BIOLOGÍA (08)

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BIOLOGÍA (08)
CBC
Tomados en el 2º cuatrimestre del año 2004.
Profesora: Susana Hernández
Cátedra: Nasazzi
Comisión: 10801
Lunes y jueves de 14 a 17 horas.
Sede Montes de Oca 1200
4º piso, aula 42
Ciudad Autónoma de Buenos Aires
República Argentina
Apuntes tomados como oyente.
ADVERTENCIA: Este material no ha sido producido por los docentes de la Cátedra.
Este material ha sido producido por un oyente, por iniciativa propia y de modo
independiente. Es una reconstrucción de los apuntes tomados como oyente. Cualquier
error, ya sea conceptual, terminológico o de otra índole, no le compete a los docentes de
la Cátedra.
Clase 1
Jueves 19/08/2004
En principio usaremos la guía de actividades (guía de estudios) de Biología celular, de
la materia Biología 08 de la cátedra Nasazzi.
Si bien para aprobar los exámenes (parciales y final) alcanza con estudiar lo que se
vemos en clase, hay material teórico que puede servir de apoyo.
Están los cuadernillos teóricos de Biología del CBC, con el título "Biología e
introducción a la biología celular", teniendo en cuenta que son para Biología 54
(Medicina). Los que se pueden utilizar son los cuadernos 1, 3a, 3b, 4, 5, 6, 9, 10, 11, 12
y 13.
Los libros que se pueden usar de consulta son:
Curtis "Biología"
De Robertis "Fundamentos de Biología celular y molecular"
Otros textos que secundariamente también sirven:
Alberts "Biología molecular de la célula" (cell)
Lodish "Biología celular y molecular"
Karp "Biología celular"
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Características de los seres vivos
Respiración, célula, homeostasis, autorregulación, adaptación, información genética,
organización, nace muere y se reproduce, movimiento, alimentación.
Energía es capacidad de trabajo. El individuo toma materia del ambiente y libera
materia al ambiente. Hay intercambio de energía y de materia.
El ser vivo es un sistema abierto, que intercambia energía y materia con su ambiente.
Un sistema puede ser aislado, cerrado o abierto. Un sistema aislado no intercambia cosa
alguna, no hay intercambio. Un sistema cerrado intercambia solamente energía, no
intercambia materia. El sistema abierto intercambia energía y materia.
Los seres vivos son solamente sistemas abiertos.
Toma, transforma y devuelve, es decir, hay transformación de energía. Toma alimento,
lo degrada y construye su propia materia. El alimento es fuente de energía en forma de
moléculas. En la respiración celular, se degradan, se rompen los nutrientes, para obtener
energía.
Degrada pero produce sus propias moléculas. Se transforma energía. Se sintetizan, se
fabrican productos, moléculas. Todo esto es el metabolismo celular. Todo este proceso
ocurre en la célula. Algunos procesos degradan (catabolismo) y otros sintetizan
(anabolismo).
Para todo esto se requiere organización. Por lo menos la organización que se encuentra
en una célula. Es decir, por lo menos se requiere de la célula.
Los organismos responden a estímulos, poseen irritabilidad. El metabolismo permite el
crecimiento y desarrollo (modificaciones del organismo). Existe la reproducción,
generando un nuevo individuo con características similares.
Hay información genética con la que se transmiten las características a la descendencia.
Hay regulación, autorregulación. El organismo regula lo que debe hacer en cada
momento. Tiene capacidad de regular los procesos (coherencia). La regulación en
organismos complejos como nosotros está mediada por el sistema nervioso y el sistema
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endocrino. La regulación consigue la homeostasis, consigue el mantenimiento del medio
interno con respecto al medio externo. El medio interno son todos los compartimentos
internos. La homeostasis permite constancia, a modo de ejemplo en la temperatura.
Permite la adaptación. Los seres vivos tienen la capacidad de cambiar frente a los
cambios ambientales (adaptación). La autorregulación permite la homeostasis. La
homeostasis no consigue un equilibrio, permite constancia pero no equilibrio. El
equilibrio con el entorno es estar muerto. Se busca estar lejos del equilibrio.
Equilibrio químico es que A es constante y B también es constante. Flujo estacionario
es cuando el ingreso se iguala con el egreso de elementos en el organismo. Es un
sistema abierto.
La vida se originó una sola vez.
Los seres vivos tienen ATP (adenosín trifosfato). Todos sintetizan proteínas utilizando
el código genético. Todos utilizan como intermediario al ARN. Todos tienen una
historia evolutiva común, un antecesor.
La mutación es la fuente de variabilidad. La reproducción sexual también.
Células
La organización fundamental es la célula. ¿De qué estamos hechos? Lo que nos
distingue es cómo el material está organizado. La materia se organiza en células. Los
niveles de organización de la materia son los siguientes:
Partículas subatómicas  átomos  moléculas  agregado molecular  célula 
tejido  órgano  sistema de órganos  individuo complejo  población 
comunidad  ecosistema  biosfera
En el nivel subcelular:
Tenemos las partículas subatómicas como protones, neutrones, electrones. En el nivel
atómico tenemos a modo de ejemplo el oxígeno (O), el nitrógeno (N), el carbono (C), el
hidrógeno (H), etcétera. A nivel molecular tenemos a modo de ejemplo el agua (H2O),
el dióxido de carbono (CO2), etcétera. En el agregado molecular tenemos a modo de
ejemplo las uniones débiles de los compuestos de la membrana plasmática.
En el nivel de célula podemos tener desde una bacteria hasta una neurona. En el nivel de
tejido podemos tener el epitelial. Sistema de órganos podemos tener el sistema o aparato
digestivo o el nervioso. Individuos complejos tenemos a modo de ejemplo los humanos.
Población es el conjunto de individuos de la misma especie, comparten el espacio y
tiempo. Comunidad es el conjunto de todas las poblaciones de un espacio y tiempo.
Ecosistema es el total de la comunidad más el entorno. Todos los ecosistemas forman la
biosfera.
La complejidad de cada nivel es creciente. Cada nivel tiene propiedades nuevas. Hay
propiedades emergentes con el nivel de organización. Con la complejidad aparece,
aumenta la diversidad.
Nivel atómico
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A nivel atómico tenemos los protones (P+) los electrones (e-) y los neutrones (N).
Protones y neutrones forman el núcleo atómico. Los electrones se mueven en las zonas
permitidas, llamadas orbitales. Los orbitales se distribuyen en niveles, se distribuyen en
distancias al núcleo. Cuanto más cercano al núcleo la energía del nivel es menor
(energía potencial). Los electrones se distribuyen hacia el nivel de menor energía.
Siempre se busca el estado de menor energía. Esto se puede revertir aplicando energía.
Lo espontáneo va al menor nivel de energía posible. Cuando se baja de nivel, se libera
energía. Es decir que los procesos espontáneos liberan energía.
Clase 2
Lunes 23/08/2004
Los átomos se distinguen por el número atómico, es decir por el número de protones
(P+). El átomo es eléctricamente neutro. Protones (P+) y electrones (e-) se presentan en
igual cantidad.
En la tabla periódica, los átomos se ordenan según su número atómico. El número de
protones (P+) identifica al átomo. El número de neutrones (N) puede variar y, a estas
variaciones se las llama isótopos.
El número másico (A) es el número de protones (P+) sumado al número de neutrones
(N).
Los isótopos difieren en cantidad de neutrones (N) y por lo tanto el número másico
cambia.
Las propiedades químicas del átomo dependen de los electrones (e-).
La mayoría de los átomos no están libres sino que se unen formando moléculas. Los
gases nobles suelen estar como átomos sueltos.
Los electrones (e-) se mueven en ciertas zonas del espacio (orbitales). Los orbitales
difieren en su distancia al núcleo. Los electrones (e-) tratan de ubicarse en el nivel de
menor energía, en orbitales cercanos al núcleo. Cada nivel tiene una capacidad máxima
para alojar electrones (e-). Los gases nobles tienen sus orbitales más cercanos al núcleo
completos.
Cada orbital soporta distinta cantidad de electrones (e-).
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El primer nivel, el más cercano al núcleo, soporta hasta 2 electrones. El nivel 2, soporta
hasta 8 electrones. El tercer nivel también soporta hasta 8 electrones.
Cuando los electrones no completan los niveles más alejados del núcleo entonces
tienden a unirse. Los átomos se unen mediante uniones químicas. Los átomos se
combinan buscando el octeto.
A modo de ejemplo, el flúor (F) tiene 9 protones y 9 electrones. De esos electrones, 2
están en el primer nivel, y 7 están en el segundo nivel. En este caso el segundo nivel es
el más alejado del núcleo, y como el segundo nivel soporta hasta 8 electrones y el flúor
tiene solamente 7 electrones en el segundo nivel, entonces le falta un electrón para
llegar a 8 electrones en el segundo nivel. Si el flúor obtiene un electrón se transforma en
flúor con carga negativa (F-), se transforma en un anión. ¿Por qué tiene carga negativa?
Porque si gana un electrón, tiene 9 cargas positivas de los protones y 10 cargas
negativas de los electrones. Es decir que tiene más cargas negativas que positivas, por lo
que ya no es eléctricamente neutro.
Cuando un átomo en su último nivel incompleto tiene pocos electrones, es más fácil que
dichos electrones se desprendan del átomo. Si un átomo pierde electrones se transforma
en un catión.
A modo de ejemplo, el sodio (Na) tiene 11 protones y 11 electrones. De dichos 1
electrones, 2 están en el primer nivel, 8 en el segundo y uno más en el tercer nivel. El
tercer nivel es el más alejado del núcleo y para completarlo, le harían falta 7 electrones,
porque el tercer nivel soporta hasta 8 electrones. Por lo tanto, para el sodio (Na) es más
fácil perder el electrón solitario que tiene en el tercer nivel, y de dicho modo se queda
con 10 electrones y con el primer y segundo nivel completos. Al perder un electrón,
ahora el sodio (Na) tiene 11 protones, es decir 11 cargas positivas; pero solamente 10
electrones, es decir solamente 10 cargas negativas. Por lo tanto el sodio (Na) ahora no
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es eléctricamente neutro, sino que pasó a ser un catión, tiene carga positiva,
transformándose de (Na) en (Na+).
Dos átomos se transfieren electrones formando iones, uno positivo y uno negativo. Los
dos iones de carga opuesta se unen por fuerza electrostática y se llama unión iónica.
A modo de ejemplo, el flúor (F) y el sodio (Na). El flúor (F) toma electrones y el sodio
(Na) cede electrones. También sucede entre el Cloro (Cl) y el sodio (Na).
Para que la unión se realice se necesita que un átomo necesite electrones y que otro
átomo ceda electrones. La tendencia a tomar electrones en una unión química se llama
electronegatividad. Un átomo debe ser muy electronegativo y el otro átomo debe ser
poco electronegativo.
El flúor (F) es el caso muy electronegativo y el sodio (Na) es el caso poco
electronegativo. Son más electronegativos los átomos que con pocos electrones
completan su último nivel orbital. Se forman uniones iónicas.
La otra técnica para estabilizar es compartir electrones. A modo de ejemplo, el cloro
(Cl) se puede unir a otro cloro (Cl). Se llama unión covalente simple y se simboliza
con una raya entre ellos ClCl. En el caso del oxígeno (O) a modo de ejemplo, se puede
unir con otro oxígeno (O) mediante 2 uniones o enlaces, formando una unión covalente
doble OO. Puede haber uniones covalentes triples, como en el caso del carbono (C)
que se une con otro carbono (C) y resulta de ello CC.
El oxígeno (O) tiene 8 protones y 8 electrones. El hidrógeno (H) tiene 1 protón y 1
electrón. En el caso del H2O tenemos un oxígeno (O) que tiene 6 electrones en su último
nivel y que puede unirse con 2 hidrógenos (H), compartiendo un par de electrones con
cada hidrógeno (H). Son 2 uniones covalentes simples.
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En el caso del H2O el oxígeno (O) es más electronegativo que el hidrógeno (H). En
general, el oxígeno es más electronegativo que los átomos con los que interactúa. Los
electrones compartidos en este caso están más tiempo con el oxígeno (O), porque tiene
mayor electronegatividad, es decir, mayor tendencia a tomar electrones. Esto provoca
una distribución asimétrica de cargas en la molécula H2O. La zona de densidad negativa
se llama delta menos (-) y la zona de densidad positiva es delta más (+).
Es una unión covalente polar.
En el caso del O2 que se figura O=O tenemos una unión covalente pura o unión
covalente no polar, tiene distribución simétrica de cargas.
La molécula de agua H2O es angular.
El agua H2O es un dipolo. Tiene polo negativo con el oxígeno (O) y polo positivo con
los hidrógenos (H).
Una molécula polar tiene polos. En general una molécula polar tiene uniones polares,
aunque no siempre. Mediante CHON podemos resumir al carbono (C), hidrógeno (H),
oxígeno (O) y nitrógeno (N), que son átomos muy importantes para el mundo biológico,
para el mundo orgánico, para la vida.
-
OH + es una unión covalente polar
OC + es una unión covalente polar
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-
NH + es una unión covalente polar
NC + es una unión covalente polar
Las uniones covalentes puras requieren iguales electronegatividades. A modo de
ejemplo CC. Carbono con hidrógeno CH es covalente pura. Los hidrocarburos son
moléculas no polares (uniones de C con H).
Esto es un hidrocarburo sin regiones polares, con uniones covalentes simples puras:
En cambio en la siguiente molécula sí hay regiones polares entre el oxígeno (O) y sus
uniones:
Los esqueletos hidrocarbonados son esqueletos de carbono (C) e hidrógeno (H). Es no
polar y luego se le unen otros átomos.
Uniones intermoleculares
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Los puentes de hidrógeno se producen con facilidad; pero también se rompen con
facilidad.
A modo de ejemplo, al calentar agua las moléculas se separan, se rompen los puentes de
hidrógeno. La unión covalente es más fuerte que el puente de hidrógeno. Al mezclar
agua y azúcar se forma una solución, un sistema homogéneo.
Veamos el ejemplo siguiente con distribución asimétrica de agua:
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No es lo mismo cualquier hidrógeno (H) para formar puentes de hidrógeno, porque no
todos los hidrógenos (H) están unidos a oxígeno (O).
En el agua las moléculas como los glúcidos, al disolverse forman una solución
molecular. Sus grupos polares establecen puentes de hidrógeno con el agua, quedando la
molécula intacta.
En el caso del cristal de sal gruesa (NaCl) como ejemplo, es distinto. La unión iónica en
un cristal es muy fuerte. La unión iónica en agua se debilita mucho y el agua separa los
átomos. La unión iónica en nuestro contexto es débil. El sodio (Na) queda por un lado y
el cloro (Cl) queda por otro lado, porque el agua tira de ellos y los separa.
NaCl  Na+ + ClEl esquema sería algo como lo siguiente:
El NaCl se disoció o ionizó al separarse. Se forma una solución iónica. La sal se ioniza
pero el azúcar no lo hace.
Solución
Molecular (agua y azúcar)
Iónica (agua y sal)
Los iones son los que conducen la electricidad en una solución. El agua pura H2O no
transmite la electricidad.
En este caso:
No puede interactuar con el agua porque no hay polaridad. Es decir, no hay regiones
cargadas + y Se forman interacciones hidrofóbicas cuando el agua no se une con lo no polar. El
agua rechaza a lo no polar. Debe haber sustancias polares y no polares para que existan
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interacciones hidrofóbicas. Las fuerzas de Van der Waals son fuerzas inespecíficas
que unen átomos. No hace falta que sean polares y no polares. Hace falta que estén muy
cerca y dura solamente un instante. Es muy débil, más débil que el puente de hidrógeno.
Se vuelven importantes cuando no hay otra cosa. Cuenta cuando hay moléculas no
polares.
A modo de ejemplo, primero el agua rechaza el aceite (interacciones hidrofóbicas) por
lo que el aceite se acerca entre sí y aparecen las fuerzas de Van der Waals. Las
interacciones débiles son importantes para los procesos biológicos. A modo de ejemplo,
las uniones entre moléculas se forman por uniones covalentes; las uniones entre
moléculas son más débiles.
Un compuesto con una parte polar y una parte no polar bien diferenciadas se llama
anfipático.
La cabeza polar puede quedar bajo agua pero la cola no polar queda fuera del agua.
Esta característica determina que se forman monocapas (como la nata de la leche).
También se forman miscelas, que son pelotitas con las colas hidrofóbicas dentro.
Las interacciones hidrofóbicas forman la miscela. Dentro de las miscelas hay fuerzas de
Van der Waals. La unión entre cabezas polares en la miscela son mediante puentes de
hidrógeno.
Se pueden formar bicapas, que se autosellan con un medio acuoso interno y externo.
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Así se forma la membrana celular.
Clase 3
Jueves 26/08/2004
Para formar parte de la membrana (plasmática), las moléculas deben ser anfipáticas,
esto es, deben tener partes polares y no polares. Estamos hablando del nivel subcelular o
agregados moleculares. Deben ser uniones débiles para formar agregados
moleculares. Si varias moléculas (monómeros) se unen covalentemente se obtiene una
molécula más grande (polímero). No se obtiene un agregado molecular.
El agua H2O es el principal solvente. Las uniones de Van der Waals son más fáciles de
separar que los puentes de hidrógeno. El agua tiene alta capacidad calorífica. Puede
absorber calor sin aumentar mucho su temperatura. Parte de la energía entregada en
forma de calor al agua, se ocupa en romper los puentes de hidrógeno que mantienen
unidas a las moléculas H2O. El agua permite mantener la temperatura constante del
cuerpo. El agua absorbe el calor y se evapora, por lo que evita el aumento de
temperatura del cuerpo. Gracias a los puentes de hidrógeno, se disuelven las sustancias
polares. El oxígeno O2 es muy poco soluble en agua. Al viajar en la sangre lo hace
siendo transportado en el interior de los glóbulos rojos (eritrocitos), en la hemoglobina,
que lo transporta desde los pulmones hasta los tejidos donde lo libera.
Acá tenemos una unión covalente doble polar en el dióxido de carbono (CO2):
Es una molécula lineal. Al ser lineal la diferencia de cargas se anula. Es decir que la
molécula es no polar, a pesar de que las uniones entre sus oxígenos y el carbono sí son
polares. La hemoglobina al regresar también transporta el CO2 desde los tejidos hasta
los pulmones donde lo libera.
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Las colas (no polares) de los fosfolípidos son las barreras de la membrana. Las colas no
polares de los fosfolípidos son ácidos grasos. Los azúcares, todo lo polar, no puede
pasar la bicapa de la membrana. Lo no polar sí puede pasar.
Moléculas orgánicas
Toda molécula orgánica tiene carbono. El carbono forma hasta 4 enlaces covalentes.
El nitrógeno forma 3, el oxígeno forma 2 y el hidrógeno forma 1. El esqueleto
hidrocarbonado tiene carbono e hidrógeno. Se tiene un esqueleto de carbono e
hidrógeno al que se le agrega un grupo funcional. El grupo funcional caracteriza a la
molécula y le otorga polaridad. Los grupos funcionales le dan reactividad química a la
molécula. Le permite participar en reacciones químicas.
Grupos funcionales
Grupo oxhidrilo o hidroxilo:
Caracteriza a los alcoholes. Es polar sin carga neta.
Grupo carbonilo:
Caracteriza al aldehído si tiene el carbonilo en la punta.
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Caracteriza a la cetona si tiene el grupo funcional en otro lugar que no sea la punta de
arriba.
Los aldehídos y cetonas reaccionan muy parecido.
Grupo carboxilo:
Caracteriza a los ácidos. Siempre está en la punta. El carboxilo en nuestro cuerpo es un
ion con carga neta negativa, porque pierde el protón del hidrógeno (entrega protones).
Se forman enlaces iónicos.
Grupo amino:
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Caracteriza a las aminas. Toma protones y por lo tanto tiene carga neta positiva.
Forman uniones iónicas.
Grupo sulfhidrilo:
Caracteriza a los tiol. Es polar sin carga neta.
Cuando hay grupos funcionales en general se nombran con el carboxilo al final.
Hay grupos funcionales derivados. Se puede hacer reaccionar 2 grupos funcionales para
formar otro nuevo (perdiendo una molécula de H2O en el proceso). Son los grupos
funcionales derivados.
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Alcohol + alcohol
Alcohol + ácido
Amino + ácido
Ácido + ácido
Aldehído + alcohol
Tiol + ácido
Éter
Éster
Amida
Anhídrido de ácido
Hemiacetal
Tioéster
A modo de ejemplo, si unimos 2 alcoholes obtendremos éter con pérdida de una
molécula de H2O. Se denomina condensar al proceso.
El éter que se obtuvo se caracteriza por el COC (es una unión covalente fuerte).
Veamos algunos porque estos grupos son muy importantes:
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La reacción inversa de la condensación es la hidrólisis. Para la hidrólisis, en lugar de
extraer una molécula de H2O, se introduce una molécula de H2O.
Biomoléculas
Hidratos de carbono o glúcidos
Lípidos
Biomoléculas
Aminoácidos y proteínas
Nucleótidos y ácidos nucleicos
Glúcidos o hidratos de carbono
Los grupos funcionales de los hidratos de carbono son:
Polihidroxialdehídos
Polihidroxicetonas
Tienen más de un grupo hidroxilo (alcohol) y tienen un aldehído o una cetona.
Hay glúcidos simples y complejos. Los simples son los monosacáridos. Los
complejos son varios monosacáridos unidos, y pueden ser oligosacáridos o
polisacáridos. Los oligosacáridos tienen pocos monosacáridos, a modo de ejemplo 15.
Un polisacárido puede tener 100 monosacáridos.
Si clasificamos a los monosacáridos por la cantidad de carbonos que tienen (de 3 a 7
carbonos), obtenemos lo siguiente:
Triosa
Tetrosa
Pentosa
Hexosa
Heptosa
3 carbonos
4 carbonos
5 carbonos
6 carbonos
7 carbonos
Es una aldosa si tiene aldehído. Es una cetosa si tiene cetona. A modo de ejemplo, la
glucosa (C6H12O6) es el más importante y se trata de una aldohexosa.
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La glucosa (C6H12O6) se disuelve perfectamente en el agua porque es polar. Ejemplos
de monosacáridos: fructosa, galactosa, ribosa, desoxirribosa.
La función de la glucosa es la de ser combustible energético. La glucosa se oxida, se
rompe y libera energía. La glucosa es polar y no atraviesa con facilidad la membrana
celular. Los otros monosacáridos se pueden transformar en glucosa. Si la glucemia está
baja entonces no hay energía suficiente. En el cerebro la glucosa es vital. La ribosa y la
desoxirribosa se utilizan en los ácidos nucleicos.
El oligosacárido se forma cuando se une covalentemente un monosacárido con otro
monosacárido. Se llama a unión glucosídica. Un disacárido es un oligosacárido de 2
monosacáridos. La sacarosa (el azúcar común) es un disacárido, formado por el
monosacárido glucosa y el monosacárido fructosa. La lactosa es un disacárido que está
en la leche y está formado por el monosacárido glucosa y el monosacárido galactosa. La
maltosa es un disacárido formado por 2 glucosas.
En la digestión, la unión glucosídica se rompe para liberar a los monosacáridos. Aportan
el combustible para obtener energía. Otros oligosacáridos no están sueltos sino que
están unidos a lípidos formando glicolípidos, o están unidos a proteínas formando
glicoproteínas.
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hay una gran variedad de oligosacáridos. Según de qué oligosacárido se trate, puede
tener la función de dar información, o puede tener la función de recibir información.
Muchos oligosacáridos están en la membrana celular, recibiendo o enviando señales.
Polisacáridos hay lineales y ramificados. Glucógeno (carne) y el almidón (harinas) son
ejemplos. Son polisacáridos formados por glucosa. Ambos son ramificados. Tienen la
función de ser reserva de energía. El glucógeno es reserva de energía en animales (en
el hígado y el músculo). El almidón es reserva de energía en los vegetales.
¿Cuál es la diferencia entre reserva de energía y combustible? La reserva se guarda y el
combustible se usa. La glucosa que sobra se reserva como glucógeno en animales. El
glucógeno del hígado es para romper (degradar) cuando dormimos, para mantener la
glucemia, la concentración de glucosa en la sangre. El músculo guarda para sí mismo el
glucógeno, como reserva para casos de ejercicio intenso. El almidón es reserva pero en
las plantas. Otro polisacárido es la celulosa, armada de glucosas unas al lado de las
otras; es lineal, sin ramas. La planta utiliza la celulosa para su pared celular (compuesta
justamente de celulosa). Otorga resistencia y sostén. Las células animales no tienen
pared celular. El almidón se rompe (degrada) en los animales; pero a la celulosa no la
podemos digerir. La celulosa no sirve como fuente de energía.
Hay un polisacárido llamado GAG. Son polímeros de monosacáridos, es lineal. No es
de glucosa sino de otros monosacáridos con cargas negativas. Atrae al agua. Funciona
como protector y lubricante porque es muy viscoso. Fundamentalmente está fuera de la
célula (es extracelular), en el espacio intercelular. En la piel hay mucho y también en las
articulaciones, en los cartílagos. También hay en el mucus.
Clase 4
Lunes 30/08/2004
Lípidos
No hay grupos funcionales comunes a todos los lípidos. No hay monómeros y
polímeros en los lípidos. Los lípidos se caracterizan por no ser solubles en agua. Los
lípidos no se disuelven, no se mezclan con agua. Los lípidos pueden ser anfipáticos.
Forman miscelas o bicapas.
Los triacilglicéridos (triglicéridos) son las grasas animales y aceites vegetales. Los
triacilglicéridos son ésteres de glicerol (glicerina) y 3 ácidos grasos.
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El glicerol es un alcohol, un polialcohol, y tiene 3 grupos oxhidrilos. El glicerol es polar
y viaja por la sangre. Es soluble en H2O. El ácido graso tiene un grupo carboxilo (polar)
y una cola no polar. La mayoría de los ácidos grasos tienen número par de carbonos. El
ácido graso es anfipático. No es bueno que los ácidos grasos viajen solos, sueltos, por el
organismo, porque desorganizan las membranas celulares. Los ácidos grasos sirven de
combustible energético. Se puede oxidar para liberar energía. El triacilglicérido es la
forma de almacenar energía.
Para formar un triacilglicérido hay que hacer reaccionar el éster, con 1 glicerol y 3
ácidos grasos. Recordemos que el éster es la unión de un alcohol con un ácido,
liberando una molécula de H2O.
Representación de la formación de un triglicérido, uniendo 1 glicerol con 3 ácidos
grasos:
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El triglicérido es completamente insoluble. Los triglicéridos no se mezclan con el agua,
porque tridimensionalmente los triglicéridos están envueltos por los ácidos grasos. Para
degradar el triglicérido, hay que hidrolizarlo por los ésteres. Se oxida para dar energía.
Se reserva en las células adiposas.
El aceite es lo mismo pero en los vegetales. A la planta le sirve de reserva y está en las
semillas. El almidón es reserva de glúcidos en las plantas. Los triglicéridos tampoco
pueden circular libremente por el organismo.
Otro grupo de lípidos
Los fosfolípidos son ésteres de glicerol, 2 ácidos grasos, 1 ácido fosfórico y 1 alcohol
pequeño.
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Es igual que un triacilglicérido, con ácidos grasos en la posición 1 y 2, pero en la tercera
posición, en lugar de haber un ácido graso, hay un ácido fosfórico con un alcohol
pequeño.
Es una cabeza polar con 2 colas no polares.
Un ejemplo lo tenemos con la fosfatidilcolina. Lo que cambia en los fosfolípidos es el
alcohol pequeño. El producto de la hidrólisis de la fosfatidilcolina da un alcohol
pequeño (colina), 2 ácidos grasos, 1 glicerol y 1 ácido fosfórico.
En la membrana existen también glicolípidos. Tienen cabeza polar y 2 colas; pero la
cabeza es un glúcido (puede ser un monosacárido o un oligosacárido). En la membrana,
si hay glicolípidos, siempre están en la parte externa, del lado de fuera de la bicapa. El
glicolípido forma parte de la membrana.
Esteroides
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Los esteroides son bien diferentes de los otros lípidos. El más importante es el
colesterol. Todos los esteroides tienen la siguiente estructura:
La estructura de arriba se llama ciclopentanoperhidrofenantreno. Cada punta tiene un
carbono. El colesterol en particular es así:
El colesterol es anfipático. Tiene una parte polar chiquita y una parte no polar. El
colesterol puede meterse en la membrana, es componente de las membranas biológicas.
Fosfolípidos, glicolípidos y esteroides (colesterol) forman parte de la membrana. El
colesterol tiene otras funciones, porque sirve para producir otros compuestos, como las
hormonas esteroides. Las hormonas regulan procesos en el organismo, son
reguladores. Las hormonas son mensajeros químicos. Todas las hormonas esteroides se
fabrican a partir del colesterol. Están las hormonas sexuales (andrógenos y estrógenos).
Otras hormonas esteroides son las de la corteza suprarrenal (corticoides como el
cortisol). Otro corticoide es la aldosterona. Con el colesterol también se fabrica vitamina
D. Las sales biliares también son un esteroide derivado del colesterol (ayuda a digerir
los lípidos).
Lo que es perjudicial es el exceso de colesterol; pero un poco de colesterol hace falta en
todas las células. El colesterol es insoluble y debe ser transportado. Lo que se llama
colesterol malo, es una lipoproteína que se denomina LDL que transporta el colesterol
hacia todas las células. Cuando se ingiere mucho colesterol se genera mucha LDL y el
resultado es que se pueden tapar los vasos sanguíneos. El llamado colesterol bueno, es
otra lipoproteína denominada HDL, cuya función es recolectar el colesterol sobrante y
transportarlo al hígado para que sea degradado y excretado. Lo perjudicial o peligroso
en el organismo es que esté circulando más LDL que HDL.
Proteínas
Las proteínas son polímeros de aminoácidos (uniones covalentes fuertes llamadas
peptídicas).
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Las proteínas son lineales.
Las proteínas no tienen ramas. Un aminoácido tiene un grupo ácido (carboxilo), un
grupo amino, un hidrógeno y un resto R, todo unido a un carbono central.
En los enlaces peptídicos, es decir en el enlace entre un aminoácido y otro, la unión se
realiza entre el ácido de uno y el amino del siguiente. Cuando se une el amino con el
ácido (carboxilo) se libera 1 molécula de H2O (el carboxilo primero pierde el protón).
Se llama amida a la unión peptídica, porque condensa un ácido con un amino.
Hay 20 aminoácidos distintos que pueden formar las proteínas.
25
Aminoácido metionina
En el resto R puede haber un grupo no polar, a modo de ejemplo CH3. Puede haber un
grupo polar sin carga neta, a modo de ejemplo un oxhidrilo OH o un sulfhidrilo SH.
Puede haber un grupo polar con carga neta positiva, a modo de ejemplo un grupo
amino NH2 que queda NH3+ y se llaman aminoácidos básicos. Puede haber un grupo
polar con carga neta negativa, a modo de ejemplo un grupo carboxilo OCOH que
pierde el protón quedando OCO- con un H+ suelto.
El comportamiento del aminoácido depende del grupo R, es decir del resto. Una
proteína se distingue por sus aminoácidos.
La estructura primaria de una proteína es la secuencia ordenada de aminoácidos que
tiene dicha proteína. Las proteínas tienen una gran diversidad estructural. La estructura
secundaria de una proteína es la forma en la que se organiza espacialmente, la cadena de
aminoácidos (la cadena primaria). Hay 2 modelos de estructura secundaria.
Una de ellas es la alfa hélice, es decir  hélice.
La hélice se estabiliza por puentes de hidrógeno entre los aminoácidos. Esos puentes de
hidrógeno sostienen la hélice. Los puentes de hidrógeno se forman entre los oxígenos
(O) y los hidrógenos (H) de los enlaces peptídicos.
La otra estructura secundaria que se encuentra es la beta formación, es decir 
formación.
La mayoría de las proteínas tienen algo de  hélice y tienen algo de  formación.
26
