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BIOLOGÍA MOLECULAR Y CELULAR
Primer cuatrimestre – Año 2016
Autores: Rensonnet Pablo; Smucler Joaquín.
PRIMER PARCIAL
Conceptos previos
Tipos de enlace
Simple: Permite girar a la molécula alrededor del mismo. Es un enlace más largo que los dobles o
triples
Doble: No permite el giro. Es un enlace un poco más corto que el anterior. Los átomos se encuentran
todos sobre un mismo plano.
Triple: No permite el giro y el enlace es aún más corto pero es el más fuerte. Estructura lineal.
Compuestos hidrofílicos
Por lo general son aquellos que contienen grupos polares como los alcoholes. Se sienten atraídos
por el agua ya que pueden formar unión hidrogeno.
Compuestos hidrofóbicos
Por lo general son compuestos no polares que entre ellos forman interacciones transitorias. Los
aceites en agua, por ejemplo, tienden a unirse ya que es favorable energéticamente para el agua
que ellos se encuentren todos juntos.
Isómeros
Estructurales: Tienen la misma fórmula química pero están dispuestos de manera distinta.
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Geométricos: Vinculados por el doble enlace. Los
residuos pueden ser voluminosos y el enlace no
permite la rotación.
Estereoisomeros o enantiomeros: Un átomo de
carbono unido a cuatro átomos o moléculas
diferentes entre sí. Se forman dos estructuras
cuyas imágenes son especulares entre sí. Se
denominan conformeros.
Hidratos de carbono
Son polialcoholes muy solubles en agua. Cuando están en presencia de la misma se ciclan. Los
azucares más simples se denominan monosacáridos. Estos pueden unirse entre sí mediante
reacciones de deshidratación, donde se extrae agua y se unen los azucares mediante un enlace
glucosídico entre dos de sus átomos de carbono.
Los monosacáridos sirven para generar energía y forman parte de los nucleótidos (ADN y ARN).
Además, los polisacáridos son formas de reserva de los azucares y constituyen componentes
estructurales de la célula. Asimismo, pueden actuar como marcadores para una variedad de
procesos de reconocimiento celular, incluyendo la adhesión entre células.
Disacáridos:



Sacarosa: Glucosa + Fructosa
Lactosa: Glucosa + Galactosa
Maltosa: Glucosa + Glucosa
Polisacáridos:



Almidón: reserva de energía (almacenamiento de glucosa) en células vegetales.
Glucógeno: reserva de energía (almacenamiento de glucosa) en células animales.
Celulosa: función estructural, es el principal componente de la pared celular (es insoluble y
no puede ser degradada por el hombre).
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Lípidos
Serie heterogénea con propiedades físicas comunes. Son solubles en solventes no polares pero
insolubles en agua. Desempeñan tres funciones básicas en células:



Proporcionan una importante fuente de energía
Son el componente principal de las membranas celulares
Desempeñan importantes papeles en la señalización celular, bien como hormonas
esteroideas o como mensajeros moleculares que trasladan señales desde los receptores de
la superficie celular hasta dianas dentro de la célula.
Dentro de ellos encontramos:
Ácidos grasos
Son los lípidos más simples, consistentes en largas
cadenas hidrocarbonadas con un grupo carboxilo (COO-)
en un extremo. Por ende, la “cabeza” es polar (hidrofílica)
y el resto de la cadena es no polar (hidrofóbica). Las
cadenas pueden o no presentar insaturaciones y además
en caso de existir, se ve que si tienen una posición cis la
cadena se tuerce, mientras que si es trans sigue recta. En
medios acuosos se ubican de la forma más
energéticamente favorable, denominada micela.
Acilgliceridos
Provienen de esteres del glicerol con ácidos grasos saturados e insaturados. Existen mono, di y
triglicéridos. Son hidrolizables (se rompe la unión éster). Además, son insolubles en agua y son una
forma de almacenamiento de energía más eficaz que los hidratos de carbono ya que producen más
del doble de energía por peso de material degradado (debido a que son osmóticamente inactivos,
no “arrastran” agua).


Grasas animales (solidas): ácidos grasos saturados lineales.
Grasas vegetales (liquidas): ácidos insaturados.
3
Fosfolípidos
Son los principales componentes de las membranas celulares. Se
componen de dos ácidos grasos unidos a un grupo polar de cabeza. En
los fosfogliceridos, los dos ácidos grasos están ligados a átomos de
carbono del glicerol, con una unión éster en el carbono tres con un
grupo fosfato. Son moléculas anfipaticas. En medios acuosos se ubican
de la forma más energéticamente favorable, denominada liposoma.
Esteroides
Son derivados del colesterol. Este compacta la membrana celular, le otorga rigidez. Las hormonas
esteroides funcionan como moléculas de señalización, tanto dentro como fuera de la célula.
Ácidos nucleicos
Los ácidos nucleicos (ADN y ARN) son las principales moléculas de información de la célula. Estos
son polímeros de nucleótidos y están compuestos por bases de purina y pirimidina ligadas a
azucares fosforilados.
El ADN es una molécula de doble
hebra que consiste en dos cadenas
de polinucleótidos que discurren
en direcciones opuestas. Las bases
se encuentran en la parte interna
de la molécula y las dos cadenas
están unidas por enlaces de
hidrogeno entre pares de bases
complementarias. La guanina se
aparea con la citosina y la adenina
con la timina. Las bases están
ligadas
a
azucares
(2´desoxirribosa) para formar nucleosidos. La función del ADN es el almacenamiento y la transmisión
de la información biológica.
En la célula se encuentran varias clases de ARN que cubren una amplia variedad de funciones, por
ejemplo:


ARNr (ribosomal): junto a algunas proteínas son los componentes de los ribosomas,
complejos que llevan a cabo la síntesis de proteínas.
ARNm (mensajero): actúan de intermediarios, transportando la información desde un gen
o unos pocos genes hasta el ribosoma.
4

ARNt (transferencia): moléculas adaptadoras que alinea a los aminoácidos a lo largo del
molde de ARNm.
Las bases que contiene el ARN son adenina,
guanina, citosina y uracilo. Además, están ligadas a
la ribosa.
Los polinucleótidos siempre se sintetizan en la
dirección 5´ a 3´, añadiéndose un nucleótido libre al
grupo 3´OH de la cadena en formación. La
polimerización de nucleótidos para formar ácidos
nucleicos implica la formación de enlaces
fosfodiester entre el 5´fosfato de un nucleótido y el
3´hidroxilo de otro.
Proteínas
Son polímeros de veinte aminoácidos distintos, moléculas dinámicas cuya función depende de la
interacción con otras moléculas. Cada aminoácido consiste en un átomo de carbono ligado a un
grupo carboxilo, un grupo amino, un átomo de hidrogeno y una cadena lateral característica. Las
propiedades químicas específicas de las diferentes
cadenas laterales de los aminoácidos determinan los
papeles de cada aminoácido en la estructura y función
proteica.
Los aminoácidos están unidos por enlaces peptídicos
entre el grupo amino de un aminoácido y el grupo
carboxilo del siguiente. Como la unión es en trans, las
cadenas laterales quedan alternadas, una arriba y otra
abajo. Se sintetizan desde el N-terminal (amino) hasta
el C-terminal (carboxilo).
Los aminoácidos pueden agruparse en cuatro categorías:




Diez son no polares
Cinco son polares no cargados
Tres son polares positivos
Dos son polares negativos
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Estructura primaria
Secuencia de aminoácidos de la cadena polipeptidica de la proteína. Está dominada por uniones
covalentes.
Estructura secundaria
Ordenamiento regular de aminoácidos dentro de
regiones localizadas del polipéptido. Hay dos tipos
de estructuras particularmente comunes: alfa
hélices y hojas beta. Ambas se mantienen por
enlaces de hidrogeno entre los grupos CO y NH de
los enlaces peptídicos. La primera se forma cuando
una región de una cadena polipeptidica se pliega
sobre sí misma. En contraste, la hoja beta se forma
cuando dos partes de una cadena polipeptidica se
encuentran una junto a otra con enlaces hidrogeno
entre ellas.
Estructura terciaria
Plegamiento global de una cadena polipeptidica debido a las interacciones entre las cadenas
laterales de los aminoácidos situados en distintas regiones de la secuencia primaria. Dominada
principalmente por interacciones electrostáticas, unión hidrogeno, interacciones no polares y
puentes di sulfuro. En la mayoría de los casos la información de plegado está en la estructura
primaria.
Estructura cuaternaria
Es la unión de varios polipéptidos
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Motivos estructurales y dominios
Los primeros están compuestos de unos pocos elementos de la
estructura secundaria. Algunos ejemplos son: HSH (Hélice – Vuelta –
Hélice), lazo beta, barril beta y guarda griega. (Estructura secundaria).
Los dominios son subestructuras o unidades modulares que se pueden
plegar independientemente en una estructura compacta y estable. En
general, los diferentes dominios se asocian a diferentes funciones.
(Estructura terciaria).
Ligando
Molécula que se une reversiblemente a una proteína. Esta unión es fundamental ya que permite al
organismo responder rápida y reversiblemente a cambios en el entorno o el metabolismo.
Ajuste inducido
Las proteínas son flexibles y la unión del ligando genera un cambio conformacional que hace que el
sitio de unión sea aún más complementario.
Grupo hemo
Es un grupo prostético, un grupo no proteico unido covalentemente a la proteína. Es un tetrapirrol.
Ejemplos: Mioglobina
Es una proteína que facilita la difusión de O2 en el musculo. Es monomérica, globular y está
compuesta por 153 aminoácidos y un grupo hemo. Este último se encuentra dentro de un bolsillo
hidrofóbico. Además, presenta aminoácidos hidrofílicos en la superficie. La histidina distal está
presente en el bolsillo hidrofóbico y modifica la afinidad del grupo hemo por el CO2 y el O2, mientras
que la histidina proximal se une al Fe para estabilizar la unión. Tiene unión reversible al O2.
Ejemplos: Hemoglobina
Es una proteína tetramérica (dos estructuras denominadas alfa y dos denominadas beta) lo que le
permite coordinar cuatro moléculas de oxígeno. Cada subunidad se parece a la mioglobina. En el
interior está estabilizada por fuerzas de van der Waals y fuerzas hidrofóbicas. En el exterior presenta
aminoácidos hidrofílicos. Al igual que en la mioglobina, la histidina distal modifica la afinidad del
grupo hemo por el O2 y el CO2. Sin embargo, la proximal se encarga de la unión con el O2. Presenta
cuatro grupos hemo.
Al contrario que la hemoglobina, la mioglobina no es transportadora de O2. En la primera, la unión
con O2 es cooperativa (carga facilitada).
Los cambios se inician en el grupo hemo pero las rupturas ocurren lejos del mismo. Se rompen
uniones salinas al pasar del estado tenso al estado relajado.
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Efectos del CO
La mioglobina no tiene efecto cooperativo. La misma tiene una mayor afinidad por el O2, lo que la
hace útil para reserva pero no para transporte. Al contrario sucede con la hemoglobina. En presencia
de CO la hemoglobina toma CO y O2 por lo que no puede pasar al estado relajado. Sigue funcionando
pero a una tasa mucho menor y además al llegar a las células del cuerpo no libera el O2.
Efectores alostéricos
No se unen al grupo hemo. Buenos ejemplos de los mismos son el pH y la presión parcial de CO2. Se
une un BPG (bi – fosfoglicerato) por hemoglobina a una cavidad llena de aminoácidos positivos. Se
une al sitio alostérico alejado del sitio de unión del O2 y baja la afinidad por el O2 porque estabiliza
al confórmero T. En ausencia de BPG la hemoglobina almacena O2. Hay una alta concentración de
BPG en los eritrocitos. En altura, el cuerpo aumenta la producción de BPG y luego de un tiempo
también de eritrocitos para compensar el cambio en el ambiente.
Esta reacción favorece los puentes salinos, lo que a su vez
favorece la forma T de la hemoglobina. Por lo tanto, se
liberan la mayor cantidad de O2. A menor concentración
de H+, se desplaza el equilibrio hacia la derecha, se
favorecen aún más los puentes salinos y por lo tanto baja
la afinidad por el O2, liberando más del mismo.
Hemoglobina fetal
Posee cadenas gama en vez de las beta. Este tetrámero tiene menos afinidad por el BPG. Entonces
esto provoca una mayor afinidad por el O2.
Niveles de organización
Termodinámica
Estudio de los principios generales
que
gobiernan
todas
las
transformaciones energéticas.


1° Ley: La energía no se crea
ni
se
destruye,
se
transforma.
2° Ley: Todos los procesos
individuales
tienden
a
ocurrir de una forma tal que
se aumente la entropía (S)
del universo.
Los procesos exergonicos son aquellos en los que se libera energía. Los endergonicos, en cambio,
son aquellos en los que se absorbe energía.
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Energía y trabajo celular
Metabolismo: Conjunto de reacciones que ocurren dentro de una célula. La degradación de
moléculas complejas a simples (procesos exergonicos) se denomina catabolismo. La síntesis de
moléculas simples a complejas (procesos endergonicos) se denomina anabolismo.
Un sistema aislado es aquel que no intercambia materia ni energía con el ambiente. Uno cerrado
intercambia energía pero no materia. El abierto es aquel en el que se intercambian ambos, es el
caso de una célula.
La célula se encuentra en estado
estacionario (no está en equilibrio con
el ambiente) para poder realizar
trabajo. Es un sistema isotérmico, todas
sus
partes
tienen
la
misma
temperatura. Las células no pueden
usar calor para realizar trabajo
biológico, solo mecánico y químico.
La adenosina trifosfato (ATP) es el
transporte de energía de la célula. Al romper un enlace liberando un fosfato se transforma el ATP
en ADP y se libera una cantidad relativamente grande de energía.
Gradiente
Cambio gradual de un estado concentrado a otro repartido equitativamente. Es una fuerza
impulsora. Las reacciones desfavorables energéticamente suceden porque se acoplan con otras muy
favorables. Cuando la energía de activación es muy alta, se disminuye mediante enzimas.
Enzimas
Catalizadores biológicos que disminuyen la energía de activación de una reacción, es decir, la
energía mínima requerida para que la reacción se lleve a cabo. Generalmente son proteínas
globulares (hay también moléculas de ARN que desempeñan en ocasiones papeles catalíticos). Son
altamente especificas (sustrato particular) y muy eficientes en pequeñas cantidades. Además se
recuperan después de la reacción.
Su actividad catabólica depende de la forma estructural. Son termolábiles y sensibles al pH. Al
aumentar la temperatura la molécula se despliega y no puede cumplir con su función. Al alterar el
pH, se cambian las atracciones electrostáticas presentes, lo que afecta tanto a la estructura como a
la función.
Cuando varias reacciones acopladas degradan nutrientes orgánicos transformándolos en productos
finales simples con el fin de extraer de ellos energía química y convertirla en una forma útil para la
célula se denomina catabolismo.
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Cofactores
Las enzimas a veces requieren de cofactores
(como un pH óptimo) o coenzimas para
desarrollar su estructura o función. Por
ejemplo algunas requieren de una
fosforilacion o una glicosilacion.
Sitio activo
Se denomina así a la región de la enzima que
reacciona con el sustrato. Es el responsable
de la especificidad de la enzima (solo entra
un determinado tipo de sustrato). En él se
encuentran:


Residuos de unión: aminoácidos que intervienen en la unión.
Residuos catalíticos: aminoácidos que participan en la transformación química del sustrato.
Unión enzima – sustrato
Las uniones son débiles y reversibles. Modelos de esta unión son el de llave – cerradura y el de ajuste
inducido. Hay cuatro eventos de la reacción enzimática:




Reducción de la entropía: correcta alineación del sustrato con la enzima y restricción del
movimiento (Formación de uniones débiles):
La formación de dichas uniones desolvatan al sustrato (reemplazan las uniones hidrogeno).
Estas uniones del estado de transición ayudan a compensar termodinámicamente cualquier
redistribución electrónica y deformación para que el sustrato pueda reaccionar.
Ajuste inducido. La enzima sufre un cambio conformacional que induce muchas
interacciones débiles con el sustrato. Cesión de electrones. Los grupos funcionales se
reacomodan para que ocurra la reacción.
Cinética enzimática
La concentración del sustrato y de la enzima, la temperatura, el pH y la presencia de inhibidores
afectan la velocidad con la que una enzima provoca la reacción sustrato -> producto.
Inhibidores
Sirven para controlar las funciones catalizadas por las enzimas.

