Unidad I. Organizacion Del Material hereditario

5/10/2018 Unidad I. Organizacion Del Material hereditario - slidepdf.com

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Capitulo I

Genética, organización del material hereditario

* José Javier Hernández

La genética es una ciencia relativamente joven de poco más de un siglo, sin embargo, ha revolucionado laexistencia del hombre, desde que un modesto personaje (Mendel); expusiera las conclusiones de suexperimento basado en el cruzamientos entre guisantes, El desarrollo del estudio de los genes ha sido tal,que ha desplazado a la física. La genética estudia la herencia y la variación centrándose en los mecanismoscelulares que rigen la expresión fenotipica. En este primer capitulo entenderemos los principioselementales de genética en un contexto general, se reseña la importancia de la genética y su relación con lasciencias agrícolas; se describirá a la célula como modelo funcional, un especial énfasis en su maquinariagenética y los componentes de la herencia extranuclear. Además, se dará explicación sobre la organizacióndel material genético: ADN, ARN, proteínas, genes, cromosomas y genomas. Así mismo, se reseñarán losconceptos relacionados con la mecánica celular; se afrontarán temas como: gametogénesis en animales yplantas y los principios que la rigen: ciclo celular, mitosis y meiosis. Por ultimo, se expondrá el tema demutaciones y su importancia sobre la variabilidad.

_______________________________________________Introducción

En épocas muy remotas de la historia, el hombre aprendió a

mejorar los animales domésticos y los cultivos mediante lareproducción selectiva de individuos con característicasdeseables. Los antiguos egipcios y babilonios, por ejemplo,sabían como producir frutos por fecundación artificial,cruzando las flores masculinas de una planta datilera con lasflores femeninas de otra. La naturaleza de la diferencia entrelas flores masculinas y femeninas fue comprendida por el

filosofo y naturalista griego Teofrasto (371 – 287 a. C.) . Elprimer científico que medito sobre el mecanismo de la herenciafue Hipócrates (460 – 377 a.C.), quien propuso que ciertaspartículas especificas, o “semillas” son producidas por todaslas partes del cuerpo y se transmiten a la progenie en elmomento de la concepción, haciendo que ciertas partes de losdescendientes se parezcan a los padres. Un siglo después,Aristóteles rechazo las ideas de Hipócrates. Los hijos parecenheredar a menudo características de los abuelos, o de susbisabuelos, antes que de sus padres, Aristóteles propuso que el“semen del macho” estaba formado por ingredientesimperfectamente mezclados, algunos de los cuales eranheredados de generaciones pasadas, que al mezclarse con el“semen femenino” daba forma y potencia a una sustancia

amorfa de la que se desarrollaba la progenie. Durante mas de2000 años nadie tuvo una mejor idea, hasta que un monjeaustriaco Gregor Mendel, en 1866 experimentando concruzamientos entre variedades de guisante demostró que lascaracterísticas heredadas son llevadas en unidades discretasque se reparten por separado -se redistribuyen- en cadageneración. Estas unidades discretas a las que Mendel llamoelemente, son las que hoy conocemos como genes.“La genética es la ciencia que estudia los fenómenosbiológicos de la herencia y la variabilidad de los organismoso formas de vida”. Hoy día, la genética es una ciencia madura

pero dinámica, claramente en su cúspide y reconocida commismo centro de la biología moderna. Como tal, la cienciala genética, erigida sobre los simientes puestos por Mendebe su tamaño actual a las contribuciones de un gran númde científicos. La genética ha alcanzado asimismo, situación prominente en asuntos humanos. Se han obtentipos especiales de plantas, animales y microorganismopartir de los cuales conseguimos alimentos fármacos y oproductos útiles.

A comienzos del siglo XX comienzan los estudiosla genética clásica para dar explicación a incontables pregubiológicas. Con el surgimiento de la microscopía electróni

el uso de la bioquímica se logró descubrir aspectos básicola mecánica celular o “ciclo celular”. Posteriormente, se estua profundidad al núcleo como centro principal deinformación hereditaria, esta organela, contiene el ADN adexosiribonucleico, una estructura en forma de doble hémagistralmente explicada por Watson y Crick en 1953, tiene como propiedad su replicación semiconservativa. Ennúcleos de las células eucarióticas se puede divisar encromosomas a el ADN fuertemente empaquetado en histo

El citoplasma alberga en los ribosomas gran parte del Aácido ribonucleico (molécula estructurada linealmente), transcribe la información contenida en el ADN y las transfoen proteínas, estos polímetros a su vez determinan la expre

de la información hereditaria en todos los organismos.La división celular es un proceso cíclico cfinalidad es la producción de numerosas células a partiuna. Los organismos eucarióticos unicelulares se reprodumediante división celular; en los pluricelulares, la divicelular sirve para el crecimiento del individuo, la reproducasexual, la generación de tejidos y, en general, para procesos que requieran un aumento en la cantidad de céluLa división celular puede darse por dos procesos apartemeiosis para la producción de gametas y la mitosis parcrecimiento y diferenciación celular.

___________________________ * Profesor de la unidad curricular Genética general : e-mail: [email protected] y [email protected]

Universidad Nacional experimental Sur del Lago, Santa Bárbara de Zulia, Vía aeropuerto, Hda. La glorieta Telf.: 0275-5552832/Ext. 137.

mailto:[email protected]






UNESUR. Programa de Genética/ Capitulo I : Genética, organización del material hereditario.

Un gen es un fragmento de una molécula en forma decinta y constituida por una hélice doble, a la que llamamosácido desoxirribunucleico. Los productos de los genes sonproteínas concretas. Las proteínas son macromoléculas de unorganismo. Cuando se observa a un ser vivo, cuánto se ve deel, es proteína o algo producido por una proteína. La secuenciade aminoácidos de una proteína está cifrada por un gen. Elmomento y la tasa de producción de las proteínas dependen en

que el organismo se desarrolla y funciona.La dotación básica de ADN de un organismo se

denomina genoma. Las células corporales de la mayoría deplantas y animales contienen dos genomas (organismosdiploides). Las células de la mayoría de los hongos, algas ybacterias poseen un solo genoma (organismos haploides). Elpropio genoma está formado de una o más moléculasextraordinariamente largas de ADN que se organizan encromosomas. Cada cromosoma contiene un conjunto distintosde genes. En las células diploides, cada cromosoma y sus genescomponentes están presentes dos veces. De dos cromosomasque presentan el mismo conjunto de genes se dice que sonhomólogos.

Cualquier gen puede existir en varias formas, quedifieren unas de otras, generalmente, muy poco. Estas formasde un gen se denominan alelos. Un gen que ha pasado de unaforma alélica a otra ha sufrido mutación: un hecho raro, peroque ocurre de forma regular y no solo a nivel del gen, sino enel cromosoma y genoma estos dos últimos son llamadoscataclismos nucleares.

La contribución de los genetistas a la mayorproducción de alimento por medio de los principiosdescubiertos, es sin lugar a dudas uno de los mayores éxitos dela ciencia en el siglo XX. Por otra parte la cumbre de estoslogros fue la obtención del maíz hibrido desde 1940- 1980, elrendimiento promedio del maíz se incremento en un 251%.Aumentos impresionantes en rendimiento, aunque no como en

el caso del maíz, también se ha logrado en lo que respecta a lamayoría de los demás cultivos alimenticios importantes asícomo el incremento en los rendimientos y la calidad de carnes,leche y huevos en animales domésticos. No obstante lagenética pretende ir más allá de nuestras expectativas,actualmente una nueva generación de cientificos emprende unproyecto ambiosioso “El genoma universal” que busca conocerel código de las especies de interés para el hombre y la ciencia,con la visión de descifrar la complejidad del interactoma detrásde la expresión de ciertos rasgos de interés.

Los retos que la floreciente ciencia de Mendel tienepara los años venideros la deben estimular a dar resultadospositivos que impacten sobre el modo de vida del hombremoderno, no solo a nivel de producción de bienes y servicios,

sino para contrarrestar la evidente degradación que hagenerado desde su dominio sobre la naturaleza.

Cronología de los trabajos genéticos destacados del siglo XX :

1866. Mendel; publica su trabajo en las proceding of the Bruñí

Society for Natural History.

1900.. De Vries, Correns y Von-Tschermark; redescubren el

trabajo de mendel certificando su gran importancia.

1902. Boveri y Sutton; demuestran la presencia

cromosomas apareados (homólogos) en especies diploides.

1905. Bateson; bautiza a la ciencia de la genética.

1908. Hardy y Weinberg ; formula su ecuación de equili

poblacional con frecuencias genotípicas.

1909. Johansen; introduce la palabra gen. Y Garrod; public

libro: Errores del metabolismo.

1910. Morgan; (Premio Nóbel 1933), establece con Drosopel patrón de herencia ligada al sexo.

1927. Muller; (premio Nóbel en 1946), da a conocer el uso

la técnica de CIB para demostrar que los rayos X mutagénicos.

1928. Griffint; descubre la transformación en Diploco

pneumoniae.

1931. McClintok y Creighton; La recombinación genétic

relaciona con el intercambio de marcadores morfológicaslos cromosomas.

1941. Beadle y Tatum; (premio Nóbel, 1958) publican

concepto de un gen-una enzima.

1944. Avery, McLeod y Mccarty; En Neumococos el princ

transformante es el ADN.

1946. Lederberg ; (premio Nóbel, 1958) descubrimiento d

conjugación en bacterias.

1950. McClintock; (premio Nóbel en 1983), descubrimient

los elementos transponibles en maíz.

1952. Haershey; (premio Nóbel ,1969) y Chase demuestra

material genético de bacteriófago T2 es el ADN.

1953. Watson y Crick; Explican el modelo de la doble hé

el ADN.

1957. Fraenkel-Conrat y Singer; demuestran que

información genética del virus del mosaico del tabacoalmacena en el ARN.

1958. Komberg ; (premio Nóbel

, 1959), aísla ADN polimede Escherichia coli.

1961. Jacob y Monod; (premio Nóbel, 1965), propone

modelo operón, para la regulación de la expresión génica.

1966. Niremberg y Khorana; (premio Nóbel

, 1968)

establece el código genético completo.

1970. Nathan y Smith; (premio Nóbel

, 1980), aíslan

primeras endonucleasas de restricción.

1977. Breathnach, Mandel y Chambon; Demostración d

existencia de intrones.

1977. Maxam Sanger y Gilbert; (premio Nóbel, 1

publicación de las técnicas de secuenciación.

1984. Horsch y De Block. Primeras plantas transformadas Agrobacterium.

1986. Mullis ; publica la técnica que revoluciona la cienci

la biología molecular la PCR

1988. Watson; Comienzo del proyecto genoma humano.

1996. se publica el genoma completo de una levadur

primer organismo eucariótico.

1997. se clona la oveja Dolly.

2000. Graing y Venter; CELERA anuncia que el geno

humano se ha descifrado en un 90%.

________________________________ *Profesor de la unidad curricular Genética general : e-mail: [email protected] y [email protected] Nacional experimental Sur del Lago, Santa Bárbara de Zulia, Vía aeropuerto, Hda. La glorieta Telf.: 0275-5552832/Ext. 137.








La célula

En el concepto universalmente aceptado, la célula es la unidadanatómica, funcional y reproductiva que constituyen a todo servivo. Desde los organismos unicelulares como las bacteriashasta la complejidad de los organismos pluricelulares comoprotistas, hongos, animales y plantas. Aunque, ya con elmicroscopio óptico fue posible deducir que existen dos clasesde organización celular, la procarionte y la eucarionte, laplena confirmación de esa idea no llegó hasta que seemplearon los microscopios electrónicos.

Todas las células se configuran en un mismo modelobásico: una membrana lipoproteína que delimita la superficiecelular, envuelta o no por una pared rígida, y un citoplasma

interno, que es una mezcla compleja de biomoleculas en losque no faltan unos gránulos densos implicados en la síntesis de

proteínas: los ribosomas.

La célula Eucarionte

Es más grande y compleja que la procarionte, su tamaño osentre 10 y las 100 micras, la membrana plasmática está conecta un sistema membranoso interno de gran complejidadvacuoma, que se compone de distintos elementos, comreticulo endiplasmatico, el complejo de golgi y una colecciónvesículas de diversas funciones, como son los lisosomas y

peroxisomas. Este sistema membranoso cumple funciobiosintéticas, de transporte y digestión. Además las cél

eucarióticas poseen un sistema dinámico sistema de microtproteicos, que forman un autentico citoesqueleto, relacioncon la forma de la célula y la motilidad celular e intraceluLas células de los animales y de algunos hongos y protiposeen centriolos, orgánulos cilíndricos constituidos por nutripletes de microtubulos dispuestos radialmenterelacionados con la presencia de cilios y flagelos de simconstitución. Finalmente es característico la presencia deconjunto de orgánulos dotados de una doble membrana: las mitocondrias y los cloroplastos, pequeños “saquitos” contienen un sistema membranoso interno propio, sus proribosomas y una matriz bioquímicamente compleja. mitocondrias llevan a cabo la respiración celular aerobia típde esta organización celular, y los cloroplastos, cuya presese restringe solo a organismos autótrofos, están implicadola fotosíntesis.

Fig. Presentación de una célula eucariótica (izquierda) y una célula procariótica (derecha).

La célula procarióticas.

Son generalmente más pequeñas que las eucarióticas (entre 1 y10 micras), menos complejas, careciendo de un sistema

membranoso interno poco elaborado de núcleo, de cloroplastosy mitocondrias, de citoesqueleto microtubular y de centríolos. Suscilios y flagelos no constan de microtubulos. Las célulasprocarióticas son metabolicamente más diversas que laseucarióticas pues, en comparación con el metabolismo aerobiode estas presentan formas anaerobias, aerobias y facultativas.Presentan distintos tipos de fotosíntesis, algunas de ellasanaerobias, y son capaces de realizar multitud de procesosbioquímicos, como la fijación de di nitrógeno en amonio,inaccesibles a las eucarióticas.

El núcleo

En las células eucarioticas es un cuerpo granfrecuentemente esférico y, por lo común, es la estructura voluminosa. Está rodeado por la envoltura nuclear, constitupor dos membranas concéntricas, cada una de las cuales es bicapa lípidica. Estas dos membranas están separadas porintersticio (espacio perinuclear) de unos 20 a 40 manómepero, a intervalos frecuentes, las membranas se fusiocreando pequeños poros nucleares, por donde circulanmateriales entre el núcleo y el citoplasma. Los poros nucleforman canales estrechos que atraviesan las bicapas lípidfusionadas. Están formados por una elaborada estructconocida como complejo del poro nuclear, compuesta de de 100 proteínas distintas que se disponen en una distribucsimétrica octogonal. Dentro del núcleo el material genéADN está fuertemente unido a proteínas especidenominadas histonas y a otras proteínas no histonicas, c









molécula de ADN, histonas y proteínas no histoinicas constituyeun cromosoma. Cuando una célula no se está dividiendo, loscromosomas se observan como una maraña de hilos delgadosllamados cromatina. Cuando la célula se divide, la cromatina secondensa y los cromosomas se hacen visibles como entidadesindependientes.

El núcleo desempeña dos funciones fundamentales enlas células. 1), lleva la información hereditaria que determina si

un tipo particular de célula se desarrollará en (o será parte de)un paramecio, un roble o un ser humano, y no simplemente encualquier paramecio, cualquier roble o cualquier humano, sino,en aquel que se asemeje a los padres de ese organismo únicoen particular. Cada vez que la célula se divide transmiteinformación a las dos nuevas células. 2), el núcleo ejerce unainfluencia continua sobre las actividades de la célula,asegurando que las moléculas complejas que ella requiere sesinteticen en la cantidad y tipo necesarios.

El nucleolo: el cuerpo más conspicuo dentro delnúcleo es el nucleolo. Hay típicamente dos nucleolos pornúcleo, aunque frecuentemente uno solo es visible en unamicrofotografía, el nucleolo es el sitio donde se construyen lassubunidades que constituyen los ribosomas. Visto conmicroscopio electrónico el nucleolo aparece como un conjuntode delicados gránulos y fibras diminutas. Estos gránulos yfibras están constituidos por filamentos de cromatina, ARNribosómico que está siendo sintetizado y partículas deribosoma inmaduro. Los nucleolos pueden variar en tamañoen relación a la actividad sintética de la célula, y puede llegararepresentar un 25% del volumen total nuclear.

En su aspecto estructural, el nucleolo no es enrealidad una entidad distinta, sino un ramillete de bucles decromatina, generalmente de diferentes cromosomas. Porejemplo, 10 de los 46 cromosomas humanos aportan bucles decromatina al nucleolo. Funcionalmente, el nucléolo es unafabrica de ribosomas en las que se trascriben moléculas de

rARN a partir de los bucles de cromatina y se ensamblansubunidades ribosómicas. Las proteínas ribosómicas delcitoplasma de las células, son transportadas al núcleoeucariótico y ensambladas en subunidades. Las subunidadesribosómicas casi completas, que contienen rARN y proteínas,se envían de regreso al citoplasma, donde después de unospocos retoques, comienzan a desempeñar funciones esencialesen el ensamble de aminoácidos y proteínas.