La estructura terciaria de la proteína es la estructura tridimensional final del
plegamiento de la proteína en el espacio.
Las más comunes son las globulares (redonditas) y las fibrosas (alargadas).
Dependiendo de los grupos R que tengan los aminoácidos que forman la proteína, se
van a acercar o rechazar formando estructuras. Estas estructuras también dependerán de
la interacción de los grupos R con el medio en el que se encuentran.
La estructura terciaria se estabiliza con uniones débiles como las uniones iónicas
(salina, donde no haya H2O que pueda romper el enlace), fuerzas de Van der Waals y
puentes de hidrógeno. La única unión covalente fuerte entre los grupos R, que puede
ayudar a la estructura terciaria, es la denominada puente disulfuro (SS).
27
Algunas proteínas (no todas) tienen estructura cuaternaria. Cuaternaria significa que
tiene más de una cadena (peptídica). Dichas cadenas peptídicas interactúan por uniones
débiles.
Si la proteína tiene 1 única cadena, es decir que no tiene estructura cuaternaria, se
denomina monomérica. Si la proteína tiene más de una cadena polipeptídica, es decir
que tiene estructura cuaternaria, se denomina oligomérica. Cada proteína tiene su
propia arquitectura. La estructura tridimensional depende de los grupos R de los
aminoácidos, depende de la estructura primaria y del medio en el que se encuentra. De
la estructura final depende la función de la proteína. Al perder su estructura, la proteína
pierde su función. Hay muchas uniones R y por lo tanto es muy estable. Son uniones
débiles pero hay muchas. Las proteínas son flexibles, dentro de ciertos límites puede
cambiar su forma de adaptabilidad sin desarmarse. Puede cambiar un poquito su
conformación. Si caliento una proteína y rompo las uniones débiles se produce la
desnaturalización de la proteína. Cuando la proteína se desnaturaliza queda solamente
la estructura primaria con sus enlaces peptídicos, perdiendo su función.
Proteína simple y conjugada
Una proteína simple tiene solamente sus cadenas de aminoácidos.
Una proteína conjugada, tiene sus cadenas de aminoácidos (grupo apoproteína) y tiene
otro grupo más llamado prostético. Si una proteína conjugada no tiene su grupo
prostético, entonces no trabaja, no funciona. A modo de ejemplo la hemoglobina es una
proteína oligomérica conjugada. Tiene 4 cadenas de aminoácidos y un grupo prostético
en cada cadena (grupo hemo, y su nombre se forma de hemo + globina). El oxígeno se
une al grupo hemo. Si la proteína hemoglobina no tiene su grupo hemo, entonces el
oxígeno no se puede unir.
28
Clase 5
Jueves 02/09/2004
Funciones de las proteínas
El colágeno es la proteína más abundante. Es alargada y soporta tensiones. Se encuentra
en la matriz intercelular (espacio entre las células). A modo de ejemplo, en la dermis de
la piel hay mucho colágeno. En los tendones también, debido a que el colágeno permite
resistencia. Hay en cartílagos y huesos. La elastina es otra proteína que se encuentra a
modo de ejemplo en las venas y arterias; es alargada y elástica. La queratina es otra
proteína estructural que se encuentra en el pelo y en las uñas. La hemoglobina es una
proteína globular que transporta oxígeno. Hay muchas proteínas que son enzimas. Las
enzimas aceleran las reacciones químicas. Hay gran cantidad de enzimas; una para cada
reacción química. Sus nombres terminan en asas. Algunas proteínas son hormonas; pero
no todas las hormonas son proteínas. Hay proteínas transportadoras de membrana
(carriers). Están en la membrana y ayudan a pasar moléculas. Otras proteínas de
membrana son receptores de mensajes (receptores de hormonas). Hay proteínas en la
sangre; albúmina es la más abundante y se ocupa de transportar moléculas no polares.
Tiene otra función colaborando en la entrada y salida desde los vasos y células. Otras
proteínas se llaman inmunoglobulinas y tienen función de anticuerpos. Hay proteínas
reguladoras, otras se unen al cromosoma (histonas), etcétera.
La gran variabilidad de funciones se debe a la variabilidad estructural de las proteínas.
Las proteínas también sirven como reserva de energía; pero no existen proteínas que
ocupen dicha función. Se pueden romper para obtener energía pero esa no es su función.
La albúmina es una proteína que se rompe ante la falta de alimento. Actina y miosina
están en el músculo y sirven para la contracción muscular. En la degradación, durante
ayuno prolongado, se pierde mucha masa muscular y hay falla cardíaca por la falta de
proteínas.
Nucleótidos y ácidos nucleicos
29
Los nucleótidos son los monómeros con los que se construye el polímero denominado
ácido nucleico. El nucleótido tiene 3 componentes: 1 pentosa, 1 base nitrogenada y
ácido fosfórico.
Al juntar una pentosa con una base nitrogenada, se forma el nucleósido. Al agregar el
ácido fosfórico se forma el nucleótido.
La pentosa es un glúcido de 5 carbonos y, la pentosa puede ser ribosa o desoxirribosa.
El carbono 5 está fuera del anillo. Con los carbonos (C) hay alcoholes (OH). Hay una
base nitrogenada que contiene nitrógeno (N) y carbono (C). Las bases nitrogenadas son
de 2 tipos: purinas y pirimidas.
Dentro de las púricas hay 2 clases, la adenina y la guanina. Pirimídicas hay 3 clases,
citosina, timina y uracilo.
Un nucleótido puede tener cualquiera de éstas. La base nitrogenada se une al carbono 1
de la pentosa.
30
Es una unión covalente llamada glucosídica (la base siempre se une por el nitrógeno).
Por lo tanto la unión se denomina N glucosídica.
Para armar el nucleótido, hay que agregar el ácido fosfórico.
El ácido fosfórico tiene lugar para realizar muchas uniones distintas. Al nucleósido se
pueden unir 1, 2 o 3 ácidos fosfóricos.
Este es un ejemplo de nucleótido monofosfato. El fosfato se une al carbono 5 de la
pentosa, mediante una unión éster.
Si tuviera 2 fosfatos el segundo se une al primero:
31
Las uniones entre fosfatos son uniones anhídrido (ácido + ácido). Son uniones
covalentes fuertes y se grafican mediante un firulete (~). Se denominan uniones de alta
energía. Para formarlas hay que entregar mucha energía y al romperlas entregan
(liberan) mucha energía. Si se une un tercer fosfato, el tercero se une al segundo fosfato.
Si la pentosa es ribosa y la base nitrogenada es adenina, entonces con 1 fosfato se puede
formar AMP (adenosina monofosfato), con 2 fosfatos se forma ADP (adenosina
difosfato) y con 3 fosfatos se forma ATP (adenosina trifosfato).
El ATP es la moneda energética. Los productos de la hidrólisis del ATP son ribosa,
adenina y 3 fosfatos. Si el azúcar es desoxirribosa, se aclara poniendo una d chiquita
delante, a modo de ejemplo, dATP, dADP, dAMP.
dGMP
CDP
dTTP
Desoxi guanina monofosfato
Citosina difosfato
Desoxi timina trifosfato
El ATP tiene la energía en los enlaces de fosfato. Al romperse un enlace de ATP se
libera mucha energía y se suelta un fosfato inorgánico (Pi).
ATP  ADP + Pi + energía
ADP  AMP + Pi + energía
32
El proceso inverso también se da. En la evolución se llegó a que la mayoría utiliza ATP
para las reacciones químicas. La energía se obtiene de los alimentos. Los alimentos son
la fuente de energía a partir del cual se obtiene el ATP. El ATP no es una reserva de
energía. Todo el tiempo se fabrica y se utiliza ATP. Se fabrica más o menos
dependiendo de las necesidades del momento.
El ATP es un nucleótido con una función energética. Otras funciones de nucleótidos son
AMPc (AMP cíclico), es un segundo mensajero que funciona dentro de la célula (las
hormonas no entran a la célula y el AMPc hace de mensajero de señales hormonales en
el interior celular). Otros nucleótidos se llaman coenzimas. Las coenzimas son
ayudantes de enzimas. A modo de ejemplo está el NAD, el FAD, el NADP y el CoA.
Los ácidos nucleicos son polímeros lineales de nucleótidos monofosfatos.
Se une el alcohol del carbono 3, con el fosfato del siguiente nucleótido. Es una unión
éster llamada fosfodiéster. Si un nucleótido tiene ribosa, entonces todos los nucleótidos
del polímero, del ácido nucleico, tiene ribosa. Lo mismo sucede con la desoxirribosa: si
uno lo tiene, entonces toda la cadena lo tiene. Las cadenas de nucleótidos con ribosa se
denominan ARN, ácido ribonucleico. Las cadenas de nucleótidos con desoxirribosa, se
denominan ADN, ácido desoxirribonucleico.
Quedan cadenas lineales con puntas diferentes porque en el nucleótido de arriba, el
fosfato del carbono 5 queda libre, y por lo tanto a dicho extremo de la cadena se lo
denomina cinco prima (5'). En cambio en la otra punta de la cadena, en el nucleótido
final (abajo), el fosfato está ocupado, pero queda libre el alcohol (oxhidrilo) del carbono
3, y por lo tanto a dicho extremo de la cadena se lo denomina tres prima (3').
La diferencia entre la ribosa y la desoxirribosa, es que la ribosa tiene oxhidrilos en los
carbonos 2 y 3; en cambio la desoxirribosa, tiene solamente en el carbono 3.
Azúcar
Bases
Cadenas
ADN
Desoxirribosa
ATGC (tiene timina)
2 (bicatenaria)
ARN
Ribosa
AUGC (tiene uracilo)
1 (monocatenaria)
33
Las 2 cadenas del ADN bicatenario son complementarias y antiparalelas. Las 2 cadenas
complementarias se unen por puentes de hidrógeno.
Son 2 puentes de hidrógeno entre las adenina (A) y la timina (T), y son 3 puentes de
hidrógeno entre la guanina (G) y la citosina (C).
En el espacio las 2 cadenas forman una estructura helicoidal, una hélice.
34
La forma espacial del ARN depende del medio.
El ADN y el ARN difieren en la secuencia de nucleótidos, es decir en las bases. El
idioma del ADN son los 4 nucleótidos y cómo se combina. Así porta la información
genética. El ARN expresa la información del ADN. La secuencia de nucleótidos
contiene la receta de las proteínas. Sobre la base de dichas recetas o instrucciones se
arman las proteínas (cadenas polipeptídicas). El ADN lleva la información y el ARN la
expresa. El ADN lleva toda la información, en los cromosomas (46 cromosomas en los
humanos) alojados en el núcleo. Cada cromosoma lleva una doble hélice de ADN. El
ARN sirve para que algo, una parte de esa información se exprese, por lo tanto el ARN
es más corto que el ADN. La vida media del ARN es corta y luego se degrada. El ADN
es el original que dura mientras la célula exista (la célula no degrada el ADN). Cuando
el ADN se copia (replica) cada célula hija recibe una cadena del ADN original.
Energética
35
El ser vivo es un sistema abierto que intercambia energía y materia con el ambiente.
Nosotros obtenemos la energía de los alimentos. Las plantas utilizan la energía lumínica
mediante la fotosíntesis. La fotosíntesis es importante porque toma dióxido de carbono
(CO2) y agua (H2O), que son moléculas orgánicas, y las transforma en moléculas
orgánicas como la glucosa (C6H12O6). Nosotros los animales no podemos hacer eso,
sino que debemos obtener las moléculas orgánicas del medio. Otra transformación
importante que realizan las plantas es que a la energía lumínica del sol la transforman en
energía química. Con energía se puede realizar trabajo, cambios.
Si en lugar de tomar el individuo aislado, miramos lo que sucede en el entorno con la
materia y la energía, encontraremos que la materia se recicla. La materia cumple un
ciclo: de inorgánico pasa a orgánico y de orgánico pasa a inorgánico. Las plantas
realizan el proceso desde lo inorgánico hasta lo orgánico, son productores. Los
degradadores (a modo de ejemplo las bacterias) hacen el proceso desde lo orgánico
hasta lo inorgánico.
Nosotros somos consumidores. Tanto los consumidores como los productores pueden
ser descompuestos por los degradadores.
Hay consumidores primarios, secundarios, terciarios, y se pueden armar cadenas
tróficas. Los herbívoros son primarios, los secundarios se comen a los primarios, los
terciarios se comen a los secundarios, etcétera. Cualquiera de ellos al morir es material
para los degradadores.
El ecosistema no tiene un ciclo. El ecosistema lo que tiene es un flujo, fluye. La energía
no se recicla. Hay un aporte constante de energía (lumínica) y esa energía se transforma
en la medida en que la utilizamos, ya sea en forma de calor o en otra forma.
A medida que se sube en la cadena trófica, la energía es menor, porque se pierde mucha
energía en forma de calor.
Leyes de la Termodinámica
1º La energía se conserva. Siempre que hay un proceso, la energía se transforma pero
no se destruye ni se crea. Esta ley habla de la cantidad de energía.
2º Siempre que hay un proceso, la energía útil disminuye. Esta ley habla de la calidad
de la energía.
Estos dos principios son para sistemas aislados. El segundo en particular permite
predecir cómo ocurrirá un proceso espontáneo. Si un proceso para ocurrir necesita
36
energía, entonces no es espontáneo. La energía total estará formada por la energía útil y
la energía inútil. La primera ley dice que se conserva la energía total. La segunda ley
dice que aumenta la energía inútil. La energía útil es la energía libre y la energía inútil
es la entropía (tendencia al desorden).
Si la energía final es mayor que la inicial el proceso se llama endergónico. Se aportó
energía desde fuera y no es espontáneo. Los procesos anabólicos ocurren cuando se
sintetizan proteínas; de pocas piezas se llega a algo mayor. La energía final es mayor a
la inicial (Ef > Ei)
Si a una molécula grande la rompo y obtengo moléculas menores, entonces degrado y
al proceso se lo denomina catabolismo (es un proceso catabólico). Es un proceso
exergónico porque libera energía y es espontáneo. La energía final es menor a la
inicial (Ef < Ei)
Si no intercambiáramos energía con el ambiente, nosotros no podríamos realizar
procesos endergónicos.
ATP  ADP + Pi + energía
Es un proceso catabólico exergónico espontáneo.
Clase 6
Lunes 06/09/2004
37
Recordemos que si en la guía de estudios se habla de polaridad se refiere a la disolución
en agua.
Una proteína para interactuar con el agua depende de su estructura terciaria, de sus
grupos R, y del medio en el que se encuentra. Los lípidos no tienen grupos comunes. Ni
siquiera el glicerol les es común. La diferencia entre grasas y aceites es que las grasas
están en animales y aceites en vegetales.
Algunos ácidos grasos tienen doble enlace y se llaman insaturados (estado líquido). Si
no tienen doble enlace se llaman saturados (estado sólido).
Energía
En el catabolismo una molécula grande se rompe y se obtienen moléculas simples. Es
exergónico espontáneo. Si la energía (útil) liberada no se usa, entonces se desperdicia.
Con la energía que se libera se fabrica (sintetiza) ATP, a partir del ADP + Pi. Los
enlaces del ATP son de alta energía. El ATP se utiliza luego para muchas cosas. Al ATP
para usarlo se lo rompe, obteniendo ADP + Pi + energía. Esa energía obtenida se utiliza
para el anabolismo, para la síntesis de moléculas complejas a partir de moléculas
simples. Para que exista el anabolismo debe haber catabolismo, porque el catabolismo
permite obtener el ATP. La formación del ATP es un proceso anabólico. Es decir, el
catabolismo de moléculas permite el anabolismo de ATP. La hidrólisis del ATP es un
proceso catabólico. Siempre se produce un acoplamiento energético entre el
catabolismo y el anabolismo. El anabolismo necesita del catabolismo; pero puede haber
catabolismo sin anabolismo (a modo de ejemplo, degradando moléculas sin crear ATP).
C6H12O6 + 6O2  6CO2 + 6H2O (catabólico)
En el tiempo cero tenemos las moléculas de A que tienen energía, por eso la energía en
el tiempo cero no es nula. Se llama energía inicial (depende de la energía cinética,
etcétera). La energía útil se liberó porque la energía final es menor que la energía
inicial. Es un proceso catabólico exergónico. En este caso A (reactivo) es más complejo
que B (producto).
6CO2 + 6H2O  C6H12O6 + 6O2 (anabólico)
38
En el transcurso de la reacción aumenta la energía útil final, porque B (producto) es más
complejo que A (reactivo). Es un proceso anabólico endergónico no espontáneo.
Siempre en el medio del proceso hay un pico de energía. El estado intermedio se llama
A asterisco, es decir (A*).
A  A*  B
La energía de activación es la energía que hay que alcanzar para lograr la reacción.
No es lo mismo lo espontáneo que lo instantáneo. La energía de activación es un criterio
de velocidad. Cuanto más grande es la energía de activación, más lento es el proceso.
La energía de activación proviene del movimiento molecular. Las moléculas que al
chocar adquieren mayor energía (energía cinética, etcétera), son las que aportan la
energía de activación. Una de las formas de aumentar la velocidad es aumentando la
concentración de los reactivos (mucho en poco espacio). Otro modo de aumentar la
velocidad es con calor. También es posible aumentar la velocidad utilizando un
catalizador. Un catalizador es una sustancia que disminuye la energía de activación.
39
Hay proteínas que hacen el papel de catalizadores biológicos y se denominan
enzimas. El catalizador (la enzima) propone un nuevo camino para la reacción, con
energía de activación más baja.
Reactivo + enzima  complejo reactivo enzima  producto + enzima
Es decir:
A + E  AE  B + E
La enzima solamente acelera algo que es termodinámicamente posible. La enzima no
acelera lo que no va a ocurrir. Si una reacción es endergónica y yo coloco en un tubo de
ensayo la enzima, no es suficiente para que la reacción ocurra, porque falta la energía.
Las enzimas aceleran las reacciones anabólicas y catabólicas si todo lo necesario para la
reacción está presente. La energía de activación depende de cada uno de los productos
iniciales y finales, no es siempre igual.
En las células las reacciones necesitan ser muy rápidas, por eso todas las reacciones
requieren enzimas. La estrategia es la enzima.
A modo de ejemplo, la degradación de la glucosa es espontánea exergónica. Si tomamos
glucosa y la ponemos en presencia de oxígeno, se va a degradar pero de modo muy
lento.
Características de las enzimas
Las enzimas son catalizadores biológicos, que bajan la energía de activación, acelerando
la reacción. Las enzimas forman un complejo con el reactivo (sustrato) de la reacción.
S + E  SE  P + E
S = sustrato
E = enzima
P = producto
La enzima queda inalterada al final de la reacción, es decir que puede volver a ser
utilizada. Las enzimas se necesitan en pequeña cantidad (cantidades catalíticas). Casi
siempre son proteínas. Las proteínas cuando se calientan se desnaturalizan y pierden su
40
función (se rompe su estructura terciaria y secundaria). Las enzimas son muy sensibles a
las temperaturas. También son sensibles al pH (grado de acidez del medio). Las enzimas
son específicas, son selectivas. Las enzimas son saturables y regulables. Las enzimas
son macromoléculas. Dentro de su estructura espacial, deben tener zonas donde el
sustrato se fija. Dicha zona de la enzima se denomina sitio activo.
La unión enzima sustrato es débil. La especificidad depende del sitio activo.
La velocidad es el cambio durante el tiempo, esto es, qué cantidad de sustrato pasa a ser
producto, en una unidad de tiempo determinada.
Si en un tubo de ensayo tenemos solamente 3 enzimas y medimos la velocidad de la
reacción observaremos los siguiente:
Vemos que la curva parte de cero porque en cero no hay sustrato. Si hay 3 enzimas que
trabajan a 1 minuto de tiempo (es decir que cada enzima demora 1 minuto en formar el
catalizar la reacción y liberarse), y hay más de 3 sustratos, entonces los sustratos
restantes, deben esperar a que alguna enzima se desocupe. Para aumentar la velocidad
hay que agregar enzima. Cuando hay altas concentraciones de sustrato, la velocidad
máxima se alcanza y se satura. La curva se llama hipérbola Michaelis-Menten.
Esto es igual que en los supermercados. Cuando hay muchas personas que están
esperando para pagar, entonces hay dos opciones: o bien las personas deberán esperar el
tiempo que sea necesario, o bien hay que agregar cajeros para que la demora sea menor.
Hay ocasiones en que una enzima puede trabajar con 2 sustratos diferentes, aunque la
enzima no tiene por qué tener la misma afinidad por ambos. La afinidad es la tendencia
a unirse la enzima y el sustrato. Esto se detecta por la cantidad de sustrato que se
requiere para la reacción.
41
Una enzima trabaja bien cuando la velocidad máxima se alcanza normalmente. Es decir,
el producto obtenido ha sido en el tiempo correcto.
A baja temperatura no hay reacción por la baja cinética molecular. A altas temperaturas,
se desnaturaliza la enzima. Por lo tanto, hay temperaturas óptimas para las enzimas.
El pH indica la acidez de una sustancia. Valores bajos de pH, los menores a 7, indican
soluciones ácidas. Valores altos, mayores a 7, indican soluciones básicas o alcalinas.
Cuanto más alto el pH la sustancia toma (acepta) más protones H+ y cuanto más bajo el
pH la sustancia toma (acepta) menos protones H+. El pH del agua es 7 y se considera
como neutro.
42
El pH en nuestras células es en general 7,4 (ligeramente básico). La vida de la célula
depende de un pH muy estrecho, que está entre 7,38 y 7,42.
Al cambiar el pH cambia la estructura de las proteínas. Las enzimas trabajan a un pH
óptimo.
Si hay muchos protones en un medio entonces hay uniones químicas que no se pueden
realizar. Si hay pocos protones también puede afectar. Nuestro organismo todo el
tiempo produce ácidos liberando protones H+; pero hay sistemas que evitan que esos
protones queden sueltos (son amortiguadores del pH).
Hay enzimas a las que el pH no las afecta, a modo de ejemplo las enzimas que no tienen
uniones iónicas. La mayoría de las enzimas trabaja a un pH cercano a 7; pero hay otras
que no, a modo de ejemplo en el estómago hay enzimas que trabajan a un pH de 2
(ácido).
Efecto cooperativo de las enzimas
43
En las enzimas oligoméricas hay varias cadenas (polipeptídicas).
Cuando un sustrato se une a un sitio activo de la enzima, entonces en la enzima puede
haber cambios conformacionales que se trasladan a las otras cadenas. La unión con un
sustrato puede mejorar los sitios activos de la enzima. A medida que se van uniendo
más sustratos mejora la afinidad de la enzima por el sustrato. Se dice que es un efecto
cooperativo porque cuando un sitio activo se une al sustrato, ayuda a otro sitio activo a
mejorar su afinidad.
44
Este aumento de la afinidad de la enzima por el sustrato, a medida que aumenta el
sustrato que se une a la enzima, implica que a medida que aumenta el sustrato, aumenta
la velocidad (justamente porque aumenta la afinidad).
Algunos alimentos que nos intoxican disminuyen la actividad de las enzimas, porque
son inhibidores. En general se trata de algo accidental.
Reversibles: se unen a la enzima por uniones no covalentes, es decir
uniones débiles y, por lo tanto, es más fácil separarlos.
Inhibidores
Irreversibles: se unen a la enzima covalentemente, es decir, uniones
fuertes.
Dentro de los inhibidores reversibles tenemos:
Competitivo: compite con el sustrato, para unirse a la enzima
Inhibidores reversibles No competitivo: no compite con el sustrato, para unirse a la
enzima
Los inhibidores competitivos son parecidos al sustrato, y se unen al sitio activo de la
enzima, evitando así que el sustrato se pueda unir a la enzima.
S + E  SE  P + E
I + E  IE (no hay producto)
El resultado final dependerá de quién hay más, si hay más sustrato o, si hay más
inhibidor competitivo ocupando (obstruyendo) los sitios activos de las enzimas. Si hay
más inhibidor competitivo que sustrato, entonces habrá menos producto.
45
La presencia del inhibidor competitivo, cambia (baja) la afinidad de la enzima por el
sustrato. Se podrá llegar a la velocidad máxima; pero aumentando la cantidad de
sustrato.
El inhibidor no competitivo es aquel que se une a la enzima en un sitio activo distinto
al sitio activo que utiliza el sustrato.
El sustrato se une a la enzima sin problema; pero no hay producto si también está
unido el inhibidor.
S + E  SE  P + E
I + E  IE
S + E + I  SEI (no hay producto)
46
El sustrato se puede unir a la enzima pero no hay producto (el inhibidor afecta la
catálisis). La afinidad de la enzima por el sustrato no cambia, no disminuye. Sin
embargo, la velocidad máxima nunca se alcanza, porque por más que se agregue más
sustrato, el inhibidor evita la catálisis sin impedir que el sustrato se una a la enzima.
Se podría decir que la diferencia entre el inhibidor no competitivo y el inhibidor
competitivo, es que el inhibidor no competitivo anula la actividad de la enzima, y
que el inhibidor competitivo obstruye al sustrato.
Clase 7
Jueves 09/09/2004
Recordemos que la afinidad es la tendencia que tiene la enzima a unirse con el sustrato.
Los inhibidores disminuyen la formación del producto. Cambia la capacidad que tiene
la enzima, de formar producto. El sitio activo es el lugar donde se une el sustrato. Son
aminoácidos que pueden actuar (interactuar) con el sustrato.
La mayoría de los inhibidores son tóxicos ajenos al organismo, que ingresaron al
organismo accidentalmente.
Vamos a poner el ejemplo de la glucosa como sustrato y la fructosa como inhibidor
competitivo.
47
Regulación enzimática
La regulación enzimática es muy importante para las células. No todas las reacciones
ocurren en el mismo momento. Las vías metabólicas ayudan a la regulación de las
reacciones químicas. Una vía metabólica son los pasos que siguen las reacciones
químicas encadenadas.
Generalmente las reacciones son encadenadas.
ABCD
Para formar D a partir de A se requieren varios pasos. A es el sustrato de la vía y D es el
producto final de la vía. B y C son intermediarios de la vía.
Cada paso tiene su enzima correspondiente.
Estos procesos se regulan, regulando alguno de los pasos. Es decir, algunas de las
enzimas, generalmente las primeras, pueden ser regladas, a modo de ejemplo
activándolas. Esto ocasiona la reacción en cadena. Para cortar o acelerar la reacción, se
estimula o no los iniciadores (regulables) de la vía metabólica.
48
En este caso la vía metabólica es ramificada. Por lo tanto, si quiero llegar a L en lugar
de llegar a F, debo anular en E. Esto permite que se produzca L pero no se produzca F.
Se puede regular la actividad y se puede regular la cantidad.
Regulación
Actividad de la enzima
Cantidad de la enzima
Regular la actividad es lograr que la enzima trabaje o que la enzima no trabaje, sin
afectar la presencia de la enzima. Regular la cantidad es disponer que haya más cantidad
de enzima o menos cantidad de enzima, para permitir o no permitir una reacción. El
mecanismo de regular la cantidad de enzima es más lento que el mecanismo de regular
la actividad de la enzima.
Mecanismos para regular la actividad
Mecanismos
enzimática
para
regular
Regulación alostérica (reversible)
Modificación covalente (reversible)
Activación de zimógenos por proteólisis
actividad
limitada (irreversible)
Disponibilidad de sustrato
Compartimentalización
Disponibilidad de cofactor
Para regular la actividad están los reguladores alostéricos.
El regulador alostérico encaja perfecto en el sitio alostérico. El sitio alostérico es un
sitio distinto al sitio activo.
El regulador alostérico puede ser un activador o un inhibidor. Es decir, puede ser
regulador positivo o negativo. Al unirse el inhibidor y la enzima, se alteran las uniones
débiles de la proteína (enzima). Esto provoca un cambio en la conformación de la
proteína y altera su función.
49
Cambia la conformación y por lo tanto baja su afinidad por el sustrato. Por lo tanto baja
la cantidad de producto. Si en lugar de inhibidor es un activador, entonces favorece la
afinidad de la enzima porque mejora el sitio activo para el sustrato. Es la inversa del
inhibidor.
Ejemplo en la glucólisis (vía metabólica). Hay enzimas regulables, el sustrato es la
glucosa, el producto es ATP. Si se quiere que la glucosa no se degrade, entonces el ATP
mismo actúa como inhibidor. Se llama feedback negativo, retroalimentación negativa o
retroinhibición. Cuando hay poco ATP no llega a afectar a la degradación de la glucosa;
pero cuando se acumula ATP inhibe la glucólisis. La afinidad por el ATP es menor a la
afinidad por el sustrato glucosa. Se llama inhibición por producto final.
Al gastarse el ATP se crea ADP. Cuando falta energía, la cantidad de ADP es mayor a
la cantidad de ATP. El ADP entonces puede funcionar como activador (a la inversa que
50
el ATP). La carga energética es el nivel de ATP o ADP en el organismo. El ADP
necesario para iniciar la formación de ATP se llama precursor. La activación por ADP
se denomina activación por precursor.
Las uniones alostéricas son débiles. Todos estos son modelos alostéricos de regulación
enzimática. El regulador debe estar cerca de la enzima y la señal es intracelular, es local.
Mecanismo de modificación covalente
Como ejemplo tenemos la fosforilación y la desfosforilación, es decir, la unión o
eliminación de fosfatos. Los mecanismos alostéricos son mediante uniones débiles. Pero
en la modificación covalente se trata de uniones fuertes. Reacción de fosforilación:
Esta reacción de fosforilación requiere un catalizador. La enzima que cataliza se llama
proteína quinasa (enzima que fosforila a la otra enzima). Al fosforilarse la enzima
cambia su estructura primaria, en el sentido de que uno de sus aminoácidos queda
unido covalentemente a un fosfato. Sin embargo el cambio no es grande en la estructura
primaria, es despreciable. El fosfato tiene carga negativa, cambia la forma de la proteína
(enzima). Cambia su estructura tridimensional. Esto modifica la actividad de la proteína
(enzima). Puede activarla o desactivarla. Para revertirlo hace falta una reacción química
inversa, la hidrólisis, que se denomina desfosforilar.
La enzima que cataliza la desfosforilación es la enzima fosfatasa (enzima que
desfosforila a otra enzima).
A modo de ejemplo para fabricar glucógeno, hay que unir glucosa. El glucógeno se
fabrica cuando sobra la energía (al ingerir alimento). Se degrada el glucógeno cuando se
hacen ejercicios o estando en ayunas. Las hormonas indican si se ha ingerido alimento o
si no se ha ingerido, porque las hormonas son mensajeros químicos. Este mecanismo
covalente responde principalmente a señales hormonales. Para que la activación
mediante fosforilación se realice, debe estar activa la enzima quinasa que se encarga del
proceso de activación. Para que la inactivación mediante desfosforilación se realice,
debe estar activa la enzima fosfatasa que se ocupa del proceso de inactivación. La
regulación por modificación covalente, fosforila o desfosforila, dependiendo de las
señales hormonales.
51
Otro mecanismo para regular la cantidad es la activación de zimógenos por proteólisis
limitada.
Los zimógenos son enzimas que se fabrican en forma inactiva. Los zimógenos son
precursores de enzimas. Recién trabajan en el momento y lugar en que se necesitan. Se
activan por proteólisis. La proteólisis es la rotura de proteínas. Al zimógeno se le corta
un pequeño fragmento. Proteólisis completa brinda aminoácidos. La proteólisis es
limitada, se le corta (quita) una pequeña porción de aminoácidos.
Se cambia la estructura primaria y, eso permite que el sustrato se pueda unir a la
enzima.
Para realizar la proteólisis se necesita una enzima proteasa que rompa el zimógeno. El
proceso es irreversible. Hay enzimas que son peligrosos, como las enzimas digestivas,
porque degradan todo lo que encuentran. Por lo tanto se las fabrica como zimógenos y,
no están activas hasta que estén en contacto con el alimento que deben degradar. La
activación de la primera enzima proteasa desencadena la activación de las otras. La
primera se activa por el pH ácido del estómago. No es común el zimógeno en el interior
de la célula.
Regulación de la cantidad
Se trata de fabricar más enzima o fabricar menos enzima. La información para armar
proteínas están en el ADN. Si la proteína no está hay que fabricarla.
Se debe copiar la información del trozo respectivo de ADN, en el que está la
información de cómo armar la proteína. Se copia en forma de ARNm y, al proceso de
copiar el ADN para obtener el ARNm, se lo denomina transcripción. Luego, utilizando
como molde el ARNm obtenido, se arma la proteína mediante un proceso denominado
traducción.
A lo que se denomina regulación genética es a esta regulación de los genes, que se
expresan siendo copiados y traducidos. Lo que se regula es la transcripción (proceso de
obtener el ARNm copiando un trozo de ADN). Puede suceder que una enzima no se esté
fabricando y que pase a fabricarse, proceso denominado inducción (aumenta la