Inhibición competitiva: el inhibidor y el sustrato compiten por el mismo lugar en la enzima.
Este se une reversiblemente a la enzima y si aumenta la concentración del sustrato puede
llegar a desplazar al inhibidor.
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

Inhibición no competitiva: el inhibidor se une en un sitio diferente al sustrato. Evito que el
sustrato pase a producto. Es como si hubiera menos enzima disponible.
Inhibición acompetitiva: Una vez formado el complejo enzima sustrato se une el inhibidor y
lo inhibe de pasar a producto. En algunas enzimas este paso no es reversible. Esto disminuye
la velocidad máxima, a diferencia de la inhibición competitiva.
Regulación





Alostérica: Hay un compuesto modulador alostérico que tiene un ciclo propio distinto del
sitio activo. Genera un cambio conformacional en la enzima que modifica la estructura del
sitio activo.
Compartimentalización: Un ejemplo típico son los lisosomas. Como estos se encargan de
cortar macromoléculas, si estuvieran libres en el citoplasma destruirían a la célula. Se aíslan
en compartimientos con pH específico para evitar este gran peligro para la célula.
Covalente reversible: Se fosforila o desfosforila la enzima para activarla o desactivarla. La
quinasa se encarga de agregar fosfato y la fosfatasa los remueve.
Síntesis: Puede ser por inducción o por represión. Significa sintetizar más o menos enzimas
según la necesidad de la célula.
Complejo multienzimatico: Se crea una vía de enzimas y sustratos generando un producto
final que desactiva la primera enzima para “cerrar” el ciclo.
Célula procariota
No poseen compartimentalización, todo se encuentra suelto
en el citoplasma. El cromosoma es circular cerrado. Poseen
plásmidos, pequeñas cantidades de ADN que pueden
proporcionar un gen que fortalezca la resistencia de la bacteria
bajo determinadas condiciones. Además poseen cilios que
pueden ser flagelos (permiten el movimiento) o pilis (permiten
la interacción entre bacterias). La estructura de la envoltura
celular varía según el tipo de bacteria. Algunas presentan
membrana externa e interna, otras solo poseen esta última.
Su morfología permite clasificarlas en cuatro categorías:
cocos, bacilos, micoplasmas y spirochetas.
Archaebacterias
Son extremófilas similares a las bacterias en forma y tamaño. Sus enzimas y rutas metabólicas son
similares a las de las células eucariotas. Sin embargo, poseen una membrana celular distinta (es una
monocapa lipídica). Presentan reproducción asexual por fisión binaria, fragmentación o gemación.
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Célula eucariota
Todas las células tienen, al menos durante una
parte de su ciclo vital, un núcleo o un nucleoide
en el que se almacena y replica el genoma. Las
células en las que el núcleo contiene el material
nuclear que se halla englobado en el interior de
una membrana doble (llamada envoltura
nuclear) constituyen el amplio grupo Eukarya.
Existen dos principales tipos de célula eucariota,
la célula animal y la célula vegetal. Estas tienen
una variedad de estructuras colectivamente
llamadas sistema de endomembranas.
Se define como organela a una estructura especializada dentro de la célula que lleva a cabo una
determinada función. Dentro de estas podemos encontrar:





Núcleo: Contiene el ADN. Posee una doble membrana que se forma generando el complejo
del poro. Además posee una lámina nuclear que brinda soporte y forma. Los poros sirven
para regular el paso selectivo. La capa externa posee ribosomas asociados y la continuación
de la misma da lugar al retículo endoplasmático. Los poros pueden estar formados por hasta
mil proteínas ensambladas.
Retículo endoplasmatico rugoso: Posee ribosomas asociados en la cara citoplasmática (De
aquí su nombre). En él se sintetizan proteínas, que generalmente son de exportación.
Retículo endoplasmatico liso: No presenta ribosomas asociados. Es el lugar de síntesis de
lípidos y de metabolismo de fármacos.
Aparato de Golgi: Procesa, empaqueta y distribuye proteínas a otros orgánulos para su
exportación. Aquí se lleva a cabo la modificación de azucares, ya que produce las
modificaciones necesarias en moléculas no listas. Tiene forma de sacos aplanados con
polaridad:
Lado cis: Formadora, hacia el núcleo.
Lado trans: Gemación, hacia la membrana.
Mitocondria: Se lleva a cabo la
respiración celular, esto es oxidar
combustible (como ácidos grasos,
azúcar) para producir ATP. Presenta
ADN mitocondrial muy parecido al
procarionte. Son autoreplicativas.
Poseen una membrana externa y una
interna, separadas por un espacio
intermembranal. La primera es más
permeable. Esta invaginada ya que
sobre la membrana interna se ubican
ATP sintasas y de esta forma puede tener más de estas en un espacio menor. Los picos de
dicha invaginación se llaman crestas y en su interior hay un líquido denominado matriz.
12





Peroxisoma: En él se lleva a cabo la degradación de ácidos grasos. Posee enzimas oxidativas,
tiene grandes cantidades de O2 y produce H2O2, el cual utiliza para oxidar alcoholes y
fenoles.
Lisosoma: Degrada los restos intracelulares. Produce la digestión de macromoléculas. Son
hidrolíticos (pH < 5) para proteger a la célula en caso de que se liberen al citoplasma.
Vesículas: Pequeños compartimientos que se encargan del transporte de moléculas extra e
intracelular.
Cloroplastos: Solo presentes en
células
vegetales.
Son
los
encargados de la fotosíntesis. Es
decir, trasforman la energía
lumínica del sol en energía química
aprovechable, produciendo ATP y
glúcidos. Al igual que la
mitocondria, son autoreplicativos
y poseen ADN cloroplastico
parecido al procarionte. Tienen
tres sistemas de membrana y en la
más interna llamada membrana tilacoide se encuentra la clorofila.
Vacuola: Solo presentes en células vegetales. Almacena agua y moléculas nocivas. Degrada
y recicla macromoléculas y almacena metabolitos. Mantiene la turgencia de la célula.
Es necesario mencionar la existencia de dos estructuras (no organelas) muy importantes.


Pared celular: Solo presente en células vegetales. Confiere forma y rigidez a la vez que
protege a la célula del hinchamiento osmótico.
Membrana celular: Separa la célula de su entorno, regula el movimiento de materiales hacia
dentro y fuera de la célula.
Transporte activo de macromoléculas
El proceso de incorporación de materia a la célula se
llama endocitosis. En él, la membrana se invagina y cierra
formando vesículas. El proceso opuesto es la exocitosis.
Se lleva a cabo cuando la célula quiere eliminar algún
compuesto.
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Virus
Son parásitos intracelulares incapaces de replicarse por
sí mismos. Se reproducen mediante la infección de
células huésped y la usurpación de la maquinaria
celular para producir más partículas virales. En sus
formas más simples consisten solamente en ácido
nucleico genómico (ADN o ARN) rodeado de una
cubierta proteínica. Son importantes para la biología
porque proporcionan sistemas simples que pueden ser
utilizados para investigar las funciones de las células.
Tipos de ARN




ARNm (mensajero): Transporta información desde el ADN a los ribosomas, donde sirve
como molde para la síntesis de proteínas. Son transcritos por una enzima (ARN polimerasa)
que cataliza la síntesis de ARN a partir de un molde de ADN.
ARNt (transferencia): Funciona como una molécula adaptadora que alinea los aminoácidos
a lo largo del molde de ARNm. Asegura la ubicación de cada aminoácido en el sitio
correspondiente. En cada célula existen distintas especies de ARNt, específicos para cada
uno de los aminoácidos. El anticodón es el responsable de la función de adaptador y de la
especificidad.
ARNr (ribosomal): Junto a las proteínas son los componentes de los ribosomas, que luego
intervendrán en la síntesis de proteínas.
ARN polimerasa: Son un conjunto de proteínas con carácter enzimático capas de formar los
ribonucleótidos para sintetizar ARN a partir de una secuencia de ADN molde.
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Membrana celular
Es una bicapa lipídica de fosfolípidos, glicolípidos y colesterol. No es rígida sino que es más bien
como un mosaico fluido. Esto es debido a que los lípidos tienen libertad para moverse sobre una
misma cara. Está formada principalmente por:




Fosfogliceridos: Toman como base al glicerol. Poseen una cadena saturada y una insaturada,
lo que les permite una menor rigidez, debido a que hay menos fuerzas de van der Waals
involucradas.
Colesterol: Garantiza mayor impermeabilidad de la membrana. Evita que los lípidos
cristalicen, dando fluidez en, por ejemplo, condiciones de baja temperatura.
Esfingolipidos: Toman como base la esfingocina.
Glicolípidos: Son derivados de la esfingocina (animales) o del glicerol (vegetales). Apuntan
a la cara opuesta al citosol. Son receptores y participan en la adhesión celular. Un tipo de
estos son los gangliosidos, los cuales tienen una carga neta negativa, brindando ciertas
propiedades eléctricas.
La membrana celular tiene una distribución asimétrica. Los traslocadores de fosfolípidos generan y
mantienen la distribución asimétrica. Estas propiedades permiten la detección y conversión de
señales externas. Un ejemplo es la translocación de fosfatildiserina, ya que en una célula viva esta
se encuentra solo del lado
citosólico de la membrana.
Debido a la diferencia de carga
entre el interior de la membrana
(negativa) y el exterior (positiva)
los
iones
no
pueden
simplemente pasar por la
membrana. Esto si lo pueden
hacer moléculas hidrofóbicas y,
en menor medida, pequeñas y
grandes moléculas polares sin
carga. Para que puedan ingresar
iones se usan transportadores o
canales especializados.
Proteínas de membrana
Existen proteínas asociadas a la membrana. Las proteínas integrales de membrana están embebidas
directamente dentro de la bicapa lipídica. Las proteínas periféricas de membrana no están
insertadas en la bicapa lipídica pero están asociadas con la membrana indirectamente,
generalmente a través de interacciones con las proteínas integrales de membrana. Algunas
proteínas atraviesan la bicapa una o más veces y otras están ancladas en la membrana a través de
lípidos que están ligados de forma covalente a la cadena polipeptidica.
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Transporte trans – membrana
Sirve para transportar elementos que no pueden simplemente pasar la membrana. Para que
cualquier soluto pase por la membrana se debe deshidratar, debido a que el interior es hidrofóbico.
La difusión simple se da espontáneamente. Los canales proteicos se abren o cierran permitiendo el
paso diferenciado. El transporte pasivo se da por gradiente, no conlleva gasto de energía. El
transporte activo, en cambio, requiere energía ya que se produce contragradiente.
Cuando un solo elemento atraviesa un canal proteico se denomina uniporte. Cuando son dos a la
vez se llama coporte. Además, si se desplazan en un mismo sentido es un simporte. Caso contrario,
antiporte.
Las acuaporinas dejan pasar las moléculas de agua ordenadas en fila. Son impermeables a los iones.
El poro es muy delgado y presenta, de un lado oxígenos carboxílicos y del otro aminoácidos
hidrofóbicos.
La bomba sodio – potasio es una proteína electrogénica, contribuye al potencial de la membrana.
Cambia su conformación luego de fosforilarse. Ingresa dos iones potasio y libera tres iones sodio.
Los canales iónicos son selectivos para iones y se pueden desensibilizar. Se abren o cierran en
respuesta a reacciones químicas (cambios en ligandos o voltaje). Pueden censar el voltaje y cambian
la posición de las hélices que tienen según la carga presente para abrir o cerrar el paso. La ventaja
de los canales de transporte es que no se saturan.
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Citoesqueleto
Es una compleja red de filamentos proteicos que se extiende por el citoplasma. Involucrado en la
forma y el movimiento coordinado de una célula. Está involucrado también en el rearreglo de los
componentes internos de la célula. Es una estructura muy dinámica compuesta por:




Microtúbulos (de tubulina): Posición de organelas y transporte intracelular directo. Se
agrupan en tubos huecos y poseen polaridad estructural. El extremo positivo es capaz de
crecer a gran velocidad mientras que el negativo es capaz de despolimerizarse si no está
estabilizado. Se pueden estabilizar mediante proteínas especiales pero se pierde
dinamismo. Todos surgen a partir
del centro organizador de
microtúbulos. El centrosoma
contiene dos centriolos ubicados
perpendicularmente y es único
por célula. Las organelas viajan a
través de la célula unidas a
microtúbulos.
Filamentos de actina: Forma celular y movimiento (son los de menor rigidez). Forman redes
por presencia de proteínas accesorias. Tienen un extremo positivo y uno negativo. Se
observa que el extremo positivo crece más rápido que el negativo y además se desensambla
más rápido. Mientras que las subunidades se van uniendo el ATP pasa a ADP. Si se unen
muy lento pero el ATP pasa rápidamente a ADP, el polímero se desarma. Estos componentes
se centran en el cortex, redes debajo de la membrana plasmática.
Filamentos intermedios: Otorgan fuerza mecánica, solo están presentes en células animales
ya que en las vegetales la pared celular cumple esta función. Participan de las uniones
intercelulares. Forman la lámina nuclear que se encuentra por debajo de la membrana
nuclear. Tienen un dominio a modo de varilla que se enrosca entre si formando dímeros y
estos a su vez formando tetrámeros.
Proteínas accesorias: Controlan y regulan el ensamblaje y desensamblaje de y entre los
filamentos. Respuesta a señales intra y extracelulares.
Las unidades que forman los distintos componentes deben ser pequeñas y solubles, unidas por
uniones no covalentes para poder armarse y desarmarse para permitir el movimiento.
Tipos de unión intercelular




