Los procariontes o procariotas son células sin núcleo diferenciado (es decir, cuyo ADN está en el citoplasma) y los organismos constituidos por ellas. Las células con núcleo diferenciado rodeado de membrana nuclear se llaman eucariotas; esta distinción entre eucariontes y procariontes se considera la de mayor importancia en el reino animal. Las células procariotas fueron los únicos seres vivos en la Tierra durante 2.000 millones de años hasta la aparición de las eucariotas.
Los organismos procariontes son en su mayoría unicelulares, bacterias, hasta el punto de que ambos términos se han usado a veces como sinónimos. Carl Woese propuso clasificarlos en Bacteria y Archaea (originalmente Eubacteria y Archaebacteria) creyendo que ambos tienen orígenes distintos. Esta controvertida clasificación, finalmente aceptada por la comunidad científica, se denomina «sistema de los tres dominios».
Las células procariontes carecen de citoesqueleto y compartimentos celulares con membrana como vacuolas, retículo endoplásmico, mitocondria y cloroplastos. Tienen un cromosoma pero pueden además presentar pequeñas piezas circulares de ADN denominadas plásmidos. La reproducción es exclusivamente asexual mediante fisión binaria.
3 . 1 . 1 ADN CIRCULAR
El ADN circular puede encontrarse en forma relajada o en forma superenrollada. En la forma relajada, el círculo se halla desplegado sobre un único plano; en la forma superenrollada el contorno del círculo va girando sobre sí mismo de manera tal que adquiere profundidad (véase la figura 8).
Las dos formas de ADN circular pueden visualizarse en el microscopio electrónico como círculos relajados o superenrollados. Además, pueden identificarse por electroforesis o por centrifugación (separación de partículas en suspensión coma ayuda de un campo eléctrico o de un campo gravitacional respectivamente). En estos casos, la estructura compactada del ADN superenrollado aumenta su migración electroforética y su velocidad de sedimentación, lo cual permite diferenciarlo del ADN circular relajado o del ADN lineal.
Como casi todas las propiedades físicas, químicas y biológicas del ADN se vinculan al ADN circular y a su estado relajado o superenrollado, la clara definición de estas formas es importante para alcanzar una acabada comprensión de dichas propiedades. La matemática resulta, en estas circunstancias, un aliado indispensable.
Dado que el ADN es un polímero con propiedades elásticas,cuando se produce la ruptura de una de las dos cadenas complementarias en una molécula superenrollada, la cadena rota gira sobre la sana hasta que se pierde el superenrollamiento. Por tal motivo, cualquier agente físico (radiaciones ionizantes) o químico (bleomicina, radicales libres, etc.) capaz de romper el ADN tiene la capacidad de relajar la molécula circular. Cuando la ruptura del ADN acontece en la célula viva, ocurre habitualmente un proceso enzimático de reparación que cierra la brecha con rapidez y restituye la integridad del ADN circular. En estas condiciones es factible que se recupere también el superenrollamiento. Las modificaciones del enrollamiento del ADN circular se realizan a través de enzimas denominadas topoisomerasas. La topoisomerasa II tiene la propiedad de transformar un ADN circular relajado en superenrollado. Este proceso implica pasar de una forma sin almacenamiento de energía a una forma con alto contenido energético, y por lo tanto es necesaria la presencia de adenosinatrifosfato (ATP) como donante energético.Por el contrario, la transformación de ADN superenrollado en relajado con subsecuente liberación de energía es catalizada directamente por la topoisomerasa I sin necesidad de ATP.
Las dos formas de ADN circular pueden visualizarse en el microscopio electrónico como círculos relajados o superenrollados. Además, pueden identificarse por electroforesis o por centrifugación (separación de partículas en suspensión coma ayuda de un campo eléctrico o de un campo gravitacional respectivamente). En estos casos, la estructura compactada del ADN superenrollado aumenta su migración electroforética y su velocidad de sedimentación, lo cual permite diferenciarlo del ADN circular relajado o del ADN lineal.
