BIOLOGIA SEGUNDO POLIMODAL LA CELULA

 

BIOLOGIA  2° 4ta y 2° 5ta  Polimodal                     

Docente Claudio Fernández

Leer el siguiente texto y realizar las actividades que figuran al final del mismo

Las actividades deberán traerlas terminadas para la primera clase  luego del receso

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UNIDAD N° 3   LA CÉLULA: ESTRUCTURA Y FUNCIÓN

La Biología Celular es la rama de la Biología que tiene como objeto de  estudio la célula: su estructura, su funcionamiento, sus adaptaciones, sus mecanismos de reproducción, su interacción con otras células para formar tejidos y órganos, etc.

La célula es la unidad estructural y funcional fundamental de los seres vivos capaz de crecer, nutrirse y reproducirse. Todas las células comparten dos características esenciales. La primera es una membrana externa, la membrana celular -o membrana plasmática- que separa el citoplasma de la célula de su ambiente externo. La otra es el material genético -la información hereditaria- que dirige las actividades de una célula y le permite reproducirse y transmitir sus características a la progenie. A continuación, distinguiremos dos tipos de células, las procariotas y las eucariotas.

CÉLULAS PROCARIOTAS Y CÉLULAS EUCARIOTAS

Los organismos más sencillos que viven actualmente corresponden al Reino de los Procariontes o Monera. Son las bacterias y las cianófitas, cianobacterias o algas verde-azuladas (capaces de realizar fotosíntesis). En vez de presentar un núcleo rodeado por una membrana nuclear, las células procariotas tienen una región nuclear en la que hay una única molécula de ADN. El cromosoma de los procariontes suele ser circular en lugar de tener forma de bastón  como los de las células eucarióticas.

De acuerdo con el registro fósil, los organismos vivos más primitivos fueron células comparativamente simples que se parecían a los procariontes actuales. Las células eucariotas tienen una organización subcelular mucho más compleja, con un sistema de membranas internas que delimitan orgánulos, como por ejemplo el núcleo .

Son eucariotas todas las células de los organismos que pertenecen a los demás reinos: Protistas, Fungi, Plantae y Animalia. Se considera que las células eucarióticas son evolutivamente más nuevas que las procarióticas. A pesar de las diferencias entre organismos procariotas y eucariotas, hay semejanzas importantes en su organización molecular y en su función. Por ejemplo, todos los organismos vivientes utilizan el mismo código genético y una maquinaria similar para la síntesis de proteínas.

 

LA MEMBRANA PLASMÁTICA 

La membrana celular (o membrana plasmática) es el límite exterior de las todas células. Mide de 7 a 10 nm de espesor, y cuando se la observa con el microscopio electrónico se puede ver como una línea doble, fina e ininterrumpida. La membrana celular y también la otras membranas son películas delgadas

formadas por una bicapa lipídica continua, conocida con el nombre de mosaico fluido . Se trata de una doble capa constituida básicamente por moléculas de fosfolípidos y colesterol dispuestas con sus colas hidrófobas (que repelen el agua) hacia el interior de la membrana, y sus cabezas hidrofílicas (que tienen afinidad por los medios acuosos) orientadas hacia el citoplasma por un lado y hacia en medio exterior por el otro. Algunos de estos fosfolípidos están unidos a carbohidratos y forman los glucolípidos.

Existen, además, distintos tipos de proteínas incluidas en la bicapa cumpliendo funciones estructurales, pero también actúan como traslocadores o canales para el transporte. Pueden tener también propiedades de regulación o reconocimiento.

Algunas son enzimas, antígenos y diversos tipos de moléculas receptoras.

Estas proteínas de membrana se clasifican en:

• Intrínsecas o integrales representan más del 70 % sobre el total de las proteínas. Atraviesan las dos capas y pueden sobresalir hacia uno u otro lado o hacia ambos. Algunas de estas proteínas pueden estar unidas a cadenas cortas de carbohidratos formando las glucoproteínas. Por estar más fuertemente unidas a la estructura de la membrana para extraerlas se deben emplear métodos drásticos, con detergentes o solventes orgánicos.

• Periféricas o extrínsecas: están asociadas a las regiones polares de los lípidos. Pueden ser separadas usando procedimientos suaves con soluciones acuosas.

Las dos caras de la membrana difieren en cuanto a su composición, es decir que la membrana es asimétrica. Dentro de cada hemicapa los lípidos tienen cierta libertad de movimiento transversal. Tanto las glucoproteínas como los glucolípidos se encuentran en la capa externa. En relación con sus funciones, la membrana plasmática:

• Regula el pasaje de materiales hacia y desde la célula.

• Participa en el reconocimiento y la adhesión intercelulares.

• Se adapta a todos los cambios de forma y tamaño de la célula.

• Es el soporte de muchísimas reacciones químicas.

