Traducción en procariotas

Texto en español para seguir la película.

1. Subunidad ribosómica 30S con sitio P. 2. Sólo un formil-metionil-tRNA reconocerá el sitio P del complejo 30S/mRNA. 3. Subunidad ribosómica 50S. 4. El complejo de iniciación ya completo. 5. Aminoacil-tRNA. Ts, Tu de la traducción previa. 6. El aminoacil-tRNA reconoce el sitio A del complejo ribosoma/mRNA. 7. La peptidiltransferasa forma un enlace peptídico. 8. Ciclo Tu / Ts  -- Factor G 9. Translocación. 10. La fase de elongación en la traducción continúa hasta que el ribosoma reconoce un codón de terminación... 11. Factor R (de liberación).

Comentarios:

a) El ribosoma procariótico está formado por una subunidad menor o pequeña (30S) y otra mayor o grande (50S). En ambas se definen tres posiciones que puede ocupar un tRNA: el sitio P (peptidilo), el sitio A(aminoacilo) y el sitio E (de salida, exit).

b) IF son los factores de iniciación (proteínas). pppG es GTP, que se une al factor IF2, el cual permite la incorporación del primer aminoacil-tRNA, el fMet-tRNAi

Met.

c) La etapa de iniciación acaba cuando se forma el ribosoma completo, liberándose los factores IF3 (que estaba unido a la subunidad pequeña), IF1 (que estaba unido a la grande) e IF2, que ha hidrolizado el GTP a GDP + Pi.

d) El factor de elongación Tu actúa con el resto de aminoacil-tRNAs de forma similar a como lo hace el de iniciación IF2 con el primero: une GTP y colabora en la incorporación del aa-tRNA al ribosoma. Al terminar, hidroliza el GTP a GDP + Pi.

e) La peptidiltransferasa es una ribozima, una molécula de rRNA componente de la sununidad mayor del ribosoma.

f) El factor de elongación G, o translocasa, facilita el desplazamiento del ribosoma a lo largo del mRNA (translocación), con lo cual el aminoacil-tRNA del sitio P sale del ribosoma (a través del sitio E) y el peptidil-tRNA del sitio A pasa a estar en el sitio P. El sitio A queda libre para recibir un nuevo aminoacil-tRNA. La acción del factor G también va acompañada de la hidrólisis del GTP unido a él.

g) El factor de elongación Ts facilita el intercambio de nucleótidos unidos a Tu, de modo que se regenera la forma activa, Tu:GTP.

h) En eucariotas el proceso es en todo similar excepto que el aminoácido iniciador es metionina (no formilmetionina) y la identidad de las proteínas:

fMet-tRNAiMet Met-tRNAi

Met

subun. 30S subun. 40S

subun. 50S subun. 60S

IF3 eIF3 + eIF4C

IF1 eIF6

IF2 eIF2

Tu eEF1A

Ts eEF1B

G eEF2

Animación de traducción nº4

Iniciación en eucariotas

1. Los factores de iniciación (eIF) participan en el proceso, preparando las subunidades del ribosoma, el mRNA y el tRNAi.

2. La subunidad 40S (menor) se asocia con la caperuza 5' del mRNA y luego lo recorre, deteniéndose en el primer codón AUG que encuentra.

3. La subunidad 60S (mayor) se une y comienza la síntesis de la proteína.

Traducción del ácido desoxirribonucléico. La traducción es el proceso mediante el cual se produce la síntesis de proteínas. Este proceso ocurre en el citoplasma de la célula y para la mayoría de las proteínas de forma continua, durante todo el ciclo celular a excepción de la etapa M. Las funciones de las células siempre van a estar implicadas con las funciones de las proteínas por lo que la expresión de la informacióngenética como proteínas garantiza que las enzimas aceleren las reacciones del metabolismo, los transportadores posibiliten el intercambio de sustancias, los anticuerpos la defensa del organismo, las hormonas proteicas la regulación del matabolismo, los receptores el intercambio de información entre las células, entre otras.

Contenido [ocultar] 

1 Localización subcelular 2 Características generales 3 Requerimientos 4 Etapas fundamentales

o 4.1 Etapa de Preiniciacióno 4.2 Etapa de Iniciacióno 4.3 Etapa de Elongacióno 4.4 Etapa de Terminacióno 4.5 Etapa de Posterminación

5 Inhibidores de la transcripción 6 Véase también 7 Enlaces externos 8 Fuentes

Localización subcelular

Fotografía electrónica de un ribosomaComo localización subcelular de la traducción se pude enunciar a los ribosomas.Organelos citoplasmáticos no membranosos, integrados por ARNr y proteínas. Los presentes en eucariontes tienen un coeficiente de flotación de 80s, con una subunidad mayor 60s y una menor 40s. La subunidad mayor presenta los ARN ribosomales: 5s, 5.8s y 28s; a los que se unen aproximadamente 50 tipos diferentes de proteínas. La subunidad menor presenta un solo ARN ribosomal: 18s, al que se unen 30 tipos diferentes de proteínas. Destacándose en ellos la presencia de tres sitios funcionales importantes:

1. Sitio A: sitio por donde entran los ARNt con el aminoácido correspondiente al ribosoma.

2. Sitio P: este es el lugar que ocupa el peptidil-ARNt; tan pronto el ARNt ceda su porción peptidil a la formación del nuevo enlace, pasará al siguiente sitio.

3. Sitio E: corresponde al sitio ocupado por el ARNt sin el aminoacil ni el peptidil antes de abandonar el ribosoma. Es el sitio de salida de los ARNt descargados.

Características generalesSe caracteriza por ser un proceso gradual y repetitivo, lo que puede ser explicado de la siguiente manera: los aminoácidos son añadidos uno a uno por el mismo mecanismo. La síntesis se realiza de manera unidireccional pues ocurre siempre en dirección N-terminal aC-terminal. Se realiza de forma colineal a la lectura del ARNm, o sea que la síntesis de la cadena polipeptídica se realiza en la dirección N-terminal a C.terminal, mientras que la lectura del ARNm es en dirección 5'-3'. Por último el proceso está acoplado a la hidrólisis del GTP: la mayor parte de la energía requerida para el proceso se obtiene de la hidrólisis de este nucleótido.

Requerimientos

Es necesario el ARNm que contiene la información de la proteína que se va a sintetizar.

La presencia de determinados aminoácidos. La participación de ARNt que transfiera los aminoácidos al ribosoma. Proteínas enzimáticas y no enzimáticas, denominadas factores de traducción. Ribonucleósidos  trifosfatados como fuente de energía.

Etapas fundamentalesLos especialistas a la hora de estudiar este proceso han elaborado un esquema que contiene cinco etapas básicas, caracterizadas por un conjunto de sucesos y transformaciones únicas para cada una de ellas.