El citoplasma

No hace mucho tiempo, la célula era vista como una bolsa defluido que contenía enzimas y otras moléculas disueltas,

juntamente con el núcleo, una pocas mitocondrias yocasionalmente, otras organelas que podían examinarse por

técnicas microscópicas especiales. Con el desarrollo delmicroscopio electrónico, sin embargo, se ha identificado unnúmero creciente de estructuras dentro del citoplasma y ahorase sabe que está altamente organizado y atestado de organelas.

Los ribosomas: son las organelas celulares másnumerosas. Una célula de Escherichia coli en crecimiento tieneunos 15000 ribosomas y una célula eucariótica pude tenermuchos más. Los ribosomas no están rodeados por unamembrana, están constituidos por dos subunidades, cada unade las cuales está formada por un complejo de ARNribosómico y proteínas. Los ribosomas son sitios donde ocurre

el acoplamiento de proteínas. El modo en que los ribosomestán distribuidos en una célula eucariótica se relaciona comodo en que se utilizan las proteínas recién sintetizaAlgunas proteínas, como el colágeno, las enzimas digestilas hormonas o el mucus, son liberadas fuera de la célula veces realizan sus funciones a una distancia (a escala celde su origen). Otras proteínas son componentes esencialeslas membranas celulares. Y aún otras como la hemoglobin

algunas enzimas, se usan dentro del citoplasma. En las céluque están fabricando proteínas citoplasmáticas para su prouso, como los glóbulos rojos inmaduros, los ribosomadistribuyen en todo el citoplasma. En cambio, en células están elaborando nuevo material de membrana o proteínas deben ser exportadas, se encuentra una gran cantidadribosomas unidos a un sistema complejo de membrainternas, el reticulo endoplasmático.

El retículo endoplásmatico: constituye la mayor pdel sistema de endomembranas. Es una red de saplanados, tubos y canales conectados entre si, que caractea las células eucarióticas hay dos categorías de retíendoplásmatico, rugoso y liso. El primero está presente en tolas células eucarióticas y predomina en aquellas que fabrgrandes cantidades de proteína para exportar. Las célespecializadas en la síntesis o el metabolismo de lípidos, colas células glandulares que producen hormonas esteroitienen grandes cantidades de retículo endoplásmatico liso.

El complejo de golgi: tiene la función de organizade las membranas celulares, además tiene tienen una funcsimilar en el procesamiento y la compactación de materique son libreados fuera de la célula, resume el modo en queribosomas, el retículo endoplásmatico, el complejo de golsus vesículas actúan recíprocamente en la producciónnuevo material para la membrana celular y de macromolécude exportación. Un tipo de vesícula relativamente gran

formada en el complejo de golgi, es el lisosoma. Los lisososon fundamentalmente bolsas membranosas que contieenzimas hidroliticas a las que aíslan del resto de la célula. Eenzimas están implicadas en la degradación de proteípolisacáridos, ácidos nucleicos, lípidos. Las peroxisomas, vesículas grandes que contiene enzimas oxidativas remueven el hidrogeno de pequeñas moléculas orgánicas unen a átomos de oxigeno formando peroxido de hidrogeno

Las mitocondrias: se encuentran entre las organmás grandes de la célula, degradan moléculas orgánliberando la energía química contenida en sus enlmediante un proceso que consume oxigeno: la respiracelular. En este proceso la energía liberada es almacenadamoléculas de ATP y, luego será utilizada en otros proce

celulares. En general se cumple la regla de que cuanto masean los requerimientos energéticos de una célula eucarióen particular, más mitocondrias contendrá. Una céhepática, por ejemplo contiene, alrededor de 2mitocondrias. Pueden adoptar diferentes formas desde esféricas, hasta de cilindros muy alargados. Las mitocondpresentan vestigios de su vida como organisindependientes. Se reproducen por fisión binaria comobacterias, tienen un pequeño cromosoma que codifica palgunas de sus proteínas y además poseen ribosomas similal de las procariotas.









Plastidios: son organelas limitadas por una membranaque se encuentran solamente en las células de las plantas, algasy algunas bacterias. Están rodeadas por dos membranasconcéntricas, al igual que las mitocondrias, y tienen un sistemade membranas internas que pueden estar intricamenteplegadas. Los plastidos maduros son de tres tipos: leucoplastos,cromoplastos y cloroplastos. Los leucoplatos, almacenan almidóno, en algunas ocasiones, proteínas o aceites. Los cromoplastos

contienen pigmentos y son responsables de los colores naranjaya amarillo. Los cloroplastos son plásticos que contienenclorofila y en los cuales se produce energía química a partir deenergía lumínica, en un proceso denominado fotosíntesis. Aligual que otros plástidos están rodeados por dos membranas.Al igual que la mitocondrias, los plastidos contienen múltiplescopias de un pequeño cromosoma, así como ribosomaspropios.

Cilios y flagelos: son estructuras largas y delgadas, deaproximadamente 0,2 micrómetros de diámetro, que seextiende desde la superficie de muchos tipos de célulaseucarióticas. Son básicamente iguales, excepto en su longitud ytienen nombres diferentes debido a que se les dieron antes deque se conociera su similitud estructural básica. Cuando soncortos y aparecen en cantidades grandes se conocen comocilios. Cuando son más largos y más escasos, habitualmente seles llama flagelos. Casi todos los cilios y flagelos eucarióticos yasean de un paramecio o de un espermatozoide, tienen lamisma estructura interna. Hay nueve pares de microtubulosfusionados que forman un anillo que rodea a otros dos

microtubulos solitarios situados en el centro. El movimientlos cilios y flagelos proviene del interior de las estructurasmicrotubulos, si se quitan los cilios de una célula y se les coen un medio que contenga ATP ellos nadaran o batirátravés del medio.

Centríolos: muchas de las células eucariótcontienen centríolos, que típicamente se muestran en pares,cilindros pequeños de aproximadamente 0,2 micrómetros

diámetro, que contienen nueve tripletes de microtúbulosestructura es idéntica a la de los cuerpos básales; sin embargdistribución en la célula es diferente. Los centríolosencuentran solamente en aquellos organismos que tamtienen cilios o flagelos. Los centríolos habitualmente se hallapares, con sus ejes longitudinales formando ángulos rectosla región del citoplasma próxima a la envoltura nuclearcentrosoma, desde donde irradian los microtúbulos

citoesqueleto. El centrosoma es el principal centro organizade microtúbulos y desempeña un papel en la organizaciónuna estructura formada por microtúbulos, conocida comhuso mitótico, que aparece en el momento de la divicelular y está relacionada con el movimiento de cromosomas.

Herencia extranuclear

La mayoría de los caracteres heredables están controladosgenes cromosómicos nucleares, pero algunos dependen

Fig. Estructura de mitocondrias (izquierda) y Cloroplastos (derecha)

organelas citoplasmáticas. Las mitocondrias y los cloroplastosportan pequeñas cantidades de ADN único que se comportaindependientemente con respecto a los genes nucleares, Estosorganelos citoplasmáticos han evolucionado a partir debacterias y algas de vida libre, respectivamente, que entraron

en relaciones simbióticas con células eucarióticas. Laresistencia a la estreptomicina en algunas algas actualesdepende de plastos o plastidios portadores de ADN. EnParamecium, están establecidos en el citoplasma simbionte consu propio ADN, pero solo puede reproducirse en presencia deun genotipo nuclear particular. Organelos citoplasmáticos quellevan ADN y han surgido a partir de simbiontes procarióticosse han establecido a través de la evolución y han retenido unaoperación genética limitada más o menos independiente de losgenes nucleares. Los plásmidos son moléculas de ADN en elcitoplasma que podrían transformar células normales en

tumorales. La esterilidad masculina en el maíz está controlpor factores citoplasmáticos. Los efectos maternos econtrolados por genes nucleares de la madre.

El mtADN de la mitocondrias y los cloroplastotranscribe y se traduce aunque la mayoría de las proteína

estas organelas son codificadas por el ADN nuclear ysintetizan en el citoplasma, de donde pasan a aquellosmolécula de mtADN relativamente pequeña (16569 pb) demitocondrias humanas ha sido secuenciada, posibilitando variedad de estudios. La comparación de esta secuenciaADN con los ARN y escasa proteínas que fabricanmitocondrias a mostrado que el código genético noestrictamente hablando, universal, por ejemplo en mitocondrias humanas el triplete UGA codifica el triptófano es un codon de terminación. Por otra parte el triplete Acodifica metionina y no isoleucina. También las mitocond









tienen mucho menos tADN que Escherichia coli, en las célulaseucarióticas, una cantidad que no es suficiente para traducirtodos los codones posibles por apareamiento convencional debases El origen de estas discrepancias es desconocido yconstituye un acertijo dado que, a pesar de las diferencias en elcódigo mitocondrial, el código empleado en la traducción de lainformación contenida en el ADN nuclear es casi igual paratodos los organismos eucarióticos en los que se ha probado y

es igual al código empleado en las células procarióticas.En aproximadamente 2/3 de todas las especies de

plantas el gameto masculino no aporta ni cloroplastos nimitocondrias al cigoto, auque si lo hace el femenino. Estaherencia no mendeliana fue notada por primera vez hace unos80 años en plantas en las que los cloroplastos deficientesproducían hojas moteadas, pero solo si el defecto estaba soloen la planta en la que se desarrollo el óvulo. De modosemejante en los eres humanos y en otras especies animales, elespermatozoide casi no contribuye con el citoplasma del huevofecundado y, en consecuencia, todas las mitocondrias son deorigen materno. Hoy se conocen muchas enfermedadesrelacionadas con las alteraciones del mtADN. Las alteracionesdel mtADN provocan, en general, una disminución de la

producción de la energía, que puede dañar las célproduciendo una alteración de la función de los tejidos aparición de síntomas. Los tejidos y órganos más resentipor una disminución en la producción de energía sonsistema nervioso central, los músculos cardiaco y esquelétriñones y tejidos productores de hormonas.

ADN mitocondrial: Las mitocondrias contienen pequeña cantidad de ADN (descrito en párrafo anter

único, que ha permanecido autónomo fuera del gennuclear durante la larga evolución de animales y planAunque los genomas mtADN constituyen solo una pequporción del ADN total (menos del 1%), este mtAgeneralmente existe como moléculas circulares relativamepequeñas, que pueden ser aisladas y caracterizadas fácilmeAsí, se dispone de bastante información de los genomitocondriales. Estos mtADN varían en tamaño de alredede 16 Kb en mamíferos hasta 570 Kb en maíz. Los mtAestán presentes en copias múltiples por organelo. Las célhumanas HeLa, contienen alrededor de 10 copias de mtApor mitocondría y tienen unas 8000 copias del genomitocondrial por cada célula.

Fig. Mapa genómico (medico) de la mitocondria de humanos (izquierda); mapa genómico del cloroplasto del arroz (derecha).

La estructura de mtADN está muy conservada en animalessuperiores, se observa una considerable diversidad en plantasy especialmente en eucariontes inferiores. Los mtADN enprotozoarios son lineales en vez de circulares. El genomamitocondrial de mamíferos completo se transcribe como unaunidad a partir de un único sitio promotor y el producto de latrascripción primario gigante se rompe luego por

endonucleosis para producir las moléculas individuales tARN,rARN y mARN. En consecuencia el mtADN completo es, enefecto, equivalente a un operon bacteriano.

ADN Cloroplastos: hoy en día se han aisladocloroplastos que son capaces de efectuar síntesis de proteína enpresencia de adenosintrifosfato o luz. Los productos sonidénticos a las proteínas de los cloroplastos auténticos, lo quedemuestra que los cloroplastos aislados tienen una maquinariade síntesis de proteínas completamente funcional, en la que elmARN se traduce con precisión. Con el análisis del ADN y eluso de endonucleasa de restricción para la fragmentación del

ADN se ha aprendido mucho acerca del ADN de los plastoscada cloroplasto de plantas superiores e encuentran unas 60 copias del genoma de los cloroplastos; en algunas algas h

alrededor de 100 copias del genoma en cada plasto. Así misse ha descubierto que el ADN de cloroplasto único que codialrededor de 126 proteínas, y aproximadamente el 12% dsecuencia de ADN de plastos codifica componentes de plas

Los genomas de plastos de más de 200 especiesplantas superiores y muchas algas verdes, verdiazuladarojas se han caracterizado, al menos parcialmente. Dentrouna especie determinada. Los genomas de los distintos tide plastos: cloroplastos, amiloplastos y cromoplastos, son toidénticos en los organismos que se han estudiado.

En plantas superiores, los cpADN varían en tamde 120 a 160 Kb. En las algas el intervalo de tamaño es mumayor, de 85 a 292 Kb. Todos los genomas de cloroplahasta ahora analizados contienen básicamente el mismo conjude genes, pero con estos genes arreglados de formas muy difere









en los cpADN. Los genes presentes en los cpADN puedenagruparse en dos clases generales 1) los que codificancomponentes del aparato biosintético de proteínas decloroplastos (subunidades de ARN polimerasas, componentesestructurales de ribosomas de cloroplastos y un conjunto detARN) y 2) los que especifican componentes de la maquinariafotosintética.ADN Plásmidos: las moléculas circulares de ADN

extracromosómico o mini cromosoma que se duplicanindependientemente y se mantiene en el citoplasma de célalasvegetales se denominan plásmidos. Por definición un plásmidoes un duplicón que se hereda en forma estable en un estado

extracromosómico. La mayor parte de, pero no todos, plásmidos son prescindibles, esto es, no se requieren pasupervivencia de la célula donde residen. En muchos casosembargo, son esenciales en ciertas condiciones ambientalesimportancia de los plásmidos se ha reconocido cada vez durante las tres últimas décadas. Se ha identificado plásmen casi todas las cepas de bacterias que se han probado. Se saque tienen un significado práctico importante en dos área

la transmisión de resistencia múltiple a fármacos y antibióty 2) la inestabilidad de microorganismos importantes parindustria.

Fig. Principio transformante de los plásmidos de las células bacterianas a otros tipos de células.

Los plásmidos pueden dividirse en dos grupos, con base en sipueden o no mediar su autotransferencia conjugativa. Los

plásmidos conjugativos o transmisibles median la transferencia

de ADN por conjugación. La naturaleza conjugativa demuchos plásmidos R tiene gran importancia en la rápidadiseminación de genes de resistencia a fármacos y antibióticosa través de poblaciones de bacterias patógenas. Los plásmidosno conjugativos o no transmisibles son aquellos que no median latransferencia de ADN por conjugación. Muchos plásmidos R ycol son no conjugativos.

Los episonas son elementos genéticos que puedenduplicarse en cualquiera de dos estados alternativos: 1) comouna parte integrada (insertada covalentemente) delcromosoma hospedante principal o 2) como elemento genéticoautónomo, independiente del cromosoma hospedanteprincipal. Los términos plásmido y episoma no son sinónimos.Muchos plásmidos no existen en estados integrados y por lo

tanto no son episomas. De manera similar, muchoscromosomas de fagos atenuados, son episomas pero no sonplásmidos.

La integración de episomas y la evolución de plásmidosR, son mediadas por secuencias cortas (alrededor de 800 a 1400pares de nucleótidos de largo) de ADN denominadassecuencia de inserción o elementos IS. Estos elementos IS sontransponibles, esto es, pueden moverse de una posición a otraen el genoma de una célula.

El primer plásmido que se identificó fue el factor F (porfertilidad) de E. coli, este plásmido contiene 25 genes, muchos

de los cuales controlan la producción de los pelos (Pili). pelos F son estructuras proteicas largas, en forma de basque se extiende desde la superficie de las células que llevan

plásmido F . estas células se conocen como femen(receptoras) o F -. Las células F + pueden adherirse a las célF - Por medio de los pelos y transferirles el plásmido F a trade conexiones entre las células- puentes citoplasmáticos

factor F , al igual que muchos otros plásmidos, puede integral cromosoma bacteriano que contiene el factor F como partsu cromosoma, es decir como episoma, se conoce como céHfr que significa alta frecuencia de recombinación. Las célHfr tienen la asombrosa capacidad de transferir genes de célula a otra.

Virus bacterianos: la constitución genética del Ade las bacterias puede alterarse, como hemos visto, pointroducción de otras células bacterianas. Tanto transformación como la conjugación pueden dar como result

la recombinación entre el ADN del dador y del receptormodo semejante, la inserción de plásmidos transferidos ecromosoma de una célula bacteriana puede cambiarcomposición de ADN de la célula receptora. Los virus tampueden desempeñar un papel como vectores (transportadode fragmentos de ADN de una célula bacteria a otra.

Una vez dentro de la célula hospedadora, el ácnucleico viral, puede ser ADN o ARN, de cadena simpdoble, circular o lineal. El tamaño de los cromosomas viralemuy variable, desde 5400, hasta 180000 nucleótidos.









