Control genético de la síntesis proteica, las funciones de la célula y la reproducción celular.

Expresión génica: Es el proceso completo desde la transcripción del código genético en el núcleo hasta la traducción del código del ARN y la formación de proteínas en el citoplasma células.

Dado que existen cerca de 30,000 genes en cada célula, es posible formar grandes cantidades de proteínas celulares diferente. Adema de que los genes en el núcleo celular controlan la síntesis de proteínas de todas las células del organismo, estos también presentan diferentes funciones como:

° Controlan la herencia de padres a hijos

° Controlan la función cotidiana de todas las células del organismo

° Controlan las funciones de la célula determinando qué sustancias se sintetizan dentro de la misma (es decir que estructuras, enzimas o que productos químicos participan).

GENES EN EL NÚCLEO:

Bloques básicos de ADN; son los compuestos químicos básicos implicados en la formación del ADN que serían °Ácido fosfórico °azucar desoxirribosa ° 4 bases nitrogenadas (2 purínicas “adenina y guanina y 2 pirimidínicas “Timina y Citosina”).

Nucleótidos: Es la primera etapa en la formación del ADN consiste en combinar: ° una molécula de ácido fosfórico °una molécula de desoxirribosa °una de las 4 bases para formas un nucleótido ácido. De esta forma se crean 4 nucleótidos distintos, uno para cada una de las 4 bases.

De esta forma se crean cuatro nucleótidos distintos, uno para cada una de las cuatro bases; ácidos desoxiadenílico, desoxitimidílico, desoxiguanílico y desoxicitidílico.

ORGANIZACIÓN DE LOS NUCLEÓTIDOS PARA FORMAR DOS HEBRAS DE ADN UNIDAS LAXAMENTE ENTRE SÍ:

Gran número de nucleótidos se unen entre sí para formar dos hebras de ADN a su vez las dos hebras de ADN se unen laxamente entre si mediante enlaces débiles de puentes de hidrógeno. El esqueleto de cada hebra de ADN está compuesto por moléculas de ácido fosfórico y desoxirribosa que se van alternando. A su vez las bases de purina y pirimidina se unen a los lados de las moléculas de desoxirribosa. Después las dos hebras respectivas de ADN se mantienen unidas mediante enlaces débiles de hidrógeno entre las bases purínicas y pirimidínicas pero hay que resaltar que; 1._ cada base purínica de adenina “A” de una hebra siempre se une con una base pirimidínica de timina “T” de la otra. 2._ cada base purínica de guanina “G” siempre se une con una base pirimidínica de citosina “C”. La secuencia de los pares de bases complementarios es CG, CG, GC, TA, CG, TA, GC, AT y AT. Debido a la laxitud de los enlaces de hidrógeno las dos hebras se separan con facilidad y lo hacen muchas veces cuando se realizan sus funciones en la célula. En cada vuelta completa de la hélice de la molécula de ADN hay 10 pares de nucleótidos.

El código genético consta de <<tripletes>> sucesivos de bases, es decir tres bases sucesivas componen una palabra del código. Los tripletes sucesivos controlan en último término la secuencia de aminoácidos en una molécula proteica que la célula debe sintetizar.

EL CÓDIGO DE ADN DEL NÚCLEO CELULAR SE TRANSFIERE AL CÓDIGO DE ARN EN EL CITOPLASMA CELULAR: PROCESO DE TRANSCRIPCIÓN.

El ADN se encuentra en el núcleo de la célula, pero la mayoría de las funciones de la célula se realizan en el citoplasma Así que existe un mecanismo para que los genes de ADN del núcleo controlen las reacciones químicas del citoplasma, lo que se consigue por la intermediación de otro tipo de ácido nucleico el ARN. El código se transfiere al ARN en un proceso que se conoce como transcripción. A su vez el ARN se difunde desde el núcleo a través de los poros del núcleo al compartimiento citoplasmático, donde controla la síntesis proteica.