Etapa de Preiniciación

Ocure la activación de los aminoácidos. Esta etapa ocurre en el citoplasma y consiste en la unión de cada aminoácidos a su ARNt específico. Esta reacción es catalizada por la enzima aminoacil-ARNt sintetasa. Cada uno de los veinte aminoácidos es reconocido por una aminoacil-ARNt sintetasa específica que pueden presentar de una a cuatro subunidades proteícas. La actividad de ellas es crítica para la exactitud posteriror de la traducción pues en el ribosoma ocurre un reconocimiento molecular entre las secuencias del codón y elanticodón, la frecuencia de errores en esta reacción es de 1 en 10000.

Etapa de Iniciación

El codón de iniciación (AUG) es identificado por el ribosoma con la ayuda de múltiples factores de iniciación (eIF). El codón AUG tiene una doble función: como iniciador, al costituir la señal para el primer aminoacil-ARNt, que es el metionil-ARNt iniciador, y como codón para la incorporación de metionina en el interior de la cadena polipeptídica que crecerá guiada por el ARNm y que corresponde con la etapa de elongación. La etapa de iniciación ha sido dividida en varias subetapas las que culminan con un ribosoma listo a incorporar al siguiente aminoácido en el sitio A para dar lugar a la siguiente etapa. Primero ocurre la disociación del ribosoma en sus dos subunidades, lo que es asistido por varios factores de iniciación. Luego se forma el complejo ternario eIF-2-GTP-Met-ARNtiMet, donde el eIF-2 es una proteína que une al GTP y reconoce al ARNt iniciador (Met-ARNtiMet). Finalmente sucede la unión del complejo ternario a la subunidad menor del ribosoma (40s). Le sigue el reconocimiento del casquete del extremo 5' del ARNm por el factor de iniciación eIF-4F e incorporación a la subunidad menor. Como penúltima subetapa se encuentra el movimiento de la subunidad menor unida al ARNm a lo largo del extremo 5', proceso que se denominascanning y que require energía y factores de iniciación adicionales. Por último, en el momento en que la subunidad menor activada alcanza la posición del codón AUG, la subunidad mayor se une a la menor.

Etapa de Elongación

En esta etapa ocurre la formación del enlace polimerizante durante la formación de la proteína. Aquí, al igual que en las otras etapas, la participación de proteínas adicionales no ribosómicas es fundamental; las que se denominan factores de elongación (eEF). También se divide en fases:

1. Los aminoácidpos activados se unen a un factor de elongación en presencia de GTP. La entrada de cada ARNt al sitio A del ribosoma con un consiguiente gasto de energía (GTP).

2. El complejo entra al sitio A regido por la complementariedad codón-anticodón por lo que se require de una prueba de lectura del codón. Si ocurriera una entrada incorrecta este sería expulsada del sitio para entrar al aa-ARNt correcto.

3. Cuando los ARNt están correctamente situados ocurre la formación del enlace peptídico con la acción de la peptidil transferasa.

4. En esta fase se localiza el codón que ocupará el sitio A para que pueda entrar el

aminoacil-ARNt a dicho sitio. Esto requiere un movimiento del ribosoma denominado traslocación y que ocurre simultáneamente con la salida del aminoacil-ARNt descargado. Un factor de elongación (eEF-2) y la energía del GTP son utilizados en esta fase.

1. Los eventos anteriores se repiten hasta que al sitio A llegue un codón de terminación, que no codifica aminoácido alguno.

Etapa de Terminación

Como los codones de terminación no tienen ARNt que los identifique, en su lugar esto constituye una señal para dar inicio a la terminación de la traducción. El codón de terminación es reconocido por un factor de liberación unido al GTP. Dicho complejo se une al ribosoma en el sitio A y con la hidrólisis del GTP se produce la liberación de la cadena polipeptídica sintetizada y el desensamblaje de la maquinaria sintetizadora. En estos momentos el ribosoma se encuentra en condiciones de iniciar un nuevo evento de traducción.

Etapa de Posterminación

Esta etapa corresponde a la maduración o procesamiento de la molécula formada. Durante esta etapa la proteína alcanza su estructura y conformación con su actividad biológica. Existen diversos eventos que posibilitan que la proteína logre su estado funcional, entre ellos se encuentran: la eliminación de aminoácidos de los extremos y del interior de la cadena; la transformación de los aminoácidos en reacciones de hidrolización, obteniéndose hidroxiprolina y hidroxilisina, aminoácidos que aparecen en el colágeno; incorporación de grupos prostéticos,

incorporación de metales en las metaloproteínas, formación de enlaces disulfuro, glicosilaciones y el ensamblaje de subunidades en las proteínas oligoméricas.

Inhibidores de la transcripciónExisten algunos antibióticos que interfieren en el proceso de traducción. Se aprovechan de las diferencias entre los mecanismos de traducción procarióta y eucarióta para inhibir selectivamente la síntesis de proteínas en las bacterias sin afectar al huésped. Entre ellos se pueden destacar:

Estructura química de las tetraciclinas

La puromicina que tiene una estructura similar al aminoacil-ARNt de la tirosina. Por tanto, se enlaza al sitio A del ribosoma y participa en la formación de enlaces peptídicos, produciendo peptidil-puromicina. Sin embargo, no toma parte en la traslación y se desacopla rápidamente del ribosoma, causando una terminación prematura de la síntesis del polipéptido.

La streptomicina provoca una mala lectura del código genético en las bacterias a concentraciones relativamente bajas e inhibe la iniciación a concentraciones mayores, enlazándose a la subunidad ribosómica 30s.

Aminoglucósidos  como la tobramicina y la kanamicina evitan la asociación ribosómica al final de la fase de iniciación y provocan una mala lectura del código genético.

Las tetraciclinas bloquean el sitio A del ribosoma, evitando el acoplamiento de los aminoacil-ARNt.

El cloranfenicol bloquea la fase de la transferencia peptídica de la elongación en la subunidad ribosómica 50s, tanto en las bacterias como en las mitocondrias.

Losmacrólidos y las lincosamidas se enlazan a las subunidades ribosómicas 50s, inhibiendo la reacción de la peptidiltransferasa o la traslación, o ambas cosas.

Las familias de genes están formadas de genes similares pero no idénticos. La familia de genes de la globina es la familia de genes mejor estudiada. La hemoglobina consiste (en el caso humano) en dos cadenas a y dos cadenas b alrededor de un grupo Hemo. Los genes de la beta globina se encuentran distribuidos en cinco loci en el cromosoma humano Nro. 11. Estos genes se expresan secuencialmente durante el desarrollo

y tienen intrones de la misma longitud en posiciones similares en cada gen.Algunos de estos genes son copias inactivas, otros solo son funcionales durante determinada fase del desarrollo (recordar la hemoglobina fetal y la adulta). La familia de genes de la actina, tiene un patrón similar.