traducción). Evitar que un gen se transcriba se denomina represión (disminuir la
transcripción de ADN). La mayoría de las regulaciones de este tipo son en la
52
transcripción. Hay pocos casos en que la regulación actúa sobre la traducción. Se
responde a señales hormonales, nutricionales, etcétera.
El mecanismo de regulación genética es para enzimas que no se necesitan mucho.
Hay enzimas constitutivas y enzimas adaptativas. Las enzimas constitutivas son las
que están presentes siempre. Las enzimas adaptativas son las que aparecen solamente
cuando se las necesita, son las que están genéticamente reguladas. La mayoría de las
enzimas son constitutivas.
La cantidad de enzimas en el organismo también se puede regular por la velocidad de
degradación de la enzima. Es decir, la velocidad, a la que la enzima se degrada, su vida
media. Todas las enzimas tienen una vida media y, se puede inducir a que una enzima se
degrade más rápido. Las enzimas que se degradan rápido pueden tener la regulación de
degradación en su misma estructura primaria., en la secuencia de sus aminoácidos
Otra forma de regular la vía metabólica es por disponibilidad de sustrato. Algunas
enzimas necesitan un ayudante denominado coenzima. Por lo tanto, también hay
regulación por disponibilidad de cofactor.
Imaginemos que dentro de la mitocondria hay una ruta metabólica. El sustrato entonces
deberá entrar a la mitocondria para unirse a las enzimas. Es decir que el sustrato y la
enzima están en distintos compartimentos (de la célula). Este tipo de regulación se
denomina compartimentalización.
Mediante todos estos mecanismos se controla que unas vías metabólicas funcionen y
otras vías metabólicas no lo hagan.
Vamos a hacer un ejercicio (sobre enzimas) de la guía de estudios. Dice que en una
célula ocurre la siguiente serie de reacciones:
Cuando se estudia la actividad de la enzima E1 en el laboratorio, se obtiene la curva "a"
del gráfico de abajo y en presencia de alta concentración de D se obtiene la curva "b".
Nos pide explicar las distintas partes de la curva "a" especificando de qué tipo de curva
se trata, y que comentemos y justifiquemos la regulación de esta vía metabólica.
53
Se trata de una curva sigmoidea. Los productos B y C son reguladores positivos de la
enzima. Sin embargo D compite y no se alcanza la velocidad máxima aunque no
disminuye la afinidad, porque es un inhibidor no competitivo. Se trata de regulación por
producto final.
Clase 8
Lunes 13/09/2004
Podemos decir que si no hay enzima, la velocidad de la reacción será menor; pero no
hay una velocidad máxima: al agregar sustrato la velocidad aumentará. Sin embargo,
para igualar sin enzima la velocidad que se alcanza utilizando enzimas, hace falta
agregar mucho sustrato.
Hay un problema en la guía de estudios que dice así: Se incuba una enzima con tres
concentraciones distintas de sus sustratos específicos, observándose que la actividad de
la enzima es igual en los tres casos. ¿Se puede concluir a partir de estos resultados que
la actividad de la enzima no depende de la concentración del sustrato? Explique y
justifique.
Bueno, si en los 3 tubos existe la misma velocidad, es porque en los 3 tubos la enzima
está saturada por la cantidad de sustrato. Se cumple que la actividad de la enzima no
depende de la cantidad de sustrato, solamente si la cantidad de sustrato satura a la
enzima. Es decir, pasada cierta cantidad de sustrato, la velocidad a la que trabaja la
enzima no cambia.
Hay otro ejercicio en la guía que es el siguiente:
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Se realizó un ensayo utilizando tres recipientes. En el recipiente I y II se coloca la
sustancia (A). En el recipiente III se coloca la sustancia (B). A los tres recipientes se les
agrega la misma enzima. El recipiente II se incuba a 70ºC. Los recipientes I y III se
incuban a 35ºC. Luego de un tiempo se observa lo siguiente:
En el recipiente I se observa la presencia de una nueva sustancia (D) y la enzima (X).
En el recipiente II se registra la presencia de la sustancia (A) y la enzima (X).
En el recipiente III se registra la presencia de la sustancia (B) y la enzima (X).
Explique qué pudo haber ocurrido en cada caso.
Bueno en este problema lo que tenemos es que en el tubo I que estaba a 35ºC la enzima
(X) trabajó bien con el sustrato (A) y catalizó, resultando de ello un producto nuevo (D).
En el tubo II que estaba a 70ºC la enzima (X) se desnaturalizó y por lo tanto, no trabajó
bien con el sustrato (A) y no catalizó, por lo que el sustrato (A) no cambió, no apareció
un nuevo producto. En el tubo III que trabajó a 35ºC la enzima (X) no trabajó con el
sustrato (B), y no catalizó, por lo que no apareció un producto nuevo, seguramente
porque el sustrato (B) no corresponde a la enzima (X).
Hay otro problema de la guía de estudios que nos pide señalar los errores de la siguiente
frase y justificar la respuesta: "Las enzimas son glúcidos que inician reacciones que de
otro modo no ocurrirían. Actúan disminuyendo la energía de activación de la reacción,
donde se transforma un sustrato A en un producto B, modificándose por su acción la
energía potencial de los productos y reactivos"
Bueno en este caso vemos que las enzimas no son glúcidos sino proteínas. Las
reacciones que catalizan son solamente las termodinámicamente posibles, es decir, las
que ocurrirían igual sin enzima; pero lo harían de modo más lento. Y finalmente, su
acción no modifica la energía potencial.
Membranas biológicas
Toda membrana tienen la misma composición básica y estructura general. Las
membranas se arman con fosfolípidos que forman bicapas.
Son lípidos anfipáticos, con parte polar y no polar, y casi todos son fosfolípidos.
Algunos también tienen glicolípidos y algunos tienen también colesterol. La membrana
es un mosaico fluido.
55
Se dice que la membrana es un mosaico fluido porque tiene componentes (mosaico) y
porque los componentes tienen movimiento (fluido). Son agregados de moléculas con
uniones débiles. Las proteínas pueden moverse transversalmente y también pueden
rotar. El movimiento de fosfolípidos que no se da es el de inversión (flip-flop). El
mosaico fluido es asimétrico, porque la monocapa externa es distinta de la monocapa
interna. Los fosfolípidos externos e internos no son iguales. Lo mismo sucede con las
proteínas. La composición de las membranas no es siempre igual en todos los casos.
Unas tienen más proteína de un tipo, otras una proteína distinta, etcétera.
¿De qué depende la fluidez de las membranas?
Si los componentes de la membrana están muy unidos entonces la membrana es más
rígida. Si los componentes están unidos más débilmente, entonces la membrana es más
fluida. La consistencia de la membrana es gelatinosa. Para conocer la fluidez de la
membrana hay que analizar las uniones entre las colas hidrofóbicas (los ácidos grasos)
de los fosfolípidos. Son uniones de Van der Waals. Los ácidos grasos son cadenas
hidrocarbonadas. Recordemos que los átomos de carbono forman hasta 4 enlaces. Si las
colas de los fosfolípidos (es decir lo ácidos grasos) son largas entonces hay más uniones
de Van der Waals. Si las colas son cortas entonces hay menos uniones de Van der
Waals. Si hay más uniones (colas largas) entonces la membrana es más rígida. Si hay
menos uniones (colas cortas) entonces es más fluida.
En los carbonos de doble enlace, en los ácidos grasos insaturados, no hay rotación de
los carbonos.
56
Con uniones cis hay menos uniones de Van der Waals, y por lo tanto las uniones cis
entorpecen el empaquetamiento de la membrana. Con uniones cis entonces la
membrana es más fluida (porque hay menos uniones de Van der Waals). En general,
uno de los ácidos grasos es saturado y el otro insaturado. Otro factor que regula la
fluidez es el colesterol. Si la membrana está rígida, el colesterol la hace más fluida, y si
la membrana está fluida, el colesterol la hace más rígida.
Función de la membrana
En la membrana la función de barrera la ejerce la parte no polar de la bicapa, es decir,
los ácidos grasos. Por la barrera podrá pasar solamente lo no polar. A modo de
ejemplo el oxígeno (O2), el dióxido de carbono (CO2), los ácidos grasos, los esteroides,
todos ellos pasan libremente la barrera. El glicerol y la urea también pasan.
Lo polar no puede pasar la barrera. Lo polar pasa la membrana solamente, si en la
bicapa hay alguna proteína transportadora de dicha molécula polar, que se lo permita.
Para algunas sustancias la membrana es permeable, para otras sustancias la membrana
es impermeable, y para otras sustancias, la membrana es semipermeable (selectiva).
Difusión
En la difusión las moléculas se mueven y se distribuyen uniformemente en toda una
región.
57
El movimiento (difusión) de las partículas es desde la región donde hay más partículas
hacia la región donde hay menos partículas. Este movimiento es a favor de gradiente.
El gradiente es un cambio gradual en algo. Un gradiente de concentración es el cambio
gradual de concentración. Si el movimiento es desde la región donde hay más partículas
(mayor concentración) hacia la región en la que hay menos partículas (menor
concentración), entonces el movimiento es en contra del gradiente. Si el movimiento
es desde la región donde hay menos partículas (menor concentración) hacia la región en
la que hay más partículas (mayor concentración), entonces el movimiento es a favor
del gradiente.
Esto se llama disipar un gradiente, es espontáneo exergónico y aumenta la entropía.
Para crear un gradiente, hace falta energía, porque crear un gradiente no es espontáneo,
sino endergónico, y disminuye la entropía. Tener un gradiente formado es tener
energía potencial almacenada en el gradiente. Se llama energía osmótica a esa energía
potencial almacenada en el gradiente.
Mecanismos de transporte a través de la membrana
Mecanismos de transporte
Difusión simple
Difusión por proteína canal
Difusión facilitada por proteína transportadora (carrier)
Primario
Transporte activo
Secundario
Difusión simple: la molécula se mueve desde donde hay más concentración hacia
donde hay menos concentración, atravesando la bicapa (no hace falta proteína). Es a
favor de gradiente, es exergónico espontáneo. Son las moléculas no polares como
oxígeno O2, dióxido de carbono CO2, etcétera.
58
Difusión por proteína canal: Es utilizado por moléculas polares pequeñas como los
iones (sodio Na+, potasio K+, calcio Ca2-). Los iones tienen carga eléctrica, y se necesita
en la membrana una proteína que le sirva de pasaje. La proteína es un canal, y tiene una
puerta que se puede abrir o cerrar para permitir el paso.
Estos canales no son específicos, es decir que iones pequeños con la misma carga
pueden entrar. Es a favor de gradiente y no hay gasto de energía.
Difusión facilitada por proteína transportadora (carrier): La proteína (carrier) se
une específicamente con la sustancia que quiere transportar. La tiene que reconocer a
la molécula y al unirse, la proteína (carrier) tiene un cambio conformacional y esto
permite que la molécula pase al lado opuesto. Este sistema lo utilizan moléculas polares
más grandes que los iones pero que tampoco son macromoléculas. A modo de ejemplo,
lo utilizan la glucosa, los aminoácidos (monómeros). Tiene que haber afinidad y
unión. La unión entre el carrier y la sustancia es débil porque una vez que lo transporta
al otro lado, se deben soltar. Al igual que las enzimas, las proteínas transportadoras
(carriers) tienen una velocidad máxima y se pueden saturar, si es que hay mucha
sustancia que quiere pasar. Tiene sitio de unión y se puede regular. Son reutilizables, la
proteína transportadora al final del proceso queda intacta. Son sensibles al pH y a la
temperatura. No requiere gasto de energía y es a favor de gradiente.
Transporte activo: Este mecanismo se utiliza para mover las moléculas, en contra de
gradiente. Desde donde hay menor concentración hacia donde hay mayor concentración.
No es espontáneo y necesita energía. La energía necesaria se puede obtener del ATP.
Transporte activo primario: La energía se saca directamente de la hidrólisis del ATP.
El ATP se convierte en ADP + Pi y la energía se usa para el transporte. Vamos a ver un
ejemplo:
59
Bomba de sodio potasio (Na+ / K+): el sodio Na+ trata de entrar a la célula a favor de
gradiente y el potasio K+ trata de salir de la célula a favor de gradiente. Hay que evitar
esto. En el lado interno de la célula, la proteína se une al sodio Na+ y, la misma proteína,
en el lado externo de la célula, se une al potasio K+. En la proteína hay una enzima que
hidroliza ATP. A la bomba se la llama sodio potasio ATPasa. La proteína al unirse al
sodio Na+ del lado interno y al potasio K+ del lado externo, cambia su forma, dejando
al sodio Na+ en el lado externo, y dejando al potasio K+ en el lado interno. Es decir que
saca al sodio Na+ y mete el potasio K+. Se satura la bomba si hay exceso, trabaja a
velocidad máxima. Todas las células del cuerpo tienen esta bomba de sodio potasio, y
mantienen un gradiente. Este sistema se denomina contratransporte porque una
sustancia entra mientras la otra sustancia sale.
Transporte activo secundario: Es igual que el transporte activo primario; pero la
energía no viene directamente del ATP. Vamos a ver el ejemplo del transporte de
glucosa C6H12O6 al interior del intestino.
Primero la glucosa entra por difusión; pero luego hay mucha glucosa C6H12O6 dentro y
poca glucosa C6H12O6 fuera, por lo tanto, la difusión ya no sirve como mecanismo de
transporte (no hay gradiente a favor para entrar). Para transportar en contra del
gradiente, hay una proteína que tiene un sitio de reconocimiento para la glucosa
C6H12O6 y un sitio de reconocimiento para el sodio Na+. En el interior hay poco sodio
Na+ y en el exterior hay mucho sodio Na+, por lo tanto el sodio Na+ puede entrar a favor
de gradiente. Entonces, mediante la proteína, el sodio Na+ entra a favor de gradiente por
difusión y la glucosa C6H12O6 entra contra gradiente acoplada al sodio Na+. El
transporte activo es solamente para la glucosa C6H12O6. Si este sistema sigue
funcionando, llega un momento en el que dentro habrá mucho sodio Na+ y fuera habrá
poco sodio Na+, y el sodio ya no podrá entrar a favor del gradiente. Pero la célula tiene
una bomba sodio potasio y esto permite que el sodio Na+ en el interior no se acumule.
60
Este sistema en última instancia depende del ATP; pero de modo indirecto. Este sistema
se denomina cotransporte sodio glucosa porque ambas sustancias entran juntas hacia el
mismo lado.
Clase 9
Jueves 16/09/2004
Transporte en masa
¿Cómo pasan la membrana las macromoléculas como las proteínas, virus, ácido
nucleico, bacterias, etcétera?
Este mecanismo de transporte se denomina transporte en masa. Las macromoléculas
se engloban en una vesícula. La macromolécula entra en la célula sin atravesar la
membrana. Este sistema se llama endocitosis. Si la membrana sufre una invaginación
que envuelve a la macromolécula y la introduce en la célula, hablamos de pinocitosis.
61
Si la célula estira su membrana para atrapar a la macromolécula, entonces el
mecanismo se denomina fagocitosis.
El proceso inverso también existe. Se envuelve la macromolécula, se acerca a la
membrana celular, y luego de fusionarse la envoltura con la membrana celular, la
macromolécula se expulsa de la célula. Este proceso se denomina exocitosis.
En la sangre circulan hormonas, y dichas hormonas llegan a la sangre por exocitosis.
Los linfocitos (anticuerpos) también. Los lípidos que circulan también. Tanto para la
endocitosis como para la exocitosis, se gasta energía, porque hay movimiento.
¿Cómo se mueve el agua H2O dentro y fuera de la célula?
La membrana es permeable al agua, a pesar de que el agua es polar (sin carga neta). El
agua se filtra entre los fosfolípidos de la membrana. Para el agua la membrana es
permeable. Se mueve por un mecanismo denominado ósmosis. La ósmosis es el
movimiento del agua por difusión, a través de una membrana semipermeable. El
movimiento del agua es desde la zona de mayor concentración de agua, hacia la zona de
menor concentración de agua. Desde el mayor gradiente hacia el menor gradiente.
62
El agua se mueve hacia donde hay más concentración de soluto, es decir, hacia donde
hay más partículas de soluto, porque es el lugar en el que hay menos partículas de agua.
El agua se mueve desde la solución más diluida hacia la solución más concentrada (de
soluto). Hacia donde haya más partículas de soluto va el agua. La unidad de medida de
esta concentración de partículas de soluto se denomina osmoralidad. El agua va desde
la menor osmoralidad, hacia la mayor osmoralidad.
Cuando en ambos lados existe la misma proporción o concentración, se denomina
equilibrio dinámico.
El agua entra a la bolsita (gráfico de abajo) porque hay más soluto dentro de la bolsita
que fuera. El agua entra a la bolsita hasta que la columna de agua que sube por el tubo,
genera una presión que equipara la presión de la tendencia del agua a entrar a la bolsita.
La columna de agua hace presión hacia abajo. Dicha presión se denomina presión
osmótica. La presión osmótica es producida por la entrada del agua y dicha presión
osmótica se opone a la entrada de agua. La presión de la columna hacia abajo, se
equipara a la presión del agua para entrar a la bolsita.
La presión osmótica es mayor cuando entra más agua, es decir que es mayor cuando hay
más soluto.
63
La osmoralidad de la célula y los vasos sanguíneos es similar. Cuando ingerimos agua,
hay mayor agua en los vasos sanguíneos y por lo tanto baja la osmoralidad de los vasos,
por lo tanto el agua entra en la célula, que ahora tiene mayor osmoralidad. La célula se
deshidrata si tiene menor osmoralidad que los vasos sanguíneos. Hacia donde hay más
partículas corre el agua.
Hipertónico significa que hay más partículas y por lo tanto mayor osmoralidad. Un
glóbulo rojo en una solución hipertónica:
Hipotónico significa que tiene menos partículas y por lo tanto menor osmoralidad. La
célula entonces se deshidrata, porque pierde agua. Un glóbulo rojo en una solución
hipotónica:
La célula entonces absorbe agua hasta que estalla.
64
A una célula le conviene vivir en un medio isotónico. Se denomina isotónico cuando
tiene la misma osmoralidad, por lo tanto el agua está en equilibrio dinámico.
Veamos algunos casos de la guía de estudios. Un problema dice que se extraen
membranas de glóbulos rojos y se colocan en dos tubos de ensayo. A uno de ellos se lo
somete a un proceso térmico a 100ºC (debemos asumir que la bicapa fosfolipídica no
sufre modificaciones). Se analiza luego el pasaje de glucosa a través de esas membranas
y se observa que aquellas que han sido tratadas resultan impermeables a la glucosa.
¿Cómo interpretamos estos resultados?
Bueno, acá lo que tenemos es que se desnaturalizó la proteína de la difusión facilitada,
por lo tanto la glucosa no tiene carrier para pasar. En los casos de difusión simple, como
con el O2, con el calor se entra más rápido.
Respecto a cómo entran las sustancias enumeradas en otro problema de la guía de
estudios, tenemos que el H2O entra por ósmosis, el CO2 por difusión simple, la glucosa
por carrier, los ácidos grasos por difusión simple, el glicerol por difusión simple,
aminoácidos por carrier, nucleótido por carrier, urea por difusión simple.
En otro problema nos piden discutir la siguiente afirmación: "Cuando se separan dos
soluciones de diferente concentración mediante una membrana semipermeable, el agua
se desplaza desde la solución hipertónica hacia la hipotónica hasta alcanzar el equilibrio
dinámico, esto implica que todo movimiento de partículas cesa, aunque persiste el
gradiente de concentración."
Bueno, debemos decir que el agua se desplaza desde la solución hipotónica hacia la
hipertónica, hasta que el gradiente de concentración se equilibra (equilibrio dinámico).
El movimiento de partículas sin embargo, no cesa.
En otro problema nos dan el siguiente gráfico:
Nos dicen que en dicho gráfico se analiza la variación de velocidad inicial de entrada de
un soluto al interior de una célula en función de la concentración externa del mismo.
Nos pide que indiquemos y justifiquemos cuál o cuáles mecanismos de transporte se
ajustan a cada una de las curvas considerando siempre que la concentración inicial de
soluto interna es cero.
Bueno, la curva que siempre sube es típica del mecanismo de difusión simple, que no
tiene velocidad máxima. La curva que a mitad de camino se quiebra y se torna estable
65
(horizontal) es un mecanismo mediante proteína transportadora que, evidentemente se
saturó por la abundancia de soluto.
En otro ejercicio nos dicen que tres tubos cuyas bocas están tapadas por una membrana
semipermeable y que contienen una misma solución, presente en tres concentraciones
diferentes, se sumergen en una cuba que contiene una concentración desconocida de
dicha solución. El gráfico es el siguiente:
Nos piden que justifiquemos los resultados obtenidos en el estado final. También nos
preguntan qué mecanismo de transporte está implicado y finalmente nos preguntan la
concentración de la cuba.
Bueno, el mecanismo implicado es el de ósmosis. En el tubo que contiene el 1% el agua
sale porque el agua tiene mayor osmoralidad respecto al tubo. En el tubo al 2% se
mantiene igual porque tiene la misma osmoralidad que el agua de la cuba. En el tubo del
3% el agua entra porque el tubo tiene mayor osmoralidad que el agua de la cuba. La
concentración de la cuba es por supuesto 2% y nos lo indica justamente, el que en el
tubo cuya concentración está al 2%, el agua ni entra ni sale, sino que está en equilibrio
dinámico.
Clase 10
Lunes 20/09/2004
En esta parte el que quiera puede usar también la fotocopia de algunas partes del
capítulo del sistema nervioso del siguiente libro (tiene explicaciones e ilustraciones muy
didácticas):
Título: Biopsicología
Autor: Pinel, John
ISBN: 84-205-2989-3
Edición: 1ª ed., 1ª imp.
Publicación: Madrid: Pearson Educación, S.A. , 09/2000
Descripción: 664 p.: il. col.; 27x20 cm
Sistema nervioso (transmisión neuronal)
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El sistema nervioso junto al sistema endocrino regula los procesos del organismo. El
sistema endocrino involucra las hormonas. El sistema nervioso trabaja con el impulso
nervioso y dicho impulso es muy corto con respuestas rápidas. El sistema nervioso se
compone del sistema nervioso central y del sistema nervioso periférico. El sistema
nervioso central está formado por el encéfalo y por la médula espinal. El sistema
nervioso periférico está formado por lo nervios y por los ganglios.
Central
Sistema nervioso
Periférico
Encéfalo
Médula espinal
Nervios
Ganglios
Los ganglios son las estaciones de relevo. Todo lo que veremos pasa por el sistema
nervioso central y periférico.
La idea es recibir información a través de receptores. Los receptores reciben un estímulo
y el sistema nervioso procesa la información y genera una respuesta que se envía a los
efectores. Los receptores pueden ser los órganos de los sentidos o los propioceptores
(receptores propios o del estado interno), como los receptores de posición (espacial),
receptores de si hay oxígeno, del pH, temperatura, etcétera.
67
Circuito cerebro - músculo
Los nervios están conectados entre sí y se comunican sus señales a través de las
sinapsis.
El movimiento de un músculo implica dos complejas vías nerviosas : la vía del nervio
sensitivo al cerebro y la vía del nervio motor al músculo. Son 12 los pasos básicos que
constituyen este circuito y que se indican a continuación.
1. Los receptores de los nervios sensitivos en la piel detectan las sensaciones y
transmiten una señal al cerebro.
2. La señal recorre el nervio sensitivo hasta la médula espinal.
3. Una sinapsis en la médula espinal conecta el nervio sensitivo a un nervio de la
médula espinal.
4. El nervio cruza al lado opuesto de la médula espinal.
5. La señal asciende por la médula espinal.
6. Una sinapsis en el tálamo conecta la médula espinal a las fibras nerviosas que llevan
la señal
a la corteza sensorial.
7. La corteza sensorial percibe la señal e impulsa
a la corteza motora a generar una señal de movimiento.
8. El nervio que lleva la señal cruza al otro lado
en la base del cerebro.
9. La señal desciende por la médula espinal.
10. Una sinapsis conecta la médula espinal
al nervio motor.
11. La señal sigue a lo largo del nervio motor.
12. La señal alcanza el final de la placa motora, donde estimula el movimiento
muscular.
68
¿Qué tipos de células forman el sistema nervioso y cómo trabajan?
Sistema es el conjunto de órganos. Los órganos están formados por tejidos, y los tejidos
están formados por tipos celulares. Hay dos grupos de células en el sistema nervioso.
Están las neuronas que son las típicas que generan y propagan el impulso nervioso.
También están las células de la glía. Las células de la glía no llevan el impulso nervioso
pero sirven de apoyo a las neuronas para protegerlas, alimentarlas, procesar los
desechos, algo de sostén, forman la mielina. Las neuronas están muy protegidas y eso es
beneficioso porque las neuronas no se dividen, no hay regeneración de neuronas. Las
neuronas que se mueren no se reemplazan.
La barrera hematoencefálica selecciona cuidadosamente las sustancias que vienen en la
sangre y lo que puede llegar a las neuronas. A las neuronas no les llega cualquier
nutriente, a modo de ejemplo ácidos grasos no llegan. La barrera hematoencefálica está
formada por células de la glía.
La neurona está formada por el cuerpo celular y las prolongaciones.
Las prolongaciones son las dentritas, el axón y la terminal axónica o telodendron.
Dentro de las dentritas hay citoplasma, la dentrita no es solamente membrana. En los
órganos del encéfalo, todos los cuerpos neuronales se ubican en la parte más superficial
del cerebro.
69
Los cuerpos de las neuronas están en lo superficial y los axones (prolongaciones) se
meten en el interior del cerebro. La parte superficial es la corteza cerebral o sustancia
gris. Los axones forman la sustancia blanca y también los nervios. Un nervio es un
paquete de axones. Los nervios son blanquecinos. Si el axón está en el encéfalo se llama
sustancia blanca. En los exones hay un revestimiento lipídico que se llama mielina.
La cobertura de mielina no es continua. Entre cada vaina de mielina hay unas pequeñas
regiones de axón que no tienen cobertura que se denominan nodos o nódulos de
Ranvier. La mielina está hecha de fosfolípidos y glicolípidos. La forman las células de
la glía. La célula rodea el axón dándole muchas vueltas, por lo que el axón se aplasta.
Lo que forma la vaina de mielina es la membrana de la célula de la glía, y el citoplasma
y el núcleo de la célula de la glía quedan arriba.
La dirección de propagación del impulso nervioso es el siguiente: dentrita, cuerpo,
axón, telodendron, y así hasta la siguiente neurona, o al órgano efector.
70
En el sistema periférico las prolongaciones son los nervios. En los ganglios están los
cuerpos de dichas neuronas del sistema periférico, cuyos axones son los nervios. Dentro
de la clase de neuronas tenemos las sensitivas que se especializan en recibir los
estímulos y las que se llaman motoras que tienen un axón que termina en el órgano
efector. La neurona motora envía la respuesta al órgano. Están las neuronas que están a
medio camino.
¿Qué es el impulso nervioso y cómo se propaga?
El impulso nervioso es una perturbación electroquímica en las neuronas. Algo
cambia y ese cambio es electroquímico, es decir, hay cambios en cargas eléctricas y
concentraciones de algo. Cambian cargas eléctricas y concentraciones de sustancias.
Hay algo que se denomina potencial de membrana y lo tienen todas las células:
La concentración de iones dentro y fuera de la célula es diferente. Fuera de la célula hay
mucho sodio Na+ y adentro poco. Fuera de la célula hay mucho cloro Cl- y adentro
poco. Fuera de la célula hay poco potasio K+ y adentro mucho. Dentro de la célula hay
también proteínas con carga negativa. La carga eléctrica neta de la célula, depende de la
sumatoria de todas las cargas.
El interior es negativo con respecto al exterior. Es de -70 mV (milivoltios) la diferencia
de potencial. Es menos comparado con el exterior. A esa diferencia se le llama
potencial de membrana. Es consecuencia de la distribución asimétrica de iones. En
71
esas condiciones la célula trabaja bien. Si hablamos de una neurona, el potencial de
membrana se denomina potencial de reposo. Está en reposo cuando la neurona no
recibe estímulo. Los iones para pasar de un lado al otro de la neurona utilizan proteínas
canal, hay para el sodio Na+ y para el potasio K+ pero están tapados (cerrados) y por lo
tanto no pueden pasar. Si alguno pasa la bomba sodio potasio lo expulsa.
¿Cuándo se abren los canales?
Cuando llega un estímulo a la neurona, los canales de sodio Na+ se abren. El sodio
Na+ entra a la neurona a favor del gradiente y el potencial de membrana cambia, hay
una perturbación y el potencial de membrana pasa de ser negativo a ser positivo. El
cambio de negativo a positivo se denomina potencial de acción. El potencial de acción
es de aproximadamente +50 mV (milivoltios). Es decir que se pasa de -70 mV a +50
mV. La entrada de sodio Na+ es el responsable del cambio en el potencial (del cambio
eléctrico). Este cambio de potencial hace que se abran los canales de potasio K+. Es
decir, el cambio eléctrico producido por el ingreso de sodio Na+ ocasiona que se abran
los canales de potasio K+ y, el potasio K+ sale de la neurona. Estos canales que
dependen del cambio eléctrico, se denominan canales dependientes del voltaje.
La salida del potasio K+ ocasiona que la neurona vuelva al mismo potencial anterior,
es decir que vuelve al potencial de -70 mV. Sin embargo, ahora hay mucho sodio Na+
dentro de la neurona y poco potasio K+ dentro de la neurona (al revés de cómo se
empezó). Entonces la bomba sodio potasio restablece las proporciones normales de
sodio Na+ y potasio K+ dentro de la neurona.
Cuando sube el potencial se está despolarizando. Cuando baja se está repolarizando
(está volviendo al potencial anterior). Si el potencial se pasa de -70 mV un poco, a
modo de ejemplo llega a -80 mV, entonces se denomina hiperpolarización. Este
cambio de potencial que describimos pasa fundamentalmente en el axón; pero se debe
propagar. Los axones están mielinizados. En los nodos de Ranvier hay proteínas
canales.
72
Se perturban las cargas de los nodos siguientes y provocan la entrada de sodio Na+. Es
decir, la despolarización, el potencial de acción, va pasando de un nodo al siguiente,
en un efecto dominó o cascada, por todo el axón, producida por la atracción entre cargas
opuestas. El primer cambio en el primer nodo, ocasiona que el segundo nodo también
inicie la apertura del canal de sodio Na+. La transmisión es en un único sentido o
dirección, porque demora tiempo volver al potencial de reposo, al potencial normal, a
la normalidad. Es decir, cuando el primer nodo se está recuperando (repolarizando y
volviendo al potencial normal), el segundo nodo se está despolarizando (perturbando e
iniciando el potencial de acción).
Cuando se llega al final de la neurona, hay que transmitir la señal o el impulso, a la
neurona siguiente. Es un proceso químico que se denomina sinapsis.
Cada neurona fabrica sustancias denominadas neurotransmisores. Se fabrican en su
citoplasma, en su cuerpo, y lo envuelve a cada uno en una vesícula membranosa. Están
dentro de las neuronas y viajan hacia el telodendron, hacia la terminal del axón. El
impulso se propaga por el axón y se perturba la membrana, por lo que las vesículas se
liberan por exocitosis.
73
El neurotransmisor se libera al espacio sináptico (espacio entre la neurona presináptica y
la neurona postsináptica). La segunda neurona, la postsináptica, tiene que tener un
receptor en la membrana, un receptor para el neurotransmisor. Los receptores son
proteínas que se unen al neurotransmisor específico. El neurotransmisor viaja y se une
con el neurorreceptor.
Vamos a ver un ejemplo, el del neurotransmisor acetilcolina.
El canal para sodio Na+ está cerrado, y se abre cuando la acetilcolina se une a su
receptor. Al abrirse el sodio entra. Es un canal dependiente de ligando. Se abre el
canal cuando se une un ligando (molécula que se une a otra) especial, en este caso el
neurotransmisor acetilcolina. La neurona postsináptica que recibió la acetilcolina
