Marx

Como ya sabéis de entradas anteriores, es una síntesis básica del autor, no debe ser única fuente de información.

1. Introducción

• Marx es el iniciador del socialismo científico. Posee una forma de analizar la realidad de gran influencia en el siglo XX y que, pese a los avatares históricos, puede no haber dicho aún su última palabra. 

• Algo muy importante: El pensamiento de Marx no se debe identificar con todo lo adjetivado de marxista. 

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Citosol y citoesqueleto

1. Citosol

El citosol es el medio acuoso del citoplasma donde se encuentran los orgánulos. Tiene consistencia de gel y se compone de iones, pequeñas moléculas orgánucas, RNA y muchas proteínas.

También consta de una variedad de filamentos proteicos que le proporcionan estructura interna. Esto forma el citoesqueleto.

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La envoltura Celular

1. La membrana plasmática

Todas las membranas biológicas tienen una estructura común: están formadas por una bicapa lipídica en la que hay proteínas y glúcidos asociados.

Lípidos

Se encuentran formando una bicapa. Los principales que hay en la membrana son fosfoglicéridos, esfingolípidos y colesterol. Éstos son anfipáticos, por lo que en medio acuoso forman vicapas espontáneamente, propiedad conocida como autoensamblaje, y que tiende a cerrarse sobre sí mismo, propiedad denominada autosellado.

Además, la bicapa lipídica es fluida ya que las moléculas lipídicas pueden desplazarse. El movimiento mas frecuente es la difusión lateral, pero también giran con gran rapidez y son flexibles. El movimiento menos usual es el conocido como flip-flop.

Diferentes movimientos en la bicapa.

Otra propiedad es que son muy impermeables a iones y a la mayor parte de las moléculas polares. De esta forma, la bicapa actúa como barrera reteniendo sustancias hidrosolubles e impidiendo la entrada de sustancias.

Proteínas

Las proteínas llevan a cabo la mayoría de las funciones específicas de la membrana. Las principales funciones son:

• Transportar moléculas hacia el interior o exterior.
• Transmiten señales al interior de la célula.
• Son enzimas que catalizan reacciones asociadas a la membrana.

las proteínas se asocian con la bicapa lipídica de las siguientes formas:

• Proteínas trnasmembrana de paso único o múltiple (hélices alfa). Tienen una región central hidrófoba que interacciona la parte hidrófoba de la bicapa y dos hidrófilas a cada lado de la membrana. También se denominan proteínas integrales.
• Otras en la superficie de la membrana, exterior o interiormente. Muchas de éstas están unidas a otras proteínas por enlace no covalente, denominadas proteínas periféricas y otras están unidas covalentemente a un lípido.

Modelo mosaico fluido de las membranas

• Las proteínas transmembrana y los lípidos se disponen formando un mosaico.
• Las membranas biológicas son estructuras fluidas.
• Las membranas son asimétricas. 

La fluidez de la membrana hace que a dividirse las células hijas sean iguales ya que los componentes de la membrana se distribuyen uniformemente.

Funciones de la membrana

• Confiere individualidad al separarla de su entorno.
• Controla el intercambio de sustancias regulando la composición del medio interno.
• Controla el flujo de información entre las células y su entorno ya que tiene proteínas receptoras que informan de estímulos externos.
• Proporciona el medio óptimo para el funcionamiento de las proteínas de membrana.

2. Especializaciones de la membrana plasmática. Uniones intercelulares

Las uniones intercelulares son regiones especializadas de la membrana plasmática que permite a las células contiguas unirse o intercambiar pequeñas moléculas. Hay tres principalmente:

• Uniones herméticas. Sellan células contiguas e impiden el libre paso de moléculas a través de los espacios intercelulares.

• Uniones de anclaje. Puntos de contacto entre células que las mantienen unidas ofreciendo resistencia y rigidez al tejido

• Uniones de comunicación tipo gap. Canales intercelulares que permiten el paso de iones y pequeñas moléculas entre células contiguas.

3. Transporte de pequeñas moléculas a través de la membrana

La permeabilidad selectiva de la membrana plasmática le permite a la célula regular su medio interno. 

Los mecanismos por los cuales las moléculas atraviesan la membrana dependen de la naturaleza y el tamaño de la molécula a transportar. El transporte de pequeñas moléculas a través de la membrana puede ser transporte pasivo, sin energia, o transporte activo, que requiere energía.

Transporte pasivo

Es un proceso de difusión a través de la membrana sin gasto de energía ya que las moléculas se desplazan a favor de su gradiente de concentración, es decir, de zonas más concentradas a menos concentradas. Puede ser difusión simple o difusión facilitada.

Difusión simple

Pasan las moléculas no polares y las moléculas polares sin carga cuando su tamaño es reducido, como H2O o CO2.

Difusión facilitada

Los iones y la mayoría de las moléculas polares, como la glucosa y los aa, se transportan a través de las membranas biológicas mediante proteínas transmembrana. Éstas son las proteínas de canal y las transportadoras específicas.

Las proteínas de canal forman poros acuosos que atraviesan la bicapa y permiten el paso de iones de tamaño y carga adecuados. Algunos canales se abren por acción de un ligando y se denominan canales regulados por ligando. Otros se abren debido a un cambio de potencial de la membrana, denominados canales regulados por voltaje.

También hay proteínas, denominadas acuaporinas, que son canales que permiten el paso de moléculas de agua.

Las proteínas transportadoras específicas o permeasas se unen a la molécula a transportar y sufren un cambio de forma que permite la transferencia de la molécula. Cada proteína transporta sólo un tipo de ión o molécula. Cada proteína transporta sólo un tipo de ión o molécula.

Transporte activo

Se realiza en contra de gradiente y requiere gasto de energía. Las proteínas transportadoras que intervienen se denominan bombas, como por ejemplo la bomba de sodio-potasio.

La mayoría de las células animales tienen más concentración de potasio que de sodio respecto al medio externo. Esto se debe a que la bomba de Na-K, que utilizando la energía obtenida de la hidrólosis de ATP (Aquí tenemos el gasto energético), expulsa tres Na al exterior y dos K al interior. Las principales funciones dela bomba Na-K son:

• Controla el volumen celular. La expulsion de Na es necesaria para ello, ya que si no se hincha y explota (debido a que se crea diferencia de concentraciones y entra agua por ósmosis)
• Permite que las células nerviosas y musculares sean eléctricamente estables.
• Impulsa el transporta activo de glucosa y aa hacia el interior de algunas células.

El transporte de una sustancia con carga depende del gradiente de concentración y del gradiente eléctrico (gradiente electro-químico). Las membranas plasmáticas están polarizadas, siento negativa en el interior y positiva en el exterior, por lo que hay facilidad para que entren iones positivos, oponiendose a negativos.

4. Transporte de macromoléculas y partículas

Endocitosis

Consiste en la ingestión de macromoléculas o partículas mediante la invaginación de la membrana plasmática que se estrangula formando una vesícula intracelular. 

Hay tres tipos de endocitosis:

• Fagocitosis. Consiste en la ingestión de grandes partículas que se engloban en vesículas (fagosomas). La célula tiene receptores para las sustancias a englobar, así cuando la partícula se une a receptores, la célula emite pseudópodos (que son prolongaciones de la membrana que, digamoslo así, "abrazan" la molécula para rodearla y fomar el fagosoma). A continuación los lisosomas intervienen y digieren la partícula.

• Pinocitosis. Consiste en la ingestión de pequeños líquidos y solutos mediante pequeñas vesículas.

• Endocitosis medida por receptor. Mediante este proceso se incorpora a la célula proteínas como hormonas, colesterol... Se produce en regiones especializadas de la membrana donde se encuentran las depresiones revestidas, zonas de la capa revestida por proteínas fibrosas como la clatrina que es responsable de la invaginación y estrangulación de la membrana para formar vesículas. Todo esto conlleva dos ventajas:
• Es específica debido a los receptores.
• Incrementa la eficacia de incorporación de macromoléculas ya que permite captar componentes del líquido extracelular sin incorporar un volumen del mismo innecesario.

Observamos las diferencias con la fagocitosis por las depresiones revestidas de clatrina que es responsable del proceso.

Exocitosis

Consiste en la fusión de vesículas intracelulares con la membrana plasmática y la liberación de su contenido al medio externo (proceso contrario a la endocitosis). La exocitosis es importante en la secreción de moléculas que desempeñan su función fuera de la célula que las produce y las moléculas segregadas pueden:

• Pasar a formar parte del glicocáliz.
• Incorporarse a la matriz extracelular.

La membrana de las vesículas secretoras se incorpora a la membrana plasmática y luego se recupera por endocitosis, asegurando un equilibrio que asegura el volumen celular (lo que se pierde por un lado se gana por otro).

