Biología celular y molecular

1er parcial

La biología celular y molecular ha permitido, en el mundo de la medicina, la identificación de genes que influyen en enfermedades, desarrollo de nuevos fármacos para interrumpir el ciclo celular y uso de células madres para sustituir tejidos dañados.

Las células se dividen en:

• Eucariotas:

• Tienen envoltura nuclear que separa al ADN

• Procariotas (Bacteria/eubacteria y archaebacteria):

• Bacterias
• No tienen envoltura nuclear
• Más pequeñas y más simples
• No organelos citoplasmáticos

Bacterias: más comunes, patógenos humanos

Arqueobacterias: viven en condiciones extremas

El material genético de la primera célula tuvo que haber sido compuesto de RNA ya que esta molécula tiene la capacidad de servir como molde para su propia síntesis (complementariedad) y tiene actividad catalítica (polimeriza nucleótidos).

Después del metabolismo, la energía en las células se almacena en forma de ATP. El ATP se obtiene de las siguientes maneras:

• Glicólisis (anaerobia): ácido láctico + 2 ATP
• Fotosíntesis: energía a partir de la luz solar y producción de 02
• Metabolismo: gracias al O2 de la fotosíntesis, las células evolucionaron al metabolismo oxidativo que produce más energía
• Las células actuales tienen reacciones oxidativas para producir energía.

Componentes de las células eucariotas (animales y vegetales):

• Membrana plasmática: delimita a la célula y la separa del medio externo. Permite la entrada y salida de moléculas a través de ella.
• Ribosomas: síntesis de proteínas.
• Núcleo: organelo más grande, contiene la información genética organizada de manera lineal, replicación de ADN y síntesis de ARN.
• Mitocondrias: centros de metabolismo oxidativo → ATP.
• Cloroplastos (plantas y algas verdes): fotosíntesis.
• Lisosomas y peroxisomas: digestión de moléculas y reacciones oxidativas.
• Vacuolas (plantas): Digestión de macromoléculas, almacén de desechos y nutrientes.
• Retículo endoplásmico rugoso: síntesis de proteínas que deben empacarse/trasladarse a la membrana plasmática.
• Retículo endoplásmico liso: síntesis de lípidos estructurales de membrana.
• Aparato de Golgi: modificar, almacenar y exportar las proteínas sintetizadas por el retículo endoplásmico.
• Citoesqueleto: filamentos proteicos en el citoplasma, determina la forma, movimiento, transporte intracelular, posición de organelos y movimiento de cromosomas.

[pic 1]

Endosimbiosis: una célula viviendo dentro de otra.

Organismo eucariota unicelular más simple: Saccharomyces cerevisiae (levadura).

Monosacáridos:

• Azúcares simples: nutrientes principales de las células.
• Su degradación: energía y material para síntesis de nuevos componentes.
• Presentan estereoisomería.
• Fórmula CH2O.
• Ejemplo: Glucosa (aldohexosa, más abundante e importante, papel central en el metabolismo celular, principal monosacárido de los polisacáridos).

Polisacáridos:

• Formas de reserva de azúcares y componentes estructurales.
• Almacenamiento: Glucógeno en animales y Almidón en plantas.
• Estructurales: Celulosa, principal componente estructural de la pared vegetal.

Lípidos:

• Funciones; almacén de energía (triglicéridos), constituyentes de la membrana celular (fosfolípidos y esfingolípidos), señalización celular (hormonas).
• Lípidos más simples: ácidos grasos.
• Fosfolípidos: principales componentes de la membrana celular.
• Lípidos de membrana: fosfolípidos, esfingomielina, glucolípidos y colesterol.

Ácidos nucleicos:

• Polímeros: ARN y ADN
• Gracias al enlace fosfodiéster, se une el OH de la posición 5’ de un nucleótido con el OH de la posición 3’ de otro nucleótido.
• Las bases nitrogenadas quedan laterales a la cadena de pentosa + P.
• Todos los enlaces fosfodiéster tienen la misma orientación.
• El ácido nucleico tiene extremos diferenciados: un extremo 5´donde su C’5 no está unido a otro nucleótido y un extremo 3’ donde su C’3 no está unido a otro nucleótido.
• Las secuencias se escriben del extremo 5’ al extremo 3’ → se van agregando los nucleótidos al OH 3’.
• Nucleótido: Base nitrogenada + azúcar + fosfato

Proteínas:

• Ejecutan las tareas descritas en el ADN.
• Son las moléculas más variadas.
• Funciones: Estructural (colágeno y queratina), reguladora (insulina y hormona del crecimiento), transportadora (hemoglobina), inmunológica (anticuerpos) y enzimática (pepsina).
• Glicina: aa más sencillo.
• Prolina: único aa en el que su grupo amino está ligado tanto al Ca como a un C en su cadena lateral → estructura cíclica
• Met: único aa iniciador de la síntesis de proteínas.
• Cys: dos grupos sulfhidrilo (SH) de 2 cys, pueden interactuar → puente disulfuro (covalente apolar); puede formar puentes de hidrógeno débiles
• Ácido aspártico y ácido glutámico: cadenas laterales con COOH (pueden ceder protones)
• Lys, Arg e His: cadenas con grupos básicos cargados (pueden aceptar protones) y adquirir carga positiva +
• His: puede estar sin carga o cargada + a un pH fisiológico → participa en reacciones enzimáticas en el intercambio de protones. Amortiguador.
• Desnaturalización: las proteínas pierden su estructura tridimensional y dejan de funcionar.
• Estructura primaria: orden concreto de aa que componen a una proteína.
• Estructura secundaria: disposición espacial concreta → alfa hélice o beta plegada, por las interacciones entre los residuos próximos en la secuencia de aa.
• Estructura terciaria: plegamiento y acomodo de las alfa hélice y beta plegada → interacciones entre residuos alejados en la secuencia primaria, y se encuentran en estructuras secundarias diferentes. Interacciones débiles o enlaces disulfuro.
• Estructura cuaternaria: varias cadenas proteicas o subunidades se unen.

