Ciclo Celular, Expresión Génica y Genómica: Apuntes

Y 0 flashcards y 16 preguntas más en el documento.

Texto del documento

APUNTES BIOLOGÍA CELULAR Y FUNDAMENTOS DE GENÉTICA Grado en Medicina Universidad Rovira i Virgili AprenAI 2026-2027 Apuntes completos de Biología Celular: mitosis, meiosis, replicación del DNA, transcripción, traducción, operones bacterianos, ingeniería genética y genómica. APREN.AI Índice 1 Ciclo celular eucariota y mitosis 1. Organización del material genético: cromatina y cromosomas 2. La interfase y sus etapas funcionales 3. Fases de la mitosis: segregación cromosómica 4.

Citocinesis animal frente a citocinesis vegetal 2 Regulación del ciclo celular y bases moleculares del cáncer El factor promotor de la mitosis (MPF) y el control oscilatorio de las CDKs Puntos de control del ciclo celular Control social, cascada RTK-Ras y la transición G1/S Bases moleculares del cáncer: hiperactivación oncogénica frente a pérdida supresora 3 Meiosis, gametogénesis y errores cromosómicos Naturaleza y fases de la meiosis Mecanismos generadores de variabilidad genética Comparación entre mitosis y meiosis Errores en la disyunción y aneuploidías 4 Replicación del DNA y telómeros Características generales y origen de replicación Apertura y estabilización de la horquilla de replicación Síntesis coordinada: hebra conductora frente a hebra retardada El problema de la replicación del extremo y los telómeros Fidelidad de copia y corrección de errores de la replicación 5 El dogma central, código genético y transcripción bacteriana El Dogma Central de la biología molecular El código genético y la lectura por tripletes Estructura del promotor bacteriano y la holoenzima Fases de la transcripción en bacterias 6 Transcripción y procesamiento del RNA en eucariotas Diferencias organizativas y espaciotemporales de la transcripción Tipos de RNA polimerasas eucariotas El promotor basal y el inicio de la transcripción Estructura del gen eucariota: exones e intrones Mecanismos de maduración del transcrito primario 7 Mecanismos de la traducción y modificaciones postraduccionales El ARN transferente (tRNA) y su activación Ciclo Celular, Expresión Génica y Genómica: Apuntes 1 La hipótesis del tambaleo (wobble) Organización estructural y funcional del ribosoma Fases del proceso de traducción Plegamiento proteico y modificaciones postraduccionales 8 Mutaciones genéticas y alteraciones cromosómicas Mutaciones génicas o puntuales Alteraciones cromosómicas numéricas Alteraciones cromosómicas estructurales Consecuencias biológicas y evolutivas de las mutaciones 9 Regulación de la expresión génica en bacterias: operones y control catabólico Estrategias y niveles de control génico en bacterias Organización en operones y mensajeros policistrónicos El operón lac y el control por inducción alostérica El operón trp: anabolismo reprimible por correpresor Represión catabólica y control positivo por CAP-cAMP 10 Regulación de la expresión génica en eucariotas y epigenética Los seis niveles de control de la expresión génica eucariota Estructura de la cromatina y nucleosomas Remodelado de cromatina y balance HAT/HDAC Herencia epigenética Elementos reguladores en cis Proteínas reguladoras en trans y complejo basal Modelo coordinado de iniciación transcripcional 11 Control postranscripcional, interferencia de RNA y control postraduccional Ayuste alternativo (splicing alternativo) y diversificación proteica Interferencia de RNA (RNAi): maquinaria molecular de Dicer y RISC Control postraduccional y la vía rápida de los factores STAT 12 Ingeniería genética: tecnología del DNA recombinante y clonación De la muestra biológica al cDNA de doble hebra Herramientas moleculares de corte y ligadura: plásmidos y restricción Transformación bacteriana y construcción de bibliotecas Cribado molecular de la biblioteca mediante sondas marcadas Caso biotecnológico: clonación y expresión industrial de la GH1 13 Técnicas moleculares: PCR y secuenciación didesoxi de Sanger Reacción en Cadena de la Polimerasa (PCR) Secuenciación de DNA por el método didesoxi de Sanger 14 Biotecnología médica y vegetal: terapia génica y transgénicos Terapia génica en humanos: principios y vectores retrovíricos Ciclo Celular, Expresión Génica y Genómica: Apuntes 2 Riesgos biológicos y seguridad de los vectores víricos Biotecnología vegetal: Agrobacterium tumefaciens y el plásmido Ti Biofortificación agrícola: biosíntesis del arroz dorado 15 Genómica: secuenciación de genomas y anotación bioinformática Secuenciación en perdigonada (whole-genome shotgun) Bioinformática y selección de genomas modelo Anotación en bacterias y arqueas: búsqueda de ORFs Anotación en genomas eucariotas: el reto de los intrones 16 Arquitectura genómica, elementos móviles y genómica funcional Organización genómica en bacterias y arqueas Arquitectura del genoma eucariota y elementos móviles Repeticiones en tándem simples y perfil de huellas genéticas Duplicación génica y origen de las familias multigénicas Conclusiones del Proyecto Genoma Humano y la paradoja morfológica Genómica funcional y micromatrices de DNA (microarrays) 17 Resumen para repasar Ciclo celular, mitosis y meiosis Replicación del DNA y mutaciones Expresión génica y su regulación Ingeniería genética y genómica Soluciones de las preguntas de repaso Estos apuntes pueden contener errores u omisiones.

Son un material de apoyo y no sustituyen al temario oficial ni al profesorado: contrasta la información importante. Ciclo Celular, Expresión Génica y Genómica: Apuntes 3 1 Ciclo celular eucariota y mitosis AL ACABAR SABRÁS Diferenciar las distintas fases de la interfase celular y sus eventos clave Secuenciar y detallar las cinco etapas morfológicas de la mitosis Explicar el papel del huso mitótico, los centrosomas y los cinetocoros en el movimiento cromosómico Comparar los mecanismos de citocinesis entre células animales y vegetales PIÉNSALO ANTES DE LEER 1 ¿Por qué una célula no puede dividirse simplemente cortándose por la mitad sin una maquinaria como el huso mitótico?

El ciclo celular comprende la serie ordenada de procesos que transcurren desde la génesis de una nueva célula eucariota hasta su división en dos células hijas genéticamente equivalentes. ESQUEMA Ciclo celular eucariota y mitosis 1. Organización del material genético: cromatina y cromosomas La información hereditaria celular se encuentra codificada en el ácido desoxirribonucleico. Para asegurar su correcto funcionamiento y reparto, este polímero adopta distintos grados de empaquetamiento e interacción con proteínas nucleares.