SÍNTESIS DE ARN:

Durante la síntesis de ARN las dos hebras de la molécula de ADN se separan temporalmente y una de ellas se usa como plantilla para la síntesis de una molécula de ARN. Los tripletes del código del ADN provocan la formación de tripletes con un código complementario (o codones) en el ARN; estos codones controlaran la secuencia de aminoácidos en una proteína que se va a sintetizar en el citoplasma celular.

BLOQUES BÁSICOS PARA LA CONSTRUCCIÓN DEL ARN:

Los bloques básicos para la construcción del ARN son prácticamente los mismos que los del ADN, excepto por dos diferencias.

en la formación del ARN no se usa el azúcar desoxirribosa y en su lugar se utiliza otro azúcar que tiene una composición algo diferente, la ribosa, que con tiene un ion hidroxilo extra unido a la estructura anular de la ribosa.

La timina se reemplaza por otra pirimidina el Uracilo

FORMACIÓN DE NUCLEÓTIDOS DE ARN:

Los bloques básicos de ADN forman los nucleótidos de ARN,es exactamente igual como se forman los los nucleótidos del ADN consiste en combinar:; ° una molécula de ácido fosfórico °una molécula de desoxirribosa °una de las 4 bases para formas un nucleótido ácido.

se usan también cuatro nucleótidos distintos para formar el ARN, nucleótidos que contienen las bases adenina, guanina, citosina y uracilo. Son las mismas bases que usa el ADN, excepto porque el uracilo del ARN remplaza la timina del adn.

ACTIVACIÓN DE LOS NUCLEÓTIDOS DE ARN

El siguiente paso de la síntesis de ARN es la «activación» de los nucleótidos de ARN por una enzima, polimerasa de ARN, lo que se produce añadiendo a cada nucleótido dos radicales fosfato más para formar trifosfatos

Estos dos últimos fosfatos se combinan con el nucleótido mediante enlaces de fosfato de alta energía derivados del ATP celular.

El resultado de este proceso de activación es que cada uno de los nucleótidos puede disponer de grandes cantidades de energía del ATP.

Montaje de la cadena de ARN a partir de los
nucleótidos activados usando una cadena de ADN
como plantilla: proceso de «transcripción»

El montaje de la molécula de ARN se realiza siguiendo un proceso bajo la influencia de una enzima la polimerasa de ARN.

Polimerasa de ARN; se trata de una gran enzima proteica que tiene muchas propiedades funcionales para la formación de la molécula de ARN como son;

la polimerasa de ARN tiene una estructura complementaria apropiada que reconoce al promotor y se une a el en un paso esencial para iniciar la formación de la molécula de ARN. PROMOTOR; secuencia de nucleótidos contigua al gen iniciar

la polimerasa de ARN, después de unirse al promotor provoca el desenrollamiento de dos vueltas de la hélice de ADN, y la separación de las porciones abiertas de las dos hebras

la polimerasa se desplaza a lo largo de la hebra de ADN, desenrollando y separando temporalmente las dos hebras de ADN en cada etapa de su movimiento. A medida que se desplaza va añadiendo en cada paso un nucleótido de ARN activado nuevo en el extremo de la cadena de ARN que se va formando siguiendo los siguientes pasos

1._ primero provoca la formación de un enlace de hidrógeno entre la base del extremo de la cadena de ADN y la base de un nucleótido de ARN en el nucleoplasma

2._ Después la polimerasa de ARN va rompiendo dos de los tres radicales fosfato, separándolos de casa uno de estos nucleótidos de ARN y liberando grandes cantidades de energía de los enlaces de fosfato de alta energía que va rompiendo; esta energía se usa para crear el enlace covalente del fosfato que queda en el nucleótido con la ribosa en el extremo de la cadena de ARN en crecimiento

3._ Cuando la polimerasa de ARN alcanza el extremo del gen de ADN se encuentra con una secuencia nueva de nucleótidos de ADN, que hace que la polimerasa y la cadena de ARN recién formadas se separen de la cadena de ADN. Después la polimerasa puede usarse una y otra vez para formar mas cadenas de ARN,

