Control genético de la síntesis de proteínas, fisiología y reproducción celulares Universidad de Sonora Licenciatura en Medicina Fisiología I Jorge Isaac Cardoza Amador

Control genético de la célula Los genes: Regulan la herencia Controlan la reproducción Regulan las funciones celulares

Control genético Esquema general Gen (DNA) (100.000) Formación de RNA Formación de proteínas Estructurales Enzimas celulares FUNCION CELULAR

Unidad estructural básica del DNA

Ácido desoxirribonucléico Componentes básicos Acido fosfórico y Desoxirribosa Ramas helicoidales Bases nitrogenadas Adenina-Guanina y Citosina-Timina Unen las ramas

ADN

Nucleótidos Una molécula de: Ac. Desoxiadenílico Ac. Desoxitimidílico Ac. Fosfórico Desoxirribosa Una de las 4 bases Ac. Desoxiadenílico Ac. Desoxitimidílico Ac. Desoxiguanílico Ac. Desoxicitidílico

Síntesis de DNA Se organizan dos cadenas de moléculas alternas de Ac. Fosfórico y desoxirribosa P-D-P-D-P-D-P-D-P-D-P-D-P-D Las bases púricas y pirimídicas se unen a las moléculas de Desoxirribosa

Unidad estructural básica del DNA Bases Purínicas: Adenina Guanina Bases Pirimidínicas: Timina Citosina

Síntesis de DNA La base púrica ADENINA se une siempre con la base pirimídica TIMINA La base púrica GUANINA se une siempre con la base pirimídica CITOSINA Las bases están unidas por puentes de nitrógeno muy débiles 10 pares completos e nucléotidos en c/vuelta

Código Genético Al separarse las dos hélices: Transcripción: Se forman tripletes sucesivos de bases Transcripción: El código del DNA (nuclear) se transfiere a un código RNA (citoplásmico) El DNA controla la síntesis de RNA

Síntesis de RNA Las 2 hebras de DNA se separan temporalmente Los tripletes (código genético) del DNA determinan los tripletes complementarios en el RNA (codones) Cada hebra de DNA: 4000 genes

Componentes básicos del RNA Similar al DNA, pero: No tiene DESOXIRRIBOSA, sino RIBOSA La TIMINA es sustituida por URACILO Posteriormente se forman nucleótidos de RNA Después se activan esos nucleótidos Se le añaden dos radicales fosfato para formar trifosfatos

Transcripción Ensamblado de la molécula de RNA a partir de nucleótidos activados utilizando la cadena de DNA como plantilla RNA POLIMERASA

Transcripción En la cadena del DNA hay una secuencia de nucleótidos llamada: “PROMOTORA” A esta se une una estructura complementaria de la RNA-polimerasa

Transcripción Se enderezan casi dos vueltas de la hélice del DNA Se separan las porciones enderezadas Después la RNA-polimerasa se desplaza a lo largo de la cadena de DNA y empieza a formar la cadena de RNA uniendo nucleótidos de RNA complementarios.

Transcripción Los nucleótidos de RNA se unen para formar una cadena de RNA Al llegar la RNA-polimerasa al extremo del gen o de la secuencia de genes se encuentra con una “secuencia terminadora de cadena” y abandona al DNA

Transcipción Base DNA Base RNA Guanina Citosina Adenina Uracilo Timina

Tipos de RNA RNA mensajero: RNA de transferencia RNA ribosomal Transmite el código genético al citoplasma RNA de transferencia Transporta aa activados a los ribosomas RNA ribosomal Con otras proteínas forma los ribosomas

RNA mensajero: los codones Las moléculas de RNAm se forman con muchos nucleótidos en una sola cadena y contienen codones exactamente complementarios de los tripletes del código de genes del DNA CCG, UCU, GAA: Prolina, serina, ácido glutámico La mayor parte de los aa está representada por más de un codón Un codón inicia la síntesis AUG y tres la detienen. UAA, UAG, UGA

RNA de transferencia:los anticodones Transfiere las moléculas de aa a la cadena de RNAm durante la síntesis protéica Se combina específicamente con uno de los 20 aa incorporados en las proteínas Acarrea tipos específicos de aa hacia los ribosomas

RNA de transferencia:los anticodones En los ribosomas cada RNAt reconoce un codón determinado sobre el RNAm dejando el aa adecuado para la síntesis de una proteína específica El RNAt tiene solo 80 nucleótidos, es mucho más pequeño que el RNAm Es una cadena de nucleótidos plegada en forma de hoja de trébol. En uno de los extremos tiene siempre un ácido adenílico

RNA de transferencia:los anticodones Los aa transportados se unen a un radical OH de la molécula de ribosa mediante la función de una enzima La función del RNAt es provocar la unión de un aa específico a la cadena protéica en formación. El anticodón es un código del RNAt específico un triplete de bases de nucleótidos, localizado a la mitad de la molécula del RNAt.