Uniones estrechas u oclusivas: Red de proteínas que generan adhesión entre células.
Generalmente presentes en células de absorción.
Uniones de anclaje: Forma uniones adherentes entre los filamentos de actina creando una
red transcelular. Los desmosomas sirven como lugares de anclaje para filamentos
intermedios. Los hemidesmosomas vinculan la célula con la matriz extracelular.
Uniones en hendidura / GAP: Formado por dos hemicanales en posiciones abierta/cerrada.
Permite el paso directo de iones.
Plasmodesmos: Interconecta células con pared celular.
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Reparación del ADN
El ADN es una molécula compleja que es muy susceptible a cambios.
Estos cambios pueden ocurrir por la exposición a la radiación, durante la replicación o de manera
espontánea bajo condiciones celulares normales. En el caso de la replicación, ya vimos que la
polimerasa tiene una subunidad que se encarga de detectar errores pero hay que considerar que
pasa por millones de nucleótidos y hay lugar a error.
Si los errores llevan a un cambio en la secuencia de bases del ADN, y este se replica, se vuelven
permanentes y se llaman mutaciones. Hay estudios que demuestran que estas mutaciones están
altamente relacionadas a la predisposición a enfermedades como el cáncer. La reparación del ADN
son una serie de procesos que se activan para corregir los errores. Gracias a la reparación, menos
del 0,02% de los errores terminan en mutaciones. Además, la reparación es posible gracias a la
estructura de doble hélice, ya que si una de las cadenas está dañada, la otra sirve como modelo para
repararla.
Base Excision Repair
Escisión significa cortar, entonces consiste en cortar una base que no corresponde al ADN. También
se aplica cuando falta una base y se encuentra un sitio apirimidínico o apurínico, dependiendo del
tipo de base faltante.
Esto puede ocurrir debido a los procesos de desaminación y de depurinación.
 DEPURINACIÓN: es la ruptura del enlace entre las bases que son purinas y la
desoxirribosa/el azúcar. Es decir que le ocurre a la adenina o a la guanina y el resultado es
que el nucleótido pierde la base.
 DESAMINACIÓN: es la pérdida del grupo amino de una base nitrogenada, le puede suceder
a la citosina, adenina o guanina. En el caso de la citosina, el resultado es el uracilo. El proceso
de reparación empieza con la enzima ADN glicosilasa que es específica para cada tipo de
base. Esta enzima se encarga de cortar la unión de la base errónea al backbone del ADN y
de removerla, generando un sitio AP. Como no existe una enzima que directamente pueda
insertar la base faltante, hay que remover un par de nucleótidos y reemplazarlos primero.
La segunda enzima involucrada es la endonucleasa AP, que corta este enlace fosfodiester
en el backbone. Luego la enzima ADN polimerasa I se encarga de cortar nucleótidos y al
mismo tiempo inserta nuevos, dejando un corte al final. Por último, la enzima ligasa sella el
corte faltante y finaliza el proceso de reparación por escisión de base.
Dímero de Timina
Es una lesión muy grave en el ADN producida por la radiación ultravioleta ya que los fotones que
chocan contra la doble hélice inducen un enlace covalente entre dos timinas en dos nucleótidos
sucesivos. El proceso general encargado de reparar esta lesión es la escisión de nucleótido. Es
importante la remoción de los dímeros de timina ya que pueden causar melanoma, es decir cáncer
de piel.
18
Escisión de nucleótido
Se va a describir en E.Coli por simplicidad: El complejo enzimático clave es la ABC-Excinucleasa. Está
formada por 3 enzimas diferentes: UvrA, Uvrb, Uvrc. Se asocian dos unidades de UvrA con una de
Uvrb, escaneando el ADN hasta encontrar el dímero de timina en la cadena afectada. A continuación
las dos unidades de UvrA se van de la zona produciendo un cambio conformacional que deja bien
ajustada la UvrB a la cadena. Luego se une UvrC realizando dos cortes alrededor del sitio
problemático. Uno 5 enlaces fosfodiester del lado 3 prima de la lesión y otro 8 enlaces para el lado
5 prima. El fragmento resultante de 12 o 13 nucleótidos es eliminado por la Helicasa-UvrD. El hueco
es re sintetizado por la ADN-Polimerasa I y sellado por la ADN-Ligasa.
Mismatch
Los apareamientos incorrectos tras la replicación del ADN se corrigen siempre de acuerdo a la
información contenida en la cadena molde. Por eso el sistema tiene que saber distinguir la cadena
molde (vieja) de la recién sintetizada. Esto se logra marcando el ADN molde con grupos metilo.
Regulación de la expresión genética
Switches genéticos
Interacciones proteína – ADN. Los factores de transcripción son proteínas regulatorias con motivos
de unión a ADN. Las secuencias regulatorias son secuencias nucleotidas especificas reconocidas por
los factores de transcripción.
La unión proteína – ADN se da por complementariedad extensiva entre las características químicas
en la interface proteína – ADN.
Regulación en procariontes
Regulada principalmente a nivel transcripcional. Está regulada en respuesta a señales, en su gran
mayoría ambientales. Todo el genoma procariota es codificante y los genes se organizan en
operones (arreglo adyacente de genes que se transcriben a partir de un único promotor).
El operon sirve de elemento regulador de la expresión de genes involucrados en una misma ruta
metabólica. Todos los genes se transcriben juntos en una única molécula de ARNm. Los genes en un
operon son expresados en conjunto o no son expresados.


Regulación negativa (triptofano): El triptofano se une en la proteína que se une al operador
del ARN y no le permite la unión a la ARN polimerasa.
Regulación negativa y positiva (LAC): Se requiere de una unión con un cap (permite iniciar a
la ARN pol) y que el represor esté ausente.
19
Regulación en eucariontes




Control transcripcional: Control de cuanto y cuando se transcribe.
Control de procesamiento de ARNm: Colocarle o no el capuchón, splicing, cola de poli A.
Control traduccional: Cual ARNm es exportado y cual no.
Control postraduccional.
Promotores, enhancers, silencers. A pesar de tener el mismo genoma las proteínas reguladoras
varían.
Organización del genoma
Funciones del núcleo
Almacena y protege la información genética contenida en el ADN. Convierte la información del ADN
en ARN. En bacterias el ADN es circular mientras que en eucariotas es lineal. Además dirige la
actividad celular a través de proteínas.
Cromatina en eucariontes
Eucromatina: genes en activa transcripción
(10%) y genes que no se transcriben.
Cromatina densa: inactiva.
Cariotipo
Representación gráfica de los cromosomas
presentes en una sola célula somática
Empaquetamiento de ADN



Primer nivel: Fibras de ADN asociadas a histonas. Se llama fibra de cromatina.
Segundo nivel: Enrollamiento sobre si misma de la fibra de cromatina.
Tercer nivel: La fibra forma bucles estabilizados por un andamio proteico.
20
Telómeros
Se componen de repeticiones en tándem de secuencias simples de ADN. Son los extremos de los
cromosomas. Su función principal es la estabilidad estructural de los cromosomas en las células
eucariotas, la división celular y el tiempo de vida de las estirpes celulares.
Son replicados por la acción de una única enzima llamada telomerasa, que es capaz de mantener a
los telómeros catalizando de su síntesis en ausencia de una hebra molde de ADN. La telomerasa es
una transcriptasa inversa, sintetiza ADN a partir de un molde de ARN. Esta porta su propio molde
de ARN.
Replicación del ADN
El ADN actúa de molde para la replicación y la transmisión de la información genética: cada una de
las cadenas es complementaria de la otra.
La replicación del ADN es semiconservadora. Cada cadena actúa de molde para la síntesis de una
nueva cadena. El resultado son dos moléculas de ADN nuevas, cada una con una cadena nueva y
otra vieja.
La replicación empieza en un lugar de origen y normalmente avanza en forma bidireccional. Los
lazos de replicación siempre se inician en un punto único denominado origen. La replicación es
normalmente bidireccional. En las moléculas de ADN circular, las dos horquillas de replicación
(extremos del lazo) vuelven a encontrarse en un punto del círculo, en el lado opuesto al origen.
La síntesis del ADN progresa en dirección 5´ 3´ y es semi-discontinua. Una de las cadenas es
sintetizada de modo continuo y la otra de modo discontinuo. La hebra conductora es aquella cuya
síntesis en dirección 5´ 3´ transcurre en la misma dirección que el movimiento de la horquilla de
replicación. La hebra rezagada es aquella cuya síntesis en dirección 5´ 3´ transcurre en dirección
opuesta a la dirección del movimiento de la horquilla. Esta se sintetiza en forma de trazos cortos,
denominados fragmentos de Okazaki.
Hay dos requerimientos básicos para la polimerización del ADN.
1. Todas las ADN polimerasas (I, II y III) requieren de un molde.
2. Las polimerasas requieren de un cebador. Esto es, un segmento de cadena (complementario del
molde) con un grupo 3´hidroxilo libre al cual pueden añadirse nucleótidos. El extremo 3´del cebador
se denomina extremo terminal de cebador.
21
La replicación en E. Coli necesita polimerasas enzimas y proteínas. El conjunto completo se
denomina replisoma. El acceso a las cadenas de ADN que tienen que actuar de molde requiere de
la separación de las dos cadenas parentales. Esta tarea corre a cargo generalmente de enzimas
denominadas helicasas, que se mueven a lo largo del ADN y separan las cadenas utilizando la energía
química del ATP. Esta separación crea una tensión en la estructura helicoidal que es relajada por
acción de las topoisomerasas. Las cadenas separadas son estabilizadas por proteínas de unión al
ADN. Los cebadores (segmentos cortos de ARN sintetizados por enzimas denominadas primasas)
tienen que estar unidos al ADN antes que las polimerasas puedan empezar la síntesis.
Posteriormente los cebadores de ARN son eliminados y reemplazados por ADN. En E. Coli esta es
una de las muchas funciones de la ADN polimerasa I. Después de la eliminación del cebador de ARN
y del relleno del hueco con ADN queda una mella en la cadena azúcar fosfato en forma de un enlace
fosfodiester roto. Estas mellas son selladas por enzimas que se llaman ADN ligasas.
INICIACION
Es la única fase de la replicación que se sabe que está regulada para que solo tenga lugar una vez en
cada ciclo celular. La proteína ADNa reconoce la secuencia origen y abre el dúplex en sitios
específicos del origen. La helicasa desenrolla el ADN, muchas moléculas de proteína de unión al ADN
de cadena sencilla se unen y estabilizan las hebras separadas, mientras las topoisomerasas liberan
la tensión torsional generada por el desenrollamiento del ADN. Por otro lado, conforme las
helicasas van avanzando se van generando súper enrollamientos 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. Las topoisomerasas son las enzimas encargadas de eliminar los súper
enrollamientos cortando una o las dos cadenas de ADN y pasándolas a través de la rotura realizada
ELONGACION
La síntesis de las dos cadenas es muy diferentes. La de la cadena conductora, empieza con la síntesis
de un corto cebador de ARN por la primasa en el origen de replicación. Este es sintetizado en
dirección opuesta a la del movimiento de la helicasa. Los desoxiribonucleotidos son añadidos a este
cebador por un complejo de ADN polimerasa III unida a la helicasa anclada en la hebra de ADN
opuesta. Seguidamente la síntesis de la hebra conductora transcurre de manera continua, al mismo
ritmo que el desenrollamiento de ADN en la horquilla de replicación.
22
La síntesis de la hebra rezagada se realiza a trozos de corta longitud llamados fragmentos de
Okazaki. Primero la primasa sintetiza un cebador de ARN y la polimerasa III se une al cebador de
ARN y añade desoxiribonucleotidos. Como ambas hebras son producidas por un único dímero
asimétrico de ADN polimerasa III la hebra rezagada debe formar un lazo que aproxima los dos
puntos de polimerización. Una vez finalizada la síntesis de un fragmento de Okazaki su cebador de
ARN es eliminado y reemplazado con ADN por la ADN polimerasa I y la mella restante es sellada por
la ADN ligasa.
Actividad exonucleasa: capacidad de degradar el ADN. Esto les da a las polimerasas función
correctora y reparadora (3 a 5 y también 5 a 3).
Actividad polimerasa: síntesis de nuevas cadenas de ADN (5 a 3).
TERMINACION
Finalmente las dos horquillas de replicación del cromosoma circular se encuentran en una región
terminal que contiene múltiples copias de una secuencia de 20 pares de bases denominadas Ter.
Estas secuencias están dispuestas en el cromosoma para crear una especia de trampa donde una
horquilla de replicación puede entrar pero no salir.
La replicación del ADN entre las horquillas de replicación opuestas deja los cromosomas recién
completados encadenados, es decir, ligados topológicamente. Los círculos no están unidos
covalentemente pero no pueden separarse porque están entrelazados. Una topoisomerasa de tipo
II tiene el papel principal en la separación de los cromosomas encadenados, corta transitoriamente
las dos hebras de ADN de uno de los cromosomas, permitiendo que el otro cromosoma pase a través
de la brecha.
Transcripción en eucariotas
Presentan tres ARN polimerasas. Pol I se encarga de la síntesis de pre ARNr. Pol II se encarga de la
síntesis de ARNm y algunos especializados. Pol III lleva a cabo la síntesis de ARNt, ARNr y algunos
especializados.
Los eucariontes presentan promotores (tata box), enhancers, proteínas activadoras y mediadores.
Maduración del transcripto primario



Casquete 5´: Capping. Se adiciona un cap de 7 – metilguanosina. Esta estabiliza el ARN
además de alinear los ARNm eucarióticos sobre el ribosoma durante la traducción.
Splicing: Existen intrones y exones. Son dos subunidades en las que solo las últimas poseen
información útil. Se cortan los intrones dejando solo los exones. Corte y empalme.
Cola de poli A: La ARN pol sigue transcribiendo pero copia una secuencia, una región que
atrae un complejo enzimático (endonucleasa) que corta la cadena (transcripto primario) y
se agrega una secuencia (cola) de adeninas.
23
Transcriptoma
Todo el ARN que se transcribe en un determinado momento. Solo una pequeña porción de ADN
codifica para proteínas y sin embargo gran parte de ADN se transcribe en ARN.
Traducción
Conversión del código de cuatro elementos al código de veinte aminoácidos




Codón: secuencia de tres nucleótidos.
Código degenerado.
Codón stop: donde terminan de sintetizar la proteína.
Codón inicio: Metionina (AUG).
ARNt
Molécula adaptadora, se une al codón por un extremo (anticodón) y al aminoácido por el otro
extremo (3´). La aminoacil – ARNt sintetasa es la que se encarga de cargar el aminoácido al ARNt.
Une ARNt con aminoácidos utilizando energía de ATP. Es un enlace de alta energía.
ARN ribosomal y ribosomas
Dan el lugar para que ocurra la síntesis de proteínas. Tiene un lado mayor y otro menor.



Iniciación: El ribosoma se une al extremo 5´de ARNm.
Elongación: A medida que el ARNm entra al núcleo del ribosoma. El ARNt lee la secuencia y
si el codón es correspondiente con el anticodón se agrega cada aminoácido en la secuencia
correcta para formar un polipéptido.
Terminación: Se agrega un codón stop y termina la síntesis.
24
Marco de lectura
Secuencia de ADN comprendido entre el codón de inicio de la traducción y el codón de terminación,
descontando los intrones.
Inserciones: Se agregan nucleótidos a la cadena.
Deleciones: Se le quitan nucleótidos a la cadena.
Tecnicas de estudio
El objetivo es alcanzar la pureza deseada con el mayor rendimiento posible. El aislamiento de una
molécula se logra a partir de las propiedades fisicoquímicas y biológicas de la misma.
Fases de la purificación

Preparación, extracción y clarificado: Se obtiene la biomasa y se produce el disgregamiento
celular mediante lisis (ruptura de células sin pared celular en medio hipotónico) o mediante
un mortero o sonicacion. Es importante tener en cuenta el pH ya que podrían romperse
proteínas, la temperatura y presencia de proteasas (a baja temperatura hay menos
velocidad de reacción de las proteasas), la fuerza iónica, etc.

Captura: Mediante centrifugación diferencial
se obtienen fracciones celulares. Se distinguen
el sobrenadante (macromoléculas) y el pellet
(restos celulares grandes).

Purificación intermedia: Puede ser por salting
– out o por diálisis. La primera es una técnica
de precipitación diferencial a elevadas concentraciones salinas. Aprovecha la diferencia de
solubilidad de las distintas proteínas. Luego se separan por centrifugación a baja velocidad.
Diálisis es una técnica de separación por tamaño. El extracto parcialmente purificado se
coloca en una membrana que permite el paso de moléculas pequeñas.