A medida que se va formando una cadena de ARN nueva se rompen sus enlaces débiles de hidrógeno que unen a la plantilla de ADN, por que el ADN tiene una afinidad alta para volver a unirse con su propia cadena complementaria de ADN, es decir la cadena de ARN se separa del ADN y se libera en el nucleoplasma

Es decir, el código presente en la cadena de ADN se transmite
finalmente de forma complementaria a la cadena de ARN. Las bases de nucleótido con ribosa siempre se combinan con las bases con desoxirribosa, de la siguiente forma:

Base de ADN Base de ARN

guanina…………………………….citosina
citosina……………………………..guanina
adenina…………………………….uracilo
timina ……………………………….adenina

CUATRO TIPOS DE ARN:

Cada tipo de ARN tiene un papel independiente y totalmente distintas en la formación de proteínas.

ARN MENSAJERO (ARNm): Transporta el código genético al citoplasma para controlar el tipo de proteína que se forma

ARN DE TRANSFERENCIA (ARNt): transporta los aminoácidos activados a los ribosomas para usarlos en el montaje de la molécula proteica.

ARN RIBOSÓMICO: Junto con 75 proteínas distintas forma ribosomas, las estructuras físicas y químicas en las que se montan realmente las moléculas proteicas.

MICROARN (ARNmi); son moléculas ARN monocatenario de 21 a 23 nucleótidos capaces de regular la transcripción y la traducción génicas.

FORMACIÓN DE PROTEÍNAS EN LOS RIBOSOMAS EL PROCESO DE TRADUCCIÓN:

Cuando una molécula de ARN mensajero entra en contacto con un ribosoma, se desplaza por el mismo a partir de un extremo predeterminado de la molécula de ARN que se especifica mediante la secuencia apropiada de las bases de ARN, el codón «iniciador de la cadena». Después, mientras el ARN mensajero se desplaza por el ribosoma, se forma una molécula proteica, en un proceso que se conoce como traducción. Es decir, el ribosoma lee los codones del ARN mensajero Después, se marca el final de una molécula proteica cuando un codón de parada (el codón «terminador de la cadena») atraviesa el ribosoma y la molécula proteica se libera en el
citoplasma.

Polirribosomas; una molécula sencilla de ARN mensajero puede formar moléculas proteicas en varios ribosomas al mismo tiempo, porque el extremo inicial de la cadena de ARN puede ir atravesando ribosomas sucesivos cuando abandona el primero. Las moléculas proteicas se encuentran en distintas fases del desarrollo en cada ribosoma. Como consecuencia de este proceso es frecuente encontrar agrupaciones de ribosomas uniéndose entre 3 y 10 ribosomas a una única molécula de ARN mensajero al mismo tiempo y a estos grupos se le conocen como polirribosomas.

El sistema genético de ADN también
controla la reproducción celular.

Ciclo vital de la célula: El ciclo vital de una célula es el período que transcurre desde el inicio de la reproducción celular hasta el inicio de la siguiente reproducción celular. Cuando las células de los mamíferos no están inhibidas, se reproducen tan rápidamente como pueden y su ciclo vital puede ser tan sólo de 10 a 30 h y termina por una serie de sucesos físicos diferenciados que se denominan mitosis y que tienen como finalidad lograr la división de la célula en dos células hijas nuevas.

Profase: La primera etapa de la mitosis, denominada
profase Mientras se forma el haz, los cromosomas del núcleo (que en la interfase corresponden a hebras laxamente enrolladas) se condensan en cromosomas bien definidos.

Prometafase: Durante esta etapa las
puntas de los microtúbulos en crecimiento del áster se fragmentan en la cubierta nuclear. Al mismo tiempo, los múltiples microtúbulos del áster se unen a las cromátidas en los centrómeros, donde las cromátidas pareadas aún están unidas entre sí; a continuación, los túbulos tiran de una cromátida de cada par, alejando cada una hacia el polo celular correspondiente.