cambia su polaridad y se inicia el desencadenamiento del impulso como en la neurona
anterior (presináptica). Este tipo de neurotransmisores como el neurotransmisor
acetilcolina se conocen como excitatorios, porque estimulan el impulso nervioso en la
neurona postsináptica. Los excitatorios ayudan a despolarizar. El neurotransmisor
trabaja en el espacio sináptico, en el espacio entre neuronas).
Otro neurotransmisor es el GABA. Hay receptores para el neurotransmisor GABA que
tienen un canal para cloro Cl-. También es un canal dependiente de ligando. La
consecuencia es que entra el cloro. El resultado del ingreso de cloro es que aumenta la
negatividad del interior de la neurona, se hiperpolarizó. Esto implica que costará más
despolarizar a la neurona. El neurotransmisor GABA inhibe la conducción nerviosa, es
un neurotransmisor inhibitorio. A la noche cuesta más estudiar porque predominan los
inhibidores.
Una neurona recibe información de muchas otras neuronas.
La estimulación de los neurotransmisores debe finalizar, cesar, porque de lo contrario se
sigue desencadenando la respuesta en la neurona postsináptica. El neurotransmisor una
vez que cumplió su función, debe desaparecer. Una posibilidad es que la neurona
presináptica, la misma que lo liberó, lo reabsorba, lo recapte por endocitosis. Otra
74
posibilidad es que la neurona presináptica, destruya al neurotransmisor, liberando
enzimas que lo degradan.
Si la neurona se conecta con el órgano efector, ocurre lo mismo, porque el órgano
efector tiene receptores para el neurotransmisor. En general una neurona fabrica
solamente un tipo de neurotransmisor.
La primer neurona estimulada recibe el estímulo de los sentidos o por otro mecanismo;
pero la neurona recibe simultáneamente muchas terminaciones, algunas excitatorias y
otras inhibitorias. Por lo tanto, la neurona debe hacer un balance constante de las cargas
recibidas. El potencial de reposo está más o menos en balanceo hasta que se logra el
potencial umbral, que es el mínimo para lograr el potencial de acción. Si se alcanza el
potencial umbral se desencadena el potencial de acción, el impulso. De lo contrario, por
más que haya oscilación o fluctuación del potencial de reposo debido a las diferentes
cargas, el potencial de acción no se logra.
El desencadenamiento es a todo o nada. Es decir, que al dispararse el pico del potencial
es siempre el mismo, es +50 mV. Esto se debe a que los canales de sodio se abren o no
se abren, no hay un término medio. Por eso el potencial de +50 mV siempre es el
mismo. La señal no disminuye su potencia a medida que avanza, a medida que se
propaga. La diferencia de intensidad entre estímulos depende de si el estímulo es débil o
no. Si el estímulo es débil, entonces tendremos potenciales de acción que se suceden
unos a otros con relativa distancia entre ellos, es decir, con una baja frecuencia entre
crestas.
75
Cuando el estímulo es fuerte, entonces aumenta la frecuencia del impulso, del potencial
de acción, es decir que al aumentar la frecuencia, la distancia entra las crestas es menor.
Esto significa que en una determinada cantidad de tiempo, hay más potenciales de
acción que cuando el estímulo es débil.
Lo que cambia entre un estímulo fuerte y uno débil, es que la frecuencia de los
potenciales de acción en el estímulo fuerte es muy alta y en el estímulo débil la
frecuencia es baja. No cambia el valor del potencial (+50 mV). Lo que cambia es su
frecuencia.
Hay un período refractario que es el ir desde el potencial de acción, hasta el potencial de
reposo. Ese es el espacio entre cada cresta. La transmisión del impulso es saltatoria,
porque salta de un nodo de Ranvier al otro. Al ir de nodo a nodo, la transmisión es más
rápida. Los axones que tienen mielina son más rápidos. Otra forma de velocidad es tener
axones de gran diámetro, axones grandes.
Clase 11
Jueves 23/09/2004
Metabolismo
76
El metabolismo es una de las características más importantes de los seres vivos. Se
trata del conjunto de reacciones químicas en la célula. El metabolismo consta del
catabolismo y el anabolismo.
Metabolismo
Catabolismo
Degradación de moléculas complejas, para
obtener moléculas más simples
Es un proceso exergónico, libera energía
para formar ATP
Es oxidativo, las moléculas que se
degradan sufren la oxidación, la
combustión
No importa de dónde se parte, el
catabolismo es convergente, porque
siempre se obtiene lo mismo, partiendo de
los distintos tipos, como proteínas,
glucosa, etcétera
Anabolismo
Síntesis de moléculas complejas, a partir
de moléculas simples
Es un proceso endergónico, utiliza energía
en forma de ATP
Es reductivo, inversa de la oxidación
Es divergente, lo inverso de convergente,
es decir que se llega a distintos resultados
o productos
Reacciones de óxido reducción o reacciones Redox
Una redox es una reacción con transferencia de electrones. El que entrega electrones
se oxida. El que recibe electrones se reduce. La oxidación es perder electrones y la
reducción es tomar electrones. Ambas, oxidación y reducción, deben suceder juntas,
porque mientras un primero pierde o cede electrones por un lado, un segundo gana o
recibe electrones por otro lado.
La sustancia A sería la que se está degradando (oxidando) y B sería la que se está
reduciendo. Siempre la reacción tiene una enzima. La enzima viene con la molécula que
se va a reducir, o viene con la molécula que se va a oxidar, dependiendo del caso.
Algunas enzimas vienen unidas con coenzimas. Las enzimas que catalizan reacciones
redox vienen con coenzimas de óxido reducción.
Perdió 2 hidrógenos (protón y neutrón juntos). Si perdió electrones entonces se oxidó;
pero en este caso lo hizo con hidrógenos completos. Estos hidrógenos los recibe otra
77
molécula. La reducción en este caso es ganancia de hidrógenos completos. También
oxígenos se pueden ganar (reducción) o perder (oxidación).
El dióxido de carbono CO2 es el más oxidado estado del carbono, porque ya no hay más
lugares para unirse al carbono. Esto siempre sucede con enzimas coenzimas. Ejemplos
de coenzimas de óxido reducción.
El NAD se puede encontrar como NADH, el NADH tiene 2 hidrógenos más que el
NAD.
El NADH es la forma reducida del NAD. El NAD es la forma oxidada del NADH. El
NADH entrega hidrógenos. El NAD saca o quita hidrógenos.
Si quiero oxidar la glucosa se llama al NAD, porque el NAD saca hidrógenos.
Toda vía metabólica que es oxidativa termina formando coenzimas reducidas.
Vemos que este C2H6O perdió 2 hidrógenos y pasó a C2H4O y el NAD pasó a NADH.
Perdió 2 hidrógenos y por lo tanto se oxidó, y dichos hidrógenos fueron tomados por el
NAD que se redujo a NADH.
El catabolismo genera NADH que es una coenzima reducida. Hay otras coenzimas
como el FAD que se reducen a FADH, también tomando 2 hidrógenos. El FADH cede o
libera 2 hidrógenos y se forma FAD. Otra coenzima es NADP que al tomar 2
hidrógenos pasa a NADPH. Cada reacción redox tiene alguna de estas coenzimas.
En el anabolismo hay que reducir moléculas, y para ello hay que recibir hidrógenos. El
anabolismo utiliza (gasta) coenzimas reducidas y el catabolismo las fabrica (genera). La
mayoría de las anabólicas casi siempre utilizan NADPH.
Nos vamos a centrar en el catabolismo, agarrar un nutriente y romperlo todo. El
metabolismo se realiza en vías catabólicas. En el catabolismo no todas las reacciones
son iguales.
78
Catabolismo (respiración celular)
79
Proteínas
Lípidos
Polisacáridos
Fase I, digestión o degradación de moléculas de reserva
Se rompen las uniones
Mediante hidrólisis se
Se rompen las uniones
peptídicas mediante
obtiene glicerol y ácidos
mediante hidrólisis y se
hidrólisis y se obtienen
grasos
obtiene glucosa
aminoácidos
Fase II, ya dentro de la célula.
Comienza la RESPIRACIÓN CELULAR
Hay que degradarlos,
Hay que degradar el ácido
La primera degradación de
oxidarlos; pero hay
graso, oxidándolo primero glucosa se llama glucólisis,
aminoácidos distintos, y por parcialmente. Hay que
que es la degradación
lo tanto el producto final es romper el ácido graso en
parcial de la glucosa, y se
diferente. Primero sufre un grupos de a 2 carbonos,
obtiene ácido pirúvico. La
proceso de
llamado acetil CoA. Si
glucosa tiene 6 carbonos y
transdesaminación que le
había 16 carbonos, quedan 8 el ácido pirúvico tiene 3
hace perder un grupo amino acetil CoA. Se reduce la
carbonos. Por lo tanto, se
NH2. El grupo amino
coenzima NAD y se obtiene obtienen 2 ácidos pirúvicos.
termina formando urea que NADH y se reduce FAD
La coenzima que se reduce
va a la orina. El resto del
quedando FADH. Se llama es NAD se obtiene NADH.
aminoácido, el esqueleto
beta oxidación la oxidación El proceso es exergónico y
carbonado, se rompe,
parcial de ácidos grasos.
se fabrica ATP. Por cada
obteniéndose ácido pirúvico Esto sucede en la
glucosa se obtiene 2 ATP, 2
o acetil CoA, dependiendo mitocondria (en la matriz
NADH y 2 ácidos
del caso. El que termina en mitocondrial)
pirúvicos. Esto sucede en el
ácido pirúvico finalmente
citosol
llega a acetil CoA
El ácido pirúvico de 3 carbonos entra en la mitocondria y en la matriz se vuelve a
oxidar. Se descarboxila perdiendo un carbono en forma de dióxido de carbono CO2, se
reduce el NAD y se forma NADH, y los 2 carbonos restantes quedan como acetil CoA.
Ahora viene la fase III. El destino del acetil CoA es el mismo para todos, tanto para
proteínas y triglicéridos, como para los polisacáridos.
Estructura de la mitocondria
La mitocondria está delimitada por dos membranas. Una se llama membrana externa,
es lisa. Hay otra que se llama membrana interna, forma pliegues como un guante,
cosa que le permite a la membrana tener mucha superficie (mucha membrana en poco
espacio). Los pliegues de membrana se llaman crestas mitocondriales. El espacio entre
la membrana externa y la membrana interna se denomina espacio intermembrana. La
región interna encerrada por la cresta mitocondrial, es la matriz mitocondrial. En la
matriz mitocondrial hay enzimas y ADN circular.
80
Un esquema de la mitocondria:
Durante la fase III, el acetil CoA se degrada finalmente en la matriz mitocondrial, y se
obtiene dióxido de carbono CO2 que es la forma más oxidada del carbono.
El ciclo de Krebs es el proceso en la matriz mitocondrial, por el cual el acetil CoA se
oxida finalmente.
Se trata de un ciclo. Un intermediario de 4 carbonos llamado oxalacetato se une
(condensa) al acetil CoA que tiene 2 carbonos, y forman un compuesto de 6 carbonos
llamado citrato. Se desprenden 2 carbonos por separado en forma de dióxido de
carbono CO2, por lo que queda un compuesto de 4 carbonos y se sigue procesando
hasta obtener nuevamente el oxalacetato de 4 carbonos. El oxalacetato es un
81
intermediario necesario. Por cada acetil CoA que entra al ciclo de Krebs, se obtienen
3 NADH, 1 FADH, 1 ATP (o GTP) y 2 CO2.
Esta es la vía final de todos los nutrientes.
El dióxido de carbono CO2 se exhala en la respiración externa (ventilación pulmonar).
Lo que se quiere es obtener energía en forma de ATP. Acá se termina una de las partes
pero no se ha producido mucho ATP, aunque sí se ha producido mucha coenzima
reducida.
En la fase IV se aprovechan esas coenzimas reducidas y se obtiene ATP. La fase IV
consta de la cadena de transporte de electrones (cadena respiratoria) y la
fosforilación oxidativa.
La cadena de transporte de electrones ocurre en la cresta mitocondrial.
Los transportadores están ubicados en la membrana mitocondrial interna. Los
transportadores toman los electrones de las coenzimas reducidas y los van entregando.
Al tomar los electrones, los transportadores se reducen y las coenzimas se oxidan.
Cuando los transportadores entregan los electrones, se oxidan. Los transportadores son
proteínas. Al final los electrones son tomados por el O2, formando H2O. Las
proteínas transportadoras de electrones se denominan citocromos y permiten obtener
energía de a poco, en pequeñas dosis, para que la célula no sea dañada.
Imaginemos para graficar, que hay un edificio y en el décimo piso, hay un albañil. En
planta baja hay otro albañil. El albañil que está en el piso 10 debe hacer llegar ladrillos
al albañil que está en planta baja. Si el albañil que está en el piso 10 soltara los ladrillos,
la velocidad y energía que alcanzarían los ladrillos al llegar a planta baja,
probablemente le rompan la cabeza al albañil que está en planta baja. ¿Cómo se
soluciona? Se pone un albañil en cada piso, y el albañil que está en el piso 10, se los
pasa al albañil del piso 9, el del piso 9 se los pasa al del piso 8, y así sucesivamente, de a
poco, paso a paso, hasta que se llega al albañil de planta baja, que recibe los ladrillos sin
romperse la cabeza, porque los ladrillos no le llegan con tanta velocidad, con tanta
energía como para dañarlo.
La célula hace lo mismo con los electrones: van pasando por la cadena de transporte de
electrones como si fuesen los ladrillos bajados de a poco por los albañiles. El albañil de
planta baja, sería el oxígeno, que toma los electrones y va formando H2O.
82
Lo que los citocromos transportan son electrones y los protones quedan en la matriz. La
energía liberada por el descenso energético de los electrones mediante los citocromos,
se utiliza para bombear protones al espacio intermembrana (se gasta energía para
ello y es en contra de gradiente).
Repetimos que la energía liberada se utiliza para bombear protones al espacio
intermembrana y crear un gradiente de energía (protones). Es decir, en el caso del
NADH a modo de ejemplo, se separan los 2 hidrógenos y el NADH pasa a ser NAD, los
electrones e- bajan por los citocromos y los protones H+ son bombeados al espacio
intermembrana. Formar energía partiendo de los citocromos hasta llegar al oxígeno. Un
gradiente de protones es energía acumulada que se puede utilizar después. Para liberar
la energía acumulada en el gradiente hay que hacer que el gradiente se disipe hacia la
zona en el que el gradiente es menor. Los protones no pasan por la bicapa, utilizan un
canal de protones para pasar.
83
Ahora llega la fosforilación oxidativa. La fosforilación oxidativa permite obtener ATP.
Los protones entran desde el espacio intermembrana hacia la matriz mitocondrial
utilizando el canal de protones F0. El canal de protones F0 está acoplado a la enzima
F1 que es una ATPasa, y la enzima F1 ATPasa cataliza la creación de ATP utilizando
ADP, y lo hace gracias la energía producida por el paso de los protones desde el espacio
intermembrana hacia la matriz mitocondrial.
La fosforilación oxidativa produce ATP a partir de la energía del paso de los protones
H+, gracias al gradiente, a través de la ATPasa.
Todo lo dicho, que es posterior a la fase I, es decir la fase II en delante (cuando ya hay
combustible), responde al nombre de respiración celular.
El papel del oxígeno O2 es vital, porque es el último aceptor de electrones. Si no hay
oxígeno no se puede crear ATP. Nosotros dependemos de la creación de ATP como
fuente de energía utilizable para todos los procesos, y el oxígeno que respiramos,
cumple la función de permitir esta creación de ATP (tomando los electrones e- al final
de la cadena de transporte electrónica). Si no hay oxígeno, se detiene la creación de
ATP y como no hay energía utilizable para los procesos celulares, morimos
inmediatamente.
La respiración celular se puede resumir en una reacción:
84
Glucosa + oxígeno  dióxido de carbono + agua + energía
Es decir
C6H12O6 + 6O2  6CO2 + 6H2O + 38 ATP
Esa ecuación es un resumen de lo anterior. La glucosa C6H12O6 es el combustible. La
glucosa C6H12O6 se oxida y pierde los hidrógenos H. El oxígeno O2 se reduce y toma
los hidrógenos H. El dióxido de carbono CO2 viene de la oxidación de la glucosa y el
agua H2O viene de la reducción del oxígeno.
Lo podemos ver mejor en el siguiente esquema:
(C6H12O6) + (6O2)  (6CO2) + (6H2O) + (38 ATP)
La cadena de transporte de electrones (cadena respiratoria) genera el gradiente de
protones y las coenzimas reducidas se reoxidaron, es decir que son reutilizables. Eso es
un beneficio porque hay pocas coenzimas. Si las coenzimas no se reoxidan, el proceso
se detiene. Al final de la cadena de transporte se forma agua. Nunca la energía es 100%
aprovechable. Una parte de la energía escapa en forma de calor. Aproximadamente el
40% de la energía queda almacenada en forma de ATP y el 60% restante de la energía
escapa en forma de calor. Sin embargo ese calor ayuda a mantener la temperatura
corporal.
Clase 12
Lunes 27/09/2004
El ciclo de Krebs aporta coenzimas reducidas. Luego los electrones se transfieren al
oxígeno, al final de la cadena de transporte de electrones. Luego se bombean protones
para crear ATP.
¿Qué pasa si no hay oxígeno?
No se puede fabricar ATP porque no se crea el gradiente de protones. ¿Por qué no se
crea el gradiente de protones? Porque la cadena de transporte de electrones no puede
continuar sin oxígeno, debido a que los componentes de la cadena de transporte están
todos reducidos y no se pueden oxidar sin oxígeno. Es decir, los citocromos de la
cadena de transporte de electrones, están justamente todos ocupados con electrones, y si
no hay oxígeno que tome los electrones al final de la cadena, entonces los citocromos
quedan ocupados portando los electrones. Por supuesto, si los citocromos están
ocupados, entonces no podrán seguir trabajando. Seguirán trabajando cuando se
desocupen, cuando se liberen de los electrones.
En ausencia de oxígeno se corta la oxidación de nutrientes. La oxidación de ácidos
grasos y de proteínas se frena. Si no hay oxígeno no hay fosforilación oxidativa. Si no
hay oxígeno, el NADH que llega a la cadena de transporte no se oxida para brindar
NAD y el FADH que llega a la cadena de transporte no se oxida para brindar FAD.
85
Repasemos la glucólisis (la oxidación parcial de la glucosa en la fase II). Se forma ácido
pirúvico. Se fabrican 2 ATP, 2 NADH y 2 ácidos pirúvicos. En la glucólisis, para
obtener NADH, se utiliza NAD y para obtener ATP se utiliza ADP. Si no hay oxígeno
no se fabrica NAD en la cadena de transporte de electrones, y por lo tanto la glucólisis
no tendrá NAD para reducirlo a NADH. Recordemos que hay poca cantidad disponible
de estas coenzimas y que son reutilizables.
Sin embargo, en condiciones de anaerobia (ausencia de oxígeno) el ácido pirúvico
obtenido en la glucólisis (en lugar de pasar a acetil CoA) se puede convertir en ácido
láctico. De dicho modo se oxida el NADH y se obtiene NAD. Este proceso se
denomina fermentación láctica. Esto es crucial porque al obtener NAD mediante la
fermentación láctica, la glucólisis puede continuar.
De la glucólisis se obtiene:
2 ácidos pirúvicos
2 ATP
2 NADH
En la fermentación láctica se obtiene:
2 ATP (generados en la glucólisis)
2 ácidos lácticos
No se genera NAD ni NADH porque son solamente intermediarios.
En la glucólisis se obtiene lo dicho más todo lo que se obtiene en los pasos siguientes
(ciclo de Krebs, cadena de transporte y fosforilación), logrando en total 38 ATP en toda
la respiración celular. En cambio en ausencia de oxígeno, a la glucólisis le sigue la
fermentación láctica, y solamente se obtienen 2 ATP de la glucólisis y 2 ácidos lácticos
de la fermentación láctica.
¿Qué células hacen fermentación láctica? Los glóbulos rojos no tienen mitocondria y
por lo tanto no tienen ciclo de Krebs. Todo el tiempo hacen fermentación láctica. Las
células musculares también hacen fermentación láctica en casos de ausencia de oxígeno
(anaerobia). Pero hacen las dos cosas, ciclo de Krebs en condiciones normales y
fermentación láctica en otros casos. El corazón puede hacer fermentación láctica en
casos de ausencia de oxígeno, a modo de ejemplo en infartos de miocardio. A veces lo
hace el hígado pero en casos de enfermedad.
Existe otro tipo de fermentación donde el ácido pirúvico de la glucólisis genera etanol
(un alcohol). Para eso de descarboxila el ácido pirúvico, es decir pierde dióxido de
carbono CO2, y el NADH se reoxida y pasa a NAD. Se llama fermentación alcohólica.
Nosotros no lo hacemos pero sí las bacterias. En la respiración celular la glucosa se
oxida terminando en dióxido de carbono CO2 y agua H2O. En la fermentación la
glucosa se oxida a dióxido de carbono CO2 sólo parcialmente. En la fermentación
alcohólica el último aceptor de electrones es el etanol y en la fermentación láctica es el
ácido láctico.
La respiración aeróbica otorga mucho más ATP que la fermentación. Los organismos
facultativos pueden vivir con o sin oxígeno porque pueden usar los 2 mecanismos sin
problemas.
86
Existen bacterias que en lugar de utilizar oxígeno O2 para obtener agua H2O al final de
la cadena de transporte, utilizan otro compuesto distinto del O2. A modo de ejemplo hay
bacterias que utilizan azufre S como último aceptor de electrones al final de la cadena
de transporte, y en lugar de obtener H2O, obtienen SH2. Otras bacterias utilizan NO3-.
Sin embargo, la energía que obtienen las bacterias de estos ejemplos es menor a la
obtenida con la respiración aeróbica.
Solamente la glucosa permite la fermentación. Todo esto tiene que ver con el
catabolismo.
Anabolismo
Ahora vamos a ver anabolismo, la fabricación de moléculas, en líneas generales.
Si hablamos de anabolismo hablamos de biosíntesis. Es un proceso reductivo. Permite
reducir alguna molécula utilizando el NADPH, siendo que el NADPH se oxida y se
obtiene NADP.
El proceso necesita ATP. Utiliza moléculas pequeñas como el ácido pirúvico y el acetil
CoA. También utiliza intermediarios del ciclo de Krebs. Ahora vamos a ver el ciclo de
Krebs como intermediario anabólico, porque brinda moléculas para el anabolismo. El
ciclo de Krebs es una vía anfibólica, porque puede participar del catabolismo y del
anabolismo. Es un nudo metabólico. Es muy central, convergen muchos productos. A
modo de ejemplo, al consumir glúcidos, se pueden convertir en lípidos (grasa) y para
eso se necesita el ciclo de Krebs, algunas de las reacciones del ciclo de Krebs. Se
interconvierten los nutrientes.
Glucosa  ácido pirúvico  acetil CoA
Con el acetil CoA se pueden hacer ácidos grasos. El acetil CoA se une al oxalacetato en
el ciclo de Krebs y del citrato se obtienen ácidos grasos. Se requiere ATP y NADPH. El
acetil CoA es el precursor. También se puede obtener colesterol. El glicerol necesario
para unir los ácidos grasos se obtiene de un intermediario de la glucólisis, y se pueden
fabricar triglicéridos. Desde la carne, que es proteína (aminoácidos), también se generan
ácidos grasos. Si no se ingiere alimento se pueden usar las reservas como los
triglicéridos y el glucógeno. El glucógeno se termina en aproximadamente 24 horas y
entonces se produce la glucogénesis, la fabricación de glucosa. Para fabricar glucosa se
puede usar aminoácidos, glicerol, ácido láctico. No se puede fabricar glucosa a partir
de acetil CoA y tampoco se puede fabricar glucosa a partir de ácidos grasos.
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Desde aminoácidos tenemos:
Los aminoácidos esenciales no se pueden fabricar. Los no esenciales sí se pueden
fabricar. No se puede sintetizar glucosa desde los ácidos grasos, primero habría que
pasar al acetil CoA y por la ruta de los aminoácidos pasar al ácido pirúvico, y recién ahí
con el ácido pirúvico se pasa al ciclo de Krebs y mediante oxalacetato, a través del
citrato, se logra glucosa.
¿Cómo podemos obtener (sintetizar) grasa partiendo desde polisacáridos?
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Fotosíntesis
Están los organismos heterótrofos y los autótrofos. Las plantas son organismos
autótrofos. Los organismos autótrofos son los que pueden fabricar moléculas orgánicas
a partir de lo inorgánico. Los organismos heterótrofos no fabrican moléculas orgánicas,
sino que deben ingerir las moléculas orgánicas. Las plantas usan dióxido de carbono
CO2, agua H2O y sales (nitratos y nitritos como fuente de nitrógeno N). De esto hacen
materia orgánica. El proceso o vía se denomina fotosíntesis. La energía que utilizan es
la energía lumínica del sol, que la transforman en energía química. Para hacerlo
necesitan la clorofila que es la que aprovecha la energía del sol, la luz. La clorofila está
en los cloroplastos:
¿En qué consiste la fotosíntesis?
Es un proceso anabólico endergónico. La ecuación general de la fotosíntesis es la
siguiente:
Dióxido de carbono + agua + luz  glucosa + oxígeno
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Es decir:
6CO2 + 6H2O + luz  C6H12O6 + 6O2
Es al revés de la ecuación general de la respiración celular; pero los procesos no son
iguales. Producto y sustrato son iguales.
El dióxido de carbono se reduce formando glucosa, y el agua se oxida formando
oxígeno. El oxígeno del agua es el que queda libre en la atmósfera.
Lo veremos mejor en el siguiente esquema:
(6CO2) + (6H2O) + (luz)  (C6H12O6) + (6O2)
Etapas de la fotosíntesis
Los cloroplastos son organelas delimitadas por una membrana.
El apilamiento de los tilacoides se llama grana (como monedas apiladas). Los tilacoides
están conectados están conectados entre sí y a dicha conexión se la llama intergrana. La
clorofila está metida en los tilacoides.
La clorofila puede absorber energía lumínica y excitarse. Al excitarse la clorofila, hay
electrones que suben de nivel energético, y dichos electrones luego bajan de nivel
energético, regresan al nivel bajo. Se arrancan electrones y la energía se saca de a poco
para crear ATP.
90
La fotosíntesis consta de 2 etapas.
Fotosíntesis
Etapa lumínica, clara, fotodependiente o fotoquímica
Etapa oscura, bioquímica o termodependiente
Vamos a hacer un esquema general:
En la primera etapa, la etapa lumínica, el agua H2O se rompe (fotólisis del agua) con la
energía de la luz. El H2O se oxida liberando los protones (hidrógenos H+). Una
coenzima de óxido reducción se reduce tomando los hidrógenos H+, el NADP que se
reduce a NADPH. Con la energía también se crea ATP. Esto ocurre en los tilacoides.
La segunda etapa, la etapa termodependiente, ocurre en el estroma. La etapa se
denomina termodependiente porque es vital la temperatura para que funcione bien. Cada
paso tiene enzimas que dependen de la temperatura.
Los reactivos de la fotosíntesis son el H2O, el CO2 y la luz. El producto es la glucosa y
el O2. El NADPH y el ATP son solamente intermediarios.
Los reactivos de la primera etapa son el ADP, el NADP, el H2O y la luz. Los productos
de la primera etapa son el NADPH, el ATP y el O2.
Los reactivos de la segunda etapa son el CO2, el NADPH y el ATP. Los productos de la
segunda etapa son el NADP, el ADP y la glucosa.
Fotosistema quiere decir que hay clorofila que se excita por la luz.
91
La clorofila del fotosistema I pierde el electrón y debe recuperarlo. Para eso lo toma del
fotosistema II. El fotosistema II recupera su electrón sacándolo del agua. El agua se
fotoliza por acción de la luz y la clorofila del fotosistema II le saca electrones al agua.
El agua sólo se rompe por la energía aportada por la luz. Hay muchos protones dando
vueltas. Los protones son bombeados dentro del tilacoide formando un gradiente de
protones, que al disiparse fuera del tilacoide, puede formar ATP, mediante un canal de
protones con ATP sintetasa.
En esta primera etapa se genera O2, ATP y NADPH. El NADP es el último aceptor de
hidrógenos en este proceso. Al principio el dador de electrones es el agua H2O. Todo
esto es la primera etapa, la etapa clara. Sigue la segunda etapa, la etapa
termodependiente, con el ciclo de Calvin.
Clase 13
Jueves 30/09/2004
92
Seguimos con fotosíntesis. La etapa lumínica tiene algo de común con la respiración
celular (el transporte de electrones y formación de ATP con bomba de protones).
En la respiración celular se forman coenzimas reducidas. La energía de la fotosíntesis
viene de la luz. Los electrones tienen alta energía. En el transporte de electrones se
libera energía en forma de ATP y NADPH.
¿Qué pasa en la etapa oscura o termodependiente?
Permite aprovechar el ATP y el NADPH para fabricar glucosa usando dióxido de
carbono CO2. Es una vía metabólica, una serie de reacciones químicas que se llaman
ciclo de Calvin. El dióxido de carbono CO2 se va uniendo a una pentosa, un azúcar de
5 carbonos, con el objetivo de formar un azúcar de 6 carbonos.
Esto sucede en el estroma del cloroplasto. Para que suceda el ciclo de Calvin hay que
poner dióxido de carbono CO2, NADPH y ATP. ¿Las plantas respiran CO2 para obtener
ATP, tal como en la respiración celular? No. Las plantas generan glucosa con la
fotosíntesis, y luego degradan la glucosa en la respiración celular para obtener ATP. Las
plantas respiran (incorporan) CO2 para, mediante la fotosíntesis, generar glucosa. A
dicha glucosa luego la degradarán mediante la respiración celular y obtendrán ATP.
Respiran todo el día; pero para fotosintetizar necesitan luz.
Las plantas, durante la respiración celular, al final de la cadena de transporte, utilizan
oxígeno; pero en poca cantidad. Durante la noche cuando no hay luz, la planta consume
oxígeno, durante la respiración celular (degradación). La planta hace fotosíntesis
(sintetiza glucosa) y respiración celular (degradación de glucosa).
Un cuadro final de los reactivos y productos de las distintas etapas:
1º etapa, fotosistemas, lumínica
2º etapa, oscura o termodependiente
Reactivos
Luz (energía)
H2O
NADP
ADP + Pi
CO2
NADPH
ATP
Productos
O2
NADPH
ATP
Glucosa
NADP
ADP + Pi
93
Respecto a la fotosíntesis, hay que decir que la luz es una fracción de la radiación
electromagnética que viene del Sol (espacio). En particular la radiación que la planta
puede absorber para la fotosíntesis. El verde lo refleja; pero otros pigmentos de la planta
pueden absorber el verde. Son los pigmentos accesorios como los carotenos (naranjas,
rojos, etcétera). Entre todos junto a la clorofila la planta trata de captar toda la luz
visible. Los rayos superiores a la luz visible dañan las células.
Voy a dictar algunas preguntas típicas de parcial para que tengan una idea.
1) Relacione el valor de la variación de energía libre (delta G) con la posibilidad de
que una reacción sea termodinámicamente espontánea o no. Explique con un gráfico
el nivel energético en función del curso de la reacción.
2) Una enzima es oligomérica y cooperativa. Explique: (A) qué significan los términos.
(B) De qué manera la enzima acelera la velocidad de la reacción. (C) Por qué no
puede catalizar a 90ºC y a 5ºC.
3) Si una bacteria se reprodujera en ausencia de oxígeno a la misma velocidad que en
presencia de oxígeno, cómo sería el consumo de glucosa en cada caso. Justifique.
4) Si un insecto se alimenta exclusivamente de polisacáridos, cómo puede sintetizar
grasas.
5) Describa un mecanismo de transporte a través de membrana que no sea saturable.
6) Explique los eventos que ocurren en la sinapsis y señale qué efecto tendría sobre
este proceso una sustancia que impida la recaptación del neurotransmisor.
7) ¿Cuál es la causa de la existencia de un período refractario? ¿Por qué es tan
importante para la correcta transmisión del impulso nervioso?
8) A un medio líquido en donde viven ciertas células se le agrega: glucosa dos gramos
por litro, y un ion X un gramo por litro. Se observa que inmediatamente ambos
compuestos son incorporados por las células. Se sabe que las concentraciones
intracelulares iniciales de glucosa y de X, era 0,5 gramos por litro y 3 gramos por
litro respectivamente. Describa los mecanismos de transporte involucrados en cada
caso y justifique.
9) ¿Puede una célula vegetal liberar oxígeno en ausencia de luz? Justifique.
10) Se extraen de una célula vegetal las enzimas del estroma del cloroplasto y se
colocan en un tubo de ensayo. ¿Qué deberá agregar al tubo para que ocurra el ciclo
de Calvin?
11) ¿Qué significan los siguientes términos: complementariedad de bases y sitio
alostérico?
12) ¿Qué efectos tiene un inhibidor competitivo?
Sistema de endomembranas
El sistema de endomembranas es típico de células eucariontes. Son membranas
internas que recorren el citoplasma. Los procariontes no tienen endomembranas. La
endomembrana tiene las características de la membrana plasmática aunque en distintas
proporciones.
El sistema de endomembranas está compuesto por el retículo endoplasmático, el
complejo de Golgi, y la envoltura nuclear.
94
Retículo endoplasmático (REG y REL)
Sistema de endomembranas (sólo eucariontes) Complejo de Golgi
Envoltura nuclear
La envoltura nuclear es la que envuelve al núcleo. Retículo viene de red, una red
membranosa que recorre el citoplasma.
