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ÁREA: DE CIENCIAS.
NIVEL: IV MEDIO
PLAN DIFERENCIADO
CURSO: INTEGRACIÓN
CÉLULA Y ORGANISMO
NÚCLEO TEMÁTICO 1: DIFERNCIACIÓN
CELULAR
Aprendizaje esperados:
Se espera que en estas clases Uds sean capaces
de:
a)
b)
c)
d)
e)
f)
Establecer la relación entre: genes – desarrollo embrionario diferenciación celular- mutaciones- genes homeóticos.
Explicar las relaciones entre estructura y función de diversos
fenotipos celulares
Realizar un análisis de modelos de diferenciación celular:
miogénesis
Análizar experimentos de modelos de diferenciación y
organogénesis que ilustren la importancia de la comunicación
intercelular (fenómeno de la inducción).
Explicar la diferenciación de células troncales y su importancia
en la mantención de distintos tejidos.
Realizar una investigación bibliográfica sobre las células
madres embrionarias humanas y su potencial uso en
medicina.
¿QUÉ LES LLAMA LA ATENCIÓN?
¿QUÉ HIPÓTESIS PROPONEN PARA EXPLICAR ESTOS
FENÓMENOS?
OBSERVEN ESTAS IMÁGENES
HIPÓTESIS
•El desarrollo embrionario, está determinado por
la expresión de genes específicos.
•Existen diferentes tipos de genes, en el caso
presentado, se trata de genes que controlan la
localización de estructuras a lo largo del eje
cabeza-cola durante el desarrollo embrionario de
la mosca
•Las mutaciones de estos genes produce el
fenómeno mostrado, esto es, la antenopedia y
bitorax respectivamente
¿QUÉ NOS DICE LA
CIENCIA AL
RESPECTO?
¿QUÉ ES EL DESARROLLO EMBRIONARIO?
1. Es producto de la ejecución de un programa
génico.
2. Es un proceso por el cual el huevo fecundado
se transforma en un organismo adulto.
3. El organismo adulto se define como un arreglo
ordenado de tipos celulares específicos
(fenotipos celulares).
4. Los distintos fenotipos celulares son
consecuencia de la expresión diferencial de
genes específicos.
5. La expresión diferencial de los genes se logra a
través de proteínas llamadas reguladores
maestros.
RESPECTO A LO OBSERVADO EN LA MOSCA:
1.
2.
3.
4.
5.
6.
Se trata de mutaciones homeóticas
El término homeosis fue propuesto por Bateson (1894)
para describir la transformación de patas en lugar de
antenas (mutación antenapedia)
En 1946 Edward Lewis trabajó con la mutación bithorax
(formación de alas en lugar de halterios).
Demostró que el complejo bithorax actúa durante el
desarrollo de la mosca determinando el patrón
característicos de algunas de las estructuras presentes
en el adulto: desarrollo de los segmentos, posición de
las alas, etc.
Concluyó que un grupo de genes denominados
Homeóticos
(HOX) codifican para la síntesis de un grupo de
proteínas llamadas factores de transcripción
responsables de regular la morfogénesis y de conferir
la identidad axial (posición de los órganos) para el
desarrollo del embrión.
¿QUÉ SON Y QUÉ CARACTERIZA A LOS GENES
HOMEÓTICOS?
• Son una familia de genes que intervienen en el
programa de desarrollo que determina la localización de
órganos a lo largo del eje antero-posterior.
• La determinación del eje antero posterior (cabeza-cola)
del embrión, constituye la piedra angular del desarrollo,
porque proporciona una línea central a lo largo de la
cual se desarrollará el resto de las estructuras.
• Se expresan en la regiones corporales que albergarán a
los órganos en formación. Ejemplo, en la Drosophila
normal, los genes homeóticos que determinan la
posición de las patas se expresan solo en el tórax.
• En el mutante antenapedia, la mutación causa la
expresión de patas en la cabeza.
¿QUÉ RELACIÓN EXISTE ENTRE LA ORGANOGÉNESIS Y
LOS GENES HOMEÓTICOS?
1. Es dirigida por dos tipos de genes:
 Estructurales: definen las
características estructurales de los
órganos (extremidades, cabeza, ojo,
etc)
 Homeóticos: determinan la
localización corporal de los órganos.
2. La determinación de la localización
de las principales regiones corporales
(cabeza, tronco, extremidades) es
otro proceso importante, el que
ocurre incluso antes que las células
se diferencien.