5. Glicocáliz o cubierta celular

Es una zona rica en hidratos de carbono situada en la superficie de las células eucarióticas. Está formado por las cadenas de oligosacáridos de los glicolípidos y de las glicoproteínas de la membrana plasmática.

Funciones

• Protege la superficie celular

• Reconocimiento celular. Los oligosacáridos que forman parte de los glicolípidos y glicoproteínas son los principales marcadores de identidad de la célula.

6. Pared celular

-Es característica de las células vegetales-

Aquí se observa la pared celular como toda la capa verde que rodea la célula

Es una gruesa cubierta situada por encima de la membrana plasmática. Está formada por largas fibrillas de celulosa unidas por un matriz de polisacárido y proteína.

Composición de la pared celular

Su principal componente es la celulosa. La celulosa se organiza en microfibrillas, englobadas en una matriz formada por hemicelulosa, pectina, glicoproteínas, elementos minerales como Calcio y agua. 

Sobre ella se pueden depositas sustancias como:

• Lignina. Otorga rigidez. Al proceso de impregnación se le denomina lignificación.
• Cutina y suberina. Impermeabilizan las paredes de los tejidos exteriores de la planta (son ceras). Los procesos se denominan cutinización y suberificación respectivamente. 

Capas de la pared celular

Todas las células vegetales constan de dos capas, una lámina media y una primaria.  Muchas tienen otra denominada pared secundaria.

La lámina media está situada entre las paredes primarias de las células adyacentes. La pared secundaria se encuentra entre la membrana plasmática y la pared primaria.

La lámina media está formada mayoritariamente por pectinas. 

La pared primaria es la primera que se forma durante el desarrollo de la célula. Está formada por microfibrillas de celulosa dispuestas de forma reticular, hemicelulosa, pectinas, glicoproteínas y H2O.

La pared secundaria es la pared más gruesa y está formada por varias capas. Formada por microfibrillas de celulosa orientadas paralelamente, hemicelulosa y H2O. Es muy rígida.

Especializaciones de la pared celular 

Paso de sustancias regulado por las siguientes especializaciones:

• Punteaduras. Adelgazamientos o áreas finas de las paredes celulares.Constan de una cavidad y de una membrana de cierre.

• Plasmodesmos. Son finos conductos que atraviesan las paredes celulares y conectan los citoplasmas de células adyacentes permitiendo el paso de pequeñas moléculas. Están rodeadas por una membrana plasmática que es común a las dos células unidas y en su interior presentan un túbulo de retículo endoplasmático denominado desmotúbulo. (En la imagen inferior se aprecia todo)

Funciones de la pared celular

• Protege y da forma a la célula.
• Las paredes unen las células entre sí formando la planta.
• Las paredes permiten a la célula vivir en medio hipotónico; como consecuencia de la entrada de agua, las células se hinchan, proceso conocido como turgencia. Esta es la principal fuerza impulsora de expansión celular durante el crecimiento de la planta.
• La lignificación refuerza las paredes celulares y permite la posición erecta.
• La cutinización y suberificación impermeabilizan la superficie evitando la pérdida de agua.
• La pared celular constituye una barrera para el paso de sustancias y agentes patógenos.

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Introducción a la célula

1. La teoría celular

Los principios de la teoría celular son los siguientes:

• Los seres vivos están formados por una sola celúla cuando son unicelulares o por varias, siendo pluricelulares.
• La célula es la unidad estructural y funcional de los seres vivos.
• Las células poseen individualidad ya que realizan todas las funciones propias de los seres vivos.

Posteriormente se completó afirmando que toda célula procede de otra célula. 

2. Métodos de estudio morfológico de la célula

Microscopía óptica

Basada en el uso de determinadas lentes. La calidad depende de la técinca de preparación de la muestra y del rendimiento del microscopio.

El poder de resolución depende de la longitud de onda de la luz con que se ilumina el objeto. Para observar las muestras hay que realizar cortes finos para que la luz las atraviese. Se usan también colorantes, fijadores que inmovilizan y matan la célula, y microtomo para los cortes.

Microscopía electrónica

En vez de luz utiliza haces de electrones para iluminar las muestras. Tiene mucha mejor resolución que los ópticos. Hay dos tipos:

- De transmisión.

- De barrido.

3. Estudio bioquímico de la célula

Fraccionamiento celular

Es un método de separación de los orgánulos celulares. Se siguen los siguientes pasos:

Se realiza un homogeneizado del tejido a estudiar mediante tratamientos físicos o químicos que rompan las células. A continuación se separan los diferentes componentes mediante un instrumento llamado ultracentrífuga. La fuerza centrífuga separa los componentes celulares en función de su densidad, forma y tamaño. Se realizan varios centrifugados para separar los distintos orgánulos.

Autorradiografía

Los orgánulos o las partes de la célula que quieran ser analizadas pueden marcarse uno o más isótopos radiactivos.

La autorradiografía se utiliza para localizar las sustancias marcadas radiactivamente (mayoritariamente los movimientos)

Cultivo celular

La mayoría de las células sobreviven, de dividen e incluso se diferencian en un medio de cultivo en condiciones adecuadas. Las aplicaciones del cultivo celular son extraordinarias en Biología, Medicina, Veterninaria...

El cultivo de muchas células de vertebrados está limitado por un determinado número de divisiones celulares. Las células que pueden dividirse indefinidamente son las células cancerosas y las células madre.

4. Tipos de organización celular

• Procariota. Típica de células sencillas y primitivas tales como arqueobacterias y eubacterias. Poseen una membrana plasmática y por encima la mayoría tienen una pared celular de composición variable. Poseen el material genético en una región del citoplasma (nucleoide) sin estar rodeado de membrana, es decir, estan desprovistas de núcleo. También carecen de la mayoría de los orgánulos celulares, solo ribosómas. Sus enzimas respiratorias se localizan en invaginaciones de la membrana (mesosomas)
• Eucariota. Se estudia a continuación.

5. Introducción al estudio de la célula eucariota

Se distinguen tres partes fundamentales: membrana, citoplasma y núcleo.

• La membrana plasmática es una capa rodeada a la célula, que le confiere individualidad al separarla del entorno. 
• El citoplasma es la parte de la célula comprendida entre la membrana plasmática y la membrana nuclear. En él se encuentran los orgánulos.
• El núcleo contiene la mayoría de DNA. 

Se pueden distinguir dos tipos de eucariotas: animales y vegetales.

Estructura, composición y función de la membrana y orgánulos celulares

Membrana plasmática

• Estructura y composición: Envoltura que rodea a la célula formada por una icapa de fosfolípidos con proteínas que la atraviesan.
• Función: Controla el intercambio de sustancias entre la célula y el medio. Las proteínas receptoras cumplen funciones de relación.

Citoplasma

• Estructura y composición: Medio acuoso comprendido entre la membrana plasmática y la nuclear, donde se localizan los orgánulos. Contiene fibras proteicas que funcionan como esqueleto celular.
• Función: En él se realizan numerosas reacciones químicas que contribuyen al mantenimiento de la célula al proporcionar energía y fabricar sustancias necesarias.

Ribosomas

• Estructura y composición: Pequeños orgánulos formados por RNA y proteínas. Se encuentran en el citosol y en la membrana del retículo endoplasmático rugoso.
• Función: Fabricar proteínas.

Retículo endoplasmático

• Estructura y composición: Red de membranas interconectadas que se extienden por todo el citplasma. El RE puede ser liso o rugoso, según no tenga o sí ribosomas en su membrana respectivamente.
• Función: Síntesis y transporte de lípidos y proteínas.

Complejo de Golgi

• Estructura y composición: Conjunto de cisternas aplanadas y apiladas de las que se desprenden vesículas con diversas sustancias. 
• Función: Secreción celular. Consiste en que algunas vesículas producidas por el AG se fusionan con la membrana plasmática y vierten sus contenidos al exterior de la célula.

Lisosomas y peroxisomas

• Estructura y composición: Son enzimas digesticas y oxidativas respectivamente,
• Función: Los lisosomas digieren sustancias alimenticias y orgánulos dañados. Los peroxisomas se encargan de reacciones que generan y destruyen peróxido de hidrógeno.

Mitocondria

• Estructura y composición: Orgánulos energéticos. Están formadas por dos membranas, una exterior lisa y otra interior plegada formando crestas. La cavidad interna se denomina matriz y contiene enzimas, DNA, ARN y proteínas.
• Función: En ellas tiene lugar la respiración celular que consiste en la ocidación de materia orgánica para obtener energía.