Son sacos membranosos con una luz (espacio) interior. Las bolsitas alargadas se llaman
cisternas. Las de tipo esfera se llaman vesículas. También pueden formar tubos,
estructuras tubulares. Delimitan compartimentos dentro de la célula, como
habitaciones. Hay dos tipos de retículo. Uno de ellos es el retículo granular o rugoso
(REG) y se llama así porque del lado de fuera tiene ribosomas pegados.
El otro retículo es el retículo liso o agranular (REL), que no tiene ribosomas pegados.
El REG y el REL comparten algunas funciones pero no otras. Los ribosomas sirven
para la síntesis de proteínas (los aminoácidos se unen en los ribosomas).
Lo que sucede con las proteínas depende de cada una. Hay ribosomas sueltos que están
libres, y ahí se fabrican las proteínas para uso de la célula. Las proteínas que se
fabrican en el REG son las proteínas de exportación, las que se van a ir de la célula.
Cuando una célula fabrica algo para que ese algo cumpla una función fuera, el proceso
se denomina secreción, y se hace en el REG (a modo de ejemplo un neurotransmisor).
En el REG también se fabrican las proteínas de membrana. También se fabrican las
proteínas de los lisosomas.
Ciclo secretor
95
El REG tiene que ver con la síntesis de proteínas. El REL se asocia con la síntesis de
muchos lípidos, y con el almacenamiento y degradación del glucógeno. Muchos lípidos
se fabrican en el REL. Para el ciclo secretor, en principio hay que fabricar la proteína.
La proteína se empieza a fabricar en un ribosoma que está libre, hasta que un
fragmento de la proteína está libre. Dicho fragmento se denomina péptido señal (es
una secuencia particular de aminoácidos, generalmente no polar).
Esa proteína con señal, termina de crearse en el REG.
El REG tiene una proteína (2) que se une a otra proteína (1) que se engancha al péptido
señal.
Esto hace que todo se enganche al REG. La proteína se sigue fabricando en el interior
del REG, dentro de los tubos del REG. Esto del péptido señal es de las proteínas de
exportación. Cuando la proteína está dentro del REG, puede sufrir modificaciones. A
modo de ejemplo se le puede glicosilar, es decir, se le agregan glúcidos. También se le
pueden formar puentes disulfuro, o se le pueden pegar lípidos. Es decir que a la proteína
se la modifica y completa.
Después del REG la proteína terminará en el complejo de Golgi. El sistema de Golgi es
un sistema de endomembranas. El Golgi está más localizado y tiene el siguiente
aspecto:
96
La proteína sale del REG dentro de una vesícula. La vesícula se crea con la membrana
del REG. Dicha vesícula que contiene en su interior la proteína, se estrella contra el
Golgi y se funde con el Golgi. La vesícula que sale del REG siempre entra por la parte
basal (CIS) del complejo de Golgi. Así va pasando de una capa del Golgi a la otra, por
el mismo mecanismo. Mientras pasa por el Golgi, la proteína se termina de modificar,
completar y también se condensa (se concentra). Cuando está lista, se despacha a su
destino final. Sale una vesícula hasta la membrana plasmática, la vesícula se fusiona con
la membrana plasmática y la proteína sale de la célula (exocitosis).
Si la proteína en lugar de ser de exportación es una proteína de membrana, entonces
cuando sale del REG, en lugar de viajar dentro de la vesícula, la proteína está inserta en
la membrana de la vesícula. Al hacer exocitosis, la proteína de membrana queda inserta
en la membrana plasmática. También está el caso de las proteínas que no salen de la
célula sino que forman un lisosoma.
Clase 14
Lunes 04/10/2004
¿Qué son los lisosomas y para qué sirven?
Los lisosomas llevan proteínas en su interior y dichas proteínas son enzimas
hidrolíticas, que catalizan la rotura de otras moléculas.
Dichas enzimas en el interior del lisosoma tienen la función de digestión intracelular,
romper en el interior de la célula moléculas grandes para obtener moléculas más
simples. Generalmente lo que degradan son moléculas grandes que ingresaron por
fagocitosis (endocitosis). La vesícula que contiene la molécula grande que ingresó por
endocitosis, de llama fagosoma o endosoma. Hay que juntar el fagosoma con el
lisosoma.
97
Eso rompe toda la molécula, es la digestión intracelular. Hidroliza la molécula. Se
libera lo útil, como glucosa, ácidos grasos, ácidos nucleicos, aminoácidos, y lo que no
se puede digerir, el residuo, se llama cuerpo residual. Eso se acerca a la membrana y se
expulsa por exocitosis.
Este es el modo en el que organismos unicelulares se alimentan., esta es su digestión. La
digestión en humanos es extracelular. No todas nuestras células hacen digestión
intracelular. Los glóbulos blancos a modo de ejemplo, sí hacen digestión intracelular.
Otras células pueden hacerlo no para alimentarse, sino para eliminar fragmentos viejos
de células (son englobadas y eliminadas). Necrosis se llama la muerte de una célula.
Otro mecanismo de muerte celular es apoptosis.
Recordemos que el retículo endoplasmático liso REL se asocia a la síntesis de ácidos
grasos, y a la degradación del glucógeno (glucogenolisis), liberándose glucosa.
El citosol es la parte acuosa de una célula. Hay agua, proteínas, enzimas, glucosa,
etcétera.
Los ribosomas es el lugar donde se sintetizan proteínas. Las endomembranas son un
sistema de transporte intracelular. Las células procariontes, pueden realizar síntesis
aunque no tienen endomembranas.
Para todo el movimiento de la célula hace falta energía y esqueleto (citoesqueleto). El
esqueleto son filamentos proteicos. Las vesículas se mueven gracias al citoesqueleto.
Diferencias entre procariontes y eucariontes
Células procariontes
No tienen núcleo
No tiene sistema de endomembranas
Tiene ribosomas pequeños
ADN circular desnudo (sin proteínas)
Sin organelas. Sin mitocondria o cloroplastos
Tiene pared celular (no es de celulosa)
Células eucariontes
Sí tiene núcleo
Sí tiene endomembranas
Tiene ribosomas grandes
ADN linear asociado a proteínas
Tiene organelas en general
Los vegetales tienen pared de celulosa
98
Diferencias entre células vegetales y animales
Células animales
Sin pared celular
Sin vacuolas o son chiquitas
Sin cloroplasto
Con mitocondria
Células vegetales
Con pared celular
Con Vacuolas grandes
Con cloroplasto
Con mitocondria
Los reinos tradicionales en que se dividen los organismos vivos
Moneras
Protista
Hongos
Animal
Vegetal
Procariontes. No dan origen a organismos pluricelulares. Bacterias y algas
azules verdosas
Unicelulares eucariontes
Unicelulares y pluricelulares. Tienen células eucariontes, con algunas
características del vegetal y del animal
Multicelulares, eucariontes típicos animales
Multicelulares, eucariontes típicos vegetales
Energía
Energía total = Energía libre + Energía inútil (entropía)
Una variación se mide con Delta ( )
G = G(final) - G(inicial)
G < 0 (disminuyó la energía útil) Espontáneo exergónico
G > 0 (aumentó la energía útil) No espontáneo endergónico
Resumimos la respiración celular:
C6H12O6 + 6O2  6CO2 + 6H2O + 38 ATP
99
Respecto a la pregunta (3) sobre las bacterias, digamos que si se reproducen a la misma
velocidad ya sea en presencia de oxígeno o en ausencia de oxígeno, entonces el
consumo de glucosa en ausencia de oxígeno desemboca en una fermentación, siendo
que el ATP obtenido en poca cantidad, es de la glucólisis. Sin oxígeno se consume más
glucosa.
Clase 15
Jueves 14/10/2004
(El jueves 7/10/2004 no hubo clases porque fue el primer parcial y el lunes 11/10/2004
no hubo clases porque fue feriado)
100
La envoltura nuclear es una dependencia del sistema vacuolar interno. Es una cisterna
que se puede conectar con el retículo endoplasmático. La envoltura no es continua sino
que existen espacios entre las bolsitas que se llaman poros nucleares.
Una sustancia que quiera entrar al núcleo no necesita atravesar la membrana, porque
puede pasar por un poro nuclear. Es decir, que no necesita de mecanismos de transporte
para entrar al núcleo. Los poros son grandes pero no cualquier cosa puede entrar o salir,
porque los poros están rodeados por proteínas y esto se llama complejos del poro. Las
proteínas rodean al poro como un anillo, en general en forma de octámero. Ese anillo
actúa como un diafragma regulando el tamaño del poro. Hay proteínas y ácidos
nucleicos que pueden pasar por el poro si tienen una señal que se los permita. La señal
se une a las proteínas del poro y los poros se abren. Si existe la señal adecuada entonces
pueden entrar o salir. Es decir, que para entrar y salir se requiere de una señal que lo
habilite.
El núcleo tiene adentro el material genético. Dentro del núcleo hay una solución líquida
que se llama nucleoplasma, en el que se deposita el material genético. El nucleoplasma
tiene iones y proteínas.
101
¿Por qué el núcleo se organizó en una envoltura? Del lado interno del núcleo hay
proteínas que se anclan a la membrana nuclear y se llaman láminas. Dichas láminas
mantienen anclada la envoltura nuclear. Las láminas participan en la desaparición y
reaparición del núcleo durante la división celular. La fosforilación de una proteína
cambia su conformación. Las láminas hacen eso: se fosforilan para participar en la
desaparición del núcleo. Al fosforilarse se sueltan del núcleo y el núcleo se desorganiza.
A la inversa, cuando las láminas se desfosforilan, el núcleo vuelve a organizarse.
El material genético
En las células eucariontes el material genético está formado por ADN y proteínas. El
ADN es ácido desoxirribonucleico, formado por 2 cadenas de nucleótidos unidos por
puentes de hidrógeno, entre las purinas y las pirimidas. Hay proteínas asociadas al
ADN. Es un agregado de moléculas, unidas por uniones débiles. Entre el ADN y las
proteínas hay ADN pone la carga negativa (-). Dicha carga negativa está en el fosfato.
Los nucleótidos se unen por uniones fosfodiéster. El ADN es un polianión, es decir, que
tiene muchas cargas negativas. Las proteínas deben tener la carga positiva (+). Dicha
carga positiva la tienen las proteínas histonas, específicamente en el resto y, eso les
permite unirse al ADN.
Si se junta el ADN de una célula nuestra se obtienen 2 metros de longitud de ADN. El
ADN se enrolla con las proteínas histonas para poder empaquetarse. Lo hace de a 8
histonas, es decir, que se hace mediante octámeros de histonas. El ADN da 2 vueltas a
cada octámero de histonas, formando lo que se llama un nucleosoma.
102
Cada nucleosoma tiene unos 200 nucleótidos. Esto se repite continuadamente formando
secuencias de nucleosomas y, si se mira esto con un microscopio óptico, dicha
secuencia repetida de nucleosomas parece un collar de perlas. De dicho modo se
empaqueta bastante el ADN. Si se mira con un microscopio óptico el núcleo, cuando no
se está dividiendo, el ADN tiene aspecto de ovillo de lana y se llama cromatina al
ADN en dicho estado. La cromatina está formada por ADN y proteínas histonas.
Si no se está dividiendo, decimos que la célula está en interfase. Contrario a interfase es
cuando la célula está en división.
Cuando está en interfase el ADN se llama cromatina. Cuando la célula se va a dividir, el
material genético se debe repartir entre las células hijas. Pero el material genético está
todo enrollado, entonces cuando la célula se va a dividir, el material genético
(cromatina), se organiza en cromosomas. Se empaqueta el ADN de modo más
compacto. Cromatina y cromosomas son lo mismo pero empaquetados de un modo
distinto. Nosotros los humanos tenemos 46 cromosomas. La cromatina está organizada
en 46 tiras, que luego, cada una de esas 46 tiras se empaquetará en cromosomas.
103
Entre nucleosoma y nucleosoma se agrega una proteína histona especial que pegotea
todo, permitiendo una mayor compactación. Se pasa al solenoide y finalmente al
cromosoma que es el estado de compactación que se observa cuando la célula está en
división.
La información genética es llevada en el ADN, en la cromatina, en las secuencias de
bases (nucleótidos).
A-C-A-T-G-C-C-T-G-G-A-A-T-G-T-G-C-A-C-T
En esta secuencia está el mensaje genético. ¿Cómo se expresa ésto? En secuencias de 3
bases, llamado triplete de bases, llevando el nombre de un aminoácido. En el ejemplo
de arriba, A-C-A codifica para un aminoácido, T-G-C codifica para otro aminoácido, CT-G codifica para otro aminoácido, etcétera.
ACA
TGC
CTG
GGA
ATG
TGC
ACT
Con 3 mil tripletes hay información para 3 mil aminoácidos y, dichos 3 mil tripletes
están formados por 9 mil nucleótidos. Todo eso puede ser la información para una única
proteína. Un conjunto de tripletes determina un conjunto de aminoácidos y, dicho
conjunto de aminoácidos determina una proteína (determina una cadena polipeptídica).
Dicho conjunto de tripletes que determina una cadena polipeptídica o proteína, se llama
gen.
El gen de la insulina es una porción de ADN que determina la proteína insulina,
determina la estructura primaria de la proteína insulina. Una secuencia de nucleótidos
codifica una secuencia de aminoácidos y, dicha secuencia de aminoácidos codifica una
proteína. Hay en los humanos unos 30 mil genes. Cada hebra de cromatina tiene muchos
genes. El genoma es todo el conjunto de genes.
Hay intergenes, zonas de ADN que no llevan información para ninguna proteína.
Un cromosoma en el microscopio óptico se ve con 2 brazos. Recordar que si se ven
cromosomas entonces la célula ya se pasó por la replicación del ADN en la fase S. Cada
brazo se llama cromátida. Entonces cada cromosoma tiene 2 cromátidas, unidas por un
punto de estrangulamiento llamado centrómero, lugar en el que se unen las cromátidas.
Se llaman cromátidas hermanas las que pertenecen al mismo cromosoma. En la punta
del cromosoma está el telómero. Hay un telómero en cada punta de cada cromátida, por
lo tanto en un cromosoma de 2 cromátidas, tenemos 4 telómeros. En centrómero no
necesariamente está en el medio del cromosoma.
El cromosoma está hecho de ADN y proteína histona.
Ciclo celular
Cuando hablamos del ciclo celular, hablamos de los distintos estadíos o estados de la
célula. Hay 2 etapas grandes: la etapa interfase y la etapa de división. Si una célula no
se divide, entonces está en interfase. La interfase consta de 3 etapas: G1, S y G2. Una
célula que vive y crece, haciendo todo lo que la célula hace normalmente, está en G1.
104
Cuando la célula se va a dividir, entra en la fase S, que es donde se replica (duplica) el
ADN. Cada célula hija debe tener toda la información genética de la célula original
(madre o molde), por lo tanto el ADN se debe duplicar (replicar). Luego de la
replicación, tendremos 2 hélices idénticas de ADN, cada una de ellas bicatenaria
antiparalela complementaria. Estas 2 hélices estarán enganchadas (centrómero), estarán
juntas en el cromosoma, cada una de ellas será una de las cromátidas hermanas. Cada
una de las cromátidas, es decir, cada una de las hélices hijas, tendrá una de las cadenas
complementarias originales de ADN (replicación semiconservativa). Por lo tanto, en
división, el cromosoma tiene 2 cromátidas, conteniendo cada cromátida 1 hélice
bicatenaria antiparalela complementaria.
Ahora vamos a mirar los 46 cromosomas humanos formando parejas. Se forman 23
pares, es decir, 23 parejas de cromosomas. Los cromosomas que son parejas tienen el
mismo ADN (esto no es exacto pero valga para comprender conceptualmente), tienen
los mismos genes. Estos cromosomas se llaman cromosomas homólogos. Los
humanos tenemos 23 pares de cromosomas homólogos.
Otras especies tienen otra cantidad de cromosomas. A modo de ejemplo, la mosca de la
fruta (Drosophila) tiene 4 pares de cromosomas.
El cariotipo es la descripción (fotografía) de todos los cromosomas. Cuando la célula
está en división, se fotografían los cromosomas. En división es cuando los cromosomas
se ven mejor. Esto permite estudiar los cromosomas. Se puede estudiar si están todos los
cromosomas, si hay cromosomas de más, si algún cromosoma está deformado o le falta
un pedazo, etcétera.
Cariotipo
¿Por qué tenemos cromosomas homólogos? Los cromosomas homólogos llevan la
información de los mismos genes. Las células sexuales, llamadas espermatozoides en
los humanos macho (♂) y óvulos en las humanas hembras (♀), llevan cada uno la mitad
de los cromosomas. Es decir, que llevan 23 cromosomas en lugar de llevar 46. Llevan
23 cromosomas sin sus respectivos homólogos. Las células sin homólogos se llaman
células haploides o células n. El resto de las células, las células somáticas, que no son
sexuales, tienen 23 pares de cromosomas en los humanos, y se llaman células diploides
o 2n. Esto es: n=23 y 2n=(2)(23)=46. Nuestras células somáticas son 2n=46. Nuestras
células sexuales son n=23.
105
Se llama cigoto a la célula resultante de la unión del espermatozoide y el óvulo en la
fecundación. El cigoto tiene 46 cromosomas, de los cuales 23 cromosomas vienen del
óvulo de la madre y 23 cromosomas vienen del espermatozoide del padre. La mitad de
los cromosomas vienen de la madre y la otra mitad de los cromosomas vienen del padre.
Esto significa que los cromosomas homólogos, son uno proveniente de la madre y, el
otro proveniente del padre.
Un cromosoma puede tener información para el color de ojos marrones y el otro
cromosoma homólogos, puede tener información para el color de ojos azules. Sin
embargo, ambos cromosomas codifican para el color de ojos. Entonces, sin bien no
tienen la misma información, sí tienen la información del mismo tipo. Los homólogos
tienen la información para los mismos genes, si bien dicha información puede no ser la
misma. Los homólogos tienen los mismos genes pero con información no
necesariamente igual. A dichas variantes del mismo gen se las llama alelos. En cada
cromosoma hay alelos y, estos alelos pueden ser distintos. Pueden haber alelos que son
normales y otros alelos que tienen variantes patológicas. A modo de ejemplo, la insulina
no puede cambiar porque ya no trabajaría bien en el organismo. Si hay un alelo
defectuoso para la insulina puede afectar al organismo.
El locus tiene que ver con la ubicación física del gen en el cromosoma. Esta ubicación
física es fija en una misma especie. El locus de un gen es fijo y hay 2 locus para cada
gen: uno en cada cromosoma homólogo.
El ADN de 2 humanos cualesquiera difiere en menos del 1%. Un humano y un
chimpancé tienen un 2% de diferencia. Ese 1% de diferencia entre humanos es lo que
hace único a cada humano, es lo que hace a la diferencia entre individuos. La mayoría
de las diferencias genéticas están en las zonas donde no hay información.
A la información genética la tenemos que replicar (copiar) cuando la célula se va a
dividir. Si la célula no se va a dividir (a modo de ejemplo una neurona) entonces dicha
célula está siempre en estado G1.
A la información genética se la tiene que expresar. Es decir, hay que copiar lo que se
quiere expresar y fabricar un ARN. Este proceso de fabricar un ARN se llama
transcripción. Luego de la transcripción viene la traducción, que es el proceso
mediante el cual se fabrica la proteína para expresar el gen. El ARN se sintetiza
(transcripción) en el núcleo y luego de ser fabricado el ARN sale del núcleo y, junto a
los ribosomas, se crea (sintetiza) la proteína mediante la traducción.
Expresión
 Replicación
ADN 
Transcripción
ARN 
Traducción
PROTEÍNA
Esto siempre ocurre en interfase, nunca cuando la célula se está dividiendo. Para
replicar (copiar) el ADN, el ADN debe estar en forma de cromatina, es decir, debe estar
desempaquetado, laxo. Esto también es necesario en la transcripción, para obtener el
ARN.
106
Hay 2 tipos de cromatina. Está la eucromatina y la heterocromatina.
Eucromatina significa "cromatina verdadera". La eucromatina es la que se empaqueta y
desempaqueta. Participa en la transcripción, es decir, que puede ser transcripta. La
heterocromatina está condensada incluso en interfase. Siempre está empaquetada y no
se transcribe (no se expresa). La heterocromatina se replica igual que la eucromatina;
pero lo hace de modo más lento, por lo que se la llama tardía. Las regiones que no
tienen genes (heterocromatina) no se transcriben, porque no hay información. Hay
heterocromatina constitutiva y heterocromatina facultativa. La heterocromatina
constitutiva está siempre, generalmente formando parte del centrómero (sirve para
enganchar las cromátidas). También hay en el telómero (puntas del cromosoma). La
heterocromatina facultativa, durante la interfase puede estar condensada o puede que no
esté condensada. Es decir, que la heterocromatina facultativa, puede estar como
eucromatina o como heterocromatina. La eucromatina jamás está condensada en
interfase. La heterocromatina facultativa estará condensada o no, en la diferenciación
celular, dependiendo del tipo celular, permitiendo que distintos tipos celulares sinteticen
diferentes proteínas (a modo de ejemplo una neurona y una célula epitelial).
Las hembras humanas (♀) tienen 2 cromosomas sexuales (X). Uno de dichos
cromosomas sexuales (X) al azar se heterocromatiniza (es un facultativo). Los machos
humanos (♂) tienen 1 cromosoma sexual (X), y 1 cromosoma sexual (Y). En este caso
no se heterocromatiniza (en el macho).
Los cromosomas sexuales
Los humanos tienen 23 pares de cromosomas. De ellos, 22 pares son autosomas y 1 par
es sexual. Es decir, que tienen 44 cromosomas autosomas y 2 cromosomas sexuales.
El par de cromosomas sexuales humanos es diferente en las hembras (♀) y en los
machos (♂). Las hembras tienen (XX) y los machos tienen (XY). Cuando en la
reproducción, se fusionan el espermatozoide y el óvulo, la cigota resultante tiene 22
pares de cromosomas autosomas, y 1 par de cromosomas sexuales que puede ser (XX)
en la hembra, o bien (XY) en el macho. El espermatozoide es el que determina el sexo.
Cromosoma Padre
Cromosoma Madre
X
X
XX (♀) hembra
Y
XY (♂) macho
No hay que confundir célula sexual, con cromosoma sexual. El óvulo (célula sexual)
tiene un cromosoma sexual (X) y el espermatozoide (célula sexual) puede tener un
cromosoma sexual (X), o bien puede tener un cromosoma sexual (Y). El cromosoma
sexual es el que lleva los genes que determinan el sexo de la cigota o embrión.
Clase 16
Lunes 18/10/2004
El ADN tiene la información genética. El ADN se replica. La información se expresa
primero mediante una transcripción para obtener el correspondiente ARN (usando el
107
ADN como molde) y, luego mediante la traducción para obtener con dicho ARN, una
proteína. Esto es el flujo de la información genética, que va del ADN a la
PROTEÍNA.
Expresión
 Replicación
Transcripción
ARN 
ADN 
Traducción
PROTEÍNA
Esto es el dogma central de la biología molecular. Este dogma se logra
aproximadamente en 1960 y es fundamental para comprender todo lo demás.
Replicación del ADN
Al ADN hay que replicarlo cuando la célula se va a dividir. Esto es durante la interfase
del ciclo celular (en S), con el ADN en forma de cromatina. La replicación ocurre en el
núcleo de la célula. La replicación del ADN es semiconservativa.
Cadena molde de nucleótidos. Las 2 cadenas se tienen que separar. Se rompen los
puentes de hidrógeno y, cada cadena será el molde para una nueva cadena
complementaria. El ADN es la receta del orden de los nucleótidos. Se necesitan
desoxirribonucleótidos, que serán los sustratos para armar. Hay 4 tipos diferentes de
desoxirribonucleótidos (con adenina, guanina, timina y citosina). Necesito tener el
ADN molde para armar el complementario y necesito enzimas. Es necesaria energía que
se obtiene de los mismos nucleótidos, porque todos los desoxirribonucleótidos vienen
como trifosfatos, es decir, desoxirribunocleótidos-tri-P.
Se separan los 2 fosfatos que sobran y con esa energía liberada se produce la unión entre
nucleótidos. Las uniones formadas son fosfodiéster. Los nucleótidos trifosfatados son
los sustratos de la reacción.
3'
5'
T
A
5'
G
C
A
T
C
G
C
G
T
A
3'
Primero los nucleótidos se enganchan (por puentes de hidrógeno) a sus
complementarios. Luego los nucleótidos de la cadena complementaria se unen por
uniones fosfodiéster, usando la enzima ADN polimerasa. Inicialmente para separar las
2 cadenas del ADN se usa la enzima helicasa. Se llama ADN semiconservativo porque
de la replicación resultan 2 hélices bicatenarias antiparalelas complementarias, cada una
de las hélices con una cadena nueva y otra cadena vieja (el molde original).
La enzima ADN polimerasa tiene limitaciones porque solamente sintetiza en el sentido
5'3' (y va leyendo el molde en el sentido 3'5'). Las cadenas de ADN son
antiparalelas.
108
Otra limitación de la ADN polimerasa es que necesita de dónde agarrarse para empezar
a unir los nucleótidos. Necesita un extremo 3' OH. Eso debe ser una cadena de ADN ya
fabricado, por lo que el cebo que usa la ADN polimerasa es una cadena de ARN. Esto
del cebo o primer es en las dos cadenas del ADN. Es decir, que para fabricar ADN
primero hay que fabricar ARN, como cebo, cebador o primer. El primer es una cadena
corta de ARN que se fabrica para que la ADN polimerasa pueda empezar a trabajar.
Al cebo (primer) de ARN hay que fabricarlo o construirlo. Para eso se necesitan
ribonucleótidos trifosfatos (acá también se rompen los 2 fosfatos sobrantes). Se
requiere un molde para el cebo o primer y, el ADN es dicho molde. También se requiere
de una enzima que fabrique el primer. Dicha enzima es la primasa (la enzima llamada
primasa es una enzima ARN polimerasa). Esta enzima primasa también sintetiza en el
sentido 5'3' (y va leyendo el molde en el sentido 3'5'). En realidad todas las enzimas
polimerasas lo hacen de dicho modo.
Se empieza a fabricar desde arriba separando las 2 cadenas. Pero no se hace todo de
golpe, sino que se usa la enzima helicasa.
Luego hay que copiar; pero primero hay que armar el primer (cebo de ARN). Para eso
se necesita la enzima primasa, que sintetiza en el sentido 5'3'. Es decir, que sintetiza
en el sentido contrario a la cadena molde 3'5'.
Una vez hecho el primer inicial (en ambas cadenas es necesario el primer), se continúa
con la copia utilizando la enzima ADN polimerasa.
109
En la cadena 3'5' esto es continuo; pero en la cadena 5'3' hay que ir por trozos de
primer-ADN-primer-ADN-primer-ADN etcétera. ¿Por qué hay que ir formando trozos?
Porque en la cadena en la que la ADN polimerasa está sintetizando en el sentido
contrario a la enzima helicasa, está sintetizando en el sentido contrario en el que se va
abriendo la burbuja de replicación. Si a modo de ejemplo la burbuja de replicación
avanza hacia abajo y la ADN polimerasa está sintetizando hacia arriba, entonces
constantemente deberá frenar y bajar (retroceder) para comenzar a sintetizar de abajo
hacia arriba el siguiente tramo que avanzó la burbuja de replicación. Es decir, que la
cadena de la derecha 3'5' se sintetiza de manera continua; pero la cadena
complementaria, la cadena 5'3', se sintetiza en fragmentos llamados fragmentos de
Okazaki. Por lo tanto, es una cadena discontinua. La cadena continua se dice que es la
cadena adelantada y, la cadena con fragmentos de Okazaki se dice que es la cadena
retrasada. Un fragmento de Okazaki es un poco de primer y un poco de ADN.
Al final del proceso de copia, hay que sacar a los primers (cebos) y esa tarea es
realizada por la enzima ADN polimerasa, que rompe los primers (están hechos con
ARN) y los reemplaza con ADN. Reemplaza los ribonucleótidos con
110
desoxirribonucleótidos. Luego hay que unir los fragmentos obtenidos y eso lo hace la
enzima ligasa.
La replicación es semiconservativa. Se copia en fragmentos con una cadena continua y
una cadena discontinua. Cada molécula de ADN eucarionte es muy grande y por lo
tanto sería muy lenta de copiar. Para solucionarlo, la replicación (copia) del ADN
eucarionte tiene muchos orígenes de replicación. La síntesis es bidireccional. En cada
punto de origen de replicación se forma una burbuja de replicación. Los tamaños de
los fragmentos de Okazaki no dependen tanto del tamaño de las burbujas.
En realidad la replicación es discontinua en ambas cadenas porque la replicación es
bidireccional. Entonces, tenemos fragmentos de Okazaki en ambas cadenas.
El experimento que permitió concluir que el ADN es semiconservativo. Se trata del
experimento Meselson-Stahl. En aquel momento no se sabía cómo era la replicación, si
era conservativa, semiconservativa o disruptiva. La hipótesis conservativa afirmaba
que al copiarse el ADN, las células hijas tendrán una de ellas, la hélice de ADN original
(vieja), y la otra célula, tendrá una hélice completamente nueva. En la hipótesis
disruptiva, se afirmaba que el ADN se trocea en pequeños fragmentos y que por lo
tanto, cada célula hija, tendrá una hélice formada por fragmentos del ADN original
viejo, y por fragmentos nuevos. La hipótesis semiconservativa (que resultó ser la
correcta) afirmaba que en cada célula hija, la hélice de ADN resultante está formada por
una cadena vieja del ADN original, y por otra cadena nueva.
Entonces, según la hipótesis conservativa, si se hace un experimento dejando que las
células se repliquen, en un medio en el que solamente hay nucleótidos con nitrógeno
radioactivo para usar como sustrato de la replicación, se obtendrán 2 tipos de ADN, uno
pesado y otro liviano. En este experimento no se cuentan cadenas de ADN, sino
diferentes tipos de ADN: pesado, semipesado, liviano, etcétera. Es decir, se tienen en
cuenta diferentes tipos de hélices bicatenarias de ADN. El pesado porque está fabricado
con nitrógeno 15 (N15) radioactivo. Y el liviano estará fabricado con nitrógeno 14 (N14)
que no es radioactivo. Todo esto en un laboratorio por supuesto.
El ADN más pesado, al ser centrifugado, se va al fondo del tubo de ensayo. Y utilizando
una jalea o gel que ofrezca resistencia entonces se podrán ver unas bandas que lo
identifican. Se llama centrifugación en gradiente de cloruro de cesio.
Se van formando barreras con el gel para que el ADN de distintos pesos se fijen en
capas distintas. El gel tiene distintas densidades dentro del tubo de ensayo (cuanto más
cerca del fondo del tubo, más denso el gel).
Primero se tiene una generación de células con ADN normal de nitrógeno 14. Luego se
la somete a un medio en el que hay solamente nitrógeno 15 (radioactivo), y se dejan
111
crecer 2 generaciones de células (2 divisiones celulares). Hay que tener en cuenta, que
las células expuestas a nitrógeno 15 radioactivo, si necesitan tomar nucleótidos del
medio en el que se encuentran, solamente hallarán nucleótidos marcados
radioactivamente con el nitrógeno 15 que es pesado. Sin embargo, si no necesitan
nucleótidos porque usan los que ya tienen, entonces podrán usar los nucleótidos
originales con nitrógeno 14 que no es radioactivo y es liviano.
En la generación original, se encontraba una banda fina en la parte superior del tubo de
ensayo, porque el ADN con (N14) es liviano. En la primera generación resultante de la
división celular expuesta al (N15) radioactivo, resultó en el tubo de ensayo una banda
fina intermedia. Es intermedia porque está compuesta por ADN que tiene una cadena
con (N14) original liviano y otra cadena nueva pesada con (N15) obtenido del medio.
Esto ya descartaba la posibilidad de la hipótesis conservativa. Quedaba por saber si la
hipótesis correcta era la disruptiva o la semiconservativa. La segunda generación
resultante de la exposición al (N15) derivó en 2 bandas en el tubo de ensayo. Una banda
fina intermedia como la de la primera generación, y una banda más gruesa en el fondo
del tubo de ensayo. La banda intermedia está formada por ADN que tiene una cadena
con (N14) original liviano y otra cadena nueva pesada con (N15) obtenido del medio. La
banda gruesa del fondo, está formada por ADN compuesto solamente por cadenas
pesadas de (N15). Esto descartaba la posibilidad de la hipótesis disruptiva y dejaba a la
hipótesis semiconservativa como la correcta.
Se verá mejor si lo vemos como células que se reproducen:
112
Regulación del ciclo celular no será visto y tampoco los mecanismos de reparación;
pero sí veremos los conceptos.
Mutaciones
Una mutación es una alteración, un cambio de bases en el ADN, y es de esperar que
haya un cambio en los aminoácidos de las proteínas. Puede ser que haya cambios o no.
Cada vez que se fabrique la proteína, tendrá el error en los aminoácidos porque el error
está en el ADN. Las mutaciones pueden ser pequeñas o grandes. Una mutación pequeña
se llama puntual, y solamente cambia una base por otra base distinta.
AGC
TCG
triplete 1
TTA
AAT
Triplete 2
GCT
CGA
Triplete 3