Transcripción y procesamiento de mARN

El proceso de transcripción en los eucariotas es similar a los de los procariotas, existen sin embargo algunas diferencias. Los genes eucariotas no se agrupan en operones como los de los procariotas. Cada gen eucariota se transcribe separadamente, con un control transcripcional independiente para cada gen. Si bien los procariotas tienen un solo tipo de ARN polimerasa para todos los tipos de ARN, los eucariotas tienen una para cada tipo. Una para el mARN, una para los rARN largos y una tercera para los rARN cortos y los tARN.En procariotas la traducción comienza inclusive antes que la transcripción haya terminado, mientras que en eucariotas tenemos dos procesos separados en tiempo y localización (recordar la existencia de una envoltura nuclear). Luego que en el núcleo de la  célula eucariota se transcribe un ARN, el ARN transcripto  es extensamente modificado antes de ser exportado al citoplasma. Se le agrega 7-metilguanina (una base inusual) al extremo 5' del mARN; y esto resulta esencial para el pegado del mARN al ribosoma. Una ristra de adeninas (tanto como 200 nucleótidos conocido como poli-A) se agrega al extremo 3' del mARN luego de la transcripción. La función de esta "cola" de poli A no se conoce, pero puede usarse para capturar mARN para estudios. Los intrones se cortan y los exones se colocan juntos antes que el mARN deje el núcleo Existen muchos ejemplos de mensajes idénticos procesados por diferentes métodos, a veces los intrones se tornan exones y viceversa.Moléculas de proteínas se pegan al mARN y luego se exportan del núcleo formando partículas llamadas ribonucleoproteínas (mRNPs) que parecen ayudar en el transporte por los poros nucleares y también en el pegado a los ribosomas.

Ampliando conceptos

Hoy sabemos que que existen muchos "genes" que son claramente funcionales (tal como los que sintetizan los siARN o las ribo-llaves), a pesar que  no codifican para ninguna proteína y producen únicamente ARN.  Claes Wahlestedt, del Instituto Karoliska (Estocolmo, Suecia), dice respecto al término "gen", tendemos a no utilizar el término gen, nos referimos a segmentos que son transcriptos a ARN como  una "unidad transcripcional".

Tema ampliado:  The Unseen Genome: Gems among the Junk ; November 2003; by W. Wayt Gibbs

Mecanismo de interferencia del siARN

 Los  siARNs  (del inglés: short interfering RNA, ARN corto de interferencia) son componentes de una gran respuesta antiviral denominada interferencia del ARN, una defensa celular descubierta en plantas y gusanos.Ciertos virus están compuestos por ARN de doble cadena y la presencia de tan obvio ARN ajeno a la célula desencadena, en plantas e invertebrados,  una respuesta liderada por la enzima "DICER" ("cubeteadora"?), que corta el ARN invasor en pequeños pedazos. Otras proteínas forman el RISC (RNA-Induced Silencing Complex, Complejo silenciador inducido por ARN). RISC separa las piezas de ARN y las usa como guía para buscar y aparearse (o "silenciar") toda secuencia de ARN que coincida con ellas. Al bloquear este ARN, la  célula se asegura que no se sinteticen proteínas virales.Si bien el siARN ha sido descubierto recientemente, el campo se ha expandido de manera explosiva. Resulta claro que el siARN es un mecanismo molecular altamente conservado en células eucariotas utilizado para controlar la expresión de los genes durante el desarrollo embrionario y para defender sus genomas de invasores como los virus a ARN y los transposones.

Tema ampliado

 

Silenciamiento Post-Transcripcional de un Gen, Iniciado por siARN.

El siRNA interacciona con la helicasa (círculo púrpura) y la nucleasa (óvalo rosado) y forma un complejo denominado RISC (RNA-induced silencing complex, Complejo silenciador inducido por ARN) (1). La Helicasa del RISC usa  ATP para desdoblar el siARN, permitiendo que la  cadena antisentido (cadena corta en azul) se complemente con su "blanco" en el ARN mensajero (ARNm, cadena larga en rojo) (2). La nucleasa del RISC corta el ARNm  (3), que finalmente es rápidamente degradado por otras ARNasas (4).En plantas y en Drosophila, DICER, un complejo que contiene una endonuclesa con actividad de helicasa y quinasa (óvalo verde) y una ARN dependiente, ARN polimerasa ( P roja en el triángulo verde), amplifica el siARN.

DICER degrada el ARN de doble cadena para generar siARN(5), el cual puede formar RISCs (1).El nuevo  siRNA puede también asociarse con DICER y ARN mensajero  (6)Luego de desdoblarlo, la cadena antisentido del siARN actúa como cebador ( primer ) para la síntesis de ARN de doble cadena usando como molde (template) el ARN mensajero y como enzima la polimerasa del DICER (7). Las etapas 5, 6, y 7 conforman un lazo de amplificación.

Modificado de: The New England Journal of Medicine,Volume 347:1364-1367, Volume 347:1364-1367, Number 17

Vea la animación del mecanismo de interferencia del ARNi

Ribo-llaves (Riboswitches)

Fig. 1

Las ribo-llaves (ribo-switches) son formas de ARN (Fig. 1) que actúan como llaves "encendido-apagado" de gran precisión. Originadas en muchos casos del "ADN no codificante" que se encuentra entre genes conocidos, las ribo-llaves se pliegan dando origen a figura compleja. Una parte de la ribo-llave plegada puede recibir a una proteína específica que se amolda al sitio. La otra parte contiene el ARN que codifica a la proteína a sintetizar.

Vea la Animación de una ribo-llave

    Fig. 2 Fig. 3

 Las ribo-llaves se pliegan dando orígen a figura compleja (Fig. 2). Una parte de la ribo-llave plegada puede recibir a una proteína específica que se amolda al sitio. La otra parte contiene el ARN que codifica a la proteína a sintetizar. La ribo-llave se "enciende" por acción de la proteína específica y permite que el ARN codificante sea traducido a proteína (Fig.3).

Genes codificadores de anticuerpos 

Los anticuerpos son proteínas globulares complejas fabricadas por los organismos multicelulares como respuesta a la presencia de un antígeno (una sustancia extraña al organismo). Las células que fabrican los anticuerpos son los linfocitos, miembros de los glóbulos blancos de la sangre. Los anticuerpos contribuyen a inmovilizar y destruir los antígenos específicos. Un ratón puede fabricar cerca de 10.000.000 de anticuerpos, es decir mas del total de sus genes. Las proteínas de los anticuerpos están compuestos de dos cadenas largas y dos cortas. Cada especie tiene una región constante característica de la misma y del tipo de anticuerpo. La otra región es la variable, en la que se encuentran los aminoácidos que dan la especificidad al anticuerpo.Susumu Tonegawa comprobó una vieja hipótesis que señalaba que las regiones constantes y variables de los anticuerpos eran codificadas por genes diferentes. Sus trabajos también mostraron que en los embriones se reordenan fragmentos de los genes para dar origen a genes de la región variable funcionales.