Núcleo

• Estructura y composición: Rodeado de una doble membrana que presenta poros que permiten la comunicación entre núcleo y citoplasma. En su interior destaca el nucleoplasma, nucleolo y cromatina. 
• Función: Dirige a la célula ya que contiene la información genética para realizar las funciones vitales. Es responsable de la división celular y en el nucleolo se fabrican los ribosomas.

Centrosoma (sólo en células animales)

• Estructura y composición: Formado por dos orgánulos cilíndricos llamados centriolos, rodeados de una zona clara de la que parten unos filamentos que forman el áster.
• Función: Organizan el citoesqueleto y controlan la forma y el movimiento de las células. Intervienen en la división celular.

Pared celular (sólo en células vegetales)

• Estructura y composición: Gruesa cubierta situada por fuera de la membrana plasmática formada por celulosa.
• Función: Protege y da forma a las células vegetales.

Cloroplastos (sólo en células vegetales)

• Estructura y composición: Orgánulos energéticos rodeados de dos membranas. Es espacio interno se denomina estroma y es un medio acuoso con enzimas, DNA, RNA y ribosomas. En ellos se encuentra la clorofila.
• Función: Realizan la fotosíntesis, proceso mediante el cual obtiene la energía de la luz, absorbida por la clorofila, utilizada para transformar la materia inorgánica en orgánica.

Vacuolas (sólo en células vegetales)

• Estructura y composición: Vesículas que pueden ocupar el 90% del volumen celular.
• Función: Almacenan gran variedad de sustancias.

6. El paso de célula procariota a eucariótica

Se cree que todos los organismos provienen de una célula primitiva llamada LUCA que debió ser procariótica. Las primeras células procarióticas eran heterótrofas y obtenían energía por fermentación. Posteriormente obtendrían a partir de compuestos inorgánicos la energía. 

Éstas no desprendían oxígeno pero después aparecieron las que sí, por lo que la atmósfera comenzó a cambiar. Se formó el ozono, que absorbe las radiaciones UVA lo que posibilita la vida en las zonas mas superficiales de los mares y, posteriormente, en tierra firme. 

La presencia de oxígeno produjo adaptaciones moléculares que permitieron captar oxígeno, con lo que se formaron las bacterias aeróbicas. Obtenían así mucha más energía, y esto fue un paso importante paa la aparición de las células eucarióticas. Por ello proceden de una célula procariotica que aumentó su tamaño y fué adquiriendo sus membranas internas por repliegues de la membrana plasmática, formando los orgánulos

La teoría endosimbiótica

Explica el origen de los orgánulos energéticos. Las mitocondrias tienen su origen a partir de una bacteria aeróbica que estableció una relación simbiótica con una eucariota anaeróbica.

los cloroplastos aparecieron de células eucariótas que fagocitaron bacterias fotosintéticas y establecieron una relación simbiótica.

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Introducción a la filosofía contemporánea

Aquí tenéis un breve resumen de entrada a la filosofía contemporánea. En posteriores entradas se tratarán los principales autores con mas detenimiento.

• Tras Kant, la filosofía alemana evoluciona hacia concepciones más y más idealistas, hasta llegar al idealismo dialéctico de Hegel. 

• El idealismo dialéctico hegeliano fue la filosofía dominante en la 1ª mitad del XIX. La filosofía posterior (Marx, positivismo, vitalismos ...) es materialista, aunque se apropia conceptos hegelianos (la dialéctica.)
• Para Hegel, Ser es Devenir, hacerse. 


• El motor de este devenir es la negatividad, la tensión, la lucha de contrarios: 
• El aumento cuantitativo de la tensión produce saltos cualitativos, que dan origen a nuevas configuraciones, siguiendo el ritmo dialéctico: tesis, antítesis y síntesis. 
• Esta concepción dinámica del ser está, en Hegel, empapada de idealismo: explica el desarrollo de la idea hasta llegar al espíritu absoluto. Todo es idea, la materia es un momento en la evolución de la idea.




• Marx. Su pensamiento es deudor de Hegel al que hace constantes referencias. 
• Su materialismo responde a una crítica del idealismo de Hegel, en tanto que retoma se apropia la dialéctica hegeliana. o En Marx la dialéctica es la ley del desarrollo de la materia la cual evoluciona de lo inanimado a lo orgánico y de aquí al hombre, y una vez surgido el hombre, desde las formas primitivas de sociedad hasta el momento actual de la historia, siguiendo el ritmo en tres fases de la dialéctica (tesis, antítesis, síntesis). o El motor de este dinamismo es, en la naturaleza, la lucha de contrarios y, en la historia humana, la lucha de clases.

• Nietzsche. Aunque no hace referencia explícita a Hegel (ni a Marx), su concepción es también una reacción contra el idealismo, al tiempo que toma aspectos de la concepción dinámica del ser. 
• Su materialismo: declaraciones sobre la muerte de dios, fidelidad a la tierra, en las que proclama que este mundo es la única realidad, en tanto que el “mundo verdadero” de Platón o el cristianismo son patrañas de mentes calenturientas. 
• Rechaza la concepción estática del ser enseñada por Parménides y que llega a su culminación en Platón (teoría de las ideas) y en el cristianismo (platonismo para el pueblo) guardando especial veneración hacia Heráclito. 
• Nietzsche proclama el devenir, y el motor de este devenir es, de nuevo, la tensión, la lucha, la guerra, la negatividad. 
• Nietzsche es vitalista: La vida es el máximo valor.

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Introducción a citología

Aquí os dejo, a modo de introducción a la citología, un video-animación muy muy bueno sobre diferentes aspectos del interior de una célula. Aunque en cuanto a nivel queda un poco grande y está en inglés, más que por lo que dice resulta interesante ver las diferentes estructuras y su comportamiento. Observaremos colesterol, la bicapa lipídica y su constante movimiento,proteínas integradas en la membrana, proteínas motoras,

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Nucleótidos y ácidos nucleicos

1. Nucleósidos y nucleótidos

Los ácidos nucleicos son polímeros formados por nucleótidos. 

Estructura:

Las bases ntitrogenadas son compuestos heterocíclicos con átomos de nitrógeno en el anillo y con carácter básico. Las presentes en nucleótidos son de dos tipos:

• Bases púricas. Derivadas de la purina. Son la adenina y la guanina.
• Bases pirimidínicas. Derivadas de la pirimidina. Son citosina, timina y uracilo.

Las pentosas son monosacáridos. En nucleótidos son aldopentosas, que son ribosa y desoxirribosa.

Los nucleósidos están formados por la unión de una pentosa y una base nitrogenada. Se establece un enlace N-Glicosídico entre el carbono 1' de la pentosa y el nitrógeno 9', si es una base púrica o el 1' en bases pirimidínicas. 

Se nombran -osina si es una base púrica o -idina en bases pirimidínicas.

Los nucleótidos son la unión del nucleósido con ácido fosfórico. Se da un enlace éster entre la pentosa y el ácido fosfórico. Un nucleótido puede tener 1, 2, 3 moléculas de ácido fosfórico (AMP, ADP, ATP)

2. Nucleótidos de interés biológico

Los fosfatos de adenosina (adenosín fosfatos)

Son intermediarios en las reacciones metabólicas en los que se libera o consume energía ya que los enlaces entre fosfatos de los nucleótidos acumulan energía química que puede transferirse a otras sustancias cuando dichos enlaces se hidrolizan.  (estamos hablando del ADP Y ATP y su capacidad para liberar la energía en las rutas metabólicas)

De igual manera, la energía desprendida en muchas reacciones químicas puede aprovecharse para sintetizar adenosín fosfatos. (estamos hablando del AMP y ADP y su capacidad para captar la energía en las rutas metabólicas y pasar a ser ADP o ATP respectivamente)

El AMP cíclico  es una forma cuyo fosfato forma enlace éster con los carbonos 5' y 3' de la ribosa. Éste nucleótido actúa como segundo mensajero: cuando una hormona es incapaz de atravesar la membrana celular desencadena ua reacción, por la cual se fija a un receptor de membrana que activa una proteína capaz de sintetizar AMPc en el interior de la célula, el cual activa las enzimas necesarias para dar la respuesta recibida (el AMPc hace de conector entre hormona y enzima)


El uridín difosfato(UDP) es transportador de monosacáridos en procesos de síntesis de polisacáridos.

Coenzimas derivadas de nucleótidos

Las coenzimas son sustancias orgánicas no proteicas que han de intervenir en las reacciones químicas catalizadas por enzimas para que éstas puedan realizar su función. 

Cada coenzima actúa en una clase de reacción, sea cual sea el sustrato. Muchas son compuestos derivados de nucleótidos. 

Hacen posible la acción de la enzima uniéndose a la enzima o bien enlazándose al sustrato, lo que produce un cambio en su estructura que facilita la acción de la enzima.