AGC
TCG
Triplete 1
ATA
TAT
Triplete 2
GCT
CGA
triplete 3
En el triplete 2 hubo un cambio por lo que cambiará el aminoácido.
AGC
TCG
triplete 1
T--A
A--T
Triplete 2
GCT
CGA
Triplete 3

AGC
TCG
Triplete 1
TAG
ATC
Triplete 2
CT
GA
triplete 3
Acá se eliminó una base, se llama deleción y, cambia la pauta de lectura porque, luego
de la base eliminada, se modifican todos los tripletes, cambiando no uno, sino a todos
los aminoácidos que siguen a la deleción.
AGC
TCG
triplete 1
TATA
ATAT
Triplete 2
GCT
CGA
Triplete 3

AGC
TCG
Triplete 1
TAT
ATA
Triplete 2
AGC
TCG
triplete 3
Acá se agregó una base, y se llama inserción. También cambia la pauta de lectura
porque luego de la inserción, al modificar los tripletes, cambiarán todos los
aminoácidos.
Para que la estructura primaria de la proteína sea correcta no debe haber errores.
Durante toda la vida del ADN en la célula, sufre agresiones o daños causados por los
mutágenos. Ejemplos de mutágenos son las radiaciones como rayos X o ultravioletas,
también por alimentos con químicos, los metabolitos de las drogas, nicotina, hollín de
fábricas, aguas contaminadas con metales o químicos (desechos tóxicos), las radiaciones
de una bomba atómica, etcétera. Aparte las mutaciones son espontáneas. Los radicales
libres debidos a la respiración de oxígeno también son mutagénicos. Cuando el ADN se
replica espontáneamente se puede producir un error. Las células eucariontes tienen
sistemas de reparación del ADN. Son enzimas que verifican que el ADN esté bien.
Incluso la ADN polimerasa tiene función correctora (mira para atrás y se fija si el
nucleótido añadido es correcto). Otras enzimas patrullan el ADN. Si no fuera así
tendríamos muchas más mutaciones. La corrección puede ser incluso cuando el ADN
está ya formado (se cortan y se reparan los sectores defectuosos).
¿Qué sucede si lo que se modifica, lo que muta, es el sistema de corrección? La
respuesta es que van a aumentar las mutaciones.
113
Las mutaciones pueden ser hereditarias o somáticas. Las somáticas no son por
herencia sino que se adquieren durante la vida. Para ser hereditaria la mutación debe
estar en las células sexuales (espermatozoides u óvulos en los humanos). Un organismo
no siempre es igual durante su vida porque las células pueden sufrir mutaciones en su
ADN; pero esas mutaciones no son hereditarias. Las mutaciones no siempre son
perjudiciales. A modo de ejemplo, los distintos colores de los ojos entre distintos
humanos son debido a mutaciones. Las mutaciones son la base de la evolución. Lo que
es probable con las mutaciones somáticas (del cuerpo) es que algo que funcionaba bien
empiece a funcionar mal. En general, la mutación es intrascendente o es perjudicial. Por
las mutaciones somos diferentes y gracias a eso algunos se adaptan al ambiente, mejor
que otros.
Clase 17
Jueves 21/10/2004
Diferencias en la replicación entre el eucarionte y el procarionte
El cromosoma eucarionte está asociado a proteínas (histonas). En la replicación el
eucarionte tiene varios sitios de origen; pero el procarionte tiene un único sitio de origen
de replicación. La replicación en el procarionte es más rápida porque tiene menos ADN
que copiar. En el eucarionte la replicación se acelera gracias a los varios sitios de
origen. Tanto en el eucarionte como en el procarionte la replicación es bidireccional. En
ambos casos la replicación es semiconservativa. En ambos casos la replicación es
discontinua con fragmentos de Okazaki. En la replicación del procarionte y eucarionte
pueden variar las enzimas; pero en ambos casos trabajan enzimas del mismo tipo
(helicasas, primasas, ligasas, etcétera). En ambos casos la ADN polimerasa une los
nucleótidos, corrige errores, etcétera.
Seguiremos estudiando el dogma central de la biología molecular.
Transcripción
Transcripción es obtener ARN desde ADN molde. ¿Qué se copia? Solamente la parte de
la información que se quiere expresar en proteínas, o bien, solamente la parte de la
información que se quiere expresar en una cadena polipeptídica. La transcripción
siempre es de un gen. Lo que se transcribe es un gen.
El ARN, es la unión de varios nucleótidos formados con ribosa. Hay que fabricar el
ARN complementario al ADN molde del gen. Hay que abrir el ADN, separar las
cadenas de la hélice. Luego se emparejan los ribonucleótidos junto a la cadena de ADN
molde y se unen a ella mediante uniones débiles.
114
Luego deben unirse los ribonucleótidos entre sí. Para todo esto se requiere ADN molde
y ribonucleótidos trifosfatados. Las uniones de nucleótidos se llaman uniones
fosfodiéster. También se requiere la enzima ARN polimerasa, para catalizar las
uniones fosfodiéster entre ribonucleótidos. La enzima ARN polimerasa es muy grande y
ella misma abre las dos cadenas de la hélice del ADN, por lo que no necesita a la
enzima helicasa. La ARN polimerasa sintetiza en sentido 5'3' (y va leyendo el ADN
molde en sentido 3'5'). La cadena de ARN se forma antiparalela al ADN molde.
Tiene que haber un sitio de inicio y un sitio de terminación de la transcripción. El
inicio es el lugar en el que se detiene la ARN polimerasa y se llama promotor. Finaliza
cuando la ARN polimerasa encuentra un sitio de terminación. Cada gen tiene un
promotor y un sitio de terminación.
El promotor es rico en timina y en adenina y se lo llama TATA o caja TATA.
Entonces hay que encontrar el inicio buscando TATA. Se copia (transcribe) la cadena
de ADN que tiene la caja TATA (la cadena que tiene el promotor). El gen en este caso
está a la derecha de TATA. En casi todos los genes está el promotor TATA de
trascripción. La mayoría de los genes son de copia única. La señal de terminación no es
siempre igual, a diferencia de TATA. Es una señal que se une al ARN que se está
transcribiendo y lo despega del ADN.
Tenemos entonces un ARN que se copió desde ADN. Tenemos 3 tipos de ARN: el
mensajero, el ribosomal y el de transferencia. El ARN mensajero (se abrevia ARNm)
lleva el mensaje de cómo debe ser la proteína. Cada ARNm es distinto, según la
proteína que codifica. La transcripción es en el núcleo. La mayor parte de las
transcripciones dan origen a ARNm.
El ARNm luego de ser armado (transcripto) debe pasar por un proceso de maduración.
Luego de la transcripción el ARNm se llama transcripto primario o inmaduro.
Posteriormente el ARNm eucarionte sufre cambios, madura. El ARNm procarionte no
debe madurar. La maduración del ARNm es solamente para eucariontes.
En la maduración se le coloca en su extremo 5', en su primera parte, un capuchón
(CAP). Se llama capping al proceso. El CAP es un nucleótido que tiene una guanina
modificada. Eso le permite ser distinguido. En su extremo final, en el extremo 3', se le
agrega una colita poli-A. Se llama poliadenilación al proceso.
115
Estas son modificaciones que se hacen en el núcleo, luego de la transcripción. Esto
permite que el ARNm pase por los poros nucleares para salir del núcleo. También sirve
para que el ARNm se enganche al ribosoma. La colita poli-A sirve para aumentar la
vida media del ARNm, para que no se degrade muy rápido. Cuanto más larga la colita
poli-A entonces el ARNm dura más, porque el ARNm empieza a degradarse por el
extremo final 3' (lugar en el que se le coloca la colita poli-A).
El tercer proceso de maduración que se hace al ARNm antes de que abandone el núcleo,
es el corte y empalme, el splicing. En el ARNm hay porciones codificantes y porciones
no codificantes. Las porciones codificantes se llaman exones. Las partes no codificantes
se llaman intrones.
Los intrones y los exones también estaban en el ADN molde. Los intrones en el ARNm
molestan porque no codifican, por lo tanto los intrones se eliminan del ARNm y los
exones se unen. Luego de todo este proceso, queda el ARNm maduro, más corto, con
capuchón y colita poli-A.
Existen señales que indican qué cosas sacar, qué cosas unir, etcétera. El ADN
eucarionte es muy largo y tiene partes no codificantes. Si hay una mutación en un intrón
no hay problema porque los intrones no se van a expresar, no codifican. Esto hace
suponer que los intrones permiten disminuir las alteraciones producidas por mutaciones.
Hay ocasiones en que se produce un splicing alternativo. Esto implica que los intrones
y los exones pueden cambiar sus roles, por lo que un exón puede pasar a ser un intrón y,
un intrón puede pasar a ser un exón.
Por lo tanto, se puede codificar una proteína distinta partiendo de un mismo ARNm
inmaduro. En otras palabras, un mismo gen puede codificar para distintas proteínas.
Generalmente esto sucede en distintos órganos y las proteínas son de la misma familia,
del mismo tipo. El splicing alternativo tiene la característica de ser económico porque
con el mismo gen se pueden tener distintas proteínas y por consiguiente, el ADN que
porta toda la información puede ser más corto.
116
Están los otros ARN, los ARN de transferencia (se abrevia ARNt) y los ARN
ribosomales (se abrevia ARNr).
El ARNr se pliega, se retuerce, y se une a proteínas formando el ribosoma. El ribosoma
es una estructura que tiene 2 partículas distintas. Una de ellas es más grande (60 s) y la
otra es más pequeña (40 s).
Se fabrican en el núcleo por transcripción.
Hay menos ARNr que ARNm. Hay menos genes para ARNr. Sin embargo el ARNr es
el que más tiempo dura antes de degradarse. Es el que tiene vida media mayor. El que
tiene menor vida media, el que se degrada más rápido, es el ARNm.
Cuando el ARNr se está transcribiendo del ADN molde, apenas empieza a aparecer el
ARNr, se acercan proteínas y se le unen. Las proteínas van rodeando el ARNr. Las
proteínas ribosomales que se le unen al ARNr, provienen del exterior del núcleo, porque
dichas proteínas han sido sintetizadas en un ribosoma libre en el citoplasma. Todo esto
del ARNr uniéndose a proteínas le da un aspecto de pelotita a dicha zona del ADN.
Dicha zona del ADN se llama nucleolo.
El gen (ubicado en el ADN) que codifica ese ARNr se llama organizador nucleonar.
En los nucleolos se fabrica el ARNr y se le unen proteínas. En la división celular no se
fabrican ARNr y por lo tanto el nucleolo desaparece (y el ADN se compacta en
cromosomas). El ribosoma (las partículas que lo componen) luego de ser fabricado, sale
del núcleo para participar en la síntesis de proteínas en el citoplasma. Se llama ribosoma
luego de salir del núcleo, antes de salir del núcleo se habla de las partículas
ribosomales.
Los ARNt (los ARN de transferencia) son cortos y hay varios diferentes. No hay
muchos genes de ARNt. Se forma un ARN largo y se corta en pequeños trozos y, cada
trozo es un ARNt. Adoptan una forma de trébol.
117
Hay 1 sola cadena pero tiene regiones complementarias entre sí y por lo tanto se pliega,
por los puentes de hidrógenos de las bases complementarias. Hay muchos ARNt
distintos, uno para cada anticodón complementario a un codón (triplete) del ARNm.
Transcripción
ADN 
Traducción
ARNm 
PROTEÍNA
¿Qué es un gen?
Un gen es una porción de ADN que tiene la información (codifica) para un ARN
ribosomal, un ARN de transferencia o un ARN mensajero (que codificará alguna cadena
de aminoácidos para alguna proteína). El gen puede codificar para varias proteínas
(como en el splicing alternativo) y, una proteína puede necesitar más de un gen (como
proteínas oligoméricas, con estructura cuaternaria, formadas por más de una cadena
polipeptídica). El gen codifica cadenas polipeptídicas. El gen de ADN codifica un ARN
de transferencia, ribosomas o ARN mensajero. Un gen es una unidad de transcripción.
Los intrones y los exones forman parte del gen y, también el promotor (la caja TATA).
Incluso tiene secuencias regulatorias que dicen cuándo se copiará.
Secuencias
regulatorias
Composición de un gen en una porción de ADN
Promotor
Exón
Intrón
Exón
Intrón
Exón
El mensaje genético está escrito en tripletes y cada triplete codifica un aminoácido.
Cuando se transcriba va a resultar el ARNm correspondiente.
ADN
ARNm
Triplete 1
AAC
UUG
Codón 1
Triplete 2
TGA
ACU
Codón 2
Triplete 3
CTA
GAU
Codón 3
El ARNm también viene en tripletes y cada triplete se llama codón. Se llaman codones
solamente en ARNm. Los codones codifican aminoácidos y no cambia en las distintas
especies, esto es, un codón cualquiera codifica para el mismo aminoácido, sin importar
a qué especie pertenece el individuo. A modo de ejemplo, el codón AUG codifica para
el aminoácido metionina sin importar si es un humano, un ratón o una bacteria. Existe
sin embargo la excepción en la mitocondria que puede tener algunas diferencias.
118
Son posibles 64 combinaciones de tripletes diferentes, porque tenemos todas las
combinaciones posibles que se pueden formar, juntando a la adenina, guanina, timina y
citosina, en grupos de a 3. Esto es lo mismo que 43 = 64.
Notemos que si en lugar de juntar las 4 bases diferentes, en grupos de a 3, juntáramos
las 4 bases, en grupos de a 2, entonces sería 42 = 16. Esta cifra de 16 es insuficiente
porque hay 20 aminoácidos y, por lo tanto, si solamente tuviésemos la posibilidad de
codificar para 16, hay problemas. Entonces, la opción de los tripletes, otorga 64
combinaciones posibles, número suficiente para codificar a los 20 aminoácidos.
Como hay 20 aminoácidos pero hay 64 codones posibles, resulta que existen codones
que codifican para el mismo aminoácido. A modo de ejemplo, los codones UCU, UCC,
UCA, UCG codifican todos por igual para el aminoácido serina. Esto significa que estos
cuatro tripletes son sinónimos. El código genético tiene sinónimos y se dice por ello
que es degenerado. El código genético no es ambiguo, porque cada codón codifica
para un aminoácido exclusivamente (el codón UCU codifica para el aminoácido serina y
no para otra cosa). Sin embargo un aminoácido puede ser codificado por distintos
codones. Gracias a los sinónimos si hay una mutación en la última letra (base) de un
codón, puede ser que no cambie el aminoácido resultante, porque muchos sinónimos se
diferencian en su última letra (base).
El código genético tiene signos de puntuación para la traducción. Está el codón de
iniciación AUG que codifica para la metionina, estableciendo un marco de lectura para
la traducción, porque se podrá leer la secuencia que viene después del codón de
iniciación AUG, y se va a leer la secuencia hasta que aparezca el otro signo de
puntuación de la traducción, el codón STOP, que está representado por los codones
UAA, UAG, UGA. Este codón STOP marca el final de la lectura en la traducción.
119
A
G
SEGUNDA LETRA
C
A
UCU serina
UAU tirosina
UCC serina
UAC tirosina
UCA serina
UAA stop
UCG serina
UAG stop
CCU prolina
CAU histidina
CCC prolina
CAC histidina
CCA prolina
CAA glutamina
CCG prolina
CAG glutamina
ACU treonina
AAU asparagina
ACC treonina
AAC asparagina
ACÁ treonina
AAA lisina
ACG treonina
AAG lisina
GCU alanina
GAU aspartato
GCC alanina
GAC aspartato
GCA alanina
GAA glutamato
GCG alanina
GAG glutamato
G
UGU cisteína
UGC cisteína
UGA stop
UGG triptófano
CGU arginina
CGC arginina
CGA arginina
CGG arginina
AGU serina
AGC serina
AGA arginina
AGG arginina
GGU glicina
GGC glicina
GGA glicina
GGG glicina
U
C
A
G
U
C
A
G
U
C
A
G
U
C
A
G
Tercer letra
C
Primer letra
PRIMERA LETRA
U
U
UUU fenilalanina
UUC fenilalanina
UUA leucina
UUG leucina
CUU leucina
CUC leucina
CUA leucina
CUG leucina
AUU isoleucina
AUC isoleucina
AUA isoleucina
AUG metionina
GUU valina
GUC valina
GUA valina
GUG valina
TERCERA LETRA
Tabla de los 64 codones del ARNm y sus aminoácidos
120
Si hablamos de un ARNm procarionte, podremos encontrar varios codones de iniciación
y de terminación para la traducción, porque un mismo ARNm puede codificar para más
de una proteína (cadena polipeptídica) al mismo tiempo. Se llaman ARNm
policistrónicos. Cada ARNm eucarionte diferente tiene información para una única
proteína, y se llama monocistrónico. Un ARNm en la traducción siempre se lee en el
sentido 5'3'. Siempre se comienza a leer en su extremo 5', a partir del primer AUG
que aparezca.
Para sintetizar o fabricar una proteína necesito aminoácidos, ARNm, enzimas, ATP y un
lugar para hacerlo que será un ribosoma en el citoplasma. También necesito un
decodificador que es el ARNt. El ARNt habla el idioma de los ácidos ribonucléicos y de
los aminoácidos. Es un adaptador entre el ARNm y los aminoácidos.
El anticodón del ARNt es el triplete complementario a alguno de los codones del
ARNm. Si un codón del ARNm es AUG, entonces el anticodón del ARNt será UAC.
Recordar que el ARNt también tiene uracilo (U) en lugar de timina (T).
El codón AUG codifica exclusivamente para la metionina. El ARNt con su anticodón
complementario UAC se engancha solamente a la metionina. El ARNt 1 trayendo el
aminoácido metionina se engancha al ARNm, encajando su anticodón con el codón 1
del ARNm. Luego, viene otro ARNt 2 con el correspondiente aminoácido 2 necesario
para el codón 2 del ARNm y se coloca en fila según el conjunto de codones del ARNm.
Una vez que están juntos los aminoácidos hay que unirlos. Todo esto sucede en los
ribosomas. El ribosoma se va moviendo sobre el ARNm y va leyendo los codones.
Clase 18
Lunes 25/10/2004
Síntesis de proteínas
Para la traducción se necesitan ácidos ribonucléicos, ARNm que tiene la secuencia de
codones que codifican para los aminoácidos de la cadena polipeptídica, ARNr que junto
a la proteína ribosomal forman las partículas grande y chica del ribosoma, y también
necesitamos el ARNt que es el adaptador que trae el aminoácido correspondiente al
codón del ARNm. Asimismo necesitamos aminoácidos, ATP y enzimas.
1º etapa: Activación del aminoácido
El ARNt se une covalentemente con un aminoácido que está suelto (abreviaremos
aminoácido como aa). El ARNt es corto en forma plegada de trébol. El ARNt tiene el
triplete anticodón, que es complementario del codón del ARNm. Dicho codón del
ARNm codifica exclusivamente para el aminoácido que porta el ARNt. No se une a otro
aminoácido. Cada ARNt es específico para un aminoácido. Esta activación sucede en el
citosol.
El ARNt se une a un aminoácido utilizando la energía de un ATP. Dicho ATP pierde o
libera 2 de sus fosfatos, quedando en AMP+2Pi (Pi significa fósforo inorgánico). Esos 2
121
enlaces rotos aportan mucha energía que queda almacenada en el enlace entre el ARNt y
el aminoácido. Es un enlace (). El ARNt unido al aminoácido se llama
aminoacilARNt.
El aminoacilARNt es rico en energía gracias a los 2 fosfatos desprendidos del ATP.
Luego, cuando se unan los aminoácidos en la cadena polipeptídica, se va a aprovechar
la energía acumulada en el aminoacilARNt. Esta reacción anabólica endergónica
necesita una enzima llamada aminoacilARNt sintetasa. Las enzimas son específicas y
por lo tanto, hay al menos 20 enzimas aminoacilARNt sintetasas diferentes, una para
cada aminoácido. La enzima aminoacilARNt sintetasa tiene 2 sitios activos, uno para
el aminoácido y otro para el ARNt. La enzima aminoacilARNt sintetasa es quien da
especificidad al proceso. Esta enzima asegura que la proteína al final salga bien. El
ARNt y el aminoácido no se reconocen entre sí, por eso necesitan la enzima. La enzima
aminoacilARNt sintetasa cumple el rol de adaptador entre el ARNt y el aminoácido.
Cuando hablemos de transfer, estaremos hablando del ARNt.
2º etapa: Iniciación
Es la etapa de la síntesis de proteínas. Se requiere el ARNm y el ribosoma. Se va a
formar un complejo donde el ribosoma (sus 2 partículas grande y chica) se une al
ARNm. El ARNm entra en el ribosoma como si se enhebrara una aguja, como un tren
ingresando en un túnel.
En el ribosoma entran 2 codones, esto es, 6 nucleótidos. En el ribosoma está el sitio P
(sitio peptídico) y el sitio A (sitio aminoácido). El sitio peptídico es el de la cadena
peptídica en crecimiento.
Se empieza a leer el ARNm por su codón(1) de iniciación, el triplete especial AUG que
codifica para la metionina. El correspondiente anticodón(1) del ARNt es el UAC.
Cuando el ribosoma llega al AUG, se une por puentes de hidrógeno el anticodón(1) UAC
del transfer(1) y se coloca en el sitio P. Este transfer(1) con el anticodón(1) trayendo la
metionina es el único que puede colocarse en el sitio P.
122
3º etapa: Elongación
Luego se une en el sitio A, el transfer(2) trayendo el aminoácido(2), correspondiente al
codón(2) del ARNm.
Una vez que el aminoácido(1) metionina está en el sitio P junto al aminoácido(2) que está
en el sitio A, la enzima peptidil-transferasa rompe la unión entre la metionina y el
transfer, es decir, rompe la unión entre el aminoácido(1) y el transfer(1). El transfer(1) se
libera. La energía liberada es utilizada por la peptidil-transferasa para unir la metionina,
esto es, el aminoácido(1), con el aminoácido(2) ubicado en el sitio A. Recordar que la
unión (el enlace) entre los transfers y sus aminoácidos es de alta energía.
Una vez que están unidos el aminoácido(1) con el aminoácido(2), el ribosoma se mueve
un codón (un triplete) en dirección 5'3'. El movimiento del ribosoma se llama
traslocación. El ribosoma se trasloca un codón. Esto significa que ahora, luego de la
traslocación del ribosoma, el transfer(2) con el aminoácido(2) queda en el sitio P, que
había quedado libre anteriormente y, el sitio A está libre ahora. Nuevamente se repite
todo el proceso: al sitio A llega un transfer(3) con un aminoácido(3) correspondiente al
codón(3) del ARNm.
La peptidil-transferasa rompe el enlace entre el transfer(2) y el aminoácido(2) y dicha
energía la utiliza la peptidil-transferasa para unir el aminoácido(2) con el aminoácido(3).
El ribosoma nuevamente se trasloca un codón en dirección 5'3' y el proceso se
reinicia. En resumen, la peptidil-transferasa rompe la unión entre el aminoácido(n-1) y
el transfer(n-1) y utiliza la energía para unir el aminoácido(n-1) con el aminoácido(n).
Así se va construyendo la cadena polipeptídica aa(1)-aa(2)-aa(3)-aa(4)…aa(n-1)-aa(n). Las
uniones entre aminoácidos son uniones peptídicas. Cada aminoácido aa(n) viene con su
transfer(n).
4º etapa: Terminación
123
Cuando se llega a un codón de terminación STOP, que puede ser UAA, UAG, UGA, se
termina la cadena polipeptídica, porque no hay transfers trayendo aminoácidos que
puedan unirse a un codón STOP. Entonces la proteína se suelta.
No se requiere ATP para todo esto que hemos descripto porque la energía para la unión
de los aminoácidos sale de la rotura de los aminoácidos entre sus respectivos transfers.
La enzima peptidil-transferasa es una sola, porque para unir los diferentes aminoácidos
no hace falta especificidad, pues recordemos que la especificidad ya estaba en la labor
realizada por la aminoacilARNt sintetasa al unir el aminoácido con el transfer para
activar el aminoácido. La enzima peptidil-transferasa es la misma, del mismo tipo, y ella
separa el transfer(n) de su aminoácido(n) y une el aminoácido(n) con el siguiente
aminoácido(n+1).
Se requiere ATP en la activación del aminoácido, en la 1º etapa y, durante la 2º etapa,
para el movimiento de traslocación del ribosoma. El movimiento del ribosoma es
gracias a proteínas contráctiles.
Se consume mucho ATP para fabricar proteínas, es muy caro energéticamente
hablando.
Todo este proceso de creación de una proteína sucede en un ribosoma libre del
citoplasma o en un ribosoma del retículo endoplasmático granular (REG). No todas las
proteínas empiezan con el aminoácido metionina. Sin embargo al sintetizar las proteínas
todas empiezan con metionina y, luego se la puede sacar, en la postraducción, cortando
y/o agregando cosas.
Con la proteína ya está expresado el mensaje genético y dicha proteína es la que va a
realizar alguna tarea en el organismo. Todo mensaje genético se expresa como una
proteína (cadena polipeptídica). Si el mensaje está dañado (mutación), la proteína
seguramente no funcionará.
Regulación genética
¿Un gen se está transcribiendo siempre? ¿Cuándo se produce la transcripción y cómo se
regula? Esto se llama regulación de la expresión génica y es muy importante.
Vamos a ver en general ejemplos de regulación de la expresión génica en procariontes.
La información genética es la misma en todas las células de un organismo multicelular,
porque el ADN de cada célula proviene del mismo ADN inicial (de la cigota). Cada tipo
124
celular expresa diferentes genes, mediante la regulación de la expresión génica y, eso
diferencia a las células (diferenciación celular). Una neurona y una célula hepática
tienen el mismo ADN, pero se expresan diferentes genes de dicho ADN en una neurona
y en una célula hepática.
Mecanismo Operón
El mecanismo operón es típico de procariontes (bacterias). Un operón es una secuencia
de genes en el ADN de bacterias. Están ubicados uno a continuación del otro.
Tendremos genes, uno o más de uno, que se llaman genes estructurales, que codifican
para alguna proteína del organismo.
El ARNm policistrónico tiene más de un gen (típico de procariontes).
Hay un gen regulador que codifica para una proteína regulatoria. El operador, el gen
operador, es un lugar del ADN donde se une la proteína regulatoria creada por el gen
regulador. Al promotor (la caja TATA) se une la ARN polimerasa. Se transcribe ese gen
regulador y la proteína regulatoria sintetizada trabaja en el operador.
Vamos a ver el ejemplo del operón lactosa.
La lactosa sirve de nutriente a las bacterias y para digerir la lactosa necesitan enzimas.
Las proteínas necesarias para degradar la lactosa están codificadas en los genes
estructurales. Cuando hay lactosa en el medio, se requieren las proteínas. Entonces se
transcriben los genes sí y sólo sí hay lactosa en el medio. Cuando no hay lactosa, el gen
regulador fabrica una proteína que se fija en el operador y eso obstruye al promotor.
Si el promotor está obstruido, la ARN polimerasa no se puede unir al promotor y no se
puede iniciar la transcripción del ARNm, y por consiguiente no se sintetizarán las
enzimas. Esto sucede cuando no hay lactosa.
125
Cuando aparece la lactosa en el medio, la lactosa puede unirse a la proteína regulatoria
que está unida al operador obstruyendo al promotor. Eso hace que cambie la
conformación de la proteína regulatoria y se suelte del operador, liberando al promotor.
El papel de la lactosa es el de ser inductor de la transcripción de los genes requeridos.
La consecuencia de la inducción es que se despeja el promotor porque se suelta el
regulador que lo está bloqueando y, comienza la transcripción para sintetizar el ARNm
que servirá para la traducción de las proteínas que expresen los genes correspondientes.
Llegará un momento en el que ya no habrá lactosa, porque las enzimas sintetizadas por
el operón la degradan. Entonces, en ausencia de lactosa, la proteína regulatoria vuelve
a unirse al operador, bloqueando nuevamente al promotor.
Veremos otro ejemplo: el operón triptofano.
El triptofano es un aminoácido. Para los humanos es un aminoácido esencial, esto es, no
podemos sintetizarlo y debemos obtenerlo del medio. Pero veremos el ejemplo de un
procarionte que puede sintetizar triptofano si lo necesita. En este operón lo que cambia
es quién es quién. Este operón codifica para las enzimas necesarias para la síntesis del
triptofano. Si en el medio hay triptofano, entonces no hay que producir el triptofano,
porque se utiliza el que está disponible. Pero en ausencia de triptofano, hay que
sintetizarlo y para eso se requieren enzimas.
Esto significa que en presencia de triptofano en el medio, hay que silenciar los genes. El
gen regulador produce la proteína regulatoria pero dicha proteína regulatoria no puede
unirse al operador, porque su conformación se lo impide. Esto significa que el promotor
está libre (en ausencia de triptofano) y se puede iniciar la transcripción del ARNm que
servirá para traducir las proteínas necesarias para sintetizar el triptofano.
Si las enzimas se sintetizan, entonces llegará un momento en el que el triptofano va a
abundar en el medio. En dicho caso, ya no se requiere sintetizar triptofano porque está
presente el necesario. Cuando el triptofano está presente, el triptofano se puede unir a la
proteína regulatoria y ahora la proteína regulatoria sí se puede unir al operador
obstruyendo al promotor. Esto evita que la ARN polimerasa se una al promotor para
iniciar la transcripción de ARNm.
126
Por lo tanto, la proteína regulatoria se une al operador solamente si la proteína
regulatoria está unida al triptofano. Cuando nuevamente no haya triptofano, la proteína
regulatoria se suelta del operador, liberando al promotor.
En este caso decimos que el triptofano es un represor de la transcripción.
Estos inductores y represores son señales que sirven para regular el metabolismo. Hay
factores nutricionales, hormonales, etcétera. Así se expresan ciertos genes y otros genes
no se expresan, dependiendo del tejido. Heterocromatizar regiones del ADN también
sirve para regular.
Clase 19
Jueves 28/10/2004
Repasamos algunos conceptos sobre la base de la guía de preguntas.
El ARNr tiene una vida media más larga que el ARNm. El ARNm tiene una vida media
muy corta.
¿Qué pasa si el promotor (en el ADN) de un gen  sufre una mutación? Puede ser que la
mutación aumente la afinidad del promotor por la enzima ARN polimerasa, o puede ser
que disminuya la afinidad del promotor por la enzima ARN polimerasa. Si aumenta la
afinidad, se va a mejorar, va a aumentar la velocidad de transcripción y por lo tanto va a
sintetizar proteína en cantidad superior a la necesaria, gastando ATP (energía) de modo
inútil. Si disminuye la afinidad, entonces va a disminuir la velocidad de transcripción
del ARNm. Si la mutación anula el promotor del gen , si lo deleciona, entonces no se
podrá transcribir ARNm y por lo tanto no se podrán traducir las proteínas para expresar
el gen  correspondiente.
¿Qué pasa si muta la proteína represora del operón triptofano? En condiciones normales
la proteína represora del operón triptofano se une al operador cuando hay triptofano en
el medio. Si hay una mutación en la proteína represora pueden haber 2 casos: que
aumente la unión de la proteína con el operador, o que disminuya la unión de la proteína
con el operador. Si disminuye la unión y no hay triptofano en el medio, entonces se va a
sintetizar triptofano de modo normal sin afectar. Pero cuando haya triptofano en el
127
medio, la proteína no podrá reprimir al operador y el triptofano se seguirá sintetizando,
con el consiguiente gasto inútil de ATP. Si la mutación aumenta la unión de la proteína
represora con el operador, no va a haber problemas cuando haya triptofano en el medio,
sin embargo, cuando no haya triptofano, la proteína represora no se soltará del operador
e impedirá la transcripción, y por tanto no se podrá sintetizar el triptofano, causando la
muerte del organismo.
¿Qué pasa si muta el promotor del operón lactosa? Si no hay lactosa no va a haber
problemas, el represor se va a unir al operador y no hay transcripción. Si hay lactosa en
el medio, y la mutación empeoró la afinidad del promotor por la ARN polimerasa,
entonces no se van a poder sintetizar correctamente las enzimas necesarias para
degradar la lactosa. Si hay lactosa en el medio, y la mutación aumentó la afinidad por la
ARN polimerasa, entonces se va a sintetizar mayor cantidad de enzima y se va a gastar
ATP, aunque simultáneamente la lactosa será degradada a mayor velocidad y por tanto
se terminará en menor tiempo, agotándose el nutriente.
¿Qué pasa si muta el operador del operón lactosa? La mutación puede aumentar o
disminuir la afinidad del operador por la proteína represora. Si disminuye la afinidad y
no hay lactosa en el medio, se va a transcribir el ARNm gastando ATP de modo inútil.
Si hay lactosa en el medio va a transcribir de modo normal. Si la mutación aumenta la
afinidad del operador con el represor, entonces se va a unir el represor con el operador,
haya o no haya lactosa en el medio. En dicho caso, si no hay lactosa no va a causar
problemas; pero si hay lactosa para degradar, no se transcribirá el ARNm porque estará
bloqueado el promotor (a causa del operador unido al represor) y no se podrá degradar
la lactosa.
La regulación transcripcional es la más importante dentro de los reguladores de la
expresión génica. No se fabrica lo que no se va a usar. El principal control es en la
transcripción.
Regulación génica en eucariontes
En el caso de los eucariontes tenemos el siguiente mecanismo de regulación:
Secuencias
regulatorias
Porción de ADN eucarionte con un gen
********
Promotor
(caja TATA)
Genes estructurales
(zona codificante)
Las secuencias regulatorias se llaman elementos de respuesta. Los elementos de
respuesta son fragmentos de ADN y tienen secuencias que son reconocidas por
proteínas llamadas factores de transcripción regulables. Los factores de transcripción
regulables pueden pegarse a los elementos de respuesta. Los factores de transcripción
regulables (proteínas) pueden ser activadores o represores. Puede haber 2 casos: que el
elemento de respuesta sea un potenciador, llamado también enhancer o amplificador
(se transcribe más) o que sea un silenciador o supresor (se transcribe menos). Las
secuencias regulatorias están lejos pero al plegarse quedan más cerca. Esto hace que la
ARN polimerasa se una o no se una al promotor. El factor de transcripción regulable
sufre un cambio (a modo de ejemplo se fosforila) que le permite unirse o no con las
secuencias regulatorias.
128
Todo esto hace que la expresión génica se modifique.
La eucromatina y la heterocromatina (condensada) son otro factor más para regular.
Heterocromatizar permite no transcribir, aunque esto es definitivo. Se puede hacer en
algunos tejidos y no en otros. También se puede regular con la maduración del ARN,
en el corte y empalme alternativo o splicing alternativo.
En el hígado se sintetiza glucosa en base al ácido láctico utilizando el nudo metabólico.
A partir del mismo gen, se podrá obtener una enzima más afín al pirúvico o al láctico.
También se regula en la traducción. La regulación en general es en la transcripción. Si
la proteína se necesita rápido (ya mismo) entonces la regulación de la traducción es el
mejor camino. A modo de ejemplo, proteínas que se usan poco; pero que deben aparecer
rápido.
Otro mecanismo es la degradación, la velocidad de la degradación de la proteína.
Generalmente eso ya viene codificado en el ADN, con una secuencia que determinará el
momento de su degradación.
Clase 20
Lunes 01/11/2004
Ciclo celular
La interfase de divide a su vez en:
En G1 se fabrican ribosomas, hay síntesis de proteínas (transcripción y traducción), las
células crecen, metabolizan, etcétera. Si la célula no se va a dividir queda en G1 (a
modo de ejemplo neuronas).
129
La etapa G2 es más corta, ocurre transcripción y traducción pero solamente para
proteínas (cadenas polipeptídicas) que se requieren para la división. En G2 no se fabrica
cualquier proteína sino solamente las necesarias para la división. Para otro tipo de cosa
no hay transcripción ni traducción.
Si analizamos el ADN en interface veremos que está en forma de cromatina, no
condensada. Fibras largas que representan cada fibra una hélice bicatenaria antiparalela
de ADN con proteínas histonas. Hay en los humanos 46 tiras de cromatina, una por cada
cromosoma.
En fase S se replica el ADN. Se obtienen 2 moléculas (hélices bicatenarias
antiparalelas) idénticas el molde original. En S entonces las 46 tiras de cromatina serán
replicadas.
¿Qué sucesos ocurren en la división celular? En principio la cromatina se compacta en
cromosomas (luego de haberse replicado). Se verán cromosomas, cada uno con 2
cromátidas. Cada cromátida es una hélice bicatenaria antiparalela de ADN. Cada
cromátida de un cromosoma es idéntica. De esos 46 cromosomas, 44 son autosomas. El
gen tiene la información para alguna proteína. En un gen cuentan las 2 cadenas de la
hélice bicatenaria. En un cromosoma tendremos el mismo gen 2 veces, una en cada
cromátida. Si representamos a un cromosoma tendremos 2 hélices bicatenarias
antiparalelas en un gen, es decir, 4 cadenas. Por otro lado están los cromosomas
homólogos. En dicho caso el gen estará en ambos cromosomas; pero no necesariamente
tendrán la misma información, porque un cromosoma viene del padre y otro de la
madre.
Estudiaremos 2 tipos de división: mitosis y meiosis.
Mitosis
Si divido por mitosis obtengo 2 células idénticas entre sí (clones). Por supuesto son
idénticas (clones) a la célula madre.
130
Para organismos unicelulares dividirse por mitosis significa dejar descendencia (esta es
su reproducción asexual). La mitosis para nosotros (humanos) es crecimiento,
renovación de células, regeneración de tejidos; pero no reproducción. Los humanos
partimos de una única cigota y luego dicha cigota se multiplica por mitosis.
Células diploides son las que tienen pares de cromosomas homólogos. Si partimos de
células diploides en mitosis, entonces las células hijas también serán diploides. Ahora
veremos el proceso de la división meiótica. La analizaremos por etapas: profase,
metafase, anafase y telofase.
Profase
Desaparece la envoltura nuclear, la membrana es parte del sistema de endomembranas,
se dispersa y queda como sistema de cisternas (recordar que en esto interviene la
fosforilación de las láminas). La membrana se desorganiza. Eso permite que el material
genético se mueva con facilidad para repartirse, disminuyendo la probabilidad de
errores. Desaparece el o los nucleolos donde se fabrican las partículas ribosomales con
ARNr y proteínas. La cromatina se condensa y el ADN se ve como cromosomas y, eso
permite que la repartición sea más ordenada y evitar así que la cromatina se corte en el
proceso. También a partir de unas organelas llamadas centríolos se organiza el llamado
huso mitótico. Son estructuras proteicas de tubulina. Cuando la célula se va a dividir los
centríolos migran cada uno a un polo de la célula y se empieza a organizar el huso
mitótico, que son fibras de tubulina que van de un extremo al otro, como rieles que van
de un centríolo al otro. Los husos van creciendo y esa tubulina es granular y redondita,
siendo que ya estaba presente de la etapa G2, y se van uniendo formando el filamento.
El centríolo no fabrica la tubulina sino que la organiza, la polimeriza.
Son como rieles, monorieles, para los cromosomas. Los cromosomas se unirán al huso
por sus centrómeros y se moverán por ahí. El centrómero une las cromátidas y también
131
sirve para que el cromosoma se enganche al huso. Cada cromosoma está enganchado en
un huso mitótico.
Metafase
Los cromosomas llegan al grado máximo de compactación (es cuando mejor se ven al
microscopio). Cada cromosoma se engancha al huso en el ecuador de la célula (en el
medio de la célula). Cada cromátida apunta hacia distintos polos (se ven acostados los
cromosomas). Los cromosomas homólogos no tienen por qué estar cerca entre sí. Los
46 cromosomas se organizan de modo independiente.
Anafase
El centrómero se rompe y cada cromátida hermana migra hacia uno de los polos (una
hacia arriba y otra hacia abajo). Es decir que a cada polo irá la misma información,
porque cada cromátida es idéntica a la otra (clones). Es indistinto que una cromátida
vaya a un polo u otro; pero cromátidas hermanas deben ir a polos opuestos. El huso se
empieza a acortar y la cromátida enganchada empieza a moverse hacia el polo. El
centrómero va delante enganchado al huso y la cromátida es arrastrada (se ve en forma
de V). La cromátida se va acercando al polo tirada por el huso y la cromátida, ahora es
un cromosoma independiente. Se empieza a descompactar el cromosoma.
Telofase
Los cromosomas ya están en los polos y aumenta la descompactación, llegando a
cromatina. Desaparece el huso y la envoltura nuclear aparece nuevamente pero, habrá
un núcleo en cada polo (uno para cada conjunto de cromatinas). Esto relatado hasta
ahora (profase, metafase, anafase y telofase) no es la división celular sino la
cariocinesis, es decir, la división nuclear.
Ahora viene la citocinesis que es la división celular propiamente dicha repartiendo todo
el citoplasma y las organelas (es parte de la telofase). Un filamento va estrangulando a
la célula por el ecuador, hasta que el estrangulamiento provoca la división de la célula
resultando de ello 2 células hijas con un núcleo cada una. Acá finaliza la telofase.
Terminó la mitosis y cada célula hija está en G1 (haciendo todo lo que se hace en G1).
En nosotros los humanos todo el tiempo sucede la mitosis. Hay células que se dividen a
menor velocidad (a modo de ejemplo células del hígado). Las neuronas no se dividen.
En interface no se ven cromosomas, sino líneas porque no hay cromátidas hermanas (las
cromátidas hermanas aparecen luego de la fase S de replicación). Cada cromosoma es
una única cromátida que está en forma de cromatina.
Interfase
Profase
Prometafase
132
Metafase
Anafase
Telofase
Citocinesis
Meiosis
Vamos a ver la meiosis de afuera para dentro y después los detalles.
La meiosis no la hace cualquier célula sino solamente las gonias (ovarios en hembras
humanas y testículos en machos humanos) para dar origen a las gametas sexuales
(óvulos en hembras humanas y espermatozoides en machos humanos). Las gonias son
células 2n (diploides). Después de la meiosis voy a tener células n (haploides). Es decir
que se reducen a la mitad la cantidad de cromosomas. Cada gameta tiene 1 ejemplar de
los homólogos en lugar de tener los dos. La gonia duplica (replica) su ADN (en la etapa
S) y después se divide 2 veces seguidas. Tiene la división 1 y 2, es decir meiosis 1 y 2.
A su vez cada división tiene su propia profase, metafase, anafase y telofase.
En la meiosis 1 se separan los cromosomas homólogos. Cada célula hija tendrá uno de
los pares de homólogos, es decir que cada célula hija tendrá 23 cromosomas de los 46
iniciales (en el caso de los humanos). Cada uno de los 23 cromosomas tendrá 2
cromátidas (porque viene replicada de la fase S). Estas células hijas son haploides con
material genético duplicado. Esta primera división es reduccional. Estas células hijas
no son idénticamente iguales genéticamente hablando, no son clones, porque los
cromosomas homólogos que se repartieron no son iguales (unos vienen del padre y
otros de la madre). Ahora hay que realizar una segunda división pero sin duplicar el
ADN (porque ya está duplicado). Se produce entonces la meiosis 2 en la que se separan
cromátides hermanas. Ahora cada célula hija sí es idéntica a su original (porque las
cromátidas hermanas sí son idénticas). Esta división es ecuacional. Son células
haploides sin material genético duplicado. En total se obtuvieron 4 células hijas
133
(gametas haploides) que son diferentes entre sí y con respecto a su célula madre
original.
En la meiosis 1 (M1) se separaron cromosomas homólogos y en la meiosis 2 (M2) se
separaron cromátidas hermanas. Debe ser reduccional obteniendo haploides porque al
fusionarse gametas en la fecundación debe quedar una cigota con el número diploide, es
decir n+n=2n.
Vamos a volver a la meiosis pero en función del proceso. Hay cosas que tienen que
ocurrir en ambas. En la profase 1 (meiótica) aparte de lo dicho, como queremos repartir
cromosomas homólogos hay que tener todo organizado. Es así como ocurre el
apareamiento de homólogos. Se ubican uno junto al otro, el cromosoma 1 con el 1, el
cromosoma 2 con el 2, etcétera. Se emparejan los cromosomas homólogos y se
pegotean usando proteínas. En principio los cromosomas homólogos no pierden su
individualidad. En este momento en el que se aparean, puede ocurrir la recombinación
genética, llamada también crossing-over.
El apareamiento es punto a punto, esto significa que los genes de cada cromosoma
homólogo están alineados. Entonces se puede romper un fragmento de cromátida de
cada cromosoma homólogo y se cambian de lugar (se intercambian lugares), por lo que
hay intercambio de ADN entre cromosomas homólogos. Esto no ocurre al azar sino que
hay sistemas enzimáticos que lo hacen. El crossing-over no ocurre en todos los genes.
El crossing-over es beneficioso.
En la profase los homólogos quedan enganchados en el punto en el que hubo crossingover y a dicho punto se lo llama quiasma. Al llegar a la anafase 1, los cromosomas
homólogos vienen unidos por los quiasmas. Cuando se separan cada homólogo va a un
polo opuesto de la célula y cada célula hija recibe uno de los homólogos. El quiasma
permite que cada polo reciba el material correcto porque los homólogos no están sueltos
sino ordenadamente unidos entre sí y de dicho modo se acomodan respectivamente en
el ecuador.
Si hay un crossing-over entre homólogos, solamente una de las cromátidas de cada
cromosoma homólogo se verá afectada por el intercambio. Es decir, de las 4 cromátidas
que suman los 2 homólogos, solamente 2 cromátidas (una de cada homólogo)
intercambian material genético. No lo hacen las 4 cromátidas.
134
La recombinación genética (crossing-over) junta el material genético del padre y de la
madre en el mismo cromosoma. Ahora un cromosoma con 2 cromátidas no tendrá
cromátidas hermanas idénticas (clones), significando ello que puede variar la
información genética. Esto ocurre en la profase 1 de la meiosis.
Sin hacer una interfase, se pasa de la telofase 1 a la profase 2. La segunda división
meiótica es igual a una mitosis pero en lugar de partir de células diploides (2n) se parte
de células haploides (n), porque ya hubo una división anterior con reparto de
homólogos. En esta segunda división no hay crossing-over porque no hay homólogos
(son células haploides). En la anafase 2 se separan las cromátidas hermanas. Cada célula
hija tendrá sólo una de las cromátidas hermanas. Estas células hijas no son idénticas
entre sí (no son clones) porque pasaron por el crossing-over de la fase 1. En la anafase 1
los cromosomas homólogos del padre y de la madre se reparten al azar en la división y
eso brinda variabilidad, junto a la variabilidad que brinda el crossing-over. Al final de la
meiosis se obtienen 4 células hijas haploides todas distintas, todas diferentes.
Gametogénesis
La formación de las gametas se llama gametogénesis (esto es la meiosis). Podemos
hablar de espermatogénesis en el caso de machos humanos o podemos hablar de
ovogénesis en el caso de hembras humanas. El proceso ocurre en las gónadas (gonias),
en los órganos sexuales.
Gametogénesis
Espermatogénesis
Ovogénesis
Algunas de las células diploides (2n) de la gonia serán las que se dividirán.
Espermatogénesis
Las destinadas a la meiosis son las espermatogonias (2n) para el caso de los testículos
en machos humanos. Para eso debe estar diferenciada del resto y por diferenciación se
replica el ADN obteniéndose los espermatocitos I. Todavía no hay división pero la
replicación ya ocurrió (fase S) por lo que los 46 cromosomas tiene 2 cromátidas cada
uno. El espermatocito I es una célula diploide (2n). Luego el espermatocito I sufre la
meiosis 1 (reduccional) y se obtienen 2 células hijas haploides (n) con material genético
duplicado (23 cromosomas con 2 cromátidas cada uno). Estas células hijas se llaman
espermatocitos II. Ahora viene la meiosis 2 en la que se dividen cromátidas hermanas,
por lo que se obtienen 4 células haploides (n) cada una con 23 cromosomas y cada
cromosoma con una única cromátida (no hay material genético duplicado). Cada una de
estas células hijas se llaman espermátidas. Estas espermátidas por diferenciación
mediante proteínas se transforman en espermatozoides. La espermatogénesis sucede a
partir de la pubertad y ocurre de modo continuo en el macho humano.
Espermatogénesis
Replicación
Meiosis 1
Meiosis 2
Diferenciación
Espermatogonia Espermatocito I Espermatocito II Espermátida Espermatozoide
Ovogénesis
135
En el ovario de las hembras humanas hay ovogonias (son células diploides 2n). Estas
ovogonias son células del ovario destinadas a la ovogénesis (meiosis). Algunas se
diferencian y se replican en la fase S, y resulta de ello los ovocitos I. Todavía no hubo
división aunque sí replicación del ADN por lo que los 46 cromosomas tiene 2
cromátidas cada uno. Ahora viene la meiosis 1 (reduccional) con segregación de
cromosomas homólogos; pero la citocinesis es asimétrica, porque el citoplasma se
reparte de modo desigual, uno recibe mucho y otro poco. La célula hija grande se llama
ovocito II y la célula hija chica se llama primer cuerpo polar. El ovocito II es haploide
(n), conteniendo 23 cromosomas con 2 cromátidas cada uno. Del cuerpo polar no se
llega a algo útil. El ovocito II sufre la meiosis 2 y se obtiene nuevamente una célula hija
grande y una chica. La chica se llama segundo cuerpo polar. La célula hija grande se
llama óvulo, es una célula haploide con 23 cromosomas con una cromátida cada uno.
Esto ocurre en el ovario y sucede en las hembras humanas cuando son embriones (en el
vientre materno). Algunas se diferencian en ovocitos I (alrededor de 400) y esos
empiezan la meiosis 1. En la profase 1 se detiene todo el proceso (todo esto en el vientre
materno con la hembra humana en forma de embrión). Luego en la pubertad llega la
ovulación que es mensual. De esos 400 ovocitos I, solamente uno por mes madura
pasando a la meiosis 2 y se transforma en ovocito II (se detiene en metafase 2). Si este
ovocito II que está en metafase 2 es fecundado por un espermatozoide, entonces
completa la división, se transforma en óvulo y llega a cigota (unión de óvulo y
espermatozoide). Si no hay fecundación el ovocito se pierde en la menstruación. Al mes
siguiente se repite el ciclo.
Replicación
Ovogonia
Ovogénesis
Meiosis 1
Ovocito I
Ovocito II
Fecundación-Meiosis 2
Óvulo
Cigota
Comparación entre mitosis y meiosis
En mitosis las células hijas son genéticamente idénticas a sus originales (clones).En
mitosis se obtienen 2 hijas diploides (2n). Estas 2 hijas son genéticamente idénticas
entre sí. En mitosis no hay variabilidad. Sirve para crecimiento en organismos
multicelulares y como reproducción en organismos unicelulares. En meiosis son las
gonias las que se dividirán. En meiosis se obtienen 4 células hijas que son haploides (n)
distintas, generando variabilidad.
Clase 21
Jueves 4/11/2004
Hemos estado hablando del ciclo celular todo este tiempo. Tenemos la interfase (G1, S
y G2), y la fase de división y hablamos de lo que ocurre en ellas. En G1 aumenta de
volumen y crece, aumenta las mitocondrias, ribosomas, etcétera. Luego entra en la fase
S de replicación (duplicación del ADN) y posteriormente G2 que prepara la división
celular.
136
Las células que no se dividen están siempre en G1. Se salen del ciclo celular y se dice
que están en G0. Esto lo vemos en neuronas por poner un ejemplo.
La etapa G1 es la más variable de todas, es la etapa de mayor variación en cuanto a
duración. Hay células que están en G0 y pueden entrar nuevamente al ciclo celular (a
G1 rápidamente para entrar en la división celular). A modo de ejemplo las células del
hígado (transplante). Las otras etapas son más parejas en cuanto a duración respecta, en
los distintos tipos celulares. El ciclo celular está muy regulado. Debe haber un control
del ciclo y se lo conoce como regulación del ciclo celular. Es algo muy complicado y
está sutilmente regulado. La célula debe responder a señales para dividirse; el ciclo
responde a señales propias o del medio. Esas señales son mensajeros químicos como las
hormonas que traen el mensaje de que la célula debe dividirse. A modo de ejemplo esto
se ve en las células de la médula ósea respondiendo a hormonas. Estas señales se llaman
factores de crecimiento o mitógenos (inducen a la mitosis). Si una célula tiene un
receptor para el mitógeno entonces se dividirá, si no lo tiene no se dividirá. Si la célula
no tiene oxígeno, no tiene glucosa o no tiene los nutrientes necesarios, entonces no se
podrá dividir y crecer, por lo tanto la célula está constantemente balanceando
(analizando) si debe dividirse o si no debe dividirse. Es decir que hay señales positivas y
señales negativas para decidir si entrar a la fase S y dividirse.
Si cultivamos células en un laboratorio aumentará la cantidad de células pero se
empieza a terminar el nutriente, el espacio, aumentan los desechos y las células morirán.
El contacto entre células provoca inhibición por contacto.
Si la célula pasa al ciclo S se va a dividir inevitablemente pero hay puntos de control
intermedios, que verifican si el ADN está bien, a modo de ejemplo para verificar
mutaciones. Eso frena el ciclo, si hay errores, y se puede detener tanto en G1 como en
G2, evitando que la célula entre en mitosis. Entonces al parar, los sistemas de
reparación corrigen los errores. Si el error es muy grande (irreparable) la célula se
suicida entrando en apoptosis. La apoptosis es la muerte celular programada. La célula
se suicida sin hacer escándalo, a diferencia de la necrosis que es la muerte celular no
programada. En la necrosis el contenido celular (incluyendo enzimas que degradan) se
libera lastimando las células vecinas y causando inflamación. En la apoptosis, en
cambio, la célula no se rompe y por tanto no hay daño en las células vecinas. Cuando
una célula está infectada por un virus, pueden venir células como los glóbulos blancos y
ordenarle a la célula infectada que entre en apoptosis.
El cáncer son muchas enfermedades y lo común es que las células perdieron el control
de regulación celular y se dividen sin parar ocasionando un daño tremendo a su
alrededor. Es desregulación del ciclo celular. Hay técnicas modernas que buscan que las
células cancerígenas entren en apoptosis.
137
Las mutaciones afectan a los genes individualmente.
Aberraciones cromosómicas
Ahora veremos aberraciones cromosómicas. El gen es muy chico y si miro un
cromosoma no voy a detectar mutaciones en genes (debería utilizar técnicas genéticas).
Los daños en el cromosoma involucran a varios genes y se puede ver mirando el
cromosoma. Hay aberraciones numéricas y aberraciones estructurales.
Las aberraciones numéricas afectan a la cantidad de cromosomas. Tenemos las
aneuploidías y las enploidías. Las aneuploidías son las que presentan un cromosoma
de más o un cromosoma de menos (n  1) a modo de ejemplo. Si le falta un cromosoma
(n-1) entonces es una monosomía porque algún cromosoma no tiene a su homólogo. Si
le sobra un cromosoma (n+1) entonces tenemos una trisonomía, en la que están los 2
cromosomas homólogos normales más un cromosoma repetido (3 en lugar de 2). Este es
el caso del síndrome de Down.
En la enploidía tenemos que todos los cromosomas están afectados, de todos hay algún
múltiplo. Si lo normal es 46 a modo de ejemplo, entonces podría aparecer un caso con
23 cromosomas (faltan todos los homólogos), o con 69 cromosomas (hay 3 cromosomas
de cada tipo en lugar de ser 2). Esto sucede por ejemplo, cuando hay cariocinesis pero
no hay citocinesis. Que se sepa no hay casos en humanos; pero es muy común en las
plantas.
La aneuploidía como el síndrome de Down implica que se trata de individuos enfermos,
no suelen ser normales. Está la trisonomía del cromosoma 21 como el síndrome de
Down, está la trisonomía del cromosoma 18, hay trisonomía del cromosoma sexual X.
Hay también casos de monosomía del cromosoma X que se figura X0. Estos casos
tienen 45 cromosomas en lugar de 46, son hembras humanas estériles y se llama
síndrome de Turner. El caso de 3 cromosomas sexuales como el XXY implica que el
individuo tiene 47 cromosomas en total y se da en machos humanos y se llama
síndrome de Klinefelter. No se conocen trisonomías de otros cromosomas en humanos.
¿Cómo se pueden producir estas aberraciones? El error tiene que estar en la formación
de las gametas en los padres, durante la meiosis. En general es en la mujer pero no de
modo exclusivo. Por algún motivo uno de los cromosomas queda retrasado en la anafase
y la citocinesis lo agarra en el lado equivocado, por lo que al dividirse las células en
lugar de tener 23 cromosomas cada una, tiene una 22 cromosomas y el otro 24
cromosomas. Si estas gametas son fecundadas por algún espermatozoide normal
tendremos
Cromosomas en espermatozoide
23
23
Cromosomas en óvulo
24
22
Cigota resultante
47 (Down)
45 (muere si es el crom 21)
En caso de cromosomas sexuales X con no disyunción podemos tener a modo de
ejemplo (no disyunción en una hembra):
Espermatozoide
X
Óvulo
XX
Cigota resultante
XXX (trisonomía)
138
Y
X
Y
XX
0
0
XXY (trisonomía)
X0 (monosomía)
Y0 (monosomía muere)
Se usa el cariotipo para mirar los cromosomas. Se busca en metafase, se tiñen y se
observan al microscopio para fotografiarlos. En el inicio del embarazo se pueden tomar
células de la bellocidad cariónica (placenta). Es un método peligroso. También se
pueden tomar células del líquido amniótico que es más seguro. Este cariotipo no detecta
mutaciones génicas sino solamente enfermedades cromosómicas y aberraciones
estructurales como las comentadas.
Cariotipo tradicional
Cariotipo espectral (nuevo sistema)
En el caso de la aberración estructural el defecto está en el tamaño o forma del
cromosoma. Al teñir los cromosomas para un estudio se ven partes más condensadas y
partes menos condensadas (bandas). Los patrones de bandas son estables en las
especies. Si hay aberraciones estructurales en el bandeo, puede ser un caso de deleción,
cuando le falta un trozo de cromosoma. Puede haber casos de inversión cuando un
cromosoma tiene el largo correcto pero un trozo está invertido. Puede ser una
traslocación, cuando hay al menos 2 cromosomas involucrados y un trozo de un
cromosoma se pega en el otro cromosoma involucrado. Puede haber traslocación
recíproca.
Veamos una célula diploide normal en distintas etapas, considerando la cantidad C
como la cantidad de ADN normal de una célula diploide en G1
Número de
cromosomas
Número total de
cromátidas
Número de
cromátidas por
cromosoma
Cantidad de
ADN por célula
G1 y final
mitosis
S
G2
Anafase
mitosis
Final
meiosis 1
Final
meiosis 2
46
Copia
46
92
23
23
46
Copia
92
92
46
23
1
Copia
2
1
2
1
C
Copia
2C
2C
C
C/2
Ahora vamos a ver poniendo genes a la célula diploide. Vamos a imaginar que está el
gen para el carrier de la glucosa en un locus de estos cromosomas homólogos
139
La secuencia de bases es G. No son necesariamente iguales los dos genes.
El genotipo puede ser homocigota o heterocigota. El genotipo es describir cómo son
los alelos (variantes) que pueden tener. Si los alelos son iguales entonces es
homocigota. Si los alelos no son iguales entonces se llama heterocigota.
Genotipo
Homocigota GG o bien gg
Heterocigota Gg o bien gG
Podemos ver que existe el 50% de probabilidad de que una célula tenga el alelo G del
gen de la glucosa (2 células de un total de 4), y el 50% de probabilidad de que tenga el
alelo g del gen de la glucosa (2 células de un total de 4).
Tenemos a modo de ejemplo el siguiente genotipo para los padres: (Gg) para el macho
♂ y (gg) para la hembra ♀
Fenotipo es la manifestación externa del gen.
G es el alelo normal dominante
g es el alelo anormal recesivo
Gg puede captar la glucosa y GG también (normales)
gg no puede captar la glucosa (enferma)
Vamos a hacer un cuadro de Punnet para ver las combinaciones posibles:
♀
♂
g
140
G
g
Gg normal
gg enferma
El 50% son Gg y el 50% son gg.
GG normal (homocigota)