El ADNEl ADN o ácido desoxirribonucleido, había sido aislado porprimera vez en 1869 por un bioquímica suizo llamadoFriedrich Miescher, en la misma época notable en la queDarwin publicó El origen de las especies y Mendel presentará sutrabajo a la sociedad de historia natural de Brünn. Dado a quesolo la hallo en el núcleo de las células las llamó nucleína. En1885 el bioquímico alemán Kossel elimino las proteínasasociadas a los ácidos nucleicos obtuvo por separado losdistintos tipos de bases nitrogenadas e indico que estas estaban

vinculadas a un azúcar. Fulgen en 1914 tiñe con su reacciónúcleo. Sin embargo, durante las décadas siguientes no hinterés por el ADN, dado a que no se había sugerido un papara él, en el metabolismo celular. Durante la década de 1la mayoría de los trabajos sobre su estructura química fuedesarrolladas en un solo laboratorio por el eminente cientíruso-americano Levene, quien mostró que el ADN podíadegradado en un azúcar de cinco carbonos, pen

(desoxirribosa), un grupo fosfato y cuatro bases nitrogena Adenina, guanina (purinas) y citosina timina (pirimidinas).

Fig. Estructura de la molécula de ADN, acido desoxirribonucleico.

La información genética de todos los organismosvivos, con excepción de los virus de ARN, se almacena en el

ADN. El apareamiento de bases nitrogenadas es especifico; laadenina siempre forma par con la timina y la guanina siempreforma par con la citosina. De este modo, todos los pares debases nitrogenadas consisten en la unión de una purina con una

pirimidina. La especificad del apareamiento es resultado de lacapacidad de formación de puentes de hidrogeno por parte delas bases en sus configuraciones normales. En susconfiguraciones estructurales más comunes, la adenina y latimina forman dos puentes de hidrogeno y la guanina y citosina

forman tres puentes de hidrogeno. La formación de puentes de

hidrogeno entre citosina y adenina, por ejemplo, no es posible,excepto cuando existe en sus raros estados estructurales.

Una vez que la secuencia de bases de una cadena deuna doble hélice de ADN se conoce, también se conoce lasecuencia de bases de la otra cadena, debido al apareamientoespecifico de las bases. Así se dice que las dos cadenas de unadoble hélice de ADN son complementarias (no idénticas); es estapropiedad, la complementariedad de las cadenas lo que hace alADN una molécula extraordinariamente apropiada paraalmacenar y transmitir información genética.

Los pares de bases en el ADN están apilados con distancia de 3,4 A° y 10 pares de bases por cada giro de 360la doble hélice. Los esqueletos de azúcar fosfato de las cadenas complementarias son antiparalelas; esto es, tienen

polaridad química opuesta. Si uno se mueve unidireccionalma lo largo de una doble hélice, los enlaces fosfodiéster, de cadena van del carbono 3’ de un nucleótido al carbono 5’nucleótido adyacente, mientras que los de la cadcomplementaria van del carbono 5’ al carbono 3’. Esta polariopuesta de las cadenas complementarias es muy importanconsiderar el mecanismo de duplicación del ADN.

El alto grado de estabilidad de las hélices dobles

ADN resulta en parte del gran numero de puenteshidrogeno que hay entre los pares de bases (aún cuando cpuente de hidrogeno individual es bastante débil, mucho mdébil que un enlace covalente) y, en parte, de los enlhidrófobos (o fuerzas de apilamiento) entre los pares de bapiladas. Los lados planos de los pares de bases relativamente apolares, por lo que tienden a ser insolubleagua (hidrófobos). Este centro hidrófobo de pares de bapiladas aporta considerable estabilidad a las moléculasADN presentes en los protoplasmas acuosos de las célvivas.









Las moléculas de ADN presentan una cantidadconsiderable de flexibilidad conformacional. La estructura delADN cambia en función a su ambiente. La conformaciónexacta de una molécula dada de ADN o de un segmento deuna molécula de ADN depende de la naturaleza de lasmoléculas con las que este interactuando. De hecho, la forma Bintracelular tiene un promedio de 10,4 pares de nucleótidospor cada giro, en vez de 10. En presencia de altas

concentraciones de sales o en un estado deshidratado, el ADNexiste en la forma A, que tiene 11 pares de nucleótidos por giro.Es poco probable que existan moléculas del tipo A in vivo. Sinembargo esta estructura es de interés, ya que es laconformación de los heteroduplex de ADN-ARN. Se hademostrado recientemente que ciertas secuencias de ADN,existen en forma de una doble hélice única, enrollada enespiral hacía la izquierda, denominada Z-ADN . Las hélices delas formas A y B de ADN están enrolladas hacía la derecha.

Más aún, segmentos específicos de moléculas de ADN pueexperimentar cambios conformacionales de la forma B forma Z y viceversa. La estructura del ADN no es invariablestas variaciones estructurales en la molécula de ADN puetener grandes funciones biológicas.

La replicación del ADNEs un proceso que ocurre solo una vez en c

generación y resulta esencial en la duplicación de cromosomas. En la mayoría de las células eucarióticasreplicación del ADN conduce finalmente a la mitosis, perolos espermatocitos y ovocitos conduce a un cambio enmeiosis. La replicación es un proceso notablemente rápidolos humanos y otros mamíferos, la velocidad de síntesiADN es aproximadamente de 50 nucleótidos por segundolas procariotas es aun más rápida: 500 nucleótidos segundo.

Fig. Replicación del ADN, las dos cadenas de la doble hélice de ADN se separan y y sirven como moldes para la síntesis de nuevas cadenascomplementarias. Las helicasas, enzimas que operan en las horquillas de replicación, separan las dos cadenas de la doble hélice original. Lastopoisomerasas, evitan en superenrollamiento, catalizando la formación y el resellado de cortes en un o ambas cadenas delantede lashorquillas de replicación. Las proteínas de unión a la cadena simple estabilizan las cadenas abiertas. La ADN polimerasa cataliza la adición denucleótidos a ambas cadena operando solo en el sentido 5’ a 3’. Para comenzar a añadir nucleótidos, esta enzima requiere la presencia de uncebador de ARN, unidos por puentes de hidrogeno a la cadena molde y que luego, es reemplazado por nucleótidos de ADN. El cebador deARN, es sintetizado por la ARN primasa. La cadena adelantada se sintetiza en la dirección 5’ a 3’ en forma continua. En este caso el únicocebador de ARN esta situado en el origen de replicación que no es visible en este esquema. La cadena rezagada, también se sintetiza en ladirección 5’ a 3’, a pesar de que esta dirección es opuesta a la del movimiento de la horquilla de replicación. El problema se resuelve mediantela síntesis discontinua de una serie e fragmentos, los fragmentos de Okasaki. Cuando un fragmento de Okasaki ha crecido lo suficiente comopara encontrar un cebador de ARN por delante de él, otra ADN polimerasa reemplaza a los nucleótidos de ARN del cebador con nucleótidosde ADN, luego la ADN ligasa conecta cada fragmento contiguo.

El principio de la replicación semi-conservtiva, en la que cadacadena de la doble hélice de ADN sirve como molde par la

formación de una nueva cadena, es relativamente simple yfácil de comprender. Sin embargo, el proceso real por el cual lacélula lleva a cabo la replicación es considerablemente máscomplejo. El proceso general de replicación es común a lascélulas procariotas y eucarióticas; sin embargo, el mecanismodifiere en algunos aspectos. La iniciación de la replicación delADN, tanto en procariotas como en eucariotas, siemprecomienza en una secuencia específica, conocida como el origende la replicación. Requiere proteínas iniciadoras especiales,además de varias enzimas diferentes. Entre ellas las helicasasrompen los puentes de hidrogeno que unen las base

complementarias y abren la hélice en el origen dereplicación. Pero, a medida que las cadenas de la hélicseparan, las porciones contiguas de la doble hélice corren el

peligro de enrollarse más y más… es decir, de súperenrollaOtras enzimas, las topoisomerasas, rompen y reconectan unambas cadenas de la hélice, permitiendo que giren y se alivla tensión.

Una vez que se separan las dos cadenas de la dohélice, proteínas adicionales, proteínas de unión a la casimple, se unen a las cadenas individuales, manteniéndseparadas y evitando que se retuerzan. Esto posibilit









siguiente paso, la síntesis real de las nuevas cadenas,catalizada por las enzimas conocidas como las ADN polimersas.

Si se observa el ADN en replicación con elmicroscopio electrónico, la zona de síntesis aparece como un“ojo” o burbuja de replicación. En cualquier extremo de laburbuja, donde las cadenas viejas comienzan a ser separadaspor la helicasa y las nuevas cadenas complementarias estánsiendo sintetizadas, la molécula parece formar una estructura

en Y conocida como horquilla de replicación. La replicación esbidireccional y hay dos horquillas de replicación que se mueven endirecciones opuestas desde el origen. En las procariotas hay unúnico cromosoma, con un único origen de replicaciónlocalizado dentro de una secuencia especifica de nucleótidosde aproximadamente 300 pares de bases. Cuando las cadenasreplicadas comienzan a separase. Se forma una estructura querecuerda la letra griega de theta (θ), y finalmente se originan 2

ADN circulares. En las eucariotas en cambio, hay muchasmoléculas de ADN lineales, cada una con varios orígenes dereplicación. La replicación se produce a lo largo de lasmoléculas de ADN lineales a medida que cada burbuja seexpande bidireccionalmente, hasta que alcanza a una burbujaadyacente. Cuando estas burbujas se fusionan toso elcromosoma ha quedado dividido.

En el sentido opuesto, se necesita una secuenciacebador de ARN, sintetizado por la ARN primasa , con susbases correctamente apareadas por cadena molde. La adiciónde nucleótidos a la cadena es catalizada por la ADN polimerasa.Estas enzimas sintetizan nuevas cadenas solo en la direcciónde 5’ a 3’, añadiendo nucleótidos uno a uno al extremo 3’ de lacadena creciente. La replicación de la cadena adelantada escontinua, pero la replicación de la cadena retrasada es discontinua.En la cadena retrasada, los fragmentos de Okasaki se sintetizan ella dirección de 5’ a 3’. La ADN ligasa une los fragmentos deOkazaki contiguos. En el proceso de replicación del ADN sepierden nucleótidos en los extremos de las moléculas de ADN

lineales. En algunas células eucarióticas, esta pérdida escompensada por la actividad de la enzima telomerasa. En elcurso de la síntesis del ADN, la ADN polimerasa corrige errores,retrocediendo cuando e necesario para eliminar nucleótidos sies necesario, para eliminar nucleótidos que no esténcorrectamente apareados con la cadena molde.

Se necesitan para la síntesis de la cadena retrazada en fragmentos de okasaki de 1000 a 2000 nucleótidos en procariotasy de 100 a 200 en las eucariotas.

El ARN, la trascripciónTambién conocido como ácido ribonucleico, el ARN

es una molécula de simple banda, cuya estructura es la de unaazúcar ribosa, radical fosfato unidos a bases nitrogenadas:adenina, guanina, citosina y uracilo. Existen en tres clases quedesempeñan funciones distintas como intermediarios en lospasos que llevan del ADN a las proteínas que son: el mARN mensajero, tARN de transferencia y el rARN ribosómico.

Las moléculas de mARN son largas copias desecuencias de 500 a 10000 nucleótidos de una cadena simple deADN pero, a diferencia del ADN, las moléculas de ARN seencuentran en su mayoría como moléculas de cadena única.Cada nueva molécula de mARN se copia o transcribe de una delas dos cadenas de ADN (la cadena molde) según el mismoprincipio de apareamiento de bases que gobierna la replicación

del ADN. Al igual que cada cadena de ADN, cada moléculaARN tiene un extremo 5’ y otro 3’. Como en la síntesisADN, los ribonucleótidos que están presentes en la cécomo triptofatos, se añaden uno por vez al extremo 3’ dcadena en crecimiento de ARN. El proceso conocido cotrascripción, es catalizado por la enzima ARN polimerasa. Eenzima opera dela misma forma que la ADN polimermoviendose en la dirección 3’ a 5’ a lo largo de la cad

molde de ADN, sintetizando una nueva cadcomplementaria de nucleótidos, en este caso de ribonucleót

en la dirección de 5’ a 3’. Así, la cadena de mARN antiparalela a ala cadena molde de ADN de la cualtranscrita.

La ARN polimerasa, a diferencia de la Apolimerasa, no requiere cebador para comenzar la síntesiARN, ya que es capaz de iniciar una nueva cadena uniendoribonucleótidos. En procariotas, hay un único tipo de Apolimerasa, que en realidad, es un gran compmultienzimático asociado con varias proteínas que particien diferentes momentos de la trascripción. Cuando va iniciatrascripción, la ARN polimerasa se une al ADN en secuencia especifica denominada secuencia promotorapromotor; abre la doble hélice en una pequeña región y, quedan expuestos los nucleótidos de una secuencia cortaADN. Luego, la enzima va añadiendo ribonucleót

moviéndose a lo largo de la cadena molde, desenrollandhélice y exponiendo así nuevas regiones con las queaparearan los ribonucleótidos complementarios. El procesoenlogación de la nueva cadena de mARN continua hasta quenzima encuentra otra secuencia especial en el trascnaciente, la señal de terminación. En muchos casos esta señal dada por la estructura secundaria del ARN. En ointerviene, además, un factor proteico (rho). En este momela polimerasa se detiene y libera a la cadena molde y a la recsintetizada cadena de mARN.

Fig. Trascripción del mARN en la molécula de ADN molde, lueginformación se traduce a las proteínas.

Sabemos que solo una de las cadenas es transcripta en cgen. ¿Qué es. Lo que indica a la ARN polimerasa cuál cadcopiar? Se ha demostrado que la responsable de esta decises la secuencia promotora cuya orientación particular “apunt









la ARN polimerasa en la dirección en que debe efectuar lasíntesis.

El proceso de trascripción del mARN que acabamosde describir en procariotas es similar en eucariotas, aunquepresenta algunas diferencias importantes. Entre ellas, vale lapena mencionar que, si bien en procariotas las moléculas demARN se producen directamente por trascripción de ADN, eneucariotas superiores, la mayor parte de los transcritos sufren

un proceso posterior a la trascripción llamado splicing del ARNantes de dejar el núcleo y entrar al citoplasma. El mARNtranscripto a partir de ADN es, entonces, la copia activa de lainformación genética. Incorporando las instruccionescodificadas por el ADN, el mARN dicta la secuencia deaminoácidos en las proteínas.

Fig. Splicing, alternativo en las eucariotas.

La Traducción, síntesis de proteínas

La síntesis de proteínas se conoce también como traduccdado que es la transferencia de información del lenguaje deNucleótidos al de los aminoácidos. Ocurren en tres etaIniciación, enlogación y terminación.









Fig. Iniciación. La subunidad ribosómica más pequeña se une al extremo 5' de una molécula de mRNA. La primera molécula de tRNA, quelleva el aminoácido modificado fMet, se acopla con el codón iniciador AUG de la molécula de mRNA. La subunidad ribosómica másgrande se ubica en su lugar, el complejo tRNA-fMet ocupa el sitio P (peptídico). El sitio A (aminoacil) está vacante. El complejo deiniciación está completo ahora. Un segundo tRNA, con su aminoácido unido, se coloca en el sitio A y su anticodón se acopla con elmRNA. Se forma un enlace peptídico entre los dos aminoácidos reunidos en el ribosoma. Al mismo tiempo, se rompe el enlace entre elprimer aminoácido y su tRNA. El ribosoma se mueve a lo largo de la cadena de mRNA en una dirección 5' a 3', y el segundo tRNA,con el dipéptido unido, se mueve desde el sitio A al sitio P, a medida que el primer tRNA se desprende del ribosoma. Un terceraminoacil-tRNA se coloca en el sitio A y se forma otro enlace peptídico. La cadena peptídica naciente siempre está unida al tRNA quese está moviendo del sitio A al sitio P y el tRNA entrante que lleva el siguiente aminoácido siempre ocupa el sitio A. Este paso se repite

una y otra vez hasta que se completa el polipéptido.

La síntesis de proteínas requiere, además de lasmoléculas de mARN, otros dos tipo de ARN: el ARN ribosómico (rARN) y el ARN de transferencia (tARN). Ambos setranscriben a partir de la molécula molde de ADN de la mismamanera del mARN. Estas moléculas difieren del mARN tantoen su estructura como en su función. En la mayoría de lascélulas, el rARN es l más abundante, un hecho que dificultó labúsqueda del mARN, que típicamente tiene una existenciamuy transitoria en las célula de Escherichia coli. El rARN juntocon un grupo de proteínas asociadas forma los ribosomas.Cada ribosoma es una gran maquinaria de síntesis deproteínas. Los ribosomas consisten en dos subunidades. En losribosomas de Escherichia coli, la subunidad más pequeña (30S)

tiene un tipo de rARN, conocido comúnmente como rARN16S, y una sola molécula de cada una de las 21 proteínasdiferentes. La subunidad de mayor tamaño (50S) tiene dostipos de rARN, uno conocido como rARN 5S y el otro comorARN 23S, además de 34 proteínas diferentes.

Las moléculas de tARN, son en efecto, el diccionario pormedio del cuál se traduce el lenguaje de las proteínas. Estasmoléculas comparadas con los otros tipos de ARN, sonrelativamente pequeñas. Hay más de 20 tipos diferentes detARN en cada célula, por lo menos uno para cada aminoácidoque se encuentran en las proteínas. Cada molécula de tARNtiene dos sitios de unión importantes. Uno de ellos, conocidocomo anticodón, se acopla al codón de la molécula de mARN. El

otro en el extremo 3’ de la molécula de tARN, se acopla a unaminoácido particular. Así, las moléculas de tARN permiten

que los aminoácidos se alineen de acuerdo con la secuencinucleótidos en el mARN y, de esta manera, suministraeslabón crucial entre los ácidos nucleicos y las proteínas,dos lenguajes de las células vivas.

