Resumen Biologia celular 1ua

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Resumen de Bio Celular 1ua
REPLICACIÓN DEL ADN
Es un proceso semiconservativo en el que cada hebra parental sirve como molde para sintetizar una
nueva hebra hija, complementaria.
Orígenes de replicación
Son secuencias específicas de ADN sobre las cuales se posiciona la maquinaria proteica que ejecuta los
primeros pasos de la replicación. Hay múltiples orígenes de replicación por cada célula eucarionte, y la
replicación se da de manera bidireccional.
Se da en dos fases
● Licenciamiento de los Orígenes de Replicación: Es el contacto inicial de un conjunto de proteínas que
preparan la región del genoma. Ocurre durante G1, antes de la replicación. El complejo que contacta se
denomina complejo ORC (complejo de reconocimiento de los orígenes). Permite que se unan otras
proteínas como las helicasas LCM, que son las responsables de abrir la doble hélice.
● Activación de los orígenes: Se activan las helicasas, que abren el ADN y generan dos horquillas de
replicación. Se activan mediante la fosforilación, que es dada por las quinasas presentes en el comienzo
de la fase S.
En eucariontes, los orígenes de replicación son flexibles, lo que quiere decir que aunque el 100% de los
orígenes se licencia, solo se activa un conjunto pequeño.
Un origen de replicación se activa una única vez por ciclo celular, ya que las helicasas tienen un
mecanismo de control: cuando se produce el inicio de la replicación, las proteínas accesorias del complejo ORC
se desprenden y son degradadas por moléculas que se activan durante S, impidiendo el funcionamiento de los
complejos ORC y así, el comienzo de la replicación.
La amplificación génica ocurre cuando se inician múltiples burbujas de replicación, generando una
replicación repetitiva de una región del genoma. No ocurre en condiciones normales en mamíferos.
Proteínas de unión a la simple cadena: Actúan llenando toda le extensión de la hebra simple y evitando la
rehibridización de esa zona.
Topoisomerasas: Alivian el superenrrollamiento, produciendo cortes reversibles en las hebras de ADN.
ADN polimerasas
Nuestro genoma codifica 14 ADN polimerasas, pero solo un subconjunto participa de la replicación del
genoma durante la fase S: Sólo α (alpha), δ (delta) y ε (epsilon) participan de la replicación del ADN nuclear.
γ (Gamma) replica exclusivamente el genoma de las mitocondrias.
β (Beta) participa en la reparación del ADN.
Todas las polimerasas necesitan desoxirribonucleótidos trifosfatados (dNTPs) como sustrato, y como
requerimiento necesitan un molde de ADN de cadena simple.
La procesividad es la capacidad de las polimerasas de permanecer unidas al molde y continuar la
replicación. Algunas polimerasas eucariotas tienen proteínas que modulan su procesividad, como PCNA
(Antígeno Nuclear de Células Proliferativas), que cumple la función de retener a la ADN polimerasa unida al
molde, formando un anillo alrededor del ADN.
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Las ADN polimerasas no pueden hacer síntesis de novo, lo que significa que no pueden comenzar la
síntesis de una hebra, sólo pueden elongar una hebra preexistente posicionada sobre un molde. Esta hebra
preexistente se denomina iniciador o cebador (o primer si te sentis fancy y lo queres decir en inglés), y es
sintetizada por la primasa.
La primasa sintetiza una pequeña hebra de ARN, que luego es elongada por la ADN polimerasa. Las
ARN polimerasas pueden sintetizar de novo, pero son mucho menos fieles a la hora de replicar el genoma.
La hebra en la que el sentido 3’ hidroxilo es opuesto al avance de la horquilla de replicación se sintetiza
en una serie de fragmentos, los fragmentos de Okazaki. Ya que las ADN polimerasas sintetizan en sentido 3’-5’,
se necesita que se adhieran varios primers a la hebra, y que se sintetice de manera discontinua.
Estos iniciadores luego son eliminados y reemplazados por ADN. En eucariotas, la polimerasa α tiene
actividad exonucleasa, formando un complejo con la primasa, por lo que este complejo sintetiza tanto los
primers como la elongación de la hebra, pero tiene baja procesividad. En la hebra continua, la polimerasa ε es
la encargada de la elongación.
En la hebra discontinua, los primers son sintetizados por la polimerasa α, pero cada fragmento es
extendido por la polimerasa δ. Además, rellena los espacios que dejan los primers. Luego, la ADN ligasa une
los fragmentos de Okazaki rellenados.
La extensión de una hebra preexistente se da a partir del extremo 3’ hidroxilo. La ADN
polimerasa usa el hidroxilo para unir el nucleótido entrante con la cadena en crecimiento, lo cual causa que
sintetice en sentido 3’-5’, y que las cadenas complementarias tengan sus extremos polares de manera opuesta,
es decir, que sean antiparalelas.
Telómeros
Los telómeros están compuestos por secuencias de repeticiones no codificantes, TTAGGG, la secuencia
telomérica. Cuando las células replican su ADN, fallan en replicar los últimos nucleótidos del extremo 5’ del
cromosoma. Por ende, con cada ciclo de replicación, los telómeros se acortan.
Algunas células, cuando sus telómeros se acortan hasta una distancia crítica, dejan de dividirse, y es
una señal de senescencia celular. Hay un número máximo de replicaciones que una célula puede realizar,
basándose en el acortamiento de sus telómeros.
El acortamiento de los telómeros no es heredado, y es propio de la especie. En ciertos tipos celulares,
los telómeros pueden replicarse, gracias a la telomerasa. Es una ribonucleoproteína que tiene actividad de
retrotranscriptasa, es decir, puede polimerizar ADN utilizando ARN como molde. Este molde de ARN está
contenido dentro de la misma enzima. Las células que expresan telomerasa son las células germinales y las
tumorales.
Fidelidad de la replicación
La fidelidad de la replicación se mantiene por dos mecanismos básicos:
● Las ADN polimerasas son extremadamente fieles a la hora de replicar el genoma.
● La estructura del ADN contiene la información que determina la hebra complementaria, por lo que las
ADN polimerasas tienen actividad de doble lectura, y pueden eliminar las bases incorrectas.
Reparación del ADN
Hay dos tipos de daños que el ADN puede sufrir: errores que se introducen en el momento de la
replicación ó daños físicos o químicos. También es importante diferenciar entre los errores que ocurren en una
sola hebra de los que ocurren en ambas hebras.
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El mal apareamiento de los nucleótidos puede ser detectado por la ADN polimerasa, pueden eliminar
las bases incorrectas en sentido 3’-5’. Esta actividad se denomina lectura de prueba o proofreading. Las ADN
polimerasas α no tienen actividad de proofreading, pero δ y ε, si.
Si estos malos apareamientos no se reparan en el momento en el que pasa la polimerasa, aparecen
como una deformación tridimensional de la doble hélice. Hay un conjunto de proteínas que detectan estos
malos apareamientos, denominadas sistema de reparación de mal apareamiento de bases (REMA). Este
sistema identifica cuál es la hebra molde, para poder definir cual de las dos bases mal apareadas es la que
contiene el error. Este mecanismo sólo puede hacerse al poco tiempo de la replicación, ya que la hebra molde
tiene un patrón de metilación que luego es replicado en la hebra hija.
Los daños bioquímicos pueden ocurrir espontáneamente en cualquier momento del ciclo celular. Estos
daños deben ser reparados antes de la siguiente replicación, a cargo del sistema de reparación por escisión.
Hay tres tipos:
● Reparación por escisión de bases: Se detectan molecularmente bases que no son naturales del ADN y
se eliminan. Luego, la ADN polimerasa β rellena el espacio vacío.
● Reparación por escisión de nucleótidos: Detecta la presencia de la formación de dímeros de pirimidina,
resultantes de la exposición a la luz UV, que bloquean la transcripción o replicación. Las bases son
eliminadas como parte de un oligonucleótido que contiene la lesión.
● Reparación acoplada a la trascripción: Se dedica a la reparación del daño en genes activamente
transcritos.
Cuando se rompen ambas hebrasde ADN deben ser reparados o la célula debe cometer apoptosis
(pegarse un tiro). Estos daños pueden ser reparados mediante el sistema de unión de extremos no
homólogos, que une a dos fragmentos que se han roto introduciendo mutaciones en el sitio de unión, ya que
se pierden nucleótidos en el punto de ruptura.
Otro sistema es la reparación recombinatoria. Utiliza la información de una hebra homóloga para
obtener generar una hebra hija sana que se utiliza como molde para reparar las hebras dañadas. Este sistema
no introduce mutaciones, y sólo funciona en las fases S y G2.
Reorganización del ADN
El ADN puede ser reorganizado mediante los siguientes mecanismos:
En la recombinación entre secuencias homólogas de ADN, las moléculas de ADN se recombinan
mediante roturas y uniones.
● Recombinación homóloga general: Se alinean las moléculas de ADN mediante el apareamiento de las
bases entre las hebras de ADN complementarias. Entre las moléculas homólogas se intercambian
hebras simples. Si estas hebras tienen una diferencia genética, las moléculas de ADN resultantes
contendrán ambos marcadores. Este mecanismo no altera la disposición de los genes en el genoma.
● Recombinación específica de sitio: Se da entre secuencias específicas de ADN, que normalmente son
homólogas en solo una pequeña porción. Está mediada por proteínas que reconocen estas secuencias
específicas.
En la transposición, las secuencias se mueven a través del genoma y no requiere secuencias
homólogas. Los elementos que se mueven por transposición se denominan transposones. Se dividen
dependiendo de si se transportan mediante un intermediario de ADN o ARN:
● Intermediario de ADN: Las secuencias de inserción se mueven de un sitio a otro sin replicar su ADN. La
transposasa rompe el ADN diana y corta los extremos de las secuencias invertidas repetidas. Luego,
une los extremos que cuelgan del ADN diana al transposón, y el espacio resultante se repara.
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● Intermediario de ARN: Se llaman retrotransposones, y se trasladan vía transcripción inversa de
intermediarios de ARN.
Seminario 2
CICLO CELULAR
La proliferación celular es el resultado del ciclo celular, el cual está regulado por diversos mecanismos
moleculares. Sólo un pequeño grupo de células tiene capacidad proliferativa. En tejidos adultos, la cantidad de
células que proliferan mantienen un balance con la cantidad de células que realizan apoptosis, para mantener
la población celular. Este mantenimiento de los tejidos se denomina autopoyesis, y se da por las células
madre, que mantienen capacidad proliferativa y tienen un grado muy bajo de diferenciación, con capacidad de
autorrenovarse.
También hay otro tipo de células madre que poseen una tasa más baja de renovación celular, inducida
por señales específicas. Otros tipos de células madre poseen una capacidad casi nula de renovación, como las
células musculares cardiacas y las del tejido nervioso. Es por esto que ante el daño de éstas, no hay
posibilidades de recuperación del daño que sufrió el tejido.
La diferenciación es la distinción morfológica y funcional de las células, dependiendo del conjunto de
genes específicos que se expresen en ella. La diferenciación suele conducir a la salida del ciclo celular, evitando
que la célula continúe dividiéndose (los hepatocitos son una excepción).
La citometría de flujo es una técnica que permite medir la capacidad proliferativa de las células in
vitro, generando una suspensión de células en solución. Luego, estas células en suspensión pasan por un
citómetro de flujo que tiñe su ADN y permite ver la cantidad de ADN que contenga dependiendo de la
fluorescencia que emita. Si la cantidad de fluorescencia es doble a la que se espera por la especie, significa
que tiene el doble de ADN, y la célula debe encontrarse en G2.
El índice mitótico es la cantidad de células que están en mitosis en un tejido en un momento dado.En
un tumor, el índice mitótico indica el grado de agresividad.
𝐼𝑛𝑑𝑖𝑐𝑒 𝑚𝑖𝑡𝑜𝑡𝑖𝑐𝑜 = 𝑁ú𝑚𝑒𝑟𝑜 𝑑𝑒 𝑐é𝑙𝑢𝑙𝑎𝑠 𝑒𝑛 𝑚𝑖𝑡𝑜𝑠𝑖𝑠𝑁ú𝑚𝑒𝑟𝑜 𝑡𝑜𝑡𝑎𝑙 𝑑𝑒 𝑐é𝑙𝑢𝑙𝑎𝑠 × 100
Regulación del ciclo celular
El cambio de una fase a otra del ciclo celular es un cambio drástico, regulado por diversos procesos, y
se conoce como transición regulada del ciclo celular.
El punto de restricción es la transición regulada entre finales de G1 y el comienzo de S. Está mediado
por procesos de fosforilación que se dan muy rápidamente, por las quinasas. La fosforilación es una
modificación reversible, dada por las quinasas CDK ciclinas (o quinasas dependientes de ciclinas).
Las CDK ciclinas son un complejo compuesto por dos subunidades:
● Subunidad CDK (Quinasa dependiente de ciclina): Es la subunidad catalítica. Es la que tiene la
capacidad quinasa, es decir, de fosforilar.
● Ciclina: Es la subunidad regulatoria.
Los complejos de CDK están nombrados dependiendo del momento celular que regulan. (Ciclinas G1
CDK y G1-S CDK fosforilan sustratos que permiten a las células pasar a fase S). Estas distintas ciclinas con
actividad quinasa actúan en diferentes momentos del ciclo celular, permitiendo un cambio en la actividad de
las proteínas, y así dando lugar a la transición regulada para cambiar de fase.
La quinasa dependiente de ciclina encargada de la entrada a la fase M se denomina factor promotor de
la maduración. Es un dímero compuesto por una subunidad de CDK1 y una subunidad de ciclina B.
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CDK4 y CDK6 con ciclina D controlan el paso del punto de restricción en G1.
CDK2/ciclina E controlan el paso al final de G1. Se requiere para el paso de G1 a S.
CDK2/ciclina A se requiere para la progresión a través de la fase S.
CDK1/ciclina A regulan la progresión hasta G2.
CDK1 /ciclina B se requiere para el paso de G2 a M. También participa en otras cositas.
El principal determinante para el funcionamiento de estos complejos es la presencia de la ciclina, que
permite que se active la quinasa. Las ciclinas no están presentes de manera constante durante el ciclo celular,
sino que tienen etapas de síntesis y degradación, y su disponibilidad es limitada. Gracias a esto, las CDK se
activan sólo cuando deben hacerlo.
La degradación de las ciclinas está mediada por el sistema ubiquitina-proteosoma. Es un sistema que
permite que ciertas proteínas se degraden de manera muy rápida, uniendole una serie de péptidos
denominados ubiquitina. La ubiquitina “marca” a la proteína, y conduce al proteosoma al degradarla.