• Es el componente principal de las vesículas que se forman durante los procesos de endocitosis y exocitosis.

 

OTRAS ESTRUCTURAS EXTERNAS A LA MEMBRANA PLASMÁTICA

Además de la membrana celular, las células de las plantas, las algas, los hongos y las bacterias están rodeadas por una gruesa pared celular. Esta pared celular está formada principalmente por fibras de celulósicas en las que pueden estar incorporadas otras sustancias tales como la lignina (el componente principal de la madera) y las pectinas (que se utilizan para la fabricación de jaleas y mermeladas). Su

función es envolver, proteger y dar rigidez a los contenidos de la mayoría de las células vegetales y algunas bacterias.

Las células animales, en cambio, tienen por fuera de sus membranas plasmáticas una delgada cubierta celular llamada glucocáliz. Sus principales componentes son las cadenas de oligosacáridos de las glucoproteínas y glucolípidos de la membrana plasmática, los cuales crean un microambiente que da protección a la célula. El glucocáliz está involucrado en la cohesión intercelular y en el reconocimiento molecular ya que las cadenas glucídicas actúan como antígenos.

En el tejido conectivo y en otros tejidos derivados de él, las células están rodeadas por una considerable cantidad de matriz extracelular o sustancia extracelular. Dicha matriz está compuesta esencialmente por proteínas fibrosas como el colágeno, la elastina y la fibronectina, y por una sustancia gelatinosa formada por proteoglicanos. En algunos tejidos, como el tejido óseo, el esmalte y la dentina de los

dientes, la matriz está mineralizada.

EL NÚCLEO

El orgánulo más conspicuo en casi todas las células animales y vegetales es el núcleo. Es una estructura limitada que contiene componentes específicos relacionados con la actividad e intercambio de sustancias con el resto de la célula. El núcleo se encuentra separado del resto de la célula por medio de una envoltura nuclear que está perforada. A través de estos poros se realizan los intercambios de materiales desde y hacia el citoplasma celular.

Dentro del núcleo encontramos:

• Nucleoplasma: es la parte soluble del núcleo. Posee mayor densidad que el citoplasma. En él encontramos la cromatina y compuestos solubles  (proteínas, enzimas, iones, etc.).

• Nucléolo: es un corpúsculo de presencia constante en casi todas las células eucariotas animales y vegetales. En el nucléolo se forman las subunidades de los ribosomas. Suele haber de uno a cuatro por célula.

• Cromatina: es un conjunto de sustancias químicas que constituyen una estructura nuclear constante de todas las células. Contiene 30 % de ADN, 10 % de ARN y 60 % de proteínas. Allí ocurre la síntesis de los ARN o transcripción. Se distinguen dos formas o tipos de cromatina: la eucromatina comprende regiones de cromatina no condensada que puede tener actividad génica. Y la heterocromatina que abarca regiones que están más condensadas. Es genéticamente inactiva. En la etapa de división celular la cromatina se compacta arrollándose sobre sí misma y se organiza en forma de cromosomas

ÁCIDOS NUCLEICOS: ADN Y ARN

Los ácidos nucleicos son moléculas complejas muy grandes compuestas por C, H, O, N y P. El ADN es el principal reservorio de la información genética de las células y se encuentra fundamentalmente en el núcleo de las células eucariotas forma el cromosoma de las células procariotas.

RETÍCULO ENDOPLASMÁTICO

El retículo endoplasmático es una red de sacos aplanados, túbulos y conductos

intercomunicantes que existe en las células eucarióticas. Contribuye junto con el

citoesqueleto a dar sostén a la célula. El retículo endoplasmático funciona, además,

como un sistema de transporte de diversas sustancias químicas entre una parte y otra

de la célula, e incluso hacia el exterior gracias a la enorme fluidez de sus membranas.

Se pueden distinguir dos tipos de retículo:

• El retículo endoplasmático rugoso (R.E.R.), presenta ribosomas (pequeños gránulos formados por ARN y proteínas) unidos a su membrana. En la superficie del R.E.R. se realiza la síntesis proteica. Las proteínas sintetizadas por los ribosomas, pasan al lúmen del retículo y allí maduran hasta ser exportadas a su destino definitivo; o bien son excretadas directamente hacia el exterior celular.

• El retículo endoplásmico liso (R.E.L.), carece de ribosomas y está formado por túbulos ramificados y pequeñas vesículas esféricas. En este retículo se realiza la síntesis de lípidos.

APARATO DE GOLGI

Descubierto por C. Golgi en 1898, consiste en un conjunto de estructuras de membrana que forma parte del elaborado sistema de membranas interno de las células. Se encuentra más desarrollado cuanto mayor es la actividad celular. La unidad básica del orgánulo es el sáculo, que consiste en una vesícula o cisterna aplanada. Además, pueden observarse toda una serie de vesículas más o menos esféricas a ambos lados y entre los sáculos. El conjunto de todos los sacos y vesículas constituye el aparato o complejo de Golgi.