Virus y eucariotas

Los virus que afectan a los eucariotas son similares a los de los procariotas. Algunos de los virus a ADN pueden iniciar una infección (ídem al ciclo lítico de los procariotas) o formar provirus. Los provirus son ADN viral integrado al del huésped (ídem ciclo lisogénico). El virus de los monos (Simian Virus 40 o SV40) causa cáncer en los hámsters pero no en sus huéspedes normales. El SV40 puede, al igual que otros virus, introducir nuevos genes funcionales en su hospedador.

Los retrovirus pueden también insertar su ácido nucleico en el ADN del huésped vía la transcriptasa reversa tal como fue mencionado. La transcriptasa reversa es introducida con el ARN dentro de la célula huésped. En el proceso de fabricar la hebra de ADN complementaria del ARN viral, la enzima también fabrica largas secuencias terminalesrepetitivas ( del inglés: LTRs) al extremo terminal del ADN. Estas LTR hacen más fácil la inserción en el ADN huésped. El ADN viral insertado fabrica ARN viral y los necesarios para empaquetarlo en sus cubiertas de proteína junto con la transcriptasa reversa.

El ADN viral, dependiendo de su inserción puede causar mutaciones en el ADN del huésped, la mayor parte de ellos no lo hacen. Por lo contrario se integran al genoma huésped y pueden pasar de generación en generación si se las arreglaron para infectar las células de la línea germinal. Del 0,5 al 1% del genoma del ratón podría ser de origen viral.

Transposones de Eucariotas

En realidad los elementos transponibles de los eucariotas, que recuerdan a los de los procariotas en muchos sentidos, fueron descubiertos mucho antes de que se los describiera en procariotas (década del 60) fruto de los notables estudios de Barbara McClintock realizados en 1940 acerca de los elementos transponibles del maíz, muchos años mas tarde (¿demasiados?) se le otorgó el Premio Nóbel.Muchos transposones eucariotas primero son copiados a ARN y luego vuelta a ADN en una localización diferente.

Genes, virus y cáncer

El cáncer es una enfermedad en las que las células escapan a los controles normales de crecimiento. El cáncer es una enfermedad heredable (al menos de célula madre a célula hija). Una vez que una célula se vuelve cancerosa, todas las células que de ella se originan son cancerosas.A menudo son visible anomalías cromosómicas en las células cancerosas. Muchas substancias carcinogénicas (actores que promueven el cáncer) son también mutagénicas (factores que producen mutaciones). Los oncogenes aparentan ser genes normales pero algo anduvo mal en ellos ya que promueven el cáncer.Los virus parecen poder producir cáncer de tres formas. La presencia del ADN viral podría alterar las funciones del ADN del huésped. Las proteínas necesarias para la replicación del virus también afectarían la regulación de los genes del huésped. Dado que la mayor parte de los virus que producen cáncer son retrovirus, los mismos pueden ser vectores para la inserción de oncogenes.

La transferencia de genes entre células eucariotas permitirán a los médicos, que hasta ahora atacan la enfermedad a nivel fenotípico, hacerlo a nivel genotípico. El virus SV40 ha sido usado para inyectar el gen de beta globina en monos. Los virus sirven como posibles vectores para introducir alelos sanos en reemplazo de los enfermos.

ADN (ácido desoxirribonucleico)

Un ácido nucleico compuesto de dos cadenas polinucleotídicas que se disponen alrededor de un eje central formando una doble hélice, capaz de autorreplicarse y codificar la síntesis de ARN.

Lugar donde esta "depositada" la información genética.

Ácido nucleico que funciona como soporte físico de la herencia en el 99% de las especies. La molécula, bicatenaria, esta formada por dos cadenas antiparalelas y complementarias entre sí. Su unidad básica, el nucleótido, consiste en una molécula del azúcar desoxirribosa, un grupo fosfato, y una de estas cuatro bases nitrogenadas: adenina, timina, citosina y guanina. Fórmula

ARN(ácido ribonucleico): Ácido nucleico formado por una cadena polinucleotídica. Su nucleótido, consiste en una molécula del azúcar ribosa, un grupo fosfato, y una de estas cuatro bases nitrogenadas: adenina, uracilo, citosina y guanina.ARN polimerasa: Complejo enzimático que cataliza la síntesis de RNA (transcripción) utilizando como molde la cadena de una molécula de DNA.Alelo ( del griego allelon = el uno al otro, recíprocamente): Formas alternativas de un gen, se hereda separadamente de cada padre (p.ej. en el locus para el color de ojos puede haber un alelo para ojos azules o uno para ojos negros. Uno o más de los estados alternativos de un gen.Bacteriófago (del griego bakterion = pequeño bastón; phagein = comer): Literalmente "comebacterias". Virus cuyo huésped natural es una bacteria. Virus parásito de células bacterianas.Bases apareadas (en inglés base pair, bp) Dos bases nitrogenadas (adenina y timina o guanina y citosina) mantenidas juntas por enlaces débiles (puente hidrógeno). Las dos hebras del ADN se mantienen

juntas formando una doble hélice por los enlaces de sus bases apareadas.Cromosomas(del griego chroma = color; soma = cuerpo): Estructuras del núcleo de la célula eucariota que consiste en moléculas de ADN (que contienen los genes) y proteínas (principalmente histonas).Catalizador(del griego katalysis = disolución): Sustancia que disminuye la energía de activación de una reacción química, acelerando la velocidad de la reacción.Cromatina: Material formado por ácidos nucleicos y proteínas que se observa en el núcleo de la célula en interfaseCrossing-over (del inglés entrecruzamiento): Proceso que ocurre en la meiosis e incluye la ruptura de un cromosoma materno y uno paterno (homólogos), el intercambio de las correspondientes secciones de ADN y su unión al otro cromosoma. Este proceso puede resultar en un intercambio de alelos entre cromosomas.Enzima (del griego en = en; zyme = levadura): Molécula de proteína que actúa como catalizador en las reacciones bioquímicas.Escherichia coli: Bacteria común, habitante del intestino humano, estudiada intensivamente por los genetistas en razón de su facilidad para crecer en el laboratorio, lo pequeño de su genoma y su falta de patogenicidad (generalmente..)Eucariotas (del griego eu = bueno, verdadero; karyon = núcleo, nuez): organismos caracterizados por poseer células con un núcleo verdadero rodeado por membrana. El registro arqueológico muestra su presencia en rocas de aproximadamente 1.200 a 1.500 millones de años de antigüedadFamilia de Genes: Grupo de genes muy relacionados que fabrican productos similares.Genes (del griego genos = nacimiento, raza; del latín genus = raza, origen): segmentos específicos de ADN que controlan las estructuras y funciones celulares; la unidad funcional de la herencia. Secuencia de bases de ADN que usualmente codifican para una secuencia polipeptídica de aminoácidos.Haploide (del griego haploos = simple, ploion = nave): Célula que contiene solo un miembro de cada cromosoma homólogo (número haploide = n). En la fecundación, dos gametos haploides se fusionan para formar una sola célula con un número diploide ( por oposición, 2n) de cromosomas."Homebox" genes: Corta secuencia de nucleótidos virtualmente idéntica en todos los genes de los organismos que la contienen. Se la ha encontrado en numeroso organismos, desde la mosca de la fruta a los seres humanos. En la mosca de la fruta parecen determinar los grupos particulares de genes que se expresan durante el desarrollo.Intrón: La secuencia de bases de ADN que interrumpe la secuencia de un gen que codifica para una proteína, esta secuencia se transcribe al