La iniciación: comienza cuando la subuniribosómica menor se acopla a la cadena de mARN cerca dextremo 5’, exponiendo su primer codón o codón iniciadorEschericha coli, el extremo 3’ del mARN aún está unido hélice de ADN, y la trascripción continua aunque comienctraducción en el extremo 5’. A continuación, el primer tARNel tARN iniciador , se coloca en su lugar y se aparea con el coiniciador, que habitualmente es (5’)-AUG-(3’), se apreaforma antiparalela con el anticodon del tARN (3’)-UAC-(5’

tARN iniciador entrante, que se une al codón AUG, lleva forma modificada del aminoácido metionina, formilmetionina o fmet, este es el primer aminoácido dcadena polipeptídica recién sintetizada que, en generalrápidamente removido. La combinación de la subuniribosómica pequeña, el mARN y el tARN iniciador se conoce cocomplejo de iniciación. La formación de este complejo requproteínas adicionales, los factores de iniciación, queencuentran solo en la subunidad menor del ribosomcatalizan varios de estos pasos. El tARN iniciador está ubicen el sitio P de la subunidad mayor, uno de los dos sitiounión par las moléculas de tARN. Luego, se liberan e

factores de iniciación y la subunidad ribosómica mayor se u

la subunidad menor.

Fig. Resumen general de la síntesis de proteínas en una bacteria. A partir del ADN cromosómico se transcriben las diferentes moléculas de rAque, combinados con proteínas especificas, forman los ribosomas. También se transcriben los distintos tipos de moléculas de tARN correspondien









los distintos aminoácidos, y los mARN, que llevan la información par la secuencia de aminoácidos de la proteína. Cuando un mARN se une subunidad menor del ribosoma, comienza el proceso de síntesis de proteínas.

Una vez que el ribosoma completo se ha ensambladoen el codón de iniciación, comienza la etapa de Elongación.Durante esta etapa, el sitio A de un ribosoma completo (cuyositio P esta ocupado por un tARN con la cadena peptídica en

crecimiento o por el tARN iniciador ) será ocupadotransitoriamente por sucesivos aminoacil-tARN que ocupen elsitio A serán aquellos cuyo anticodón sea complementario alcodón que queda expuesto en este sitio. La entrada delaminoacil-tARN al sitio A del ribosoma requiere unión previacon una proteína llamada factor de elongación, que en suforma activa está unida al GTP. Al aparearse el tARN con elmARN, se dispara la hidrólisis del GTP por parte del factor deelongación que luego se disocia permitiendo que el aminoacetil-tARN permanezca unido por un corto período de mARN.

Cuando tanto los sitios A y P están ocupados, unaenzima la peptidil transferasa que esparte de la subunidadmayor del ribosoma, cataliza la formación de un enlacepeptídico entre los do aminoácidos, acoplando el primero fMet

y el segundo aminoácido se transfiere a la posición P. Un terceraminoacil-tARN se ubica en la ahora vacante posición A aceptaal tARN que porta el nuevo aminoácido que será añadido a lacadena. A medida que el ribosoma se mueve a lo largo de lacadena de mARN, la porción iniciadora de la molécula demARN es liberada y otro ribosoma puede formar con ella uncomplejo de iniciación. Un grupo de ribosomas que leen lamisma molécula de mARN se conoce como polisoma.

Hacía el final de la secuencia de mARN, hay un codónque sirve como señal de terminación. Se conocen tres codonesde terminación UGA, UAG y UAA, frecuentemente hay másde uno presente en todo el mARN dado. No existe ningúntARN cuyo anticodón se aparee con estos codones, de manera

que no entrará ningún tARN al sitio A para aparearse conellos. Existen ciertas proteínas citoplasmáticas, los factores deliberación que se unen a cualquier codón de terminación quealcanza el sitio A del ribosoma. Estas proteínas alteran laactividad de la peptidil transferasa. Lo que provoca que elpolipéptido se separe del tARN. Así cuando se alcanza uncodón de terminación, se detiene l traducción, la cadenapolipeptídica se desprende y las dos subunidades ribosómicasse separan. Se estima que Escherichia coli, puede sintetizar hasta3000 proteínas diferentes, cada una de las cuales esensamblada en esta misma forma.

La dilucidación de los detalles de este preciso yarmonioso proceso de traducción fue un logo que inspiroadmiración y es sorprendente saber que, en este mismo

momento, un proceso similar está ocurriendo virtualmente entodas las células de nuestros propios cuerpos. El ADN tiene lainformación para la síntesis e proteínas y las proteínas a suvez, participan en la síntesis del ADN y el ARN. Parece pocoprobable que pueda existir uno sin los otros. Sin embargo, enépocas prebióticas habría existido un mundo de ARN , en el cuállos ARN habrían tenido capacidad catalítica y habrían llevadoa acabo su propia duplicación.

El código genético, el Dogma central degenética

En 1909 Garrob que trabajó en la explicación bioquímica la enfermedad genética alcaptonuria, publicó en su liberrores del metabolismo, un claro discernimiento del contrgenético del metabolismo. Aunque los detalles de la vbioquímica afectada por la mutación recesiva que causa alcaptonuria no se conocieron sino hasta muchos añdespués, Garrod comprendió con claridad la relación entgen y reacción metabólica, Su concepto podría enunciarmejor como un gen mutante-un bloque metabólico. El concepde Garrod fue el precursor del concepto un gen-una enzimael actual concepto de un gen-un polipetido que se convierte el dogma central de la genética. Subsecuentemente, demostró que muchas enzimas, así como también lhemoglobinas, consistes en dos o más cadenas polipeptídic

diferentes, y se encontró que cada polipéptido es producto un gen separado. La triptófano sintétasa de E. coli, por ejempcontiene un ∞-polipéptido, el producto del gen trpA, y un polipéptido, el producto del gen trpB. Por lo tanto fnecesario cambiar el concepto de un gen una enzima por ugen-un polipéptido

La molécula del ARN mensajero se traslada a los ribosomdonde ocurre la etapa de traducción. Durante esta etapa ribosoma lee la secuencia de nucleótidos del ARN mensajepor tripletes o tríos de nucleótidos, denominados codones.medida que el ribosoma lee la secuencia de codones formando una proteína, a partir de la unión de aminoácidoSegún cuál es el codón que el ribosoma “lee” va colocando

aminoácido que corresponde. Si se considera la combinacide cuatro bases tomadas de a tres, existe un total de codones posibles. Cada codón determina qué aminoácido colocará en la proteína que se está fabricando. De los codones, 61 corresponden a aminoácidos y 3 son codones terminación (stop), responsables de la finalización de síntesis proteica.

La siguiente tabla es el código genético “diccionario” que permite traducir la información escrita el lenguaje de los ácidos nucleicos (nucleótidos) al lenguade las proteínas (aminoácidos), y es universal, o sea, es válipara todos los seres vivos. Así, la secuencia ATG (AUG enARNm) codifica para el aminoácido metionina, y el cod

TTT (UUU en el ARNm) codifica para el aminoáci fenilalanina en todos los organismos vivos. Como sólo exist20 aminoácidos en la naturaleza, varios codones puedcodificar para el mismo aminoácido (por ejemplo, aminoácido glicina le corresponden los codones GGU, GGGGA y GGG).









Fig. Tabla del código genético.

Cada codón del ARNm es leído por otro ARN,llamado ARN de transferencia (ARNt), que actúa como un“adaptador ” entre la información que lleva el ARNm y losaminoácidos que deben ir colocándose para formar la

proteína correspondiente. El ARNt es muy pequeñocomparado con los ARNm y tiene una secuencia,denominada anticodón que aparea (es decir, escomplementaria) con el codón. Cada ARN de transferenciatiene un anticodón y “carga” un aminoácido en particular.Por ejemplo, el ARNt que tiene el anticodón UCA, se apareaal codón AGU, y carga el aminoácido serina (Ser). De lamisma manera, el ARNt que carga tirosina (Tyr) se aparea, através de su anticodón, con el codón UAC. Así se vaformando una cadena polipeptídica (proteína) a medida quelos anticodones de los ARNt reconocen sus respectivoscodones en el ARNm. Este proceso de síntesis proteica ocurreen los ribosomas.

Entre los muchos experimentos que contribuyeron adescifrar el código genético estuvieron los de Khorana de laUniversidad de Wisconsin en la década de 1960, Khoranasintetizó un mensajero artificial en el cual se repetían dosnucleótidos una y otra vez, en una secuencia conocida:AGAGAGAGAG, UCUCUCUCUC, ACACACACAC yUGUGUGUGUG. Cada una de estas cadenas de ARN,cuando se usaban como mensajeros en el sistema libre decélulas, producían cadenas polipeptídicas de aminoácidosalternados. Poli AG, producía arginina y ácido glutámico una yotra vez; poli-UC producía serina y leucina; poli- AC treonina ehistidina y poli UG, cisterna y valina. Por supuesto, esto es lose esperaría de un código de tripletes. Un mensaje de poli-AG, por ejemplo sería leído como AGA…GAG….AGA.

Khorana también sintetizó mensajeros artificiales enlos cuales se repetían tres nucleótidos una y otra vez. Estosmensajeros producían tres polipéptidos diferentes, cada unoformado por solo un aminoácido, repetido numerosas veces.Cada tipo de polipéptido producido dependía de dondecomenzaba el proceso de lectura.

Trascripción inversa

Las células eucarióticas son hospedadoras de virus qcontienen ADN o ARN como material genético. En el caso los que contienen ADN, el ADN genómico viral se repliformando más al ADN viral y se transcribe a un mARdirigiendo la síntesis de proteínas virales. En la mayoría los virus que contiene ARN el ARN genómico se replica manera similar, formando nuevo ARN viral y, en alguncasos, también actúa como mARN. Sin embargo, algun

virus (retrovirus), que contienen ARN tienen un método replicación diferente: El ARN geonómico, actúa primecomo molde para sintetizar una cadena complementaria ADN. Esta síntesis es catalizada por una ADN polimerasa vidependiente del ARN, conocida como transcriptasa inverEsta enzima también es la encargada de sintetizar la seguncadena de ADN (que representa la secuencia de ARN moloriginal), complementaria por lo tanto, a la primera cadende ADN sintetizada. La molécula de cadena doble resultanse inserta en el genoma de la célula hospedadora. A partir este ADN integrado se transcriben, subsiguientemente, tanel ARN genómico viral como el mARN para la síntesis proteínas virales.

El descubrimiento de los retrovirus ha llevado a urevisión del dogma central de la genética molecular. Estos virson de gran interés, ya que se ha demostrado que muchos ellos causan cáncer en animales. Además, el virresponsable del Sida es un retrovirus.

Fig. Ciclo biológico de un retrovirus (VIH).

La transcriptasa inversa de los retrovirus mostró ser uherramienta valiosa para la tecnología del ADrecombinante. Por medio de esta enzima es posible sintetizmoléculas de ADN de cadena doble usando como mol

cualquier molécula de ARN obtenida de una célula, camolécula de mARN representa la información contenida en un gen forma aislada. Así , la trancriptsa inversa ofrece un medpara la producción de fragmentos del ADN que contenguna porción definida del genoma. Las moléculas de ADsintetizadas por las transcriptasa inversa a partir de un molde un ARN determinado se conocen como ADcomplementario (cADN).

Una limitación de esta metodología para aislar genes que los mARN que se encuentran en una célula en umomento dado representan los genes que están sienexpresados en una célula en ese momento. Por lo tanto, e









esa población de moléculas no está representada la totalidaddel genoma. Sin embargo, si lo que se quiere es aislar uncierto gen y se sabe que este se expresa preponderantementeen un tipo de célula, esta metodología representa una ventajaya que una gran porción de los mARN transcritoscorresponderá a ese gen.

Cromosomas

Los cromosomas en las células eucariotas son estructurasvermiformes que contienen ADN. En realidad, loscromosomas varían mucho en su tamaño y forma, y poseenalgunas características que ayudan a los citogenétista aidentificar en muchos casos cromosomas específicos. Lasdistintas especies poseen un número de cromosomascaracterístico pueden presentarlos en una sola copia(haploides) o más copias diploides, triploides tetraploides…,en este caso existe homología. Además, los cromosomas de ungenoma pueden diferir considerablemente en tamaño. En laespecie humana por ejemplo, hay una diferencia de cerca decuatro veces entre el tamaño de cromosoma 1(el mayor) y el

cromosoma 21 (el más pequeño).El centrómero: es la región del cromosoma a la quese unen las fibras del huso, la región centromerica se observanormalmente como un estrechamiento y su posición define larelación entre las longitudes de los dos brazos cromosómicos.Los cromosomas se clasifican según la posición delcentromero en: 1) telocentricos con el centrómero en unextremo; 2)acrocentricos con el centrómero cerca del extremoy, 3) metacéntricos en centrómero en el medio

Los cromómeros: son engrosamientos localizados alo largo del cromosoma, parecido a las cuentas de collar, quee observan durante la profase de la mitosis y meiosis. Lasposiciones de los cromómeros tienden a ser fijas en los

cromosomas homólogos. Aunque los cromómeros son mubuenos marcadores, su naturaleza molecular es desconocid

Heterocromatina: cuando los cromosomas se tratcon compuestos químicos que reaccionan con el ADN, comel reactivo e Fulgen, se ponen de manifiesto regiones distinta intensidad de tinción. Las regiones que e tiñen muintensamente se conocen como heterocromatina y las menteñidas eucromatinas (La eucromatina contiene la mayoria

los genes activos). Esta tinción refleja el grado compactación o enrollamiento del ADN del cromosoma. heterocromatina puede ser constitutiva o facultativa. heterocromatina constitutiva es una característica permanende un sitio específico del cromosoma y, en este sentido,, una propiedad hereditaria. La heterocromatina facultati

aparece a veces, que no siempre, en una posicicromósomica determinada.

Las histonas: Son polipéptido pequeños, encuentran únicamente en las células eucarióticas y son ricen aminoácidos básicos lisina y arginina por lo que estcargadas positivamente. Por esta razón son atraídas porADN cargado negativamente, las histonas están siemppresentes en la cromatina, son sintetizadas en grandcantidades durante la fase S del ciclo celular y son lprincipales responsables del plegamiento y empaquetamiento d

ADN . Hay cinco tipos distintos de histonas, conocidos comH1, H2A, H2B, H3 y H4. Están presentes en cantidadenormes, aproximadamente 30 millones de moléculas cada uno de los otros cuatro tipos de células.

La estructura de las histonas está notablemenconservada en el amplio abanico de organismos eucarióticcuando se aumenta la concentración de sal, el collar nucleosomas aparece gradualmente una forma enrolladenominada selenoide.

a) b) c)

Fig. a) El ADN en los eucariontes se hallan fuertemente empaquetados en los cromosomas; b) partes de un cromosoma; c) el ADNde las bacterias carece de una estructura envoltorio, está desprovisto de núcleo, la molécula de ADN único es de forma circularcerrada.

Nucleosoma: es la unidad de empaquetamientofundamental de la cromatina, cada nucleosoma consiste en unnúcleo central formado por do moléculas de cada una de lassiguientes histonas, denominadas nucleosomicas: H2A, H2B,H3 y H4. En total son 8 moléculas de histonas alrededor delas cuales el filamento de ADN da dos vueltas, como un hilo

alrededor e su carreto. Cuando un fragmento de ADN enrolla alrededor de un nucleosoma, tiene casi 1/6 parte su longitud que tendría su estuviera totalmente extendido.

Patrón de bandas: Ciertos métodos especiales tinción cromosómica han puesto de manifiesto la existencde una serie intrincada de bandas (rayas transversales) una gama amplia de organismos. Las posiciones y tamañde las bandas son muy especificas de cada cromosoma. U









de los patrones de bandas básicos es el producido por elreactivo Giemsa, un colorante que tiñe el ADN tras ladigestión proteolitica suave de los cromosomas. Dichoreactivo genera un patrón de regiones teñidas débilmente yregiones teñidas intensamente.

Estructura tridimensional de los cromosomas: Elúnico cromosoma de Escherichia coli contiene alrededor e 1.3

mm de ADN. En claro contraste, una célula humana contieneunos 2 metros de ADN (1 metro por dotación cromosómica).El cuerpo humano está constituido por una 1013 células y, porlo tanto, contiene el total de 2x1013 metros de ADN. Podemoshacernos una idea de la extrema longitud de este ADN si locompramos con la distancia de la tierra al sol, que es 1,5 x 1011

metros. Ello significa que de nuestro cuerpo se podría viajaral sol con la longitud de nuestro ADN una 50 veces. Estehecho peculiar nos permite asegurar que el ADN de laseucariotas debe estar empaquetado de forma muy eficaz. En

realidad, el empaquetamiento ocurre en el núcleo, donde los2 metros de ADN por célula humana se condensan en 46cromosomas, todos ellos dentro de un núcleo que solo mide0.006 mm. de diámetro.