LISOSOMAS

Los lisosomas son orgánulos provistos de una membrana única. Están llenos de enzimas digestivas del grupo de las hidrolasas, por lo que se pueden considerar como paquetes de enzimas listas para actuar en el momento oportuno. Los lisosomas se forman a partir del retículo endoplasmático rugoso y posteriormente las enzimas son empaquetadas por el complejo de Golgi. Los lisosomas recién sintetizados se denominan lisosomas primarios. Cuando los lisosomas primarios se unen a las vacuolas endocíticas o, en otros casos, encierran partes de la propia célula (autofagia), forman los lisosomas secundarios.

 

 

CLOROPLASTOS

Los cloroplastos son orgánulos exclusivos de las células vegetales. En ellos tiene lugar la fotosíntesis, proceso en el que se transforma la energía lumínica en energía química Tienen una organización muy similar a la de la mitocondria, aunque son de mayor tamaño y tiene un  compartimiento más, porque presenta un tercer tipo de membrana. Un cloroplasto tiene tres membranas y presenta tres compartimientos:

• La membrana externa es muy permeable, gracias a la presencia de porinas.

• La membrana in terna es menos permeable, no presenta pliegues. Entre ambas membranas queda un primer compartimiento que es el espacio intermembrana. La membrana interna delimita un espacio que es el estroma, donde se encuentran ribosomas, copias de ADN, distintos tipos de ARN, gránulos de almidón y gotas de lípidos.

• La membrana tilacoidal es el tercer tipo de membrana, aparece formando unos sacos aplanados denominados tilacoides, los cuales forman unas agrupaciones llamadas grana. Los tilacoides están interconectados y delimitan una tercera cavidad que es el espacio tilacoidal. Es la responsable de la captación de la energía solar, gracias a la presencia de  clorofilas y de otros pigmentos asociados con proteínas.

MITOCONDRIAS

Las mitocondrias son orgánulos granulares y filamentosos que se encuentran en el citoplasma de todas las células eucariotas. Aunque su distribución dentro de la célula es generalmente uniforme, existen numerosas excepciones. Por otro lado, las mitocondrias pueden desplazarse de una parte a otra de la célula. En promedio, hay unas 2000 mitocondrias por célula, pero las células que desarrollan trabajos intensos, como las musculares, tienen un número mayor que las poco activas, como por ejemplo las epiteliales.

Una mitocondria está rodeada por una membrana mitocondrial externa, dentro de la cual hay otra estructura membranosa, la membrana mitocondrial interna, que emite pliegues hacia el interior para formar las llamadas crestas mitocondriales.

Éstas, a su vez, se encuentran tapizadas de pequeños salientes denominados partículas elementales. Entre las dos membranas mitocondriales queda un espacio llamado cámara externa, mientras que la cámara interna es un espacio limitado por la membrana mitocondrial interna, que se encuentra llena de un material denominado matriz mitocondrial.

La principal función de las mitocondrias es generar energía para mantener la actividad celular mediante procesos de respiración aerobia.

MATRIZ CITOPLASMÁTICA Y CITOSOL

El citoplasma comprende todo el volumen de la célula, salvo el núcleo. Engloba numerosas estructuras especializadas y orgánulos.

La solución acuosa concentrada en la que están suspendidos los orgánulos se llama citosol. Es un gel de base acuosa que contiene gran cantidad de moléculas grandes y pequeñas, y en la mayor parte de las células es, con diferencia, el compartimiento más voluminoso (en las bacterias es el único compartimiento intracelular). En el citosol se producen muchas de las funciones más importantes de

mantenimiento celular, como las primeras etapas de descomposición de moléculas nutritivas y la síntesis de muchas de las moléculas que constituyen la célula.

CITOESQUELETO

El citoesqueleto es una red de filamentos proteicos del citosol que ocupa el interior de todas las células animales y vegetales. Adquiere una relevancia especial en las animales, que carecen de pared celular rígida, pues el citoesqueleto mantiene la estructura y la forma de la célula. Actúa como bastidor para la organización de la célula y la fijación de orgánulos y enzimas. También es responsable de muchos de los movimientos celulares. En muchas células, el citoesqueleto no es una estructura permanente, sino que se desmantela y se reconstruye sin cesar. Se forma a partir de tres tipos principales de filamentos proteicos: microtúbulos, filamentos de actina y filamentos intermedios, unidos entre sí y a otras estructuras celulares por diversas proteínas:

• Los microtúbulos 

• Los microfilamentos

• Los filamentos intermedios

MOVIMIENTO CELULAR

Los movimientos de las células eucarióticas están casi siempre mediatizados por los filamentos de actina o microtúbulos. Muchas células tienen en la superficie pelos flexibles llamados cilias o flagelos, que contienen un núcleo formado por un haz de microtúbulos capaz de desarrollar movimientos de flexión regulares que requieren energía. Los espermatozoides nadan con ayuda de flagelos, por ejemplo, y las células que revisten el intestino y otros conductos del cuerpo de los vertebrados

tienen en la superficie numerosas cilias que impulsan líquidos y partículas en una dirección determinada. Se encuentran grandes haces de filamentos de actina en las células musculares donde, junto con una proteína llamada miosina, generan contracciones poderosas. Los movimientos asociados con la división celular dependen en animales y plantas de los filamentos de actina y los microtúbulos, que distribuyen los cromosomas y otros componentes celulares entre las dos células hijas en fase de segregación.