mARN pero en un proceso de "corte y empalme" se separa del mismo antes que el mARN sea traducido a proteína.Mutación (del latín mutare = cambiar): El cambio de un gen de una forma alélica a otra, cambio que resulta heredable.Procariotas (del latín pro = antes, del griego karyon = núcleo, nuez): Tipo de célula que carece de núcleo rodeado por membrana, posee un solo cromosoma circular y ribosomas que sedimentan a 70 S (los de los eucariotas lo hacen a 80S). Carecen de organelas rodeadas por membranas. Se consideran las primeras formas de vida sobre la Tierra, existen evidencias que indican que ya existían hace unos 3.500.000.000 añosRetrovirus (del latín retro = girar hacia atrás): Virus que contienen una sola hebra de ARN como material genético, se reproducen copiando el ARN en ADN complementario usando la transcriptasa reversa. La hebra de ADN es luego copiada y, el ADN bicatenario, es insertado en el ADN de la célula huésped.Transcriptasa reversa: Enzima utilizada para su replicación por los retrovirus; copia el ARN del retrovirus en una hebra complementaria de ADN. DNA-polimerasa RNA-dependiente, es decir, complejo enzimático que sintetiza una molécula de DNA tomando un RNA como molde.Virus (del latín virus = veneno): Agente infeccioso de naturaleza obligatoriamente intracelular para sintetizar su material genético, ultramicroscópico y ultrafiltrable. Constan de un ácido nucleico (ADN o ARN) y un recubrimiento proteico. Entidad no celular, de muy pequeño tamaño. En estado extracelular son inertes.Oncogén (del griego onkos = tumor): gen asociado al desarrollo del cáncer. Muchos oncogenes están directa o indirectamente relacionados con el control de la división celular.Polimerasa (ADN o ARN): Enzimas que catalizan la síntesis de ácidos nucleicos en base a templados preexistentes, utilizando ribonucleótidos para el ARN y desoxirribonucleótidos para el ARN.Promotor: Sitio del ADN donde se pegará la ARN polimerasa para iniciar la transcripción.Producto génico: El material bioquímico, ya sea ARN o proteína, resultante de la expresión de los genes. La cantidad de producto génico se utiliza para medir cuan activo es un gen, cantidades anormales pueden correlacionarse con alelos que causan enfermedades.Tecnología del ADN recombinante: Procedimientos utilizados para unir segmentos de ADN en un sistema libre de células ("cell free system" es decir fuera de un organismo o célula). Bajo condiciones adecuadas, una molécula de ADN recombinante puede introducirse dentro de una célula para ser replicado, ya sea autónomamente o integrada al cromosoma celular.

Genética de procariotas

El sistema genético de los procariotas en mucho más sencillo de estudiar que el de los eucariotas y condujo a conclusiones fundamentales proveyendo las actuales herramientas de la "ingeniería genética". 

Los procariotas como Escherischia coli y los virus que los infectan fueron y siguen constituyendo una herramienta fundamental para el estudio de la estructura y transmisión de los genes. Entre las ventajas de trabajar con estos organismos encontramos:

Menor tamaño y mayor número de organismos por área de cultivoMayor velocidad de reproducción: Escherischia coli duplica su población en 20´, todos los descendientes son clones de la célula original.son haploides, por lo que cualquier cambio o mutación se expresa inmediatamente.

El cromosoma de Escherichia coli  

El cromosoma de la bacteria intestinal Escherichia coli   es único, circular y contiene cerca de 4.7 millones de pares de bases. Tiene cerca de 1 mm de longitud pero solo 2 nm de ancho. El cromosoma se replica produciendo una figura que asemeja a la letra griega theta.

El promotor es la parte del ADN en donde se pega la ARN polimerasa antes de abrir el segmento de ADN a sertranscripto.

Imagen  modificada de http://www.whfreeman.com/life/update/.

Un segmento del ADN que codifica para un polipéptido específico se conoce como un gen estructural. Escherichia colipuede sintetizar 1.700 enzimas, por lo tanto esta pequeña bacteria tiene genes para 1.700 mARN. 

Recombinación en procariotas

A pesar de ser haploides y reproducirse asexualmente por fisión binaria originando colonias de clones (organismos genéticamente idénticos), las bacterias tienen diversas formas de recombinar sus genes. En los eucariotas la recombinación se produce entre los dos padres, en los procariontes es el resultado de de la interacción del genoma de una célula con una muestra mas pequeña de genes provenientes de otra célula. Entre los mecanismos que facilitan esta recombinación encontramos:

CONJUGACIÓN: es la transferencia directa de material genético, promovida por un plásmido, desde una célula donadora a otra receptora, por medio de contactos íntimos entre ambas (puentes de unión o pili). Una bacteria (receptora) recibe material genético de otra célula donante, este material se incorpora a la célula receptora. Una vez que el fragmento de ADN de la donante está dentro de la célula receptora es posible la recombinación: de la misma manera que los

cromosomas se aparean, gen por  gen en la profase meiótica, el ADN de la donante se alinea con el de la receptora y por entrecruzamiento se intercambian genes, pasando a formar parte del genoma. Una variante de la conjugación es la SEXDUCCIÓN: en ella, un trozo definido de material genético de la donadora es transferido como parte de un plásmido conjugativo.Transformación: cuando células mueren, su ADN sale al medio y es capturado por otras bacterias que lo incorporan a su propio genoma. Recuerde el factor de transformación de los pneumococos de la neumonía.Transducción: los bacteriófagos pueden llevar en sus cápsides fragmentos del ADN de la bacteria huésped, que luego incorporarán a otra bacteria. VER

 Plásmidos 

Son pequeños fragmentos circulares de ADN, están presentes prácticamente en todas las células bacterianas además de su cromosoma principal, contienen de 2 a 30 genes. Algunos tienen la capacidad para incorporarse o salir del cromosoma bacteriano.

Imagen modificada de http://www.biosci.uga.edu/almanac/bio_103/notes/may_30.html.