Para que se pase a anafase, las cromátidas hermanas deben separarse. Estas cromátidas se encuentran
unidas en varios puntos por una proteína denominada cohesina. Estas cohesinas son degradadas por una
enzima denominada separasa, que, hasta el momento del paso a la anafase, se encuentra inactiva, unida a
una proteína denominada securina. El complejo promotor de la anafase induce la ubiquitinización de la
securina, y así, activa la separasa que degrada las cohesinas, y separa a las cromátidas hermanas.
Este complejo promotor de la anafase está compuesto por una subunidad del complejo promotor de la
anafase inactivo y la proteína CDC20 (?). La síntesis de CDC20 sólo se produce cuando la ciclina mitótica
fosforila factores de transcripción e inducen la transcripción del gen de esta proteína.
También se requiere que el complejo promotor de la anafase inactivo se fosforile, actividad realizada
por el factor promotor de la maduración.
Puntos de control del ciclo celular
Son señalizaciones intracelulares que se activan cuando la célula no replicó aún la totalidad de su
genoma, o cuando existen daños en el ADN. Estas señales detienen el ciclo celular, y estos diversos puntos de
control funcionan a lo largo del ciclo celular para asegurar que los genomas completos se transmitan a las
células hijas. Si los daños pueden ser reparados, se continúa con el ciclo celular. De no ser así, la célula comete
muerte celular programada (se pega un corchazo).
P53 es un factor de transcripción, una proteína que se encuentra sometida a una rápidadegradación
en las células. Ante daños en el genoma, P53 se fosforila y deja de ser ubiquitinada. Al estar activa, induce la
transcripción de P21, una proteína que causa que la célula no pueda comenzar la replicación de su genoma,
por lo que se detiene el ciclo celular.
Una vez que la célula comienza la replicación de su genoma, las señales que frenan el ciclo celular
dejan de ser efectivas. Los puntos de control de daños al ADN funcionan en las fases G1, G2 y S del ciclo
celular, y garantizan que el ADN dañado no se replicara ni se transmitirá a las células hijas. -
● El punto de control de G2 impide el comienzo de la mitosis siempre y cuando la célula no haya
completado la replicación o reparado las lesiones existentes. El ADN dañado activa una vía de
señalización que da lugar a la detención del ciclo celular.
● El punto de control de G1 hace posible la reparación de cualquier lesión en el ADN con anterioridad al
inicio de la fase S, en la que tendría lugar la replicación del ADN dañado. Este punto asegura tanto la
monitorización continua de la integridad del ADN para asegurar su reparación en caso de daño, como
también representa a su vez un mecanismo de control de calidad que favorece la reparación de
cualquier error.
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● El punto de control al final de la mitosis es muy importante ya que mantiene la integridad del genoma,
supervisando que los cromosomas se alineen de manera correcta en el huso mitótico. Esto asegura que
se distribuya un juego completo de cromosomas a cada célula hija. La alineación incorrecta de uno o
más cromosomas en el huso mitótico provoca que la mitosis se detenga en la metafase, antes de la
segregación de los cromosomas recién replicados a los núcleos de sus células hijas. Gracias a este
punto de control, los cromosomas no se segregan hasta que se disponga de un juego completo de
cromosomas para ser distribuido a cada célula hija.
Los factores de crecimiento son pequeños péptidos, mitógenos, que actúan sobre receptores en la
superficie de la célula y producen una activación intracelular que estimula la división celular. Estos factores de
crecimiento también se combinan con factores de transcripción.
Uno de estos factores de transcripción es MYC, que promueve la transcripción del gen MYC, el cual a su
vez promueve la transcripción de varios genes. Uno de ellos codifica para la ciclina D, es decir que permite el
funcionamiento de el complejo G1 CDK/ciclina D. Otro, transcribe una subunidad regulatoria, que degrada la
proteína que le pone un freno a la CDK G1.
Regulación de los mecanismos de división celular en la fase M
En la fase M se produce la reorganización de casi todos los componentes de la célula. Durante la
mitosis, los cromosomas se condensan, la envoltura nuclear de la mayoría de las células se desintegra, el
citoesqueleto se reorganiza para formar el huso mitótico, y los cromosomas migran a polos opuestos. Tras la
segregación (migración) de los cromosomas se suele producir la división de la célula (citocinesis). Por ende,
podemos decir que la mitosis se divide en 4 etapas: profase, metafase, anafase y telofase. Todos los procesos
llevados a cabo en la mitosis son iniciados mediante la activación de la proteína quinasa CDK1/ciclina B (MPF).
En particular, las proteína-cinasas de las familias cinasas Aurora (A y B) y cinasas tipo Polo se activan
coordinadamente con CDK para señalizar el paso a la fase M. Estas actúan en un bucle de retroalimentación
positiva: CDK activa a las cinasas Aurora, que activan a las cinasas tipo Polo, que a su vez activan a la CDK.
Estas proteínas-cinasas son responsables (junto con la activación de CDK/ciclina B) de la condensación
de la cromatina, rotura de la cubierta nuclear, fragmentación del aparato de Golgi, y reorganización de los
microtúbulos para formar el huso mitótico.
Pérdida del control del crecimiento normal
La principal alteración que causa el desarrollo del cáncer es la proliferación continua e incontrolada de
células tumorales. En vez de responder apropiadamente a las señales que controlan el comportamiento
celular normal, las células cancerosas crecen y se dividen de manera incontrolada. La pérdida del control del
crecimiento que muestran las células cancerosas es el resultado neto de la acumulación de alteraciones en
múltiples sistemas reguladores de la célula.
Las células cancerosas manifiestan alteraciones en los mecanismos que regulan la proliferación,
diferenciación y supervivencia celular normal, y se pueden observar en muchos comportamientos celulares.
La principal diferencia entre las células normales y las células tumorales es que las células normales
proliferan hasta una densidad celular determinada, y luego quedan detenidas en G0. En cambio, las células
tumorales proliferan sin restricciones, e incluso en algunos casos producen factores de crecimiento que
estimulan su propia proliferación.
Las células cancerosas tienen menor capacidad de adhesión que las células normales, ya que expresan
menos moléculas de adhesión de la superficie celular. También suelen secretar proteasas, que degradan los
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componentes de la matriz extracelular y permite a las células tumorales invadir los tejidos normales
adyacentes.
Muchas células cancerosas no sufren apoptosis, por lo que tienen ciclos vitales más largos en
comparación con las células normales.
Existen algunos genes específicos capaces de inducir la transformación de una célula normal a una
célula tumoral, denominados oncogenes. La mayoría de los cánceres humanos surgen debido a causas como
radiación y carcinógenos químicos, pero también existen oncogenes retrovirales, pertenecientes a virus que
infectan las células y replican se replican. Los oncogenes retrovirales no están involucrados en la replicación
del virus, pero son muy similares a genes de células normales gen, por lo que la hipótesis actual es que el
oncogén surge de la recombinación entre el ADN viral y el de la célula normal.
Los protooncogenes son los genes de las células normales a partir de los cuales se originan los
oncogenes retrovirales. Si estos genes se expresan de manera anormal o han mutado, dan lugar a los
oncogenes, e inducen una proliferación anormal en la célula. Son genes reguladores importantes, y en muchos
casos codifican proteínas que intervienen en la proliferación celular normal.
Existen también genes supresores de tumores, que, a diferencia de los oncogenes, inhiben el
desarrollo del tumor. Uno de ellos es el Rb. La pérdida o inactivación por mutación de Rb contribuye a que se
desarrollen diversos tipos de cáncer en humanos. Las proteínas que estos genes codifican intervienen como
inhibidores de la proliferación o de la supervivencia celular.
Seminario 3 y 4
REGULACIÓN DE LA EXPRESIÓN GÉNICA
Generalidades de ARN y transcripción
Diferencias en la transcripción en eucariotas y procariotas:
Procariota Eucariota
ADN Desnudo Con cromatina
Promotor Cajas y zona operadora Sólo cajas
Cistrón (genes) Policistrones Monocistrones
ARN polimerasa Una sóla, con 5 subunidades Tres, con 11-15 subunidades
Estabilización El ARN recién escrito no tiene 7-metil-guanosina o CAP,
secuencia de poliA en 3’
Comienzo ARN polimerasa, se autocopia al
promotor
ARN polimerasa
Tipos de ARN:
● ARNm: Mensajero. Codifican para proteínas.
● ARNt: Transferencia. Son carriers para reconocer un aminoácido. Tienen un anticodón que se acopla al
gen para su lectura y le entregan el aminoácido dependiendo del gen que “lean”.
● ARNr: Ribosomal. Aceptan el ARNt y forman el ribosoma blah blah blah etc.
Existen también otros ARN, más fancy y que no se vieron en el CBC:
Son pequeños y no tienen más de 200 nucleótidos:
● Small nuclear ARN: Catalizan las reacciones de splicing de ARNm.
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● Small nucleolar ARN: Procesan y modifican químicamente al ARNr.
ARN con funciones reguladoras de la expresión génica:
● MiARN: MicroARN, regulan negativamente la traducción y la estabilidad de los ARNm.
● PiARN: ARN asociado a proteínas Piwi (???).Participan en el silenciamiento de transposones.
● LncARN: Long, non coding ARN. Regulan la expresión génica. Participan en la inactivación del
cromosoma X y el imprinting (un mecanismo de silenciamiento sin modificar el genoma, regulando la
expresión marcando al ADN que será silenciado).
Otros:
● SRP-ARN: ARN de la partícula de reconocimiento de la señal. Participan en el proceso de localización de
proteínas.
● TERC: Componente de ARN de la telomerasa.
En la transcripción, hay una zona específica a partir de la cual se empieza a transcribir . El nucleótido de
origen de transcripción se denomina +1, y los nucleótidos codificantes se escriben en positivo y los no
codificantes, en negativo. La transcriptasa lee una hebra y polimeriza. Una de las hebras codifica un
mensajero, y la otra codifica un complementario. La unión de estos dos mensajeros complementarios regula
cuántas proteínas se pueden producir.
Existen tres polimerasas de ARN:
● ARN polimerasa I: Se encarga de la transcripción de ARN ribosomales. ARNr 5.8S ARNr 18S y ARN 28S
● ARN polimerasa II: ARNm, snoARN, miARN, piARN, LncARN, TERC.
● ARN polimerasa III: ARNt A, ARNr 5S, Small nucleolar ARN y SRP-ARN.
Regulación de la transcripción génica pretranscripcional
La regulación de la expresión génica pretranscripcional depende de la posibilidad de la maquinaria de
transcripción de acceder al ADN. La condensación de la cromatina es un factor importante, ya que los genes
sólo pueden transcribirse si la cromatina está laxa.
La metilación del ADN no permite que la maquinaria transcripcional reconozca el sitio de inicio de la
transcripción, efectivamente reprimiendo ese gen. Además atrae proteínas remodeladoras de la cromatina,
que condensan la cromatina e impiden la expresión de esos genes, dando lugar a una hipermetilación. La
metilación de las histonas también favorece la condensación, ya que permite que las histonas se unan con
mayor afinidad al ADN, y por lo tanto, lo condensen.
Los patrones de metilación se mantienen de forma estable tras la replicación del ADN, gracias a las
metiltransferasas de mantenimiento, por lo que un gen metilado (y por lo tanto, reprimido) en una célula
parental continuará estándolo en las células hija. Los cambios heredables en la expresión de genes sin cambios
en la secuencia de nucleótidos se denomina epigenética.
Las histonas en su estado natural tienen colas de carga positiva, y tienden a unirse al ADN, que tiene
carga negativa. La acetilación neutraliza la carga positiva de la lisina de las histonas agregando un grupo acetilo
y no permite que se condense la cromatina, por lo que activa la transcripción del sitio que acetile. Es
reversible.
Los complejos remodeladores de la cromatina tienen la capacidad de modificar la posición de las
histonas respecto del ADN, facilitando o dificultando el acceso a la maquinaria de transcripción.
La heterocromatina constitutiva tiene una compactación muy estable, y están asociadas a regiones
génicas de secuencias repetidas de TANDEM.
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En cambio, la heterocromatina facultativa está asociada a regiones que sí contienen genes, pero que
se encuentran silenciados respondiendo a señales del contexto celular y del ambiente, por lo que tienen
dinamismo, y pueden pasar a expresarse.
Regulación de la transcripción génica transcripcional
La regulación de la expresión génica transcripcional actúa mediante factores proteicos de la
transcripción que se unen al ADN. Los factores reconocen una secuencia específica en un lugar próximo a un
inicio de transcripción y modifican la regulación de esta transcripción.
● Factores basales: Son necesarios para todas las transcripciones. Se unen al sitio promotor y promueven
la transcripción.
● Factores específicos: Promueven la transcripción pero no son obligatorios para que se de. Acercan o
alejan la zona reguladora a la zona promotora.
● Correguladores: Pueden ser coactivadores o correpresores. No se unen al ADN, sino a los factores
específicos de transcripción, y puede inhibir o promover su acción.
Los reguladores pueden ser potenciadores o represores, y su efecto no depende de donde se
encuentren, ya que aunque se encuentren muy distales al promotor, el ADN se dobla formando un bucle para
permitir su participación en la transcripción.
Las proteínas reguladoras aisladoras no permiten el paso de la maquinaria de transcripción, y, por lo
tanto, separan dominios de ADN (separa zonas de alta, media y baja transcripción).
CONTROL COMBINATORIO: El correpresor suele estar asociado a enzimas que tienden a condensar
parcialmente la cromatina, y el coactivador se acopla a enzimas que facilitan el avance de la acetiltransferasa.
Estos son los complejos remodeladores de la cromatina y las enzimas encargadas de la acetilación y
metilación.
A medida que la ARN polimerasa avanza, los complejos remodeladores de la cromatina van
modificando la posición de las histonas para permitir el avance de la maquinaria de transcripción (si es un
potenciador) o condensan la cromatina en esa zona específica (si es un represor).
El complejo mediador es un corregulador que relaciona los factores específicos con los factores
basales.
DATOS:
Los receptores de hormonas esteroideas tienen una zona donde se une la hormona. Esta unión permite
la acción de los factores de transcripción, y es de efecto rápido. Cuando no tiene una hormona unida, tiene un
inhibidor.
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Las proteínas Hox regulan otros genes. Se unen a la secuencia de ADN y participan en la identidad
posicional.
La rifampicina es un antibiótico que inhibe el inicio de la transcripción en procariontes, pero no tiene
ningún efecto en eucariontes.
