Señalización Celular

Una célula señalizadora envía una señal molecular a una célula diana (que debe tener receptores para poder recibir la señal, los cuales son los encargados de transducir la señal, activando una maquinaria interna, que activa la cascada de proteínas).

• Señal hidrofílica: el receptor se ubica en el borde de la membrana.
• Señal hidrofóbica: el receptor es interno, por lo que generalmente está en la membrana nuclear.

Comunicación Celular

Se necesita: (señal, receptor, maquinaria de respuesta)

• Señal: fotón, gas, aminoácido, péptido, proteína, esteroide, ácido graso.
• Receptor: reconocimiento específico, alta afinidad (Kd<>-8M) promueve una respuesta en la célula blanco.

Tipos de comunicación celular:

1. Dependientes del contacto: la señalizadora se acerca a la diana.
2. Paracrina: emiten un mediador local que solo afecta a las células vecinas.
3. Sináptica: comunicación a larga distancia, son rápidas.
4. Endocrinas: comunicación a larga distancia, a través de la sangre, son lentas.
5. Autocrina: la célula se comunica con ella misma.
6. Unión GAP: usa los canales GAP para traspasar señales de citoplasma a citoplasma, no usa receptores.

Transporte Nuclear

La direccionalidad se da porque Ran GAP se encuentra solo en el citoplasma. GEF-Ran se encuentra solo en el núcleo.

Replicación

Se necesita ADN templado, ribonucleótidos, sliding clamp, desoxirribonucleótidos, RNAsa H, DNA topoisomerasa, helicasa, SSBP, DNA primasa, clamp loader, DNA polimerasa, DNA ligasa.

INICIO:

Mediante consumo de ATP en dirección a la horquilla de replicación, es decir, en dirección 5′ → 3′ en la hebra rezagada y 3′ → 5′ en la hebra adelantada, rompiendo los puentes de hidrógeno que mantienen unida la doble hélice. El siguiente conjunto de proteínas reclutadas son las denominadas proteínas SSB encargadas de la estabilización del ADN monocatenario generado por la acción de las helicasas, impidiendo así que el ADN se renaturalice o forme de nuevo la doble hélice, de manera que pueda servir de molde. Estas proteínas se unen de forma cooperativa, por lo que su unión al DNA conforme avanza la helicasa es rápida. Por otro lado, conforme las helicasas van avanzando se van generando superenrollamientos en la doble cadena de ADN por delante de la horquilla y si éstos no fueran eliminados, llegado a un punto el replisoma ya no podría seguir avanzando.

ELONGACIÓN:

En el siguiente paso, la holoenzima ADN Pol III cataliza la síntesis de las nuevas cadenas añadiendo nucleótidos sobre el molde. Esta síntesis se da bidireccionalmente desde cada origen, con dos horquillas de replicación que avanzan en sentido opuesto. Cuando el avance de dos horquillas adyacentes las lleva a encontrarse, es decir, cuando dos burbujas se tocan, se fusionan, y cuando todas se han fusionado todo el cromosoma ha quedado replicado.

TERMINACIÓN:

El final de la replicación se produce cuando la ADN polimerasa III se encuentra con una secuencia de terminación. Se produce entonces el desacople de todo el replisoma y la finalización de la replicación.

MISMATCH:

Mecanismo de replicación, comete un error y deja un nucleótido mal apareado, se debe eliminar solo el error de la cadena recién sintetizada.

El ADN no es invulnerable a daños, se pueden desaminar, romperse los anillos de la base. Fuentes de daño (químicos, calor, accidentes metabólicos, radiación).

REPARACIÓN DEL ADN:

Conjunto de procesos por los cuales una célula identifica y corrige daños hechos a las moléculas de ADN que codifican el genoma. En las células humanas, tanto las actividades metabólicas como los factores ambientales, como los rayos UV o la radiactividad, pueden causar daños al ADN, provocando hasta un millón de lesiones moleculares por célula por día. Muchas de estas lesiones causan daños estructurales a la molécula de ADN, y pueden alterar o eliminar la capacidad de la célula de transcribir el gen que codifica el ADN afectado. Otras lesiones producen mutaciones potencialmente nocivas en el genoma de la célula, lo que afecta la supervivencia de sus células hijas a la hora de la mitosis.

OBJETIVO REPLICACIÓN:

• Individuo: mantener características del organismo.
• Especie: perpetuar y evolucionar.

Mutaciones génicas:

Se relacionan directamente al cambio en secuencia de aminoácidos en proteínas.

ARN mensajero:

Lleva la información sobre la secuencia de aminoácidos de la proteína desde el ADN, lugar en que está inscrita, hasta el ribosoma, lugar en que se sintetizan las proteínas de la célula. Es, por tanto, una molécula intermediaria entre el ADN y la proteína y el apelativo de «mensajero» es del todo descriptivo.