Existen varios tipos de plásmidos, clasificados de acuerdo al tipo de genes que transportan:

F ("factor sexual") : en Escherichia coli el plásmido F contiene 25 genes, algunos de los cuales controlan la producción de los pilis , "tubos" que se extienden desde la superficie de las células bacterianas "machos"( F+), a la de las células bacterianas hembras ( F-).

Escenas seleccionadas de Animación de la Conjugación 

Se denomina episoma a un plásmido incorporado al cromosoma bacteriano. Los plásmidos se replican en manera similar al cromosoma bacteriano.

Escenas seleccionadas de Animación de la Conjugación 

El plásmido R confiere, a las células que lo poseen, resistencia a los antibióticos o drogas. Un plásmido R puede llegar a tener hasta 10 genes que confieren resistencia y pueden transferirse a otra bacteria de la misma especie, a virus e inclusive, a bacterias de diferentes especies. La resistencia a los antibióticos ha sido encontrada en gérmenes patógenos causantes de enfermedades tales como: tifoidea,

meningitis, gonorrea y otras. Actúan proporcionando la información necesaria para destruir el antibiótico o para circunvalar el bloqueo que produce el antibiótico en la vía metabólica bacteriana.En el caso de una infección viral, el uso indebido o innecesario de antibióticos matará a la población bacteriana normal, quedando (o seleccionando) las que tengan el factor R; éstas pueden reproducirse aún en presencia del antibiótico. La próxima vez que tenga una  infección bacteriana, las bacterias con factores R estarán listas para transferir su factor a la nueva bacteria invasoras, que se harán resistentes a los antibióticos.

Tema Plasmidos desarrollado en profundidad: Microbiología de Iañezhttp://www.biologia.edu.ar/microgeneral/micro-ianez/27_micro.htm 

El modelo operón 

El ADN procariota se organiza en paquetes coherentes denominados OPERONES, en los cuales se encuentran los genes para funciones interrelacionadas. El modelo operón de la regulación de los genes procariotas fue propuesto en 1961 porFrancois Jacob y Jacques Monod. El fenómeno que inspiró la idea fue el de la inducción enzimática. La transcripción se detiene colocando un obstáculo entre el promotor y los genes estructurales; ese obstáculo es el operador (una secuencia corta de ADN). Un operón consiste en: 

un operador: controla el acceso de la ARN polimerasa al promotorun promotor: donde la ARN polimerasa reconoce el sitio de inicio de la transcripciónun gen regulador: controla el tiempo y velocidad de transcripción de otros genesun gen estructural: codifican las enzimas relacionadas o las proteínas estructurales

El gen regulador codifica para una proteína que se pega al operador, obstruyendo al promotor (y por lo tanto a la transcripción), del gen estructural. El regulador no tiene que estar adyacente a los otros genes en el operón. Cuando se

remueve la proteína represora, puede producirse la transcripción. El operador y el  promotor son sitios de unión sobre el ADN y no se trasncriben.

Los operones son inducibles o reprimibles, de acuerdo al mecanismo de control. En Escherichia coli se identificaron setenta y cinco operones diferentes que controlan 250 genes estructurales. Tanto la represión como la inducción son ejemplos de control negativo, dado que la proteína represora detiene (" turn off ") la transcripción. 

La lactosa, el azúcar de la leche, es hidrolizada por la enzima beta-galactosidasa. Esta enzima es inducible: solo se produce en grandes cantidades cuando la lactosa, el sustrato sobre el cual opera, esta presente. En cambio, las enzimas para la síntesis del aminoácido triptófano se producen continuamente a menos que el triptófano este presente en el medio de cultivo, se dice en este caso que las enzimas sintetizadoras de triptófano están reprimidas.

Operones inducibles:  

Cuando no hay lactosa en el medio, la proteína represora se encuentra unida al operador impidiendo la transcripción de los genes para las enzimas que metabolizan la lactosa. Cuando hay lactosa en el medio (intestinos de un mamífero durante la lactancia), ésta  funciona como inductor, se une al represor  cambiando su forma lo que evita que se pueda unir al operador,

de este modo la polimerasa puede transcribir los genes correspondientes.Este operón lac solo se activa cuando hay lactosa en el medio.

  Esquema de un operón inducible

Escenas seleccionadas de Animación de la inducción 

Operones reprimibles: 

Cuando un producto del metabolismo, el triptofano por ejemplo, está en cantidades suficientes la bacteria puede dejar de fabricar las enzimas que los sintetizan. En este sistema, el

producto funciona como correpresor uniéndose al represor y de este modo detiene la síntesis proteica.

  Esquema de un operón reprimible

Escenas seleccionadas de  Animación de un operón reprimible  

Virus 

A diferencia de los restantes reinos son organismos acelulares, no metabolizan energía. Los Virus consisten en un ácido nucleico (ADN o ARN) envueltos en una cubierta de proteína (conocida como cápsido). El cápsido puede ser una sola proteína que se repite una y otra vez, como en el virus del mosaico del tabaco (del inglés: TMV), también puede estar formado por varias proteínas, como en los bacteriófagos de la serie T. Fuera de la célula huésped, los virus se encuentran

como viriones.No surgen de virus preexistentes, son parásitos intracelulares estrictos, se desarrollan y reproducen solamente dentro de las células huésped, a las cuales destruyen en este proceso.

Ver tema virus en detalle.

Una vez que los virus inyectados su ac. nucleico (ADN o ARN) a la célula huésped pueden suceder dos tipos de ciclos reproductivos: líticos o lisogénicos.

El ciclo lítico ocurre cuando el material genético del virus (virus virulento) penetra (a,b) en la célula huésped y comienza a fabricar nuevos virus (c,d). Para ello, 1º transcribe genes tempranos que estimulan la replicación del genoma viral. Luego, genes tardíos codifican la síntesis de proteínas para empaquetar el cápside  y lisar la célula huésped. Eventualmente los nuevos virus causan la ruptura o lisis (e) de la célula y continúan el ciclo infeccioso (f) .

Ciclo Lítico

Escenas seleccionadas de  Animación del ciclo lítico  

 

El ciclo lisogénico ocurre cuando el ADN viral es incorporado al ADN del huésped (a,b,c) como profago, como parte de genoma bacteriano el profago permanece quieto dentro de la bacteria y cuando la célula huésped se divide, se duplica como si fuera ADN del huésped (d,e).

Algunas veces el profago emerge del cromosoma de la célula huésped y entra en el ciclo lítico espontáneamente (aprox. 1/10.000 divisiones). La luz ultravioleta y los rayos X también pueden producir este fenómeno

LISOGENIA

Escenas seleccionadas de Animación de la lisogenia 

 

La transducción es el fenómeno por el cual una porción del ADN del huésped es transferido de una célula a otra por un virus (ver abajo, fig. a,b,c,e). Algunos bacteriófagos son "temperados" o atenuados dado que tienden a ser lisogénicos mas que líticos.Estos tipos de virus estos virus son capaces de transducir fragmentos de ADN.