 

 

 

 

 

 

ACTIVIDADES

1. Señale las semejanzas y diferencias entre las células procariotas y eucariotas en los ítems indicados:

a) Núcleo b) ADN  C) Reproducción d) Membranas internas e) Mitocondrias f) Cloroplastos

g) Pared celular

2. ¿Poseen membrana celular y pared celular todas las células?

3. ¿A qué se debe la fluidez de la membrana plasmática?

4. Explique el concepto de asimetría de membrana.

5. Enumere las funciones de la membrana plasmática.

6. Indique los procesos bioquímicos o fisiológicos con los que están relacionados los siguientes orgánulos:

a) ribosomas b) lisosomas c) retículo endoplasmático liso d) aparato de Golgi

 

7. ¿Cómo definiría el citoesqueleto? ¿Qué componentes se distinguen?¿Cual es su función?

 

9. Señala las semejanzas y diferencias entre mitocondrias y cloroplastos.

 

10. Decir si es Verdadero o Falso y justificar

 

1. Entre las células procarióticas y eucarióticas no hay diferencias fundamentales en cuanto a tamaño y organización interna.
2. Cada célula es una unidad autónoma, rodeada por  una membrana que controla el paso de materiales hacia el interior y hacia el exterior de la célula.
3. El contenido de todas las células vivas está rodeado por una membrana delgada llamada membrana nuclear,  que marca el límite entre el contenido celular y el medio externo.
4. El citoplasma comprende todo el volumen de la célula y el núcleo. Engloba numerosas estructuras especializadas y orgánulos.
5. Núcleos, mitocondrias y cloroplastos son los únicos orgánulos internos de las células eucarióticas delimitados por membranas.
6. El citoplasma contiene muchos otros orgánulos envueltos por una membrana que desempeñan funciones diversas.
7. Los lisosomas son pequeños orgánulos de forma irregular que contienen reservas de enzimas necesarias para la digestión celular.
8. El núcleo lleva la información hereditaria que determina cómo un tipo particular de célula se desarrollará y ejerce una influencia continua sobre las actividades de la célula, asegurando que las moléculas que ella requiere se sinteticen en la cantidad y tipo necesarios.

11) Armar  frases cortadas formando oraciones correctas

Los retículos liso y rugoso		limitado por una membrana		permiten o no su entrada a la célula.
La presencia de cloroplastos		y el aparato de Golgi		es característico de las células eucariotas.
Las mitocondrias son		y la pared celular		son propios de las células vegetales.
La membrana plasmática posee receptores que		organoides celulares		encargados de la producción de la energía.
El material  genético		reconocen sustancias y así		son algunos de los organoides presentes en células vegetales y animales.

12) Marcar los errores en el siguiente párrafo

La Unidad mínima de un organismo capaz de actuar de manera autónomo se denomina tejido. Todos los organismos vivos están formados por células, y en general se acepta que ningún organismo en un ser vivo si no consta al menos de una célula. Algunos organismos microscópicos, como bacterias y protozoos, son células únicas, mientras que los animales y plantas están formados por muchos millones de células organizadas. No existen  células de formas y tamaños  variados. Algunas de las células bacterianas más pequeñas tienen forma cilíndrica de menos de una micra o µm (1 µm es igual a una millonésima de metro) de longitud. En el extremo opuesto se encuentran las células nerviosas, corpúsculos de forma compleja con numerosas prolongaciones delgadas que pueden alcanzar varios metros de longitud (las del cuello de la jirafa constituyen un ejemplo espectacular). Pese a las muchas diferencias de aspecto y función, todas las células están envueltas en una membrana —llamada membrana plasmática— que encierra una sustancia rica en agua llamada núcleo. En el interior de las células tienen lugar numerosas reacciones químicas que les permiten crecer, producir energía y absorver residuos. Todas las células contienen información hereditaria codificada en moléculas de ácido desoxirribonucleico (ARN); esta información dirige la actividad de la célula y asegura la reproducción y el paso de los caracteres a la descendencia. Estas y otras numerosas similitudes (entre ellas muchas moléculas idénticas o casi idénticas) demuestran que hay una relación evolutiva entre las células actuales y las primeras que aparecieron sobre la Tierra.