Interfase Crecimiento y replicación del DNA Fase G1 Crecimiento y síntesis de RNA Fase S Duplicación del material genético Fase G2 Preparación para la mitosis Fase M División celular equitativa Mitosis Segregación del material genético nuclear Citocinesis Partición del citoplasma celular Ciclo Celular, Expresión Génica y Genómica: Apuntes 4 DEFINICIÓN Un gen es un segmento específico de DNA que alberga la información requerida para sintetizar un RNA o una proteína funcional. El complejo molecular formado por la asociación del DNA eucariota con proteínas globulares especializadas recibe el nombre de cromatina. Dichas proteínas estructurales son las histonas.

Un cromosoma eucariota está constituido por una única y continua doble hélice de DNA lineal, estrechamente empaquetada junto a proteínas. Habitualmente, la cromatina se encuentra dispersa en filamentos extraordinariamente largos dentro del núcleo interfásico. No obstante, al comenzar la división celular, este material se condensa de forma drástica para estructurar unidades morfológicas reconocibles al microscopio óptico. Antes de la división nuclear, el material genético se duplica íntegramente. Cada réplica idéntica de DNA condensada se denomina cromátida. Mientras permanecen unidas, forman una pareja de cromátidas hermanas, las cuales contienen exactamente la misma secuencia de nucleótidos.

La cohesión entre ellas se mantiene a lo largo de toda su extensión y, de manera notable, en un dominio estrecho denominado centrómero. COMPRUEBA 2 ¿En qué momento dos cadenas idénticas de DNA dejan de considerarse cromátidas hermanas para pasar a ser cromosomas independientes? 2. La interfase y sus etapas funcionales El ciclo de proliferación celular consta fundamentalmente de dos acontecimientos esenciales: la duplicación fidedigna de los cromosomas (interfase) y el reparto equitativo de los mismos hacia las células resultantes (fase M). El intervalo temporal comprendido entre divisiones sucesivas se conoce globalmente como interfase.

Ciclo Celular, Expresión Génica y Genómica: Apuntes 5 Esquema del ciclo celular mostrando interfase, mitosis y citocinesis. La interfase agrupa tres fases continuas: Fase G1: intervalo inmediatamente posterior a la citocinesis previa y anterior a la síntesis del DNA. La célula experimenta un crecimiento en volumen, sintetiza activamente RNA, produce proteínas estructurales y enzimas, y duplica sus orgánulos citoplásmicos. Fase S (de síntesis): periodo en el que se ejecuta la replicación del material hereditario y la síntesis de sus proteínas asociadas. Al concluir esta etapa, cada cromosoma celular consta de dos moléculas de DNA idénticas dispuestas como cromátidas hermanas.

Fase G2: periodo transcurrido entre el final de la replicación del DNA y el comienzo de la mitosis. La célula ensambla los elementos estructurales y moleculares requeridos para la división, mientras la cromatina comienza paulatinamente a condensarse. Las células diferenciadas o aquellas que detienen temporal o definitivamente su proliferación en organismos vertebrados pueden salir de la fase G1 para ingresar en un estado de quiescencia funcional denominado estado G0. COMPRUEBA 3 ¿Qué diferencia fundamental a nivel molecular existe en el núcleo entre una célula situada en G1 y otra situada en G2? Ciclo Celular, Expresión Génica y Genómica: Apuntes 6 3.

Fases de la mitosis: segregación cromosómica La mitosis o cariocinesis asegura que las dos células hijas reciban una dotación cromosómica numéricamente exacta e idéntica a la de la célula progenitora. Este evento involucra una reestructuración membranosa severa: la envoltura nuclear externa, que durante la interfase guarda continuidad directa con el retículo endoplásmico, se fragmenta y retrae hacia este sistema de membranas en la profase, al tiempo que el complejo de Golgi se disgrega en vesículas. Diagrama de las etapas consecutivas de la mitosis celular.

El proceso mitótico se desarrolla de manera continua en cinco etapas correlativas: Profase: los cromosomas experimentan una marcada condensación y se tornan visibles bajo el microscopio óptico. Simultáneamente se organiza el huso mitótico, una estructura bipiramidal de microtúbulos encargada de generar tracción mecánica. Las fibras del huso irradian desde el centrosoma, centro organizador de microtúbulos que en células animales contiene una pareja de centriolos. Los centrosomas inician su migración hacia polos diametralmente opuestos de la célula. 1 Prometafase: el nucléolo desaparece por completo y la envoltura nuclear acaba de fragmentarse y desintegrarse.

Los microtúbulos del huso interactúan directamente con los cromosomas a través del cinetocoro, un complejo proteico especializado situado sobre la región centromérica. Cada cromosoma dispone de dos cinetocoros orientados en sentidos opuestos, lo que permite la captura de fibras procedentes de ambos polos y el comienzo del arrastre hacia la zona media celular. 2 Ciclo Celular, Expresión Génica y Genómica: Apuntes 7 ERROR FRECUENTE Es un error habitual en el examen denominar «cromátidas» a los brazos cromosómicos tras su separación en la anafase. Recuerda: en el instante preciso en que el centrómero se escinde, cada estructura individual pasa a ser formalmente un cromosoma independiente.

Por ende, la célula duplica momentáneamente su recuento cromosómico total durante la anafase mitótica. COMPRUEBA 4 ¿Qué papel mecánico desempeña el cinetocoro en la placa metafásica? 4. Citocinesis animal frente a citocinesis vegetal La citocinesis constituye la escisión física del citoplasma para independizar definitivamente a las dos células hijas resultantes. Este mecanismo suele iniciarse en los estadios finales de la anafase y progresa a lo largo de la telofase, requiriendo que los orgánulos citoplasmáticos previamente duplicados (mitocondrias, cloroplastos, lisosomas) se segreguen entre los dos compartimentos. Metafase: los centrosomas alcanzan plenamente los polos opuestos celulares.

Las tracciones simultáneas y equilibradas ejercidas por los microtúbulos cinetocóricos alinean los cromosomas duplicados en el ecuador de la célula. Este plano de equilibrio se denomina placa metafásica. Cada cromosoma se encuentra sometido a fuerzas de tensión equivalentes dirigidas a polos celulares enfrentados. 3 Anafase: se produce la escisión sincrónica de las uniones centroméricas entre cromátidas hermanas. Al separarse, pasan a denominarse formalmente cromosomas independientes no replicados. Las fibras cinetocóricas se acortan y diversas proteínas motoras trasladan estos cromosomas hijos hacia los polos respectivos.