Los flavín nucleótidos son nucleótidos que tienen como base nitrogenada la flavina. Éstas sustancias actúan como coenzimas en los procesos de oxidación-reducción del metabolismo celular en las que un sustrato ha de ganar o ceder electrones, pues la flavina tienen una forma oxidada, una reducida y una intermedia o radical.

Son flavín mononucleótido cuando su bae nitrogenada es la flavina (FMN) o flavín adenín dinucleótido cuando lo son la flavina y la adenina (FAD). 

Los piridín nucleótidos están formados con dos nucleótidos, adenina y nicotinamida. Actúan de forma similar a los flavín nucleótidos.

El nicotín adenín dinucleótido (NAD) interviene de la misma forma que los anteriores.

El fosfato de nicotín adenín dinucleótido (NADP) interviene de la misma forma y tiene un grupo fosfato en el carbono 2'.

La coenzima A (CoA) es derivada del ADP que contiene ácido pantoténico y una sustancia llamada b-aminoetanotiol que contiene un grupo tiol terminal (-SH)

La CoA se enlaza con ácidos orgánicos mediante la formación de enlaces tio-éster quedando los ácidos activados para participar en el metabolismo artobio.

3. Polinucleótidos. Ácidos nucleicos

Los nucleótidos forman largas cadenas mediante el establecimiento de enlaces fosfodiéster, mediante el cual el fosfato de un nucleótido, unido al carbono 5' de la pentosa, se une por enlace éster al carbono 3' de la siguiente.  

Si la pentosa de los nucleótidos es la ribosa, se constituyen polirribonucleótidos, que dan lugar a los distintos tipos de ácidos ribonucleicos (ARN)

Si es la desoxirribosa forman polidesoxirribonucleótidos, que dan lugar al ácido desoxirribonucleico (ADN).

Diferencias entre ADN y ARN:

	DNA	RNA
PENTOSA	DESOXIRRIBOSA	RIBOSA
B.N.	TIMINA EN VEZ DE URACILO	URACILO EN VEZ DE TIMINA
LONGITUD DE LA CADENA	LARGA	CORTA
TIPO DE MOLÉCULA	Cadena doble con BN enfrentadas (A-T)(C-G)	Cadena sencilla que puede tener plegamientos. Se enfrentan BN (A-U)(C-G)
LOCALIZACIÓN	Núcleo. Componente principal en cromosomas, mitocondrias y cloroplastos	Núcleo y citoplasma (citosol disperso, ribosomas concentrado)
ESTABILIDAD	Estable debido a doble hélice	Menos estable

Funciones de los ácidos nucleicos

El DNA es el portador del mensaje genético. Ha de duplicarse transmitiendo el mismo mensaje en las copias (replicación).

El mensaje contenido en el DNA determina la especiación de las proteínas que sintetiza la célula. Se dan dos procesos para ello:

• Transcripción. El mensaje de un fragmento de DNA es copiado (transcrito) en una molécula de RNA.
• Traduccióm. Es la síntesis de la proteína siguiente las "instrucciones" del RNA.
• Para ello intervienen tres tipos de RNA:
• RNA mensajero (mRNA). Reproduce el mensaje genético del DNA.
• RNA transferente (tRNA). Transporta los aa.
• RNA ribosómico (rRNA). Forma parte de los ribosomas. (orgánulos celulares donde se realiza el acoplamiento entre mRNA y tRNA, y la unión de aminoácidos para formar proteínas.

4. Estructura del RNA

• El mRNA es una copia de un fragmento de DNA. Son moléculas de elevada masa molecular. La mayor parte de la molécula es un filamento sin enrrollar, pero pueden formarse horquillas.
• El rRNA son moléculas largas con numerosos plegamientos y regiones donde aparecen bases nitrogenadas apareadas.
• El tRNA se encuentra disperso en el citoplasma. Es una molécula pequeña que adopta una posición en hoja de trebol que sufre unos arrollamientos adoptando forma de L.
• En su estructura cabe destacar 4 regiones con bases apareadas, tres bucles sin aparear y también lo que seria el peciolo. Hay una serie de elementos comunes a todos los tipos de tRNA:
• Brazo aceptor. Es aquí donde el tRNA transporta el aminoácido.
• Anticodón. Triplete de bases que aparece en el bucle opuesto al brazo aceptor. Indica el aa que puede unirse a la molécula.

Otros tipos de RNA:

• Núcleo celular. Pequeñas moléculas de RNA. Tienen como función regular el funcionamiento de genes y catalizar el plegamiento de tRNA y rRNA
• Virus. Almacenan su información genética en forma de RNA.

5. Estructura del DNA

Está constitutido por dos cadenas de polinucleótidos formando una doble hélice. EL arrollamiento es dextrógiro y plectonémico, es decir, las cadenas no se pueden separar sin desenrrollarse. 

Las cadenas son antiparalelas, es decir, si se avanza por la doble hélice de arriba a abajo en una cadena el primer carbono de la cadena es el 5' y el último el 3', en la otra primero el 3' y el último el 5'.

Las bases nitrogenadas tienen los planos de sus anillos colocados perpendicularmente al eje de la hélice. 

La unión de bases se realiza mediante puentes de hidrógeno.

La longitud de la molécula varía de unas especies a otras, pero en general es enorme y, fuera del medio celular, muy frágil.

6. Variaciones de la estructura del DNA

• Ligeras desviaciones en la longitud del paso de rosca o en la separación entre pares de bases.
• Conformaciones A y Z. El DNA estudiado se conoce como conformación B o B-DNA pero existen otras conformaciones que responden a otras medidas de paso de rosca y separación entre pares de bases. La A y Z aparece cuando se somete a la célula a factores ambientales extremos.
• DNA monocatenario. Algunos virus poseen DNA de una sola hebra.
• Desnaturalización del DNA. Consiste en la separación de dos hebras de DNA por ruptura de puentes de hidrógeno.
• Hibridación del DNA. La desnaturalización es reversible. SI se mezclan moléculas de DNA desnaturalizadas de distinta procedencia se pueden obtener moléculas híbridas. 

7. La cromatina

Conjunto de sustancias que alberga el DNA en el núcleo de células eucaróticas cuando no está teniendo lugar la duplicación celular. 

La cromatina es DNA y proteínas. SU existencia se explica por dos problemas estructurales que plantea la acumulación de DNA en el nucleo celular:

• Elevada cantidad de espacio reducido.
• Elevada carga negativa por acumulación de grupos fosfato. 

Para resolverlos, el DNA se asocia a proteínas. Pueden ser de dos tipos: Histonas y no histonas.

Las histonas son proteínas de baja masa molecular y muy básicas. Tienen carácter básico con lo que neutraliza la acidez del DNA. También resuelven el problema del empaquetamiento del DNA debido a su disposición:

• Las histonas se disponen en paquetes de ocho moléculas, denominados octómeros de histonas, formados por dos ejemplares de cuatro tipos de histona (H2A, H2B, H3 Y H4)
• El DNA envuelve los octómeros de histonas formando la unidad estructural de la cromatina (nucleosoma)
• Entre dos nucleosomas hay un fragmento de DNA denominado DNA espaciador.
• Un quinto tipo de histona (H1) se fija al DNA espaciador y a la parte externa de los nucleosomas y neutraliza la acidez del DNA.
• La estructura descrita se denomina collar de perlas.
• Esta estructura se pliega sobre sí misma en forma de solenoide.  Esta estructura va plegándose hasta adoptar la forma de los cromosomas.

Nucleosoma:

Las proteínas no histonas son heterogéneas en su composición. Funciones:

• Estructural. FIjación de la fibra cromática y de la forma de los cromosomas.
• Funciones relacionadas con la replicación y transcripción de DNA.
• Otras son enzimas o proteinas estructurales necesarias para la formación de estructuras en el núcleo celular.

En el núlceo interfásico hay dos tipos de cromatina:

• Heterocromatina. No transcribe.
• Constitutiva, se cuentra en todas las células de un organismo, carente de inf. genética.
• Facultativa. Contiene genes que no se expresan.

Con éste tema finaliza la bioquímica. Desde ya trabajando en empezar a subir la citología.

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Las proteínas

(No puedo poner los símbolos de alfa y beta, por lo que me refiero a los mismos por el nombre)

1. Los aminoácidos

Los aminoácidos son los componentes moleculares más sencillos de las proteínas. Cuando las proteínas se someten a hidrólisis se desdoblan en aminoácidos.

Son compuestos orgánicos de baja masa molecular. Tienen grupo funcional carboxilo y amino.