Escenas seleccionadas de Animación de la transdución Los retrovirus, como el  Virus de la Inmunodeficiencia Humana (VIH,fig. a), poseen una enzima: la transcriptasa reversa amén del ARN viral (figs. a,b). La transcriptasa reversa fabrica ADN de una sola cadena, copiando el ARN viral (fig. b). El ADN viral monocatenario se transforma luego en bicatenario, se inserta en al ADN nuclear (figs. c,d), y es procesado por la maquinaria celular que sintetiza sus partes (fig. e) y finalmente emerge (fig. f)

Escenas seleccionadas de Animación del ciclo del VIH  

 

Los transposones son fragmentos de ADN incorporados en el ADN cromosómico. A diferencia de los episomas y profagos, los transposones contienen un gen que produce una enzima que cataliza la inserción del transposón a un nuevo sitio. También tienen secuencias repetidas de cerca de 20-40 nucleótidos de largo pegadas a cada extremo. Las secuencias de inserción son cortas (60 a 1.500 pares de bases de longitud). Los transposones simples no tienen más genes que los necesarios para la transposición. Los transposones complejos son muchos mas largos y pueden llevar genes adicionales. Los genes incorporados en los transposones complejos se conocen como "genes saltarines" dado que pueden moverse a lo largo del cromosoma y también de cromosoma en cromosoma.

Escenas seleccionadas de Esquemas animados de los transposones 

El material genético se compacta en un área discreta de la célula formando los cromosomas. Éstos se encuentran en los virus, células procariotas, en el núcleo de células eucariortas y en cloroplastos y mitocondrias.

Diferencias entre eucariotas y procariotasLa diferencia fundamental está en la cantidad de ADN que es inferior en procaioras que en procariotas como porejemplo: en E. coli el ADN mide 1.3 mm y tiene 4.2 Mb mientras que una célula humana tiene 1.8 mm y 6000 Mb perosi hay 10 elevado a 13 células, el ADN humano mide 2 x 10E13 m.En la siguiente tabla se muestran las diferencias más importantes:

 

El cromosoma eucariótico

Los cromosomas se encuentran en el núcleo celular separados del resto de la célula por la membrana nuclear. Un cromosoma tiene tres partes fundamentales: centrómero, telómero y los brazos.

El centrómero (constricción cromosómica primaria) es la estructura a la que se une el huso acromático. La región centromérica aparece normalmente como un y su posición define la relación entre las longitudes de los dos brazos centroméricos que es una característica muy útil. Según la posición del centrómero los cromosomas se clasifican en:

Telocéntricos con el centrómero en un extremo. Acrocéntricos con el centrómero alejado del centro. Metacéntricos con el cromosoma en el centro.

Los telómeros son secuencias situadas en los extremos de los cromosomas que les dan estabilidad. Se encuentran sobre todo en los cromosomas eucarióticos lineales.

El número de nucleolos difiere de un organismo a otro, variando entre uno y muchos. Los nucleolos contienen ARN ribosómico, un componente muy importante de los ribosomas. Losnucleolos se encuentran situados en las constricciones secundarias de los cromosomas llamadas organizadores nucleolares, que ocupan lugares específicos en el cromosoma.En los centrómeros y telómeros se encuentra asociado ADN satélite que son segmentos de ADN altamente repetitivo y moderadamente repetitivo.

Los cromosomas eucarióticos están la mayor parte del ciclo celular como una sola cromátida y como dos cuando se replica. La replicación del ADN es semiconservativa, esto se demostró en un experimento en el que se marcó con tritio una cromátida. Entonces se procedió a replicar esta cromátida en presencia de tritio y se obtuvo un cromosoma de dos cromátidas marcadas. Se hizo volver a replicarse, esta vez sin presencia de tritio y se obtuvieron cuatro cromátidas formando dos cromosomas. Cada cromosoma tenía una molécula marcada y la otra no con lo que en la replicación se conservaba para el nuevo cromosoma una de las cromátidas parentales.

Organización del cromosoma eucarióticoEn células eucarióticas que no se hayan sometidas a división celular el cromosoma re- cibe el nombre de cromatina. La cromatina consiste en fibras que contienen proteínas, ADN (en cantidades muy parecidas) y una pequeña porción de ARN. Las proteínas que se asocian al ADN son básicas y se llaman histonas. Las histonas que participan son H1, H2A, H2B, H3 y H4 y su porcentaje de aminoácidos básicos y características son:

A continuación se desglosan por orden de empaquetamiento los diferentes niveles, desde el primero hasta el último sucesivamente:

Primer nivel: nucleosomaEsta estructura vista al microscopio se ve como si fuera un collar de perlas del que las cuentas son los nucleosomas.

El nucleosoma está formado por un octámero de histonas en el que hay dos subunidades de las histonas H2A, H2B, H3 y H4 de las que sobresale un extremo amino de aproximadamente 30 aminoácidos que permite la unión

de otras proteínas para las funciones de transcripción, replicación y reparación. Alrededor de este octámero se arrolla el ADN con dos vueltas (166 pares de bases aprox). El espaciamento entre las cuentas está formado por ADN que se llama ADN puente o ADN de unión.El nucleosoma mide 6 nm y se considera la unidad básica de empaquetamiento del ADN. Los nucleosomas se vuelven a organizar con la ayuda de la histona H1 habiendo una por cada nucleosoma.

Segundo nivel: fibra de 30 nm.El nucleosoma que contiene H1 se pliega en una conformación que se supone en zigzag (pero también se piensa que en hélice o con interacciones cruzadas) colocándose próximas a la

salida y entrada del nucleosoma; y cuya apariencia sugiere que los nucleosomas interaccionan mediante contactos entre sus moléculas H1. Esta fibra que se forma tiene 30 nm de espesor, en el que se aprecian los nucleosomas. Las histonas H1 se disponen de manera que forman el eje central sobre el que se arrollan los nucleosomas. Por cada vuelta de la espiral que forma esta fibra hay seis nucleosomas. A este arrollamiento de los cromosomas sobre sí mismos se le llama solenoide.

Tercer nivel: fibra de 300 nm.Algunos autores proponen que el solenoide a su vez se enrolla en bucles de 300 nm, formando otras estructuras llamadas cronómeros.

Si eliminamos las histonas del cromosoma en metafase mitótica se puede ver que los cromosomas tienen un esqueleto central densamente teñido. Desde este esqueleto se proyectan lazos de ADN que comienzan y acaban en elesqueleto. Este esqueleto central llamado andamio está compuesto por la enzima toposiomerasa II (también llamada condensina que enlazan o desenlazan nudos o lazos en una cadena) y por proteínas SMC (Structural Maintenance of Chromosomes o Mantenimiento de la estructura del cromosoma) en el que parece haber regiones especiales llamadas regiones de unión al andamio. Para eso, se estima que existen las llamadas zonas SAR (Scaffold Attachment Region o Regiones de Unión al Andamio) que son zonas de la fibra de 30nm (asas) muy ricas en amina y timina para unirse al andamio, dando lugar a una fibra de 300 nm.El empaquetamiento en este punto es de 2.000 veces la hebra de ADN.