En paralelo, microtúbulos no asociados a cromosomas desplazan y distancian los polos de la célula gracias a proteínas motoras. Cada polo recibe así un juego completo de cromosomas idéntico al original. 4 Telofase: se desensambla por completo la maquinaria del huso mitótico. Alrededor de cada dotación cromosómica polarizada se reconstituye una nueva envoltura nuclear. Los cromosomas revierten su estado compacto, descondensándose en cromatina difusa. La cariocinesis culmina al formarse dos núcleos funcionalmente independientes. 5 Ciclo Celular, Expresión Génica y Genómica: Apuntes 8 Esquema de la citocinesis animal mediante anillo contráctil ecuatorial.

Debido a las diferencias arquitectónicas en la cubierta celular externa, el reparto del citoplasma opera mediante mecanismos notablemente dispares según el linaje eucariota: Células animales Células vegetales Se efectúa por estrangulación centrípeta en el plano medio celular. Se produce por tabicación centrífuga que construye nuevo tabique. Involucra un anillo contráctil submembranoso de microfilamentos de actina asociados a la proteína motora miosina. Requiere una red organizadora de microtúbulos y proteínas accesorias para definir la región de tabicación. La miosina hidroliza nucleótidos (ATP/ADP), provocando el deslizamiento de la actina y estrechando el surco de división.

Vesículas derivadas del aparato de Golgi migran al centro para fundirse y dar lugar a la placa celular. La membrana plasmática progresa hacia el centro hasta que la constricción escinde la célula en dos. Las vesículas aportan precursores para ensamblar simultáneamente la membrana plasmática y la pared celular divisoria. PARA RECORDARLO Animales = estrangulamiento hacia adentro (actina y miosina tiran de la membrana plasmática). Vegetales = construcción hacia afuera (la pared rígida impide la estrangulación; el aparato de Golgi transporta la pared desde el interior).

Ciclo Celular, Expresión Génica y Genómica: Apuntes 9 IDEAS CLAVE La cromatina eucariota consiste en DNA asociado de forma regular a proteínas nucleares básicas llamadas histonas. La interfase consta de las fases G1 (crecimiento y síntesis protéica), S (duplicación del DNA) y G2 (preparación y condensación cromosómica), además del estado de quiescencia G0. La mitosis comprende cinco fases continuas: profase, prometafase, metafase, anafase y telofase. El huso mitótico organiza la dinámica cromosómica fijándose a los cinetocoros centroméricos. En la anafase las cromátidas hermanas se escinden y pasan a ser cromosomas independientes individuales.

La citocinesis animal ocurre mediante estrangulamiento por un anillo de actina y miosina, mientras que la vegetal forma una placa celular derivada de vesículas de Golgi. COMPRUEBA LO QUE HAS APRENDIDO 5. ¿En qué etapa concreta de la interfase se duplica la dotación del material genético? 6. ¿Por qué las células vegetales no pueden dividirse mediante un anillo contráctil membranoso? 7. ¿Cómo se comporta la envoltura nuclear durante la transición de la profase a la prometafase? Test Rodea la respuesta correcta. Las soluciones están al final. 8. ¿Qué estructura celular conecta directamente los microtúbulos del huso con los centrómeros de los cromosomas? 9.

¿En qué etapa del ciclo celular permanecen las células vertebradas que no se encuentran en proliferación activa? 10. ¿Qué complejo citoesquelético posibilita la escisión citoplasmática en las células animales? El telómero a) El centrosoma b) El cinetocoro c) El centriolo d) Fase G2 a) Fase S b) Estado G0 c) Fase M d) Anillo de actina y miosina a) Filamentos de queratina b) Vesículas del aparato de Golgi c) Microtúbulos de tubulina d) Ciclo Celular, Expresión Génica y Genómica: Apuntes 10 11. ¿Qué suceso morfológico característico define el final de la metafase mitótica?

2 Regulación del ciclo celular y bases moleculares del cáncer AL ACABAR SABRÁS Describir la composición del MPF y el mecanismo de fosforilación que regula su actividad catalítica. Identificar los tres puntos de control celular principales y las condiciones evaluadas en cada uno. Explicar el circuito molecular que conecta los factores de crecimiento con la regulación de Rb y E2F en la transición G1/S. Distinguir el impacto de la activación oncogénica frente a la pérdida de supresores tumorales en el desarrollo del cáncer. PIÉNSALO ANTES DE LEER 12 ¿Por qué una célula con el DNA roto prefiere autodestruirse mediante apoptosis antes que completar su división?

El factor promotor de la mitosis (MPF) y el control oscilatorio de las CDKs La progresión hacia la división celular requiere señales bioquímicas precisas. El citoplasma de las células en fase M posee un elemento capaz de desencadenar la maduración y guiar a las células inmaduras hacia la división: el factor promotor de la mitosis (MPF). Este complejo induce la entrada en mitosis en todos los organismos eucariotas (véase «Ciclo celular eucariota y mitosis»). DEFINICIÓN El factor promotor de la mitosis (MPF) es un heterodímero formado por dos subunidades: una proteína con actividad enzimática llamada quinasa dependiente de ciclina (CDK) y una subunidad reguladora denominada ciclina.

La subunidad quinasa transfiere grupos fosfato procedentes del ATP a proteínas diana específicas, alterando su conformación y funcionalidad. No obstante, la CDK carece de actividad catalítica por sí sola: necesita unirse de forma obligada a la ciclina para activarse. Mientras que la concentración de la enzima CDK se mantiene constante, la abundancia de la ciclina fluctúa de manera continua a lo largo del ciclo. Su síntesis se incrementa durante la interfase, alcanza el nivel máximo en la fase M y disminuye bruscamente al finalizar la mitosis.

Ruptura de la envoltura nuclear a) Separación de cromátidas hermanas b) Descondensación de los cromosomas c) Alineación en la placa metafásica d) Ciclo Celular, Expresión Génica y Genómica: Apuntes 11 El ensamblaje y encendido del MPF sigue una estricta regulación por fosforilación: Esquema del ciclo de activación e inactivación del MPF Una vez activado, el propio MPF desencadena su propio apagado mediante un bucle de retroalimentación negativa. El complejo estimula una ruta enzimática que destruye la subunidad ciclina por degradación. Al desaparecer la ciclina, la CDK queda inactiva y la célula puede salir de la fase M para reiniciar el ciclo en la siguiente interfase.

Durante la interfase, la ciclina se asocia con la CDK para formar el dímero MPF. 1 Tras la unión, la CDK es fosforilada en dos residuos aminoacídicos distintos (en sitios activadores e inhibidores), lo que mantiene al MPF en un estado conformacional inactivo. 2 Al final de la fase G2, enzimas fosfatasas específicas retiran el fosfato inhibidor de la CDK. Esta desfosforilación cambia la conformación del dímero y enciende por completo la actividad del MPF. 3 El MPF activo fosforila múltiples proteínas celulares. Estas modificaciones inducen la condensación cromosómica y regulan proteínas asociadas a los microtúbulos implicadas en la unión de las fibras del huso mitótico.