Como casi todas las propiedades físicas, químicas y biológicas del ADN se vinculan al ADN circular y a su estado relajado o superenrollado, la clara definición de estas formas es importante para alcanzar una acabada comprensión de dichas propiedades. La matemática resulta, en estas circunstancias, un aliado indispensable.
Dado que el ADN es un polímero con propiedades elásticas,cuando se produce la ruptura de una de las dos cadenas complementarias en una molécula superenrollada, la cadena rota gira sobre la sana hasta que se pierde el superenrollamiento. Por tal motivo, cualquier agente físico (radiaciones ionizantes) o químico (bleomicina, radicales libres, etc.) capaz de romper el ADN tiene la capacidad de relajar la molécula circular. Cuando la ruptura del ADN acontece en la célula viva, ocurre habitualmente un proceso enzimático de reparación que cierra la brecha con rapidez y restituye la integridad del ADN circular. En estas condiciones es factible que se recupere también el superenrollamiento. Las modificaciones del enrollamiento del ADN circular se realizan a través de enzimas denominadas topoisomerasas. La topoisomerasa II tiene la propiedad de transformar un ADN circular relajado en superenrollado. Este proceso implica pasar de una forma sin almacenamiento de energía a una forma con alto contenido energético, y por lo tanto es necesaria la presencia de adenosinatrifosfato (ATP) como donante energético.Por el contrario, la transformación de ADN superenrollado en relajado con subsecuente liberación de energía es catalizada directamente por la topoisomerasa I sin necesidad de ATP.
Como se explica detalladamente en "ADN circular y matemática topológica", una modificación estructural en una región limitada de la molécula circular de ADN modifica la topología alolargo de todo el círculo. Estos cambios arquitectónicos son sumamente importantes porque modifican la relación del ADN con proteínas reguladoras y ejercen, por lo tanto,un profundo efecto en el funcionamiento génico.
3 . 1 . 2 PROTEINAS ASOCIADAS
In vivo, el citoesqueleto de actina no está compuesto exclusivamente de actina, sino que para su generación, permanencia y función requiere de otras proteínas; éstas se denominan proteínas de unión a laactina (ABP, actin binding proteins) e intervienen en su polimerización y despolimerización, estabilidad, su organización en haces o redes, su fragmentación y destrucción.[3] La diversidad de estas proteínas es tal, que se considera que la actina es la proteína que participa en el mayor número de interacciones proteína-proteína de cuantas se conocen.[46] Por ejemplo, existen elementos que secuestran la actina G, impidiendo su incorporación a los microfilamentos. De igual manera, existen proteínas que estimulan su polimerización o que dotan de complejidad a las redes en síntesis.[18]
- La timosina β4 es una proteína de 5 kDa capaz de unirse a la actina G-ATP en una estequiometría 1:1; esto quiere decir que una unidad de timosina β4 se une a otra de actina G, en esta proporción. Su papel es impedir la incorporación de los monómeros al polímero en crecimiento.[47]
- La profilina, una proteína citosólica de 15 kDa que también se une en estequiometría 1:1 a los monómeros de actina G-ATP, pero su función es distinta: facilita el intercambio de nucleótidos ATP por ADP. Además, está implicada en otras funciones celulares, como la unión de repeticiones de Pro en otras proteínas o de lípidos que actúan como segundos mensajeros
Otro tipo de proteínas de unión a actina recubren los extremos de la actina F a fin de estabilizarlos, sin capacidad de romperlos. Ejemplos de estas proteínas son CapZ (que une los extremos (+) según los niveles de Ca2+/calmodulina de la célula, niveles que dependen de señales externas e internas de la célula y que intervienen en la regulación de sus funciones biológicas) o la tropomodulina (que une los extremos (-)). La tropomodulina es esencial como estabilizador de la actina F presente en las miofibrillas de los sarcómeros del músculo, estructuras caracterizadas por su gran estabilidad.