Metafase. Durante la metafase, las dos ásteres del aparato mitótico se separan, lo que parece suceder porque las puntas de los microtúbulos de ambos, donde se imbrican entre sí para formar el huso mitótico, realmente se empujan mutuamente. Por este motivo, parece que hay unas moléculas proteicas contráctiles diminutas, o motores moleculares, que tal vez estén formadas por la proteína muscular actina que se extienden entre las puntas respectivas para, utilizando una acción paulatina como en el músculo, deslicen activamente las puntas en dirección opuesta una de otra. Simultáneamente, los microtúbulos insertados en las cromátidas tiran fuertemente de ellas hasta el centro de la célula, alineándolas para formar el plano ecuatorial del huso mitótico

Anafase. Durante esta fase, las dos cromátidas de cada cromosoma son separadas en el centrómero. Se separan los 46 pares de cromátidas y se forman dos juegos independientes de 46 cromosomas hijos. Cada uno de ellos es empujado hacia cada uno de los ásteres de la mitosis, a medida que los dos polos respectivos de la célula en división se van separando entre sí.

Telofase. En la telofase, los dos juegos de cromosomas hijos se separan completamente. A continuación, el aparato mitótico se disuelve y se desarrolla una nueva membrana nuclear que rodea cada grupo de cromosomas. Esta membrana se forma a partir de porciones del retículo endoplásmico que ya están presentes en el citoplasma. Poco después, la célula se divide en dos, en la zona media entre los dos núcleos, como consecuencia de la formación de un anillo contráctil de microfilamentos compuestos por actina y, probablemente, miosina (las dos proteínas contráctiles del músculo) en la unión de las células nuevas que se están desarrollando, anillo que las termina separando.

DIFERENCIACION CELULAR:

Una característica especial del crecimiento y división celula es la diferenciación celular, que se refiere a los cambios de las propiedades físicas y funcionales de las células a medida que proliferan en el embrión para formar las distintas estructuras y órganos corporales.

Las células necróticas vierten su contenido haciendo que la inflamación y la lesión se extiendan a las células vecinas. No obstante, la apoptosis es una muerte celular metódica que da lugar al desmontaje y fagocitosis de la célula antes de que se produzca ninguna fuga de su contenido, por lo que las células vecinas se mantienen sanas. La apoptosis se inicia mediante la activación de una familia de proteasas que se conocen como caspasas. Se trata de unas enzimas que se sintetizan y almacenan en la célula en forma de procaspasas inactivas. Los mecanismos de activación de las caspasas son complejos pero, una vez activadas, las enzimas se escinden y activan otras procaspasas, activando una cascada que rompe rápidamente las proteínas del interior de la célula. De esta forma, la célula se desmantela a sí misma y sus restos se digieren rápidamente en las células fagocíticas vecinas. En los tejidos que se remodelan durante el desarrollo se producen cantidades enormes de apoptosis, incluso en los seres humanos adultos miles de millones de células mueren cada hora en tejidos como el intestino y la médula ósea y se reemplazan con células nuevas. No obstante, en los adultos sanos la muerte celular programada está normalmente equilibrada con la formación de células nuevas, ya que, de lo contrario, los tejidos del organismo aumentarían o disminuirían excesivamente. En los estudios más recientes se propone que las alteraciones de la apoptosis pueden ser importantes en las enfermedades neurodegenerativas, como la enfermedad de Alzheimer, y también en el cáncer y los trastornos autoinmunitarios. Algunos fármacos que se han usado con éxito para la quimioterapia inducen apoptosis en las células cancerosas.

CÁNCER:

El cáncer se debe en todos o casi todos los casos a la mutación o a alguna otra activación anormal de los genes celulares que controlan el crecimiento y la mitosis celular. Los genes anormales se denominan oncogenes y se han descubierto hasta 100 tipos distintos.

En todas las células también hay antioncogenes, que suprimen la activación de los oncogenes específicos, es decir, la pérdida o inactivación de los antioncogenes permite la activación de los oncogenes que conduce al cáncer.

Enfermedad en la que células anómalas se dividen sin control y destruyen los tejidos corporales.

BIBLIOGRAFÍA

Guyton, C Arthur y Hall. TRATADO DE FISIOLOGIA MEDICA. Doceava edición. Editorial Elsevier España, S.L