Si se rompen células eucarióticas y se examina elcontenido de sus núcleos al microscopio electrónico,aparecen como masa de fibras de unos 30 nm. de diámetro.Hoy día los genetistas pueden demostrar directamente queciertos cromosomas contienen un sol molécula de ADN,mediante la electrofóresis de campo pulsante.

En el cromosoma procariótico circular,comparativamente pequeño, la replicación comienza en unúnico origen y procede bidireccionalmente a lo largo de doshorquillas de replicación. En los cromosomas eucarióticos

hay muchos orígenes de replicación y la síntesis bidireccionalocurren hasta que las horquillas de replicación se fusionan.La replicación es mucho más lenta en los eucariotas que enlos procariotas; en las células humanas, por ejemplo, lavelocidad es aproximadamente 50 pares de bases porsegundo por horquilla de replicación. Las histonasensambladas en los nucleosomas raramente se separan delADN; por lo tanto, a medida que la horquilla de replicaciónavanza debe, de alguna manera, pasar a través de losnucleosomas parentales. Se cree que cada nucleosoma sedesenrolla transitoriamente, permitiendo que la ADNpolimerasa copie el ADN nucleosomico desenrollado. ElADN recién sintetizado hereda parte de las viejas histonaspara empaquetarse y formar la cromatina. En cuanto se

sintetiza, el ADN eucariótico forma los nucleosomas y seasocia también con otras proteínas, compactándose en losniveles superiores de la condensación.

Estructura del telómero: son los extremos de loscromosomas eucarióticos y tienen propiedades únicas, losrotos y “pegajosos” y tienden a fusionarse entre si. Encontraste las terminaciones naturales de cromosomas “norotos” son estables y no muestran tendencia a fusionarse conotras terminaciones (nativas o rotas) otra razón parapresuponer que los telómeros tienen estructuras únicas es quelas ADN polimerasas conocidas no deben ser capaces de

duplicar el segmento de del ADN Terminal de la caderetrasada de un cromosoma lineal. En el extremo de molécula de ADN que se está sintetizando de manediscontinua, no habría cadena de ADN para proporcionar u3’ OH libre (cebador o iniciador) para la polimerización desoxirribonucleótidos cuando el cebador de ARN dfragmento de okasaki Terminal es escindido, esto es clarque el telómero debe tener una estructura única que facilite

duplicación, o debe haber una enzima especial duplicación que resuelva este enigma de duplicar el térmide la cadena retrasada.

Los telomeros tienen estructuras únicas que incluysecuencias cortas de nucleótidos presentes como unidadrepetidas en tandem. Aunque estas secuencias son alvariables en diferentes especies, la unidad repetida básicatodas las especies estudiadas tiene el patrón 5’- T 1-4 A0-1 G3’. Por ejemplo, la secuencia repetida en los seres humanosTTAGGG, en Arabidopsis TTTAGGG. El número de copias esta unidad repetitiva varía entre especies, de cromosomacromosoma en una especie e incluso en el mismo cromosomen distintas etapas del ciclo de la vida.

Al menos en algunas especies, los telómeros terminen una región de cadena sencilla de l cadena de ADN cextremo 3’ (el denominado satélite 3’). Las bases terminales este extremo de cadena sencilla muestran patrones únicos mutilación (grupos metilo unidos covalentemente) qprobablemente contribuyen a la formación de una estructude “horquilla” o “doblada” en el extremo mismo del ADtelomérico. Secuencias repetitivas adicionales de ADN estpresentes contiguas al telómero; a estas cadenas se les conocomo cadenas asociadas al telómero. Aunque las estructurtridimensionales reales de los telomeros y el modo duplicación de las secuencias teloméricas son todavinciertos, e claro que los telómeros poseen estructurespeciales que les imparten sus propiedades únicas. Adem

se sabe que las secuencias teloméricas pueden añadirse a lcromosomas por la enzima especial denominada telómetransferasa o telomerasa.

Estas estructuras únicas de los telomeros de lcromosomas eucarióticos deben efectuar al menos trfunciones importantes. Deben 19 evitar que las exonucleasadegraden los extremos de las moléculas lineales de ADN,evitar la fusión de los extremos con otras moléculas de ADy 3) facilitar la duplicación de los extremos. Si los telómeros

efectuaran la tercera función, los cromosomas se haríprogresivamente más cortos.









Fig. La telomerasa alarga el extremo 3’, añadiendo muchas copias dela secuencia telomérica.

Genoma

El examen del ADN de las células eucarióticas reveló cuatrosorpresas principales, en primer lugar, con algunas pocasexcepciones, en una misma especie, los individuos tienen lamisma cantidad de ADN en cada una de sus célulasdiploides (lo cual, no es sorprendente), pero las variacionesentre las diferentes especies son enormes. Drosophila tieneaproximadamente 1,4 x 108 pares de bases por genomahaploide, solo alrededor de 70 veces más que E. coli. Los sereshumanos tienen 25 veces más que Drosophila, algo más que

un ratón pero aproximadamente la misma cantidad que sapo. La mayor cantidad de ADN corresponde a usalamandra, con 8 x 109 pares de base por genoma haploide

En segundo lugar, en cada célula eucariótica parehaber un gran exceso de ADN o, por lo menos, de ADcuyas funciones son desconocidas. Se estima que en lcélulas procarióticas menos del 10% del ADN codifica paproteínas, en los seres humanos, esta cifra puede disminu

hasta el 1%. Por contraste como hemos visto, en l procariotas y más aún en los virus, excepto por las secuencireguladoras o secuencias señal, virtualmente todo el ADN expresa.

En tercer lugar, casi la mitad del ADN de la célueucariótica consiste en secuencias de nucleótidos que repiten centenas o hasta millones de veces. Esto fue descubrimiento particularmente sorprendente. En E. coli, qha sido por largo tiempo el modelo para los genetistmoleculares, cada molécula de ADN cromosómico contienetípicamente solo una copia de cualquier gen dado; lprincipales excepciones son los genes que codifican rARAdemás este hallazgo fu extraordinario porque de acuercon la genética mendeliana, un gen está presente solo dveces por cada célula eucariótica diploide, no en umultitud de copias.

La cuarta sorpresa, y tal vez la más inesperadas todas fue que la secuencia de genes eucarióticos qcodifican para proteínas habitualmente no son continusino que están interrumpidas por secuencias codificadoras.

Las secuencias no codificadoras que producinterrupciones dentro de un gen se conocen como secuencia

distancia entre los puntos de entrecruzamiento. Al aumentarla distancia, está probabilidad es mayor.

Hay también evidencias de que, en algunos casos,diferentes exones, codifican para diferentes segmentos o

dominios estructurales de una misma proteína. Por ejemplo,el exón central del gen de la globina beta codifica par eldominio del polipéptido que sostiene el grupo hemo y losotros dos exones codifican para los dominios de la moléculaque se pliegan alrededor de esta porción central. aquellas quese expresan, son llamadas exones. Una visible ventaja de losintrones en los eucariontes multicelulares es que promuevenla recombinación; el crossing-over durante la meiosis es másprobable en genes que contienen intrones que en genes quecarecen de ellos. La probabilidad de que dos geneshomólogos recombinen un fragmento depende de ladistancias interpuestas o intrones, y las secuenciascodificadoras.

Fig. La trascripción elimina las regiones no codificantes (intronespartir del mARN.

Clases de ADN

La naturaleza repetida de la mayor parte del ADN en célula eucariotica fue demostrada, por primera vez, estudios de hibridación, llevados cabo antes ddescubrimiento de las enzimas de restricción. En estestudios se fragmentaba el ADN por métodos mecánicos segmentos de aproximadamente 1000 pares de bases









longitud, e lo desnaturalizaba y se le permitía sureasociación. Cuando el ADN de E. coli se trata de este modo,la hibridación ocurre a una velocidad uniforme. Cada cadenapresente tiene igual probabilidad de encontrar una pareja,dado que ambas cadenas están presentes en números iguales.Sin embargo si se trata del ADN eucariótico de esta manera,hasta un 30%, según la especie, se reasocia muy rápidamente,indicando que en cada genoma existen copias múltiples de la

misma secuencia. Esta clase de ADN, de secuencia altamenterepetitiva, se ha llamado ADN de secuencia simple. Otrafracción, llamada ADN de repetición intermedia, se reasocia,más lentamente y una tercera fracción, denominada ADN decopia única, forma híbridos a una velocidad aún menor,indicando que solo existe una o pocas copias en cadagenoma. Esta última fracción contiene la mayoría de losgenes que codifican proteínas.

ADN de secuencia simple: también llamado ADN satelite, mostró ser fácil de analizar porque está formado desecuencias cortas, dispuestas una tras otra (en tandem). Estassecuencias típicamente tienen de 5 a 10 pares de bases delongitud, aunque unas pocas pueden llegar hasta 300 pares ebases. El ADN de secuencia simple está presente en cantidadesenormes. La mitad del ADN de una especie de cangrejo, porejemplo, está constituida por la secuencia de nucleótidosATATATAT, y así sucesivamente; Drosophila viridis tiene lasecuencia ACAAACT doce millones de veces. Alrededor del10% del ADN del ratón y aproximadamente entre el 20 y el30% del ADN humano están constituidos por secuenciascortas, altamente repetidas. Se piensa que el ADN de secuenciasimple es vital para la estructura del cromosoma. El ADN desecuencia altamente repetitiva tiende a ser muy polimorfico,es decir, se presenta con grandes variaciones en cuanto alnúmero de repeticiones en distintos individuos de la mismaespecie. Esta característica es tan distintiva como una huelladigital, por lo que es usada para identificar genomas

individuales y hacer estudios de filiación.ADN de repetición intermedia: El ADN de repetición

intermedia difiere en varias características del ADN desecuencia simple. En primer lugar la secuencias son más largas,generalmente entre 150 y 300 nucleótidos; en segundo lugarson similares pero no idénticas entre si (de ahí que a veces seles denomine familia). En tercer lugar, con excepción de losgenes que codifican rARN e histonas, están dispersas en todoel genoma. En cuarto lugar, parte de las secuencias derepetición intermedia, aunque en pequeña proporción, vienefunciones conocidas. Entre la secuencia de repeticiónintermedia más cuidadosamente estudiadas están los genesque codifican para histonas y rARN. La mayoría desecuencias de repetición intermedia son de naturaleza más

misteriosa que los genes de rARN e histonas. Una de lasfamilias más comunes de repeticiones intermedias en loshumanos, por ejemplo, es la secuencia Alu.

ADN de copia única: El resto del genoma (entre 50 y70% según la especie) está constituido por secuencias que nose repiten o que se repiten pocas veces. Con excepción de losgenes de histonas, todos los genes que codifican proteínaspertenecen a esta fracción de ADN. Sin embargo, sólo unapequeña porción del ADN de copia única, tal vez el 1% deltotal, parece ser traducidas a proteínas. Las unidades detrascripción, que consisten en intrones y exones, están

separadas por grandes distancias de ADN espaciador que se transcribe. Además, los intrones son frecuentemente mlargos que los exones. Por ejemplo, en los vertebrados, lintrones pueden constituir hasta más del 80% del ADN dentde las unidades de trascripción. En definitiva, “los genes qcodifican para proteínas parecen ser islas que flotan en mar de ADN sin sentido”.

Familias génicas: Algunos genes que codifican pa

proteína se encuentran en familias génicas constituidas pgenes similares pero, no idénticos. La mejor estudiada de eses la familia de la globina. La hemoglobina adulta, es ucomplejo de cuatro cadenas polipeptídicas. Los genes expresan uno tras otro en el desarrollo embrionarproduciendo moléculas de polipéptidos β que difieren mligeramente. Combinados con las cadenas ∞, los polipéptidβ forman moléculas de hemoglobina ∞ - β de la madre. Scree que el gen que codificaba para la proteína ancestral duplicó accidentalmente varias veces en el curso de historia evolutiva y estas copias amplificaron posteriormena causa de Crossing-over desiguales. Una vez que los gense duplicaron, la divergencia posterior fue originada pmutaciones, que finalmente dieron lugar a la familia actude genes.

Genes que codifican anticuerposLos anticuerpos son proteínas globulares complej

producidas en grandes cantidades por los linfocitos, respuesta a la presencia de moléculas extrañas. Una sustancque induce la producción de anticuerpos se conoce comantígeno; virtualmente, todas las proteínas extrañas y mayoría de los polisacáridos extraños pueden actúar comantígenos. Un anticuerpo reconoce y se combina con antígeno particular casi en la misma forma, y tespecíficamente, como una enzima se combina con sustrato. Los anticuerpos inmovilizan a las partículas viral

las bacterias y otros invasores, que luego serán destruidpor otros componentes del sistema inmune. El problemdesde la perspectiva genética, es que un solo organismo, ratón por ejemplo, es capaz de producir hasta 10 millones tipos diferentes de anticuerpos, y no existen suficientes gencodificadores de proteínas en todo el genoma del mamífeque expliquen esta cantidad de proteínas diferentes.El análisis de las secuencias de aminoácidos de las molécude anticuerpos ha mostrado que cada una está constituipor dos cadenas polipeptídicas pesadas (largas) y dcadenas livianas (cortas). Cada tipo de cadena tiene uregión constante, que es característica de la especie a la qpertenece el organismo y del tipo de anticuerpo y, ademácada una tiene regiones variables que son responsables de

interacción altamente específica entre el antígeno y anticuerpo. Estas regiones variables consisten en solo unos 1aminoácidos.

El análisis detallado ha mostrado que, en humanoel ADN para las regiones variables de la cadena pesaconsiste, por lo menos, en 300 secuencias variables (diferentes, aproximadamente 20 secuencias de diversidad (y 6 secuencias de unión (J). Los distintos segmentos de V, D

J pueden ensamblarse en muchos millones diferentes formas.









Además, comparando la secuencia de nucleótidosde los linfocitos maduros de ratón con los de célulasembrionarias, se pudo demostrar que los segmentos de ADNque codificaban la región variable de una molécula deanticuerpo se habían movido, en realidad a un nuevo lugaren el cromosoma durante la diferenciación del linfocito. Elreordenamiento se produce por el ensamble de una secuencia V,con una D y una J, que son seleccionadas al azar, mientras

que las secuencias interpuestas son eliminadas delcromosoma por delección. Este ensamblaje al azar es una de lasfuentes de diversidad de anticuerpos.

Este fenómeno, el reordenamiento de fragmentosgénicos en células somáticas para producir genes funcionales,se denomina recombinación somática. Este reordenamientose produce solo en un cromosoma homologo y, si es exitoso,se inhibe el reordenamiento en el otro alelo. Con esto quedaasegurado que cada linfocito produzca un único tipo deanticuerpo. Se sabe que esto solo ocurre en el sistemainmune.

Gran parte del genoma eucariótico está compuestopor elementos repetidos que se han propagado en el genomahaciendo copias de si mismos y que pueden trasladarse aotras posiciones. Dichos elementos reciben el nombregenérico de elementos genéticos transponibles. Los que setrasladan en forma de ADN se denominan transposones.

Fig. Representación esquemática del ensamble de los genes quecodifican una cadena pesada de anticuerpo. Los genes variables (V),

de diversidad (D) y de unión (J) seleccionados son transpuestos dediferentes regiones del cromosoma para formar un gen variablecompleto, que luego se une a unos de los genes constantes (C). lasecuencia interpuesta (intrón) entre las secuencias constante yvariable se elimina del trascrito de ARN para dar mARN terminado.

TransposonesEl material genético de muchos organismos

contienen múltiples copias de estos elementos, o de versionestruncadas de si mismos, dispersos por todo el genoma. Lostransposones eucarióticos se asemejan estructuralmente a sucontrapartida bacteriana y, al igual que los transposones

bacterianos, pueden causar mutaciones cuando se insertan genes estructurales o en regiones promotoras.

Los transposones comparten la propiedad de selementos genético sin otra función aparente que la de saltde un lugar a otro en l genoma, inafectándolo de secuencide ADN aparentemente inútiles, salvo en el caso de ltransposones bacterianos de resistencia a antibióticos. Es“inutilidad” es especialmente evidente en el caso de l

transposones eucarióticos, donde el genoma esta abarrotade secuencias sin función génica. En ocasiones, transposición puede generar cataclismos genéticos, puesque el transposon puede provocar roturas cromosomitinactivación o alteración de la expresión de los genes en lque se inserte. Los transposones, por, tanto, se consideran

ADN egoísta o parasito, no obstante, es una causa importande la variabilidad entre especies.

Otro tipo general de secuencias transponiblcorresponde a los retrotransposones, secuencias que se hextendido por too el genoma mediante la acción de transcriptasa inversa, una enzima que fabrica una cadena ADN a partir de una de ARN. Los pseudogenes o genes funcionales, carecen de intrones y en algunos casos inclutienen colas de poli.A, lo cuál sugeriría que provienen dmARN y no del ADN.

Fig. los transposones o elementos transponibles son abundansobre todo en las plantas donde duplican a genes sin función génialterando la función de otras secuencias codificantes.

