANO Las células somáticas humanas tienen 46 cromosomas: 2n= (DIPLOIDES), son 22 pares de autosomas + 2 cromosomas sexuales (XX en la mujer; XY en el varón). Cada par de cromosomas es un par de homólogos. Uno se hereda de la madre y el otro del padre en el momento de la fecundación. Las gametas tienen 23 cromosomas: n=23 (HAPLOIDES), 22 autosomas + 1 cromosoma sexual (X en la mujer; X o Y en el varón). ANEUPLOIDIAS Alteración en el número de cromosomas que tiene un individuo. ANEUPLOIDIAS AUTOSOMICAS: TRISOMIAS: Síndrome de Down: trisomía 21 Síndrome de Edwards: trisomía 18 Síndrome de Patau: trisomía 13 MONOSOMIAS: No son viables. En humanos producen la muerte del embrión. ============================================== =================== Genes parte II. GENETICA MOLECULAR Secuencia lineal, organizada, de ácido nucleico que contiene la información necesaria para la síntesis de una macromolécula con función génica específica. En las células los genes son secuencias de ADN En algunos virus son secuencias de ARN La molécula resultante de la expresión final del gen puede ser una proteína o un ARN La organización de los genes es diferente en el DNA de procariontes y eucariontes Intrones y Exones Los genes eucariotas contienen intrones y exones y están separados por secuencias espaciadoras de los otros genes que están a continuación
La presencia de múltiples intrones en muchos eucariotas los genes permiten la expresión de múltiples proteínas relacionadas a partir de un solo gen mediante empalme alternativo. En eucariotas superiores, el empalme alternativo es un mecanismo importante para la producción de diferentes formas de una proteína, llamada isoformas, por diferentes tipos de células GENOMA: el conjunto total de material genético hereditario presente en una célula Genes y Cromosoma La dotación básica de cromosomas en donde están contenidos todos los genes de una especie se llama número HAPLOIDE, se lo designa como n Seres humanos n= 23 Los eucariotas tienen duplicada la dotación básica, es decir son DIPLOIDES, se lo designa como 2n Seres humanos 2n= 46 POR LO TANTO ESTA DUPLICADA LA INFORMACION GENETICA. Es decir, tenemos 23 pares de cromosomas, cada par se llaman HOMOLOGOS ALELOS LOCUS: ubicación de un gen en un cromosoma ALELOS O ALELOMORFOS: dos secuencias de nucleótidos situadas en la misma posición de cromosomas homólogos, que llevan información referente al mismo carácter. Son las formas alternativas de información que porta un gen (locus) De la variedad de alelos presente en la población los organismos diploides sòlo pueden llevar dos (iguales o diferentes) Los alelos “normales” surgen de mutaciones que generan beneficio adaptativo, existen alelos que producen enfermedades Si un gen presenta 2 o más alelos en porcentaje significativo se habla de POLIMORFISMO El polimorfismo genético determina el polimorfismo poblacional. (excepto gemelos monocigóticos) todos los seres humanos son diferentes CONCEPTOS GENETICOS GENOMA: Secuencia completa de ADN que contiene toda la información genética, de una gameta, individuo, población o especie Conjunto de genes de una especie GENOTIPO: Conjunto de ALELOS de un individuo
Según estructura se pueden clasificar en a) RETROTRASPOSONES VIRALES b) RETRORASPOSONES NO VIRALES LINE (elementos disperso largos) 21% del ADN SINE (elementos disperso cortos) 13% del ADN Se multiplican por que en la secuencia repetitivas existen 2 genes Importancia de estos elementos móviles Existen probados indicios que influyeron significativamente en la evolución al servir como sitios de recombinación y movilizar secuencias adyacentes de ADN GENES MITOCONDRIALES (SERES HUMANOS) El cromosoma circular del mt DNA tiene un tamaño de 16,5 kb, se localiza en el interior de la mitocondria y contiene 37 genes Codifica: 2 codifican los ARN ribosomales 22 ARN de transferencia 13 ARN mensajeros NO HAY INTRONES NO TIENE HISTONAS. Mutación somática: afecta a las células somáticas del individuo. Como consecuencia aparecen individuos mosaicos que poseen dos líneas celulares diferentes con distinto genotipo. Una vez que una célula sufre una mutación, todas las células que derivan de ella por divisiones mitóticas heredarán la mutación. Mutaciones en la línea germinal: afectan a las células productoras de gametos apareciendo gametos con mutaciones. • Estas mutaciones se transmiten a la siguiente generación. Gens parte II. Ingeniería Genética Actualmente es posible: cortar regiones específicas de la molécula de ADN, producir copias de cada fragmento que se corte, determinar la secuencia exacta de los nucleótidos Es posible aislar y modificar un GEN
- La ingeniería genética es el proceso de insertar genes de interés en organismos específicos con fines médicos y científicos
- La terapia génica es el proceso de insertar un gen faltante o modificar un gen mutado
- Las bacterias se usan como fábricas para producir una proteína a partir de un gen clonado (ej insulina)
- Para producir una proteína de interés el gen debe ser clonado en un vector de expresión, usualmente un plásmido
- En agricultura la genética se usa para producir cosechas resistentes
• FUNDAMENTO TEORICO: EL CODIGO GENETICO ES UNIVERSAL