El complejo Arp2/3 se encuentra ampliamente difundido en todos los organismos eucariotas. Está compuesto por siete subunidades, algunas de las cuales poseen una topología claramente relacionada con su función biológica: dos de sus subunidades, denominadas «ARP2» y «ARP3», poseen una estructura muy semejante a los propios monómeros de actina. Dicha homología permite a ambas unidades comportarse como agentes nucleantes de la polimerización de los monómeros de actina G a actina F. Además, este complejo es necesario para establecer estructuras dendríticas y en anastomosis (esto es, bifurcadas o en red), por tanto más complejas, de actina F
3 . 1 . 3 ADN EXTRACROMOSOMICO
ADN cromosómico: cromosoma bacteriano
ADN extracromosómico: elemento facultativo (plásmidos,
–
Libres o unidos al cromosoma (episomas)
–
vida bacteriana
Propiedades importantes pero no esenciales para la
–
Replicación independiente del núcleo
–
Transferencia a otras células o herencia a células hijas
–
reguladoras.
Contienen información para su replicación y proteínas
–
posibilidad de perderlos (curación
Se considera como tal una Serie de moléculas facultativas, no esenciales Para la bacteria, que se replican independientemente del cromosoma bacteriano. Se transmiten por herencia a las células hijas, son portadores de genes con una gran función biológica, pero no fundamental, para La vida bacteriana y, por ultimo, Pueden ser Capaces de transmitirse de una bacteria a otra Por con jugacion (sin intermediarios). Como sucede con otros fenómenos de recombinación genética.
3 . 1 . 3 . 1 PLASMIDIOS
Los plásmidos son moléculas de ADN extracromosómico circular o lineal que se replican y transcriben independientes del ADN cromosómico. Están presentes normalmente en bacterias, y en algunas ocasiones en organismos eucariotas como las levaduras. Su tamaño varía desde 1 a 250 kb. El número de plásmidos puede variar, dependiendo de su tipo, desde una sola copia hasta algunos cientos por célula. El término plásmido fue presentado por primera vez por el biólogo molecular norteamericano Joshua Lederberg en 1952.[1]
Las moléculas de ADN plasmídico, adoptan una conformación tipo doble hélice al igual que el ADN de los cromosomas, aunque, por definición, se encuentran fuera de los mismos. Se han encontrado plásmidos en casi todas las bacterias. A diferencia del ADN cromosomal, los plásmidos no tienen proteínas asociadas.
En general, no contienen información esencial, sino que confieren ventajas al hospedador en condiciones de crecimiento determinadas. El ejemplo más común es el de los plásmidos que contienen genes de resistencia a un determinado antibiótico, de manera que el plásmido únicamente supondrá una ventaja en presencia de ese antibiótico.
Hay algunos plásmidos integrativos, es decir, que tienen la capacidad de insertarse en el cromosoma bacteriano. Estos rompen momentáneamente el cromosoma y se sitúan en su interior, con lo cual, automáticamente la maquinaria celular también reproduce el plásmido. Cuando ese plásmido se ha insertado se les da el nombre de episoma.
Los plásmidos se utilizan en ingeniería genética por su capacidad de reproducirse de manera independiente del ADN cromosomal así como también porque es relativamente fácil manipularlos e insertar nuevas secuencias genéticas.
Los plásmidos usados en Ingeniería Genética suelen contener uno o dos genes que les confieren resistencia a antibióticos y permiten seleccionar clones recombinantes. Hay otros métodos de selección además de la resistencia a antibióticos, como los basados en fluorescencia o en proteínas que destruyen las células sin uso de antibióticos. Estos nuevos métodos de selección de plásmidos son de uso frecuente en agrobiotecnología, debido a la fuerte crítica de grupos ecologistas contra la posibilidad de presencia de antibióticos en los organismos modificados genéticamente.
Las moléculas de ADN plasmídico, adoptan una conformación tipo doble hélice al igual que el ADN de los cromosomas, aunque, por definición, se encuentran fuera de los mismos. Se han encontrado plásmidos en casi todas las bacterias. A diferencia del ADN cromosomal, los plásmidos no tienen proteínas asociadas.
En general, no contienen información esencial, sino que confieren ventajas al hospedador en condiciones de crecimiento determinadas. El ejemplo más común es el de los plásmidos que contienen genes de resistencia a un determinado antibiótico, de manera que el plásmido únicamente supondrá una ventaja en presencia de ese antibiótico.