 

BIOLOGIA 2 (ex 8vo)

BIOLOGIA  2    E S  (Ex 8vo)                      

Docente Claudio Fernández

 

 

Realizar las siguientes actividades a patir del Capitulo 2

Deberán traerlas terminadas para la primera clase  luego del receso

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EVOLUCION

1. ¿Quién postuló la primera teoría evolucionista desde el punto de vista biológico?
2. ¿Quién fue Darwin?
3. ¿En que se basaba según Darwin, el proceso evolutivo?
4. ¿Qué entiendes por lucha por la supervivencia y selección natural?
5. ¿Qué es la adaptación?
6. Investigar Cuál fue el objetivo de Darwin durante sus viajes?
7. Explicar cada uno de los argumentos a favor de la Evolución?
8. Investigar quién fue Wallace? ¿A qué conclusión llegó con sus estudios
9. Enumera los principios presentados por Darwin y Wallace en 1858.
10. Explica lo que entiendes por evolución divergente(o radiación adaptativa) y evolución paralela (o convergencia adaptativa).
11. Explica las diferencias entre los siguientes pares de conceptos:

1. órgano homólogo / órgano análogo
2. convergencia / divergencia
3. Lamarkismo / Darwinismo

13)¿ A qué se demonian especiación?

 

14) ¿Por qué las barreras geograficas pueden provocar el aislamiento reproductivo? Dar ejemplos de barreras

        geograficas

 

15) ¿Que es la biodiversidadad ¿qu diferentes tipos de biodiversidad se pueden definir. Dar ejenplos

 

16) Leer el Texto adjunto y realizar las actvidades que figuran al final del mismo

LA ESTRUCTURA DEL ADN

LA ESTRUCTURA DEL ADN

 

Muchos científicos se interesaron en descifrar la estructura del ADN, entre ellos, Francis Crick, James Watson, Rosalind Franklin, y Maurice Wilkins. Watson y Crick integraron todos los datos disponibles en un intento de desarrollar un modelo de la estructura del ADN. Franklin tomó fotomicrografías de difracción de rayos X de cristales de A DN, que fueron la pieza clave del rompecabezas. Los datos que se conocían por ese tiempo eran:

El ADN es una doble hélice, con las bases dirigidas hacia el centro, perpendiculares al eje de la molécula (como los peldaños de una escalera caracol) y las unidades azúcar-fosfato a lo largo de los lados de la hélice (como las barandas de una escalera caracol). Las hebras que la conforman son complementarias (deducción realizada por Watson y Crick a partir de los datos de Chargaff): Adenina se aparea con Timina  y Citocina  con Guanina  y este apareamiento se mantiene debido a la acción de los puentes hidrógeno entre ambas bases. Una purina con doble anillo siempre se aparea con una pirimidina con un solo anillo en su molécula. Las purinas son la Adenina (A) y la Guanina (G). Ya se ha nombrado varias veces en este módulo al ATP (Adenosintrifosfato), formado por la misma adenina, pero en ese caso el azúcar es ribosa, mientras que en el ADN se encuentra la desoxirribosa.

Las Pirimidinas son la Citosina (C) y la Timina (T). Las bases son complementarias, con A en un lado de la molécula únicamente encontramos T del otro lado, lo mismo ocurre con G y C. Si conocemos la secuencia de bases de una de las hebras, conocemos su complementaria.

REPLICACIÓN DEL ADN

Una vez que se comprobó que el ADN era el material hereditario y se descifró su estructura, lo que quedaba era determinar cómo el ADN copiaba su información y cómo la misma se expresaba en el fenotipo (el conjunto de las características de un organismo resultantes de la expresión de su genotipo: la información contenida en su ADN). Matthew Meselson y Franklin W. Stahl diseñaron el experimento para determinar el método de la replicación del ADN. Los tres modelos de replicación posibles eran:

Replicación conservativa durante la cual se produciría un ADN completamente nuevo durante la replicación.

En la replicación semiconservativa se originan dos moléculas de ADN, cada una de ellas compuesta de una hebra del ADN original y de una hebra complementaria nueva. En otras palabras el ADN se forma de una hebra vieja y otra nueva. Es decir que las hebras existentes sirven de molde complementario a las nuevas.

La replicación dispersiva implicaría la ruptura de las hebras de origen durante la replicación que, de alguna manera, se reordenarían en una molécula con una mezcla de fragmentos nuevos y viejos en cada hebra de ADN.

El experimento de Meselson-Stahl (Figura IX-1) consistió en cultivar la bacteria Escherichia coli en un medio que contenía nitrógeno pesado (15N es más pesado que el isótopo más común, el 14N). La primera generación de bacterias se hizo crecer en un medio que únicamente contenía 15N como fuente de nitrógeno. La bacteria se transfirió luego a un medio con 14N. Watson y Crick habían pronosticado que la replicación del ADN era semiconservativa, de ser así el ADN extraído de las bacterias luego de cultivarlas por una generación en 14N tendría un peso intermedio entre el ADN extraído del medio con 15N y el del extraído de medio con 14N y así fue.