Mecanismo de la transcripción
Para que la ARN polimerasa se mantenga unida al ADN, su cola se fosforila, lo que le permite adherirse
al ADN y le da la procesividad que necesita para transcribir. Las ARN polimerasas no necesitan de un primer, y
carecen de función correctora de prueba. El ARNm es transcripto por la ARN polimerasa II.
La transcripción se da en tres etapas: Iniciación, elongación y terminación.
DATO: En las células procariotas la transcripción y la traducción están acopladas y se dan en el citoplasma, por
lo que no pueden sufrir modificaciones postranscripcionales. En eucariotas la transcripción ocurre en el núcleo
y la traducción en el citoplasma.
EN PROCARIOTAS:
INICIACIÓN
La ARN polimerasa reconoce el sitio promotor, uniéndose a una unidad sigma para reconocerlo.
También se produce una apertura de la doble hélice.
ELONGACIÓN
Se libera la unidad sigma y la ARN polimerasa continúa por la cadena.
TERMINACIÓN
Sigue avanzando hasta que reconoce un sitio de terminación. Por complementariedad de bases se
forma una horquilla en el ARNm, que permite que se separe y libere.
EN EUCARIOTAS:
INICIACIÓN
Para que se comience la transcripción, es necesario que los factores de transcripción basales se unan al
sitio promotor, y que la cromatina esté lo suficientemente laxa como para que la maquinaria de transcripción
pueda acceder a los genes.
La caja TATA es reconocida por el factor de transcripción TF II D, al que luego se le unen el factor TF II B
y TF II A. Una vez formado este complejo, la polimerasa, unida a otros factores (como el factor TF II H, que es el
que tiene propiedad helicasa), se une al sitio de origen de la transcripción.
El factor FT II H tiene función helicasa, fosforila la cola de la ARN polimerasa, y forma parte del sistema de
reparación del ADN
ELONGACIÓN
Cuando se produce la polimerización de la cola carboxilo de la ARN polimerasa, se liberan los factores
de transcripción y la ARN polimerasa se desplaza por la hebra, elongando el ARNm.
TERMINACIÓN
Hay una zona de terminación, que es reconocida por la ARN polimerasa. La ARN polimerasa tiene
acción exonucleasa, separa el ARN y le aplica una cola poliA (que luego se someterá al splicing).
La ARN polimerasa continúa sintetizando pequeños segmentos de ARN, que son destruidos por
endonucleasas.
//Seminario 4
Regulaciónde la transcripción génica postranscripcional
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La regulación de la expresión génica postranscripcional implica todas las modificaciones que el ARNm
puede sufrir luego de haber sido transcrito. El procesamiento del ARNm es esencial para que pueda ser
exportado al citosol y que pueda ser traducido.
Hay tres pasos de procesamiento que sufre el ARNm eucariota, que ocurren mientras el ARNm está
siendo traducido:
● Capping: Se le agrega un grupo (7-metilguanosina) al extremo 5’, que permite la unión de un complejo
proteico (complejo de unión al cap) que le da estabilidad, evitando que el ARN sea degradado por
exonucleasas presentes en el lugar. Además, participa en la exportación y en la traducción.
● Splicing: Es el corte de los intrones (secciones no codificantes que se eliminan) y empalme de los
exones (son traducidos). Varias enzimas reconocen las secuencias límite de los intrones. Hay tres
secuencias que reconocen: una en el extremo 3’, otra en el extremo 5’, y una adenina particular en el
interior del intrón.
Los snARN (small nuclear ARN) se unen a un conjunto de proteínas accesorias para formar
ribonucleoproteínas pequeñas nucleares (SNRNP) y catalizar el splicing. Los snARN pueden reconocer
por complementariedad de bases los nucleótidos que delimitan los intrones. Los SNRNPs se unen entre
sí para formar el spliceosoma.
Los spliceosomas producen un corte en el sitio 5’ del intrón, que se activa y se une a la adenina
característica del punto de ramificación, formando un lazo. La segunda reacción es la ruptura del
extremo 3’ y la unión covalente de los dos exones.
Un factor que favorece la precisión es el fenómeno de splicing cotranscripcional, ya que los SNRNPs
solo están expuestos a un intrón (el resto todavía no se transcribió).
○ Splicing alternativo: Un mismo gen puede dar distintos ARNm, y por ende, distintos productos
proteicos. Consiste en combinar distintos exones, o que algunos intrones formen parte del
transcripto maduro. También se pueden remover exones y conservar sólo intrones. Esto se da
en⅔ de los genes humanos.
Los splicings alternativos ocurren gracias a conjuntos de proteínas que pueden interactuar con
los sitios de splicing. La unión de proteínas a diferentes sitios puede permitir o evitar el splicing
en ese sitio, dando lugar a un splicing alternativo.
● Poliadenilación: La secuencia de stop es reconocida por un grupo de enzimas, que cortan al ARNm, y la
ARN polimerasa sigue transcribiendo algunos segmentos de ARN. Además, estas enzimas se encargan
de la poliadenilación (agregan la cola poli A) del ARN. La enzima poliA polimerasa, es una enzima que
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puede sintetizar sin ningún molde, y agrega cerca de 200 nucleótidos de adenina al extremo 3’ del ADN
mensajero. La cola de poli A regula la estabilidad de los ARNm, a la cual se le unen poliA binding
proteins, que previenen que la molécula de ARN sea degradada por las exonucleasas.
El ARN es una molécula muy degradable. Las exonucleasas degradan al ARN sólo desde sus puntas, y las
endonucleasas degradan desde el medio del ARN.
Hay una zona de nucleótidos antes del codón de iniciación que no se codifica, conocida como el
extremo 5’ no codificante de los mensajeros. Las secuencias presentes en el extremo 5’ y 3’ no traducidos
(exones) tienen un rol fundamental en regular la estabilidad de los mensajeros. No son codificantes, pero
regulan la vida media de los ARNm.
Procesamientos postranscripcionales de ARN varios
Los genes del ARNt están transcritos por la ARN polimerasa III, y, por lo tanto, carecen de cola de poliA,
y de la modificación del capping. Tienen splicing, pero es diferente. Ocurren en el nucleolo, en cuatro pasos.
Primero se les remueve del extremo 5’, luego se les escinde una región intrónica cercana a la región que luego
va a funcionar como anticodón, se les remueve ciertos nucleótidos en el extremo 3’ y se le modifican algunas
bases.
La subunidad mayor de los ribosomas está compuesta por 3 ARNr de distinto tamaño (5S, 28S y 5,8S), y
la subunidad menor sólo está compuesta por un ARNr (18S). Son enormes ribonucleoproteínas. Los ARNr
tienen una muy lenta tasa de producción. Se transcriben a partir de dos precursores: 45S, que se transcribe a
partir de genes transcritos por la ARN polimerasa I; y 5S, transcripto por la ARN polimerasa III. El ensamblaje
de los ribosomas ocurre en el nucleolo. A los ARNr se le cortan los intrones pero no se empalman los exones, y
quedan los exones como partes separadas.
Traducción
Una vez que el ARNm sale del núcleo y llega al citosol, es reconocido por factores de iniciación de la
traducción (EIF, Eukaryotic initiation factor). Una de estas proteínas interactúa con el complejo de unión al
cap, reemplazandolo, y otro complejo interactúa con las proteínas de unión a la cola de poli A. Estos complejos
también interactúan entre sí, generando una estructura cerrada sobre sí misma. Una vez que estos complejos
hayan se hayan unido a los extremos del ARNm y hayan interactuado entre sí, el ribosoma podrá reconocer al
ARNm para comenzar su traducción.
Este complejo es reconocido por la subunidad ribosomal menor, que se mueve por el transcripto hasta
llegar al primer codón de inicio de la traducción. Luego, se une la subunidad mayor del ribosoma, y comienza
el proceso de traducción.
Cada uno de los ARNm puede ser traducido varias veces, siendo reconocido por múltiples ribosomas, y
formando así el polirribosoma, varios ribosomas avanzando por el ARNm.
En la elongación participan los factores de elongación, que agregan el transfer con el aminoácido al
complejo ribosomal, en el sitio peptídico. La unión peptídica entre aminoácidos es llevada a cabo por la
peptidiltransferasa.
La regulación del inicio de la traducción se puede dar de forma negativa. La regulación puede
controlarse mediante proteínas represoras y micro ARN (miARN) no codificantes, además de estar moderada
en respuesta al estrés celular, la disponibilidad de nutrientes y la estimulación por factores de crecimiento.
La vida media de un ARNm es diferente en distintos tipos celulares, y por ende la cantidad de producto
funcional es diferente. Las vidas medias están sujetas a regulaciones, y los ARNm se pueden estabilizar para
aumentar su vida media o desestabilizar, para degradar.
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La regulación de la vida media de los ARNm está dada por secuencias presentes en el extremo 3’ de los
mensajeros, que pueden ser reconocidas por un conjunto de proteínas, favoreciendo o desfavoreciendo la
estabilidad de el mensajero.
Los microARNs regulan la estabilidad de otros mensajeros. Se unen a un complejo efector formado por
proteínas, y actúan guiando a este complejo efector (por complementariedad de bases), a la secuencia de un
determinado mensajero, al que regulan. Los microARN son reguladores negativos de la expresión génica,
causan que el transcripto al que se unan comience a ser degradado.
Existe un mecanismo de control de calidad de las biomoléculas, es decir, controlar que no haya habido
algún error en el procesamiento que afecte su funcionalidad. Se denomina degradación del ARN mensajero
mediada por mutación terminadora, o en inglés nonsense mediated decay (NMD).
Una mutación que genera un codón stop prematuro se denomina una mutación sin sentido (Nonsense
mutation). Aquellas que generen un codón stop prematuro serán degradadas por el NMD, para evitar la
formación de proteínas truncadas.
Cuando el ribosoma llega al codón de stop prematuro, se desensambla, dejando sin traducir el resto
del ARNm, por lo que no va a remover ni modificar los complejos proteicos de unión de exones que se colocan
en los sitios donde se da el splicing. Estos complejos proteicos que no son removidos, reclutan exonucleasas
que rápidamente degradan al mensajero.
Regulación de la vida media y estabilidad de las proteínas
El hecho de que exista una proteína no es igual a que exista actividad de esa proteína, ya que pueden
ser reguladas (o silenciadas). La regulación de estas proteínaspuede producirse en un rango de tiempo muy
acotado.
La mayoría de las enzimas son reguladas por cambios en su conformación (mediante la unión de
moléculas como aminoácidos o nucleótidos) que modifican su actividad. Esto se denomina regulación
alostérica y un ejemplo sería la retroalimentación negativa.
La fosforilación, catalizada por quinasas, cambian drásticamente la actividad de las proteínas, y puede
modificar también su vida media. Es reversible, por acción de las fosfatasas, y es un cambio de acción muy
rápido.
La unión de una molécula reguladora a la proteína altera su conformación mediante cambios en las
interacciones entre sus subunidades (polipéptidos que pueden ser iguales o distintos en una misma proteína),
es decir, en las uniones peptídicas. Entonces, las interacciones proteína-proteína también pueden modificar
su actividad.
La vida media de las proteínas puede ser modificada por diferentes vías, una de ellas siendo la
ubiquitina-proteasoma, en la cual las proteínas quedan marcadas para su degradación por el proteasoma
mediante la ubiquitinización del grupo amino de la lisina. Las proteínas que se poliubiquitinan son
rápidamente degradadas dentro de las células. Las enzimas que participan en el reconocimiento y
ubiquitinación de las proteínas a degradar son las ubiquitin ligasas.
Seminario 5
TÉCNICAS DE ESTUDIO EN BIOLOGÍA CELULAR Y MOLECULAR
El objetivo de las técnicas es cuantificar la expresión de una determinada proteína o ácido nucleico,
saber si se expresa homogéneamente en un tejido, y su localización.
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Anticuerpos
Los anticuerpos son un grupo de proteínas producidas por los linfocitos B y forman parte de la
respuesta inmune. Los linfocitos B producen en su superficie receptores que tienen la capacidad de reconocer
y unirse a moléculas presentes en la superficie de diversas bacterias y agentes extraños. Los linfocitos luego se
diferencian en plasmocitos, que secretan anticuerpos para el agente extraño. Esta capacidad de un
reconocimiento diverso de moléculas, se da por un proceso genético y se denomina recombinación somática.
Los anticuerpos, al tener esta capacidad de reconocer específicamente otras proteínas, pueden ser
utilizados como una herramienta para identificar una proteína que sea de interés.
Las metodologías para obtener anticuerpos se basan en reproducir la respuesta inmune en un
vertebrado. La proteína de interés es reconocida como agente extraño por los linfocitos B, quienes reconocen
determinadas superficies de la proteína, y activarán clones de linfocitos B, que se diferenciarán y comenzarán
a producir anticuerpos para la proteína. Para recuperar estos anticuerpos, se toma sangre del animal y se la
centrifuga.
Los anticuerpos obtenidos por esta metodología son un conjunto de anticuerpos, todos reconociendo
como antígeno a la proteína de interés, pero no son todos iguales entre sí, ya que diferentes plasmocitos
reconocerán distintos aspectos estructurales de la proteína. A este tipo de anticuerpos se los denomina
policlonales. Cada uno de los aspectos estructurales distintos presentes en una sola proteína que fueron
reconocidas por los anticuerpos se denominan epitopes.
Los anticuerpos monoclonales son aquellos que sólo reconocen un único epitope. Son derivados de
una única línea de linfocitos B, y se obtienen fusionando plasmocitos con células tumorales, un hibridoma. De
las células tumorales, los hibridomas heredan su capacidad proliferativa constante; y de los linfocitos B,
heredan la capacidad de producir anticuerpos específicos.
Inmunofluorescencia/inmunohistoquímica
Utiliza anticuerpos para determinar la localización de diversas proteínas en un tejido o población
celular. Puede aplicarse de manera:
● Directa: Se utilizan anticuerpos que reconozcan una proteína de interés. Para ser visible, se une al
anticuerpo moléculas de fluoróforos, que al ser iluminadas por una determinada longitud de onda
pueden emitir fluorescencia (Inmunofluorescencia). En vez de fluoróforos en la fracción cristalizante, se
puede colocar una enzima capaz de generar un producto coloreado cuando se le agrega un sustrato
incoloro (inmunohistoquímica).