EN SINTESIS
GENES HOMEÓTICOS
Determinan la
forma del cuerpo
Son de posición de
órganos en el eje
antero posterior durante
La organogénesis
Expresan su actividad
en regiones diferentes del
embrión
porque
codifican para síntesis de un grupo de proteínas
denominadas factores de transcripción responsables de
regular la expresión de los genes estructurales responsables
de la morfogénesis y de conferir la identidad axial para el
desarrollo del embrión.
¿Cómo se explica que la
mutación de uno o más de
estos genes produzcan
transformaciones fenotípica
tan profundas, como la
aparición de un órgano
completo en un sitio que no
corresponde?
LA RESPUESTA A LA PREGUNTA ANTERIOR ES LA SIGUIENTE:
Los genes homeóticos actúan como
genes “rectores” o “maestros”, ya que dirigen la actividad de
varios genes subordinados.
Ejemplo, en la Drosóphla existe un gen homeótico que
dirige la formación del ojo, para lo cual debe regular la
expresión de alrededor de los 2500 genes que codifican las
proteínas que dan la estructura y función al ojo.
Así una sola mutación homeótica puede provocar una
drástica modificación fenotípica, como las descritas.
Es decir, un gen homeótico funciona como un gen maestro capaz
de controlar toda la cascada de eventos necesarios para el
desarrollo de una estructura tan compleja como el ojo.
ESTRUCTURA DE LOS GENES HOMEÓTICOS
En la década del 80, demostraron que estos
genes se encontraban agrupados en paquetes en
un cromosoma de Drosophila.
Todos estos genes, tienen una región común
constituida por 180 de pares bases, incluso entre
especies distantes, denominada caja homeótica u
homeobox.
La caja homeótica guarda homeológía con cajas
homeóticas de organismos superiores como
vertebrados, mamíferos y de humanos.
Ejemplo: en vertebrados los 39 genes Hox están
organizados en cuatro grupos cajas homeóticas:
HoxA, HoxB, HoxC y HoxD.
¿QUÉ HACEN LAS CAJAS HOMEÓTICAS?
Expresa una proteína, denominada
homeodominio.
Los homeodominios se unen al ADN
en regiones cercanas de los genes
subordinados.
De esta forma, las proteínas homeóticas,
pueden activar o reprimir la expresión de
muchos genes del desarrollo.
¿LOS GENES HOMEÓTICOS
SÓLO EXISTEN EN
DROSOPHILA?
RESPUESTA
Cuando se compara la caja
homeótica entre especies de insecto
y de vertebrados, se encuentran
grandes homologías en las
secuencias nuclotídicas.
Esto hace pensar que durante la
evolución, los insectos y los
vertebrados heredaron estos genes
homeóticos desde un ancestro
común.
Es una prueba más de la evolución
¿Qué importancia tiene la homología de los
genes homeóticos?
Explicaría el patrón de organización de los
embriones es igual en muchas especies.
los órganos y los aparatos principales
aparecen distribuidos en tres ejes de
polaridad: el eje antero-posterior, el eje
dorso-ventral y el eje derecha izquierda.
El hecho que estos genes compartan una
secuencia llamada caja homeótica
(homeobox) sugiere que el mecanismo que
determina la formación de la cabeza, el
tronco y la cola pueden haber surgido una
sola vez en la evolución.
¿Donde se localizan estos genes en los
cromosomas?
Los genes homeóticos se
organizan en grupos en
el cromosoma.
Se distribuyen en el
cromosoma siguiendo la
misma orientación
espacial de las regiones
corporales en las cuales
se expresan.
Este patrón de
distribución es igual
tanto en insecto como
en vertebrados.
Relación homeobox segmento corporal
En el diagrama se han
marcado los genes
con caja homeótica
de drosófila y ratón y
las regiones del plano
corporal que estos
genes controlan.
Relación homeobox segmento corporal
En esta imagen,
vemos en la molécula
lineal del DNA, los
genes con cajas
homeóticas están
dispuestos en un orden
preciso de izquierda a
derecha.
Los situados a la
izquierda, expresan en
las regiones posteriores
del cuerpo mientras,
que los genes situados
más hacia la derecha
se expresan más cerca
de la cabeza.
EN SÍNTESIS
El desarrollo embrionario, es producto de la ejecución de un programa génico.
En este proceso participan en primera instancia los genes homeóticos quq
actúan como genes rectores de otros genes subordinados para indicar la
posición y la organización de los órganos en el eje antero posterior del
embrión primitivo.
Los genes homeóticos de diferentes especies de tienen una estructura
común (caja homeótica)
las mutaciones homeóticas demuestran que hay genes que pueden
controlar las distintas regiones del genoma que determinan las
estructuras de un organismo, por lo que éstos producen
transformaciones anatómicas.
La mutación de cualquiera de éstos genes causa cambios
profundos en la posición de los órganos durante la
organogénesis