La replicación del ADN, que ocurre una sola vez en cada generación celular, necesita de muchos “ladrillos”, enzimas, y una gran cantidad de energía en forma de ATP (como ya se ha dicho, luego de la fase S del ciclo celular las células pasan a una fase G a fin de, entre otras cosas, recuperar energía para la siguiente fase de la  división celular). La replicación del ADN se produce en el ser humano a una velocidad de 50 nucleótidos por segundo y en procariotas a 500/segundo. Los nucleótidos tienen que se armados y estar disponibles en el núcleo juntamente con la energía para unirlos. La iniciación de la replicación siempre acontece en un cierto grupo de nucleótidos llamados origen de la replicación, y requiere, entre otras, las enzimas helicasas para romper los puentes hidrógeno y las topoisomerasas para aliviar la tensión, y las proteínas de unión a cadena simple para mantener separadas las cadenas abiertas.

Una vez que se abre la molécula, se forma una área conocida como “burbuja de replicación”. En ella se encuentran las “horquillas de replicación”. Por acción de la ADN-polimerasa los nuevos nucleótidos entran en la horquilla y se enlazan con el nucleótido correspondiente de la cadena de origen (A con T, C con G). Los  procariotas abren una sola burbuja de replicación, mientras que los eucariotas abren múltiples burbujas. Finalmente el ADN se replica en toda su longitud por confluencia de estas “burbujas”.  Dado que las cadenas del ADN son antiparalelas, y que la replicación procede solo en la dirección 5' to 3' en amba s cadenas, numerosos experimentos mostraron que una cadena formará una copia continua, mientras que en la otra se formarán una

serie de fragmentos cortos conocidos como fragmentos de Okazaki. La cadena que se sintetiza de manera continua se conoce como cadena adelantada y, la que se sintetiza en fragmentos, cadena atrasada. Para que trabaje la ADN-polimerasa es necesaria la presencia, en el inicio de cada nuevo fragmento, de pequeñas unidades de ARN conocidas como cebadores. A posteriori, cuando la polimerasa toca el extremo 5' de un cebador, se activan otras enzimas, que remueven los fragmentos de ARN, colocan nucleótidos de ADN en su lugar y, una ADN-ligasa los une a la cadena en crecimiento.

ÁCIDO RIBONUCLEICO (ARN)

-Es un polímero de ribonucleótidos de A, G, C y U, en los que la pentosa es la ribosa.

-Con la excepción de los reovirus donde el ARN es bicatenario y constituye su material genético, los ARN son monocatenarios, aunque algunos pueden presentar regiones de apareamiento o complementariedad intracatenarias.

-Hay distintos tipos de ARN y sus funciones están relacionadas con la síntesis de proteínas.

-Los ARN se forman por transcripción de una cadena de la doble hélice de ADN, mediante la complementariedad de bases. Así se sintetizan los llamados transcritos primarios, que deben sufrir un proceso de maduración diferencial para originar los distintos tipos de ARN. (En procariotas no se produce este proceso de maduración en el caso del ARNm).

1) ARNm

-Solamente posee estructura primaria y está formado por 300-500 ribonucleótidos, representando el 5% del total de ARN. Tiene un peso molecular intermedio entre el ARNr y el ARNt.

-Su función es transportar la información genética codificada desde el núcleo hasta los ribosomas, para que tenga lugar la traducción de ese código (síntesis de proteínas).

-Estas moléculas tienen una vida muy corta, ya que tras su elaboración (transcripción) y cumplida su misión (traducción), son rápidamente degradadas (un minuto en bacterias).

Los ARN-transcritos primarios tienen fragmentos que codifican para la síntesis de proteínas, llamados exones, alternando con otras secuencias que no contienen esa información, llamadas intrones, y que son eliminados durante el proceso de maduración diferencial (en procariotas no hay maduración diferencial de ARNm).

2) ARNr

-Estas moléculas tienen entre 3.000 y 5.000 ribonucleótidos, representando el 80% del total del ARN. Tienen el peso molecular más elevado de todos los ARN.

-Junto a moléculas proteicas constituyen unidades supramoleculares, los ribosomas, que se encargan de sintetizar las proteínas, según la secuencia de nucleótidos del ARNm.

-Estas moléculas se elaboran en el nucleolo a partir de un único ARN nucleolar precursor, que posteriormente se fragmenta para originar las subunidades ribosómicas.

-Algunos ARNr tienen tramos de doble hélice intracatenaria porque presentan secuencias complementarias. El ARNr contribuye a dar al ribosoma su estructura acanalada, la cual le permite albergar simultáneamente un ARNm, un complejo de transferencia (ARNt-AA) y la proteína en síntesis.