● Indirecta: Se utilizan dos conjuntos de anticuerpos distintos. El primero, reconoce a nuestra proteína de
interés, se denomina anticuerpo primario, y no porta el fluoróforo o la enzima. El segundo conjunto de
anticuerpos, los anticuerpos secundarios, reconocen la fracción cristalizable del anticuerpo primario.
En su fracción cristalizable se encuentran ubicados los fluoróforos o las enzimas cromogénicas. Para
obtener un anticuerpo secundario, se toma la fracción cristalizable de un anticuerpo primario y se
inmuniza a un animal.
La ventaja de esta técnica es que un anticuerpo primario puede ser reconocido simultáneamente por
varias moléculas de anticuerpos secundarios, por lo que es mucho más visible. Otra de las ventajas es
que permite combinar fluoróforos de distintos colores, para utilizar anticuerpos primarios distintos, y
poder determinar la localización intracelular de 2 proteínas.
Fracción subcelular
El objetivo de esta técnica es obtener fracciones puras de un determinado componente celular. Se da
en dos etapas:
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● Etapa I, ruptura mecánica del tejido: Se rompe mecánicamente el tejido para generar una solución en
un medio isotónico (para que las células no exploten por diferencia de presión osmótica). Esta solución
se denomina homogenato, y en ella se encuentran todos los núcleos, mitocondrias, ribosomas, citosol;
mientras que todas las membranas grandes se rompen en pequeños fragmentos que se resellan y
forman pequeñas vesículas denominadas microsomas.
Se utiliza una máquina denominada homogeneizador.
● Etapa II, centrifugación: Se centrifuga en diferentes secuencias (cada vez más veloces) al homogenato
para separar los componentes mediante la fuerza centrífuga. Mientras mayor sea la densidad y el
tamaño de las partículas, más fácil será que precipiten hacia el fondo del tubo.
En cada una de estas centrifugaciones el homogenato se divide en 2 partes: aquellos componentes que
van hacia el fondo se denomina pellet, y aquello que quedó en suspensión, sobrenadante. En cada
centrifugación se pasa el sobrenadante al siguiente tubo, y en cada centrifugación se divide algún
componente. Así, queda cada componente separado en cada tubo.
Para comprobar que un fraccionamiento ha tenido éxito, se utiliza a enzimas que se sabe tienen una
localización celular específicas como indicador.
Western Blot
Es una técnica que utiliza anticuerpos para determinar la presencia de una proteína de interés. Permite
determinar la presencia y los niveles de expresión de una proteína en particular en un homogenato. Se da en
tres etapas:
Separación por tamaño:
Todas las proteínas que están presentes en una célula son separadas de acuerdo a su tamaño,
mediante el uso de una electroforesis en gel. Se utiliza la presencia de un campo eléctrico para permitir la
migración de las moléculas que tienen carga eléctrica, y migrarán por atracción o repulsión a un polo positivo
o negativo.
Primero, se trata a la muestra biológica con un detergente, sulfato de sodio (SDS), que tiene una carga
eléctrica negativa, y puede unirse en altas concentraciones, rodeando la superficie de todas las proteínas.
Todas las proteínas se desnaturalizan por acción del gel y pierden su estructura axial, y además quedan
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recubiertas por las moléculas de SDS, es decir, quedan rodeadas de cargas negativas. Esto hará apropiadas a
todas las moléculas para migrar hacia el polo contrario.
Esta migración de las moléculas se da en un gel (constituido por una fuerte red de fibras). Las
moléculas que van a migrar tienen que atravesar una serie de diversos poros, lo que implica una dificultad
mayor para migrar a aquellas moléculas más grandes. Los péptidos más pequeños migran más, y las moléculas
grandes migran menos.
Transferencia a un soporte sólido:
Se transfiere todas las proteínas, separadas segúnsu tamaño, a una membrana más ordenada. Se
superpone el gel con una membrana y se hace pasar una corriente eléctrica que permite a las proteínas
moverse hacia la membrana.
Visualización mediante la marcación de proteínas con anticuerpos
Se utilizan anticuerpos primarios o secundarios para la proteína de interés (se utiliza
inmunohistoquímica o inmunofluorescencia).
PCR (polymerase chain reaction) punto final - semi cuantitativa
Permite la amplificación de un fragmento de ADN en una reacción in vitro. Como consecuencia de la
aplicación de esta técnica pueden generarse millones de copias del fragmento de ADN específico amplificado a
partir de un número muy bajo de copias iniciales.
Se necesita un primer de ADN específico de la secuencia de nucleótidos que queremos, una polimerasa
resistente a los cambios de variación de temperatura, la TAQ polimerasa.
Se eleva la temperatura a 95°, desnaturalizando la molécula de ADN separando sus puentes de
hidrógeno. Luego, se baja la temperatura a 72°, donde trabaja a la ADN TAQ polimerasa, sintetizando la
cadena complementaria. No habrá fragmentos de okasaki ni cadena retrasada.
Para unir las hebras semiconservativas, se desciende la temperatura a 65°, para que se unan los
puentes de hidrógeno.
Se repite el ciclo la cantidad de veces que sea necesario para obtener una muestra amplificada de esa
parte del genoma.
Como paso final, se realiza una electroforesis en gel, que separa las moléculas de ADN dependiendo de
la cantidad de bases que contenga. Se las visualiza tiñendo el gel con alguna molécula fluorescente.
PCR en tiempo real - Cuantitativa
La diferencia con la PC convencional es que se intenta determinar la cantidad de moléculas de ARN, en
vez de ADN.
Primero, se amplifican las moléculas de ADN. Se toman todas las moléculas de ARN que provienen de
la muestra biológica, y se realiza una retrotranscripción, es decir, realizar una copia de ADN complementario a
cada una de las moléculas de ARN.
El segundo paso es el que provee la especificidad de la técnica. Se utilizan primers específicos para la
fracción del ADN de interés, y se amplifican de la misma forma que el PCR convencional, pero, a cada tubo, se
le agrega una molécula de un colorante fluorescente que sólo fluoresce cuando se une al ADN doble cadena.
En cada ciclo se analiza la fluorescencia en cada tubo, y al analizarlos de manera digital se puede cuantificar la
fluorescencia, y así, la cantidad de ADN que se amplificó.
A diferencia de PCR de punto final no se necesita de la electroforesis y su respectivo gel para obtener
los primeros resultados a evaluar.
Seminario 6
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Técnicas de ADN recombinante: vectores de expresión, pérdida o ganancia de función
Es posible diseñar una secuencia de ADN, superponiendo distintos elementos de ADN y uniendolos en
una única secuencia doble cadena. Si uno puede introducir esta secuencia en una célula, esta la puede
transcribir y traducir, sobreexpresando el gen de interés. También puede diseñarse de modo tal que se
transcribe un ARN de interferencia, que luego de ser procesados, utilizan la maquinaria de silenciamiento de
los miARN para silenciar transcritos específicos. De esta manera, se pueden dar técnicas de ganancia o
pérdida de función.
● Ganancia de función: Utilizando una secuencia de ADN original como base, se realiza un corte y pegue
mediado por enzimas donde se coloca una secuencia de nucleótidos que codifiquen para la proteína
que se quiere aumentar. Bajo un promotor, se agrega la secuencia de ADN que codifica para los
codones de la proteína que se busca. Sólo se utiliza el ADN complementario (la secuencia
complementaria al ARN maduro de este gen), de modo que la porción de ADN que se va a utilizar no
tiene secuencias intrónicas, y acelera su proceso de traducción (simplificando todos los pasos de
maduración de ARN).
Para obtener el ADN complementario se utiliza el ARNm de la proteína codificada y se realiza una
retrotranscripción.
Los experimentos de sobreexpresión deben ser siempre comparados al funcionamiento normal de la
célula, ya que pueden generar fenotipos causados por el exceso de la proteína.
● Pérdida de función: Utilizando una secuencia de ADN original como base, se realiza un corte y pegue
mediado por enzimas donde le coloca una secuencia de nucleótidos que codifiquen para un ARN
pequeño, que va a actuar como un miARN, y se denomina ARN de interferencia. Este ARN se une a un
complejo proteico denominado RISC (Complejo de Silenciamiento Inducido por ARN), y por
complementariedad de bases lo “guía” a determinados ARNm dentro de esa célula. Esto impide que
ese mensajero se traduzca, y produce un corte del mensajero, que conduce a su degradación. Todo
esto lleva a un silenciamiento de ese ARNm particular.
Para introducir estas moléculas a las células, se utilizan vectores de expresión, moléculas o
macromoléculas que portan el ADN diseñado y permiten su incorporación por las células.
Una de estas técnicas son los plásmidos, pequeñas moléculas de ADN circular. Dentro de las secuencias
del plásmido se insertan las secuencias diseñadas en el laboratorio. Para que las células incorporen estos
plásmidos se pueden mezclar con una solución que forme micelas (con el plásmido en su interior), que se
fusionen con la membrana plasmática y liberen el plásmido en el interior de la célula. A esto se lo llama
transvección.
Otro método es someter a las células a un pequeño pulso eléctrico que cause poros en su membrana y
permita la introducción de los plásmidos. Este método se denomina electroporación.
Otros vectores de expresión son los virus modificados. Los virus tienen la capacidad de unirse a las
células e inyectar su propio material genético, por lo que, modificando el genoma viral, retirando las
secuencias del genoma viral que permiten su infectividad, y reemplazandolas por las secuencias diseñadas. El
virus entonces infectará a las células, introduciendo las moléculas de ADN deseadas. Las ventajas de esta
técnica es que los genes que sean introducidos van a ser reproducidos cuando la célula se reproduzca, y los
vuelve heredables. Otra ventaja es que los virus infectan células específicas, y permite introducir genes en
células de animales vivos. A esto se lo llama transducción.
No solo se puede silenciar o sobreexpresar proteínas endocrinas de la célula, sino que se pueden
expresar proteínas que esa célula nunca expresó, o están ausentes en el ADN de la célula.
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Se pueden combinar proteínas endocrinas de la célula con proteínas fluorescentes (GFP, verde o
Mcherry, roja) para ver la localización de la proteína en la célula, sin necesidad del uso de anticuerpos
específicos. Estas proteínas se denominan proteínas de fusión. Una de las ventajas de esta técnica es que
proporciona una mayor información que la inmunohistoquímica o inmunofluorescencia, ya que permite
aplicar la fluorescencia en células vivas, expresando las proteínas fluorescentes.
CRISPR-CAS9
Permite modificar directamente el genoma de las células. Funciona mediante una enzima, CAS9, que
tiene la capacidad de cortar el ADN, es decir, tiene actividad endonucleasa. Esta proteína es de origen
bacteriano, y utiliza ARN pequeños, ARN guía, que por complementariedad de bases la lleva a un sitio
particular del genoma, y una vez allí, CAS9 produce una ruptura de la doble cadena del genoma.
Al actuar este sistema, y romper la doble cadena del genoma, se activan los procesos de reparación: el
mecanismo de reparación por unión de extremos no homólogos, que introduce mutaciones al genoma.
Usualmente estas mutaciones se denominan indels, inserciones o deleciones de nucleótidos, y si son
producidas en una porción codificante del genoma, llevan a un cambio en el marco de lectura. Los cambios en
el marco de lectura generalmente conllevan cambios drásticos, y normalmente causan la pérdida de la función
endógena de esa proteína. Se puede utilizar como una metodología para silenciar una proteína.
También puede actuarel otro mecanismo de reparación, el mecanismo de reparación por
recombinación homóloga, que normalmente utiliza la información de la cromátide hermana o del cromosoma
homólogo para reparar sin mutaciones, pero sólo en S y G2. Se puede introducir un fragmento de ADN que
tenga alta homología por la región en la que se produjo el corte, y el sistema de reparación lo tomará como
molde, permitiendo las modificaciones del genoma en una célula.
Seminario 7
COMPARTIMENTALIZACIÓN CELULAR
Membrana nuclear:
La existencia de núcleo es la característica principal que diferencia las células eucariotas de las
procariotas. Sirve como almacén de la información genética y como centro de control celular.
Las membrana nuclear es una doble bicapa lipídica, que actúa como una barrera selectiva que impide
el paso libre de las moléculas entre el interior nuclear y el citoplasma manteniéndolo como dos
compartimentos independientes, pero con pequeños canales que comunican entre ellos. Son los complejos de
poro nuclear, que permiten un intercambio controlado de moléculas entre el núcleo y el citoplasma.
Complejo del poro nuclear
Son los únicos canales a través de los cuales pueden viajar pequeñas moléculas polares,iones y
macromoléculas (proteínas y ARN) entre el núcleo y el citoplasma.
La información de la localización celular de una proteína está presente en la estructura primaria de la
misma. Hay secuencias de aminoácidos que actúan como señales, para que ciertas interacciones con otros
componentes celulares permitan localizar a esa proteína en un determinado compartimento. A esas señales se
las denomina señales topogénicas. Estas señales se encuentran codificadas en el ADN, porque el orden de
aminoácidos que forman una proteína también está codificado en el genoma.
● Señal de localización nuclear (NLS): Es una secuencia de aminoácidos que, al estar presente en las
proteínas, señaliza el ingreso al compartimento nuclear. Es propio de esta señal tener un tracto de
aminoácidos cargados positivamente.
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● Señales de exportación nuclear (NES): De estar presentes en las proteínas, inducen su salida del núcleo,
hacia el citosol.
Estas secuencias actúan como señales a las que se unen determinados receptores intracelulares. Las
proteínas que se unen a estas señales se denominan importinas y exportinas (respectivamente). El complejo
entre la proteína y las importinas o exportinas es lo que atraviesa, de manera conjunta, el complejo de poro
nuclear.
Transporte a través de compuertas
Gradiente de isoformas:
Existen pequeñas proteínas regulatorias que pertenecen a la familia de las GTPasas, las proteínas
GTPasas Ran. Las GTPasas tienen dos estados: Trifosfatado (GTP) o difosfatado (GDP). La actividad proteica de
las isoformas unidas a GTP o GDP es diferente. Bajo ciertas señales, las proteínas Ran pueden pasar de una
isoforma a la otra.
La variante del lado citosólico es Ran unida a GDP, ya que está presente en el citosol una proteína
activadora, Ran GAP, que estimula la hidrólisis de Ran GTP a Ran GDP.
En cambio, en el núcleo, hay abundancia de Ran unida a GTP, ya que, por un lado, no está presente Ran
GAP, y además, hay abundancia de una proteína denominada Ran GEF, que estimula la fosforilación de Ran
GDP a Ran GTP.
Así, las proteínas Ran se mantienen unidas a GDP en el citosol, y a GTP en el núcleo. Este gradiente de
isoformas es esencial para el transporte entre el núcleo y el citosol.