Hay algunos plásmidos integrativos, es decir, que tienen la capacidad de insertarse en el cromosoma bacteriano. Estos rompen momentáneamente el cromosoma y se sitúan en su interior, con lo cual, automáticamente la maquinaria celular también reproduce el plásmido. Cuando ese plásmido se ha insertado se les da el nombre de episoma.
Los plásmidos se utilizan en ingeniería genética por su capacidad de reproducirse de manera independiente del ADN cromosomal así como también porque es relativamente fácil manipularlos e insertar nuevas secuencias genéticas.
Los plásmidos usados en Ingeniería Genética suelen contener uno o dos genes que les confieren resistencia a antibióticos y permiten seleccionar clones recombinantes. Hay otros métodos de selección además de la resistencia a antibióticos, como los basados en fluorescencia o en proteínas que destruyen las células sin uso de antibióticos. Estos nuevos métodos de selección de plásmidos son de uso frecuente en agrobiotecnología, debido a la fuerte crítica de grupos ecologistas contra la posibilidad de presencia de antibióticos en los organismos modificados genéticamente.
3 . 1 . 3 . 2 BACTERIOFAGOS
3.1.3.3 TRANSPOSONES
Secuencia de DNA que puede moverse de un lugar a otro del cromosoma, insertar copias adicionales de ella misma en otros puntos o pasar de un cromosoma a otro. Tramo de DNA que puede incorporarse en otras moléculas de DNA en lugares donde no hay homología de secuencia. Tienen un tamaño entre 1 y 40 kb. Codifican todas las enzimas necesarias para su inserción. Pueden desplazarse dentro de un cromosoma o entre cromosomas.
3 . 2 ORGANISMOS EUCARIOTICOS
Se denomina eucariotas a todas las células que tienen su material hereditario fundamentalmente (su información genética) encerrado dentro de una doble membrana, la envoltura nuclear, que delimita un núcleo celular.Las células eucariotas son las que tienen núcleo definido gracias a una membrana nuclear lo contrario que las procariotas que carecen de dicha membrana nuclear por ello el material genetico se encuentra disperso en estas (a lo largo y ancho de su citoplasma) por lo cual se hace poco perceptible en microscopios electronicos, razón por la cual SE HA DIFUNDIDO LA IDEA ERRONEA DE QUE LAS CELULAS PROCARIOTAS NO CUENTAN CON UN NUCLEO siendo esto erroneo precisamente porque las celulas procariotas si tienen nucleo , lo que no tienen es membrana nuclear por lo tanto no tienen un nucleo definido.Se llaman las célulastontas a aquellas que solo tienen medio núcleo y la mitad de su materia genética esta dispersada por toda ella. A los organismos formados por células eucariotas se les denomina eucariontes.
La alternativa a la organización eucariótica de la célula la ofrece la llamada célula procariota. En estas células el material hereditario se encuentra en una región específica denominada nucleoide, no aislada por membranas en el seno del citoplasma. Las células eucariotas no cuentan con un compartimiento alrededor de la membrana plasmática (periplasma), como el que tienen las células procariotas.
El paso de procariotas a eucariotas significó el gran salto en complejidad de la vida y uno de los más importantes de su evolución.[1] Sin este paso, sin la complejidad que adquirieron las células eucariotas no habrían sido posibles ulteriores pasos como la aparición de los pluricelulares. La vida, probablemente, se habría limitado a constituirse en un conglomerado de bacterias. De hecho, los cuatro reinos restantes procedemos de ese salto cualitativo. El éxito de estas células eucariotas posibilitó las posteriores radiaciones adaptativas de la vida que han desembocado en la gran variedad de especies que existe en la actualidad.
3 . 2 . 1 ADN LINEAL Y EMPAQUETAMIENTO
Cada molécula de ADN se empaqueta en un cromosoma el total de la información genética contenida en los cromosomas de un organismo, constituye su genoma.
Los cromosomas de una célula, en mitosis o fase M, se encuentran muy condensados y son transcripcionalmente activos.
En la interfase, están mucho menos condensados y son activos dirigiendo continuamente la síntesis de RNA.