Herencia:

• Todas las células vienen de otras preexistentes → el material genético fue replicado y transferido en cada división.
• De cada progenitor heredamos una copia del gen: alelo.
• Genotipo: conjunto de genes.
• Fenotipo: conjunto de caracteres visibles como resultado del genotipo.
• Mendel hizo un experimento con guisantes amarillos y verdes.
• Leyes de Mendel: al cruzar dos razas puras, la descendencia será heterocigota y dominante; al cruzar dos razas híbridas, la descendencia será homocigota e híbrida al 50%; al cruzar varios caracteres, cada uno de ellos se transmite de manera independiente.
• Cromosomas: moléculas que portan genes.
• Somos organismos diploides → 2 copias de cada cromosoma.
• Espermatozoide y óvulos: haploides.
• Cigoto: diploide.
• Desequilibrio de ligamiento: los genes heredan rasgos de manera independiente si están lejos uno de otro, en diferentes cromosomas. Otros se heredan juntos por su cercanía: ligados.
• Mutaciones → haplotipos,
• Bacteriofago: virus que infecta a una bacteria.

Estructura del ADN

• Reglas de Chargaff: La composición de las bases varía de una especie a otra; Muestra de DNA de diferentes tejidos de la misma especie se componen de las mismas bases; La composición del DNA no varía con la edad ni nutrición; En TODOS el número de A = T y el número de G = C; A + G = T + C
• Replicación semiconservativa: una hebra del ADN progenitor se conserva en cada una de las moléculas hijas de ADN.
• La adenina (A) y la guanina (G) son púricas, mientras que la timina (T), la citosina (C) y el uracilo (U) son pirimidínicas.

Replicación del ADN

• La capacidad de DNA como molde para su replicación fue establecida cuando se demostró que una enzima de E. coli (DNA polimerasa) podía catalizar la replicación in vitro.

Estructura de los genes eucariotas

• Genoma humano: distribuidos en 23 cromosomas (22 somáticos + 1 sexual)
• Gen: segmento de DNA que se expresa para dar un producto funcional, puede ser RNA (ribosómico, transferencia) o polipéptido.
• Intrones (espacio intergénico): ADN no codificante entre genes.
• Exones (espacio exogénico): ADN codificante entre genes.
• Splicing (corte y empalme): proceso mediente el cual se eliminan los intrones del ARNm.
• Transcripción: Gen completo transcribe a ARN → molécula larga → splicing → RNAm solo con exones (RNAm maduro)
• Promotor: Forma parte del gen pero no se encuentra en el ARN. Contiene secuencias necesarias para el inicio de la transcripción de un gen.
• Regiones 5’ y 3’ UTR: 5’ UTR está incluido en el exón 1, sí forma parte del ARN. 5’ ayuda al ribosoma a unirse al RNAm. 3’ contiene secuencias que dan estabilidad al RNAm maduro (cola poly A).
• Las histonas, levaduras y la mayoría de los genes procariotas no tienen intrones.
• Función de los intrones: codifican RNA funcionales como ARNsn o ARNmicro, ARNInc. Importantes en la evolución. Disminuyen la probabilidad de mutaciones en regiones codificantes. Tienen regiones claves para el splicing. Nos permiten realizar splicing alternativo.
• Los promotores se localizan siempre en al zona 5’ no codificante previa al sitio de inicio de la transcripción.
• Secuencias no codificantes existentes: ADN satélite (se repiten en tándem, importantes en centrómeros y telómeros), Repetitivas dispersas (secuencias iguales que se encuentran intercaladas en todo el genoma, pueden transcribirse a ARN), Tripletes de repetición (microsatélites de 3 pb en un gen que pueden sufrir expansión → dan lugar a un gen defectuoso).
• LINES: elementos intercalados largos
• SINES: elementos intercalados cortos
• Pseudogenes: copias de genes que ya no son funcionales.

Cromosomas y cromatinas

• En procariotas, el ADN se compacta de forma circular.
• En eucariotas, el ADN se compacta de forma linea.
• Cromatina → DNA doble, cadena muy larga +´proteínas (histonas) + otras proteínas + RNA
• Histonas: pequeñas proteínas básicas que tienen una gran proporción de aa básicos (arginina y lisina) para la unión con ADN.
• Responsables de la compactación del ADN: H1, H2A, H2B, H3 y H4.
• Nucleosoma: unidad fundamental de la cromatina, regulan la expresión al determinar si los factores de transcripción pueden acceder o no al DNA.
• Eucromatina: cromatina relajada → actividad transcripcional. Para que un gen se transcriba debe ser accesible a las polimerasas y factores de transcripción.
• Heterocromatina: cromatina condensada → inactividad génica.
• Estructura del cromosoma: Complejo no covalente → DNA + histonas.
• Elementos para la propagación y mantenimiento del cromosoma: Telómeros (en los extremos del cromosoma, protege de degradación), centrómeros (permiten al huso mitótico unirse a los cromosomas en la división celular, separan los brazos cortos de los largos), cinetocoro (punto de reunión entre proteínas en el centrómero + huso mitótico).

[pic 2]

• Ploidía: número de juego de cromosomas que tiene una célula.
• Gametos: 1 juego de cromosomas.
• Poliplodía: más juegos de cromosomas.

Regulación de la expresión génica

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