RNA de transferencia:los anticodones Durante la síntesis protéica, las bases del anticodón se unen con las del codón a nivel de los puentes de hidrógeno Se van alineando los aa a lo largo de la cadena del RNAm.

RNA ribosómico Constituye el 60% del ribosoma, el resto es proteico (75 tipos de proteínas estructurales y enzimas) El RNAt transporta aa al ribosoma para incorporarse a la molécula que se está sintetizando El RNAm proporciona la información necesaria para la secuencia de aa en el orden apropiado para c/tipo de proteína.

RNA ribosómico Los ribosomas tiene 2 subunidades S. pequeña: una molécula de RNA y 33 proteínas. (RNAt+RNAm forman complejo) S. grande: 3 moléculas de RNA y más de 40 proteínas (proporciona la mayor parte de las enzimas que facilitan el acoplamiento de los aa. Formación de los ribosomas en el nucleolo: Es grande cuando hay mucha síntesis

Síntesis de proteínas en los ribosomas: Traducción La molécula de ARNm entra en contacto con un ribosoma y se desplaza a lo largo Se va formando la molécula de proteína hasta que aparece un codón de parada La proteína se libera en el citoplasma.

Síntesis de proteínas en los ribosomas: Traducción

Fases químicas de la Síntesis protéica Los aa se activan al combinarse con ATP y da lugar a: AMP - aa activado (se liberan dos radicales fosfato) El aa activado se combina con su RNAt Se libera AMP El aa activado + RNAt hace contacto con el RNAm en el ribosoma El anticodón del RNAt se une al codón del RNAm Se unen los aa en una secuencia correcta

Fases químicas de la Síntesis protéica Después actúa la peptidiltransferasa Es una proteína ribosómica Forma los Enlaces Peptídicos entre los aa sucesivos Se emplean 4 ATP por cada aminoácido añadido a la cadena protéica. En el enlace peptídico se extrae un OH de la porción COOH del primer aa y un H de la porción NH2 de otro aa, se obtiene agua y los dos aa se unen y forman una sola molécula.

Control genético de la actividad bioquímica de la célula Los genes ><>< reacciones químicas El “operón” es una secuencia de genes en serie de la hebra del DNA cromosómico. Cada gen da lugar a una enzima específica (Gen Estructural) Las enzimas actúan sobre un sustrato que origina a un producto final Este inactiva al operador activador por retroalimentación negativa.

Control genético de la actividad bioquímica de la célula En las “regiones promotoras” se inicia la activación de la RNA polimerasa A la parte media de la región promotora se le llama: “operador represor” A él puede unirse una “proteína reguladora” que evita la unión de la RNA polimerasa con el promotor y bloquea la transcripción de genes.

Control genético de la actividad bioquímica de la célula Esta proteína reguladora se llama “proteína represora” Junto al operador represor está el operador activador que atrae a la polimerasa de RNA hacia el promotor y activa el operón. También existe control del operón mediante retroalimentación negativa.

Control genético de la actividad bioquímica de la célula Otros mecanismos para controlar la transcripción por el operón Gen regulador >>> proteína reguladora que activa o reprime al operón Si esta proteína controla simultáneamente a muchos operones y funcionan juntos se les llama: regulón El DNA está encerrado y comprimido en los cromosomas junto con las histonas, así no puede haber transcripción, pero puede haber selección de áreas cromosómicas que se descomprimen y se transcriben.

Control Genético de la función celular

Control de la reproducción celular Ciclo de vida de la célula Lapso desde una reproducción a la siguiente Si las células no están inhibidas, dura de 10 a 30 h Termina con la mitosis (dos nuevas células hijas iguales) La mitosis sólo dura 30 min La mayor parte del ciclo vital corresponde a la interfase.

CICLO CELULAR Fase G1 (Gap 1): Es la primera fase del ciclo celular en el que existe crecimiento celular con síntesis de proteínas y de ARN. Es el período que trascurre entre el fin de una mitosis y el inicio de la síntesis de ADN. Tiene una duración de entre 6 y 12 horas y durante este tiempo, la célula dobla su tamaño y masa debido a la continua síntesis de todos sus componentes como resultado de la expresión de los genes que codifican las proteínas responsables de su fenotipo particular.

CICLO CELULAR Fase S: Es la segunda fase del ciclo, en la que se produce la replicación o síntesis del ADN, como resultado cada cromosoma se duplica y queda formado por dos cromátidas idénticas. Con la duplicación del ADN, el núcleo contiene el doble de proteínas nucleares y de ADN que al principio. Tiene una duración de unos 6-8 horas.

CICLO CELULAR Fase G2: Es la segunda fase de crecimiento del ciclo celular en la que continúa la duplicación de proteínas y ARN. Al final de este período se observa al microscopio cambios en la estructura celular, y que indican el principio de la división celular. Tiene una duración entre 3 y 4 horas. Termina cuando los cromosomas empiezan a condensarse al inicio de la mitosis.