-Su función, por tanto, está relacionada con la traslación del ribosoma a lo largo de la molécula de ARNm, durante la traducción.

-Hay distintos tipos de ribosomas (distintos ARNr), siendo siempre más pequeños en procariotas que en eucariotas.

3) ARNt

-Se trata de moléculas pequeñas (70-80 nucleótidos) y representa el 15% del total de ARN, siendo su peso molecular el más bajo de los ARN vistos. Los ARNt poseen alrededor de un 10% de derivados de las bases que tiene.

-Su estructura tridimensional presenta bucles y zonas de doble hélice intracatenaria mantenida por puentes de H; se conoce como estructura de trébol.

-Su función es triple:

a) captar AA activados del citoplasma.

b) transferirlos a los ribosomas en síntesis.

c) colocarlos en el lugar que les corresponde en la proteína de acuerdo con la información codificada en elARNm.

De lo anterior se deduce que los ARNt son específicos, de forma que cada AA sólo se une a un determinado ARNt o a un determinado grupo de ARNt; es decir, al menos, existe un ARNt para cada AA.

-Se conocen alrededor de 60 especies distintas de ARNt, pero todas poseen unas características comunes:

a) cada ARNt posee un bucle por el que, a través de una enzima específica (aminoacil-ARNt sintetasa), es capaz de reconocer y unirse a uno de los 20 aminoácidos proteicos.

b) cada ARNt tiene otro bucle donde se encuentra el anticodón, que es un triplete de nucleótidos complementario de un codón específico del ARNm.

c) cada ARNt tiene un extremo C3´por donde se une al AA específico para constituir el complejo de transferencia ARNt-AA.

4) ARNhn

-Se trata de moléculas de ARN del núcleo celular que tienen funciones catalíticas (por esta razón, también se las llama ribozimas); concretamente están implicadas en los procesos de maduración del ARNm, siendo capaces de cortar segmentos de los transcritos primarios y algunas estructuras mixtas ADN-ARN que se forman durante la duplicación del ADN.

-Como los demás ARN, es monocatenario.

EL LENGUAJE DE LA VIDA

El ADN, que posee toda la información genética necesaria para el funcionamiento de una célula, se aloja en el núcleo celular; por otra parte, la síntesis de las diferentes proteínasy enzimas (síntesis que resulta de las órdenes recibidas desde el ADN) ocurre en el citoplasma de la célula. El ácido ribonucleico o ARN mensajero (ARNm) es el encargado de transportar la información desde el núcleo hasta el citoplasma ya que por medio de un proceso llamado de transcripción copia en sus propias bases la información contenida en el ADN. Cabe preguntarse, entonces, de qué manera las cuatro bases del ARNm (adenina, A; citosina, C; guanina, G; uracilo, U) representan a los veinte aminoácidos que forman las proteínas y cómo está preestablecido en el ARNm el orden en el cual deberán ubicarse dichos aminoácidos en las cadenas peptídicas (los aminoácidos se unen mediante enlaces llamados peptídicos) para que pueda producirse la síntesis de las diferentes proteínas y enzimas del organismo.

Con el fin de contestar estas preguntas imaginémonos un sistema alfabético en el cual las cuatro bases son letras y los veinte aminoácidos, palabras. Además, permitámonos la licencia de aceptar que todas las palabras están representadas por un mismo número de letras. En un sistema de este tipo, si las palabras estuvieran constituidas por una única letra, solamente se podrían obtener cuatro palabras diferentes (una por cada base). Dos letras por palabra permitirían formar 42 = 16 palabras (2 representa el número de letras por palabra y 4 el número de letras del alfabeto). Si utilizáramos tres letras, obtendríamos 43 = 64 palabras distintas, y con series de cuatro letras la cantidad de palabras posibles sería 44 = 256. Teniendo en cuenta que solamente necesitamos 20 palabras distintas, una por aminoácido, el sistema de tres letras por palabra satisface con creces nuestros requerimientos. En efecto, actualmente se acepta que cada uno de los veinte aminoácidos está representado en la cadena de los ácidos nucleicos por una secuencia de tres bases (tripletes).

Con el sistema alfabético empleado hemos podido contestar la primera de las preguntas que nos formuláramos, de manera que ahora sabemos cómo cuatro bases (letras) pueden representar a veinte aminoácidos (palabras). Responder a la segunda cuestión ‑cómo está preestablecido en el ARNm el orden en el cual se ubicarán los aminoácidos en la cadena peptídico para dar origen a las diferentes proteínas‑ obliga a determinar, en primer lugar, de qué manera, dada una sucesión de letras, se identifican los tripletes que designan a cada uno de los aminoácidos.