El complejo proteína-importina, tiene afinidad con los aminoácidos presentes en la superficie citosólica
del complejo del poro nuclear, con las nucleoporinas, que tienen repeticiones de dos aminoácidos de manera
secuencial: fenil-alanina y glicina. Son denominadas repeticiones FG. El complejo con la importina forma
enlaces transitorios que se unen y rompen con las repeticiones FG de las nucleoporinas. Mediante este
pegado paulatino, las importinas pueden migrar a lo largo del poro nuclear.
Una vez que el complejo ingresa al interior del núcleo, el Ran GTP presente compite por la unión con la
importina con la proteína con la señal de importación nuclear, por lo que el Ran GTP se une con la importina, y
la proteína es liberada en el interior del núcleo.
Luego, el complejo Ran GTP-importina, que tiene afinidad por las repeticiones FG, es llevado por las
uniones transitorias con la nucleoporina hasta el compartimento citosólico. Una vez allí, Ran GTP se convierte
a Ran GDP y libera a la importina.
Lo mismo ocurre pero a la inversa para el transporte del núcleo al citosol. Es transporte de compuertas
es exclusivo entre el transporte bidireccional del núcleo y el citosol.
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A veces, la señal de importación de la proteína se encuentra “escondida”, y para permitir su unión con
la importina, debe unirse a calcio. El calcio produce un cambio conformacional en la proteína, y permite la
unión de la importina, y su consiguiente importación al núcleo. Cuando se remueve el calcio, la proteína
expresa la señal de exportación, por lo que se une con la exportina y sale del núcleo. Las señales que recibe
una célula pueden modificar la ubicación de algunas proteínas.
Vía secretora de las células
La vía secretora comienza en el retículo endoplasmático, que es una red de membranas contínua al
compartimento entre la membrana nuclear interna y externa. Al retículo ingresan proteínas cuyo destino final
es la exportación hacia el exterior de las células, o hacia otros compartimentos membranosos.
Retículo endoplasmático
Es una compleja configuración de sacos membranosos, que en ciertas regiones adoptan la forma de
túbulos, y en otras, la de sacos aplanados.
Tiene dos partes:
● El retículo endoplasmático rugoso (RER), que en su cara citoplásmica está asociada a múltiples
ribosomas. Es el conducto de entrada, por el cual las proteínas que ingresan desde el citosol se
incorporan a la luz del retículo. Los ribosomas están asociados de manera móvil, y se los ve unidos al
retículo porque en ese momento están incorporando proteínas desde el citosol. Desde la luz del
retículo, existen complejos de control del plegamiento células, que detectan la presencia de proteínas
mal plegadas. Las proteínas mal plegadas son exportadas activamente al citosol, donde son
degradadas.
● El retículo endoplasmático liso (REL), que no tiene ribosomas asociados. En sus membranas contiene
enzimas que participan en la síntesis de lípidos, en particular, las hormonas esteroideas se sintetizan
aquí.
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La luz del retículo tiene una composición muy diferente a la del citosol. En la luz del retículo
endoplasmático liso se mantienen altas concentraciones del ion Ca2+.
Transporte transmembrana
Es un transporte unidireccional, desde el citosol hacia el retículo endoplasmático. Los péptidos
atraviesan esta membrana de manera directa, y necesitan una señal topográfica denominada señal de
importación al retículo endoplasmático.
Cuando una proteína comienza a sintetizarse en el citosol, la péptido señal ya es reconocida
co-traduccionalmente, por la partícula de reconocimiento de la señal (SRP), una ribonucleoproteína que actúa
como el receptor de la señal de importación. Cuando reconoce a un ribosoma con la señal de localización,
interactúa con él y detiene la traducción. Luego, ese complejo formado por el ribosoma, la SRP y el péptido
naciente difunde por el citosol hasta la membrana del RER, que tiene un receptor para la SRP, dejando al
complejo fijado a la superficie del retículo.
La traducción se reactiva una vez que todo el ribosoma ya esté fijado a la membrana del retículo. A
medida que el péptido es generado, es inyectado a la luz del retículo. Muchas de las proteínas que ingresan a
la luz del retículo sufren una modificación cotranscripcional: N-glicosilación. Es el agregado de asparagina, que
se une covalentemente a un pequeño arco de oligosacáridos. Esto ocurre en todas aquellas proteínas que
tengan un residuo de asparagina, seguido de un aminoácido cualquiera, y de tercer aminoácido contengan una
serinao treonina. Muchas proteínas dependen de la N-glicosilación para plegarse de manera adecuada, y
también protege a las proteínas de las proteasas.
En muchos casos, una proteína de membrana reconoce a la péptido señal y la corta de la proteína que
fue inyectada, generando una proteína libre en la luz del retículo endoplasmático.
Una vez que el péptido llega a la luz del retículo, atraviesa una serie de organelas membranosos
utilizando un mecanismo de transporte diferente. Una serie de vesículas membranosas que surgen del retículo
endoplasmático se fusionan con otro conjunto de compartimentos membranosos, el conjunto del aparato de
Golgi.
Transporte vesicular
Es el transporte guiado de vesículas membranosas que son enviadas desde un compartimento
membranoso de salida a otro compartimento membranoso de llegada. Estas vesículas tienen un
recubrimiento de proteínas, que pueden unirse entre sí, generando un cambio conformacional que las hace
adoptar una forma semiesférica, y arrastran su cambio a la membrana a la que están asociadas, disminuyendo
el coste energético de deformar la membrana.
Las vesículas recubiertas de clatrina participan en los procesos de endocitosis, y de transporte de golgi
a los lisosomas.
Otros recubrimiento proteico es la familia de los coatómeros, con dos subfamilias: coatómero
proteínas de tipo I, y coatómero proteínas de tipo II. Las recubiertas con coatómero tipo I participan en el
transporte retrógrado de golgi al retículo endoplásmico, y las recubiertas con coatómero tipo II participan en
el transporte de los retículos a golgi.
Las vesículas reconocen el compartimento de destino gracias a dos familias de proteínas:
● Proteínas Rab: Son pequeñas GTPasas que coexisten en dos tipos de estados, y existen pares
complementarios en los compartimentos de destino en los cuales la proteína Rab puede unirse. Una
vesícula sólo se puede anclar a una membrana si la proteína Rab reconoce a su complementario.
Luego, para que la vesícula se fusiona con la membrana, se requiere la segunda familia de proteínas:
21
● Proteínas SNARE: Atrapan a las vesículas e inducen su fusión, y funcionan en pares complementarios,
unas se localizan en las vesículas (V-SNARE) y su par complementario (T-SNARE), en la membrana con
la que va a fusionarse.
El transporte del retículo endoplásmico a Golgi suele estar mediado por vesículas recubiertas de
coatómero tipo II, que se desensamblan antes de que la vesícula se fusione con el compartimiento de destino.
Este transporte tiene un mecanismo de corrección: a veces, algunas proteínas residentes del retículo
quedan adheridas a las vesículas, y son transportadas al aparato de Golgi. Por eso las proteínas coatómero tipo
I reconocen a las proteínas residentes del retículo, y utilizan un transporte retrógrado para devolverlas.
El aparato de Golgi tiene una estructura polar, es decir, los compartimentos membranosos que tiene,
tienen un contenido diferente dependiendo de la cisterna. También se puede definir una cara cis del Golgi,
que es la cara que mira hacia el núcleo. La cara que mira hacia la membrana celular, se denomina cara trans.
Las cisternas que están en el medio son las cisternas medias.
El transporte de vesículas se da de manera ordenada, de la cara cis a las cisternas medias, de éstas a la
cara trans, y de la cara trans a la membrana plasmática o a los lisosomas.
En su tránsito por las cisternas de Golgi, las proteínas pueden sufrir modificaciones:
● Alteración de los oligosacáridos: Es la modificación de los oligosacáridos agregados por la
N-glicosilación. Mediante la remoción o adición de oligosacáridos se generan estructuras compuestas o
muy simples.
● O-glicosilación: Se unen largas cadenas de residuos de azúcares a un grupo hidroxilo, que forma parte
de la cadena del aminoácido serina.
Algunas de las vesículas que salen del aparato de Golgi se fusionan con la membrana plasmática,
liberando el contenido al exterior de la célula. Si la proteína está aferrada a la membrana de la vesícula,
quedará luego aferrada a la membrana plasmática. Hay dos tipos de secreción: la constitutiva, que ocurre en
todo momento, o regulada, en donde los productos de secreción se acumulan en vesículas, y sólo se liberan
ante determinadas señales extracelulares.
Si la proteína dentro de la vesícula no tiene ningún tipo de señal (más allá de la de importación al RER),
su destino final es la secreción. A esto se lo denomina vía por defecto.
Otro destino posible de las moléculas de las vesículas que salen del aparato de Golgi es ser
incorporadas en un conjunto de organelas, los lisosomas. Los lisosomas son un conjunto de vesículas
membranosas que contienen una alta cantidad de enzimas degradativas, que permiten degradar polímeros
biológicos, las hidrolasas ácidas. Su actividad enzimática es máxima en un Ph ácido, por lo que dentro de los
lisosomas hay un Ph de 5, mantenido por el bombeo activo de protones en la superficie membranosa del
lisosoma.
Los lisosomas son una organela que se va transformando mediante la incorporación progresiva de las
hidrolasas ácidas y del material que va a degradar, denominado lisosoma maduro. La organela inmadura,
precursora, a la que se le van incorporando los componentes se denomina endosoma.
Las hidrolasas ácidas viajan desde la red de Golgi al endosoma utilizando una señal que existe en la
configuración tridimensional de la proteína. Las proteínas que tengan esta señal, serán sustrato de una
enzima, N-acetil-glucosamina-fosfotransferasa, que modifica los oligosacáridos de la superficie de esa
proteína (los que habían sido agregados por la N-glicosilación), agregando una manosa fosforilada en el
carbono 6, la manosa-6-fosfato. Estas proteínas serán reconocidas por receptores que miran hacia la luz de la
red trans de Golgi, e interactúan con el recubrimiento de vesículas de clatrina.
Seminario 8
DINÁMICA DEL CITOESQUELETO Y DE LAS BIOMEMBRANAS
22
El citoesqueleto es un conjunto de filamentos proteicos que se extienden por el citoplasma. Se
encuentran en células eucariotas, pero no en las procariotas. Proporciona resistencia mecánica a las células,
determina la forma celular y la organización general del citoplasma, y es responsable de los movimientos de la
célula. La reorganización constante del citoesqueleto les confiere a las células la capacidad de desplazarse.
Cada filamento está formado por un polímero de proteínas, unidas entre sí por enlaces no covalentes.
El proceso de formación de un filamento es espontáneo, un equilibrio químico. Esta capacidad de
polimerizarse y despolimerizarse les confiere un alto grado de dinamismo. Hay tres tipos de filamentos
distintos:
Filamentos intermedios
Son abundantes en células epiteliales. La red que crean cumple un papel estructural, proporcionando
resistencia mecánica a las células. Las subunidades proteicas que lo conforman tienen una estructura alargada,
que se unen formando dímeros, luego tetrámeros, y ocho de estos tetrámeros forman el bloque mínimo del
filamento medio, el octámero. Esto le confiere una gran resistencia.
Los filamentos intermedios forman una red en el citoplasma que
se extiende a partir de un anillo que rodea al núcleo.
En las células epiteliales, la subunidad proteica que conforma los
filamentos intermedios es la queratina. Los filamentos de queratina de
las células epiteliales están fuertemente anclados a la membrana
plasmática en dos áreas de contacto celular:
● Desmosomas: Son uniones entre células adyacentes. Los
contactos célula-célula están mediados por proteínas
transmembrana.
● Hemidesmosomas: Son uniones entre las células epiteliales y el
tejido conectivo subyacente.
Hay distintas proteínas que pueden formar parte de estos filamentos dependiendo del tipo celular. Las
células mesenquimáticas poseen filamentos intermedios de vimentina. Las células musculares, de desmina.
Los filamentos de las neuronas se denominan neurofilamentos.
Los filamentos intermedios nucleares no cumplen la funciónde resistencia mecánica, sino que
sostienen la membrana nuclear para dar estructura al núcleo. Están formados por proteínas de la lámina, tipo
A, B y C.
Durante la mitosis, los filamentos intermedios nucleares sufren una reorganización. Esto se debe a una
fosforilación de las subunidades de los filamentos, ejercida por la CDK-M.
Microtúbulos
Los microtúbulos son varillas cilíndricas y huecas. La subunidad mínima de los microtúbulos es un
heterodímero de tubulinas: 𝝰-tubulina y 𝝱-tubulina, que conforman los protofilamentos. Cada microtúbulo
está compuesto por 13 protofilamentos unidos entre sí.
Cada uno de estos protofilamentos tienen una polaridad. En
uno de los extremos hay una subunidad 𝝱 (extremo +)como
subunidad final, y en el otro, habrá una subunidad 𝝰 (extremo -), y
tienen propiedades distintas.
El extremo + se polimeriza de manera más rápida. Esto se
debe a la afinidad de estas moléculas.
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Las subunidades pueden existir en dos formas alternativas. El heterodímero de tubulina puede unir a
una molécula de GTP. Esto causa que el GTP se hidrolice y pase a ser GDP. Esta propiedad de estar unidos a un
nucleótido que luego se hidroliza mientras crece le confiere propiedades específicas.
Unidos a GTP, el dímero tiene una alta afinidad, y tiende a polimerizarse. En cambio, unidos a GDP, el
dímero pierde esta propiedad, y tiende a despolimerizarse.
Esto causa que si hay un microtúbulo en crecimiento, el extremo + suele tener una región en donde
por un breve tiempo todas las subunidades poseen GTP. Si baja en algún momento la concentración de GTP, el
microtúbulo comenzará a despolimerizarse, y se retraerá. A esto se lo denomina inestabilidad dinámica.
Los microtúbulos se organizan alrededor de un centro, el centro organizador de los microtúbulos,
cerca del núcleo, al que se anclan los extremos - de los microtúbulos. La estructura que las organiza es el
complejo organizador de microtúbulos, en mamíferos formado por el centrosoma. Es un par de centriolos,
estructuras proteicas formadas por tubulina, rodeadas por un complejo proteico pericentriolar que contiene
subunidades de γ-tubulina.
La γ-tubulina ejerce la función de nucleación de los microtúbulos. Es el proceso, que con gasto de
energía, comienza a formar microtúbulos a partir de unidades libres. Además, la γ-tubulina protege uno de los
extremos de los microtúbulos, por lo que el extremo - no sufre polimerizaciones y despolimerizaciones
constantes.