Refinamiento: Puede ser por cromatografía en columna o por electroforesis. La primera es
un método físico de separación de mezclas por el principio de retención selectiva. Hay una
fase móvil y una fase estacionaria. Existen cuatro tipos:
Exclusión molecular cuyo principio de separación es por tamaño.
Intercambio iónico cuyo principio de separación es por carga.
Afinidad cuyo principio de separación es la bioafinidad (alta pureza en menos pasos).
Interacción hidrofóbica cuyo principio de separación es por hidrofobicidad.
25
Electroforesis es una técnica de
separación de moléculas con
carga en una matriz porosa bajo
la aplicación de un campo
eléctrico. La matriz es un
polímero entrecruzado de
tamaño regulable. El principio
de separación es por carga y
tamaño. El revelado se hace
con agentes intercalantes que
se insertan entre las bases de
ADN o ARN. Hay dos tipos
principales de electroforesis:
Electroforesis en gel de agarosa: Corrida horizontal (matriz sostenida por enlaces no
covalentes). Para separación de polinucleótidos. Preparativa o cuantitativa. Debo colocar
un buffer de corrida.
Electroforesis en gel de poliacrilamida: Corrida vertical. Separación de proteínas y
oligonucleótidos pequeños. Preparativa o cuantitativa y con mayor resolución. En moléculas
de ADN la carga es proporcional al tamaño, a mayor cantidad de bases más carga negativa.
Para obtener este efecto en proteínas se usa SDS. Como este detergente tiene carga
negativa, al unirse a una parte hidrofóbica y formar una hidrofílica compensa la relación
carga – tamaño. Hay que tener en cuenta que el SDS rompe los enlaces disulfuro.
Cromatografía en columna
26
SEGUNDO PARCIAL
El ciclo celular
La división de todas las células ha de ser finamente regulada y coordinada con el crecimiento celular
y con la replicación del ADN, para asegurar la formación de una progenie de células que contengan
sus genomas completos. En las células eucariotas, la progresión a lo largo del ciclo celular la controla
una serie de proteínas
quinasas
que
se
han
conservado
desde
las
levaduras
hasta
los
mamíferos.
El ciclo celular se divide en
dos etapas fundamentales:
mitosis e interfase.
Durante la interfase los
cromosomas
se
descondensan
y
se
distribuyen por el núcleo, por
lo que el mismo presenta un
aspecto
uniforme.
Sin
embargo, a nivel molecular,
en la interfase es cuando
ocurren el crecimiento celular y la replicación del ADN de manera sucesiva, lo que deja a la célula
preparada para la división.
El ciclo de las células eucariotas se divide en cuatro fases diferenciadas. La fase M del ciclo
corresponde a la mitosis a la que suele seguir la citocinesis. A esta fase le sigue la G1 (Gap 1) que
corresponde al intervalo entre la mitosis y el comienzo de la replicación del ADN. Durante G1 la
célula es metabólicamente activa y está creciendo, pero no replica su ADN. Seguidamente tiene
lugar la fase S, durante la cual se produce la replicación del ADN (además sigue creciendo la célula).
Tras finalizar la síntesis del ADN se produce la fase G2 durante la que prosigue el crecimiento de la
célula y en la que se sintetizan proteínas en preparación para la mitosis.
Algunas células del animal adulto cesan por completo su división (como las células nerviosas) y
muchas otras solo se dividen ocasionalmente, cuando es necesario reemplazar la perdida de las
células debido a una lesión o a la muerte celular. Por ejemplo, fibroblastos de la piel, células del
hígado, riñón o pulmón. Estas células salen de G1 para entrar en un estado de reposo del ciclo
denominado G0, en el que permanecen activas metabólicamente pero no proliferan a no ser que
sean requeridas para ello mediante las señales extracelulares apropiadas.
27
Distintas parejas constituidas por ciclinas y proteína quinasas relacionadas con Cdk 1 regulan la
progresión a través de las etapas del ciclo. La actividad de las Cdk se regula mediante su asociación
con las ciclinas, mediante fosforilaciones activadoras e inhibidoras, y mediante la unión de
inhibidores de Cdk.
La progresión de las células a través del ciclo de la división celular también se regula por señales
extracelulares del medio, así como por señales internas que supervisan y coordinan los diversos
procesos que tienen lugar durante las diferentes fases del ciclo celular. Esto se consigue mediante
una serie de puntos de control que regulan la progresión a través de las diferentes fases del ciclo
celular.
Uno de los puntos de regulación principales del ciclo celular, en muchos tipos celulares, se encuentra
avanzada la fase G1, y controla el paso de G1 y a S. Este punto de regulación se definió por primera
vez en estudios de levadura de gemación, donde se le conoce como START. Una vez que las células
han rebasado el START, quedan determinadas a entrar en la fase S y a sufrir un ciclo de división
celular. Sin embargo, rebasar el punto START es un proceso que esta finamente regularizado en el
ciclo celular de la levadura, siendo controlado a través de señales externas, como la disponibilidad
de nutrientes, y por el tamaño celular. Además de servir como un punto de decisión para supervisar
señales extracelulares, START es el punto en el que se coordina el crecimiento de la célula con la
replicación del ADN y con la división celular.
La proliferación de la mayoría de las células animales se regula en la fase G1 del ciclo celular.
Concretamente, un punto de decisión de la G1 avanzada, denominado punto de restricción en las
células animales, funciona de manera análoga a como lo hace START en las levaduras. Sin embargo,
a diferencia de las levaduras, el paso de las células animales a través del ciclo celular se regula,
principalmente, por factores de crecimiento extracelulares que son señales de proliferación celular,
en vez de por la disponibilidad de nutrientes.
En presencia de los factores de crecimiento apropiados, las células atraviesan el punto de restricción
y entran en la fase S. Si los factores de crecimiento adecuados no están disponibles en G1, la
progresión a través del ciclo celular se para en el punto de restricción. La célula entra en un estado
de reposo del ciclo celular (G0) en el que puede permanecer indefinidamente sin proliferar.
Cabe destacar que algunos ciclos celulares se controlan, en cambio, en G2.
28
Los sucesos que tienen lugar durante las diferentes etapas del ciclo celular han de coordinarse entre
sí de tal manera que ocurran en el orden adecuado. Por ejemplo, la célula no debe entrar en mitosis
hasta haber finalizado la replicación del genoma. En la mayoría de las células, esta coordinación
entre las diferentes fases del ciclo celular depende de un sistema de puntos de control que
previenen la entrada en la siguiente fase del ciclo celular hasta que los eventos de la fase precedente
hayan sido completados.
Varios puntos de control de daños al ADN garantizan que el ADN dañado no se replicará ni se
transmitirá a las células hijas. Estos detectan secuencias de ADN dañado o replicado parcialmente y
coordinan la progresión del ciclo celular para completar la replicación o reparación del ADN. Por
ejemplo, el punto de control en G2 impide el comienzo de la mitosis en tanto la célula no haya
completado la replicación o reparado lesiones existentes. De esta manera similar, en G1 se repara
cualquier lesión en el ADN con anterioridad al inicio de la fase S, en la que se replicaría el ADN
dañado.
Otro punto de control importante tiene lugar al final de la mitosis. Este supervisa que los
cromosomas se alineen de manera correcta en el huso mitótico, lo que asegura que se distribuya
un juego completo de cromosomas a cada célula hija.
Existe una familia de proteínas (denominadas proteínas MCM) que se unen a los orígenes de
replicación junto con las proteínas del complejo del origen de replicación (ORC). Estas proteínas
MCM se encargan de regular y restringir la replicación del ADN a una vez por ciclo celular.
La fase M es en la que se produce la reorganización de casi todos los componentes de la célula.
Durante la mitosis (división nuclear) los cromosomas se condensan, la envoltura nuclear de la
mayoría de las células se desintegra, el Citoesqueleto se reorganiza para formar el huso mitótico y
los cromosomas migran a polos opuestos. Tras la segregación de los cromosomas se suele producir
la división de la célula (citocinesis).
La mitosis se divide en cuatro etapas: Profase, metafase, anafase y telofase.
El comienzo de la profase queda determinado por la aparición de los
cromosomas condensados, cada uno de los cuales está constituido
por dos cromátidas hermanas (las moléculas de ADN hijas que se
produjeron en la fase S). Las cromátidas hermanas condensadas se
mantienen unidas a través del centrómero, región cromosómica a la
que se unen proteínas dando lugar al cinetocoro (lugar de anclaje de
los microtúbulos del huso). Además, durante la profase se producen
cambios en el citoplasma que conducen al desarrollo del huso
mitótico. El huso mitótico está compuesto por microtúbulos que
forman dos tipos de fibras: fibras polares y fibras cinetocóricas, que
se extienden desde cada polo hasta insertarse en los cinetocoros de
los cromosomas duplicados.
La mayor parte de los dímeros de tubulina que forman los microtúbulos del huso, provienen del
citoesqueleto que se desarticula al comienzo de la mitosis. Después de la división celular, el huso se
desarma de nuevo, el citoesqueleto se reorganiza y la célula adopta su configuración de aparente
reposo.
29
Los centrosomas (que se duplicaron en la interfase) se separan y migran a lados opuestos del
núcleo. Ahí actúan como los dos polos del huso mitótico, que comienza a formarse durante la
profase tardía.
En los eucariotas superiores el final de la profase se corresponde con la rotura de la envoltura
nuclear. Sin embargo, algunas eucariotas unicelulares sufren mitosis cerrada en la que la envoltura
nuclear permanece intacta.
Una vez terminada la profase, la célula entra en prometafase. Durante esta, los microtúbulos del
huso mitótico se anclan a los cinetocoros de los cromosomas condensados. Los cinetocoros de las
cromátidas hermanas se disponen a los dos lados opuestos del cromosoma, por lo que se unen a los
microtúbulos que surgen de los polos opuestos del huso.
Los cromosomas se mueven hasta que se alinean
en la placa metafásica en la mitad del huso.
Llegado a este punto, la célula ha alcanzado la
metafase.
La transición de metafase a anafase se produce por
la rotura de la unión entre las cromátidas
hermanas, las cuales se separan migrando a polos
opuestos del huso.
La mitosis finaliza con la telofase, durante la cual los núcleos se regeneran y los cromosomas se
descondensan. La citocinesis normalmente comienza durante la anafase tardía y se completa al final
de la telofase, dando lugar a dos células hijas
en interfase.
Normalmente, tras la conclusión de la mitosis
se produce la citocinesis. Esta suele comenzar,
30
en la mayoría de los casos, en la anafase tardía y se desencadena por la activación del Cdk 1. La
citocinesis de las células animales se produce mediante un anillo contráctil de filamentos de actina
y miosina II que se forma debajo de la membrana plasmática. La célula finalmente se divide por un
plano que atraviesa la placa de metafase perpendicular al huso.
A medida que los filamentos de actina y miosina se contraen, estos tiran de la membrana plasmática,
lo que hace que la célula se estrangule y quede dividida en dos. A continuación, se rompe el puente
entre las dos células hijas y la membrana plasmática se vuelve a sellar.
El mecanismo de la citocinesis es diferente en células de plantas superiores. En vez de ser
estranguladas y divididas en dos por el anillo contráctil, estas células se dividen mediante la
formación de nuevas paredes celulares y de nuevas membranas plasmáticas dentro de la célula.
Meiosis:
La reproducción sexual requiere en general de dos progenitores y siempre involucra dos procesos:
la meiosis y la fecundación.
Cada organismo tiene un número de cromosomas característico de su especie. Las células sexuales
o gametos tienen exactamente la mitad del número de cromosomas que las células somáticas del
31
organismo. El número de cromosomas de los gametos se conoce como numero haploide y el de las
células somáticas como numero diploide.
Cuando un gameto masculino fecunda a un gameto femenino, los dos núcleos haploides se fusionan
(n + n = 2n). La célula diploide producida por la fusión de dos gametos se conoce como cigoto.
En toda célula diploide cada cromosoma tiene su par. Los pares de cromosomas se conocen como
pares homólogos y los miembros de cada para se asemejan en tamaño y forma y también en el tipo
de información genética que contienen.
La meiosis además de mantener un número constante de cromosomas de generación en
generación, es una fuente de nuevas combinaciones de material genético.
Esta consiste en dos divisiones nucleares sucesivas que da por resultado final 4 células hijas. Cada
núcleo hijo contiene la mitad del número de cromosomas presentes en el núcleo progenitor.
La interfase de la meiosis es igual a la de la mitosis.
Las ocho fases de la meiosis son:
Profase I: los microtúbulos del huso se organizan y se extienden radialmente desde los polos de
la célula. Se desintegra la envoltura nuclear y se aparean y entrecruzan los cromosomas homólogos.
Metafase I: los pares homólogos se alinean en el plano ecuatorial. La región del centrómero de
cada homologo se duplica y las fibras del huso se asocian con los cinetocoros.
Anafase I: los homólogos formados por dos cromátidas hermanas se separan siendo tironeados
por las fibras cinetocóricas, sin embargo, las dos cromátidas hermanas de cada homologo no se
separan como en la mitosis.
Telofase I: los cromosomas homólogos se han movido hacia los polos.
Según las especies pueden formarse o no nuevas envolturas nucleares y la citocinesis puede ocurrir
o no.
Profase II: las envolturas nucleares se desintegran y comienzan a aparecer nuevas fibras del huso.
Metafase II: Las fibras del huso se asocian otra vez a los cinetocoros y se extienden otras fibras
del huso.
Anafase II:
al igual que en la anafase de la mitosis, las cromátidas se separan una de otra, se
mueven hacia uno de los polos.
Telofase II: los microtúbulos del huso desaparecen y se forma una envoltura nuclear alrededor
de cada conjunto de cromosomas.
32
Citocinesis: se produce la división del citoplasma, tal como ocurre luego de la mitosis.
Al comienzo de la profase de la primera división meiótica ocurre un hecho clave para la meiosis: los
cromosomas homólogos de acercan y se aparean en el proceso de sinapsis. Mientras los
cromosomas homólogos están apareados se produce el entrecruzamiento o crossing over.
En los puntos donde hay entrecruzamiento, un fragmento de cromátida de un homologo se rompe
y se intercambia por un fragmento de cromátida del otro homologo. Este mecanismo permite la
recombinación del material genético de los dos progenitores
En la imagen se ve la comparación entre la mitosis y la meiosis, partiendo de una célula 2n = 4. Lo
obtenido de cada una es:
Mitosis: 2 x (2n = 4)
Meiosis: 4 x (n = 2)
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Fotosíntesis
Es el proceso por el cual se transforma la energía lumínica del sol en energía química que puede ser
aprovechada.
Alimento: compuesto orgánico que puede ser degradado por un ser vivo para obtener energía y
materia prima para sintetizar sus moléculas.
Nutriente: sustancias inorgánicas y agua.
Heterótrofos: se alimentan degradando otros organismos.
Autótrofos: fabrican su propio alimento.
Fase lumínica y fase biosintética: En las reacciones de la fase lumínica, la energía de la luz solar dirige
la síntesis de ATP y NADPH, acoplada a la formación de O2 a partir del H2O. En las reacciones de la
fase biosintética, el ATP y el NADPH producido en la fase lumínica dirigen la síntesis de glucosa. En
las células eucariotas, tanto la fase lumínica como la biosintética tienen lugar en los cloroplastos,
(las reacciones de la fase lumínica en la membrana tilacoidal y las reacciones de la fase biosintética
en el estroma).
Cloroplastos
Son depósitos de energía, almacenan almidón. Como almacenan tanto hay lípidos (“gotitas de
aceite”) repartidos. No todas las células vegetales
realizan fotosíntesis (el tallo, por ejemplo).
Los cloroplastos son responsables de la conversión
fotosintética de CO2 en carbohidratos. Además, los
cloroplastos sintetizan aminoácidos, ácidos grasos
y los componentes lipídicos de sus propias
membranas.
Transporte de electrones
La luz solar es absorbida por los pigmentos fotosintéticos, siendo las clorofilas los más abundantes
en las plantas. La absorción de luz excita un electrón a un estado energético más elevado,
convirtiendo así la energía de la luz solar en energía química potencial.
Los pigmentos están organizados en fotosistemas en la membrana del tilacoide. Las numerosas
moléculas de pigmento en cada fotosistema actúan como antenas, absorbiendo la luz y
transfiriendo la energía de sus electrones excitados a una molécula de clorofila que sirve como
centro de reacción.
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La clorofila del centro de reacción transfiere a continuación su electrón de alta energía a una
molécula aceptora de una cadena de transporte de electrones. Los electrones de alta energía se
trasfieren entonces a través de una serie de transportadores de membrana, acoplados a la síntesis
de ATP y de NADPH.
La transferencia de electrones esta acoplada a la transferencia de protones a la luz del tilacoide,
estableciéndose así un gradiente de protones a través de la membrana del tilacoide. La energía
almacenada en este gradiente de protones se obtiene posteriormente por un complejo de proteínas
de la membrana del tilacoide, la ATP sintasa, que acopla un flujo retrogrado de protones, a través
de la membrana, a la síntesis de ATP.
Una diferencia importante entre el trasporte de electrones en los cloroplastos y en las mitocondrias
es que la energía derivada de la luz solar durante la fotosíntesis no solo es convertida en ATP, sino
que también se utiliza para generar el NADPH requerido para convertir el CO2 en carbohidratos. Esto
se consigue utilizando dos fotosistemas diferentes en la fase lumínica de la fotosíntesis, uno para
generar ATP y el otro para generar NADPH. Los electrones se transfieren de forma secuencial entre
los dos fotosistemas, interviniendo el fotosistema I para generar NADPH y el fotosistema II para
generar ATP.
El flujo de electrones se inicia en el fotosistema II. En este la energía derivada de la absorción de los
fotones se utiliza para romper moléculas de agua en oxigeno molecular y protones, con el fin de
obtener electrones. Esta reacción tiene lugar en la luz del tilacoide, por lo que la liberación de
protones a partir de H2O determina un gradiente de protones a través de la membrana del tilacoide.
Los electrones de alta energía derivados de este proceso se transfieren a través de una serie de
transportadores a la plastoquinona. Esta trasporta los electrones desde el fotosistema II al complejo
citocromo B-F (que es la única bomba de H+), en el que los electrones son transferidos a la
plastocianina. De esta manera, el transporte de electrones a través del fotosistema II esta acoplado
a la generación de un gradiente de protones, que dirige la síntesis qumiosintética de ATP.
Desde el fotosistema II, los electrones son transportados por la plastocianina (proteína periférica de
membrana) hasta el fotosistema I, donde la absorción de otros fotones vuelve a generar electrones
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de alta energía. El fotosistema I, sin embargo, no actúa como una bomba de protones, sino que
utiliza estos electrones de alta energía para reducir el NADP+ a NADPH. La clorofila del centro de
reacción del fotosistema I transfiere sus electrones excitados a través de una serie de
transportadores hasta la ferredoxina, una pequeña proteína de la membrana del tilacoide que da al
estroma. Esta puede formar un complejo con la enzima NADP reductasa, que transfiere los
electrones de la ferredoxina al NADP+, generando NADPH, que son utilizados por las enzimas del
ciclo de Calvin en el estroma del cloroplasto para convertir CO2 en carbohidratos.
Una segunda ruta de transporte de electrones, denominada flujo cíclico de electrones, genera ATP
sin la síntesis de NADPH, proporcionando de este modo ATP adicional para otros procesos
metabólicos. En el flujo cíclico de electrones, la energía de la luz obtenida en el fotosistema I se
utiliza para la síntesis de NADPH. Por tanto, la transferencia de electrones desde el fotosistema I
puede generar ATP o NADPH, dependiendo de las necesidades metabólicas de la célula.
Ciclo de Calvin
En las reacciones biosintética, el ATP y el NADPH producidos en las reacciones luminosas promueven
la síntesis de carbohidratos a partir del CO2 y H2O. Las moléculas de CO2 se añaden una a una al ciclo
de Calvin que conduce a la formación de carbohidratos. En total, el ciclo de Calvin consume 18
moléculas de ATP y 12 de NADPH por cada molécula de glucosa sintetizada. Se necesitan dos
electrones para convertir cada molécula de NADP+ a NADPH, así que deben pasar 24 electrones por
la cadena de transporte de electrones para generar suficiente NADPH para sintetizar una molécula
de glucosa. Estos electrones se obtienen de la conversión de 12 moléculas de H2O a seis moléculas
de O2, lo que produce la formación de seis moléculas de O2 por cada molécula de glucosa.
En la imagen se muestra la síntesis de una molécula de glucosa a partir de seis moléculas de CO 2.
Cada molécula de CO2 se añade a la ribulosa 1,5 – bifosfato para producir dos moléculas de 3 –
fosfoglicerato. Estas seis moléculas de CO2 conducen, de este modo, a la formación de 12 moléculas
de 3 – fosfoglicerato, que son convertidas en 12 moléculas de gliceraldehido 3 – fosfato con un gasto
de 12 moléculas tanto de ATP como de NADPH. Dos moléculas de gliceraldehido 3 – fosfato son
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empleadas a continuación para la síntesis de glucosa y diez moléculas continúan en el ciclo de Calvin
para dar lugar a seis moléculas de ribulosa 5 – fosfato. El ciclo se completa entonces con el uso
adicional de seis moléculas de ATP para la síntesis de ribulosa 1,5 – difosfato.
Respiración
Glucolisis  Ciclo de Krebs  Fosforilacion Oxidativa
Glucolisis
En este proceso se degrada una molécula de glucosa en una serie de reacciones catalizadas
enzimáticamente dando 2 moléculas del compuesto de 3 carbonos llamado piruvato. Parte de la
energía libre cedida se conserva como ATP y NADH. El proceso ocurre en el citosol.
La glucolisis está dividida en 2 fases:
1) Fase preparatoria:
Glucosa  Glucosa-6-fosfato (por lo que queda atrapada en la membrana)  Fructosa-6-fosfato 
+ Pi  Fructosa 1,6 bifosfato  Rotura de un azúcar fosfato de 6 carbonos a 2 azucares fosfato de
3 carbonos = Gliceraldehido 3 - fosfato y dihidroxiacetona fosfato.
Estos son pasos enzimáticos no reversibles.
2) Fase de Beneficios:
(2) Gliceraldehido 3-fosfato  Se oxida y fosforila  2 NADH + H+ y 1,3 bifosfoglicerato 
(2) 3 fosfoglicerato + 2 ATP  2 - fosfoglicerato (2)  fosfoenalpiruvato (2) + Agua  Piruvato (2)
+ 2 ATP
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1) Fosforilacion de la glucosa y su conversión en gliceraldehido-3- fosfato (2)
2) Conversión oxidativa del gliceraldehido-3-fosfato en piruvato con formación acoplada de ATP y
NADH.
En total se obtienen 2 moléculas de ATP y 2 NADH+.
El piruvato contiene todavía una gran parte de la energía que se encontraba almacenada.
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Vías del Piruvato
Si no hay oxígeno en el medio, el aceptor final de electrones es un compuesto diferente, esta vía se
denomina anaeróbica, en la que encontramos:
En presencia de oxigeno es una respiración aeróbica, que consta de la oxidación progresiva del ácido
pirúvico a CO2 y agua.
Paso intermedio: oxidación del piruvato.
Antes de ingresar al ciclo de Krebs la molécula de piruvato debe oxidarse quedando así un grupo
acetilo de 2 carbonos. Cada grupo acetilo es aceptado momentáneamente por un compuesto
llamado Coenzima A. Esto ocurre en la mitocondria, en el espacio intracelular.
Piruvato  Acetil CoA + CO2
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Al encontrarse en un medio aeróbico entonces, entra en el:
Ciclo de Krebs
Al entrar al ciclo de Krebs, que ocurre en la matriz mitocondrial el grupo acetilo se combina con un
compuesto de 4 carbonos (oxalacetato) y produce un compuesto de seis carbonos (ácido cítrico).
En el curso de este ciclo, cuya función principal es obtener electrones de alta energía en NADH y
FADH2, dos de los seis carbonos se oxidan a CO2 y se regenera el ácido oxalacetico y de esta forma
se arma un ciclo:
Fosforilacion Oxidativa: Cadena de transporte de electrones
Esto ocurre dentro de la membrana mitocondrial. El Oxigeno es el último aceptor de la cadena de
transporte de electrones. O2  H2O
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Su objetivo es generar un gradiente, se bombea al espacio intermembranal una gran cantidad de
protones esto a su vez, va a generar una fuerza protón- motriz, que impulsara a la ATP-Sintasa a la
síntesis de ATP. Únicamente los complejos I, III y IV bombean protones. En el complejo II entra el
FADH2 para generar FAD.
ATP Sintasa:
Gracias al gradiente la ATP sintasa utiliza un H+ para lograr un doceavo de vuelta, sus subunidades
cuentan con un espacio vacío, otro con ATP y otro con ADP + Pi. Esta vuelta fuerza a un cambio
conformacional que desprende el ATP, forma un ATP nuevo (con ADP + Pi) y agrega ADP + Pi en la
hendidura vacía.
Neuronas e Impulso Nervioso
Las células nerviosas distan formadas por un cuerpo o soma que contiene al núcleo. El núcleo
presenta múltiples prolongaciones cortas, las dendritas, y una prolongación extensa, el axón. Las
neuronas reciben información a través de las dendritas, esta información se procesa en el soma y
se conduce a lo largo del axón hasta la siguiente sinapsis con otra neurona.
La excitabilidad de los tejidos nervioso y muscular depende de cambios eléctricos que se producen
a través de su membrana plasmática. Así, el potencial eléctrico de membrana puede permanecer
constante en el tiempo o puede variar y conducirse de un lado a otro de las células excitables como
un impulso nervioso.
Cuando las células excitables no están estimuladas se encuentran en un potencial de reposo y
cuando están frente a cambios transitorios en respuesta a estímulos se encuentran en un potencial
de acción.
El potencial en el reposo a través de la membrana es negativo. La acción continua de los sistemas
de transporte activo y pasivo le permite a una célula mantener estados estacionarios. Por ejemplo,
a través de canales iónicos específicos de Na+ y K+, se mantiene la concentración de Na+ extracelular
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mucho mayor que la intracelular y viceversa con K+. La migración iónica se debe a la diferencia de
potencial electroquímico del ion entre dos puntos.
El K+ tiene canales abiertos y su gradiente electroquímico favorece su pasaje hacia el exterior. Esta
fuga de K+ produce un déficit de cargas positivas en el interior celular y una acumulación de esas
cargas en el exterior. Debido a que dentro de la célula predominan las cargas negativas de las
proteínas, aminoácidos, nucleótidos, etc., en el potencial de reposo, el interior de la célula es
negativo con respecto al exterior.
Cuando un estímulo químico o eléctrico alcanza la membrana y hace que su potencial de membrana
supere un potencial umbral determinado, induce la apertura de un gran número de canales de Na+
sensibles al potencial eléctrico, lo cual provoca un aumento repentino de la permeabilidad al Na+. El
potencial de membrana cambia con rapidez y se torna a +40mV. Este cambio de potencial de
membrana hacia valores positivos se denomina despolarización y constituye la etapa inicial del
potencial de acción. El cambio de permeabilidad al Na+ dura aproximadamente 0.5 ms. Luego estos
canales pasan a un estado inactivo y así la membrana torna a su estado previo de baja permeabilidad
a Na+.
Mientras tanto en respuesta al cambio del potencial hacia valores positivos, aunque más
lentamente, otros canales de K+ fueron aumentando la permeabilidad de la membrana al mismo.
Como resultado, frente a la salida de cargas positivas acarreadas por el K+, esta entra en una fase
llamada repolarización, en la que vuelve a aproximarse al potencial de reposo negativo. Al final se
lleva a un breve estado de hiperpolarizacion, para volver a cerrar los canales de K+.
Etapas del potencial de acción:




Reposo.
Despolarización.
Sobreexcitación.
Repolarización.
42
Propagación del impulso nervioso
Una vez que la inversión transitoria del potencial de membrana se inicia, continúa desplazándose a
lo largo del axón (auto propaga), renovándose continuamente (auto refuerza). Esto se debe a que
al desencadenarse el potencial de acción por la apertura de canales de Na+ sensibles al potencial
eléctrico, la inversión del potencial de membrana también afecta a áreas adyacentes en donde se
encuentran canales de Na+ similares.
Los axones largos de los vertebrados por lo general están envueltos en vainas de mielina, formadas
por células gliales especializadas. En el sistema nervioso central, ciertas células especializadas, los
oligodendrocitos, proveen la vaina de mielina, mientras que en el periférico la forma las células de
Schwann.
La vaina de mielina no es simplemente un aislante, su característica más importante es que esta
interrumpida a intervalos regulares en los llamados nodos de Ranvier. Solo en los nodos los iones
de Na+ y K+ pueden moverse a través de la membrana del axón. Así en las fibras mielinizadas el
potencial de acción “salta” de un nodo a otro. Esta conducción saltatoria incrementa en gran medida
la velocidad.
Si bien en el axón la conducción puede ser bidireccional, en la naturaleza el impulso nervioso se
mueve en una sola dirección desde el cono axonico hacia el teledendron, la arborización terminal
de axón. Esto se debe a que el origen de los potenciales de acción se encuentra en la zona inicial del
axón. Los canales de Na+, inmediatamente luego de abrirse, pasan a un estado inactivo y debe
transcurrir cierto tiempo para que de nuevo estén las condiciones de abrirse. Así el segmento del
axón tiene un periodo refractario que dura varios milisegundos.
Sinapsis
Sinapsis eléctrica: Los iones fluyen a
través de uniones comunicantes, que se
producen entre las membranas celulares
de las neuronas involucradas en la unión,
estas uniones comunican los citoplasmas
de neuronas íntimamente yuxtapuestas
(Gap Junctions) y las corrientes iónicas
pre sinápticas pueden transmitirse de
forma pasiva a la siguiente neurona y
regenerar el potencial de acción
Sinapsis Química: Las dos neuronas
nunca se tocan, un espacio conocido
como hendidura sináptica, separa a la
célula que transmite la información de la
célula que recibe la información. La
información se transmite a través de la
hendidura sináptica por medio de
moléculas señalizadoras.
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Cuando un potencial de acción llega a la terminal axonico, altera el potencial de membrana y se
abren entonces los canales de Ca2+ que permite que estos fluyan hacia el interior del axón. Este flujo
hace que las vesículas sinápticas se fusionen con la membrana celular y vacíen su contenido de
transmisores químicos en la hendidura sináptica. Las moléculas transmisoras se unen con moléculas
receptoras, esta unión desencadena una serie de acontecimientos que puede o no disipar un
potencial de acción.
Musculo y Placa Neuromuscular
Un musculo consiste en cientos de miles de fibras musculares unidas por tejido conjuntivo. Cada
fibra es una sola célula multinucleada y está rodeada por una membrana celular externa, el
sarcolema, que posee invaginaciones denominadas tubos T. El sarcolema puede disparar y propagar
un potencial de acción.
Dentro del citoplasma de cada fibra muscular hay unas 1000 a 2000 miofibrillas, pequeñas unidades
estructurales y funcionales de la fibra muscular. Las miofibrillas- formadas por microfilamentos de
actina y miosina- corren paralelas y fuertemente compactadas a lo largo de la célula. Cada miofibrilla
está rodeada por el retículo sarcoplasmatico. Los sacos del retículo sarcoplasmatico contienen
grandes concentraciones de iones Ca2+.
Las miofibrillas están organizadas en unidades llamadas sarcomeros, los cuales se repiten uno tras
otro, en serie dándole al musculo su patrón estirado característico. También hay una proteína de
peso molecular muy alto, muy elástica que mantiene en su posición a los filamentos de miosina
llamada titina.
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Cuando se estimula una fibra muscular y se da comienzo a la contracción muscular, las cabezas de
las moléculas de miosina se aproximan al filamento delgado de actina, al cual se unen formando los
“puentes cruzados”. Las cabezas describen un movimiento como el de un remo, empujando y
deslizando a ambos tipos de filamentos entre sí. El resultado es el acortamiento de las líneas Z que
bordean el sarcomero y finalmente, el de toda la fibra muscular.
La hidrolisis del ATP por la molécula de miosina provee la energía para el ciclo de formación de los
puentes cruzados entre la cabeza de miosina y el filamento de actina y la rotación de las cabezas de
miosina
La regulación de la contracción en el musculo depende de dos proteínas, la troponina y la
tropomiosina, y del ion Ca2+.Las moléculas de tropomiosina corren a lo largo de las moléculas de
actina del filamento delgado; bloquean así los sitios activos de unión de los puentes cruzados de
actina-miosina. Las moléculas de troponina se ubican a intervalos regulares sobra las cadenas de
tropomiosina. Frente a la presencia de Ca2+, las moléculas de troponina cambian su conformación,
lo cual provoca el desplazamiento de las cadenas de tropomiosina y la exposición de los sitios activos
de unión de la actina que permiten la formación de los puentes cruzados.
La disponibilidad de Ca2+ y el consecuente inicio de la contracción dependen de la estimulación del
musculo como resultado de una señal
recibida desde una neurona motora que
secreta acetilcolina activando canales de
sodio.
Comunicación Celular
Señalización celular: mecanismos empleados por las células para comunicarse entre sí.
Moléculas de señalización celular: representan información que es enviada de una célula a otra para
comunicarse (extracelulares).
Recepción de señales: Depende de proteínas receptoras ubicadas en la membrana que se unen con
la molécula señal lo que activa uno o varios caminos de señalización intracelular.
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Las proteínas efectoras se encargan de:



Alterar el metabolismo (enzimas).
Alterar la expresión genética (proteínas de regulación de transcripción).
Alterar la forma o movimiento (células del citoesqueleto).
Todo cambio físico o químico es recibido por receptores que desencadenan una respuesta celular.
Transducción de señales
Es la conversión de una señal extracelular (información) en una señal intracelular (respuesta). Es
una propiedad universal de las células vivas ya que estas responden a antígenos, hormonas, luz, etc.
Características de la transducción de señales:




Especificidad y alta afinidad: Complementariedad reversible y precisa entre la molécula
señal y el receptor. Además, los receptores para una señal determinada solo están
presentes en ciertos tipos de células. Una misma señal puede tener diferentes significados
para diversas células diana.
Amplificacion por cascadas enzimáticas: La activación de una enzima primaria cataliza la
activación de nucleasas enzimas secundarias, cada una de las cuales activa muchas enzimas
terciarias y así sucesivamente. El número de moléculas activadas crece geométricamente.
Desensibilización: Cuando una señal está presente continuamente se produce una
desensibilización del receptor. La presencia del ligando activa un circuito de
retroalimentación que desconecta al receptor.
Integración: Es la capacidad del sistema para recibir múltiples señales y producir una
respuesta unificada apropiada.
El análisis de Scatchard cuantifica la interacción receptor – ligando. Por ejemplo, se busca medir la
afinidad de la adrenalina a un determinado receptor. Primero se introduce una gran concentración
de adrenalina marcada (radioactivamente) y se cuantifica la fijación total. Luego se aumenta en gran
medida la concentración de la adrenalina no marcada y se cuantifica la fijación inespecífica.
Mediante estas dos curvas se puede obtener la fijación específica de la adrenalina al receptor.
Tipos de señales:


Señales parácrinas: Una célula libera una señal al medio extracelular que llega a las células
vecinas.
Señales sinápticas: Neuronas transmiten señal eléctrica por el axón y se liberan
neurotransmisores.
46


Señales endocrinas: Viajan
por el torrente sanguíneo. Es
la comunicación de células
muy alejadas entre sí.
Contacto dependiente: Es
necesario el contacto de las
membranas mediante Gap
Junctions. Estas conectan
eléctrica y metabólicamente a
las células. Promueven la
rápida
propagación
de
señales. Las células pueden
intercambiar
iones
y
pequeñas moléculas solubles.
Además pueden responder a
señales
extracelulares
coordinadamente.
Mecanismos de señalización intracelular
Receptores acoplados a proteína G
Las proteínas G son proteínas heterotrimericas, poseen tres subunidades diferentes. En su estado
inactivo la subunidad alfa lleva GDP unido. Cuando el ligando se une al receptor, este complejo se
asocia con la proteína G y le provoca un cambio conformacional que induce el intercambio de GDP
por GTP. La proteína G se desplaza hacia otra proteína de membrana inactiva y se une activándola.
Esto provoca que se altere la actividad de dicha proteína y desencadena una respuesta celular.
Tomemos como ejemplo la vía de las adenilil ciclasas (adrenalina)
La adrenalina se une a su receptor específico. El receptor ocupado cambia la conformación de su
dominio intracelular que promueve un cambio en la proteína G. La subunidad alfa desplaza el GDP
y une GTP. Esto induce la disociación de la proteína G en alfa y beta – gama. Se activa la subunidad
alfa y se desplaza hacia la adenilil ciclasa y la activa. La adenilil ciclasa cataliza el ciclado de AMP en
AMP cíclico que funciona como segundo mensajero (moléculas que se producen en exceso como
respuesta a una señal de afuera). El AMPc activa a la PKA que puede fosforilar sus sustratos. Esta
fosforila a la glucógeno fosforilasa b quinasa que inicia el proceso de movilización del glucógeno
para satisfacer las necesidades energéticas de la célula, alterando finalmente el metabolismo. Como
la subunidad alfa es auto limitante, convierte el GTP unido en GDP auto desconectándose. Se disocia
de la proteína a la que se había unido y vuelve a unirse a las otras dos subunidades. De esta forma,
la proteína queda desactivada al irse la proteína G. Además, el incremento de AMPc es transitorio
porque es transformado en 5’ –AMP por la fosfodiesterasa cerrándose el ciclo de señalización.
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Receptores acoplados a enzimas
El mejor ejemplo es el receptor de insulina. La unión de insulina produce la unión de dos receptores
formando un dímero. Esto activa la parte enzimática, la tirosina quinasa. Las tirosinas adicionan Pi
provenientes de ATP.
Ahora la tirosina quinasa
puede fosforilar proteínas
intracelulares. Se produce
una
cascada
de
señalización,
una
amplificación de la señal y
la
fosforilacion
de
proteínas
específicas.
Luego se traduce la señal
del ligando al interior de la
célula, se activan vías para
la
respuesta
celular
mediante interconexiones
entre
las
vías
de
señalización. Aquí se lleva a
cabo la integración y
regulación de múltiples
efectos hormonales.
Canales iónicos de compuerta
Células excitables detectan una señal externa, la convierten en una señal eléctrica y la transmiten.
La excitabilidad de estas células depende de canales iónicos. Existen canales iónicos dependientes
de voltaje (como los que se ubican en los nodos de Ranvier de las células nerviosas) y otros
dependiente de ligando (como los que se ubican en el soma de las células nerviosas).
Receptores nucleares
La regulación se lleva a cabo por hormonas esteroides, tiroideas, retinoides y vitamina D. La
hormona es transportada por proteínas hacia sus tejidos diana. Difunden a través de la membrana
plasmática y se unen a proteínas receptoras específicas en el núcleo. Provoca cambios
conformacionales en el receptor y de esta forma se puede unir a secuencias específicas de ADN.
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Vía de las guanilil ciclasas
Las guanilil ciclasas son receptores enzimáticos que cuando se activan convierten el GTP en el
segundo mensajero GMPc. El aumento de GMPc activa a la proteína PKG la cual fosforila proteínas
diana específicas. El NO es una molécula
pequeña que difunde por la membrana. Se
une al grupo hemo de la guanilil ciclasa
activándola. De esta forma se activa la
producción de GMPc lo que estimula la PKG
produciendo la relajación del musculo
cardiaco. Las fosfodiesterasas catalizan la
transformación en 5’ – GMP y esto lleva al fin
de la señal.
Tecnicas de Biología Molecular II
El siguiente link lleva a un pdf que contiene brevemente explicadas la mayoría de las técnicas de
biología molecular: http://depa.fquim.unam.mx/amyd/archivero/23IngenGenet1_23749.pdf
Blotting
Es una técnica que permite la detección de una secuencia determinada en una mezcla compleja
resultante de una corrida electroforética.
Hibridación por sondas:
Una sonda es un fragmento de tamaño variable que puede ser ADN o ARN, que se une
específicamente por complementariedad de bases a la secuencia que se encuentra en la membrana
de nylon junto con cientos de fragmentos más. La sonda hibrida con el fragmento específico. Una
característica fundamental de la sonda es que lleva alguna marca para que pueda detectarse la
unión y, por ende, identificar la secuencia de interés a la cual se unió. Una de las técnicas más
ampliamente utilizadas para marcar la sonda es la incorporación de un nucleótido radioactivo.
Existen nucleótidos comerciales marcados con fosforo radioactivo que al incorporarse en una sonda
por diferentes técnicas le permite ser detectada mediante la exposición de la membrana a una placa
autorradiografica (como la de los rayos x).
Extracción  Digestión  Electroforesis en gel  Desnaturalización  Transferencia a membrana
 Hibridación con sonda radioactiva  Lavado  Revelado
Si se trata de proteínas, la técnica se llama Western blot. Se utilizan anticuerpos marcados con
radioactividad para identificar cuál es la banda que presenta la proteína que me interesa localizar
Si se trata de DNA, la técnica se llama Southern blot. Se utilizan sondas de DNA (moléculas de DNA
marcadas con radioactividad y con una secuencia conocida) para identificar qué bandas del gel
contienen secuencias complementarias a la de la sonda
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Si se trata de RNA, la técnica se llama Northern blot. Se utilizan sondas de RNA (moléculas de RNA
marcadas con radioactividad y con una secuencia conocida) para identificar qué bandas del gel
contienen secuencias complementarias a la de la sonda
Electroforesis
Electroforesis Cuantitativa: Cuantificar que cantidad tengo en cada banda.
Electroforesis Preparativa: Preparar para un trabajo posterior.
La electroforesis es una técnica para la separación de moléculas según la movilidad de éstas en un
campo eléctrico. La separación puede realizarse sobre la superficie hidratada de un soporte sólido
(p. ej., electroforesis en papel o en acetato de celulosa), a través de una matriz porosa (electroforesis
en gel), o bien en disolución (electroforesis libre). Dependiendo de la técnica que se use, la
separación obedece en distinta medida a la carga eléctrica de las moléculas y a su masa.
La electroforesis se usa en una gran mayoría en la materia del ADN recombinante ya que nos permite
saber la carga que poseen los polipéptidos, y separar los diferentes polipéptidos resultantes de las
variaciones del experimento del ADN recombinante. La variante de uso más común para el análisis
de mezclas de proteínas o de ácidos nucleicos utiliza como soporte un gel, habitualmente de agarosa
o de poliacrilamida. Los ácidos nucleicos ya disponen de una carga eléctrica negativa, que los dirigirá
al polo positivo, mientras que las proteínas se cargan al unirse con sustancias como el SDS
(detergente) que incorpora cargas negativas de una manera dependiente de la masa molecular de
la proteína. Al poner la mezcla de moléculas y aplicar un campo eléctrico, éstas se moverán y
deberán ir pasando por la malla del gel (una red tridimensional de fibras cruzadas), por lo que las
pequeñas se moverán mejor, más rápidamente. Así, las más pequeñas avanzarán más y las más
grandes quedarán cerca del lugar de partida.
SDS-Page
Es una técnica para separar las proteínas de acuerdo a su movilidad electroforética (en función de
la longitud de la cadena polipeptídica, masa molecular, modificaciones postraduccionales y otros
factores). Gracias al SDS las proteínas se desnaturalizan, perdiendo su conformación tridimensional.
De este modo se obtiene un fraccionamiento que obedece a: la diferencia de peso; la longitud de la
cadena (tamaño); y la forma de la proteína. Es el método de electroforesis empleado con mayor
profusión para analizar proteínas.
La disolución de proteínas que se van a analizar se mezcla en primer lugar con SDS, un detergente
aniónico que desnaturaliza las proteínas, eliminando sus estructuras secundaria y terciaria (pero sin
alterar los enlaces disulfuro y además confiere una carga negativa a cada proteína en proporción a
su masa). Sin SDS, las distintas proteínas que tienen masas moleculares similares migran de forma
diferente debido a diferencias en la proporción carga/masa, ya que cada proteína tiene un punto
isoeléctrico distinto. Si la electroforesis se realiza así, sin añadir SDS, se habla de PAGE nativa. El
problema se resuelve añadiendo SDS, puesto que al unirse y desplegar la proteína, le proporciona
una carga negativa casi uniforme a lo largo de la longitud de la cadena polipéptidica.
50
PCR y otros
El proceso de PCR por lo general consiste en una serie de 20 a 35 cambios repetidos de temperatura
llamados ciclos; cada ciclo suele consistir en 2-3 pasos a diferentes temperaturas. La PCR común se
realiza con ciclos que tienen tres pasos de temperatura. Los pasos de ciclos a menudo están
precedidos por un choque térmico (llamado "hold") a alta temperatura (> 90 °C), y seguido por otro
hold al final del proceso para la extensión de producto final o el breve almacenaje. Las temperaturas
usadas y el tiempo aplicado en cada ciclo dependen de gran variedad de parámetros. Éstos incluyen
la enzima usada para la síntesis de ADN, la concentración de iones divalentes y de los dNTP en la
reacción, y la temperatura de unión de los cebadores, así como la longitud del ADN que se desea
amplificar.

Aislamiento y multiplicación de fragmentos específicos.

Ensayo cíclico, de corta duración, alta especificidad y alta reproducibilidad.

Pequeñas cantidades de ADN.

Se necesita conocer la secuencia o al
menos la secuencia flaqueante.

Elementos necesarios:
ADN molde que contiene la región de
ADN a amplificar.

ADN polimerasa termoresistente.

Desoxinucleotidos trifosfato (dNTPs).

Dos primers.

Una solución buffer que mantiene el
pH adecuado para el funcionamiento
de la ADN pol.

Termociclador, mantiene la temperatura necesario en cada etapa que conforma el ciclo.
Un chip de ADN (microarray) es una superficie sólida a la cual se une una colección de fragmentos
de ADN. Las superficies empleadas para fijar el ADN son muy variables y pueden ser de vidrio,
plástico e incluso de silicona. Los chips de ADN se usan para analizar la expresión diferencial de
genes, y se monitorean de manera simultánea los niveles de miles de ellos. Su funcionamiento
consiste, básicamente, en medir el nivel de hibridación entre la sonda específica, y la molécula diana
(target), y se indican generalmente mediante fluorescencia y a través de un análisis de imagen, lo
cual indica el nivel de expresión del gen.
51
Un enzima de restricción (o endonucleasa de restricción) es aquella que puede reconocer una
secuencia característica de nucleótidos dentro de una molécula de ADN y cortar el ADN en ese
punto en concreto, llamado sitio o diana de restricción, o en un sitio no muy lejano a este. Los sitios
de restricción cuentan con entre 4 y 6 pares de bases, con las que son reconocidos.
Existen, en general, 3 sistemas de enzimas de restricción:

Tipo 1: Una sola enzima (con 3 subunidades) tiene actividad de restricción (corta) y modificación
(metila). Al reconocer la secuencia específica de DNA corta al azar en sitios distintos al sitio de
reconocimiento, ya sea corriente arriba o corriente abajo. El corte deja extremos cohesivos.
Necesitan de ATP para moverse en el DNA, desde el lugar de reconocimiento hasta el sitio de
corte (unas 1000 pares de bases aproximadamente), además de SAM (S-adenosil-metionina) y
Mg++ como cofactores.

Tipo 2: Solo tienen actividad de restricción. Otras enzimas llevan a cabo la metilación. El corte
es efectuado en el sitio de reconocimiento, o bien, cerca de él, por lo que el corte es resistente
y predecible. Por esta característica es que son muy utilizadas para clonación de genes, ya que
al cortar en sitios específicos se pueden recuperar secuencias conocidas. Sólo requieren
Mg++ como cofactor, no necesitan de ATP.