Podríamos pensar en recurrir a un sistema de tripletes de letras superpuestas (a partir, por ejemplo, de la sucesión AMARO, los tripletes posibles comenzarían con cada una de las letras de la serie: AMA, MAR, ARO), pero por tratarse de una opción en la que cada una de las palabras debe utilizar las dos últimas letras de la palabra anterior, se produce una limitación que no condice con la flexibilidad exigida por la gran variedad de proteínas que se deben codificar.

Un sistema de tripletes constituido por los sucesivos grupos de tres letras de la serie (por ejemplo, AMAMASQUEANA=AMA MAS QUE ANA) resulta un modelo adecuado pues admite gran variedad de frases. Sin embargo, presenta el inconveniente de que al colocar dichas frases una tras otra sería difícil determinar cuáles son las palabras con las que comienza y termina cada una de ellas (por ejemplo, PAN CON SAL AMA MAS QUE ANA ESE REY). El problema se solucionaría colocando al final de cada frase una señal que sirviera como signo de puntuación (PAN CON SAL XXX AMA MAS QUE ANA XXX ESE REY XXX).

En efecto, éste es el sistema: un gen está formado por una secuencia de tripletes correspondientes a los aminoácidos de una cadena peptídica y por un triplete que no corresponde a ningún aminoácido y tiene por función indicar su fin. Vale decir que actúa como sistema de puntuación.

Hasta aquí hemos analizado el aspecto teórico del código genético. En la tabla adjunta se indican las bases que forman los tripletes representativos de cada aminoácido. Ella muestra que varios tripletes pueden representar un mismo aminoácido; debido a este fenómeno se califica al código genético como "degenerado". En los casos en que varios tripletes corresponden a un aminoácido, la base que habitualmente varía es la tercera y con menos frecuencia, la primera; la segunda base, en cambio, es constante. Los tripletes identificados con las letras CT (" chain terminator" = terminador de cadena) son los tripletes que cumplen funciones de puntuación.

EL CÓDIGO GENÉTICO

-La traducción o síntesis de proteínas tiene lugar en los ribosomas de manera similar en procariotas y eucariotas.

La traducción consiste en la unión de los AA mediante enlaces peptídicos, según una secuencia que corresponde a la de los nucleótidos (bases nitrogenadas) en el ARNm.

-La clave que establece la correspondencia entre una secuencia de bases nitrogenadas del ARNm con una secuencia de AA de una proteína es lo que define el código genético.

La unidad de esta clave genética o unidad codificadora es el codón y está constituido por un triplete de bases nitrogenadas del ARNm al que corresponde un determinado AA de la proteína.

-Características del código genético:

1) El código posee toda la información para llevar a cabo su función (control del metabolismo) y es lo suficientemente estable como para que, tras la reproducción, los descendientes estén dotados de la misma información.

2) El código es degenerado, lo que significa que existen AA que son codificados por más de un codón (excepto el triptófano y la metionina, los demás AA están codificados por más de un codón).

Esta degeneración no es uniforme, ya que no todos los AA se codifican por el mismo número de tripletes (por ejemplo: la serina lo está por seis y la tironina por dos).

3) Existen codones-stop que no codifican AA y actúan a modo de señales que indican el final de la traducción. Asimismo, hay un codón (AUG, codificador de la metionina) que actúa como señal de iniciación de la traducción del mensaje.

4) No hay imbricación o solapamiento de bases, es decir, cada base sólo pertenece a un codón.

5) El código es universal, pues es el mismo en todos los seres vivos.

UUU	Phe	UCU	Ser	UAU	Tyr	UGU	Gys
UUC		UUC		UAC		UGC
UUA	Leu	UCA		UAA	CT	UGA	CT
UUG		UCG		UAG		UGG	Trp
CUU	Leu	CCU	Pro	CAU	His	CGU	Arg
CUC		CCC		CAC		CGC
CUA		CCA		CAA	Gln	CGA
CUG		CCG		CAG		CGG
AUU	Ilu	ACU	Thr	AAU	Asn	AGU	Ser
AUC		ACC		AAC		AGC
AUA	Ilu	ACA		AAA	Lys	AGA	Arg
AUG	Met	ACG		AAG		AGG
GUU	Val	GCU	Ala	GAU	Asp	GGU	Gly
GUC		GCC		GAC		GGC
GUA		GCA		GAA	Glu	GGA
GUG		GCG		GAG		GGG

 

Código genético. Tripletes y aminoácidos codificados: Phe = fenilalanina; Leu = leucina; Ilu = isolencina; Met = metionina; Val = valina; Ser = serina; Pro = prolina; Thr = treonina; Ala = alanina; Tyr = tirosina; His = histidina; Gln = glutamina; Asn = asparagina; lys = lisina; Asp = ácido aspártico; Glu = ácido glutámico; Cys = cistina; Trp = triplofano; Arg = arginina; Gly = glicina; CT = terminador de cadena.