Los aminoácidos en disolución

Los grupos ácidos de los aminoácidos (aa en adelante) en disolución ceden protones (- COO-), y los grupos amino captan protones (-NH3+)

Pero las cargas se forman por un equilibrio químico entre la forma ionizada y no ionizada del aa.

Cada aa presenta un comportamiento eléctrico distinto a los diferentes valores de pH del medio.

El pH al que un aa tiene carga neta 0 se denomina punto isoeléctrico.

Aminoácidos proteicos y aminoácidos no proteicos

El carbono alfa es asimétrico en todos los aa proteicos, lo que da lugar a estereoisomería. Suponemos al carbono alfa en el centro de un tetraedro. Si el NH3 queda a la derecha es D, mientras que si queda a la izquierda es L. 

Todos los aa proteicos con alfa-L-aminoácidos.

2. Los péptidos

Los aa se unen entre sí mediante enlace peptídico, entre el grupo amida y el grupo carboxilo.

Aquí observamos como el grupo COOH de la Alanina reacciona con el grupo NH2 de la Serina.
 (lo que se resalta antes son los radicales, R, propios del aa)
-----------------------------------------------------

Los extremos de la cadena son uno C-terminal, con un carboxilo libre, y uno N-terminal, con un amino libre. Los cuatro átomos implicados en el enlace se denominan plano de la amida. Dos planos continuos pueden girar, aunque el giro no es totalmente libre ya que la cadena lateral unida al carbono (R) dificulta la rotación.

Si los grupos amino y carboxilo de carbonos distintos al alfa forman enlaces peptídicos, se les llama enlaces isopeptídicos.

3. Las proteínas. Concepto y estructura

Son biomoléculas formadas por la unión de aminoácidos. Tienen elevadas masas moleculares. Están constituidas por largas cadenas polipeptídicas con diversas estructuras.

Estructura primaria

Hace referencia a la secuencia de aa. Hay 20 aminoácidos proteicos, cuyo orden o número hacen prácticamente infinita la combinación, y, por tanto, la especifidad de las proteínas. Aun así no pueden darse todas las combinaciones. Cada individuo tiene sus propias proteínas, que difieren en la estructura primaria de las proteínas de otro individuo.

Estructura secundaria

La cadena polipeptídica puede adaptar diferentes disposiciones espaciales según los ángulos que forman entre sí los planos de la amida. Por tanto, la estructura secundaria es la disposición espacial.

La más frecuente en las porteínas es la hélice alfa. En ella los planos de la amida se disponen formando una hélice dextrógira; las cadenas laterales (R) se proyectan hacia fuera de la hélice y los grupos C=O y N-H quedan hacie arriba o abajo en dirección paralela a la hélice. Por esto, se forman enlaces de hidrógeno entre un grupo C=O y un N-H cada cuatro aa.

Otra estructura es la beta, también llamada hoja plegada. Los planos de los enlaces peptídicos sucesivos en zig-zag con las cadenas laterales hacie arriba o abao. La estructura se estabiliza mediante puentes de hisrógeno entre C=O y N-H de aa pertenecientes a diferentes segmentos de la cadena. 

Observamos ambas estructuras

El colágeno consta de una hélice formada por tres cadenas peptídicas enrolladas.

El que una proteína adquiera una estructura depende de la estructura primaria. En algunas proteínas globulares se producen agrupaciones de "estructuras supersecundarias":

• Estructura BetaAlfaBeta. Dos láminas enlazadas por una hélice alfa.
• Asociación AlfaAlfa. Hélices alfa antiparalelas.
• Meando Beta. Tres láminas Beta antiparalelas.
• Estructura en barrilete de láminas Beta.

Serpenteo Beta equivale a Meandro Beta
Llave griega no se estudia.

Estructura terciaria

Cadena polipeptídica dispuesta con giros y plegamientos. Es la disposición tridimensional.

Las causas del plegamiento se relacionan con la búsqueda de estabilidad de la molécula. Determinadas interacciones fisico-químicas entre Radicales originan disposición tridimensionales estables en el medio en que se encuentre la proteína. 

Las principales interacciones no covalentes que se establecen son:

• Puentes de H entre cadenas laterales (R) polares que presenten algún grupo que pueda aceptar y donar hidrogeniones.
• Interacciones electrostáticas entre grupos con carga eléctrica opuesta.
• Interacciones de van der Waals entre grupos no cargados. Son muy débiles.
• Interacciones hidrofóbicas. En medio acuoso los aa apolares se asocian entre sí ocultándose del agua.

Los enlaces covalentes que se dan son:

• Puentes de disulfuro. Es la interacción mas fuerte a la par que menos frecuente. 

Estructura cuaternaria

Las proteínas formadas por una sola cadena polipeptídica no tienen. La estructura cuaternaria se da cuando 2 o mas cadenas polipeptídicas adoptan estructura espacial. Las distintas cadenas polipeptídicas se unen por las interacciones propias de la estructura terciaria.

4. Homoproteínas y heteroporteínas

Las homoproteínas están formadas solo por aa. Las heteroproteínas contienen un grupo prostético que se une a la cadena polipeptídica por enlace covalente o interacción no covalente.

Las heteroproteínas o proteínas conjugadas se clasifican en:

• Glicoproteínas. Hidratos de carbono unidos covalentemente al aa.
• Lipoproteínas. Sustancia lipídica unida no covalentemente. 

Un grupo prostético de interés es el grupo hemo, presente en la hemoglobina.

Naturaleza proteica de las enzimas

Las enzimas son proteínas con función catalítica, a excepción de las ribozimas. Muhas enzimas son proteínas simples o conjugadas, en las que las partes no polipeptídicas se denominan cofactores. Al conjunto de proteína más cofactor se denomina holoenzima, 

5. Funciones de las proteínas. Clasificación funcional

Según la forma espacial las proteínas son fibrosas (filiformes) o globulares (redondeadas)

Según la función:

• Poteínas estructurales. Dan forma, rigidez y flexibilidad a las diversas partes de los organismos.
• Proteínas de reserva. Almacén de aa que el organismo utilizará para crecimiento o reparación de estructuras.
• Proteínas activas. Para desempeñar su función se tienen que unir a una sustancia (ligando). Hay varios tipos:
• Enzimas. Su ligando es un sustrato y catalizan su tranformación química.
• Proteínas reguladoras. Interaccionan con el ligando y ponen en marcha determinados procesos celulares, como por ejemplo los receptores.
• Proteínas transportadoras. Se unen al ligando y lo transportan de un lugar a otro del organismo.
• Proteínas contráctiles. AL unirse al ligando provocan un acortamiento o alargamiento del órgano o orgánulo donde se encuentren.
• Proteínas inmunes o inmuneglobulinas. Se unen al ligando, un antígeno, haciendo que éste no ejerza su acción.

6. Propiedades de interés de las proteínas

Especifidad

El número de combinaciones posibles de la estructura primaria hace posible la especialización. Hay dos tipos de proteínas cuyas funciones requieren una secuencia específica de aa:

• Enzimas. Existe una para cada sustrato.
• Inmunoglobulinas. Cada antígeno provoca distintos procesos en las células inmunitarias.

Comportamiento ácido-base

Cada proteína tiene una carga neta diferente según el pH del medio y los aa componentes. Ésta propiedad es aprovechada en técnicas de separación de proteínas.

Solubilidad de las proteínas

Más solubles cuantos más aa polares haya. La solubilidad está afectada por el PH del medio. A valores próximos de pH al punto isoeléctrico la solubilidad es mínima, ya que la ausencia de cargar favorece la interacción entre los grupos apolares de las moléculas de proteína.

Peor disolución de proteínas en disoluciones salinas concentradas ya que los iones compiten con las moléculas de agua por rodear a la proteína.

Desnaturalización de las proteínas

La estructura nativa es la adecuada a la función que han de desempeñar.

La desnaturalización es la pérdida de la estructura nativa (pérdida de funcionalidad)

Las causas de la desnaturalización pueden ser:

• Cambios de Temperatura. Las proteínas se desnaturalizan aproximadamente a los 40ºC
• Cambio de pH.
• Presencia de sustancias similares a aa, como la urea o el ión guanino.
• Agitación violenta que produce espuma.

La desnaturalización puede ser:

• Reversible, cuando la proteína puede recuperar la estrutura nativa.
• Irreversible cuando no la recupera. Ej: albúmina del huevo.

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Mutaciones y Manipulaciones genéticas

1. Concepto de mutación

Las mutaciones son cambios que se producen en el genotipo (conjunto de genes) que pueden manifestarse en el fenotipo (conjunto de caracteres de un organismo) Una consecuencia de las mutaciones es la evolución biológica ya que las mutaciones promueven la variabilidad genética.