Tipo 3: Se utiliza una enzima oligomérica que realiza todas las actividades enzimáticas. Tienen
función de restricción y modificación. Cortan de 25 a 27 pares de bases lejos del sitio de
reconocimiento, dejando extremos cohesivos. Requieren dos secuencias de reconocimiento en
orientación opuesta en la misma cadena de DNA. Necesitan ATP, Mg++ y SAM (S-adenosilmetionina) como cofactores.
Clonación del ADN
La clonación del ADN comporta la separación de un gen especifico o de un fragmento de ADN de un
cromosoma mucha mayor y su unión a una pequeña molécula de ADN portador, para después
replicar este ADN modificado miles o millones de veces, como efecto a la vez del aumento del
número de células del huésped y de la creación de múltiples copias del ADN clonado.
1: Cortar el ADN en lugares precisos: las endonucleasas específicas de secuencia (enzimas de
restricción) hacen de tijeras moleculares.
2: Selección de una pequeña molécula de ADN capaz de autorreplicarse. Estos ADN se denominan
vectores de clonación. Normalmente se trata de plásmidos o de ADN virosos.
3: Unión covalente de dos fragmentos de ADN: La enzima ADN ligasa une el vector de clonación y el
de ADN que se desea clonar. Las moléculas de ADN compuestas de segmentos unidos
covalentemente, procedentes de dos o más fuentes se denominan ADN recombinante.
52
4: Traslado de ADN del tubo de ensayo a una célula huésped, que proporcionara la maquinaria
enzimática necesaria para la replicación del ADN.
5: Selección o identificación de las células huésped que contienen el ADN recombinante.
Las endonucleasas de restricción reconocen y cortan el ADN en secuencias específicas, generando
una serie de fragmentos más pequeños. Luego el fragmento de ADN que debe clonarse se una a un
vector de clonación adecuado mediante las ADN ligasas.
Algunas endonucleasas de restricción realizan cortes indentados en las dos hebras del ADN, que
dejan nucleótidos desapareados en cada
extremo resultante, extremos cohesivos, ya
que pueden aparearse entre sí o con otros
extremos cohesivos. Otras cortan ambas
cadenas del ADN en los enlace fosfodiester y
no dejan ningún extremo, estas son extremos
romos.
Plásmidos: son moléculas de ADN circulares
que se replican con independencia del
cromosoma huésped. Pueden introducirse en
las células bacterianas mediante un proceso
llamado transformación.
La estrategia más común consiste en incluir en
el plásmido un gen que permita que la célula
huésped crezca en determinadas condiciones,
por lo que se puede regular que células
sobrevivirán y cuáles no.
Mendel
Primera Ley o principio de uniformidad: Cuando se cruzan dos individuos de raza pura, los híbridos
resultantes son todos iguales.
AA x aa = Aa
Segunda ley o principio de segregación: Ciertos individuos son capaces de transmitir un carácter,
aunque en ellos no se manifieste.
Dos individuos de la filial 1 (Aa) darán origen a una segunda filial en la cual reaparece el fenotipo a
Tercera ley o principio de la combinación independiente: Mendel concluyó que diferentes rasgos
son heredados independientemente unos de otros, no existe relación entre ellos, por lo tanto, el
patrón de herencia de un rasgo no afectará al patrón de herencia de otro. Solo se cumple en aquellos
genes que no están ligados (es decir, que están en diferentes cromosomas) o que están en regiones
muy separadas del mismo cromosoma.
53
Fenotipo: El carácter visible del individuo. Apariencia física del organismo.
Genotipo: El set especifico de alelos que forman el genoma de un individuo. Composición genética
de un organismo (letras).
Caracteres: Atributos (color, rugosidad, tamaño).
Generación parental (p): Generación genéticamente pura.
Filial: Es la descendencia (F1, F2).
Alelo: Formas alternativas de los genes.
Locus: Lugar que ocupan físicamente los genes.
Dominante: Rasgo que se expresa en la F1.
Recesivo: Rasgo que esta “escondido” en la F2.
Homocigosis: Ambos alelos iguales.
Heterocigosis: Ambos alelos distintos.
Cruce mono híbrido: Son los que ocurren entre organismos que difieren en un solo carácter.
Cruce di híbrido: Son los que ocurren entre organismos que difieren en dos caracteres.
Genes ligados al sexo: En los cromosomas sexuales, además de existir genes relacionados con el
sexo, existen otros genes para caracteres no sexuales o caracteres somáticos, cuya manifestación
dependerá del sexo del individuo al ir en el cromosoma X o Y. En el caso de enfermedades como la
hemofilia o el daltonismo, cuya manifestación se debe a la presencia de un alelo recesivo ligado al
cromosoma X, por lo que en varones nunca puede aparecer en homocigosis, o existe el alelo
dominante, o el recesivo, desarrollándose la enfermedad, mientras que en mujeres pueden existir
individuos homocigotos dominantes, normales, heterocigotos, también normales pero que llevan el
alelo de la enfermedad (mujeres portadoras) y se lo podrán pasar a sus hijos varones, e individuos
homocigotos recesivos, que desarrollarán la enfermedad (en el caso de la hemofilia, el alelo recesivo
en homocigosis es letal y provoca la muerte, por lo que no existen mujeres hemofílicas, sólo
portadoras).
Dominancia incompleta: La dominancia incompleta es la interacción genética en la cual los
homocigotos son fenotípicamente diferentes a los heterocigotos. Los cruzamientos que tienen una
dominancia incompleta son aquellos en los que no existe rasgo dominante, ni recesivo.
Alelos múltiples: Es posible que existan más de dos formas de un gen. A pesar de que un organismo
diploide puede poseer solamente dos alelos de un gen (y un organismo haploide solamente uno),
en una población pueden existir un número total bastante alto de alelos de un mismo gen. Estos
numerosos alelos, se denominan alelos múltiples y forman toda una serie alélica. El concepto de
alelismo es crucial en genética. Los grupos sanguíneos ABO están determinados por alelos múltiples.
En ellos existen tres alelos, tres dominantes A y B, y uno recesivo O. De estos tres alelos pueden
existir cuatro grupos: A, B, AB, y O.
54
Herencia poligenica (Color de la piel): Algunos rasgos tienden a modificarse en sólo un gen. Estos
rasgos siguen patrones simples de herencia. Sin embargo, muchas otras características están
determinadas por genes múltiples de diferentes regiones del genoma. Éstas se denominan
características poligénicas, y la herencia poligénica es el modo en que estos rasgos son heredados.
El color de ojos y la altura son dos ejemplos comunes.
Genes letales: Cuando la expresión de un alelo concreto provoca un cambio en el individuo, tal que
induce su muerte, se denomina alelo letal, y el gen involucrado se denomina gen esencial. Se define
entonces gen esencial como aquel gen que al mutar puede provocar un fenotipo letal. Un gen letal
es por tanto un gen cuya expresión produce la muerte del individuo antes de que este llegue a la
edad reproductora. Si la expresión de un gen en vez de causar la muerte del individuo causa un
acortamiento de su ciclo biológico, un empeoramiento de su calidad de vida o algún daño en su
organismo, se denomina gen deletéreo. Al igual que el resto de los genes, los alelos de los genes
letales, así como los de los deletéreos, sus variables, pueden tener un carácter recesivo o
dominante.
Pueden existir genes letales dominantes que, con sólo presentar una copia de uno de los alelos, el
individuo muere, pero no son muy abundantes, ya que con la muerte del individuo desaparece.
Sin embargo, los genes letales recesivos se pueden transmitir a la descendencia, ya que para que
causen su efecto, han de encontrarse ambas copias en el mismo individuo. Normalmente estos
individuos no llegan a nacer ya que mueren en los primeros estadíos de desarrollo durante el
desarrollo fetal.
Codominancia (factores sanguíneos): Se denomina codominancia al proceso por el cual una especie
manifiesta dos características dominantes en su fenotipo. En el caso de los grupos sanguíneos los
alelos para el grupo A y para el grupo B son ambos dominantes (tener un alelo A y uno 0 es suficiente
para que la persona sea grupo A, igual con B) por lo tanto cuando una persona tiene un alelo A y un
alelo B ambos se expresan y la persona tiene grupo sanguíneo AB.
55
NAD+ Y NADH
El dinucleótido de nicotinamida adenina, al igual que todos los dinucleótidos, está formado por dos
nucleótidos unidos por un par de grupos fosfato que actúan como puente. Dichos nucleótidos
consisten en dos anillos de ribosa: uno con adenina unida al primer átomo de carbono (en la posición
1') y otro con nicotinamida en la misma posición. La porción de nicotinamida se puede unir con dos
orientaciones distintas a su átomo de carbono anomérico. Debido a estas dos posibles estructuras,
el compuesto existe como dos diastereoisómeros, de los cuales el diastereoisómero β-nicotinamida
de NAD+ es la forma que se encuentra en los organismos. Estos nucleótidos se unen juntos por un
puente de dos grupos fosfato a través de los carbonos de la posición 5'.
En el metabolismo, el compuesto acepta o cede electrones en reacciones redox. Tales reacciones
(resumidas en la fórmula de abajo) implican la extracción de dos átomos de hidrógeno desde el
reactivo (R), en la forma de un ion hidruro (H-), y un protón (H+). El protón se libera en la solución,
mientras el reductor RH2 se oxida y el NAD+ se reduce a NADH debido a la transferencia del hidruro
a los anillos de nicotinamida.
RH 2 + NAD+ → NADH + H+ + R
FAD Y FADH2
El FAD es una coenzima que interviene como dador o aceptor de electrones y protones (poder
reductor) en reacciones metabólicas redox; su estado oxidado (FAD) se reduce a FADH2 al aceptar
dos átomos de hidrógeno (cada uno formado por un electrón y un protón).
Por tanto, al reducirse capta dos protones y dos electrones, lo que lo capacita para intervenir como
dador de energía o de poder reductor en el metabolismo. Por ejemplo, el FAD (y también el NAD)
se reduce en el ciclo de Krebs y se oxida en la cadena respiratoria (respiración aeróbica).
La función bioquímica general del FAD es oxidar los alcanos a alquenos, mientras que el NAD + (una
coenzima con similar función) oxida los alcoholes a aldehídos o cetonas. Esto es debido a que la
oxidación de un alcano (como el succinato) a un alqueno (como el fumarato) es suficientemente
exergónica como para reducir el FAD a FADH2, pero no para reducir el NAD+ a NADH.
La reoxidación del FADH2 (es decir, la liberación de los dos electrones y dos protones capturados)
tiene lugar en la cadena respiratoria, lo que posibilita la formación de ATP (fosforilación oxidativa).
56
Gusto y olfato
Sentido químicos
Los sentidos químicos, el gusto y el olfato, se encuentran entre las respuestas más elementales del
ser vivo a su entorno. Los receptores del gusto y del olfato son quimioreceptores, se activan ante
estímulos de naturaleza química. Los receptores del gusto son receptores secundarios, mientras que
los del olfato son las neuronas aferentes primarias modificadas. La diferencia entre ambos respecto
al estímulo radica en que los quimiorreceptores gustativos detectan moléculas que están en
solución, y los olfativos, moléculas que además de ser solubles han de ser también volátiles.
Sensibilidad gustativa
En la mucosa lingual se encuentran pequeñas proyecciones denominadas papilas gustativas, en ellas
se alojan los botones gustativos (10.000). Los botones están formados por células de sostén y células
sensoriales (50/botón), estas células derivan de células epiteliales. Las células receptoras envían
prolongaciones en forma de microvellosidades por su extremo apical y a través de una pequeña
apertura, el poro gustativo, quedan expuestas a los estímulos químicos. En la cara basal o polo
opuesto las células receptoras hacen sinapsis con fibras aferentes. Existen clásicamente cuatro
sabores primarios: dulce, salado, ácido y amargo. El sabor dulce corresponde a moléculas de
naturaleza glucídica y a otras como algunos aminoácidos, alanina, glicina, o incluso ciertas proteínas.
El sabor ácido se debe a la concentración de H+, pero con el mismo pH no todos los ácidos
proporcionan la misma sensación. El sabor salado está causado normalmente por cationes como el
Na+ o el Li+, pero la presencia de diferentes aniones (Cl–, SO42–, NO3–) modifica la cualidad del sabor.
El sabor amargo está causado por compuestos orgánicos muy diferentes, quinina, cafeína, nicotina,
morfina, etc. Normalmente el sabor dulce es considerado agradable porque suele corresponder a
sustancias nutritivas, los otros sabores son considerados agradables siempre que sea en baja
concentración. La complejidad del sabor de los alimentos es debida a la mezcla de las diferentes
modalidades gustativas y añadidamente a la información olfatoria. El reconocimiento de un sabor
determinado depende de la actividad de una población de células gustativas. La transducción de la
señal varía de acuerdo con las cuatro modalidades de gustos:
Estímulo ácido: El sabor ácido se debe a los iones H+. Estos bloquean los canales de K+ localizados en
la membrana produciéndose su despolarización.
Estímulo salado: La mayor parte de la sal proporciona una elevada concentración de iones Na+ en el
espacio extracelular, dichos iones entran a favor de gradiente a través de canales pasivos,
provocando una despolarización.
Estímulo amargo: Existen proteínas receptoras para sustancias amargas. Da lugar a una activación
de la fosfolipasa C, que aumenta la concentración de insitol trifosfato y éste libera Ca++ de los
depósitos intracelulares produciendo la despolarización.
Estímulo dulce: Las sustancias dulces son un grupo variado al que pertenecen no sólo el grupo de
biomoléculas glucídicas. Interaccionan con receptores específicos acoplados a una proteína G, que
activa la adenilcilasa y aumenta la concentración de AMPc. Este incremento conduce a la activación
de una proteinquinasa y a la fosforilación y bloqueo de los canales de K+ despolarizando la célula.
57
Los potenciales de acción desencadenados por un estímulo gustativo se transmiten a los nervios
gustativos a través de sinapsis. A la hora de determinar si un sabor es agradable o desagradable no
sólo interviene el tipo de estímulo, sino que la concentración del estímulo también participa en la
sensación. Su función es la protección, con el objeto de no introducir en el organismo sustancias
lesivas. La mayor parte de las sustancias tóxicas presentan un sabor amargo que da lugar a su
rechazo con lo que son suficientes concentraciones muy bajas para detectar dicho sabor (4
mg/litro); en cambio, otras sustancias menos peligrosas requieren concentraciones mucho más altas
para hacer una identificación del sabor. Las fibras aferentes gustativas inervan de forma muy
ramificada los botones gustativos. A nivel del bulbo establecen la primera sinapsis en una parte del
núcleo del tracto solitario denominada núcleo gustativo, las fibras secundarias realizan la segunda
sinapsis en núcleo ventral posteromedial del tálamo, y las terciarias alcanzan la corteza sensorial
gustativa, localizada en la posición inferior del lóbulo parietal, al lado de la información
somatosensorial de la lengua.
Sensibilidad olfatoria
El sentido del olfato no está muy desarrollado en el ser humano. Se trata de un sentido que es
relevante en otros animales, pero que en la evolución de la especie humana ha quedado relegado a
favor de otras modalidades sensoriales. El aire al penetrar en la cavidad nasal, debido a lo tortuoso
de sus paredes, desarrolla una serie de turbulencias permitiendo a las sustancias contactar con el
epitelio o mucosa olfatoria. En dicho
epitelio hay células de sostén y células
sensoriales o células olfatorias (10
millones) que se recambian cada 30 días.
Estas células son neuronas bipolares, con
una prolongación dendrítica ciliada (de 5
a 20 cilios) que acaba en la superficie del
epitelio nasal recubierta por una capa de
moco.
Los estímulos olorosos son difíciles de
clasificar, existen unos 10.000 estímulos
diferentes que son agrupados de forma
muy
subjetiva
en
múltiples
clasificaciones. Cualquier estímulo ha de
ser una molécula volátil, que alcanza el
epitelio olfatorio a través de la vía aérea;
debe a continuación disolverse en la capa
mucosa para estimular la célula olfatoria.
Los receptores olfatorios son muy
sensibles, es decir tienen umbrales de
estimulación muy bajos, unas pocas
moléculas de una sustancia química son
suficientes para detectar la sensación de un olor. El umbral de excitabilidad o límite absoluto define
la concentración mínima de una sustancia necesaria para reconocer que huele a algo.
58
La transducción olfatoria se realiza al unirse una molécula disuelta en la capa de moco a las
moléculas receptoras situadas en los cilios de los receptores olfatorios. La unión activa la
adenilciclasa vía una proteína G. Se produce un aumento de la concentración de AMPc y, en
consecuencia, la apertura de los canales de Na+ en la membrana celular del receptor y la
despolarización de la célula. Los axones amielínicos pertenecientes a las células olfatorias forman la
fila olfatoria o par craneal I. Penetran en la cavidad craneal a través de la lámina cribosa del etmoides
y sinaptan en el bulbo olfatorio donde se encuentran las células mitrales y células en penacho, sobre
estas células se realiza una fuerte convergencia y están sometidas además a control eferente.
Las
fibras secundarias forman la cintilla olfatoria o tracto olfatorio, que discurre por la base del encéfalo
y se divide en dos fascículos principales uno medial y otro lateral. El medial establece sinapsis en el
núcleo olfatorio anterior y en el tubérculo olfatorio. El núcleo olfatorio anterior es un centro de
integración que procesa información bilateral. Desde el tubérculo olfatorio las neuronas de segundo
orden se proyectan al núcleo medial dorsal del tálamo, y desde aquí a la corteza orbito-frontal.
Oído y equilibrio
Los órganos de la audición y del equilibrio se encuentran situados en el oído interno. Cada uno de
ellos está diseñado para recibir una información diferente.
Estructura funcional del oído