El ciclo celularEn las células eucarióticas, el problema de dividir exactamenel material genético es mucho más complejo que en l

procarióticas. Una célula eucariótica típica contieaproximadamente 1000 veces más ADN que una célu

procariótica; este ADN es lineal y forma un cierto número cromosomas diferentes. Por ejemplo cada célula somát

human tiene 46 cromosomas, cada uno diferente a lrestantes. Cuando estas células se dividen cada célula htiene que recibir una copia completa, y solo una, de cada unde los 46 cromosomas. Además, las células eucarióticontienen una variedad de organelas que también deben srepartidas entre las células hijas.

El crecimiento requiere del incremento de la macelular, una duplicación del material genético y una divisi









que asegure que cada célula hija reciba un complementoigual de material genético para lograr la perpetuación de lalínea celular. Estos pasos suceden en una progresiónordenada durante el periodo o ciclo de vida de la célula. Enun principio una célula diploide (2n) experimenta un periodode crecimiento e incremento de la masa celular. Esta etapa sedenomina G1 En el caso de una célula que requiera 24 horaspara su ciclo completo, la etapa G1 podría durar 10 horas

aproximadamente. En este período, la célula se dedica acrecer y a prepararse químicamente para la síntesis del ADN.A un tiempo definido, la duplicación del material genéticocomienza. Durante la fase de síntesis (S) de alrededor de 9horas, el material genético (ADN) de todos los cromosomasse duplica. Después de completarse la duplicación de ADN,la célula entre en una segunda etapa de crecimientodenominada G2. Esta etapa posterior a la síntesis de ADNrequiere por lo general unas 4 horas, y continua hasta elinicio de la mitosis (M), que se completa en alrededor de 1hora. Durante la mitosis las cromatidas hermanas se separan,y una cromatida hermana va a cada una de las células hijas.

Regulación del ciclo celular, cíclicas y cdKLas células en división de diferentes especies muestranvariaciones caracteristica en la duración y el patrón del ciclocelular. En algunas células del frijol comun, por ejemplo, elciclo completo requiere aproximadamente de 17 horas, 7 delos cuales ocupa en la fase S; G 1 y G2 son de igual duración8aproximadamente 5 horas cada una y la mitosis dura 2horas. Por otra parte los fibroblastos del ratón tienen un ciclocelular de 22 horas, de las cuales la mitosis dura menos de 1hora, S casi 10 horas, G1 9 horas y G2 un poco más de doshoras. Algunos tipo de células pasan por ciclos celularessucesivos durante toda la vida del organismo. Entre este tipose encuentran seres unicelulares y ciertas células situadas enlos centros de crecimiento, tanto de plantas como de

animales. Un ejemplo son las células madre primordiales la célula ósea, que origina los glóbulos rojos de la sangre. glóbulo rojo en promedio, vive unos 120 días, y haaproximadamente 2,5 millones de nuevos glóbulos rojos casegundo. En el otro extremo, algunas células altamenespecializadas, como la mayoría de las células nerviospierden su capacidad para replicarse una vez que hmadurado. Existe un tercer grupo de células que nun

pierde la capacidad de dividirse, pero lo hace solo circunstancias especiales. Las células del hígado humano, pejemplo, en general no se dividen, pero, si se elimiquirúrgicamente una porción del hígado, las células restantsiguen duplicándose hasta que el hígado alcance su tamaoriginal y luego se detienen. En total ocurren casi 2 billonde divisiones celulares en el ser humano adulto cada horas, aproximadamente 25 millones por segundo.

En un organismo multicelular, es de importanccrítica que las células de los diferentes tipos celularesvelocidad suficiente como para producir todas las células qsean necesarias para el crecimiento y el reemplazo, y que produzcan solo en la cantidad necesaria. Si un tipo particude célula se divide más rápidamente que lo necesario, organización y las funciones normales del organismo puedinterrumpirse, ya que los tejidos especializados sinvadidos y sobrepasados por las células en rápida divisióEste es el curso de los acontecimientos del Cáncer.

En cierto momento del ciclo celular, la célu“decide” si va a dividirse o no. Cuando las células normalcesan su crecimiento como resultado de la falta de alimende la inhibición dependiente de la densidad, o por otrfactores, se detienen en el punto tardío de la fase G 1. Espunto se conoce como punto R (restricción) del ciclo célulEn algunos casos, antes de alcanzar el punto R, las células

Fig. Fases del ciclo celular e interacción de las ciclinas y las cdk.









pasan de la fase G1 a un estado especial de reposo, llamadoGo , en el cual pueden permanecer durante días, semanas oaños. Una vez que las células sobrepasan el punto R, estánobligadas a seguir a través del resto de las fases del ciclo, yluego a dividirse. La fase G1 se completa rápidamente y, en lafase S, comienza la síntesis de ADN y de histonas.

La naturaleza de control, o de los controles, queactúan en el punto R sigue siendo objeto de intensa

investigación, no solo a raíz de su interés como mecanismobiológico, sino también por su importancia potencial en elcontrol del cáncer. El pasaje de la célula a través del punto Rdepende de la integración del conjunto de señales externas einternas que recibe. El sistema de control del ciclo celular estábasado en do proteínas clave, las cíclinas y las proteínasquinasas dependiente de ciclinas (cdk) , que responden a estaintegración de señales.

Las proteínas cdK , como todas las quinasas, actúanactivando otras proteínas por fosforilación y se encuentranpresentes en todas las células eucarióticas durante todo elciclo celular. Las ciclinas son proteínas activadoras que seunen a las quinasas y regulan su actividad. El nivel de ciclinasvaría a lo largo del ciclo, ya que su concentración aumenta endeterminados momentos y disminuye, por degradación, enotros. El ensamblado de las cdk con las ciclinas, su activacióny el desamblado constituyen un proceso cíclico que dirige lasucesión de las distintas fases del ciclo celular. Existe variostipos de ciclinas que pueden agruparse en do clasesprincipales: las ciclinas de G1 y las ciclinas mitóticas. Lasciclinas de cada una de estas clases actúan en la fasecorrespondiente del ciclo celular.

Los eventos que conducen a una célula desde la faseG2 a la mitosis son los que se han conocido mástempranamente. La ciclina mitótica se acumula en formagradual durante la G2 y se une a la kinasa formando uncomplejo cdk-ciclina, también llamado factor promotor de la

mitosis. Este complejo fósforila ciertas proteínas especificas,induciendo los cambios estructurales que conducen a lamitosis. Entre ellos se puede mencionar la condensación delos cromosomas, producida por la fosforilación de unas delas histonas (H1), el desensamblado de la envoltura nuclear y

la organización de los microtúbulos en el uso mitótico.complejo cdk ciclina es rápidamente inactivado durante mitosis por degradación de la ciclina mitótica.

La apoptopsisEn la formación de un individuo, la muerte celular o apoptoes tan importante como la división celular. En los vertebrapor apoptopsis se regula el número de neuronas durant

desarrollo del sistema nervioso, s eliminan linfocitos querealizan correctamente su función y se moldean las formaun órgano en desarrollo, eliminando células especificas. ejemplo, las células de la cola de los renacuajos se eliminaneste proceso durante la metamorfosis. En los embriohumanos, las células que forman las membranas interdigitse eliminan por apoptsosis en cierto momento del desarroll

La mayoría de las células fabrican las proteínas quforman parte de una maquinaria para su propia destruccióEsta maquinaria letal esta compuesta por enzimas capacede degradar proteínas ( proteasas) y su activación producdirecta o indirectamente, cambios celulares característicoLas células que entran en apoptosis se encojen y se separan d

sus vecinas; luego las membranas se ondulan y formaburbujas en su superficie; la cromatida se condensa y locromosomas se fragmentan; por ultimo, las células se divideen numerosas vesículas los cuerpos apoptosicos, que seráengullidas por las células vecinas.

Fig. Fases de la mitosis

Mitosis









La mitosis es el proceso de división celular típico de lascélulas somáticas, la función de la mitosis es distribuir loso dotación completa, ósea, un cromosoma de cada tipoduplicado, de modo tal, que cada nueva célula obtenga uncomplemento. La capacidad de la célula para llevar a caboesta distribución depende del estado condensado delcromosoma durante la mitosis y del ensamble demicrotubulos denominado Huso.

Los nombres interfase (entre divisiones), profase,metafase, anafase y telofase se han asociado con las diferentesetapas del ciclo miótico por conveniencia en la descripciónde los cambios que ocurran. Las etapas de profase y telofase dela mitosis son por lo general largas y complejas, mientrasque la metafase y la anafase son casi siempre breves.

Los primeros indicios de que se aproxima unamitosis en células animales se observa en el citoplasma de lacélula en interfase. Una región diferenciada del citoplasmaque contiene el centríolo se empieza a dividir. El centríolo esun organelo del citoplasma de las células animales, que sereproduce e inicio la divisción1 y organiza el aparatomitótico que consta de 1) los polos y 29 el huso, que es unconjunto de microtubulos denominados fibras del huso. Sinembargo las células vegetales no poseen centríolos.

Al inicio de la profase temprana de las células animales,los centríolos producidos se separan. Las delgadascromatidas hermanas que no están arrolladas en forma dehélice o enroscadas y se han duplicado se enrollan en hélice,se acortan y se hacen aparentes. En la ultima parte de la profase,las dos cromatidas de cada cromosoma se mantienen juntasen el área constreñida, denominada constricción primaria,donde se localiza el centrómero o región de unión de la fibradel huso. Los centríolos han emigrado ahora a los polosopuestos y fibras continuas del huso conectan los dos polos.La membrana nuclear y el nucleolo, que es el sitio de los

genes de ARN ribosómicos, desaparecen. (los genes del rARN

controlan la síntesis de las moléculas de ARN que soncomponentes estructurales de los ribosomas, las “mesas detrabajo” en las que se sintetizan las proteínas). Una fibra deluso se une a cada cromátida en el centrómero. Cada una de

las dos cromátidas hermanas se une a un polo diferente dhuso, pero los centrómeros permanecen juntos.

En la metafase, pares de cromatidas bien definidtoman lugares en el centro o placa ecuatorial. Las cromatidde la metafase están arrolladas en forma de hélice de maneapretada y son aparentes lo que facilita contar l

cromosomas y efectuar comparaciones estructuraaproximadas. Los brazos de las cromátidas hermanas extiende desde los centrómeros, pero las cromátidas mantienen juntas por los centrómeros hasta el inicio de anafase.

En la anafase viene la separación, cada cromosomtiene su propio centrómero y es ahora un cromosoma. Lcromosomas en la anafase se alargan un poco al aflojarseapretado enrollamiento en forma de hélice de la metafase ymueven a los respectivos polos del huso. La mitosis aseguque cada célula tenga la misma información genética que célula madre.

Durante la telofase, una membrana nuclear reconstruye alrededor de cada uno de los núcleos de lcélulas hijas y el nucleolo reaparece en un lugar particular un cromosoma donde se localizan los genes del rARN. Eslocalización corresponde a una característica estructudenominada constricción secundaria en algunos cromosomLa constricción secundaria es una región del cromosomdonde un segmento delgado une la porción distal dcromosoma con el cuerpo principal del mismo. La pacitoplasmática de la célula se divide entonces.

La Meiosis

La inmensa mayoría de los organismos eucariota, reproducen sexualmente. La reproducción sexual requiere

dos progenitores y siempre involucra dos hechos: fecundación (o fertilización) y la meiosis. La meiosis es un tide división nuclear y celular que, según se cree, ha









Fig. Fases de la meiosis

evolucionado a partir de la mitosis y utiliza en gran parte. Losmismos mecanismos celulares. Sin embargo, la meiosis difierede la mitosis en algunos aspectos importantes.

La meiosis que ocurre en las estructuras sexuales delos organismos que se reproducen sexualmente, consiste en

dos divisiones nucleares sucesivas, designadasconvencionalmente meiosis I y meiosis II. En forma general,en la meiosis I se aparean y luego se separan los cromosomashomólogos, en la meiosis II, se separan las cromatidas decada homologo.

Durante la interfase previa la meiosis, loscromosomas se duplican, de modo que al comienzo de lameiosis, cada cromosoma consiste en dos cromatidashermanas idénticas. La primera de las dos divisionesnucleares de la meiosis de desarrolla a través de las etapas de

profase, metafase, anafase y telofase (a todas ellas se les designacon I para indicar que son subetapas de de la meiosis I ).

Al comienzo de la meiosis I, en la profase I , lacromatina se condensa y los cromosomas se hacen visibles

con el microscopio óptico. Los microtúbulos del huso seorganizan y se pueden observar como salen radialmente delos polos de la célula. Durante esta fase desaparece el nucleoloy la envoltura nuclear ; y lo más importante, se produce elapareamiento de los cromosomas homólogos o crossing-over .

Durante esta etapa se desarrollan cuatro momentosimportantes previo al entrecruzamiento: 1) la fase leptónena,los cromosomas aparecen como filamentos individuales,representa los cromosomas paternos y maternos recibidos delos gametos de sus progenitores. La duplicación de lainformación genética ocurrió en la interfase precedente.2) En la fase cigonema los segmentos correspondientes de

cromosomas particulares maternos y paternos se juntan a lolargo de su longitud (entran en sinapsis) en forma de cierrede cremallera. 3) Durante la fase de paquinema hayformación de quiasmas e intercambios de ADN entrecromosomas homólogos en los extremos bivalentes. 4) luego,

en la fase de diplonema, las cromatidas apareadas se repelenentre si, ocasionando que los filamentos se separenlongitudinalmente en algunas áreas y formen lazos. 5) Elacortamiento de las tétradas continúa en el siguiente estado:fase de diacinesis lo que resulta en unidades discretas.Cuando se completa la profase meiotica, las tétradas adquierenuna apariencia angular u oval y toma su lugar en el planoecuatorial de la metafase 1 meiotica.

En la metafase I , los pares de homólogos, se alineanen el plano ecuatorial de la célula, a diferencia de la metafasede la mitosis, en la que los cromosomas duplicados sedisponen en el plano ecuatorial sin apareamientos dehomólogos. La región del centrómero de cada homologo seha duplicado hacia el final de la metafase y las fibras del Husose han asociado con los cinetocoros.

Durante la anafase I , los homólogos, cada unoformado por cromatidas hermanas, se separan, como sifueran tironeados por las fibras del Huso unidas a loscinetocoros. Sin embargo, las dos cromatidas hermanas de

cada homologo no se separan como ocurren en la mitossino que permanecen juntas.

Al final de la primera división meiotica, en telofase I, los cromosomas homólogos se han movido hacia lpolos. Cada uno de los cromosomas del núcleo originDependiendo de la especie pueden, o no, formarse nuev

envolturas nucleares y la citocinesis puede ocurrir o no.Al comienzo de la segunda división meiotica, si l

cromosomas están dispersos, se condensan nuevamendurante está etapa los cromosomas están presentes en unumero haploide y cada uno está formado por dos cromatid

que se mantienen unidas en la región del centrómero.Durante la profase II , las envolturas nucleares

desintegran, y comienzan a aparecer nuevas fibras del huDurante la metafase II , los pares de cromatida de cada núclse ordenan en el plano ecuatorial; las fibras del huso se asociuna vez más a los cinetocoros y, desde los polos, se extiendotras fibras del huso. En la anafase II , al igual que en la anafade la mitosis, las cromatidas hermanas se separan una otra. Cada cromatida, que ahora puede ser llama

cromosoma, se mueve hacia uno los polos. Por ultimdurante la telofase II, los microtúbulos del huso desaparecy se forma una envoltura nuclear alrededor de cada conjunde cromosomas. Ahora hay cuatro núcleos en total, cada ude los cuales contiene el número haploide de lcromosomas. Ocurre entonces la división de los citoplasma

La regulación de la expresión génica

En E. coli y otras procariotas, la replicación dcromosoma es bidireccional y la transcripción, consiste ensíntesis de una molécula de mARN usando como molde unde las dos hebras del ADN. El proceso comienza con u

ARN polimerasa se acopla al ADN en el sitio especificonocido como promotor . La molécula ADN polimerasa une estrechamente al promotor y hace que la doble hélice ADN se abra, dando inicio a la transcripción. Un segmendel ADN que codifica un polipéptido se conoce como gestructural. Con frecuencia los genes estructurales qcodifican polipéptidos con funciones relacionadas presentan juntos formando una sucesión en el cromosombacteriano. Estos grupos funcionales podrían incluir, pejemplo, dos cadenas polipeptídicas que juntas constituyuna enzima en particular o tres enzimas que trabajan en unúnica vía enzimática. Los grupos de genes que codifican esmoléculas suelen transcribirse en una única cadena mARN. Estos mARN se conocen con el nombre de mAR

policistrónicos, mientras que los que poseen información paun único polipéptido se denominan monocistrónicos.

En el curso de su larga historia evolutiva, E. coli

otras procariotas han desarrollado procedimientos que permiten utilizar al máximo los nutrientes destinados crecimiento celular. Si fuera posible decir que una célubacteriana tiene un propósito o una función, auque no lo este consistiría en crecer y multiplicarse lo más rápiposible, y las bacterias son excelentes para lograrlo; cultivo de células de E. coli, puede duplicar su número ca20 minutos.