Según el mecanismo que ha provocado el cambio de material genético se distinguen tres tipos de mutaciones:

• Mutaciones cariotípicas. Cambios en el número de cromosomas propio de la especie.
• Mutaciones cromosómicas. Cambios en la ordenación de los genes en los cromosomas
• Mutaciones genédticas. Cambios en la estructura de los genes (secuencia de b.nitrogenadas)

2. Mutaciones cariotípicas

Hay dos grandes tipos: Poliploidía y aneuploidía.

• Poliploidía. Consiste en que la serie haploide de cromosomas se repite más de dos veces. Si poseen 3 series haploides (3n) son triploides, (4n) tetraploides... Se produce porque en la formación de los gametos no tiene lugar la meiosis.
• Aneuploidía. Consiste en que existe algún cromosoma de más o menos respecto a la dotación cromosómica normal de la especie. Si el individuo tiene algún cromosoma además tendrá tres cromosomas homólogos (trisomía). SI tiene algún cromosoma de menos (monosomía). La aneuploidía se debe a un error en la distribución de los cromosomas durante la meiosis de los gametos. (pasa un par de cromosomas aun gameto y nunguno a otro) Las aneuploidías suelen ser causa de trastornos importantes. (síndrome de Down: trisomía del par 21)

3. Mutaciones cromosómicas

Los agentes mutagénicos, como radiaciones, pueden provocar roturas en los cromosomas, que posteriormente se sueldan pero de forma errónea, cambiándose la composición genética de los cromosomas. Éste fenómeno se conoce como mutaciones cromosómicas.

• Las inversionas y tanslocaciones no suelen alterar el genoma de la célula pero pueden hacer inviable una transcripción ya que separan al gen del promotor o terminador.
• Las deleciones suponen la pérdida de muchos genes (pueden ser letales)
• Las duplicaciones suministran al organismo nuevo material genético (pueden facilitar la evolución biológica)

4. Mutaciones génicas

Alteración de la composición de alguna base

Los agentes mutagénicos (radicaciones, compuestos químicos..) pueden alterar la composición química de las bases nitrogenadas. Por ejemplo:

- citosina -> influye HNO2 -> uracilo

Determinadas mecanismos actúan eliminando las bases erróneas y sustituyéndolas por las adecuadas, pero si tiene lugar una replicación antes de que se repare el error aparecerá una molécula hija intacta y otra portadora de la mutación.

Efectos de la alteración de una base nitrogenada

En caso de una alteración de una b.n., la secuencia de aminoácidos codificados será distinta. Las consecuencias de esto dependerán de si el aminoácido en cuestión estabilizaba la estructura de la proteína.

Otros errores durante la replicación

Algunos agentes mutagénicos provocan intercalación o supresión de nucleótidos.

5. Frecuencia de las mutaciones naturales

La frecuencia de las mutaciones depende de los siguientes factores:

• La frecuencia de la división celular ya que muchas mutaciones se producen durante la división celular.
• De la secuencia de bases nitrogenadas del gen ya que hay parejas de nucleótidos más estables que otras. Por ello en todas las especies se distinguen genes estables y genes que mutan con facilidad.
• De la exposición de las células a agentes mutagénicos.

En general, la frecuencia de manifestación de las mutaciones es muy baja por las siguientes razones:

• En ocasiones los mecanismos de reparación del DNA actúan eliminando la mutación a tiempo.
• En ocasiones la alteración de la secuencia de bases nitrogenadas no afecta a la secuencia de aminoácidos.
• Muchas veces la alteración de la secuencia de aminoácidos no altera la funcionalidad de la proteína a que los aminoácidos aparecidos por una mutación no intervienen en la estabilización de la proteína.
• Algunas veces se dan mutaciones inversas, es decir, un gen mutado vuelve a su forma silvestre (antes de la mutación)
• Algunas veces los efectos de la mutación consisten en convertir en inactiva una proteína y este hecho queda oculto debido a que otro gen produce una proteína que suple la función.

6. Algunos fenómenos naturales resultado de mutaciones

Alelos múltiples

La presencia de variedades alélicas se debe a mutaciones.

Un gen puede sufrir más de una mutación por lo que se puede dar mayor variedad de alelos de un determinado gen, pero cada individuo portará una sola pareja de alelos de dicho gen. 

Ej. El gen que determina los grupos sanguíneos presenta tres alelos: IA, IB y i.

Grupo A-> IA IA y IAi

Grupo B ->IB IB y IBi

Grupo AB-> IA IB

Grupo 0-> ii

Genes letales

Son genes que en estado de homocigosis producen la muerte del individuo, generalmente en el periodo embrionario.

Procesos cancerosos

El cáncer es una enfermedad caracterizada por la proliferación incontrolada de determinadas células. Debido a éste anómalo crecimiento se forman tumores (masas de células). (benignos-> no invaden otros tejidos. Malignos-> invaden otros tejidos (metástasis)

El origen del cáncer esta directamente relacionado con las mutaciones y puede tener dos orígenes: aparición de oncogenes o desactivaciones de los genes supresores de tumores (TSG)

• Los oncogenes son genes producidos por mutación de protooncogenes, que son genes que regulan aspectos del ciclo celular: reguladores del crecimiento...etc. En general los oncogenes amplifican los efectos de los protooncogenes, por lo que las células proliferan sin control. Esto se debe a que las mutaciones afectan al fragmento promotor que precede a los genes. También pueden darse mutaciones cromosómicas que aumentan el nº de protooncogenes.
• Los genes supresores de tumores son genes que activan mecanismos de apoptosis o muerte celular programada, que se activan cuando el equilibrio de células no es el deseado.

7. Las mutaciones y la evolución de los seres vivios

EL Neodarwinismo es la teoría de la evolución aceptada actualmente. Según esta teoría, los fenómenos que explican la evolución son 3:

• Las mutaciones son las responsables de la variabilidad entre los individuos de una especia. 
• La selección natural es la eliminación que hace el medio de los individuos que presentan características menos aptas para la supervivencia. Los individuos presentan variables genéticas más aptas tendrán más posibilidades de tener descendencia. Sin embargo, los caracteres que durante un tiempo fueron favorables en el ambiente, con el tiempo pueden no serlo.
• La especiación consiste en que dos poblaciones de una misma especie pasan a vivir aisladas la una de la otra sin posibilidad de realizar intercambios genéticos por reproducción sexual ya sea por aislamiento geográfico, distintos rituales de apareamiento...etc. Cada una de las poblaciones sufrirá distinta selección natural y determinadas mutaciones y al cabo de mucho tiempo habrá tantas diferencias genéticas que las poblaciones podrán considerarse dos especies diferentes.

8. Mutaciones experimentales

La tasa de mutaciones de un organismo aumenta si éste es expuesto a determinados agentes mutagénicos. Un objetivo de las mutaciones experimentales es la obtención de bacterias y virus mutantes para obtener vacunas contra determinadas enfermedades.

También los tratamientos mutagénicos de plantas de cultivo permiten acelerar la selección de variedades mejoradas.

9. Los DNA recombinantes y la ingeniería genética

Transformaciones genéticas naturales

En determinados estudios genéticos de bacterias se describió que a veces sufrían una transformación genética porque asimilaban algunos genes procedentes de otras bacterias. Es más frecuente el paso de genes de unas bacterias a otras transportados por virus o plásmidos.

Tanto en bacterias como en células eucarióticas se ha descubierto la existencia de genes susceptibles de trasladarse de unas células a otras.

La ingeniería genética

Consiste en introducir artificialmente nuevos genes en las bacterias suministrándoles fragmentos de DNA que contengan genes útiles para los intereses del ser humano. Si esa bacteria asimila el fragmento de DNA comenzará a expresar esos genes como si fueran propios.

En un principio se escogió a las bacterias como material de trabajo por las ventajas biológicas que presentan:

• Sólo poseen un cromosoma por lo que los genes pueden expresar siempre sin peligro de la existencia de alelos recesivos propios de células eucariotas diploides.
• Se reproducen rápidamente por bipartición por lo que la información genética pasa completamente a la descendencia sin la recombinación propia de eucariotas con reproducción sexual y meiosis.

Obtención de DNA recombinantes

Reconocimiento de los genes deseados

Las células productores de una determinada proteína son ricas en mRNA que codifica a esa proteína. Una vez purificada el mRNA puede ser fácil identificar el fragmento de DNA que lo ha producido, ya que por afinidad química el mRNA se agregará sobre el DNA que lo ha codificado. EN ocasiones esto no es tan sencillo ya que una molécula de mRNA puede haber sido sintetizada por varios fragmentos de diferentes genes. Además los genes de eucariotas contienen intrones. Por ello, se utilizan los DNA complementarios que son moléculas de DNA sintetizadas a partir de mRNA por la transcripción inversa. Estas moléculas de DNA carecen de intrones, promotores y terminadores por lo que no funcionarían en la célula eucariótica originaria pero sí en una bacteria siempre que sean intercaladas entre un promotor y un terminador de los genes bacterianos.