El oído se divide en tres partes:
1. Oído externo. Está formado por
el pabellón auricular y el conducto
auditivo externo. El pabellón
funciona como una superficie de
captación de las ondas sonoras,
ayudando a localizar el origen del
sonido. El conducto auditivo
externo, transmite las ondas
sonoras hacia el tímpano,
membrana de forma cónica que es
el límite entre el oído externo y el
medio. Además, funciona también
como un resonador dentro de las
frecuencias de 3-4 KHz que
corresponden a la región de
máxima sensibilidad auditiva.
2. Oído medio. Está formado por una cadena de tres huesecillos que funcionan como un sistema de
palancas para transmitir la energía de la onda sonora desde el tímpano hasta la cóclea. Las funciones
que se desarrollan en esta sección son:
a) Adaptador de impedancia. La impedancia es una medida de la dificultad al paso de las ondas
sonoras y depende directamente de la densidad del medio así la transmisión de sonido de aire a
líquido es muy ineficaz. Así, si se compara la impedancia a nivel del aire es con la que hay a nivel de
59
líquido, la relación es 1:30, es decir es 30 veces superior en el líquido. La estructura del oído medio
permite salvar esta diferencia y realizar una transmisión que garantice que la onda no se agote en
su recorrido y pase al siguiente elemento con suficiente intensidad.
b) Amplificador. El oído medio permite un incremento de la energía de la onda sonora, obtenida
mediante la proporción de superficies de las membranas descritas anteriormente; y, por otro lado,
la cadena de huesecillos que une ambas membranas y actúa como una palanca mecánica
multiplicando x2 o x3 la energía de la onda sonora.
c) Regulación de la intensidad de la onda sonora. La cadena de huesecillos está fijada a las paredes
de la caja del tímpano mediante unos músculos. Cuando se produce la llegada de sonidos fuertes se
desarrolla el denominado reflejo timpánico, mediante este mecanismo se modifica el grado de
contracción de los mismos eliminando tensión sobre las membranas y disminuyendo la transmisión
de la onda sonora. Es un sistema de protección, para impedir el posible daño que pudiera producirse
sobre las membranas ante una vibración excesivamente fuerte.
3. Oído interno. Alojado en el peñasco del temporal presenta una estructura de conductos bastante
compleja, de ahí que también reciba el nombre de laberinto. Está formado por el laberinto óseo y
en su interior el membranoso. Tiene dos regiones:
El vestíbulo y los canales semicirculares que constituyen el órgano del equilibrio.
La cóclea o caracol, que es un tubo enrollado de unos 3,5 cm que da dos vueltas y ¾ sobre su eje
donde se localizan los receptores auditivos.
La cóclea o caracol se divide mediante dos membranas en tres canales o rampas. La membrana de
Reissner separa la rampa vestibular de la media, y la membrana basilar separa la rampa media de la
timpánica. La rampa vestibular y la
timpánica están llenos de un líquido de
composición similar al líquido intersticial
denominado perilinfa y la rampa media
o conducto coclear está lleno de un
líquido de composición similar al
intracelular y que se llama endolinfa. La
rampa vestibular y la timpánica se
continúan en el extremo del caracol a
través del helicotrema y cada una de
ellas en su origen o base tienen una
membrana, la rampa vestibular la
membrana de la ventana oval y la rampa
timpánica la membrana de la ventana
redonda que comunica con el oído
medio. Los receptores sensoriales se
encuentran agrupados en el órgano de
Corti, situado a lo largo de toda la rampa
media sobre la membrana basilar.
Contiene diversos tipos de células, entre ellas dos tipos de células ciliadas (células receptoras). Las
60
células ciliadas forman cuatro hileras, tres externas y una interna. Los cilios (30-150) se proyectan
dentro de la endolinfa y están cubiertos por una membrana gelatinosa llamada membrana tectorial.
En la base de las células ciliadas se encuentran células de sostén.
Transducción de la vibración
La oscilación de la membrana de la ventana oval, debido a la vibración de la cadena de huesecillos,
transmite esta oscilación a la perilinfa situada en la rampa vestibular. A través de la membrana de
Reissner, las oscilaciones de la perilinfa son transmitidas a la endolinfa de la rampa media, desde
donde se transfieren a su vez a la membrana basilar, causando la movilización de las células ciliadas
del órgano de Corti contra la membrana tectorial. Las ondas transmitidas a través de la endolinfa
son absorbidas por la perilinfa en la rampa timpánica y llegan a la ventana redonda, donde se
disipan. Al ser la membrana basilar más elástica que la membrana tectorial, su oscilación produce
la movilización de los cilios de las células auditivas. En reposo estas células presentan un potencial
de membrana de Vm= –60 mV, el movimiento de los cilios produce la apertura de canales de K+,
que penetran en el interior de la célula debido a que la endolinfa presenta una elevada
concentración de este ion. El flujo de cargas positivas hacia el interior da lugar a la aparición de un
potencial receptor despolarizante (Vm= –50 mV). El potencial receptor produce la liberación del
neurotransmisor y la presencia de un PEPS en la fibra sensorial. El movimiento de los cilios en la
dirección contraria produce un cierre de los canales de K+ y se produce una hiperpolarizacion.
Vías auditivas
A través de las vías auditivas con sus correspondientes sinapsis o relevos, se lleva la información de
la onda sonora hasta la corteza donde se obtendrá la sensación auditiva. En una sensación auditiva
se pueden diferenciar los siguientes componentes:
1. Tono o altura del sonido. Es decir, la capacidad de diferenciar la frecuencia del sonido. La
deformación de la membrana basilar tiene una amplitud máxima en zonas diferentes dependiendo
de la frecuencia de la onda sonora. Como la membrana basilar es más ancha y menos rígida en el
vértice que en la base del conducto coclear, los sonidos de alta frecuencia, o tonos agudos, dan el
máximo de desplazamiento en la base de la cóclea, mientras que los de baja frecuencia, o graves,
dan el máximo cerca del vértice de la cóclea. Por lo tanto las células sensoriales que son
preferentemente estimuladas se localizan en regiones diferentes atendiendo al tono del sonido. Las
distintas señales procedentes de las diferentes porciones de la cóclea ascienden de forma ordenada
hacia la corteza auditiva, lo que significa que, en estas vías hay una organización de las fibras en
función de su origen o lo que es lo mismo en función de las frecuencias. Esta organización por tonos,
es similar a la observada en la sensibilidad somatoestésica y, recibe el nombre de organización
tonotópica.
2. Intensidad del sonido. Viene dada por la frecuencia de potenciales de acción en las fibras
sensoriales y permite diferenciar sonidos fuertes de débiles.
3. Localización del sonido. El origen del sonido con respecto a nuestro cuerpo es posible conocerlo
por la forma con que se procesa la información procedente de cada oído. Si la fuente del sonido está
más próxima a un oído que a otro, existirá un retraso sonoro, entre la llegada del estímulo a cada
oído. Esta diferencia temporal en el procesado de la información permite determinar la localización.
61
Sentido del equilibrio
El sentido del equilibrio desempeña una función importante en el mantenimiento de la postura
corporal y también en la estabilización de los ojos, en especial durante el movimiento.
1. Estructura del sistema vestibular. El órgano del equilibrio está situado en la región vestibular del
laberinto u oído interno. Consta de dos cámaras el utrículo y el sáculo y tres canales semicirculares.
Utrículo y sáculo se disponen horizontal y verticalmente, y los tres canales se sitúan en ángulos
rectos entre sí. El líquido que contienen cámaras y canales es la endolinfa y toda la estructura flota
en la perilinfa. Cada canal semicircular en su base presenta una dilatación conocida como ampolla,
el órgano sensorial de los canales se sitúa en el interior de la ampolla, mientras que en las cámaras
se sitúa en las paredes de la misma en unas regiones denominadas máculas. Existen dos tipos de
células sensoriales:
A nivel de las máculas del utrículo y sáculo, situadas horizontal y verticalmente respectivamente se
encuentran las células ciliadas sensoriales. Disponen de 70-80 cilios y un kinocilio imbuidos en una
membrana gelatinosa (membrana estatolítica) que contiene pequeños cristales de carbonato
cálcico (estatolitos u otoconias). Al modificar la orientación de la cabeza se produce el movimiento
de la membrana y la inclinación de los cilios hacia el kinocilio provoca la apertura de canales de K+
y la generación de un potencial receptor despolarizante; la inclinación en sentido contrario cierra
los canales e hiperpolariza la célula. La información procedente de estas células mantiene al cerebro
informado de manera continua respecto a la posición de la cabeza, permitiéndole detectar
aceleraciones lineales (de traslación).
A nivel de los canales semicirculares, las células ciliadas se sitúan en las crestas ampollares
(proyección hacia el interior de la pared del canal), y sus cilios están imbuidos en una estructura
gelatinosa denominada cúpula que cierra el conducto al contactar con la pared del canal. Cuando
se produce un giro de la cabeza la endolinfa debido a su inercia queda atrasada y la cúpula se mueve
en sentido contrario al giro, de tal forma que se activarán las células de unos canales y se inhibirán
las de otros. La colocación de los conductos en el espacio: anterior, posterior y horizontal, permite
su estimulación cuando se producen movimientos con aceleración rotatoria o angular. Además, las
señales procedentes de los canales semicirculares controlan los movimientos oculares mediante los
reflejos vestíbulo-oculares permitiendo que la mirada permanezca fija mientras se va moviendo la
cabeza.
2. Vías vestibulares. Las fibras primarias, que junto con las auditivas forman el octavo par craneal,
sinaptan en los núcleos vestibulares en la protuberancia. De estos núcleos salen fibras secundarias
hacia:
* Cerebelo.
* Formación reticular.
* Motoneuronas de la médula espinal que controlan los músculos del cuello.
* Núcleos de los músculos oculares.
62
Las conexiones que se establecen son complejas ya que están implicadas en funciones
principalmente motoras como son el control del equilibrio corporal, los reflejos posturales y la
acomodación ocular.
Visión
Los ojos son órganos visuales que detectan la luz y la convierten en impulsos electroquímicos que
viajan a través de neuronas. La célula fotoreceptora más simple de la visión consciente asocia la luz
al movimiento. En organismos superiores el ojo es un sistema óptico complejo que capta la luz de
los alrededores, regula su intensidad a través de un diafragma (iris), enfoca el objetivo gracias a una
estructura ajustable de lentes (cristalino) para formar la imagen, que luego convierte en un conjunto
de señales eléctricas que llegan al cerebro a través de rutas neuronales complejas que conectan,
mediante el nervio óptico, el ojo a la corteza visual y otras áreas cerebrales. Los ojos con resolución
han evolucionado en diez diferentes tipos fundamentales y el 96 % de las especies animales poseen
un sistema óptico complejo. Los ojos con resolución están presentes en moluscos, cordados y
artrópodos.
En la parte de atrás de la retina llegan fotones de luz hasta la denominada capa pigmentaria. En esta
hay grandes cantidades de melanina (pigmento que impide la reflexión) y vitamina A (precursor de
las sustancias fotosensibles). Pegados a la capa pigmentaria hay conos y bastones.
Los conos tienen la capacidad de “identificar” colores, necesitan alta intensidad de luz. Los conos
son menos sensibles a la luz que los bastones. La visión diurna (visión de cono) se adapta más
rápidamente a los cambiantes niveles de luz, ajustándose a un cambio como salir del interior hacia
afuera a la luz solar en pocos segundos. Como todas las neuronas, los conos "disparan" la producción
del impulso eléctrico en la fibra nerviosa, y luego deben restablecerse para poderse "disparar" de
nuevo. La adaptación de la luz se cree que ocurre, mediante el ajuste de este tiempo de reposición.
Los conos son los responsables de toda la visión de alta resolución. El ojo se mueve continuamente
para mantener la luz del objeto de interés cayendo sobre la central fóvea donde reside el grueso de
los conos.
Los bastones son los más numerosos de los fotorreceptores, unos 120 millones, y son más sensibles
que los conos. Sin embargo, no son sensibles al color. Son responsables de nuestra adaptación a la
oscuridad, o visión escotópica. Los bastones son unos fotorreceptores increíblemente eficientes.
Según unos informes, bajo condiciones óptimas, pueden ser disparados por fotones individuales. La
visión óptima adaptada a la oscuridad, se obtiene después de un periodo considerable de oscuridad,
digamos 30 minutos o más, porque el proceso de adaptación de los bastones es mucho más lento
que el de los conos.
Con la visión diurna, la sensibilidad de los bastones se desplaza hacia longitudes de onda más corta,
de aquí el mayor brillo aparente de las hojas verdes con la luz del atardecer.
Mientras que la agudeza visual o la resolución visual son mucho mejor con los conos, los bastones
son mejores sensores del movimiento. Como los bastones predominan en la visión periférica, esta
es más sensible a la luz, permitiéndonos ver objetos tenues en visión periférica. Si se ve una estrella
tenue en nuestra visión periférica, puede desaparecer cuando se mira directamente, puesto que
entonces estamos moviendo la imagen hacia la región fóvea rica en conos que es menos sensible a
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la luz. Se puede detectar mejor el movimiento con la visión periférica, puesto que es primariamente
visión de bastones.
Traducción de la señal
Oscuridad: El pigmento de la rodopsina se encuentra en su forma cis – retinal. El GMP cíclico abre
conductos inespecíficos que permiten el paso de Na+ dentro de los bastones. La membrana se
despolariza (estado en el cual libera un neurotransmisor llamado glutamato) y no se produce
potencial de acción.
Luz: Al llegar un fotón a la rodopsina transforma al cis – retinal en trans – retinal y esto genera un
cambio conformación en la rodopsina (este es el proceso fotodependiente de la visión). Cuando la
rodopsina cambia su forma, se une a la transducina (proteína G). Luego de que esta intercambia
GDP por GTP, la subunidad alfa/GTP transporta una señal a una fosfodiesterasa que está unida a un
inhibidor. Este se une a la subunidad alfa y la fosfodiesterasa comienza a convertir GMPc a GMP.
Esto produce una disminución en la concentración de GMPc lo que provoca que se cierren canales
iónicos (impidiendo el paso de Ca2+ y Na+). Este proceso lleva a la hiperpolarizacion de la membrana,
la cual no va a liberar más glutamato. La célula bipolar adyacente se despolariza y aumenta la
liberación de neurotransmisores exitatorios, los cuales excitan a las células ganglionares.
Para revertir el proceso, lo que sucede es que al disminuir la señal lumínica la subunidad alfa
hidroliza GTP a GDP. Como bajo la concentración de calcio al entrar la luz, se activó la guanilil ciclasa
(inhibida por altas concentraciones de calcio) la cual devuelve el GMPc a los niveles iniciales. Esto
provoca que se abran los canales de sodio y calcio y la membrana vuelve a su polarización original.
En el siguiente link hay un video con una explicación clara de cómo se lleva a cabo el proceso:
https://www.youtube.com/watch?v=AuLR0kzfwBU
Vías visuales
La retina es una porción de encéfalo situada fuera del sistema nervioso central, formando parte de
la misma se encuentran, además de los fotorreceptorres, otros cuatro tipos de neuronas.
Las células bipolares (1) establecen contacto sináptico con el terminal de los fotorreceptores, estas
neuronas responden al glutamato de dos formas, las denominadas células bipolares off, generan
respuestas despolarizantes y una segunda variedad células bipolares on generan respuestas
hiperpolarizantes. Las células bipolares off se despolarizan en ausencia de luz (al aumentar la
liberación de glutamato) y las células on se despolarizan en presencia de luz (al disminuir el
glutamato). Los campos receptores de estas células tienen en su centro a los fotorreceptores y en
su periferia a las células horizontales (2), las cuales liberan un neurotransmisor inhibitorio. Así las
células bipolares de centro on, se activan cuando los fotorreceptores centrales son iluminados y la
periferia permanece en la oscuridad y las células bipolares de centro off, se activan cuando los
fotorreceptores periféricos son iluminados y el centro permanece en la oscuridad.
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Este patrón antagónico centroperiferia, se mantiene en las células
ganglionares (3). Estas neuronas
reciben información de las bipolares
y de las amacrinas (4), que a su vez
han sido excitadas por las células
bipolares.
La retina tiene tres tipos
de
células
ganglionares,
los
potenciales de acción sólo se generan
en ellas, las señales entre las células
previas
son
de
naturaleza
electrotónica,
suficientes
para
recorrer pequeñas distancias.
Los
axones de las células ganglionares
mientras se extienden por el interior
del globo ocular son amielínicos y
transparentes, cuando han salido del
ojo son mielínicos. Del total de
fotorreceptores que hay en cada ojo,
unos 126 millones tan sólo salen un
millón de fibras en el nervio óptico, lo
que proporciona una idea de la fuerte
convergencia que debe establecerse
en este circuito. Las fibras convergen
en las papilas ópticas (punto ciego) donde forman el nervio óptico de cada ojo. Cada nervio óptico
discurre por la base anterior del encéfalo uniéndose en el quiasma óptico donde se produce el
entrecruzamiento de fibras.
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