Cada molécula de ADN que forma un cromosoma ha de contener un centromero, dos telómeros y varios orígenes de replicación.
Para que una molécula de ADN forma un cromisoma funcional ha de ser capaz de dirigir la sintesis de ARN y de propagarse, transmitiendose eficasmente de una generación a otra.
Necesitan un origen de replicación, centrómero que une la molécula de ADN que lo contiene al huso mitótico durante la divición celular telómero eciste uno de ellos encada extremo del cromosoma lineal.
3 . 2 . 1 . 1 HISTONAS
Las histonas son proteínas globulares, de baja masa molecular, muy conservadas evolutivamente entre los eucariotas y en algunos procariotas. Forman la cromatina junto con el ADN, sobre la base de unas unidades conocidas como nucleosomas. La cromatina resuelve el problema de restricción de crecimiento de ADN y nucleo, la cromatina esta formada por DNA y proteinas, la principal proteína formadora son las HISTONAS
Las proteínas celulares más frecuentes son las proteínas histonas, siendo que cada célula eucariótica presenta varios cientos de millones de moléculas de histonas, mientras que las demás proteínas no alcanzan unos cientos (como mucho, a miles). Son proteínas de masa molecular baja, aproximadamente 11-12 Kd y exhiben un alto contenido, cerca de 20%, de lisina y arginina (aminoácidos básicos). Con las cargas positivas de las cadenas laterales de estos restos, las histonas (que son extremadamente básicas) se unen a los grupos fosfato del ADN (cargados negativamente); para ello no es relevante la secuencia de bases dentro del ADN. A menudo, las histonas son modificadas por metilaciones, acetilaciones, fosforilaciones o ADP-ribosilaciones
–Metilaciones: Determinan cambios permanentes en la cromatina. Están destinadas al mantenimiento de un tipo determinado de expresión génica (Enzimas encargadas: HMTasas)
–Acetilaciones: en las colas de las histonas a nivel de lisina y arginina: modifican la cromatina determinando que pueda transcribir (Enzimas encargadas: HAT)
–Desacetilaciones: determinan la compactación de la cromatina, silencia la actividad transcripcional (Enzimas encargadas: HDAC)
En los seres humanos hay cinco tipos principales: la histona H1 y las histonas H2A, H2B, H3 y H4. Estas últimas se denominan también histonas nucleosomales y forman un octámero con dos histonas de cada; alrededor de este núcleo se enrolla dos veces un hilo de ADN. Este complejo ADN-histona recibe el nombre de nucleosoma y constituye el componente primario del cromosoma. [2]
El ADN gira unos 147 pares de bases alrededor del núcleo de la histona y a continuación se desplaza unos 20-70 bp en un giro hacia la izquierda hasta alcanzar el siguiente nucleosoma. La pieza intermedia, también denominada ADN de conexión está “desnuda”, es decir, no está equipada con histonas. La histonas H1 se coloca como pieza de cierre en cada nucleosoma y al mismo tiempo toma contacto con las agrupaciones vecinas. De esto modo, las proteínas H1 van “grapando” los nucleosomas para formar un hilo denso: la fibra de cromatina.–Acetilaciones: en las colas de las histonas a nivel de lisina y arginina: modifican la cromatina determinando que pueda transcribir (Enzimas encargadas: HAT)
–Desacetilaciones: determinan la compactación de la cromatina, silencia la actividad transcripcional (Enzimas encargadas: HDAC)
En los seres humanos hay cinco tipos principales: la histona H1 y las histonas H2A, H2B, H3 y H4. Estas últimas se denominan también histonas nucleosomales y forman un octámero con dos histonas de cada; alrededor de este núcleo se enrolla dos veces un hilo de ADN. Este complejo ADN-histona recibe el nombre de nucleosoma y constituye el componente primario del cromosoma. [2]
Los bacteriófagos (también llamados fagos -son virus que infectan exclusivamente a bacterias.