ARN de transferencia:

Son cortos polímeros de unos 80 nucleótidos que transfiere un aminoácido específico al polipéptido en crecimiento; se unen a lugares específicos del ribosoma durante la traducción. Tienen un sitio específico para la fijación del aminoácido (extremo 3′) y un anticodón formado por un triplete de nucleótidos que se une al codón complementario del ARNm mediante puentes de hidrógeno.

ARN ribosómico:

Se halla combinado con proteínas para formar los ribosomas, donde representa unas 2/3 partes de los mismos. En procariotas, la subunidad mayor del ribosoma contiene dos moléculas de ARNr y la subunidad menor, una. En los eucariotas, la subunidad mayor contiene tres moléculas de ARNr y la menor, una. En ambos casos, sobre el armazón constituido por los ARNr se asocian proteínas específicas. El ARNr es muy abundante y representa el 80% del ARN hallado en el citoplasma de las células eucariotas. Los ARN ribosómicos son el componente catalítico de los ribosomas; se encargan de crear los enlaces peptídicos entre los aminoácidos del polipéptido en formación durante la síntesis de proteínas; actúan, pues, como ribozimas.

Transcripción:

Se necesita lugar de inicio, una hebra de ADN como templado, denaturar la doble hebra de ADN, trifosfatos de ribonucleósidos (CTP, GTP, ATP, UTP), ARN polimerasa, promotor, factores de transcripción y lugar de término. La transcripción del ADN es el primer proceso de la expresión génica, mediante el cuál se transfiere la información contenida en la secuencia del ADN hacia la secuencia de proteína utilizando diversos ARN como intermediarios. Durante la transcripción genética, las secuencias de ADN son copiadas a ARN mediante una enzima llamada ARN polimerasa que sintetiza un ARN mensajero que mantiene la información de la secuencia del ADN.

INICIO:

Primero, una Helicasa separa las hebras de ADN en estas denominadas cajas TATA, ya que la adenina y timina poseen un doble enlace, mientras que la citocina y guanina poseen uno triple. Posteriormente se unen los factores y las proteínas de transcripción (TBP, TF2D, TF2B) permitiendo, de esta manera, el acceso de la ARN polimerasa al molde de ADN de cadena simple, siendo esta la última en posicionarse. Aunque la búsqueda del promotor por la ARN polimerasa es muy rápida, la formación de la burbuja de transcripción o apertura del ADN y la síntesis del cebador es muy lenta. La burbuja de transcripción es una apertura de ADN desnaturalizado de 18 pares de bases, donde empieza a sintetizarse el ARN cebador a partir del nucleótido número 10 del ADN molde de la burbuja de transcripción. La burbuja de transcripción se llama complejo abierto. Cuando se forma el complejo abierto, la ARN polimerasa comienza a unir ribonucleótidos mediante enlaces fosfodiéster, y una vez que se forma el primer enlace fosfodiéster, acaba la etapa de iniciación y comienza así la siguiente etapa.

ELONGACIÓN:

La ARN polimerasa cataliza la elongación de cadena del ARN. Una cadena de ARN se une por apareamiento de bases a la cadena de ADN, y para que se formen correctamente los enlaces de hidrógeno que determina el siguiente nucleótido del molde de ADN, el centro activo de la ARN polimerasa reconoce a los ribonucleótidos trifosfato entrantes. Cuando el nucleótido entrante forma los enlaces de hidrógeno idóneos, entonces la ARN polimerasa cataliza la formación del enlace fosfodiéster que corresponde.

TÉRMINO:

Al finalizar la síntesis de ARNm, esta molécula ya se ha separado completamente del ADN (que recupera su forma original) y también de la ARN polimerasa, terminando la transcripción. La terminación es otra etapa distinta de la transcripción, porque justo cuando el complejo de transcripción se ha ensamblado activamente debe desensamblarse una vez que la elongación se ha completado. La terminación está señalizada por la información contenida en sitios de la secuencia del ADN que se está transcribiendo, por lo que la ARN polimerasa se detiene al transcribir algunas secuencias especiales del ADN.

CAPERUZA:

5′ capping (marca extremos 5′ de mRNA y lo distingue de otros RNA, incrementa estabilidad, facilita exportación por su unión a CBC, traducción).

Poliadenilación:

Protege de la degradación, dirige la traducción.

Importación:

Es de citoplasma a núcleo, tienes un SLN (señal de localización nuclear) unida a una importina (I), esos dos pasan juntos al núcleo a través del poro, dentro del núcleo a SLN-I se le une una RAN GTP –> SNL-I-RAN GTP, cuando se une RAN GTP se suelta el SNL –> SNL I-Ran GTP a I-Ran GTP se le une una Ran Gap (que hidroliza Ran GTP y la hace Ran GDP y se suelta I) –> I-Ran GTP-RAN GAP –> I RAN GDP.