Enzimas inducibles: en E. coli, las células que crecenen un medio de lactosa fabrican aproximadamente 3000moléculas de beta- galactosidasa. Sin embargo, en ausencia delactosa hay un promedio de 1 molécula de lactosa por célula.La presencia de lactosa provoca la inducción de laproducción de moléculas de enzima necesarias paradegradarla, se dice entonces que estas enzimas son inducibles.

Enzimas represibles: la presencia de un nutriente

determinado puede inhibir la transcripción de un grupo degenes estructurales. E. coli como otras bacterias, puedesintetizar cada uno de sus aminoácidos a partir de amoniacoy de una fuente de carbono. Los genes estructurales quecodifican las enzimas necearías para la biosíntesis delaminoácido triptófano, por ejemplo, están agrupados y setranscriben en una única molécula de mARN. Este mARN esproducido continuamente por células en crecimiento si eltriptófano no está presente. En presencia de triptófano sedetiene la producción de enzimas. Estas enzimas cuya síntesisse reduce en presencia de los productos o reacciones quecatalizan se denominan represibles.

Genes reguladores: Aunque la regulación de lasíntesis de proteínas teóricamente podría ocurrir en muchospuntos del proceso biosintetico, en los procariontes tienelugar principalmente a nivel de la transcripción. Laregulación implica interacciones entre el ambiente químicode la célula y las proteínas reguladoras especiales codificadaspor los genes reguladores.

El operón.La detección de los mutantes fue lo que condujo a nuestracomprensión de la regulación de la transcripción en lasprocariotas. Este conocimiento descansa en un modeloconocido como el modelo operón, propuesto por loscientíficos franceses Jacob y Monod. De acuerdo a estemodelo los grupos de genes que codifican proteínas con

funciones relacionadas se disponen en unidades conocidascomo operones. Un operón comprende el promotor , los genesestructurales y otra secuencia de ADN conocida comooperador . El operador es una secuencia de nucleótidos situadosentre el promotor y el gen o genes estructurales.

La transcripción de lo genes estructurales depende,frecuentemente, de la actividad de otro gen, el regulador , quepuede estar localizado en cualquier lugar del cromosomabacteriano. Este gen codifica una proteína llamada represor ,que se une al operador . Cuando un represor está unido aloperador , obstruye al promotor . En consecuencia la ARN

polimerasa no puede unirse a la molécula de ADN o, si se une,no puede comenzar su movimiento a lo largo de la molécula.El resultado en cualquier caso, es el mismo: no hay

transcripción de mARN . Sin embargo cuando se remueve elrepresor , la transcripción puede comenzar.

Fig. Representación esquemática del operón lac

La capacidad del represor para unirse al operador

así bloquear la síntesis de la proteína depende, a su vez, dotra molécula que funciona como efector . Según el tipo operón, el efector puede activar o bien, inactivar el represor pese operón en particular. El operon Lac es un ejemplo enque el efector funciona inactivando al represor . Cuando hlactosa en el medio de cultivo, el primer paso en metabolismo es la producción de un azúcar íntimamenrelacionado, la alolactosa, que se une al represor y lo inactivseparándolo del operador del operón Lac. Como consecuende esto la ARN polimerasa puede comenzar su movimientolo largo de la molécula de ADN, transcribiendo los genestructurales del operón en moléculas de mARN que lueserán traducidas a las enzimas de degradación de la lactosa.

En la actualidad se han identificado más de operones diferentes en E. coli, que comprenden 260 genestructurales.

Por décadas, el proceso por el cual una formtridimensional compleja se despliega durante el desarrollo un eucarionte superior como una mosca de la fruta o un shumano ha fascinado a los científicos. El control genético la morfogénesis ahora se está analizando con detalle Drosophila melanogaster y en Caernorhaditis elegans. El plamaestro aparece bastante claro: El desarrollo es controlapor una cascada de genes reguladores, cada uno actuando el momento y lugar apropiado para poner en movimientoexpresión del siguiente juego de genes de la cascada. Grparte de la regulación de la expresión de los genes

eucariontes se realiza a nivel de la transcripción. Una parocurre a nivel del tratamiento de productos de transcripción. En algunos casos vías alternas de corte empalme de un producto primario de transcripción origidiferentes productos génicos. Las unidades de transcripcien eucarionte son monogénicas, en contraste con los operonde los procariontes.

Ciertos genes de “mantenimiento” como los qcodifican rARN, proteínas ribosómicas y tARN se expresnecesariamente en algún momento en todas las células. Sembargo muchos otros genes se expresan por solo









periodo corto, en uno, o algunos tipos celulares en una etapaespecifica del desarrollo. En otras palabras, la expresión de los

genes está regulada, y la regulación coordinada de víassecuenciales de expresión génica es fundamentalmente lacausa de la diversidad de fenotipos celulares que aparecendurante el desarrollo de una planta o animales superiores.

Muchos de los procesos del desarrollo eneucariontes superiores al parecer están controlados, al menos

en parte, por circuitos preprogramados de expresión de genes. Enestos casos algún evento (como la liberación de una hormonaen el torrente sanguíneo o la fertilización de un ovulo)desencadena la expresión de un grupo de genes. El producto(s) de uno (s) o más de estos genes funcionan apagando latranscripción del primer conjunto de genes o encendiendo latranscripción de un segundo juego de genes o ambas cosas. Asu vez uno o más producto del segundo juego de genesactúan encendiendo un tercer conjunto de genes, etc. En estoscasos, la expresión secuencial de genes está genéticamentepreprogramada y los genes no pueden, generalmenteencenderse fuera de secuencia.

La transcripción en eucariontes es reguladafrecuentemente por intensificadores y silenciadores capaces deinfluir en la expresión de los genes desde distancias mayoresa 1000 pares de nucleótidos. Los intensificadores y lossilenciadores son independientes de la posición y laorientación; obran igualmente bien cuando se hallancolocados en cualquier lado del gen o en un intrón del mismoy en la orientación ya sea adelante o invertida. Bastantesdatos sugieren que la metilación de las bases de ADN puedealterar la expresión y que la conformación del ADN esimportante en la activación de genes. Se sabe también, quelas hormonas esteroides son reguladoras importantes de ltranscripción en animales superiores. Se sabe que, en algunoscasos, estas hormonas se unen a proteínas represoras que luegoactivan la transcripción por medio de unión de secuencia a

elementos intensificadores.

La reproducción de los organismos

La diversidad en los patrones de reproducción y de ciclos devida en el reino animal es enorme. La mayoría de losvertebrados, una parte de las plantas, hongos y todos losmamíferos se reproducen sexualmente. La reproducciónsexual implica dos acontecimientos: la meiosis y la fecundación.En los vertebrados, que casi siempre son diploides, la meiosisproduce gametos, únicas formas haploides del ciclo vital. Losgametos están especializados en la movilidad(espermatozoides) o en la producción y almacenamiento de

nutrientes (óvulos): se producen en las gónadas de lindividuos de los dos sexos separados, el macho y la hembr

Un grupo de especies importante de plantbacterias, levaduras entre otros. Se reproducen asexualmenes decir, sin fecundación alguna de gametas, a partir tejidos totipotentes para regenerar individuos con idéntcarga hereditaria. En plantas la forma más común mediante yemas, estolones, tubérculos, bulbos; acúmu

celulares de los que brotan nuevos individuos reproducción asexual es una forma rápida de generación nuevos individuos. Muchos organismos pueden reproducirtanto de forma asexual como en forma sexual. La mayoría de leucariota unicelulares ambos tipos de reproducción depende las condiciones del medio ambiente.

Haploidía y diploidíaPara comprender la meiosis, debemos examinar nuevamenlos cromosomas. Cada organismo tiene un número cromosomas característico de su especie, por ejemplo, mosquito tiene 6 cromomas en una célula somática, humano 46, un perro 78, el maíz 20. Sin embargo, en estorganismos y en la mayoría de las otras plantas y animalconocidos, las células sexuales o gametos tienen exactamenla mitad del número de cromosomas (n) que las célusomáticas del organismo (2n). El número de cromosomas los gametos se conoce como numero haploide (n) de dotacisimple, y el de las células somáticas, como número diploi(2n). Las células que tienen más de dos dotaciones cromosomas se conocen como piloploide (3n,4n,5n… ).

Gametogénesis en animales

Prácticamente todas las células normales son capaces de autorreproducirse. No obstante, las células sexuales germinales pueden iniciar la reproducción del organism

completo. Una secuencia especial de hechos, denominad gametogénesis, la formación de gametos masculinos femeninos haploides, da como resultado el desarrollo de lcélulas sexuales maduras. La gametogenésis incluye meiosiscambia el número diploide que es característico de las célucorporales y las células germinales prematuras, al númehaploides, característico de las células germinales maduras. gametogénesis también incluye la diferenciación de óvulosespermatozoides, un proceso necesario para el funcionamiende estos. Los óvulos de animales de ordinario acumulmateriales nutritivos que mantienen al embrión en desarrodurante un breve período; a los espermatozoides de la mayode las especies animales se les forma un flagelo para movilidad independiente.









Fig. Proceso de gametogenésis en animales, a la izquierda la producción de óvulos, a la derecha la producción de espermatozoides.

Espermatogénesis: los espermatozoides se originan enlos órganos de reproducción masculinos, o testículos, pormedio de un proceso secuencial denominadoespermatogénesis. Si se considera a grandes rasgos, el proceso

consiste en el crecimiento en el tamaño celular, dos divisionescelulares sucesivas y una metamorfosis de las célulasresultantes de cuerpos esféricos estáticos en elespermatozoide móvil alargado. La espermatogénesis se iniciaen las células germinales diploides (2n), o sin reducir,denominadas espermatogonias que se ubican en los tubosseminíferos en un tejido de células espermatogénicas junto lascélulas de Sertoli. Las espermatogonias crecen y se convierten enespermatocitos primarios. Estos espermatocitos experimentanluego la primera división meiotica, en la que cada unoproduce dos espermatocitos secundarios. Estos a su vezexperimentan la segunda división meiotica para producircada uno dos espermátidas. Luego cada espermátida cambia de

forma, adquiere un flagelo y se convierte en unespermatozoide maduro. Mientras las células se dividen dosveces, los cromosomas solo se duplican una sola vez. Lareducción en el número de cromosomas de 2n a n se logra enla primera división meiotica. Las unidades de dos cromatidashermanas cuyas moléculas de ADN individuales provienende una duplicación anterior. Las cromatidas hermanas seseparan en la segunda división meiotica y cada uno entre enun espermatozoide maduro diferente.

El proceso Terminal de la espermtogénesis consisteen una diferenciación complicada, denominadaespermiogénesis. A través de una secuencia progresiva decambios, cada una de las espermatidas, comparativamentegrandes, esféricas y no móviles se transforma en un

espermatozoide pequeño, alargado y móvil compuesto demodo típico de tres partes: cabeza, pieza intermedia y cola oflagelo. En la mayoría de las especies animales, lasespermátidas inician la diferenciación con la secreción delcuerpo apical o acrosoma, la división del centríolo en dos y laproducción del flagelo por un centríolo. La perdida delcitoplasma diminuye el tamaño total, conforme elespermatozoide en desarrollo cambia de una forma esférica aoval y finalmente una forma alargada. El núcleo se mueve auna orilla de la célula, haciéndose alargado y cada vez máscompacto. El acrosoma producido por el aparato de golgi,

toma su lugar alrededor del extremo anterior de la cabeza despermatozoide. Contiene las enzimas líticas que facilitanentrada del espermatozoide al ovulo. La pieza intermedcontiene el centríolo, que se encuentra cerca del núcleo, y

parte funcional del filamento axial en la pieza intermedia. cola del espermatozoide está compuesta de dos partes: cubierta exterior , que tiene un origen citoplasmático, y

filamento axial, dentro de la cubierta, que se extiende de cabeza de la cabeza al extremos posterior de la cola. Unparte del citoplasma de la espermátida no se usa en formación de espermatozoide y se reabsorbe.

Ovogénesis: El proceso de formación de gametos las hembras es esencialmente igual a la espermatogénesis lo que corresponde a la división nuclear, pero los aspectrelacionados con el citoplasma son muy diferentes. Duranla ovogénesis se acumula mucho más material nutritivo qdurante la espérmatogenésis. Además, las células q

resultan de las divisiones de la ovogénesis son de tamañdesigual. El material nutritivo del ovocito no se divide pigual en las cuatro células que resultan de la secuencmeiotica. Una célula grande tiene en esencia toda la yemmientras que las otras cuerpos polares, alcanza muy pocLos cuerpos polares primeros y secundarios reciben lmismos complementos cromosómicos que los ovocitsecundarios y los óvulos de las divisiones respectivas, peno se transforman en células sexuales funcionales. Durantediferenciación se forman membranas especiales del huevogeneralmente el núcleo se reduce de tamaño. El citoplasmcontiene los materiales que se requieren para la actividad ydiferenciación celular. La primera división meiotica de caóvulo en desarrollo se completa poco antes del momento

la ovulación de ese ovulo. Una célula se convierte en ovocsecundario y la otra en un cuerpo polar. La segunda divisimeiotica se halla en proceso cuando se expulsa el ovulo desarrollo del ovario y pasa a una trompa de Falopio.

Fecundación en animales: la entrada despermatozoide al óvulo es un proceso al azar en el sentiden que cualquier espermatozoide podría fusionarse ccualquier óvulo maduro. Si hay penetración por espermatozoide, el ovocito secundario se divide y forma uovulo maduro con un pronúcleo que contiene un juesencillo de 23 cromosomas maternales (caso del humano).









otra célula que resulta de esta división es un segundo cuerpopolar incapaz de seguir desarrollándose. La cabeza deespermatozoide forma un pronucléo con 23 cromosomaspaternos. Después de la fusión de los pronúcleos, el cigotoresultante con 46 (2n) cromosomas inicia la división mitóticao primera segmentación, que produce el estadio de doscélulas de un embrión incipiente. Si el óvulo fertilizadoexperimenta una división mitótica completa y hay

producción de do óvulos fertilizados separados se forman gemelos idénticos. Si se producen dos óvulos al mismo tiempoy son fertilizados por distintos espermatozoides, se forman

juntos en el mismo útero gemelos fraternos, que desde el puntode vista genético tienen un parecido no mayor que el de doshermanos cualquiera.

Gametogenesis en las plantasLa formación de gametos en las plantas, como en losanimales, requiere de la reducción del número decromosomas de 2n a n. El proceso meitico en si es similar alde los animales, pero el ciclo de vida de las plantas es unpoco más complicado. La formación de los gametos por logeneral no sigue directamente a la meiosis. La esporogénesisde las plantas lleva a la formación de esporas en vez decélulas sexuales. Las esporas producen gametofitos, y losgametos se originan de gametofitos cuyo númerocromosómico ya se ha reducido. Una alternancia degeneraciones entre una fase haploide y una diploide envirtualmente todas las plantas separa la reducción delnumero cromosómico de la fertilización en la reproducciónvegetal. Las plantas diploides denominadas esporofitos,experimentan el proceso de meiosis para producir esporascon un número cromosómico reducido. Las esporas danorigen a gametofitos haploides que finalmente producengametos capaces de efectuar fertilización. Los cigotos queresultan de la fertilización se desarrollan en esporofitos, con

lo que se completa el ciclo. Las fases de gametofito deesporofito varían en cuanto a la duración e importancia en lasdiferentes plantas.

Fig. Ciclo reproductivo de las angiospermas

La doble fecundaciónEn el ciclo masculino surgen tres núcleos de dos divisionmeioticas: el núcleo del tubo y dos núcleos espermáticos

generativos. Esta es la fase gametofitica. Los núcleespermáticos son transportados a través del micrópilo al saembrionario y realizan el proceso de doble fecundacióCaracterístico de las plantas superiores. Uno de los núclemasculinos se fusiona con el núcleo de la oosfera y da origencicgoto 2n, que se divide repetidamente para formar embrión de la semilla. El segundo núcleo masculino se ucon los dos núcleos polares para formar el endospermnutriente 3n de la semilla.

En cada macrosporangio o rudimento seminal huna célula arquesporial, cuyo núcleo experimenta meiopar dar una tétrada de núcleos haploides de los cuales trdegeneran, el superviviente, que equivale al núcleo de macrospora, funda mediante tres rondas mitótic

consecutivas, un conjunto de 8 células haploides que, junto cel citoplasma que engloba, constituye el saco embrionario

gametofito femenino, que carece de arquegonio diferenciadDe estos 8 núcleos, tres llamado de las antípodas, se colocanun extremo del saco embrionario, otros dos llamadcentrales, quedan en la zona media, los tres restantes colocan en el otro extremo de saco embrionario, siendo el den medio el grupo ovular y los laterales, que reciben el nombde sinergidas, el único vestigio de arquegonio en langiospermas.









En cada saco polínico numerosas célulasarquesporiales experimentan la meiosis para dar tétradas demicrosporas haploides, los granos de polen inmaduro. Lagerminación de la microspora consiste en la división mitóticade su núcleo para dar sendos núcleos haploides, uno decarácter vegetativo y otro generativo, cuyo conjunto es el

gametofito masculino, carente totalmente de anteridios eincluso de células gameticas. Bien precozmente, o bien

cuando al caer sobre el estigma, el grano de polen emite el tubo polínico, el núcleo generativo se divide por mitosis y originauna pareja de núcleo espermáticos haploides. El crecimiento deltubo polínico a través del estilo carpelar es guiado por elnúcleo vegetativo, que viaja en primera posición. Cuando elnúcleo polínico alcanza el saco embrionario, uno de los dosnúcleos espermáticos fecunda el núcleo ovular, mientras que suhermano mitótico se fusiona con los do núcleos centralespara dar el núcleo triploide del endospermo.