4 Ciclo Celular, Expresión Génica y Genómica: Apuntes 12 CICLO Ciclo de regulación del MPF 1. Síntesis de ciclina: Acumulación progresiva durante la interfase 2. Ensamblaje del dímero: Unión física entre ciclina y CDK 3. Fosforilación inhibidora: CDK fosforilada permanece inactiva 4. Desfosforilación y activación: Retirada del fosfato y entrada a fase M 5. Degradación de ciclina: Retroalimentación negativa que apaga el MPF COMPRUEBA 13 ¿Por qué la presencia simultánea de ciclina y CDK no basta por sí sola para iniciar la fase M durante la interfase?

Puntos de control del ciclo celular Para asegurar que cada acontecimiento ocurra sin errores ni aberraciones cromosómicas, la célula dispone de transiciones moleculares críticas llamadas puntos de control. Si los reguladores detectan anomalías genéticas o estructurales, detienen la progresión del ciclo para permitir la reparación o inducir la eliminación celular.

1 Síntesis de ciclina 2 Ensamblaje del dímero 3 Fosforilación inhibidora 4 Desfosforilación y activación 5 Degradación de ciclina Ciclo Celular, Expresión Génica y Genómica: Apuntes 13 Diagrama de los tres puntos de control del ciclo celular Punto de control Ubicación Condiciones evaluadas Consecuencia si falla Punto de control G1 Final de la fase G1 Tamaño celular adecuado, disponibilidad nutricional, integridad del DNA y señales sociales externas. Paso aberrante a fase S; replicación de DNA dañado y división descontrolada. Punto de control G2 Límite entre G2 y fase M Replicación completa del DNA, indemnidad genómica y tamaño celular.

Entrada prematura en mitosis con cromosomas incompletos o rotos. Punto de control M Metafase mitótica Alineación cromosómica correcta y anclaje de todos los cinetocoros al huso mitótico. Segregación anómala de cromátidas en anafase (no disyunción y aneuploidías). El punto de control G1 determina si la célula entra en el ciclo de replicación o sale hacia un estado de reposo denominado fase G0. En organismos unicelulares depende principalmente de los nutrientes y el tamaño. En organismos pluricelulares intervienen señales moleculares externas. Frente a roturas o daños físicos en la doble hélice durante G1, interviene la proteína supresora de tumores p53.

Este factor detiene el ciclo celular para activar la reparación génica. Si el daño no puede corregirse, p53 induce la muerte celular programada mediante apoptosis. La pérdida o inactivación funcional de p53 suprime este freno protector y fomenta la formación de tumores. Ciclo Celular, Expresión Génica y Genómica: Apuntes 14 En el punto de control G2/M, la célula constata que la replicación del DNA haya concluido con fidelidad. Si persisten daños en la doble hélice o la duplicación está incompleta, se bloquea la desfosforilación de la CDK. En consecuencia, el MPF permanece inactivo y la célula se detiene en G2.

Finalmente, en el punto de control de la fase M (o punto de control del ensamblaje del huso), la transición entre metafase y anafase se posterga hasta que cada cinetocoro quede sólidamente anclado a los microtúbulos del huso mitótico (véase «Ciclo celular eucariota y mitosis»). Esto evita que las células hijas reciban dotaciones numéricas incorrectas de cromosomas. COMPRUEBA 14 ¿De qué forma impide el punto de control G2 que una célula con DNA dañado comience la mitosis?

Control social, cascada RTK-Ras y la transición G1/S En los organismos pluricelulares, la proliferación responde a un control social: ninguna célula individual se reproduce a menos que reciba autorización específica mediante señales extracelulares orientadas al beneficio del organismo completo. Estas señales son los factores de crecimiento, polipéptidos y proteínas de pequeño tamaño que estimulan la división. Por ejemplo, el factor de crecimiento derivado de plaquetas (PDGF) es vertido por las plaquetas sanguíneas durante la formación de coágulos tras una herida.

El PDGF se une a receptores transmembrana con actividad tirosina quinasa (RTK) presentes en las células circundantes, activando una cascada intracelular que recluta a la proteína Ras para desencadenar la proliferación y facilitar la regeneración tisular.

PROCESO Vía de señalización de la transición G1/S Factor de crecimiento PDGF se une a su receptor RTK de membrana 1 Activación de Ras Transducción intracelular de la señal mitogénica 2 Ciclinas de G1 Síntesis de ciclinas y activación de CDKs específicas 3 Fosforilación de Rb Rb fosforilada se disocia de E2F 4 Activación de E2F Transcripción de genes para entrar a fase S 5 Ciclo Celular, Expresión Génica y Genómica: Apuntes 15 La ruta que conduce desde la llegada del factor de crecimiento hasta la replicación del DNA en la fase S involucra un circuito formado por ciclinas de G1, quinasas CDK, la proteína Rb (retinoblastoma) y el factor de transcripción E2F: Estado de reposo (G0 o inicio de G1): la proteína Rb actúa como supresor de tumores secuestrando a E2F.

Mientras permanezca unida a Rb, la proteína E2F se encuentra inactiva, impidiendo la transcripción de genes necesarios para la fase S. Señalización mitogénica: los factores de crecimiento estimulan la síntesis de ciclinas específicas de G1 y del propio factor E2F. Fosforilación e inactivación de Rb: los complejos ciclina-CDK de G1 fosforilan la proteína Rb. Esta modificación provoca un cambio conformacional que fuerza a Rb a soltar a E2F. Entrada en fase S: libre de su represor, E2F actúa en el núcleo transcribiendo los genes requeridos para duplicar el genoma. ERROR FRECUENTE Un error muy habitual es pensar que la fosforilación activa a todas las proteínas del ciclo.

Mientras que la fosforilación activa al factor MPF (tras quitar el fosfato inhibidor), la fosforilación inactiva a la proteína supresora Rb. Rb activa está desfosforilada y frena el ciclo; al hiperfosforilarse pierde afinidad por E2F y permite la división. Bases moleculares del cáncer: hiperactivación oncogénica frente a pérdida supresora El cáncer representa una alteración patológica donde la división celular escapa a los mecanismos normales de regulación y prosigue en ausencia de estímulos externos.