Fragmentación del ADN Se usan endonucleasas de restricción que son enzimas de origen bacteriano usadas por la bacteria como defensa antiviral -Estas enzimas reconocen secuencias específicas PALINDRÓMICAS y allí cortan: Cortes asimétricos generan extremos cohesivos Cortes simétricos generan extremos romos La enzima EcoRI bacteriana corta el ADN del virus fago Lambda en cinco sitios produciendo 6 fragmentos de ADN. Por electroforesis se separan los fragmentos según su tamaño. El ADN se tiñe con colorante fluorescente y se fotografía para identificar los fragmentos. Clonación de ADN Se obtienen copias de un segmento de ADN utilizando un vector Plásmidos: Se agrega al plásmido de una bacteria, un segmento de ADN que se desea clonar y la bacteria lo auto duplica junto con el plásmido. Virus: E segmento de ADN a clonar se une al cromosoma de un virus mediante tecnología de ADN recombinante. El virus inyecta ese ADN recombinado en una bacteria y los mecanismos normales de replicación del virus van a producir copias. YAC: Cromosoma artificial de levadura BAC: Cromosoma artificial de bacteria Cósmidos: Es un plásmido al cual se le han adicionado unos segmentos del genoma de un virus PCR Es una técnica de clonación de laboratorio denominada Reacción en Cadena de la Polimerasa. Las moléculas de ADN que contienen segmentos unidos covalentemente pero que se han derivado de dos o más fuentes de ADN, se llaman ADN recombinante La producción de ADN recombinante fue posible gracias a que se lograron aislar las endonucleasas de restricción. Las copias que se obtiene son pocas para lograr grandes cantidades se usan distintas técnicas para lograr segmento de ADN idénticos. Este proceso se llama CLONACION Los vectores más utilizados En Ing Genética son: Los plásmidos Bacteriófago Desnaturalización y renaturalización del ADN. Desenrollamiento y separación de las dos cadenas, pueden ser por causa físicas el calentamiento, álcalis fuertes, urea, formamida Renaturalización: restitución de las uniones entre las 2 cadenas
NUCLEASAS= Son enzimas que están en el núcleo hidrolizando ARN o intrones La primera cosa que se obtiene de la transcripción, es un pre ARN o transcriptor primario. El ARN transcriptor primario necesita ser protegido de las nucleasas, y la protección va ser fornecida por el capuchón y cola de poli adeninas, y luego las Ribo nucleoproteínas que va procesar ese pre ARN, sacan los intrones y cortan ellos para que después reúnan. los que tienen informaciones que son los exones. De esta manera vamos a tender el ARNm que va a salir del núcleo al citoplasma para realizar la síntesis de proteínas. DOGMA DE LA BIOLOGIA CELULAR De la replicación del ADN se obtiene ADN y realizando una transcripción puede obtener ARN, tanto el ARNm ARNr y el ARNt. Esto se llama de dogma de la biología celular. Los ARNs van a salir del núcleo y cada uno va tener una función específica. El ARNm va realizar la traducción o síntesis de las proteínas, el ARNr será el lugar de las síntesis de las proteínas y el ARNt va llevas los aminoácidos al lugar de las síntesis de proteínas. COMIEZO DE LA TRANSCRIPCIÓN I En el inicio el ADN está muy condesado y las proteínas no tiene como entrar y por eso interviene una enzima que corta el enlace fosfodiéster, lo desenrolla y luego vuelve a unir, ella se llama de TOPOISOMERASA I, de esa manera se forma la burbuja de transcripción y se incorpora las proteínas ARN POLIMERASA En la transcripción participa la enzima ARN polimerasa que existe tres tipos que se especializa en maneras distintas Tipo I: Esta especializada en la síntesis, reparación, revisión y retiro de cebadores (primers) y sintetiza precursores de ARNr Tipo II: Esta especializada en reparación y sintetiza precursores ARNm, micro ARNs y ortos. Tipo III: Esta especializada en sintetizar ARNt, ARNr y ARNp nucleares y citoplasmáticos. El ARN polimerasa es la enzima que va sintetizar, se está polimerasa for bacteria (procarionte) o eucariota va cumplir distintas funciones.
COMIEZO DE LA TRANSCRIPCIÓN II
Los FE se unen a los reguladores, los FB se unen a los promotores llevando en consideración que todos los factores están unidos y solamente allí que puede unirse la ARN polimerasa. En el promotor eucariota hay una secuencia especial de nucleótidos llamada "Tata box". Esta secuencia se encuentra 25-30 nucleótidos antes de la secuencia con la que empieza la transcripción El primer factor es conocido como TFIID (transcription factor) y tiene una subunidad que se le llama TBP (Tata binding protein). Este factor debe ser el primer se unir a la caja TATA y con ellos el promotor, y después los demás factores se unen al complejo que inició TFIID. Cuando las enzimas se unen en el promotor y corre RIO ABAJO hasta encontrar un nucleótido +1 empieza a sintetizar y utilizan nucleótidos trifosfato y los convierte en monofosfato para unirlos por enlaces fosfodiéster. Estés fosfatos que quedan libre son reunidos pela pirofosfatasa que degradas los fosfatos para que se queden siempre un monofosfato Y por fin las RHO cierran la burbuja abierta por topoisomerasa atreves de la unión de ARN desnudo e hidrolizan ATP, de esta manera generando energía para cerrar la burbuja de transcripción expulsando el ARN. Finalmente, obtenido el ARN transcripto primario con exones e intrones. TRANSCRIPCIÓN en PROCARIOTAS, DIFERENTE a EUCARIOTAS
- En los procariotas el ARNm no tiene ni capuchón (solo PPP) ni cola.
- NO splicing. PORQUE NO tiene intrones
- Al mismo tiempo que el ARNm se transcribe se está ya traduciendo.
- Los genes son policistrónicos, esto es, un ARNm contiene información para varias proteínas.