Aislamiento de los genes e inserción en el DNA bacteriano

Los secuenciadores de DNA son aparatos que obtienen rápidamente la secuencia de bases nitrogenadas de una molécula. Una vez conocida la secuencia de un fragmento de DNA las enzimas de restricción corta la molécula por los lugares adecuados para que incluyan toda la información del gen.

La inserción del gen inoculado en el DNA bacteriano es fruto del azar ya que la mayor parte de las veces no se da. Se descubrió que las probabilidades de inserción aumentaban cuando las bacterias contaban con plásmidos, ya que éstas moléculas de DNA muestran facilidad para asimilar genes. A su vez, los plásmidos tienen factores de replicación de DNA y se replican al mismo ritmo que la duplicación bacteriana. 

Multiplicación de los genes selccionados

Se puede hacer por clonación que consiste en: inserción en un plásmido y multiplicacion del plásmido incluido en una bacteria. 

Otro procedimiento previo a la inserción del gen en un plásmido es la técnica de reacción en cadena de la polimerasa (PCR) que consiste en: aislar el fragmento de DNA que contenga el gen deseado, desnaturalizar el DNA calentándolo, mezclar la solución desnaturalizada con moléculas de cebador y con moléculas de DNA polimerasa I. Este proceso repite varias veces para obtener grandes cantidades del gen en cuestión.

Aplicaciones de la ingeniería genética

Aplicaciones básicas

• El desarrollo de las secuencias de DNA ha permitido obtener el genoma completo de muchas especies. A partir de este conocimiento se progresa hacia el descubrimiento de las funciones de cada uno de los genes, lo que es de gran importancia para el diagnóstico y el tratamiento de algunas enfermedades.
• El desarrollo de la técnica del PCR ha permitido obtener grandes cantidades de fragmentos de DNA facilitando su investigación como por ejemplo en la medicina forense, al conocer la identidad a partir de una pequeña molécula (sangre, semen...)

Aplicaciones médicas

• Obtención de vacunas.
• Obtención de anticuerpos para luchar contra enfermedades infecciosas o para realizar análisis clínicos
• Obtención de hormonas como la insulina
• Diagnóstico de enfermedades de origen genético.

Aplicaciones industriales

• Producción masiva de antibióticos
• Obtención de cepas de bacterias que degradan residuos industriales.

10. Manipulaciones genéticas en eucariotas

Los eucariotas presentan mayores dificultades para la obtención de DNA recombinante por el hecho de que presentan dotación diploide, genes recesivos, y meiosis (reproducción sexual) por lo que los genes insertados puede que no se transmitan a la descendencia.

Plantas transgénicas

Las plantas se reproducen por reproducción vegetativa por lo que una vez obtenido un individuo transformado genéticamente, éste produce una descendencia idéntica en muy poco tiempo.

Para inocular genes se multiplica el gen por ingeniería genética y éstos se unen a partículas metálicas que son bombardeadas a núcleos de células vegetales. Posteriormente se seleccionan aquellas plantas que presentan caracteres que se querían introducir en la célula.

Animales transformados genéticamente

Es muy complicado obtener cepas de animales transformados genéticamente ya que no se reproducen por reproducción vegetativa. En ellos se debe recurrir a la transformación genética de células embrionarias.

Un ejemplo son los ratones KnocKout y ratones in.

Terapia genética

Consiste en inocular genes que remedian diferencias en algunas células de un individuo adulto. Las probabilidades de éxito son bajas pero poco a poco se van descubriendo las condiciones óptimas para aumentar el porcentaje de éxito.

Recuerden que si quieren este documento para guardar o imprimir, deben pasarse por el FORO, Gracias.

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Los genes y su función

1. La replicación semiconservativa del DNA

Un gen es un fragmento de ADN que contiene información necesaria para el funcionamiento de algún aspecyo del organismo. El mensaje genético se encuentra en el ADN y su única variable es la secuencia de bases nitrogenadas de los nucleótidos.

La transmisión del mensaje genético se consigue con la replicación. Watson y Crick afirmarion que la replicación del ADN es semiconservativa, es decir, cada molécula hija está formada por una cadena de molécula madre y otra de molécula hija (de nueva formación). Esto se confirmó gracias a un experimento llevado a cabo por Meselson y Stahl: Cultivaron determinadas bacterias en un medio con un isótopo del N, el más pesado (N^15). Posteriormente pasaron estas bacterias a un medio con N normal y se observó que, tras dividirse la bacteria, el ADn de las células hijas tenía una densidad intermedia entre  N^14 y N^15. Tras otra división celular celular, se observó que aparecían dos bandas: una semipesada y otra ligera.

La conslusión de todo ésto es que cada vez que se producía una nueva división celular, la mitad de contenido genético en cada molécula de DNA procedía de la anterior (hebra madre).

2. El mecanismo de replicación

Modo de acción de las DNA polimerasas

Las DNa polmimerasa son las enzimas que catalizan la formación de los enlaces fosfodiéster entre los nucleótidos. Añaden los nucleótidos complementarios a la hebra molde en dirección 3', utilizando para ello la energía de los grupos fosfato de los nucleótidos.

Hay tres tipos de DNA pelimerasas: Pol I, Pol II y Pol III. Son enzimas procesivas, es decir, avanzan sobre la hebra molde, sin soltarse de ella, mientras adicionan nucleótidos al extremo 3' de la otra hebra. A su vez, requieren la existencia de un fragmento de cadena preexistente al que puedan adicionar nucleótidos (cebador)(RNA cebador).

La Pol I tiene acción exonucleasa, es decir, rompe enlaces fosfodiéster. Además de las polimerasas, en la replicación intervienen gran cantidad de enzimas:

• Girasas. Desenrrollan el DNA.
• Helicasas. Separan las dos hebras de DNA.
• Proteínas SSB. Estabilizan el DNA monocatenario durante la replicación.
• Primasa. Sintetiza RNA cebador.
• Ligasa. Une fragmentos de Okazaki formando enlaces fosfodiéster.

Mecanismo de replicación en procariotas

La replicación en bacterias es bidireccional, es decir, comienza en un punto del DNA, el origen de replicación. Aquí se separan las dos cadenas y la replicación va en los dos sentidos. Para ello se necesitan muchas enzimas.

Primero las girasas desenrrollan el DNA y las helicasas separan las dos hebras (separando bases nitrogenadas). Ahora las proteínas SSB estabilizan el DNA monocatenario.

Otro aspecto es que para que la Pol III añada nucleótidos al extremo 3' es necesaria la existencia de una cadena de RNA que sirva de cebador (Es sintetizado por la primasa)

El siguiente aspecto es que la replicación avanza en los dos sentidos pero las polimerasas adicionan nucleótidos sólo por el extremo 3'. La solución es la diferenciacion de dos hebras: una hebra conductora que se replica continuamente y otra retardada que se gforma a partir de fragmentos de Okazaki. Posteriormente, Pol I hidroliza el RNA cebador y, con su actividad polimerasa, añade al extremo 3' desoxirribonucleótidos. Finalmente la ligasa forma un enlace fosfodiéster que une los fragmentos de la hebra retardada. Las hebras se forman a partir de una horquilla de replicación. El avance de estas horquillas produce la replicación.

En resumen:

La replicación en eucariotas

Sigue un mecanismo similar al de procariotas, pero con las siguientes diferencias:

• EN DNA eucariótico se encuentra estructurado en cromatinam cuya unidad estructural son los nucleosomas, lo que supone un obstáculo para el avance de las horquillas. También se han de desmontar los octómeros de histonas. 
• Hay que duplicar el número de moléculas de histona para que se formen nucleosoma en el DNa recién sintetizado.
• Cuentan los organismos ecutarióticos con numerosos puntos iniciales de replicación a lo largo de la molécula de DNA. 
• El tamaño de los fragmentos de Okazaki es menor que en procariotas.

Reparación del DNA

Si se produce un error al introducir bases nitrogenadas, una endonucleasa específica reconoce el error y escinde (rompe) el enlace fosfodiéster. A continuación la Pol I elimina el nucleótido  incorrecto y añade el correcto. Posteriormente, la DNA ligasa une los fragmentos de DNA.

3. La expresión del mensaje genético (flujo de la información)

Un gen es un fragmento de DNA que determina la síntesis de una molécula de RNA o de una proteína.