REPLICACION DEL DNA La reproducción se inicia en el núcleo El primer paso es la replicación (duplicación) del DNA Inicia 5 a10 h después de la mitosis Termina en 4 a 8 h Se duplica sólo una vez 1 o 2 h después de la replicación inicia la mitosis

Replicación del DNA Las dos cadenas de DNA de cada cromosoma se replican (no solo una) Se replican completamente de un extremo a otro, no en segmentos Enzima: Polimerasa de DNA y Ligasa de DNA (ATP) La nueva cadena permanece unida a la cadena original por un puente de H

Reparación del DNA y corrección de pruebas Después de la replicación hay un proceso de corrección de pruebas y de reparación. Polimerasa del DNA y Ligasa del DNA La alteración en la corrección: Mutación La molécula de DNA: 6 cm de largo y peso molecular 60000

Replicación de cromosomas Las hélices de DNA del núcleo forman cromosomas 23 pares de cromosomas Los cromosomas contienen histona Está enrollada en forma de bobina Carga eléctrica positiva Se reduce enormemente su longitud La replicación cromosómica ocurre unos minutos después de la replicación del DNA Cromátidas: 2 cromosomas nuevos Están unidos por el centrómero

MITOSIS Ocurre 1 o 2 h después de la replicación cromosómica Los centríolos se replican antes del DNA 9 tubos paralelos en forma de cilindro Se sitúan en ángulo recto entre sí El par de centríolos se llama: centrosoma

MITOSIS Los dos centríolos se separan Polimerizaciones sucesivas de microtúblos Huso mitótico Se forma la “estrella hija” Penetra el núcleo, separa las cromátidas Aparato mitótico

MITOSIS :Profase Se condensan los cromosomas en el núcleo para formar cromosomas bien definidos

MITOSIS: Prometafase Las espinas de la estrella crecen y rompen la membrana nuclear Otros microtúbulos se unen a las cromátidas en el centrómero

MITOSIS: Metafase El huso crece y las dos estrellas se separan más Las cromátidas son traccionadas con fuerza, están unidas en el ecuador de la célula

MITOSIS: Anafase Las cromátidas se separan en el centrómero Forman dos conjuntos separados de 46 cromosomas hijos cada uno Los conjuntos de cromosomas son traccionados hacia los polos de la célula

MITOSIS: Telefase Los dos conjuntos de cromosomas hijos se separan El aparato mitótico se disuelve Se desarrolla una nueva membrana nuclear alrededor de caja juego de cromosomas Con porciones del RE previas La célula se estrecha por la parte media Microfilamentos de actina y miosina Las dos células se separan

Control del crecimiento y reproducción de la célula Hay células que crecen constantemente Médula ósea, capas germinales de la piel, epitelio intestinal Otras no pueden reproducirse en forma permanente Músculo liso Otras sólo se reproducen en el feto y después ya no Neuronas, músculo estriado

Control del crecimiento y reproducción de la célula La falta de algunas células estimula el crecimiento y la reproducción para reparar la falta Hígado, células glandulares, células de la médula ósea, tejido celular subcutáneo

Control del crecimiento y reproducción de la célula Mecanismos de control: Factores de crecimiento Circulan en la sangre Se producen en los tejidos adyacentes Limitantes físicos Retroalimentación negativa con sus propias secreciones

CANCER Causa: No todas las células que mutan se vuelven cancerosas. Mutación o activación anormal de los genes que controlan el crecimiento y la mitosis celular ONCOGENES No todas las células que mutan se vuelven cancerosas.

Mecanismos de protección Las células mutantes no sobreviven Sólo pocas de las que sobreviven pierden los mecanismos normales de control por retroalimentación El sistema inmunológico destruye las células potencialmente cancerosas Se requieren varios oncogenes diferentes actuando al mismo tiempo

¿Qué altera los genes? Mecanismos de protección Factores de daño: La exactitud de la replicación del DNA Proceso de reparación Factores de daño: Radiaciones ionizantes Rayos X, Rayos gamma, sustancias radiactivas, luz ultravioleta Los iones pueden fragmentar las cadenas de DNA

Cáncer: Factores de riesgo o causales Sustancias químicas Carcinógenos Derivados de las anilinas Componentes del tabaco Irritantes físicos Excoriación continua del epitelio intestinal por los alimentos Tendencia hereditaria familiar Los oncogenes se pueden heredar Ciertos virus Adenovirus

Invasividad de las células cancerosas No obedece los límites del crecimiento celular No dependen de los factores de crecimiento celular normal Tienen menor adhesividad, tienden a invadir por contigüidad y por diseminación hematógena Metástasis

Invasividad de las células cancerosas

Invasividad de las células cancerosas Algunos tipos de cáncer producen factores que estimulan el crecimiento de vasos sanguíneos Se asegura aporte sanguíneo al tumor Porqué el cáncer causa la muerte? Los tumores malignos crecen exageradamente Disponen de los nutrientes