Fenotipo  Gg normal (heterocigota)

gg anormal (homocigota)
El recesivo se manifiesta solamente como homocigota. El dominante se manifiesta
como homocigota o como heterocigota.
Leyes de probabilidades
La probabilidad de algo es:
Donde α es el número de casos de algo y β es el número total de casos.
Una cosa es la probabilidad y otra cosa es la realidad. Para que haya certeza hay que
manejar grandes números. Para acercarse a la realidad hay que trabajar grandes
números.
Si quiero que se cumpla A y B (juntos) tenemos el siguiente método:
P(A y B) = P(A) * P(B)
Es decir, la probabilidad de A multiplicado por la probabilidad de B.
A modo de ejemplo, los hijos de una pareja humana pueden ser hembras (♀) o machos
(♂). Si una pareja humana tiene 2 hijos las posibilidades son las siguientes:
♀ + ♀ es decir hembra y hembra
♀ + ♂ es decir hembra y macho
♂ + ♀ es decir macho y hembra
♂ + ♂ es decir macho y macho
Ahora queremos saber cuál es la probabilidad de que los hijos sean dos hembras, es
decir, ♀ + ♀.
Entonces debemos multiplicar la probabilidad de que salga una hembra, por las
probabilidad de que salga también una hembra. La probabilidad de que sea hembra es 1
en 2 (porque puede ser macho o hembra), es decir, 1/2.
P(Hembra) * P(Hembra) = P(♀) * P(♀) = 1/2 * 1/2 = 1/4
Esto significa que la probabilidad de que sean dos hembras es de 1 en 4.
141
Si lo que queremos averiguar es la probabilidad de que ocurra o bien el suceso A o bien
el suceso B (pero no juntos) entonces debemos hacer:
P(A ó B) = P(A) + P(B)
Es decir, la probabilidad de A sumado a la probabilidad de B.
Hagamos un ejemplo con 3 bolitas de colores. Tenemos las bolitas roja, azul y verde.
¿Cuál es la probabilidad de que si saco una sola bolita de la bolsa, esa bolita sea roja o
que la bolita sea verde?
Cada bolita tiene 1 posibilidad en 3 de salir, es decir 1/3.
P(roja ó verde) = P(roja) + P(verde) = 1/3 + 1/3 = 2/3
Esto significa que tengo 2 posibilidades de 3 de que la bolita que saco, sea o bien roja, o
bien verde.
Clase 22
Lunes 8/11/2004
Herencia
Leyes de Mendell
La idea es ver si hay mecanismos generales o modalidades de herencia de genes. Ver si
hay patrones.
Enunciadas por Mendell sin saber lo que es un núcleo. Estudiando descendencia de
plantas sacó conclusiones sobre los patrones de la herencia. Mendell era un monje y
trabajaba con guisantes (arveja común), en grandes cantidades, muchas descendencias y
esto le permitió realizar el estudio. Luego asociaremos las leyes de Mendell con los
conocimientos actuales. Mendell estudió ciertas características de las plantas, como el
color de la semilla, la forma de la semilla, etcétera. Tenía a modo de ejemplo plantas
con flores rojas y plantas con flores azules. Estas plantas tenían la capacidad de
autofecundarse (hermafroditas). Mendell podía determinar (por modificaciones
realidadas a las plantas) si la planta se autofecundaría o si la planta sería fecundada con
polen de una planta distinta.
Mendell empezó con líneas puras y dejó que dichas líneas puras se autofecunden. Las
plantas con flores rojas tenían hijos (descendencia) con flores rojas. Las plantas con
flores azules engendraban plantas con flores azules. Es decir que la descendencia tenía
el mismo color.
¿Qué pasa si cruzo 2 plantas distintas de líneas puras?
Rojas
x
azules  (padres, parental)

Todas rojas  (F1, filial 1, primeros hijos)
142
Es decir:
Azules (padre)
Rojas (padre) 

Rojas (F1 o hijos) 
Esto significa que al cruzar plantas de flores rojas
 con plantas de flores azules ,
resultó de ello todas plantas de flores rojas .
Mendell decidió entonces cruzar plantas de la F1, es decir las plantas hijas con flores
rojas , con plantas también de la F1, con flores rojas .
Mendell encontró que en la F2, es decir, en la segunda generación de plantas,
aparecieron algunas con flores rojas

y otras con flores azules . De cada 4 plantas
 y 1 con flores azules . Por lo tanto, Mendell estableció la
proporción 3:1. Es decir 
habían 3 con flores rojas
Mendell estableció que la característica que aparece en la F1, el color rojo , es
dominante (el carácter). Al otro, al azul , lo llamó recesivo. A la característica azul 
que desapareció en la F1 algo le pasó, pensó Mendell. Llamó factor de la herencia a
esta característica que puede aparecer y desaparecer (en este caso el color de las flores).
Porque el color azul
aparecer en la F2.

desapareció pero tiene que estar oculto porque luego volvió a
Mendell estableció entonces la 1º ley: para un carácter determinado tiene que existir por
lo menos 2 factores de la herencia y, estos factores de la herencia se segregan cuando
pasan de padres a hijos. Esta primera ley se llama ley de segregación.
Son los genes lo que Mendell llamó factores de la herencia y estos factores de la
herencia tienen variantes, que son lo que hoy se llama alelos. Están de a pares en los
cromosomas homólogos, en las células diploides. Es decir, hay un alelo (variante) del
gen (carácter) en cada cromosoma homólogo. Hay 2 copias (alelos) para cada gen. Las
plantas puras son las homocigotas. En el experimento de Mendell son las plantas
padres originales. La F1 era heterocigota. El color rojo  era el dominante.
Flores rojas = R
Flores azules = r
El RR es un genotipo homocigota dominante.
El rr es un genotipo homocigota recesivo.
Rojo  y azul  son fenotipos.
143
RR es pura de flores rojas  y rr es pura de flores azules . Estos son los padres. El RR
solamente genera gametas R y el rr solamente genera gametas r.
r
R
Rr 
Es decir que el genotipo del F1 es Rr, y tienen todos un fenotipo rojo . Estos hijos de
fenotipo rojo  de la F1 con genotipo Rr pueden generar 2 tipos de gametas, una R o una
r. Al cruzar 2 plantas de la F1 se obtiene en la F2 lo siguiente:
R
r
R
RR 
Rr 
r
Rr 
rr 
Lo que Mendell dice es que RR se separan y rr se separan (esto ocurre en la meiosis 1
cuando se separan o segregan los cromosomas homólogos). En la F2 tenemos 3
genotipos: RR, Rr y rr. Pero tenemos 2 fenotipos en proporción 3:1. Tenemos 3 rojos

y 1 azul .
Cuando Mendell estudiaba otras características o caracteres, encontraba exactamente lo
mismo en la F1 y en la F2. Por lo tanto Mendell lo pone como Ley (es de cumplimiento
general).
¿Qué pasa si estudio 2 caracteres juntos?
Color de la flor es o bien R roja
 que es dominante o bien r azul  que es recesiva.
Tendremos también el color de la semilla que puede ser dominante M marrón
om
recesiva verde .
Al autofecundar puras rojas y marrón (RRMM)
 con puras azules y verdes (rrmm)
 que se trata en ambos casos de homocigotas, tenemos:
Las plantas de genotipo RRMM de flores rojas y semillas marrones generan gametas
RM y las plantas con genotipo rrmm de flores azules y semillas verdes generan
solamente gametas rm. La F1 resultante será por tanto
rm
RM
RrMm

144
Se trata de un doble heterocigota. El fenotipo es roja marrón
pueden generar 4 tipos diferentes de gametas.
RM
Rm
rM
. Estas plantas de la F1
rm
Si lo queremos visualizar en los cromosomas, hacemos algo así como ejemplo:
Los cromosomas homólogos se segregan en la Meiosis 1. De ello resultará la siguiente
distribución en el cuadro de Punnet:
RM
RM
Rm
rM
rm
Rm