Los genes estructurales producen proteínas cuya acción se manifiesta en la producción de caracteres del organismo. Los genes reguladores pueden ser de dos tipos: Los que producen RNA que no se traduce en proteínas y los que producen proteínas reguladoras que se unen a segmentos de DNA.

La expresión del mensaje genético en moléculas de RNA se denomina transcriptación, siendo el cambio de timina a uracilo.

La traducción (expresion de lenguaje genético en forma de proteínas) requiere la transcripción previa del ADN.

Los retrovirus presentan el mensaje genético en moléculas de RNA -> DNA mediante una enzima: la transcriptasa inversa. 

4. El mecanismo de la transcripción

En procariotas

La enzima responsable de la transcripción es el RNA polimerasa, la cual es una encima procesiva que se una a la hebra molde del DNA, en una región situada delante del gen denominada promotor. Para esta unión es impresicnible la subunidad σ que forma parte de la holoenzima RNA polimerasa.

Una vez que comienza la transcripción la subunidad σ, la RNA polimerasa va recorriendo la hebra molde en el sentido 3' -> 5' y a su vez va formando la cadena de RNA en el sentido 5'->3' mediante la adición de rubonucleótidos. Al final del gen se encuentra el terminador que hace que se separe la RNA polimerasa.

En eucariotas

Sigue un mecanismo similar al que se da en procariotas pero con diferencias: 

• Hay tres tipos de RNA polimerasa: 
• RNA polimerasa I. Transcribe los genes de los rRNA
• RNA polimerasa II. Sintetiza mRNA
• RNA polimerasa III. Trascribe los genes de tRNA
• Los tres tipos de RNA actúa procesivamente pero los promotores son distintos en cada caso.
• Mientras que en procariotas es muy frecuente el mRNA policistrónico (lleva la información para la síntesis de varias proteínas) en eucariotas solo lleva información para una.
• El mRNA transcrito en células eucariotas debe procesarse hasta llegar a mRNA maduro. Los principales cambios que ocurren en la maduración son:
• mRNA suelen poseer intrones, secuencias en el mRNA que no contienen información genética para la síntesis e proteínas. Antes de la traducción se eliminan, combinándose con unas proteínas que hacen que el intrón adopte una forma de bucle para que se pueda escindir (cortar) enzimáticamente. Posteriormente se suelda de nuevo.
• Adición de una proteína (caperuza) en el extremo 5' y una cola de ácido poliadenílico en el 3', que protege al mRNA de la degradación
• Durante la transcripción hay que desmontar los nucleosomas ya que suponen un obstáculo para las RNA polimerasas. 

Diferencias entre transcripción y replicación

Fundamentalmente tiene 3 diferencias:

• La transcripción es selectiva, es decir, sólo se trancriben algunas regiones del DNA (los genes)
• Cuando se transcribe un gen se copia sólo una hebra del DNA, la hebra molde (la otra es la codificada)
• La transcripción es reiterativa, es decir, un gen puede transcribirse muchas veces, mientras que la replicación sólo ocurre antes de la división celular.

Splicing y splicing alternativo

Splicing es el mecanismo por el cual los intrones son eliminados de una molécula de mRNA. Para ello se utilizan moléculas de snRNP, que son complejos formados principalmente por RNA que es la familia de ribozimas (un tipo de RNA que desempeña funciones catalíticas).

Los exones son segmentos de DNA que se transcriben en RNA y se traducen a polipéptido. En determinadas condiciones ambientales un exón puede pasar a funcionar como un intrón y viceversa. Este fenómeno se conoce como splicing alternativo.

5. El mecanismo de la traducción

La traducción es el proceso anabólico y, por tanto, que requiere gasto energético, que consiste en la síntesis de proteínas de acuerdo con la información obtenida del mRNA

El código genético

Es la relación entre la secuencia de bases del mRNA y la secuencia de aminoácidos en la proteína.

La unidad de codificacion de aminoácidos (codón) esta compuesta por tres nucleótidos. Cada codón codifica un único aminoácido, pero un aminoácido puede ser codificado por vario codones. Por ello, se dice que el código genético es degenerado. Además es universal ya que es común para todos los organismos. Existe un codón, AUG, que además de codificar la metionina significa el comienzo de la traducción. Así mismo, algunos codones indican el final de la traducción.

Formación del aminoacil-tRNA

La unión entre aminoácidos y el correspondiente tRNA está catalizado por las enzimas aminoacil-tRNA sintasas. Este proceso consta de dos fases:

1. Activación del aminoácido. aa+ATP -> aa-AMP + 2P
2. Transferencia del aminoácido activado. aa-AMP + tRNA -> aa-tRNA + AMP

Para cada aminoácido hay un tipo de tRNA.

El ensamblaje de los aminoácidos en la biosíntesis de proteínas

Fase de iniciación

El mRNA se fija a la subunidad menor de un ribosoma. La subunidad menor recorre la mRNA hasta el primer codón de iniciación (AUG). Entonces se ensambla el tRNA, portador del aminoácido metionina, cuyo anticodón es complementario a AUG. posteriormente, tras la actuación de unas proteínas denominadas factores de iniciación se une a la subunidad grande, que posee tres localizaciones (E,P,A). El primer aminoacil-tRNA queda alojado en el sitio P.

Fase de elongación

Se une un aa-tRNA al sitio A. Entonces se transfiere la metionina al aminoácido que ocupa el sitio A por una reacción catalizada por la peptidiltransferasa, que es una ribozima de la subunidad mayor. En este paso la metionina sa ha separado del tRNA y se ha formado un enlace peptídico.

A continuación, con la ayuda de los factores de elongación se desplaza primero la subunidad mayor, quedando el tRNA que estaba unido a la metionina en el sitio E, listo para su expulsión. A su vez, queda libre el sitio A y así puede entrar otro aa-tRNA. También avanza la subunidad menor, hasta emparejarse con la mayor.

El ribosoma avanza sobre el mRNA en sentido 5'->3'  y éste desplazamiento consume energía. (la aporta el GTP, que es similar al ATP)

...y así continúa...

Fase de terminación

Cuando el ribosoma llega a un codón de terminación actúan unas proteínas llamadas factores de terminación. Dan lugar al desprendimiento de la cadena polipeptídica. Se separan las subunidades del ribosoma del mRNA.

Normalmente varios ribosomas traducen simultáneamente un mRNA (al conjunto se le denomina polisoma o poliribosomas)

Procesamiento de las proteínas

La cadena ha de sufrir un proceso de maduración en el que se suelen perder algunos aminoácidos.

6. Regulación de la expresión del mensaje genético

Existen unos mecanismos de regulación que indican en qué momentos ha de expresarse unos genes u otros. Resulta muy práctico para la célula regular la síntesis de una proteína a nivel de la transcripción.

Jacob y Monod postularon un mecanismo de regulación de la transcripción en procariotas, que se denominaron teoría del operón, la cual fue deducida del estudio de la síntesis del aminoácido triptófano en la bacteria E.Coli. La síntesis de triptófano tiene lugar mediante 5 reacciones catalizadas por enzimas que son codificadas por 5 genes que se agrupan en el DNA bacteriano. Este agrupamiento recibe el nombre de operón. 

En la región promotora de estos 5 genes hay una secuencia de DNA que recibe el nombre de operador, y a este se le puede unir una proteína represora que impida la unión de la RNA polimerasa y, por tanto, que impida la transcripción de los genes estructurales.

La proteína represora es producida por un gen regulador que se encuentra fuera del operón. La proteína represora tiene dos cnformaciones: una activa en el que puede unirse al operador, y otra inactiva.

El gen regulador sintetiza la proteína represora en su forma inactiva y para pasar a la forma activa debe unirse al triptófano. Así la ausencia de triptófano conduce a la síntesis del mismo.

7. Los genes y los caracteres del organismo

Un gen - una enzima

Los caracteres que presenta el organismo son resultado de reacciones químicas, las cuales están catalizadas por enzimas, y éstas están codificadas por genes.

El proteoma y la proteómica

Para conocer los caracteres de un organismo no basta con conocer sus genes sino que hay que conocer todas sus proteínas. El proteoma es el conjunto de proteínas presentes en un organismo.

La razón de que haya más proteínas que genes es:

• Los splicing alternativos
• Los cambios posttraductorios
• plegamientos para estructuras (secundaria y terciaria)
• unión a otros polipéptidos (cuaternaria)
• unión a glúcidos o lípidos
• Los genes polimórficos. Son variaciones en la secuencia de nucleótidos que no afectan a la funcionalidad de las porteínas.

La proteómica es la ciencia que estudia el proteoma de los organismos.

Recuerden que si quieren este documento para imprimir o guardar, deben pasarse por el FORO. Si tienen dudas pregunten en comentarios.

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