Las células cancerosas ignoran los controles sociales del punto G1 por dos mecanismos moleculares fundamentales que alteran la vía Rb-E2F: La disfunción de estos mecanismos de control social en G1 desata la proliferación desenfrenada y culmina en el desarrollo de masas tumorales. COMPRUEBA 15 ¿Qué consecuencia fenotípica inmediata produce una mutación que elimina por completo la expresión de la proteína Rb en la célula? Sobreproducción de ciclinas o hiperactivación de la cascada promotora: mutaciones con ganancia de función en componentes de señalización (como receptores RTK hiperactivos o variantes defectuosas de la proteína Ras) provocan una sobreabundancia continua de ciclinas de G1.

Esto conduce a la fosforilación ininterrumpida de Rb, liberando permanentemente a E2F y enviando a la célula a la fase S. 1 Pérdida funcional de supresores tumorales: mutaciones que inactivan o eliminan a la proteína Rb le impiden asociarse con E2F. Al no existir secuestro inhibidor, cualquier molécula de E2F disponible estimula sin trabas la entrada en el ciclo celular. 2 Ciclo Celular, Expresión Génica y Genómica: Apuntes 16 IDEAS CLAVE El factor promotor de la mitosis (MPF) es un dímero compuesto por una quinasa dependiente de ciclina (CDK) y una ciclina reguladora.

El MPF se activa al eliminarse un fosfato inhibidor de la CDK y se autoapaga mediante retroalimentación negativa al inducir la degradación de su propia ciclina. Los tres puntos de control principales operan en G1 (integridad del DNA y señales sociales), G2/M (finalización de la replicación) y fase M (unión de cinetocoros al huso). La proteína p53 frena el ciclo celular o promueve la apoptosis ante lesiones genéticas en G1 para impedir la transmisión de mutaciones. La transición a la fase S depende de la fosforilación de la proteína supresora Rb por complejos ciclina-CDK, liberando al factor E2F.

El cáncer surge por la pérdida del control social en G1 debido a sobreproducción de ciclinas (vía RTK-Ras) o por inactivación mutacional de supresores como Rb o p53. COMPRUEBA LO QUE HAS APRENDIDO 16. ¿Cómo se produce el descenso drástico de la actividad del MPF hacia el final de la mitosis? 17. ¿Qué papel desempeña el complejo cinetocoro-huso mitótico en el punto de control de la fase M? 18. ¿De qué manera la hiperactivación de la proteína Ras facilita el desarrollo de neoplasias? Test Rodea la respuesta correcta. Las soluciones están al final. 19. ¿Qué componente del dímero MPF experimenta variaciones periódicas de concentración a lo largo del ciclo celular? 20.

¿Qué modificación química concreta enciende la actividad catalítica del complejo MPF al final de G2? 21. ¿Cuál es la función celular de la proteína Rb desfosforilada en células en reposo? El receptor tirosina quinasa a) La proteína supresora p53 b) La ciclina reguladora c) La proteína quinasa dependiente de ciclina d) Fosforilación en sitios inhibidores a) Unión irreversible a la proteína Rb b) Degradación proteasomal de la CDK c) Retirada enzimática del fosfato inhibidor d) Secuestrar e inactivar al factor E2F a) Degradar las ciclinas de la fase M b) Fosforilar a los microtúbulos del huso c) Promover de forma directa la apoptosis d) Ciclo Celular, Expresión Génica y Genómica: Apuntes 17 22.

¿Qué sucede ante un daño irreparable en el DNA durante el punto de control G1? 3 Meiosis, gametogénesis y errores cromosómicos AL ACABAR SABRÁS Diferenciar los eventos mecánicos de la Meiosis I frente a la Meiosis II. Explicar los mecanismos que generan variabilidad genética en la reproducción sexual. Comparar los resultados numéricos y genéticos de la mitosis frente a la meiosis. Distinguir el impacto genético de la no disyunción cromosómica en Meiosis I y Meiosis II y sus patologías asociadas. PIÉNSALO ANTES DE LEER 23 ¿Por qué los hermanos biológicos no son copias genéticas idénticas si provienen de los mismos padres?

Naturaleza y fases de la meiosis La meiosis es una división celular especializada en organismos con reproducción sexual. Su cometido biológico consiste en reducir la dotación genética de un estado diploide (2n) a haploide (n). Este proceso da lugar a cuatro células hijas haploides destinadas a la gametogénesis (formación de óvulos y espermatozoides). Durante la fecundación, la unión de dos gametos restaura el número diploide original en el cigoto, asegurando que la descendencia herede un lote cromosómico de origen paterno y otro materno.

Para lograr la reducción del genoma, la célula pasa por una fase S previa de replicación y ejecuta de forma consecutiva dos rondas divisorias denominadas meiosis I y meiosis II. p53 activa la apoptosis celular a) E2F se disocia inmediatamente de Rb b) El MPF trasloca al núcleo c) La célula avanza directo a la fase S d) Ciclo Celular, Expresión Génica y Genómica: Apuntes 18 Esquema de las fases de meiosis I y meiosis II. DEFINICIÓN La meiosis I o división reduccional separa los cromosomas homólogos emparejados. Transforma una célula progenitora diploide ( ) en dos células hijas haploides ( ), con cromosomas formados aún por dos cromátidas.

La meiosis I transcurre a lo largo de las siguientes etapas: Profase I temprana: La cromatina se condensa en cromosomas visibles, se desintegra la envoltura del núcleo y se organiza el huso. Las parejas de homólogos se aparean íntimamente en un proceso denominado sinapsis. La unión de ambos homólogos compone una tétrada (o bivalente), integrada por cuatro cromátidas: dos de ellas hermanas entre sí y las otras dos cromátidas no hermanas. Profase I tardía: Los homólogos inician su separación pero se mantienen enlazados por puntos concretos en forma de X llamados quiasmas (cada pareja presenta al menos uno).

En estas estructuras se produce el sobrecruzamiento físico, donde las cromátidas no hermanas intercambian fragmentos de DNA. Metafase I: Las tétradas se disponen en la placa metafásica de manera independiente unas de otras. La orientación espacial de cada par paterno y materno hacia los polos ocurre estrictamente al azar. Anafase I: Los microtúbulos traccionan de los cromosomas homólogos, separando los miembros del par hacia extremos contrarios de la célula mientras las cromátidas hermanas permanecen unidas por el centrómero. 2n n Ciclo Celular, Expresión Génica y Genómica: Apuntes 19 Telofase I: Los conjuntos de cromosomas llegan a los polos y concluye la cariocinesis meiótica I.

Tras la primera división se produce la citocinesis (véase «Ciclo celular eucariota y mitosis»), originando dos células que entran en la meiosis II o división ecuacional sin duplicación previa de su DNA. Este segundo bloque actúa como una mitosis convencional sobre células haploides: Profase II: El huso vuelve a configurarse en cada una de las dos células hijas y los cromosomas migran hacia el ecuador. Metafase II: Los cromosomas individuales se alinean sobre la placa ecuatorial. Anafase II: Se quiebran los centrómeros y las cromátidas hermanas se segregan convertidas en cromosomas no replicados hacia polos opuestos.