RRmM 
rRMM 
rRmM 
RRMM

RRmm 
rRMm 
rRmm 
RRMm
rM

RrmM 
rrMM 
rrmM 
RrMM
rm

Rrmm 
rrMm 
rrmm 
RrMm
La probabilidad para cada gameta es de 1 cada 4, es decir 1/4. El genes para el color de
la flor está en pares de cromosomas homólogos diferentes al gen para el color de la
semilla. La 2º ley de Mendell es la de la segregación independiente. Si estudio 1
carácter (1 gen) cada gameta va a distintos lugares (cada una con un alelo del gen). Si
estudio 2 caracteres (2 genes distintos) la distribución de cada carácter (gen) es
independiente. El carácter o gen para el color de la flor (R y r) es independiente del
carácter o gen del color se la semilla (M y m) y por ello se segregan de modo
independiente. El cuadro de arriba es el resultado de cruzar un F1 con otro F1.
De dicha cruza obtuvimos estos distintos genotipos y fenotipos:
Genotipo
RRMM
Cantidad y porcentaj
1 (6.25%)
Fenotipo
RRMm
2 (12.5%)
RrMM
2 (12.5%)
Rojo-marrón 
RrMm
4 (25%)
Rojo-marrón 
Cantidad y porcentaj
Rojo-marrón 
Rojo-marrón 
9 (56.25%)
145
RRmm
1 (6.25%)
Rojo-verde 
Rrmm
2 (12.5%)
Rojo-verde 
rrMM
1 (6.25%)
Azul-marrón 
rrMm
2 (12.5%)
rrmm
1 (6.25%)
9 genotipos
16 ejemplares total
Azul-marrón 
3 (18.75%)
3 (18.75%)
1 (6.25%)
Azul-verde 
Fenotipo en proporción 9:3:3:1
Si nos preguntan por 16 plantas debemos responder que no sabemos cuántas saldrán
roja-verde, porque si bien la proporción es 9:3:3:1, es válido para grandes números y no
para pequeñas cantidades. Una cosa es preguntar por la probabilidad y otra es
preguntar por la cantidad. La probabilidad de que sea roja-verde es de 3 en 16, es decir,
3/16. Pero no podemos saber cuántas serán roja-verde, sino solamente las
probabilidades.
Este modelo de herencia se llama herencia mendeliana simple. Es lo que estudiamos
hasta ahora. Para que se cumpla esto los genes deben estar en cromosomas distintos.
Los genes no deben estar en los cromosomas sexuales. Para el gen estudiado debe haber
un alelo dominante y un alelo recesivo.
Herencia no mendeliana
Veremos casos de herencia en la que no se cumplen las leyes de Mendell.
Dominancia incompleta y codominancia
Imaginemos que tenemos los siguientes alelos para el gen del color de la flor:
R = rojo (dominante)
r = blanco (recesivo)
Supongamos ahora que encontramos el siguiente resultado:
Genotipo Rr y fenotipo rojo = Caso de dominancia
Genotipo Rr y fenotipo rosa = Caso de dominancia incompleta
Genotipo Rr y fenotipo con manchas rojas y blancas = Caso de codominancia
En el caso de dominancia incompleta tenemos un intermedio al de los padres. En el
caso de codominancia están presentes los dos colores de los padres. Hay enfermedades
en humanos que se presentan con estas variantes de dominancia.
Si cruzo 2 plantas completamente puras (homocigotas) y la F1 no se parece a los padres
entonces tenemos un caso de dominancia incompleta o de codominancia.
Veamos el ejemplo de los grupos sanguíneos humanos
Genotipo
Fenotipo
146
AA
A0
BB
B0
AB
00
A
A
B
B
AB
0
Homocigota
Dominancia
Homocigota
Dominancia
Codominancia
Homocigota
En el caso de A y de B juntos hay codominancia porque se manifiestan los dos, tanto A
como B. En general es más frecuente encontrar el alelo 0. El alelo 0 es el más frecuente
a pesar de que según el cuadro el fenotipo 00 es uno solo.
Si tenemos padres con el siguiente genotipo: madre 00 y padre AB entonces tendremos
que la madre genera gametas 0 exclusivamente (tiene 2 alelos iguales) y el padre puede
generar gametas A o gametas B.
A
B
0
A0
B0
0
A0
B0
De acá salió una hija con genotipo A0 y fenotipo A.
No se conocen casos de no disyunción del gen del grupo sanguíneo.
El factor RH puede ser positivo (+) o negativo (-). El factor positivo es dominante sobre
el negativo.
Si sabemos que el fenotipo de una persona es B(-) entonces podremos saber que el
genotipo debe ser BB(--) o bien B0(--). Esta persona puede ser hija de una madre con
fenotipo A(+) y genotipo A0(+-) y un padre con fenotipo B(+) y genotipo BB(+-)
A modo de ejemplo, si tenemos padres con el genotipo antes mencionado, ¿cuál es la
probabilidad conjunta de que tengan un hijo con fenotipo B(-)?
A(+)
A(-)
0(+)
0(-)
B(+)
AB(++)
AB(+-)
B0(++)
B0(+-)
B(-)
AB(+-)
AB(--)
B0(+-)
B0(--) 
B(+)
AB(++)
AB(+-)
B0(++)
B0(+-)
B(-)
AB(+-)
AB(--)
B0(+-)
B0(--) 
P(B) = 8/16 = 1/2
P(-) = 4/16 = 1/4
P(B)*P(-) = 1/2 * 1/4 = 1/8
Esto significa que la probabilidad conjunta de salir B(-) es de 1 caso entre 8, para la
pareja anterior.
Repetimos los conceptos de probabilidad:
Probabilidad de algo es igual a los casos favorables, dividido entre los casos posibles.
(Casos favorables / Casos posibles)
147
Si tenemos el genotipo Aa y lo cruzamos, se pueden generar gametas A o gametas a. De
ello resulta el siguiente cuadro de Punnet:
A
a
A
AA
Aa
a
Aa
aa
La posibilidad de que sea homocigota (aa) es de 1/4. La posibilidad de que salga
heterocigota (Aa) es de 1/2.
¿Cómo calculo la probabilidad de que ocurra un suceso A y un suceso B juntos (ambos
sucesos independientes)?
P(A y B)
P(hija hembra + hija hembra)
P(A) * P(B)
1/2 * 1/2 = 1/4
La posibilidad de tener 2 hijas hembras consecutivas es de 1/4 o dicho de otro modo, 1
posibilidad de 4.
Probabilidad de que ocurra o bien el suceso A o bien el suceso B.
P(A ó B) = P(A) + P(B)
A modo de ejemplo la probabilidad de que sea homocigota AA o bien aa
P(AA ó aa) = P(AA) + P(aa) = 1/4 + 1/4 = 2/4 = 1/2
Cruzamiento prueba
Vamos a ver el concepto de cruzamiento prueba. Imaginemos que tenemos lo siguiente
en unas plantas:
Genotipo
R
r
Fenotipo
Rojo (dominante)
Amarilla (recesiva)
Una flor de fenotipo roja puede tener un genotipo (AA) o bien (Aa), es decir, puede ser
homocigota o heterocigota. Si nosotros conocemos el fenotipo, en este ejemplo color
rojo, y no sabemos el genotipo y queremos averiguarlo, tenemos que hacer un
cruzamiento prueba, para descubrir si se trata de un homocigota o heterocigota.
Entonces tomamos el fenotipo dominante (el que tiene el genotipo desconocido) y lo
cruzamos con un homocigota recesivo (recesivo puro).
148
Es decir que tenemos a modo de ejemplo, un homocigota recesivo (aa) y un fenotipo
dominante desconocido (A?). El signo de interrogación puede ser un alelo dominante
(A) o uno recesivo (a).
Si el caso que queremos averiguar (A?) se trata de un homocigota dominante (AA)
entonces en el cruzamiento obtendremos:
A
A
a
Aa
Aa
a
Aa
Aa
Es decir que si el caso que queremos averiguar es un homocigota dominante,
obtendremos el 100% de la descendencia con el fenotipo dominante color rojo.
Sin embargo, si el caso que queremos averiguar (A?) se trata de un heterocigota (Aa),
obtendremos lo siguiente:
A
a
a
Aa
aa
a
Aa
aa
Es decir que se obtendrá en la descendencia, un 50% con fenotipo dominante rojo, y un
50% con fenotipo recesivo amarillo.
La 2º ley de Mendell se cumple si los genes no están ligados. Los genes ligados son los
genes que están en el mismo cromosoma.
Cuando tenemos genes que no están ligados, en la meiosis 1 los cromosomas
homólogos (los 2 cromosomas que tienen alelos para el mismo gen) se segregan, y por
lo tanto, obtenemos 4 gametas posibles. A modo de ejemplo, si el genotipo es (AaBb),
entonces obtendremos las siguientes 4 gametas haploides: (AB), (Ab), (aB), (ab).
Pero cuando los genes para (A) y para (B) están en el mismo cromosoma, ya no se
segregan de modo independiente, porque están en el mismo cromosoma, por lo tanto,
obtendremos 2 gametas haploides distintas en lugar de 4 gametas haploides distintas.
Por ejemplo, obtendremos las siguientes gametas: (AB), (ab).
149
Es decir que no se cumple la segregación independiente. La 2º ley de Mendell se
cumple si los genes están en distintos pares de homólogos, para que los genes se puedan
segregar independientemente unos de otros en la meiosis 1, viajando cada uno en un
cromosoma distinto.
Clase 23
Jueves 11/11/2004
Herencia ligada al sexo
Veremos una modalidad de herencia no mendelliana, llamada herencia ligada al sexo.
Hasta ahora no nos preocupó el sexo del hijo cuando analizábamos herencia de genes;
pero ahora veremos que en determinados casos el locus del gen (su ubicación física en
el cromosoma) está ubicado en el cromosoma sexual X. El reparto de cromosomas
sexuales X no es igual en machos y hembras. Los cromosomas X e Y son los
cromosomas sexuales y los otros 22 pares de cromosomas son los llamados autosomas.
Son 43 pares de cromosomas en total porque ahora hablamos del caso de los humanos.
Los genes que vimos hasta ahora estaban ubicados en autosomas, en cromosomas no
sexuales. Ahora veremos cómo se heredan genes ubicados en los cromosomas sexuales,
es decir en el cromosoma X o en el cromosoma Y.
El macho tiene 1 sola copia del cromosoma sexual X y la hembra tiene 2 copias del
cromosoma sexual X.
150
Un ejemplo de enfermedad ligada al cromosoma sexual X es el daltonismo y otro
ejemplo es la hemofilia. Ambas enfermedades son recesivas y están ligadas al
cromosoma sexual X. El daltonismo afecta al reconocimiento de los colores
(incapacidad de distinguir entre el rojo y el verde). La hemofilia es un grupo de
enfermedades que se caracteriza por la falta de coagulación de la sangre (por lo que un
pequeño corte puede producir hemorragia). Ambas enfermedades afectan generalmente
a los machos humanos y muy raramente a hembras humanas. Estas enfermedades no se
expresan en heterocigosis, sino solamente en forma homocigota recesivo.
Veremos el daltonismo.
D = alelo normal dominante
d = alelo anormal recesivo
Hembra = ♀
Macho = ♂
En una hembra (♀) humana podemos tener en el cromosoma X un genotipo homocigota
(DD), o bien podemos tener un genotipo heterocigota (Dd), porque la hembra (♀)
humana tiene los 2 cromosomas sexuales X, cada uno con un alelo del gen. El macho
(♂) humano tiene 1 único cromosoma sexual X, porque el otro cromosoma sexual es un
Y. Por lo tanto, el macho (♂) tiene un único alelo para este gen ubicado en el
cromosoma sexual X. Cuando se tienen 2 alelos iguales se llama homocigota. Cuando
tiene 2 alelos distintos se llama heterocigota. Cuando tiene 1 único alelo se llama
hemicigota. Los machos (♂) humanos son hemicigotas para este gen. Por lo tanto el
genotipo para este gen ubicado en el cromosoma sexual X en los machos será (D) o bien
(d). Si el macho (♂) tiene genotipo (D) será normal pero si tiene genotipo (d) será
daltónico.
Si el macho humano tiene un único alelo anormal para este gen, es suficiente para que la
enfermedad se exprese fenotípicamente (estará enfermo). Para que una hembra humana
sea daltónica tiene que tener los 2 alelos anormales (dd), es decir homocigosis recesiva.
Lo más normal es que la hembra humana sea portadora del alelo anormal pero que no
sea daltónica.
Si analizamos una hembra normal (DD) pero un macho daltónico (dY) en el que la Y
representa al cromosoma sexual Y (cromosoma que no contiene el gen que analizamos),
tendremos del apareamiento las siguientes cigotas o hijos posibles:
D
♀
D
Del cuadro de arriba resulta lo siguiente:
Porcentaje de hijos machos enfermos = 0%
d
Dd
♀
Dd
♀
♂
Y
DY
♂
DY
♂
151
Porcentaje de hijas hembras enfermas = 0%
Porcentaje de hijos machos portadores = 0%
Porcentaje de hijas hembras portadoras del alelo de la enfermedad = 100%
Analizaremos ahora un caso de hembra portadora (Dd) y macho sano (DY).
D
♀
d
D
Dd
♀
Dd
♀
♂
Y
DY
♂
dY
♂
Del cuadro de arriba resulta lo siguiente:
Genotipo (DD) fenotipo hembra (♀) sana.
Genotipo (Dd) fenotipo hembra (♀) portadora.
Genotipo (DY) fenotipo macho (♂) sano.
Genotipo (dY) fenotipo macho (♂) daltónico.
Porcentaje de hijos machos enfermos = 50%
Porcentaje de hijas hembras enfermas = 0%
Porcentaje de hijos machos portadores = 0%
Porcentaje de hijas hembras portadoras del alelo de la enfermedad = 100%
En general el daltónico es el macho y el alelo anormal se lo pasó la madre (hembra)
portadora.
Veremos el resultado de la fecundación entre una hembra portadora (Dd) y un macho
daltónico (dY):
D
♀
d
♂
d
Y
Dd DY
♀
♂
dd dY
♀
♂
Del cuadro de arriba resulta lo siguiente:
Genotipo (Dd) fenotipo hembra (♀) portadora.
Genotipo (dd) fenotipo hembra (♀) daltónica.
Genotipo (DY) fenotipo macho (♂) sano.
Genotipo (dY) fenotipo macho (♂) daltónico.
Porcentaje de hijos machos enfermos = 50%
Porcentaje de hijas hembras enfermas = 50%
Porcentaje de hijos machos portadores = 0%
Porcentaje de hijas hembras portadoras del alelo de la enfermedad = 50%
152
Porcentaje de hijos enfermos (machos y hembras incluidos) = 50%
Veremos el resultado de la fecundación entre una hembra daltónica (dd) y un macho
sano (DY):
d
♀
d
D
Dd
♀
Dd
♀
♂
Y
dY
♂
dY
♂
Del cuadro de arriba resulta lo siguiente:
Genotipo (Dd) fenotipo hembra (♀) portadora.
Genotipo (dY) fenotipo macho (♂) daltónico.
Porcentaje de hijos machos enfermos = 100%
Porcentaje de hijas hembras enfermas = 0%
Porcentaje de hijas hembras portadoras del alelo de la enfermedad = 100%
Veremos ahora el caso de una fecundación producida entre una hembra daltónica (dd) y
un macho daltónico (dY).
d
♀
d
♂
d
Y
dd dY
♀
♂
dd dY
♀
♂
Del cuadro de arriba resulta lo siguiente:
Genotipo (dd) fenotipo hembra (♀) daltónica.
Genotipo (dY) fenotipo macho (♂) daltónico.
Porcentaje de hijos machos enfermos = 100%
Porcentaje de hijas hembras enfermas = 100%
Porcentaje de hijos enfermos (machos y hembras incluidas) = 100%
Mendell trabajó con genes autosómicos y no encontró estos casos en cromosomas
sexuales. Las leyes de Mendell no se aplican en genes ubicados en cromosomas
sexuales. Tampoco en genes ligados. Tampoco en casos de dominancia incompleta y en
codominancia.
153
Vamos a ver un ejemplo de genes ligados por un lado, y genes ligados sufriendo un
crossing-over (rojo y verde con cromosomas homólogos, cada uno con distintos alelos
para el gen A y el gen B).
Aunque los genes A y B están ligados, luego del crossing-over se obtienen 4 genotipos
distintos. El crossing-over no es siempre igual y es poco frecuente que entre 2 genes
ocurra un crossing-over y, por lo tanto, no se pueden hacer proporciones del tipo
9:3:3:1. Es muy poco frecuente que aparezcan las 4 gametas.
Cuando se trabaja con genes ligados y crossing-over conviene dibujar todo el proceso.
Si hay 2 genes A y B en el brazo largo de un cromosoma (arriba del centrómero a modo
de ejemplo) entonces, por más que ocurra un crossing-over en el brazo corto del
cromosoma (abajo del centrómero a modo de ejemplo), se obtienen 2 gametas distintas,
en lugar de 4 gametas distintas. Porque el crossing-over ocurrió en una región del
cromosoma en el que los genes A y B no estaban ubicados (habrá afectado a otros
genes; pero no a los genes A y B).
El crossing-over aumenta la variabilidad, intercambiando alelos entre homólogos.
154
Como curiosidad se puede decir que el crossing-over también puede ocurrir entre
cromátidas hermanas (del mismo cromosoma); pero por supuesto, este crossing-over no
se nota, porque los alelos intercambiados no son distintos (no son uno de la madre y
otro del padre), sino que son iguales (las cromátidas hermanas son clones luego de la
replicación). Es un crossing-over que no involucra a 2 cromosomas homólogos, sino a
un único cromosoma y por lo tanto, no genera variabilidad.
Vamos a hacer un ejercicio típico de genética.
La fenilcetonuria es una enfermedad autosómica recesiva. Una pareja de individuos
sanos tienen un hijo fenilcetonúrico. Pregunta (a): ¿Cuál es la probabilidad de que el
segundo hijo sea fenilcetonúrico? Pregunta (b): ¿Cuál es la probabilidad de que el
segundo hijo sea una hembra (♀) fenilcetonúrica?
Tendremos los alelos (F) que es normal dominante y el (f) que es anormal recesivo. Los
genotipos (FF) y (Ff) serán normales teniendo en cuenta que (Ff) es portador sano. El
genotipo (ff) será fenilcetonúrico.
El genotipo de la madre es (Ff) y el del padre es (Ff), ambos son portadores sanos. El
resultado en la fecundación es el siguiente cuadro de Punnet:
F
f
F
FF
Ff
f
Ff
ff
El cuadro nos indica que la probabilidad que nos preguntan en el punto (a) es de 1/4, es
decir, hay 1 probabilidad en 4 de que el hijo sea fenilcetonúrico.
Para responder la pregunta (b) debemos tener en cuenta que la probabilidad de que la
hija sea hembra en cualquier caso, es de 1/2, es decir, el 50% puede ser macho y el 50%
hembra. Entonces, para responder debemos hacer un cálculo combinado de
probabilidad.
P(hembra, fenilcetonúrica) = P( 1/2 , 1/4) = 1/2 * 1/4 = 1/8
Es decir que la probabilidad de que tengan una hembra fenilcetonúrica es de 1 entre 8.
Clase 24
Lunes 15/11/2004
Repasamos algunos conceptos.
Si se diseca un trozo de hígado, las células remanentes entran en rápida proliferación
para restablecer la masa y estructura original. ¿El ciclo de éstas se ha acortado o
alargado? ¿A expensas de qué etapa?
Las células salen de G0 y entran nuevamente al ciclo celular de modo rápido
directamente a la etapa S de replicación. Se corta la etapa G1 que de hecho es la más
variable y la más larga. Hay que tener en cuenta que G0 es igual que G1 y se le llama
así cuando la célula sale del ciclo celular (es como un G1 perpetuo).
155
Justificar si la siguiente afirmación es verdadera o falsa: Dado que la ADN polimerasa
sólo puede funcionar en el sentido 5'3', esto implica que sólo puede trabajar sobre la
hebra de ADN que va de 3'5'.
Bueno esta afirmación no es verdadera, porque recordemos que aparecen los fragmentos
de Okazaki, que son la sucesión de primer-ADN-primer-ADN-primer-ADN etcétera,
que se genera en la cadena retrasada, en la que la ADN polimerasa, sintetiza en el
sentido contrario a la enzima helicasa. De hecho hay fragmentos de Okazaki en ambas
cadenas porque la replicación es bidireccional.
¿La relación A/T = C/G es sólo válida para las moléculas de ADN?
Muy bien, pensemos por un momento la relación que nos plantean. A es adenina, T es
timina, C es citosina y G es guanina. A y G son purinas y T y C son pirimidas. A se
empareja con T y G con C. Por lo tanto, debe haber la misma cantidad de A que de T y
la misma cantidad de G que de C. Entonces si tenemos 8 actinas tendremos 8 timinas y
si tenemos 3 guaninas tendremos 3 citosinas, por lo tanto:
A/T = C/G
8/8 = 3/3
1=1
Efectivamente la afirmación es correcta.
Podemos ver que también es cierto lo siguiente:
A+G = T+C
8+3 = 8+3
11 = 11
En el ARN esto no cuenta porque hay una única cadena.
Experimento de la licuadora
Hubo un experimento que demostró que es el ADN y no las proteínas el que lleva la
información genética.
Se trabajó con bacteriófagos, que son virus de bacterias. Los bacteriófagos están
formados por una cápsula de proteínas que contiene ADN en su interior. El bacteriófago
inyecta su ADN en la bacteria y la infecta, luego dicho ADN se replica utilizando la
maquinaria replicacional de la bacteria. Finalmente la bacteria estalla.
156
Para averiguar si el responsable es el ADN o la proteína, en un laboratorio se marcó el
ADN del bacteriófago con fósforo radioactivo. La cápsula del bacteriófago es de
proteína y a dicha proteína se la marcó con azufre radioactivo (el ADN no tiene azufre).
Entonces del virus se podía diferenciar su ADN y de su proteína, ambos marcados de
modo distinto. Se metió todo en una licuadora, los virus (bacteriófagos) y las bacterias y
se sometió a licuación separando lo pesado de lo liviano. Lo pesado son las bacterias,
las células. Los virus son lo liviano. Se encontró entonces que en el fondo pesado donde
están las bacterias, había fósforo radioactivo, es decir, el ADN viral marcado con
fósforo. En la parte liviana, la de los virus (bacteriófagos), se encontró el azufre
radioactivo, es decir las proteínas de los virus, su cápsula.
Este experimento permitió determinar que lo que pasaba de los virus bacterianos
(bacteriófagos) a las bacterias que quedaban infectadas, era el ADN viral y no las
proteínas del virus. Es decir que la información genética está en el ADN.
Veamos ahora como ejercicio una pregunta que puede ser de parcial (examen). ¿En qué
consiste el proceso de corte y empalme (splicing)? ¿Qué significa que puede ser
alternativo y qué ventajas biológicas puede tener este proceso? ¿Todas las células vivas
lo realizan?
Bueno, como recordarán el ARNm inmaduro tiene intrones y exones. El exón es el que
se va a expresar y el intrón es el que se va a eliminar. Al final tendremos todos los
exones juntos, unidos, y el ARNm ahora es más corto. Esto sucede en el núcleo, en la
postranscripción. El splicing puede ser alternativo porque un intrón puede pasar a ser un
exón y viceversa, resultando de ello un ARNm distinto que expresará una proteína
distinta. Esto es una ventaja económica para la célula porque le permite tener menos
ADN. El splicing y el splicing alternativo sucede solamente en eucariontes, no sucede
en procariontes. No hay maduración del ARNm en procariontes. En eucariontes el
ARNm es monocistrónico y en procariontes el ARNm es policistrónico.
157
Veamos otra pregunta distinta. ¿Qué ocurriría y qué consecuencias biológicas tendría si
una célula pierde su capacidad de degradar sus ARNm?
Bueno, si no se degradan los ARNm se van a seguir sintetizando proteínas y eso puede
dañar a la célula, porque las proteínas tienen que estar presentes en la proporción justa
en el momento justo.
¿Todos los ARN tienen la misma vida media?
No. El ARNr es el que más tiempo dura. El ARNm es el que dura menos. El ARNt es
intermedio.
¿Tendrá las mismas consecuencias la pérdida de un nucleótido en el gen que en el
ARNm?
Acá tenemos que tener en cuenta que la pérdida de un nucleótido es más grave si ocurre
en un gen porque afectará a la célula cada vez que haya transcripción y replicación. Si la
pérdida del nucleótido ocurre en el ARNm entonces se afectará la traducción en la que
participe dicho ARNm pero, como el ARNm tiene vida media corta esto será menos
grave.
¿Cuáles son las fuentes de energía para la replicación, la transcripción y la traducción?
Acá recordemos que para la replicación se utilizan los nucleótidos trifosfatos y, al
romper el enlace de los 2 fosfatos sobrantes se utiliza dicha energía para las uniones
fosfodiéster entre los nucleótidos.
En el caso de la transcripción ocurre lo mismo. En la transcripción se utilizan solamente
ribonucleótidos trifosfatos.
En el caso de la traducción recordemos que se utiliza energía en la etapa de activación
del aminoácido, mediante la separación de 2 fosfatos del ATP para crear un enlace de
alta energía entre el ARNt y el aminoácido, resultando de ello el transfer
(aminoacilARNt), gracias a la enzima aminoacil ARNt sintetasa. También se utiliza
energía en la etapa de elongación, cuando el ribosoma se trasloca un codón en dirección
5'3'.
Veamos otra pregunta. Si un oligopéptido está formado por las siguientes secuencias de
aminoácidos ABCDEF, y luego de una mutación en el gen que lo codifica, la secuencia
resultante es ABCXYZ, ¿cuál puede haber sido la mutación producida?
Acá recordemos que se puede tratar de una deleción, porque la deleción cambia todo el
marco de lectura a partir del sitio de la mutación. También pudo haber sido una
inserción, porque también cambia todo el marco de lectura a partir del sitio de la
mutación.
¿Cuáles son los 2 pasos de la traducción que aseguran la correcta expresión del ARNm?
158
En este caso recordemos que la enzima aminoalcil-ARNt-sintetasa es específica y
asegura que el ARNt se una con el aminoácido correcto. Este proceso selectivo es
fundamental y por ello hay diferentes enzimas aminoacil ARNt sintetasa, al menos una
por cada aminoácido. También es fundamental la etapa en la que el transfer se une
utilizando su anticodón, al codón del ARNm. Esta unión también es fundamental.
Veamos un ejercicio de operón. ¿En qué condiciones de crecimiento, una mutación que
anule la secuencia operadora del operón lactosa, no causaría problemas a la célula que
lo sufre?
En este caso recordemos que normalmente el represor (la proteína regulatoria) se une al
operador y, cuando aparece lactosa en el medio, la lactosa se une al represor y,
entonces, el represor cambia su conformación y se suelta del operador, liberando al
promotor (esto permite que se inicie la transcripción del ARNm). Si una mutación anula
el operador, el represor no se podrá unir al operador y, entonces, el promotor estará
constantemente libre para unirse a la ARN polimerasa que participa en la transcripción
del ARNm, haya o no haya lactosa para degradar. Esto implica que si no hay lactosa
para degradar, se va a gastar energía de modo inútil; pero la célula va a sobrevivir.
Cuando sí hay lactosa en el medio, no causa problemas.
Otra pregunta distinta. Un cultivo bacteriano crece en un medio con lactosa como única
fuente de energía. Explique si las siguientes mutaciones que anulan la función de la
secuencia involucrada, afectarán o no el metabolismo normal de la célula:
1) Secuencia regulatoria del operón lactosa.
2) Gen de la ARN polimerasa.
3) Uno de los genes estructurales del operón.
En este caso (1) de la secuencia regulatoria, no va a afectar el metabolismo, porque la
transcripción del ARNm se va a realizar haya o no haya lactosa en el medio. Habrá
gasto inútil de energía si no hay lactosa en el medio; pero no causará la muerte del
organismo. En la pregunta (2) tenemos un caso muy grave porque al anularse el gen de
la ARN polimerasa, no habrá enzima ARN polimerasa que realice la transcripción del
ARNm y, por lo tanto, la célula no podrá degradar la lactosa, su única fuente de energía
y, por lo tanto la célula morirá. En la pregunta (3) tenemos que alguna de las proteínas
para degradar la lactosa no se podrá sintetizar. Es cierto que afecta a una (alguna) y no a
todas las proteínas involucradas en la degradación de la lactosa; pero con esa proteína
faltante seguramente la célula no podrá degradar correctamente la lactosa y por lo tanto
morirá.
Veamos problemas de genética. Una mujer de 30 años tuvo una hermana que falleció
por la enfermedad de Tay-Sachs a los 6 años. Esta enfermedad es autosómica recesiva.
¿Cuál es la probabilidad de que esta mujer sea portadora del alelo de la enfermedad?
Acá tenemos que tener en cuenta que de entrada se descarta la opción de que la mujer
esté enferma y, por lo tanto, solamente interesan los casos en que podría ser portadora
sana. Para estar enfermo hay que tener dos alelos anormales, porque la enfermedad es
autosómica recesiva (se manifiesta en homocigosis recesiva). Esto implica que ambos
padres deben tener el alelo anormal, y por ello la niña que murió era homocigota. Si
representamos como (T) el alelo normal dominante y como (t) el alelo anormal recesivo,
obtendremos del tablero de Punnet lo siguiente:
159
T
t
T
TT
Tt
t
Tt
tt
Del cuadro de Punnet resulta que la mujer tiene 2 probabilidades entre 3 de tener el
alelo anormal en su genotipo, es decir genotipo (Tt). La opción (tt) ya dijimos que no se
tiene en cuenta porque la mujer no está enferma. Por lo tanto, la probabilidad es de 2/3.
Veamos otro ejemplo. En los humanos el albinismo es una incapacidad genética para
producir un pigmento y, es causada por un alelo recesivo de un cromosoma autosómico.
Un hombre albino, que es hijo de un hombre albino y una mujer fenotípicamente
normal, tiene hijos con una mujer de fenotipo normal cuyos padres eran ambos de
fenotipo normal. De los cuatro hijos uno es albino.
1) Indique los genotipos de todos los individuos mencionados y, señale cuál era la
probabilidad que presentaba la pareja de tener hijos albinos.
2) ¿Espera usted que la proporción de machos y hembras normales en la descendencia
sea diferente?
Acá los datos que tenemos indican que para estar enfermo hay que tener genotipo
homocigota recesivo. También indican que si un hijo resulta albino entonces ambos
padres deben tener el alelo anormal. Utilicemos como nomenclatura (A) para el alelo
normal dominante y (a) para el alelo anormal recesivo. Al hombre del caso lo
llamaremos H1 y a su mujer M1. A los padres de H1 los llamaremos H0 al hombre y
M0 a la mujer. A los padres de la mujer M1 los llamaremos H2 al hombre y M2 a la
mujer.
El genotipo de H1 tiene que ser (aa) porque es albino. ¿Cómo es el tablero de Punnet de
la fecundación de H0 y M0, es decir de los padres de H1? El hombre H0 tiene genotipo
(aa) porque es albino y, la mujer M0 tiene que ser portadora sana porque dicen que es
fenotípicamente normal, por lo tanto es heterocigota (Aa), y de allí resultó un hijo
albino (aa):
A
a
a
Aa
aa
a
Aa
aa
Es decir que el genotipo de H0 es (aa) y el de M0 es (Aa). Por supuesto de ello resultó
H1 que es albino de genotipo (aa). Esto por el lado del hombre y sus padres.
¿Y por el lado de la mujer M1 y sus padres H2 y M2? Los datos nos dicen que la mujer
M1 es de fenotipo normal y que sus padres también son de fenotipo normal. Sin
embargo sabemos que si la mujer M1 tuvo un hijo albino, entonces debe poseer el alelo
anormal. Y si la mujer M1 tiene el alelo anormal pero es de fenotipo normal, entonces la
mujer M1 es una portadora sana de genotipo heterocigota (Aa). Este alelo anormal lo
debe haber recibido de sus padres que según los datos son fenotípicamente normales.
Por lo tanto, los padres de M1 deben ser al menos uno de ellos, portador sano del alelo
anormal, es decir, heterocigota (Aa). A modo de ejemplo, el hombre H2 puede ser de
genotipo homocigota (AA) y la mujer M2 puede ser portadora sana del alelo anormal
160
con genotipo heterocigota (Aa), resultando en la fecundación el siguiente tablero de
Punnet:
A
a
A
AA
Aa
A
AA
Aa
Del cuadro vemos que el 50% de los descendientes portarían el alelo anormal, siendo
heterocigotas (Aa); pero que el 100% sería de fenotipo normal.
Ahora, pasamos al caso del hombre H1 y la mujer M1 que son el caso que estudiamos.
Sabemos que el hombre H1 es albino de genotipo homocigota (aa) y la mujer M1 es de
heterocigota (Aa) con fenotipo normal. Hacemos el tablero de Punnet:
A
a
a
Aa
aa
a
Aa
aa
Vemos del tablero, que el 50% de sus hijos serían albinos, de genotipo homocigota
recesivo (aa) y la probabilidad de ello es de 1/2. El 50% restante de los hijos serían
portadores de fenotipo sano, de genotipo heterocigota (Aa), con una probabilidad de
1/2.
Respecto a la pregunta (2) sobre si la proporción de descendientes machos y hembras
sanos sería diferente, debemos responder que sería igual la proporción, porque al ser
una enfermedad autosómica, no involucra el sexo de los descendientes.
Clase 25
Jueves 18/09/2004
Hagamos otro ejercicio. En las moscas el color de ojos blancos es recesivo con respecto
al color de ojos rojos. Se cruzan 2 moscas de ojos rojos y se obtiene numerosa
descendencia con ojos rojos y blancos. Se observa que todos los que tienen ojos blancos
son machos.
1) Discuta si el color de ojos es un carácter autosómico o ligado al sexo.
2) Escriba el genotipo para la descendencia de ojos blancos y rojos y su probabilidad.
En este caso en principio vemos que habla de numerosa descendencia, por lo tanto
sabemos que se habla de grandes números y no de pequeñas muestras. También
sabemos que todas las moscas de ojos blancos que resultaron de la cruza, son machos.
Esto nos está indicando que se trata de un gen probablemente ligado al cromosoma
sexual X. Los datos nos dicen que las moscas que se cruzaron eran de ojos rojos. Por lo
tanto, si el gen está ligado al cromosoma sexual X y las moscas que se cruzaron tenían
ojos rojos, el alelo anormal para ojos blancos estaba en la hembra heterocigota, debido a
que el macho hemicigota no puede portar el alelo anormal debido a que si portara el
alelo, sería de ojos blancos.
161
Al alelo normal para ojos rojos (dominante) lo llamaremos (R) y al alelo anormal para
ojos blancos (recesivo) lo llamaremos (r).
Probamos entonces con una hembra de genotipo heterocigota (Rr) de ojos rojos y un
macho hemicigota (RY) de ojos rojos. La Y representa el cromosoma sexual Y.
Hacemos el tablero de Punnet:
R
r
R
RR
♀
Rr
♀
Y
RY
♂
rY
♂
Del tablero podemos observar que resultan, de ojos blancos, solamente machos (♂) de
genotipo (rY).
Tenemos:
Hembras (♀) de genotipo homocigota (RR) con fenotipo ojos rojos un 25%
Hembras (♀) de genotipo heterocigota (Rr) portadoras del alelo ojos blancos; pero con
fenotipo ojos rojos un 25%
Machos (♂) de genotipo hemicigota (R) con fenotipo ojos rojos un 25%
Machos (♂) de genotipo hemicigota (r) con fenotipo ojos blancos un 25%
Veamos el siguiente ejercicio. El caballo tiene un complemento diploide de 60
cromosomas y el burro de 66 cromosomas. ¿Cuál será el número de cromosomas de la
progenie híbrida mula proveniente de la cruza de una yegua con un burro?
Acá tenemos el caso de los híbridos. Tenemos por un lado una yegua con 60
cromosomas que generará gametas haploides de 30 cromosomas. Por otro lado tenemos
un burro de 66 cromosomas que generará gametas haploides de 33 cromosomas.
Cuando se produce la fecundación, se unirá una gameta haploide de la yegua con 30
cromosomas y una gameta haploide de burro con 33 cromosomas. La cigota resultante
tendrá 30 + 33 cromosomas, es decir, 63 cromosomas. Es decir que tenemos un híbrido
llamado mula que tiene 63 cromosomas. Estos 63 cromosomas no tienen homólogos.
No son homólogos porque 30 cromosomas pertenecen a una especie, la de la yegua, y
los otros 33 cromosomas pertenecen a otra especie distinta, la del burro. Si bien el
resultado ha sido un ser vivo (la mula), este ser vivo no tiene cromosomas homólogos
con los que realizar la meiosis. Por lo tanto es estéril y no puede generar gametas
viables.
Sin embargo en las plantas existe la poliploidía. Esto significa que si aparece un híbrido
como el anterior de 63 cromosomas sin homólogos, la planta puede pasar por una no
disyunción de cromosomas, resultando de ello que de 63 cromosomas iniciales se pasa a
126 cromosomas (el doble), ahora sí teniendo 63 pares de homólogos. Por lo tanto, esta
planta sí podrá realizar la meiosis y generar gametas viables y, por lo tanto no será
estéril.
162
Veamos otro ejercicio. ¿Podría una mujer que padece síndrome de Down (trisonomía
del par 21) tener un hijo normal con un varón normal? Explique mediante un esquema
de la meiosis del hombre y de la mujer, las posibles fecundaciones resultantes.
Acá sabemos que el error proviene de la no disyunción del cromosoma 21 en los padres.
Si en el ejercicio no se nos aclara, supondremos que la mujer con síndrome de Down
puede realizar la meiosis de modo normal (es decir que descartamos la posibilidad de
una nueva no disyunción del cromosoma 21).
Hacemos el esquema.
Como se puede ver, el 50% de las gametas serán normales y el 50% de las gametas
restantes serán anormales, conteniendo no un cromosoma (en este caso el 21) sino 2
cromosomas 21. Estas gametas con 2 cromosomas 21, en la fecundación, al unirse a la
otra gameta, generará una cigota con 3 cromosomas 21 (trisonomía) en lugar de 2
cromosomas 21. Sin embargo, el 50% de las gametas serán normales y no generarán
trisonomía en la fecundación.
Vamos a representar distintos tipos de células en distintas etapas del ciclo celular,
suponiendo que se trata de un organismo cuyo número diploide es 2n=4 y cuyo número
haploide es n=2. La cantidad de ADN normal en una célula diploide en G1 de dicho
organismo es C.
Número de
cromosomas
Número de
cromátidas
Célula
epitelial G1
Neurona en
G1 ó G0
Célula del
riñón en G2
Ovario al
final de M1
Espermatozoide
4
4
4
2
2
4
4
8
4
2
163
Cromátidas
por cromoso
Cantidad de
ADN
1
1
2
2
1
C
C
2C
C
C/2
La reproducción sexual aumenta la variabilidad genética, uniendo alelos distintos
provenientes de distintos individuos. En la meiosis (formación de las gametas o
gametogénesis), el crossing-over y la segregación independiente. La creación de
variabilidad depende de las mutaciones. Las mutaciones son el principal motor de la
evolución. El resto (reproducción, gametogénesis, etcétera) solamente distribuye la
variabilidad, la baraja.
Lunes 22/09/2004 segundo parcial.