Una vez producida esta doble fecundación, el cigotoexperimenta sucesivas divisiones para formar el embrión,mientras que el núcleo triploide se divide repetidamente paradar origen a un tejido nutricional al endospermo. El conjuntode embrión, endospermo y pared del microsporangio, ocubierta seminal constituye la semilla.

Mutaciones

El ADN, portador de la información hereditaria tienemecanismos para corregir los errores que ocurren durante sureplicación, hecho que facilita la transmisión fiel de lainformación genética de generación en generación. Con todo,tienen lugar los “errores” o cambios de la informacióngenética. Esos cambios repentinos y hereditarios en elmaterial genético se denominan mutaciones.

El termino mutación se refiere tanto al cambio en elmaterial genético como al proceso por el cual ocurre dicho

cambio. Un organismo que presenta un nuevo fenotipo esresultado de la presencia de una mutación y se hacereferencia al mismo como mutante. Usado en su sentidohistórico amplio, el término mutación se refiere a cualquiercambio repentino y hereditario en el genotipo de unorganismo que no puede explicarse por la recombinación dela variabilidad genética preexistente. Estos cambiosgenotípicos incluyen cambios en el número cromosómico(euploidias y aneuploidias), cambios manifiestos en laestructura de los cromosomas (aberraciones cromosómicas) ycambios en genes individuales. El término mutación se usatambién en un sentido estricto, para hacer referenciaúnicamente a cambios en genes individuales.

La mutación es la fuente última de todas lasvariaciones genéticas; proporciona la materia prima de laevolución, sin la mutación, todos los genes existirían en unasola forma. No habría alelos, por lo que los análisis genéticosno serían posibles

Muchas mutaciones entrañan cambios en un solopar de bases, la sustitución de un par de bases por otro o laduplicación o la pérdida o delección de un solo par de bases.Este tipo de mutaciones se denominan mutaciones puntuales.Lo que es más importante los organismos no podríanevolucionar y adaptarse a cambios ambientales.

Mutación espontánea y mutación inducidaLas mutaciones espontáneas son aquellas que se presentsin causa conocida. Pueden ser verdaderamente espontáneque resulten de un bajo nivel de errores metabólicinherentes, es decir errores durante la duplicación de ADNbien, es posible que en realidad sean causadas pmutágenos presentes en el ambiente. Las mutacioninducidas son las que resultan de la exposición de l

organimos a mutágenos como radiación ionizante, lultravioleta o varias sustancias químicas que reaccionan cen ADN(o el ARN de un virus en el ARN). Las mutacionespontáneas se presentan con muy poca frecuencia, aunqlas frecuencias observadas varían de gen a gen y organismo a organismo.

Mutaciones génicas

Un error en la replicación del ADN puede producirse cuane forma un par de nucleótidos ilegitimo, durante la síntesde ADN, que da lugar a la sustitución de una base por otrCada una de las bases de ADN puede aparecer en una varias formas, denominadas tautómeros , que son isomerque difieren en las posiciones de sus átomos y en los enlacque e forman entre ellos. Estas formas están en equilibrio. forma ceto de cada base en la que se encue3ntrnormalmente en el ADN, mientras que las formas imidioenol son raras. Los emparejamientos erróneos pueden ocurtambién cuando una de las bases se ioniza.

Transiciones: todos los emparejamientos erróndescritos hasta ahora dan lugar a mutaciones por transicióen las que una purina es sustituida por otra purina o u

pirimidina por otra pirimidina. La ADN polimerasa III tiene uactividad correctora que reconoce tales emparejamienterróneos y los escinde, reduciendo así enormemente lmutaciones observadas.

Transversiones: en este tipo de mutación, u

pirimidina es sustituida por una purina o viceversa. Ltransversiones no pueden generarse mediante lemparejamientos erróneos. Con las bases del ADN en orientación normal, la creación de una transversión por oterror en la replicación requeriría el emparejamiento errónde una purina por una purina o de una pirimidina por u

pirimidina en algún momento de la síntesis de ADN.Mutaciones d cambio de fase: los errores en

replicación pueden conducir a mutaciones de cambio de fa

Dichos cambios surgen cuando los lazos en las regiones cadena sencilla se estabilizan mediante un emparejamienerróneo deslizados y ocurren muy a menudo en secuencirepetidas. Los sitios calientes son sitios de un gen que smucho más mutables que otros, los mutantes no recuper

con facilidad la secuencia perdida en estos puntos.Delecciones y duplicaciones: las delecciones grand

(de más de unos pocos pares de bases) representan ufracción considerable de las mutaciones espontáneas. mayoría de las delecciones aunque no todas, ocurren secuencias repetidas, los puntos calientes para las deleccionson las secuencias repetidas de mayor longitud. Ldelecciones y las duplicaciones podrían generarse medianmecanismos de recombinación.

Adición: el número de bases puede modificarse pla adición o delección de uno o más nucleótidos. Se cree q









el cambio del número de nucleótidos se pueda producirseporque, durante la replicación, ocurra en una hebra undoblez que la ADN polimerasa pase por alto. Si el doblezocurre en la hebra molde, la ADN polimerasa tendrá unnucleótido de más. Cuando la hebra con nucleótidos sereplique nuevamente, la alteración del número denucleótidos de transmitirá a las generaciones sucesivas.

Fig. Mutaciones a nivel de la estructura del gen.

Lesiones espontáneas: Además de los errores en lareplicación, las lesiones espontáneas son daños que seproducen en el ADN de forma natural causando mutaciones.Dos de las lesiones espontáneas más frecuentes son elresultado de la despurinización y de la desaminación.

La depurinización la más común de las dos, implica laeliminación del enlace glucosidico entre la base y ladesoxirribosa y la consiguiente pérdida de un residuo deguanina o adenina del ADN. La desaminación de la citosinaproduce uracilo, residuos del uracilo no reparadosemparejarán con adenina durante la replicación,produciendo la conversión de un parte G-C en un par A-T.

Las bases dañadas oxidativamente representan untercer tipo de lesión espontánea implicada en la mutagenesis.Especies activas del oxigeno, como los radicales súper oxido,ocasionan daños al ADN.

Fig. la delección o adición de nucleotidos dentro de un gen llevacambios en la proteína producida. La molécula de ADN original,mARN transcripto a partir de ella y el polipéptido resultantemuestran en a). En b), se observa el efecto de la delección de un pde nucleótidos (T-A), en donde indica la flecha. El marco de lectudel gen se altera y aparece una secuencia diferente de aminoáciden un polipéptido. En c), la adición de un par de nucleotidos (G-da como resultado un cambio semejante.

Mutaciones cromosómicasSe entiende por mutación cromosomita al proceso de cambque da lugar a una reorganización de partes de cromosoma, a un número anormal de cromosomas concret

o de la dotación cromosomita completa. Muchas mutacioncromosomicas provocan anomalías funcionales tanto en célula como en el organismo. Existen dos razones básicas qexplican este efecto. 1) las mutaciones cromosomicas pueddar cambios en el numero o en la posición de de los gen(sintenia) y 2) si la mutación se debe a una ruptucromosomita, lo cual ocurre en la mayoría de los casoentonces dicha ruptura puede haber ocurrido en medio de gen, provocando así la alteración de la función

Una reorganización cromosómica puede ocurrir novo en una célula de cualquier tejido, dando lugar a ucariotipo heterocigótico que consta de una dotación normaotra alterada. Las reorganizaciones que se producen en ltejidos somáticos pueden tener efectos fenotipicos en ucélula o en un sector de los mismos. Cuando tienen lugar los tejidos germinales pueden generar melositheterocigóticos. En este caso, la reorganización original paa una proporción de los gametos, y además pueden ocurdistintos tipos de segregaciones de los cromosomas meioticanormales que se pueden transmitir a la descendencia.

Las delecciones: el proceso espontáneo de deleccirequiere dos roturas cromosomicas para la eliminación dtramo intermedio. Si ambos extremos se unen y uno de ellse encuentra en el centrómero, se genera un cromosoma menor tamaño portador de una delección. El fragmen









deleccionado es acéntrico (carece de centrómero), enconsecuencia no puede ser arrastrado a un polo del husoacromático durante la división celular y se perderá. Laradiación ionizante es un mutágeno capaz de inducir todotipo de reorganizaciones cromosomicas.

Los efectos de las delecciones dependen de sutamaño. Una delección pequeña dentro de un gen,denominada delección intragénica, lo inactiva y tiene el

mismo efecto en otras mutaciones nulas de dicho gen. Lasdelecciones multigénicas, que implica de dos a varios milesde genes tienen consecuencias graves, ocurriendo casisiempre efectos letales. La mayoría de las regionescromosomicas son esenciales para la viabilidad normal y laeliminación de cualquier segmento del cromosoma resultadeletérea. No obstante algunas delecciones pequeñas resultanviables cuando se combinan con un homologo normal.

Las delecciones se reconocen genéticamente por: lareducción de la frecuencia de recombinación, la

pseudodominancia, la letalidad recesiva, la imposibilidad dereversión. Citologicamente por: la aparición de bucles dedelección.

Duplicación: los procesos de mutación cromosomicaproducen a veces una copia extra de alguna regióncromosomica. Considerando un organismo haploide, quetiene una única dotación cromosomica, es fácil ver porqueuna duplicación tiene esta denominación: la región estápresente ahora dos veces. Las regiones duplicadas puedenestar situadas una frente la otra, o bien una en su posiciónnormal y la otra en un lugar diferente del mismo cromosomao incluso en un cromosoma distinto. Las duplicacionesaportan material genético adicional, capaz de evolucionar hacianuevas funciones.

Inversiones: si se producen dos roturas en uncromosoma, la región entre ellas gira, a veces hasta 180grados antes de que se produzca la reunión con los dos

extremos. A diferencia de las delecciones y duplicaciones, lasinversiones no presentan un cambio en la cantidad de ADN,por lo que generalmente son viables y no da lugar aanormalidad fenotipica alguna. En algunos casos, una de laroturas, se produce en algún gen esencial, y entonces el sitiode rotura actúa como una mutación génica letal ligad lainversión.

La posición del centrómero en relación al segmentoinvertido determina el comportamiento genético delcromosoma. Si el centrómero no está incluido en la inversión,se dice que la inversión es paracéntrica, mientras que lainversión que incluye al centrómero es pericéntrica. En lasinversiones paracentricas, un entrecruzamiento en un buclede inversión produce la conexión de los centrómeros

homólogos por medio de un puente dicentrico y, además,genera un fragmento acéntrico (un fragmento sincentrómero): de este modo, cuando los cromosomas seseparan el la anafase I, los centrómeros permanecen unidospor el puente. Esto hace que los centrómeros se orienten detal modo que las cromatidas que no han intervenido en larecombinación sean las que queden más separadas. Elfragmento al centro no puede no puede alinearse ni migrar, ypor consiguiente, se pierde. Finalmente la tensión rompe elpuente, dando lugar a dos cromosomas con deleccionesterminales. Los gametos portadores de estas delecciones no

son viables. Los principales rasgos característicos de inversiones son la aparición de bucles de inversión, reducción de la frecuencia de recombinación y la esterilidparcial, consecuencia de la aparición de productos meioticdesequilibrados o con delecciones. Algunas inversionpueden observarse directamente al microscopio por disposición invertida de marcadores cromosómicos.

Translocaciones: Cuando dos cromosomas

homólogos sufren una mutación por intercambio segmentos, las reorganizaciones resultantes se denomintranslocaciones. En las translocaciones reciprocas, que son lmás comunes, un segmento del cromosoma se intercambcon otro de un cromosoma no homologo, de modo que produzcan simultáneamente dos cromosomas portadores una translocación. El intercambio de regiones cromosomicentre cromosomas no homólogos establece nuevas regiones ligamiento. Estos nuevos ligamientos se ponen de manifiescuando los cromosomas más translocados son homocigoty, también heterocigotos. Las translocaciones pueden alterdrásticamente el tamaño de un cromosoma así como posición del centrómero.

Los efectos genéticos y citológicos son importanten los heterocigotos portadores de cromosomas normatranslocados. De nuevo, la tendencia de las regionhomologas a aparearse determina una configuracicaracterística durante la sinapsis de los cromosomas en meiosis. Las traslocaciones, las inversiones y las deleccionproducen esterilidad parcial, debido a que dan lugarproductos meioticos desequilibrados que pueden no sviables o que puedan causar la muerte de los cigotos.

Cambios en el número de cromosomasEl número de cromosomas varía espontáneamente comconsecuencia de accidentes en la maquinaria celular, lcambios en el número de cromosomas han sido element

claves en la formación de genomas durante la evolución. Lcambios en el número. Los cambios en el numero cromosomas se denominan euploides.

Euploidias: los mutantes euploides difieren genomas extras de n o de x. los monoploides raramente observan en animales excepto en las abejas melíferas y otrheminópteros. En contraste, las plantas tienen una etagametofitica que se caracteriza por el número cromosómireducido (n). En plantas superiores, esta etapa es breveinconspicua, pero en algunos grupos de plantas inferiorconstituye la parte central del ciclo. De modo ocasionplantas de poblaciones naturales pueden reconocerse commonoploide, es evidente que no pueden tener apareamienporque uno de los cromosomas no está presente. Por lo tan

si el proceso de meiosis consigue su propósito, la dispersióncromosomas a los polos es irregular y los gametos resultantse hacen inviables. Como los monoplloides no segregantienen un solo juego de genes, son herramientexperimentales valiosas cuando pueden producirse. Lorganismos que contienen múltiplos del númemonoploides de cromosomas se denominan euploides.

Los eucariontes suelen tener una dotacicromosomica haploide o diploide son, pues, casos de euploinormal. Los euploides que presentan más de 2 dotacioncromosomicas se denominan poliploides. De acuerdo con es









1X es monoploide, 2X diploide, 3X triploide, 4X tatraploide,5X pentaploide y así sucesivamente. Los poliploides surgende forma natural como mutaciones cromosomicasespontáneas y, como tales, deben considerarse anomalías, yaque difieren de la norma anterior. Sin embargo, muchasespecies de plantas y animales han surgido por claramentepor poliploidía, por lo que la evolución, evidentemente sebeneficia de la poliploidía cuando surge.

Causas de la poliploidia: dos procesos irregularesbásicos se han descubierto por medio de los cuales muchospoliploides podrían evolucionar partir de plantas diploides yestablecerse en l naturaleza: 1) por duplicación somática, lascélulas experimentan ocasionalmente inrregulariddes ennuevas generaciones de plantas. 2) las células reproductivas.Podrían tener una división reduccional o ecuacional irregularen las que los conjuntos de cromosomas fallan en separasecompletamente hacia los polos en los anafase.

Tipos de Euploidias: se distinguen do tipos depoliploides, los autopoliploides y los alopoliploides, con base enlas fuentes de cromosomas. Los autopoliploides se presentancuando se duplica el mismo genoma (por ejemplo, n1+ n2 ),Evidentemente esto ocurre con frecuencia en célulasindividuales de muchas plantas, pero estas células por logeneral no sobreviven. Los autopoliploides resultan cuandogenomas diferentes se juntan por hibridación (por ejemplo,n1+ n2 ). Entre las plantas que sobreviven es generalmenteimposible determina si los genomas son iguales y por lo tantosi lo poliploides son autopoliploides o alopoliploides.

Las aloploidias ha tenido lugar en diversos grupos deplantas, y algunas plantas de hoy día han resultado de estetipo de hibridación. Las especies poliploides que se hanestablecido en la naturaleza tienen genomas quecorresponden más o menos a los complementoscromosómico combinados de dos plantas diploides diferentespero relacionadas. Estos anfidiploides o alotriploides, han

experimentado hibridación en alguna parte de su vidaancestral. La alopoliploidía representa entonces un métodopor el cual nuevas especies podrían formarse casiinmediatamente, mientras que las autopoliploidías soloresulta en anormalidades meioticas “callejones sin salida”con respecto a la evolución.

Aneuploidía: la aneuploidía representa la segundacategoría de mutaciones donde el número cromosómico esanormal. Un aneuploide es un organismo, cuyo número decromosomas difiere del silvestre. Generalmente la dotacióncromosomica del aneuploide difiere de la del silvestre en soloun número pequeño del cromosoma. Los aneuploidespueden tener un múmero de cromosomas mayor o menor alestado silvestre. La denominación de los aneuploides se basa

en el número de copias del cromosoma específico en elestado aneuploide. Por ejemplo, el estado aneuploide de 2n-1se denomina monosomico (un cromosoma), porque solo estápresente una copia de un cromosoma concreto, en lugar delas dos que aparecen en su progenitor diploide. Elaneuploide 2n + 1, se denomina trísomico, 2n – 2 nulisomico.






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Unidad I. Organizacion Del Material hereditario