Exportación:

Tiene que haber una molécula en el núcleo con secuencia de exportación nuclear, exportina en el núcleo, y que en el núcleo haya Ran-GTP y en el citoplasma Ran-GDP; y que en el núcleo también haya Ran-GEF y que en el citoplasma haya Ran-GAP.

Traducción:

La traducción es el segundo proceso de la síntesis proteica (parte del proceso general de la expresión génica). La traducción ocurre en el citoplasma, donde se encuentran los ribosomas. Los ribosomas están formados por una subunidad pequeña y una grande que rodean al ARNm. En la traducción, el ARN mensajero se decodifica para producir un polipéptido específico de acuerdo con las reglas especificadas por el código genético. Es el proceso que convierte una secuencia de ARNm en una cadena de aminoácidos para formar una proteína. Es necesario que la traducción venga precedida de un proceso de transcripción. El proceso de traducción tiene cuatro fases: activación, iniciación, elongación y terminación (entre todos describen el crecimiento de la cadena de aminoácidos, o polipéptido, que es el producto de la traducción).

Inicio:

La iniciación de la traducción en las procariotas supone ensamblar los componentes del sistema de traducción, que son: las dos subunidades ribosomales, el ARNm a traducir, el primer aminoacil-ARNt, GTP y factores de iniciación que ayudan a ensamblar el sistema de iniciación. La iniciación procariótica es el resultado de la asociación de las subunidades pequeña y grande del ribosoma y el acoplamiento del primer aminoacil-ARNt (fmet-ARNt) con el codón de iniciación mediante el emparejamiento de bases anticodón-codón.

Elongación:

1. Posicionamiento en sitio A de un aminoacil-tRNA: factor de elongación EF-Tu (EF1 en eucariontes).
2. Formación del enlace peptídico: peptidil-transferasa.
3. Translocación: EF-G (EF-2 en eucariontes).
4. Liberación de tRNA desacilado.

FIDELIDAD:

1. Apareamiento de bases codón-anticodón.
2. Encaje preciso en sitio A: EF-Tu.

Término:

La terminación ocurre cuando uno de los tres codones de terminación entra en el sitio A. Estos codones no son reconocidos por ningún ARNt. En cambio, son reconocidos por unas proteínas llamadas factores de liberación, concretamente la RF-1 (que reconoce los codones de parada UAA y UAG) o la RF-2 (que reconoce al UAA y al UGA). Un tercer factor de liberación, el RF3, cataliza la liberación producida por el RF-1 y el RF-2 al final del proceso de terminación. Estos factores disparan la hidrólisis del enlace éster de la peptidil-ARNt y la liberación del ribosoma de la proteína recién sintetizada.

Interfase:

Es el periodo que comprende entre el término de una división celular y el comienzo de la siguiente. Se divide en tres periodos: G1, S y G2.

Profase:

En el citoplasma se desorganiza el citoesqueleto, por lo tanto, quedan libres los microtúbulos (tubulinas), los microfilamentos (actina, miosina) y los filamentos intermedios (citoqueratina). Producto de esto, la célula tiende a la forma esférica.

Los centríolos, que son estructuras cilíndricas formadas por 9 tripletes de microtúbulos, y que poseen carga eléctrica, comienzan a atraer los microtúbulos del citoesqueleto, que están libres en el citoplasma. A medida que estos microtúbulos son atraídos por los centríolos, estos comienzan a separarse migrando a los extremos opuestos. Producto de esta migración, los centríolos van quedando unidos por microtúbulos que darán origen al huso mitótico cromático o polar. Mientras todo esto ocurre en el citoplasma, en el núcleo, la cromatina comienza a compactarse debido a lo cual las cromátidas se engruesan y se acortan, por lo tanto, en este momento se hacen visibles al microscopio óptico.

Al término de esta etapa se alcanza un alto grado de compactación de la cromatina, y los centríolos están ubicados en los extremos opuestos de la célula. Finaliza la profase con la desaparición de la carioteca y de los nucleolos.

Metafase:

Los cromosomas duplicados, que están dispersos en el citoplasma, comienzan a ubicarse en el centro de la célula, de tal manera que cada cromátida queda orientada en forma perpendicular al centríolo correspondiente formando la placa metafísica o ecuatorial.

Los microtúbulos del cinetocoro se unen al centríolo correspondiente formando el huso mitótico acromático o apolar.

Ahora que todos los cromosomas duplicados están ordenados, se produce la duplicación del centrómero. A partir de este instante, la célula presenta un número de cromosomas equivalente al doble de la dotación de la especie.