La dinámica polimerización-despolimerización puede ser regulada por las células, gracias a proteínas
que se unen a los extremos evitando estos procesos espontáneos. estas proteínas son las proteínas asociadas
a microtúbulos (MAPs). Estas proteínas interactúan con distintos microtúbulos ayudando a que formen
estructuras ordenadas de microtúbulos, incrementando su estabilidad.
Una función de los microtúbulos es formar rieles sobre los cuales pueden desplazarse ciertas
organelas, y también, los cromosomas durante la división celular. Esto se debe gracias a las proteínas motoras
asociadas a los microtúbulos: Las quinesinas y las dineínas. Tienen dominios globulares que interactúan con la
tubulina, y tienen la capacidad de hidrolizar ATP (son ATPasas), lo que produce cambios conformacionales en
las proteínas motoras, y causa que se desplacen sobre la superficie del microtúbulo.
Estas proteínas tienen otra subunidad que se une directamente a aquellos componentes que van a ser
transportados. En algunos casos, están asociadas a vesículas membranosas, pero también se pueden asociar a
las superficies membranosas de las mitocondrias.
Las quinesinas cuando hidrolizan ATP se mueven hacia el extremo +, y las dineinas se mueven hacia el
extremo -.
Otra función de los microtúbulos es la de formar especializaciones de membrana que son móviles.
Forman los cilios y flagelos. Ambos son apéndices celulares móviles, que dependen de una especialización de
los microtúbulos que los conforman.
El axonema es el arreglo particular de microtúbulos y proteínas accesorias que le confieren movilidad a
los cilios y flagelos. Está compuesto de 9 dobletes de microtúbulos, alrededor de 2 microtúbulos centrales.
Además, los microtúbulos se encuentran asociados entre sí por dos tipos de proteínas: nexina, que une
covalentemente a los distintos microtúbulos entre sí; y dineínas ciliales, que intenta trasladar distintos
dobletes, y por lo tanto los microtúbulos se doblan.
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El sistema de microtúbulos sufre transformaciones durante la división celular. Se produce una completa
despolarización de los microtúbulos para repolimerizarse formando el huso mitótico, que está asociado a los
cromosomas y permite su movimiento durante la anafase. Un segundo cambio, es que el centrosoma se
duplica, generando dos centrosomas distintos.
Filamentos de actina
Son fibras delgadas y flexibles, filamentos finos, compuestos por actina. Dado que cada una de las
subunidades de actina es asimétrica de por sí, los dos extremos del filamento que se produce son distintos
estructuralmente: el extremo + (se polimeriza más rápido), y el extremo - (se polimeriza más lento). Las
subunidades de actina como monómeros se denominan actina globular G. En cambio, la actina polimerizada
formando filamentos se denomina actina filamentosa F.
El extremo del microtúbulo que se polimeriza de manera más dinámica se denomina extremo barbado
(el extremo +), es el que más fácilmente se puede polimerizar. El otro extremo, se denomina extremo
protuberante (extremo -), tiene menos dinámica de polimerización.
Al polimerizarse, el filamento maduro adopta una forma de doble hélice de filamentos. Las actinas van
polimerizandose rotando levemente, generando la forma helicoidal.
Las subunidades de actina pueden estar unidas a un nucleótido fosfatado, a ATP. Las subunidades
libres unidas a ATP, polimerizadas en la estructura completa, hidrolizan el ATP a ADP y tienen mayor
probabilidad de despolimerizarse, igual que los microtúbulos.
La nucleación se debe a dos clases de proteínas: forminas y los complejos Arp2/3. Ambas pueden
formar complejos de nucleación, pero las forminas suelen estimular el crecimiento de filamentos nuevos,
desde cero, y rectos; y los complejos Arp2/3 nuclean la formación de nuevos filamento, pero utilizando un
filamento preformado como base, cuyo ángulo será de 70° con respecto al filamento en el cual se posicionó
esta proteína. Así, forman filamentos ramificados.
La profilina y la timosina tienen efectos antagónicos. La profilina favorece la incorporación de las
subunidades a un filamento en formación, ya que intercambia un ADT de una actina, por un ATP; mientras que
la timosina secuestra a las subunidades de actina y disminuye su concentración, evitando su polimerización.
La cofilina y la gelsolina son dos proteínas que tienen un efecto sobre los filamentos de actina: los
rompen, favoreciendo la despolimerización de su esqueleto. La gelsolina fragmenta directamente a los
filamentos, mientras que la cofilina aumenta la disgregación en monómeros libres de los pedazos de
25
filamento. La cofilina es necesaria para que haya polimerización porque aumenta la concentración de
monómeros disponibles, para remodelar los filamentos de actina.
El citoesqueleto de actina puede tener diferentes organizaciones:
● Formación de haces contráctiles: La actina puede interactuar con proteínas motoras que se desplazan
sobre los filamentos de actina, generando el efecto de la contracción. Las proteínas motoras que
permiten el desplazamiento de filamentos de actina entre sí o que transporten moléculas es una
familia de proteínas denominadas miosinas. Las miosinas se mueven hacia el extremo + de actina, no
hay proteína que se desplace al extremo -. Los haces contráctiles son dos filamentos de actina que
tienen en el medio miosina-2 dispuesta de manera opuesta. Cuando haya ATP, se contraen los
filamentos.
Migración celular
La migración celular se debe a una reorganización en el citoesqueleto de actina.Primero, la célula
protruye hacia adelante con un movimiento denominado lamelipodios. Luego, estas extensiones se sujetan al
sustrato por el que la célula migra, y finalmente, el borde posterior de la célula se disocia del sustrato y se
retrae hacia el cuerpo celular. La extensión del frente de avance implica la ramificación y polimerización de
filamentos de actina.
El crecimiento de los filamentos de actina, y su ramificación están reguladas por las proteínas Rho
GTPasas, que transducen señales del exterior celular, cambiando su actividad y activando distintas proteínas,
favoreciendo la nutrición de filamentos de actinas, o su reciclado.
Seminario 9
BIOENERGÉTICA CELULAR
Mitocondrias
Las mitocondrias son responsables de la mayor parte de la energía útil de la degradación de los
carbohidratos y ácidos grasos, que son convertidos en ATP por el proceso de fosforilación oxidativa.
Las mitocondrias están rodeadas por un sistema de doble membrana, una membrana interna y una
externa, separadas por un espacio intermembrana. La membrana interna forma numerosos pliegues o crestas
que se extienden hacia el interior de la organela. Estos pliegues aumentan la superficie.
La membrana interna es el lugar principal de la generación de ATP ya que contiene una alta cantidad de
proteínas que participan en la fosforilación oxidativa y en el transporte de metabolitos entre el citosol y la
mitocondria. Es impermeable a la mayoría de los iones y de las moléculas pequeñas, lo cual es importante
para mantener el gradiente de protones que dirige la fosforilación oxidativa.
A diferencia de la membrana interna, la membrana externa es completamente permeable a las
moléculas pequeñas, gracias a que tiene unas proteínas denominadas porinas, que forman canales que
permiten la difusión libre de pequeñas moléculas. Todas las porinas están codificadas por el genoma nuclear.
La matriz de la mitocondria contiene el sistema genético mitocondrial y las enzimas responsables del
metabolismo oxidativo.
Las mitocondrias tienen su propio ADN, de estructura circular, que codifica sus propios ARNt, ARNr y
alguna que otra proteína mitocondrial. Se fusionan entre sí y se dividen, o sea que no son estáticos, y se
disponen en una red interconectada que (entre otras cosas) permite el intercambio de material genético entre
ellas y también regula la susceptibilidad de las mitocondrias a la autofagia.
El ADN mitocondrial sólo codifica para 13 péptidos, los propios de la membrana interna de la
mitocondria. El resto son codificados por el genoma nuclear.
26
Las mitocondrias participan de la producción de hormonas derivadas del colesterol, la
esteroidogénesis. La fabricación de estas hormonas tiene algunos pasos que ocurren en la membrana
mitocondrial.
También son reservorios de calcio. Dentro de las células, el mayor reservorio de calcio es el interior del
retículo endoplasmático, pero las mitocondrias sirven como reservorio secundario.
Otra característica de las mitocondrias es que participan de los mecanismos de señalización que
conducen al mecanismo de muerte celular programada.
Localización de las proteínas mitocondriales
La incorporación de proteínas a las mitocondrias es postraduccional. La localización depende de
secuencias señal que están contenidas en la estructura primaria de las proteínas. Las señales de localización
mitocondrial guían la incorporación de un péptido a la matriz mitocondrial, y son una secuencia de
aminoácidos que están en el extremo N-terminal de las proteínas. Esta secuencia adopta una secuencia
secundaria de 𝛂-hélice anfipática, lo que significa que sobre un costado se acomodan residuos de
aminoácidos básicos (con carga positiva), y en el otro se acomodan aminoácidos con residuos hidrofóbicos.
Esta configuración es reconocida por receptores presentes en la membrana mitocondrial. Las proteínas
transmembrana que actúan como receptores y participan en el proceso de importación se dividen en los
siguientes complejos:
● Complejo TOM: Está localizado en la membrana externa. Posee un receptor para la secuencia de señal,
y permite la incorporación de esa proteína hacia el espacio intermembrana.
● Complejo SAM: Permite la incorporación de las proteínas que tienen como localización específica la
membrana mitocondrial externa. Se encuentran en la membrana externa.
● Complejo TIM: Se encuentra en la membrana interna.
● Complejo OXA: Permite la incorporación de péptidos producidos en la matriz mitocondrial a la
membrana interna.
La incorporación de péptidos a las mitocondrias está facilitada por el hecho de que las proteínas suelen
no plegarse completamente antes de la incorporación a las mitocondrias, facilitado por proteínas accesorias
citosólicas, las HCT 70. También se encuentran en la
matriz mitocondrial ayudando al proceso de
incorporación. La unión de estas proteínas supone
un gasto de ATP.
Hay una diferencia de carga eléctrica entre
las dos caras de la membrana interna.
Dado que el péptido que ingresa a la matriz
tiene la señal con una de sus caras cargada
positivamente, las cargas negativas en el interior de
la matriz mitocondrial favorecen el desplazamiento
hacia la matriz.
El mantenimiento de esta diferencia de
cargas requiere un gasto de energía.
27
Fosforilación oxidativa
Es una serie de óxido-reducciones. La molécula que cede los electrones se oxida, y la que los acepta se
reduce. El potencial de reducción es la capacidad de una molécula de aceptar electrones. Las reacciones de
reducción son espontáneas cuando los electrones pasan de una molécula con menor potencial de reducción a
una con mayor.
Los hidratos de carbono y los lípidos se degradan, y se van oxidando progresivamente. El proceso
comienza en el citoplasma, con la glucólisis, una vía metabólica de 10 reacciones que implica la ruptura de un
monosacárido de 6 carbonos en dos, de 3 carbonos cada uno, piruvato. Parte de la energía contenida en estos
enlaces covalentes se almacena en dos NAD+, que pasan a ser NADH.
Estos piruvatos son incorporados a la matriz de la mitocondria, donde se produce su decarboxilación:
esta molécula de 3 carbonos, pierde uno, liberando ese átomo de carbono en la forma de CO2, y se almacenan
dos electrones en NAD+, que pasan a ser NADH.
Esta molécula restante de dos carbonos, el grupo acetilo, se une con la coenzima A, formando la acetil
CoA. Esta reacción ocurre gracias al complejo de la piruvato deshidrogenasa, un complejo enzimático
compuesto de más de treinta subunidades peptídicas.
Las siguientes reacciones se denominan ciclo de krebs. Son una serie de reacciones que permiten la
ruptura de los enlaces covalentes del acetato, utilizando muchas enzimas que son recuperadas al final del
ciclo, y permiten que vuelva a comenzar. Toda la energía liberada de los enlaces covalentes se almacena en
NADH y FADH2.
Para los lípidos, los ácidos grasos se rompen hasta llegar a acetil CoA, a través de la 𝛃-oxidación, que va
rompiendo la molécula del ácido graso de a dos carbonos, y a partir de ahí siguen el mismo recorrido que los
carbohidratos.
La energía contenida en todos estos NADH y FADH2 se utiliza para mantener el gradiente de protones
en el interior de la mitocondria. Estas coenzimas reducidas transfiere sus electrones a los complejos
respiratorios, que utilizan la energía para bombear protones en contra del gradiente de concentración, hacia
el espacio intermembrana. Este gradiente libera energía al disiparse, a través de una proteína transmembrana,
la ATP sintetasa, que contiene esa energía en ATP.
Todas estas reacciones son espontáneas, ya que van pasando de un menor potencial de reducción a un
mayor potencial de reducción, por lo que liberan energía. El oxígeno molecular es el último aceptor de
electrones, porque es el que tiene el mayor potencial de reducción, produciendo agua.
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Peroxisomas
Son organelas pequeñas, rodeadas por una membrana, que contienen enzimas implicadas en
reacciones metabólicas. Son morfológicamente similares alos lisosomas, ya que están constituidas por
proteínas que se sintetizan en ribosomas libres y son importadas luego de la transcripción.
Contienen muchas enzimas, entre ellas la catalasa, que descompone el peróxido de hidrógeno (es
tóxico para la célula). Los peroxisomas degradan el ácido úrico, aminoácidos y ácidos grasos.
Además de proporcionar un compartimento para las reacciones de oxidación, intervienen en la síntesis
de lípidos, como el colesterol.
Seminario 10 (ten)
INTEGRACIÓN DE CÉLULAS EN TEJIDOS
Uniones celulares
Se pueden clasificar en cuatro grupos, según a qué se unen (célula-célula o célula-matriz), y según a
cuál es el componente del citoesqueleto de la célula a partir del cual interactúa.
● Uniones de anclaje:
○ Anclaje a filamentos de actina:
■ Uniones adherentes
■ Contactos focales
○ Anclaje a filamentos intermedios:
■ Desmosomas
■ Hemidesmosomas
● Uniones estrechas
● Uniones tipo GAP
Una de las moléculas de adhesión de la superficie celular son las cadherinas, son proteínas que poseen
en su cara extracelular una serie de dominios, los dominios cadherinas, y son proteínas adhesivas.
Interactuando con los dominios cadherinas de una célula cercana, pueden formar uniones entre sí que tienen
cierta estabilidad. La interacción es estrictamente homofílica, es decir, sólo las cadherinas que pertenecen a la
misma clase pueden formar uniones; y depende de la composición iónica del medio extracelular, ya que
dependen del ión calcio para mantener su estructura activa, disponible para unirse.