Al igual que los virus que infectan células eucariotas, los fagos están constituidos por una cubierta proteica o cápside en cuyo interior está contenido su material genético, que puede ser ADN o ARN de simple o doble cadena, circular o lineal (en el 95% de los fagos conocidos es ADN de doble cadena), de 5.000 a 500.000 pares de bases. El tamaño de los fagos oscila entre 20 y 200 nm aproximadamente.
Los fagos son ubicuos y pueden ser encontrados en diversas poblaciones de bacterias, tanto en el suelo como en la flora intestinal de los animales. Uno de los ambientes más poblados por fagos y otros virus es el agua de mar, donde se estima que puede haber en torno a 109 partículas virales por mililitro, pudiendo estar infectadas por fagos el 70% de las bacterias marinas.
.
3.2.1.2 SOLENOIDES
Cadena de nucleosomas enrollada helicoidalmente; cada vuelta del solenoide contiene seis nucleosomas (ADN histonas); la estructura se estabiliza con histonas H1.
Los solenoides se enrollan formando la cromatina del núcleo interfásico de la célula eucariota. Cuando la célula entra en división, el ADN se compacta más, formando los
cromosomas.
3 . 2 . 1 . 3 CROMOSOMA
Son segmentos largos de ADN que se encuentran en el centro (núcleo) de las células. El ADN es el material que contiene los genes y es considerado el pilar fundamental del cuerpo humano.
Dos de los cromosomas, el X y el Y, determinan si uno nace como niño o como niña (sexo) y se denominan cromosomas sexuales.
- Las mujeres tienen 2 cromosomas X.
- Los hombres tienen un cromosoma X y uno Y.
Los cromosomas restantes se denominan cromosomas autosómicos y se conocen como pares de cromosomas del 1 al 22.
3 . 2 . 2 COMPLEGIDAD GENOMICA
Complejidad del genoma humano no radica ya en el número de genes, sino en cómo parte de estos genes se usan para construir diferentes productos en un proceso que es llamado ayuste alternativo (alternative splicing). Otra importante razón de esta complejidad radica en el hecho de que existan miles de modificaciones químicas parafabricar proteínas así como del repertorio de mecanismos que regulan este proceso.
3 . 2 . 3 ADN MITOCONDRIAL
El ADN está presente dentro del núcleo de cada célula de nuestro cuerpo. Pero es el ADN de las mitocondrias de la célula el que ha sido usado más comúnmente para construir árboles evolutivos.
El ADN mitcondrial muestra tazas de mutación altas.
- Las mitocondrias tienen su propio genoma de alrededor de 16,500 bases, el cual existe fuera del núcleo de las células. Cada genoma contiene 13 genes que codifican proteínas, 22 tARN y 2 rARN.
- Grandes cantidades de mitocondrias están presentes en cada célula, lo cual requiere un menor número de muestras.
- Tienen una tasa de substitución (mutaciones donde un nucleótido es reemplazado por otro) más alta que el ADN nuclear, lo cual hace más fácil la resolución de diferencias entre individuos cercanamente emparentados.
- Ellas se heredan solo de la madre, lo cual permite trazar líneas genéticas directas.
- Ellas no se recombinan. El proceso de recombinación en el ADN nuclear (con la excepción del cromosoma Y) mezcla secciones de ADN de la madre y del padre, creando así una historia genética mezclada e ilegible.
3.3 ORGANIZACIÓN GENOMICA VIRAL
• Los virus son parásitos intracelulares obligados.
• Su estructura incluye un ácido nucleico viral (genoma viral) (DNA o RNA pero nunca ambos) ubicado dentro de una cápside proteica.
• Utilizan la maquinaria celular del huésped (transcripcional y traduccional) para su propia replicación.
• El genoma viral codifica toda la información para la replicación viral.
Genoma Viral
- El genoma viral es una molécula de ácido nucleico, DNA o RNA, intacta o segmentada, circular o lineal que funciona como el material genético del virus
Codifica para la síntesis de todos los componentes virales y las enzimas necesarias para la replicación viral. Esta información la almacena en SEIS tipos diferentes de ACIDO NUCLEICO, clasificación basada en la forma en que su ácido nucleico forma el RNAm viral.
•
bacteriófagos atemperados, etc.)
No hay comentarios:
Publicar un comentario