Telofase II: Se restituye la membrana nuclear alrededor de los cuatro núcleos haploides finales. La citocinesis posterior individualiza las cuatro células reproductoras. PROCESO Progresión de la meiosis celular COMPRUEBA 24 ¿Por qué la meiosis I recibe el nombre de división reduccional si al terminar las cromátidas no se han separado de sus centrómeros? Mecanismos generadores de variabilidad genética La reproducción asexual genera descendientes genéticamente idénticos o clones. Por el contrario, la reproducción sexual origina individuos únicos gracias a que la meiosis recombina activamente la información biológica.

Esta variabilidad genética se fundamenta en tres mecanismos principales: Profase I Sinapsis de homólogos y sobrecruzamiento en quiasmas. 1 Metafase-Anafase I Segregación reduccional de cromosomas homólogos a polos celulares. 2 Telofase I y división Formación de dos células haploides con cromosomas duplicados. 3 Meiosis II Separación ecuacional de cromátidas hermanas como en mitosis. 4 Gametos finales Cuatro células haploides con cromosomas no replicados únicos. 5 Sobrecruzamiento o recombinación homóloga: Durante los quiasmas de la profase I, el corte y empalme recíproco entre cromátidas homólogas no hermanas mezcla segmentos de procedencia paterna y materna.

El resultado genera cromátidas recombinantes con combinaciones alélicas nuevas no presentes en los progenitores. 1 Ciclo Celular, Expresión Génica y Genómica: Apuntes 20 COMPRUEBA 25 ¿Qué aporta el sobrecruzamiento a la variabilidad que no consiga la segregación independiente por sí sola?

Comparación entre mitosis y meiosis Aunque ambos mecanismos reparten material genético mediante microtúbulos del huso, sus metas y consecuencias difieren radicalmente: Parámetro Mitosis Meiosis Divisiones celulares 1 2 Número de cromosomas final respecto a la progenitora Igual ( o ) La mitad ( ) Sinapsis y quiasmas No ocurren Sí (tétradas y recombinación en profase I) Similitud cromosómica Idéntica (cromosomas clonales) Diferente (segmentos maternos y paternos mezclados) Papel biológico Crecimiento tisular y reproducción asexual Gametogénesis en organismos con reproducción sexual Errores en la disyunción y aneuploidías Para asegurar gametos viables, la maquinaria meiótica debe coordinar dos eventos de separación cromosómica estrictos: los homólogos en anafase I y las cromátidas hermanas en anafase II.

La alteración de cualquiera de estas fases desencadena un error de no disyunción meiótica. DEFINICIÓN La no disyunción consiste en la falta de separación normal de los cromosomas homólogos durante la meiosis I, o de las cromátidas hermanas durante la meiosis II. Ocasiona la producción de gametos anómalos con un cromosoma de más ( ) o con un cromosoma de menos ( ). Distribución independiente de homólogos: Durante la metafase I, cada par de cromosomas se alinea al azar respecto al eje polar. El número teórico de combinaciones cromosómicas distintas generables en los gametos por un organismo diploide responde a la expresión , donde es el número haploide.

En la especie humana ( ), este reparto independiente produce 2^{23} gametos cromosómicamente diferentes, lo que equivale a aproximadamente 8,4 millones de dotaciones posibles sin considerar el sobrecruzamiento. 2 2n n n = 23 Fecundación al azar: La combinación entre gametos genéticamente diversos multiplica exponencialmente el polimorfismo en la descendencia. 3 2n 2n n n 2n n n + 1 n 1 Ciclo Celular, Expresión Génica y Genómica: Apuntes 21 Al fusionarse estos gametos defectuosos con un gameto normal ( ) durante la fecundación, el cigoto resultante presenta anomalías numéricas o aneuploidías (véase «Mutaciones genéticas y alteraciones cromosómicas»): Trisomía ( ): Fecundación con un gameto .

Un ejemplo autosómico destacado es el síndrome de Down (trisomía en el par 21). La gran mayoría de estos sucesos aparecen por eventos fortuitos y no por antecedentes familiares. Monosomía ( ): Fecundación con un gameto , donde el cigoto carece de un homólogo de la dotación normal. Los fallos meióticos representan una de las principales causas de abortos espontáneos tempranos en humanos. Entre las aneuploidías de los cromosomas sexuales toleradas en el desarrollo postnatal sobresalen dos cuadros clínicos: Síndrome de Klinefelter: Afecta a varones con dotación cromosómica 47,XXY.

Su prevalencia ronda 1 de cada 1000 varones nacidos vivos y puede cursar con esterilidad o alteraciones en la función cognitiva. Síndrome de Turner: Monosomía que afecta a mujeres con cariotipo 45,XO (ausencia de un segundo cromosoma sexual). Ocurre en 1 de cada 5000 recién nacidas vivas y produce fenotipos femeninos con esterilidad. ERROR FRECUENTE Suele asumirse erróneamente que una no disyunción en meiosis I y en meiosis II genera las mismas proporciones de gametos alterados. Si la no disyunción sucede en meiosis I, el 100 % de los gametos resultan inviables o aneuploides (dos y dos ).

En cambio, si ocurre en la meiosis II sobre una de las células intermedias, la mitad de los gametos resultantes serán completamente normales ( ), uno será y otro . COMPRUEBA 26 ¿Qué consecuencias cromosómicas acarrea un cigoto derivado de un óvulo con no disyunción que aporta un cromosoma n-1 fecundado por esperma normal? IDEAS CLAVE La meiosis I reduce la dotación cromosómica de diploide a haploide separando parejas de cromosomas homólogos. La meiosis II segrega las cromátidas hermanas sin mediar una nueva fase de replicación del DNA. La sinapsis y el sobrecruzamiento en profase I producen intercambio de segmentos de DNA en los quiasmas.

La orientación al azar de los homólogos genera combinaciones de gametos (unos 8,4 millones en humanos). La no disyunción meiótica produce aneuploidías, originando trisomías como el síndrome de Down y alteraciones en cromosomas sexuales como Turner (45,XO) o Klinefelter (47,XXY). n 2n + 1 n + 1 2n 1 n 1 n + 1 n 1 n n + 1 n 1 2n Ciclo Celular, Expresión Génica y Genómica: Apuntes 22 COMPRUEBA LO QUE HAS APRENDIDO 27. ¿En qué etapa exacta de la meiosis tiene lugar la formación de las tétradas y el intercambio de alelos? 28. ¿Cuántas combinaciones cromosómicas independientes puede producir un organismo diploide con cromosomas sin tener en cuenta la recombinación? Test Rodea la respuesta correcta.