Hay un subgrupo de cadherinas denominadas cadherinas clásicas:
● E-Cadherina: Presente en las células epiteliales.
● N-Cadherina: Presente en las neuronas y en las células musculares.
● P-Cadherina: Presente en la placenta y en el epidermis.
Otra moléculas de adhesión, para la unión célula-matriz, son las integrinas. Son las moléculas de
adhesión que actúan como receptores de componentes de la matriz extracelular. Son proteínas
transmembrana, heterodímeros, compuestas por dos cadenas polipeptídicas: ⍺-integrina y β-integrina.
Ambas tienen dominios extracelulares y componentes dentro de la célula. Distintas combinaciones de
⍺-integrina y β-integrina dan lugar a diferentes combinaciones, que difieren en cuál es el componente
específico de la MEC al que se van a unir y cual es el tipo celular que los expresa.
Estas moléculas dependen de cationes para ejercer su actividad adhesiva (Ca2+ o Mg2+).
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UNIÓN ADHERENTE
Son uniones entre células que se anclan intracelularmente a los filamentos de actina de la otra célula,
utilizando a las cadherinas. Son muy frecuentes en células epiteliales, y poco frecuentes en células
mesenquimáticas.
A pesar de que una sóla unión sea débil, las cadherinas rodean a toda la célula, permitiendo que se
den muchas uniones de manera lateral. A esto se lo conoce como principio del velcro. Cada unión adherente
es débil, pero la presencia de miles de uniones le da fortaleza.
La configuración del citoesqueleto de actina, que se encuentra anclado a las moléculas de cadherina,
es formar haces contráctiles: haces antiparalelos que contienen miosina 2 en el medio. Esto significa que la
célula tiene la capacidad de disminuir su diámetro, permitiendo que las láminas epiteliales coordinen sus
movimientos.
DESMOSOMAS
Son uniones en las cuales las cadherinas se unen a los filamentos intermedios. A diferencia de las
uniones adherentes, los desmosomas no forman un cinturón continuo alrededor de la célula, sino que forman
discos discontinuos en la superficie de la célula, puntos de anclaje entre células.
Cada uno de los discos está formado por cadhesinas no clásicas entre las células. En el lado celular,
están vinculadas con los filamentos intermedios.
Los desmosomas suelen estar en las células sometidas a mayores tracciones mecánicas, ya que
proporcionan una gran resistencia mecánica. Se encuentran mucho en el epitelio, y en el tejido cardíaco.
Las cadherinas no clásicas que forman parte de los desmosomas se denominan desmogleína y
desmocolina, y se unen mediante interacciones heterofílicas.
CONTACTOS FOCALES
Son uniones célula-matriz mediadas por integrinas, que se anclan en filamentos de actina (contráctiles)
y en componentes de la matriz extracelular. Son frecuentes en las células mesenquimáticas.
HEMIDESMOSOMAS
Son uniones célula-matriz, mediados por integrinas, que se anclan en filamentos intermedios. Están
presentes en las células epiteliales, donde permite que se unan a la membrana basal. En la membrana basal
hay laminina, y es a donde se anclan las integrinas. El componente celular al que se anclan las integrinas en las
células epiteliales es a los filamentos intermedios compuestos por queratina.
UNIONES ESTRECHAS (u OCLUSIVAS)
Es la unión entre células epiteliales vecinas. Impiden el libre tránsito de las moléculas entre las células
epiteliales, y forman un cinturón alrededor de las células epiteliales, separando los dominios apical y
basolateral de la membrana plasmática.
Están formadas por proteínas transmembrana que se conectan con proteínas transmembrana del
mismo tipo con células adyacentes, formando barreras impermeables a los fluidos. La propiedad de barrera
del epitelio se debe a estas uniones. Las proteínas que lo conforman reciben el nombre de claudinas y
ocludinas. Desde el lado intracelular, estas proteínas se contactan con las proteínas de la zonula occludens,
que es la región de la célula donde se concentran las proteínas de las uniones estrechas.
UNIONES COMUNICANTES o GAP
Son uniones que permiten el intercambio de señales químicas y eléctricas entre células adyacentes,
mediante canales abiertos que conectan sus citoplasmas. Las sinapsis eléctricas son uniones este tipo.
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Permiten el pasaje de iones y moléculas pequeñas entre células. Forman canales acuosos, puentes
acuosos, en los que se difunden moléculas pequeñas, iones, monosacáridos, y algunas moléculas de
señalización intercelular. Están formadas por proteínas transmembrana, las conexinas.
La estructura que forman se denomina un conexón, seis conexinas ensambladas en forma de cilindro,
con un poro acuoso en el medio.
Matriz extracelular
Es un producto de secreción de las células que habitan ese tejido. Está compuesta por proteínas
fibrosas, resistentes, y con una sustancia fundamental gelatinosa. También contiene proteínas de adhesión
que unen a los componentes de la matriz tanto entre sí como a las células adyacentes.
Uno de los componentes de la matriz extracelular son los glicosaminoglicanos (GAGs). Son
polisacáridos no ramificados, constituidos por unidades repetidas de disacáridos. Son estructuras rígidas, ricos
en grupos carboxilo, y tienen grupos sulfatos unidos a ellos que le confieren cargas negativas (excepto en el
ácido hialurónico), por lo que tienen la capacidad de hidratarse fácilmente, de atraer a moléculas de agua, y
así forman geles. Los GAGs unidos a un núcleo proteico se denominan proteoglicanos.
Otro componente de la MEC son las glicoproteínas adhesivas, proteínas que son a lo que se van a unir
los componentes de la matriz entre sí y a las superficies celulares. Tienen un efecto organizador de la matriz,
porque son los lugares a los que van a anclarse otros componentes.
La fibronectina es el componente de la matriz extracelular al que se unen las integrinas en las uniones
focales, y es muy abundante en los tejidos conectivos. Está compuesta por dos cadenas unidas
covalentemente entre sí, un dímero, compuesto por una serie de dominios, unidos uno al lado de otro. Hay
una gran cantidad de isoformas, todas codificadas por el mismo gen, dadas gracias al sistema de splicing
alternativo.
El componente fundamental de la lámina basal es la laminina, un heterotrímero, que son los
organizadores principales del ensamblaje de la lámina basal.
Las fibras proteicas se dividen en tres:
● Fibras colágenas: Están formadas por colágeno tipo 1. Es el tipo más abundante de fibras del tejido
conectivo. Son flexibles,pero resistentes a la tensión y a la tracción, lo que les da una alta versatilidad
estructural. Las fibras colágenas son un arreglo de múltiples polipéptidos asociados entre sí. La
subunidad menor es una cadena de ⍺-colágeno, que se asocia en una triple hélice, que se asocian
entre sí para formar una fibrilla de colágeno. Juntas, las fibrillas empaquetadas forman las fibras de
colágeno.
● Fibras reticulares: Están formadas por colágeno tipo 3. Son muy delgadas, y suelen formar redes y
mallas que forman el parénquima de muchos tejidos. Provee un armazón de sostén para las células de
diversos tejidos.
● Fibras elásticas: Permiten que los tejidos puedan estirarse y distenderse. Su principal componente es la
elastina, una proteína no estructurada, unida a una subunidad de desmosina. Cuando estos polímeros
son sometidos a tracciones los monómeros de elastina se distienden. También tiene una red
circundante de fibrilina.
Remodelación de matrices
Transición epitelio-mesenquimática: Las células inicialmente epiteliales, para transformarse en
mesenquimáticas, deben romper activamente las uniones que la mantienen fija, tanto a la membrana basal
como a las otras células. Uno de los componentes que participan es la expresión de unas proteínas
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denominadas metaloproteasas de la matriz. Son proteasas que las células secretan que degradan
componentes de la matriz extracelular o moléculas adhesivas en células adyacentes.
Las células también pueden expresar proteínas que bloquean la actividad de las metaloproteasas,
como las TIMPs, pudiendo dar una regulación dinámica entre las metaloproteasas y sus proteínas reguladoras,
que determinará el grado de libertad que una célula tendrá con respecto de su entorno.
Todas las propiedades de especificidad de los epitelios se pierden. Se pierde la E-cadherina y la
citoqueratina, y la polaridad característica de las células epiteliales; pero se adquieren N-cadherinas,
integrinas, vimentina, y se comenzarán a secretar componentes de la MEC.
Seminario 11 (sorry está muy incompleto pero es una paja)
SEÑALIZACIÓN INTER E INTRACELULAR
Distintos grupos celulares pueden comunicarse entre sí mediante señales químicas, lo que permite que
el organismo se comporte de manera simultánea. La ausencia de señal para una célula implica una señal
pro-apoptosis, la supervivencia de la célula implica la constante recepción de señales químicas. Desde el punto
de vista químico, las moléculas que pueden funcionar como señales son las hormonas, tanto peptídicas como
lipídicas; los factores de crecimiento (mitógenos), que favorecen la proliferación de la célula; los
neurotransmisores, producidos por las neuronas; las citoquinas, que inducen la proliferación y diferenciación
del sistema inmune; y las moléculas de adhesión celular también pueden actuar como señalización.
Señalización célula-célula
Cuando la población de células que emite la señal se encuentra lejana a la población que la recibe, y la
señal viaja a través del torrente sanguíneo, se denomina señalización de tipo endocrina. En cambio, cuando la
población de células que produce la señal se encuentra cercana a aquellas que la reciben, se clasifican como
paracrinas, cuando el grupo al que impacta la señal es diferente al que lo crea; o autocrinas, cuando el mismo
tipo celular que produce la señal se ve afectado por la misma.
Otros tipos de modos de señalización son las señalizaciones sinápticas. La sinapsis implica una cercanía
entre la célula que produce la señal y la que la recibe, y la señal es liberada en un pequeño espacio entre las
células que se denomina hendidura sináptica. Es característico de neuronas.
La molécula que se une a un receptor se denomina ligando, y normalmente la señalización no combina
con la unión del ligando a su receptor, sino que la unión del ligando con el receptor desencadena una serie de
modificaciones bioquímicas que implica modificaciones en proteínas efectoras, como la fosforilación de
proteínas. En estas cadenas de fosforilación algunas moléculas que se fosforilan pueden ser enzimas
metabólicas, factores de transcripción, proteínas que participan de la arquitectura del citoesqueleto. La
fosforilación de estas proteínas implica un cambio en su funcionamiento, y la modificación del
comportamiento celular. Estos cambios son la respuesta de la célula a la señal.
La cascada de reacciones que transmite la señal desde la superficie celular hasta el núcleo se denomina
transducción intracelular de señales.
Las señalizaciones dependientes de contacto son aquellas en la que la señal se encuentra vinculada a
la superficie de una célula, o a la superficie de un sector de la matriz extracelular. La recepción de la señal
implica un contacto directo con la célula o el sector de la matriz.
Otro criterio de señalización es según el tipo de receptor y su localización, determinado por el tipo de
señal que se utilice. Todas las moléculas que sean señales químicas hidrofílicas, tendrán receptores localizados
en la superficie celular (todas las señales peptídicas). Por el contrario, si las señales son moléculas
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hidrofóbicas, los receptores se encuentran en el interior celular (hormonas derivadas del colesterol), ya sean
citoplasmáticos o nucleares.
Dentro de los receptores de membrana se distinguen tres familias:
● Acoplados a canales iónicos, la unión de la señal abre un canal de membrana que permite la
permeabilidad a un ión.
● Acoplados a proteínas G: Son los receptores de muchos neurotransmisores y hormonas peptídicas. Son
un grupo de proteínas que tienen siete hélices alfa transmembrana. La unión del ligando al receptor
induce un cambio conformacional que permite al dominio citosólico del receptor, activar una proteína
G unida a la cara interna de la membrana plasmática. La proteína G transmite la señal a una diana
intracelular, que puede ser una enzima o un canal iónico.
● Acoplados a enzimas o que tienen actividad enzimática, que se activa mediante la unión de la señal con
el receptor.
○ Receptores de proteína-tirosina quinasa: Es la familia más grande de estos receptores. Todos
tienen un dominio N-terminal extracelular de unión al ligando, una única hélice ⍺
transmembrana, y un dominio citosólico C-terminal. La unión del ligando induce la dimerización
del receptor, es decir, que dos receptores vecinos interactúan entre sí. Cada cadena fosforila a la
otra de manera cruzada, lo que aumenta la actividad quinasa del receptor.Además, la
autofosforilación crea sitios de unión específicos para otras proteínas, a través de las que se
transmitirá la señal al interior celular.
○ Receptores de citoquinas y proteína-tirosina quinasas no receptoras: Son iguales a las
anteriores, pero su dominio C-terminal carece de actividad catalítica, por lo que se asocian con
proteínas denominadas tirosina quinasas no receptoras. La unión del ligando y la fosforilación
cruzada de las proteínas-tirosina proporcionan sitios de unión de fosfotirosina.
○ Receptores asociados a otras actividades enzimáticas: proteínas-tirosina fosfatasa (hacen lo
contrario de las proteínas-tirosina quinasas), receptoras para el factor de crecimiento
transformante (fosforilan residuos de serina o treonina), y receptores de guanilato ciclasa
(estimula la actividad catalítica).
Vías de transducción intracelular de señales
El AMP cíclico (AMPc) es un segundo mensajero de la señalización hormonal (la hormona es le primer
mensajero). El AMPc se forma a partir de ATP, por la acción de la adenilato ciclasa, y es degradado a AMP por
la AMPc fosfodiesterasa.
El receptor de la epinefrina está asociado a la adenilato ciclasa vía una proteína G, que estimula su
actividad enzimática, dando lugar al aumento de la concentración de AMPc dentro de la célula.
La mayoría de los efectos del AMPc en la célula animal son mediados por la acción de la proteína
quinasa dependiente de AMPc, o proteína quinasa A, enzimas compuestas por dos subunidades catalíticas y
dos subunidades reguladoras, que se unea los AMPc provocando la disociación de las subunidades catalíticas.
Las subunidades catalíticas libres son enzimáticamente activas, y son capaces de fosforilar residuos de serina.
También, el aumento del AMPc activa la transcripción de genes que codifican una secuencia reguladora
denominada elemento de respuesta a AMPc (CRE). La señal desde el citoplasma al núcleo la lleva la
subunidad catalítica de la quinasa A, y una vez allí fosforila a un factor de transcripción denominado CREB, que
activa los genes inducidos por AMPc.