Cuarto nivel: cromosomaSe produce por el arrollamiento de la fibra de 300 nm sobre sí misma formando una espiral y empaquetando el ADN hasta 10.000 veces formando una cromátide. La unión de dos cromátidas hermanas a través de las condensinas.

Cromosomas politénicos y plumososLos cromosomas politénicos o gigantes (miden más o menos 2 mm) se descubrieron enDrosophila y se han observado en otros dípteros. Estos cromosomas tienen bandas y se producen en ciertas células secretoras que no se dividen. Este sistema de bandas está muy especializado.En estas célula,s Balbiani descubrió estrcuturas largas y con forma de salchicha que presentaban engrosamientos y estrías cruzadas. Esto eran cromosomas que se daban en los tejidos secretores de los dípteros aunque él no se dio cuenta.

Estos cromosomas eran cromosomas que se replican varias veces sin que se produzca una separación real de las cromátidas con lo que el cromosoma se alarga y se hace más grueso. El conjunto de réplicas se denomina cromosoma politénico. Este cromosoma queda unido por el cromocentro, que es la zona de fusión de las regiones heterocromatínicas situadas alrededor de los centrómeros de los pares cromosómicos. A lo largo del cromosoma politénico

se encuentran estrías llamadas bandas que varían en anchura y morfología. Hay regiones engrosadas llamadas PUFFS y a veces muy distendidas llamadas ANILLOS DE BALBIANI que se piensa que corresponden a regiones de síntesis de ARN. No hay una relación uno a uno de bandas y genes, aunque se piensa que los genes activos están en las bandas más claras.Los cromosomas plumosos son cromosomas cuya fibra de ADN tiene muchos lazos y su longitud varía entre 0.4 y 0.8 mm.

CariotipoEs el conjunto de cromosomas y su morfología en metafase de una célula que se ordenan colocándolos por parejas de cromosomas homólogos.

Para los seres humanos hay 23 pares de cromosomas homólogos de los que 22 son autosomas (son los cromosomas no sexuales) y uno son los sexuales. En total hay 46 cromosomas de los que la mitad se heredan del padre y la otra mitad de la madre con lo que la especie humana es diploide (parejas de cromosomas homólogos).

Los cromosomas se agrupan en categorías (A-G, X, Y) según su longitud (están dispuestos desde mayor longitud hasta menor longitud), según el índice centromérico, según la posición de las constricciones cromosómicas y según la posición de las bandas de tinción. Los gametos son células n, es decir, con un sólo cromosoma: sin parejas. Así cuando se produce la fecundación, se producen células 2n. En el ciclo celular puede variar la importancia de la fase n o 2n según el tipo de organismo. El ser n o 2n no aporta la suficiente información sino que también es importante la longitud, I.C.,…

Heterocromatina y eucromatinaSi hacemos reaccionar el ADN con el tinte Feulgen hay una parte que se tiñe intensamente y otra que no tanto. La parte que se tiñe intensamente se llama heterocromatina y la parte que no eucromatina. La mayoría de los genes activos se encuentran en la eucromatina

La heterocromatina puede ser constitutiva o facultativa. La de tipo constitutivo es un rasgo permanente de una posición concreta del cromosoma y es un carácter hereditario. La heterocromatina facultativa puede estar presente o ausente en una posición determinada del cromosoma.

a replicación del ADN sigue los mismo pasos tanto en procariotas como en eucariotas. En

ambos es semiconservativa y bidireccional, se separan las cadenas, se necesitan cebadores,

se sintetizan las nuevas cadenas mediante polimerasas, etc. Pero debido a las diferencias

estructurales entre los cromosomas de procariotas y eucariotas y su bioquímica diferente, el

proceso y las enzimas son también un poco diferentes.

 

En las bacterias existe un solo origen de replicación, al que llamamos Ori C. Ya que el ADN

procariota es una única molécula circular, a partir de este único punto, la replicación avanza

en ambas direcciones hasta que se replique toda la molécula. El cromosoma entero es un

replicón. Cuando la duplicación se esta llevando a cabo podemos observar los llamados ojos o

burbujas de replicación.

 

En procariotas, donde ha sido mejor estudiado el proceso es en la bacteria Escherichia coli. El

origen de replicación en E. coli es una secuencia de 245 pb que contiene una secuencia de 13

pb repetida tres veces en tándem. Además esta región contiene cuatro zonas de unión a la

proteína DnaB o helicasa que se encarga de separar las hélices para comenzar la replicación.

Una vez separadas se unen al ADN las proteinas SSBs (Single Strand Binding proteins) que

mantienen las cadenas separadas y la girasa (una topoisomerasa) que ayuda en la misma

función realizando cortes en el ADN para reducir la tension por el superenrrollamiento del

resto de la cadena. Después se unen la RNA primasa y la RNA polimerasa que se encargan

de crear los cebadores de RNA.

 

En E. coli existen tres ADN polimerasas, denominadas I, II y III. La ADN polimerasa III sintetiza

las nuevas cadenas de ADN. La ADN polimerasa I elimina los cebadores y rellena los huecos

entre ellos. Los fragmentos de Okazaki en procariotas tienen una longitud 1000-2000

nucleótidos.

 

En eucariotas el ADN no es una sola molécula circular, si no que esta formado por un numero

variable de hebras independientes. Cada una de ellas forma un cromosoma durante la división

celular. Por eso a diferencia de los procariotas los eucariotas tienen muchos origenes de la

replicación. Debido a la mayor cantidad de ADN que poseen y que esta repartido en varias

moléculas de ADN distintas. Por tanto, los eucariontes tienen en cada cromosoma muchos

orígenes de replicación, y por lo tanto, muchos replicones.

Los fragmentos de Okazaki son más cortos, y la velocidad de elongación mas lenta que en

procariotas. Ademas el control sobre la regulación es más complejo y estricto ya que solo

debe haber una replicación del material hereditario en cada ciclo celular.

 

En procariotas, al ser el ADN una sola molécula y circular, la replicación dura hasta que

ambos extremos de la burbuja se encuentran. En eucariontes ocurre lo mismo, pero en los

extremos de la molécula esta el inconveniente. Al final los nuevos DNA quedan con un

extremo romo y un extremo 3’ que no puede ser replicado por las DNA polimerasas celulares.

Esto daría como consecuencia un acortamiento progresivo de los cromosomas tras cada ciclo

de replicación. Para evitarlo, han desarrollado una estrategia consistente en elongar los

extremos de los DNA 3’ protuberantes de manera que no queden secuencias importantes del

cromosoma sin replicar.