Las soluciones están al final. 29. ¿Cuál es la estructura cromosómica observable en profase I formada por dos homólogos apareados? 30. ¿Qué evento mecánico caracteriza a la anafase I a diferencia de la anafase II? 31. ¿Qué dotación cromosómica define al síndrome de Klinefelter? 32. ¿Cuál es el resultado gamético de una no disyunción ocurrida exclusivamente durante la meiosis I? 4 Replicación del DNA y telómeros AL ACABAR SABRÁS Diferenciar los mecanismos y enzimas requeridos para la síntesis de la hebra conductora frente a la retardada. Explicar el dilema del acortamiento cromosómico terminal y la función compensadora de la telomerasa.

Describir la corrección de pruebas mediante la actividad exonucleasa 3' a 5' de la DNA polimerasa III.

n = 4 Tétrada o bivalente a) Cromátida hermana b) Centrómero cinetocórico c) Huso acromático d) Desaparición del huso a) Segregación de homólogos enteros b) Separación de cromátidas hermanas c) Duplicación del DNA d) 46,XY con deleción a) 45,XO b) Trisomía 21 pura c) 47,XXY d) Cuatro gametos diploides 2n a) Mitad normales y mitad alterados b) Todos los gametos alterados c) Todos los gametos normales d) Ciclo Celular, Expresión Génica y Genómica: Apuntes 23 PIÉNSALO ANTES DE LEER 33 ¿Por qué un cromosoma lineal se acorta en cada ciclo de división celular si no interviene una enzima específica?

La duplicación precisa del material hereditario constituye la base para transferir la información genética entre generaciones de células. Durante la fase de síntesis celular (véase «Ciclo celular eucariota y mitosis»), la maquinaria proteica desenrolla y copia la doble hélice con extraordinaria fidelidad energética y química. ESQUEMA Organización del bloque temático de expresión génica Características generales y origen de replicación La síntesis de DNA requiere enzimas denominadas DNA polimerasas, encargadas de ensamblar desoxirribonucleótidos mediante la formación de enlaces fosfodiéster.

Aunque las reacciones de polimerización suelen ser endergónicas, la duplicación del DNA resulta globalmente exergónica: los sustratos entrantes son desoxirribonucleótidos trifosfato (dNTP), cuya hidrólisis aporta la energía potencial necesaria para impulsar la unión de la cadena naciente. La polimerización no ocurre al azar, sino en sitios específicos denominados orígenes de replicación. En estos puntos se separan las cadenas parentales para formar una burbuja de replicación.

El proceso presenta características arquitectónicas fundamentales: Número de orígenes: Los cromosomas circulares bacterianos presentan un único origen de replicación, mientras que los cromosomas de las células eucariotas contienen múltiples orígenes para acelerar el copiado de secuencias de gran tamaño. Bidireccionalidad: La duplicación avanza simultáneamente hacia ambos lados a partir de cada origen. En cada extremo activo de la burbuja se establece una estructura con geometría en Y llamada horquilla de replicación.

Mecanismos genéticos fundamentales Conservación, copia y flujo de información Replicación y cromosomas Duplicación del DNA, telómeros y reparación Transcripción del RNA Bacteriana, eucariota y procesamiento maduro Traducción a proteínas Código genético y ensamblaje ribosómico Alteraciones genéticas Mutaciones moleculares y cambios cromosómicos Ciclo Celular, Expresión Génica y Genómica: Apuntes 24 Dirección estricta de síntesis: Todas las DNA polimerasas conocidas catalizan la adición de nucleótidos exclusivamente en dirección 5' a 3', incorporando el nuevo monómero al grupo 3'-OH libre de la cadena en crecimiento. Esquema de la burbuja de replicación y síntesis bidireccional.

COMPRUEBA 34 ¿Por qué los cromosomas eucariotas poseen múltiples orígenes de replicación a diferencia de los bacterianos? Apertura y estabilización de la horquilla de replicación Para que los moldes monocatenarios sean accesibles a las polimerasas, un grupo coordinado de proteínas remodeladoras debe abrir y mantener estable la doble hélice. Desenrollamiento de la doble hélice: La enzima helicasa rompe los enlaces por puente de hidrógeno que mantienen unidas las bases nitrogenadas complementarias, abriendo las dos hebras parentales en el vértice de la horquilla.

1 Estabilización de las hebras simples: Las proteínas de unión a la cadena simple (SSBP) se adhieren rápidamente al DNA monocatenario expuesto, impidiendo que vuelva a reasociarse espontáneamente o forme estructuras secundarias. 2 Ciclo Celular, Expresión Génica y Genómica: Apuntes 25 ERROR FRECUENTE Confundir la dirección de avance de la polimerasa sobre el molde con la dirección de síntesis de la hebra nueva. La DNA polimerasa siempre lee la cadena molde en sentido 3' a 5', pero sintetiza la nueva hebra en sentido 5' a 3'. Invertir estos términos conduce a errores sistemáticos al describir las hebras de la horquilla.

Síntesis coordinada: hebra conductora frente a hebra retardada Las DNA polimerasas no pueden iniciar la síntesis de una cadena de novo; necesitan un fragmento preexistente con un extremo 3' libre. Para ello, una RNA polimerasa especializada llamada primasa sintetiza un corto oligonucleótido de RNA iniciador denominado cebador.

Debido al carácter antiparalelo de la doble hélice y a la restricción obligatoria de síntesis en sentido 5' a 3', la replicación procede de modo divergente en cada una de las hebras: En la hebra conductora (o adelantada), tras colocarse un único cebador de RNA en el origen, la DNA polimerasa III añade desoxirribonucleótidos de manera continua en dirección a la horquilla de replicación. Una subunidad proteica en forma de anillo, la pinza de deslizamiento, abraza el DNA detrás de la polimerasa manteniéndola anclada al molde sin desprenderse. En la hebra retardada (o discontinua), el molde tiene una polaridad opuesta al avance general de la horquilla.

Por este motivo, la DNA polimerasa III se ve obligada a sintetizar fragmentos discretos alejándose de la horquilla. Conforme la helicasa abre nuevos tramos, la primasa debe colocar sucesivos cebadores, originando una serie de segmentos discontinuos llamados fragmentos de Okazaki.