Anafase:

Las cromátidas hermanas se separan formando cromosomas independientes. Al haber 4 juegos de cromosomas de cada tipo, tenemos un valor de 4n.

Los microtúbulos del huso mitótico apolar se acortan y comienzan a tirar los cromosomas, desde el centrómero, hacia cada lado de la célula. Al mismo tiempo se comienzan a apartar los polos opuestos.

Telofase:

Esta última fase de la mitosis se distingue por la formación de los dos grupos de cromosomas en dos masas respectivas de cromatina, en la proximidad de los polos. Luego, empieza la reconstrucción de la carioteca, la cromatina aparece más difusa y el núcleo empieza a tomar un aspecto interfásico. Paralelamente se reorganiza el nucleolo en sitios determinados de los cromosomas conocidos como NOR.

Al término de la mitosis, se observará en la célula dos núcleos con material genético idéntico, manteniendo así no solo la información, sino además, el número de cromosomas típico de la célula.

El ciclo celular

Es el conjunto de procesos destinados a mantener la integridad estructural y funcional, y además mantener la continuidad celular. Consta de 4 etapas:

• Regulación interna: ciclinas, cinasas dependientes de ciclinas. Control de que una etapa concluya para que se inicie la siguiente.
• Regulación externa: señales extracelulares ej: factores de crecimiento (estimulan el crecimiento celular, activan el anabolismo, disminuyen catabolismo).

Factores mitogénicos:

PDGF, EGF, eritropoyetina, TGF-beta, estimulan la división celular, liberan las inhibiciones de complejos Cdk.

G1:

Periodo de intervalo o periodo de pre-síntesis de ADN. En este periodo hay abundante síntesis de lípidos y proteínas, es decir, todos los procesos para que la célula crezca y se desarrolle. Crece solamente la membrana celular y el citoplasma, pero no el núcleo. Durante esta etapa, el núcleo contiene la cantidad normal de ADN (2c) de la especie. Su longitud es altamente variable y depende de las condiciones fisiológicas y diferenciadas de una célula.

La célula crece hasta llegar al estado adulto.

S:

Periodo de síntesis de ADN. Durante G1, la célula posee una cierta cantidad de ADN, que es su material genético. Al dividirse, debe entregar a cada célula hija una copia de ese material. La síntesis de las dos copias de ADN se conoce como duplicación o replicación del ADN.

Para que haya duplicación del ADN, son necesarios:

• Unidades de construcción: desoxirribonucleótidos.
• Energía: el proceso es anabólico y endergónico, donde la energía la aportan los desoxirribonucleótidos trifosfato.
• Información: el ADN se autoduplica a partir de la información que él mismo trae. El ADN sirve como molde.
• Una enzima específica: la ADN polimerasa.
• Un lugar físico para el proceso: en el núcleo mientras la cromatina está menos condensada.

G2:

Es el segundo intervalo o periodo de post síntesis de ADN. Se caracteriza por la duplicación de los organelos, haciendo especial mención a la duplicación de los centríolos.

En esta etapa, la célula presenta una cantidad de ADN equivalente a 4c, es decir, el doble de la cantidad diploide (4c).

M (Mitosis o Meiosis):

La célula durante interfase creció, duplicó su material genético, duplicó los organelos, y ahora sólo le resta dividirse.

G0:

En la que se detiene el ciclo celular. En esta fase quedan detenidas aquellas células que no se van a volver a dividir así como aquellas que necesitan estímulos externos o internos específicos para entrar en división. En los mamíferos muchas neuronas están permanentemente en fase G0 mientras que algunos hepatocitos están en fase G0 sólo temporalmente.

Checkpoint:

La base del sistema consiste en una serie de reacciones bioquímicas de activación e inactivación que regulan tanto la replicación del material genético como la segregación de él. El sistema de control chequea que efectivamente una determinada etapa se haya realizado completamente, antes de permitir el paso a una etapa siguiente. En las células existen tres puntos de chequeo: El punto de chequeo G1, el G2 y el Metafísico. Cada uno de estos puntos posee una maquinaria molecular que chequea si las acciones correspondientes a cada fase se han cumplido o no.

Células Troncales Adultas Hematopoyéticas:

Transplante:

1. Acondicionamiento.
2. Reinfusión.
3. Reconstitución hematológica.
4. Reconstitución inmune temprana.
5. Reconstitución inmune tardía.

Técnicas de Biología Celular y Molecular:

• Aislar una región específica de un genoma (gen).
• Producir gran cantidad de copias de esa región.
• Determinar secuencia de nucleótidos.
• Analizar expresión de genes.
• Ingeniería genética:
  • Expresar un gen en modelo celular (bacterias, levaduras, cultivos celulares).
  • Transgénesis: inactivación o sobre-expresión gen en sistema modelo animal o vegetal.