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El GMP cíclico (GMPc) también es un segundo mensajero importante. Se sintetiza a partir del GTP por
la guanilato ciclasa, y es degradado a GMP por una fosfodiesterasa. La activación de las guanilato ciclasas
aumenta el nivel de GMPc, que interviene como mediador de respuestas biológicas como la vasodilatación.
Las dos vías principales de señalización intracelular se basan en la utilización de segundos mensajeros
derivados del fosfolípido de membrana fosfatidil inositol 4,5-bifosfato (PIP2). Varias hormonas y factores de
crecimiento pueden inducir la hidrólisis del PIP2, a través de la fosfolipasa C. La hidrólisis del PIP2 dispara una
doble cascada de señales intracelulares. El diacilglicerol, que se genera por la hidrólisis, activa a proteínas de
serina/treonina quinasas, de la familia de la proteína quinasa C, y desempeñan un papel importante en el
control del crecimiento y de la diferenciación celular.
El diacilglicerol permanece asociado a la membrana plasmática, pero el otro mensajero producido por
la hidrolización, el IP3, que es una pequeña molécula polar, es liberada al citosol, donde interviene induciendo
la liberación de Ca2+ del retículo endoplasmático. Esto afecta la actividad de diversas proteínas, incluyendo
quinasas y fosfatasas. Esto es principalmente importante en las células nerviosas y musculares.
Transducción de señales y citoesqueleto
Las funciones de la mayoría de las células están influidas directamente por la adhesión celular y la
organización del citoesqueleto.
Las integrinas son los principales receptores responsables del anclaje de las células a la matriz
extracelular. Al igual que los miembros de la superfamilia de los receptores de citoquinas,las integrinas tienen
segmentos citoplasmáticos cortos que carecen de actividad enzimática.Sin embargo,están asociadas a
proteínas-tirosina quinasas no receptoras denominadas FAK. Las FAK se localizan en las adhesiones focales, y
se fosforilan rápidamente tras la unión de la integrina a los componentes de la MEC. Esta fosforilación crea
puntos de interacción para otras moléculas señalizadoras, por lo que acopla a las integrinas a otras vías de
señalización.
La señalización desde las integrinas juega un papel central del movimiento celular, regulando el
comportamiento dinámico del citoesqueleto de actina. Miembros de la subfamilia de Rho de las proteínas de
unión GTP son activados mediante esta señalización, y estimulan la proliferación de actina.
Seminario 12
DIFERENCIACIÓN CELULAR
Los genes constitutivos son aquellos que se expresan en todas las células, y están involucrados en en
procesos de mantenimiento básico de las células. Hay un conjunto de genes que son específicos de cada grupo
de células especializadas, denominados genes específicos, que les permite a estas células tener su fenotipo
especializado.
La diferenciación celular no implica una pérdida de genes, pero sí una reprogramación. En algunos
contextos puede ser reversible.
Los primeros procesos que ocurren en el desarrollo embrionario implican una proliferación de la cigota
en un grupo de células totipotenciales que se denominan blastómeras. La primer diferenciación que se da es
una masa de células denominada macizo celular interno o epiblasto, y son todas las células que van a dar
origen al embrión propiamente dicho. Otra parte del embrión, el trofoblasto, da origen a los tejidos
extraembrionarios como la placenta.
Alrededor de la semana tres, las células del epiblasto comienzan a sufrir un proceso de diferenciación,
y se genera un embrión de tres capas germinales: ectodermo, endodermo y mesodermo. Los tipos celulares
que derivan de cada capa son diferentes a las de las otras. Aun antes de la diferenciación, las células de estas
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capas germinales están restringidas evolutivamente en cuanto al tipo de células que pueden dar. Esto se
denomina compromiso celular. El compromiso se divide en dos fenómenos:
● Especificación: Es la primer fase del compromiso. Es reversible, ya que se puede modificar cuando se
modifican las interacciones en estos tipos celulares o las señalizaciones que reciben
● Determinación: Es irreversible. No se puede modificar su compromiso aun sometiendolas a otras
señales del embrión.
Las células que se van diferenciando adquieren diferentes factores de transcripción específicos. Esto
tiene varias causas:
1. Ciertos ARNm de la célula original podrían no estar distribuidos de manera equitativa en el
citoplasma. Cuando esta célula se divida, solo una de las células hijas va a heredar ese conjunto de
ARNm localizados en un sector de la célula. Por eso sólo una expresará esa proteína (que puede ser un
factor específico de transcripción)
2. Las células tienen distintos vecinos, interactúan con distintas células a lo largo de la proliferación. Aquí
participan las uniones dependiente de contacto. Una vía de señalización es WNT (nombre del ligando),
expresado en la membrana de ciertos tipos celulares y contacta con los receptores de células
yuxtapuestas. Cuando se activa, hay una cascada de señales que conduce a la estabilización de una
proteína que va a funcionar como un FET.
3. Interacciones dependientes de señales químicas solubles, señalización a través de un conjunto de
moléculas que denominamos morfógeno. Todo grupo de células que pueden responder a la señal del
morfógeno se denominan campo morfogenético. Está restringido por la distancia, y las respuestas
dependen de la concentración del morfógeno, es decir, hay umbrales de concentración a partir de los
cuales se especifican distintos destinos celulares. Dependiendo el número de receptores que sean
activados en la superficie de la célula, la intensidad de la vía de señalización cambiará, y esto conducirá
a que ciertos FET puedan activarse o no.
4. Existen regulaciones postranscripcionales, los miARN, que se asocian a un complejo silenciador
llamado RISC (ya expliqué a estas bitches antes). El factor específico de la transcripción REST actúa en
un sentido represivo, es decir, se une a ciertos elementos del genoma, y recluta un conjunto de
correpresores, que metilan el ADN y desacetilar a las histonas (Super represiva). Los genes que tienden
a inactivarse son aquellos genes específicos que se expresen en las neuronas. Al principio del
desarrollo embrionario los genes que codifican para neuronas se encuentran reprimidos por REST, pero
luego, se reprime el gen de REST mediante los microARN 9, y, al bajar la concentración, comienzan a
codificarse genes específicos para neuronas.
5. Dos tipos celulares pueden responder de manera distinta a una misma señal. La respuestas de estas
células a una señal química dependerá de las proteínas que ya haya expresado hasta el momento. A
esto se lo denomina memoria celular. Un mecanismo de transmisión de la memoria celular es la
transmisión de los factores específicos de la transcripción que una célula parental le pase a sus células
hija.
6. Se puede regular la expresión génica de modo tal que se permita la diferenciación celular y se restrinja
el potencial evolutivo de la célula. A esto se lo denomina linaje celular, un árbol genealógico que
surgen de una célula madre.
Totipotencialidad: Es la capacidad que tiene una célula para dar todo tipo de tejidos, sean embrionarios o
extraembrionarios. La única célula con esta característica es la célula huevo.
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Pluripotencialidad: Es una célula embrionaria con capacidad para generar un organismo completo. Seentiende como la capacidad de una célula para dar tejidos embrionarios pero no puede dar tejidos
extraembrionarios.
Multipotencialidad: Son células que poseen la capacidad de diferenciarse en un limitado tipo de células que
se encuentran en el organismo, y las cuales están estrechamente relacionadas entre sí. A diferencia de lo que
sucede con las células madre embrionarias pluripotenciales, las células madre multipotenciales no poseen la
capacidad de transformarse en diferentes tipos de células.
Seminario 13
CÁNCER Y MUERTE CELULAR PROGRAMADA
Muerte celular
La muerte celular causada por falta de oxígeno y nutrientes se conoce como necrosis. En contraste con
la necrosis (que en realidad no es una forma de muerte celular, sino que es un patrón morfológico que ocurre
después de la muerte de un tejido en organismos vivos) resultante de un daño agudo a los tejidos, la
apoptosis es un proceso ordenado, una vía de destrucción o muerte celular programada o provocada por el
mismo organismo, con el fin de controlar su desarrollo y crecimiento.
Las células necróticas típicamente aumentan su volumen y explotan, liberando todo el contenido
intracelular, lo cual activa a las células del sistema inmune a producir una respuesta inflamatoria.
Durante la apoptosis, el ADN cromosómico se fragmenta como resultado de la rotura entre los
nucleosomas. La cromatina se condensa, y núcleo se rompe en pequeños trozos. Luego, la célula se encoge y
se rompe en fragmentos rodeados por membranas, llamados cuerpos apoptóticos. Estos cuerpos apoptóticos
son fagocitados por los macrófagos.
Las enzimas que son los efectores de la muerte celular programada son las caspasas. Producen la
apoptosis mediante la rotura de más de 100 proteínas celulares distintas. Entre las dianas, se encuentra un
inhibidor de la ADNasa, que al activarse es el responsable de la fragmentación del ADN nuclear. Algunas son
caspasas iniciadoras (caspasas-8 y -9), que inician el proceso de apoptosis y activan a las caspasas efectoras
(caspasas-3, -6 y -7), que degradan activamente el resto de la célula.
Las caspasas se sintetizan como precursores inactivos que se convierten a la forma activa por rotura de
sus proteínas, catalizada por otras caspasas. Así, la activación de una caspasa provoca una reacción en cadena.
El gen que codifica para las caspasas es Ced-3. Ced-4 es el que induce su activación, formando un
complejo en el que dos caspasas se rompen y activan la una a la otra. Por el contrario, Ced-9 inhibe la
activación de las caspasas.
Receptores implicados en la muerte celular
Hay dos vías de señalización que pueden conducir a la muerte celular programada:
1. VÍA EXTRÍNSECA
Se produce por la activación de receptores que están presentes en la membrana de algunas células.
Los polipéptidos que funcionan como señal son los factores de necrosis tumoral (TNF), que se unen a
receptores FAS. Esta apoptosis inducida por la activación de FAS es la responsable de la muerte en las células
que son diana del sistema inmune, como las células cancerosas o infectadas por virus. Los receptores que
reciben el ligando de Fas activan directamente a las caspasas.
2. VÍA INTRÍNSECA
Los procesos de señalización de esta vía ocurren en el interior de la célula. Comienza con la liberación
de citocromo c al citosol. En el citosol, el citocromo c se une a Apaf-1, y desencadena la formación de un
complejo Apaf-1/caspasa-9, denominado apoptosoma. Luego, la caspasa-9 se separa y activa a caspasas
efectoras, dando lugar a la muerte celular.
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Señalización de la supervivencia celular
Otras vías de señalización actúan en la dirección opuesta, promoviendo la supervivencia celular
mediante la inhibición de la apoptosis. Miembros de la familia Bcl-2, son proteínas reguladoras de la
apoptosis, que interactúan con componentes de la membrana mitocondrial externa, facilitando o impidiendo
la formación de los poros que permiten que el citocromo c se libere hacia el citoplasma.
Cáncer
La principal alteración que causa el desarrollo de un cáncer es la proliferación continua e incontrolada
de las células cancerosas. En vez de responder apropiadamente a las señales que controlan el comportamiento
celular normal, las células cancerosas crecen y se dividen de manera incontrolada, invadiendo los tejidos y los
órganos sanos.
El cáncer se puede producir por la proliferación anormal de cualquiera de los diferentes tipos de
células del cuerpo. La cuestión más importante en la patología es distinguir entre tumores benignos y
malignos. Un tumor benigno, permanece confinado en su localización original, sin invadir el tejido sano
adyacente ni propagarse a lugares distantes del cuerpo. Sin embargo, un tumor maligno es capaz de invadir el
tejido normal adyacente y de propagarse por el cuerpo mediante los sistemas circulatorio o linfático, lo que se
denomina metástasis.
Tanto los tumores malignos como los benignos se clasifican de acuerdo al tipo de célula del que
proceden. Hay tres tipos principales: carcinomas, alteraciones de las células epiteliales; sarcomas, tumores
sólidos de tejidos conectivos; y leucemias y linfomas, que surgen a partir de las células hematopoyéticas y de
las células del sistema inmune, respectivamente.
Una de las características fundamentales del cáncer, es que los tumores son clones, se desarrollan a
partir de una única célula que prolifera de manera anormal. Prolifera independientemente de la intensidad de
la señal de mitógenos que reciba.
Las células cancerosas pueden evadir los procesos que le ponen un freno al ciclo celular, como los
daños al ADN. Las señales que detienen la proliferación no se activan.
Suelen ser resistentes a la muerte celular programada, y tienen inmortalidad replicativa, se pueden
replicar sin límite.
El desarrollo del cáncer está constituido por la mutación y selección de aquellas células con una
capacidad cada vez mayor de proliferación, supervivencia, invasión y metástasis.
La iniciación del tumor se debe a una alteración genética que provoca la proliferación anormal de una
única célula. La progresión del tumor se produce a medida que se producen mutaciones adicionales de las
células de la población del tumor. Algunas mutaciones confieren una ventaja selectiva (como un crecimiento
más rápido), y los descendientes de esas células dominarán la población tumoral. Este proceso se denomina
selección clonal.
Los genes cuya transcripción tiene un efecto sobre la proliferación celular se agrupan en dos clases:
● Protooncogenes: Estimulan la proliferación celular.
● Genes supresores de tumores: Inhiben la proliferación celular.
Si hay una mutación en un protooncogén que lo vuelve activo, esta variación se denomina oncogén.
Los protooncogenes codifican para proteínas que participan en la regulación de la proliferación celular, como
los mitógenos. Todas las proteínas que forman parte de la transcripción mitogénica también son codificadas
por los protooncogenes.
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Hay cuatro genes que codifican para el factor de crecimiento epidérmico: Her1, Her2, Her3 y Her4.
Usualmente están expresados en las células de las glándulas mamarias. Uno de los receptores, Her2, carece de
ligandos, y puede activarse aún sin ligandos. Usualmente, la concentración de Her2 es muy baja en las células,
pero en condiciones patológicas tumorales, los tumores mamarios sobreexpresan Her2, lo que aumenta la
probabilidad de que Her2 se active como dímero, y se active la señal de proliferación celular
Este es un ejemplo de la producción anormal de un factor de crecimiento, lo que conduce a la
autoestimulación continua de la división celular, denominado estimulación autocrina del crecimiento.
Otras dos propiedades de las células cancerosas afectan a su integración con otros componentes
tisulares. Las células transformadas suelen secretar proteasas que digieren los componentes de la matriz
extracelular, lo que permite a las células invadir los tejidos normales adyacentes. En segundo lugar, secretan
factores decrecimiento que promueven la formación de nuevos vasos sanguíneos, denominado angiogénesis.
Esto es necesario para mantener el crecimiento de un tumor por encima de un tamaño de un millón de
células.
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