Rasgo diferencial Hebra conductora (adelantada) Hebra retardada (discontinua) Sentido relativo al avance de la horquilla Hacia el interior de la horquilla Alejándose de la horquilla Modo de síntesis Continuo Discontinuo (fragmentos de Okazaki) Número de cebadores de RNA Un solo cebador inicial Múltiples cebadores recurrentes Enzimas de maduración requeridas Mínima intervención tras inicio Requiere DNA polimerasa I y DNA ligasa La maduración de la hebra retardada requiere el procesamiento de los fragmentos intermedios: Alivio de la tensión torsional: Conforme la helicasa avanza separando las cadenas, genera superenrollamientos y nudos por delante de la horquilla.

Las enzimas topoisomerasas cortan transitoriamente el esqueleto fosfodiéster, permiten que la molécula rote disipando la tensión y vuelven a sellarla. 3 La DNA polimerasa I reconoce los cebadores de RNA al inicio de cada fragmento, los degrada y rellena los huecos vacíos incorporando desoxirribonucleótidos complementarios. 1 Ciclo Celular, Expresión Génica y Genómica: Apuntes 26 Diagrama de la maquinaria enzimática en la horquilla de replicación.

PROCESO Maduración de los fragmentos de Okazaki 1 Síntesis del cebador La primasa genera un corto oligonucleótido de RNA iniciador 2 Elongación por Pol III Añade nucleótidos en sentido 5' a 3' for mando el fragmento 3 Elimina ción del cebador La DNA polimerasa I degrada el RNA y co loca desoxirribonucleóti dos 4 Sellado covalente La DNA ligasa cierra la muesca mediante en lace fosfodiéster COMPRUEBA 35 ¿Cuál es la función exacta de la DNA ligasa en la síntesis de la hebra discontinua?

El problema de la replicación del extremo y los telómeros En los organismos con cromosomas lineales, la eliminación del último cebador de RNA en el extremo 5' de la hebra retardada deja un espacio que la DNA polimerasa no puede rellenar, al carecer de un extremo 3' previo donde anclarse. Esta porción monocatenaria terminal queda sin duplicar y acaba La DNA ligasa cataliza la formación de un enlace fosfodiéster covalente entre el extremo 3'-OH del segmento recién polimerizado y el extremo 5'-fosfato del fragmento adyacente, dejando la cadena continua.

2 Ciclo Celular, Expresión Génica y Genómica: Apuntes 27 siendo degradada, provocando un acortamiento progresivo de unos 50 a 100 nucleótidos en cada ciclo mitótico. En los cromosomas bacterianos y de arqueas este problema no existe porque su DNA es circular. Para salvaguardar las secuencias codificantes, los extremos cromosómicos de eucariotas poseen telómeros: regiones no génicas constituidas por repeticiones en tándem de una misma secuencia corta. En la especie humana, la hebra repetitiva consiste en miles de copias de TTAGGG (cuya complementaria es CCCTAA). DEFINICIÓN La telomerasa es un complejo ribonucleoproteico especializado que previene la degradación cromosómica.

Posee una molécula interna de RNA que sirve como molde para sintetizar y elongar los extremos de DNA mediante adición repetitiva de nucleótidos. La actividad de la telomerasa se encuentra normalmente restringida. Las células somáticas adultas carecen de actividad telomerasa funcional, de modo que sus telómeros disminuyen de tamaño con cada división celular hasta alcanzar un límite fisiológico ligado al envejecimiento y senescencia celular. COMPRUEBA 36 ¿Qué componente de la telomerasa permite sintetizar repeticiones teloméricas sin requerir una hebra de DNA previa como molde?

Fidelidad de copia y corrección de errores de la replicación La estabilidad celular exige una tasa mínima de error en el copiado del genoma. La complementariedad de bases termodinámicamente favorable entre adenina-timina y citosina-guanina reduce los emparejamientos erróneos, pero la polimerasa por sí sola comete un fallo aproximado de 1 nucleótido incorrecto cada 10.000 bases añadidas. Para garantizar una alta fidelidad, intervienen dos mecanismos sucesivos de vigilancia: Lectura y corrección de pruebas: La propia DNA polimerasa III detecta desajustes de diámetro en la hélice cuando incorpora un nucleótido desemparejado sin puentes de hidrógeno.

La polimerasa detiene la síntesis y utiliza su actividad exonucleasa 3' a 5' para retroceder, escindir el nucleótido erróneo y reanudar inmediatamente la polimerización correcta 5' a 3'. Reparación post-replicativa de apareamientos incorrectos y escisión: Si un emparejamiento defectuoso escapa a la corrección de pruebas inmediata, complejos enzimáticos posteriores rastrean la molécula de DNA, reconocen la base anómala, cortan la sección circundante de la hebra dañada y permiten que una DNA polimerasa sintetice el reemplazo adecuado antes del sellado final. Ciclo Celular, Expresión Génica y Genómica: Apuntes 28 Esquema de los mecanismos de corrección y reparación del DNA.

IDEAS CLAVE La replicación avanza de forma bidireccional desde los orígenes de replicación y la síntesis química discurre siempre en sentido 5' a 3'. La helicasa abre las hebras de DNA, las proteínas SSBP estabilizan la forma monocatenaria y las topoisomerasas eliminan la tensión por enrollamiento. La hebra conductora se sintetiza de manera continua, mientras que la hebra retardada se forma mediante fragmentos de Okazaki que luego sellan la DNA polimerasa I y la DNA ligasa. El extremo de los cromosomas lineales eucariotas sufre un acortamiento progresivo que contrarresta la telomerasa mediante su plantilla interna de RNA.

La DNA polimerasa III ejerce una corrección de pruebas inmediata mediante su actividad catalítica exonucleasa en sentido 3' a 5'. COMPRUEBA LO QUE HAS APRENDIDO 37. ¿Por qué la síntesis de la hebra retardada requiere fragmentos discontinuos mientras que la hebra conductora no? 38. ¿Qué actividad enzimática permite a la DNA polimerasa III eliminar una base nitrogenada recién incorporada si no es complementaria? Ciclo Celular, Expresión Génica y Genómica: Apuntes 29 Test Rodea la respuesta correcta. Las soluciones están al final. 39. ¿En qué dirección sintetizan nucleótidos las DNA polimerasas durante la replicación? 40.

¿Cuál es la función primordial de la topoisomerasa en la horquilla de replicación? 41. ¿Qué enzima sustituye los cebadores de RNA por desoxirribonucleótidos en la hebra retardada? 42. ¿Cómo consigue la telomerasa sintetizar las repeticiones terminales de DNA cromosómico? 5 El dogma central, código genético y transcripción bacteriana AL ACABAR SABRÁS Diferenciar los flujos informativos del Dogma Central y las propiedades del código genético. Identificar las secuencias consenso del promotor bacteriano y su posición relativa. Describir el papel del factor sigma y los eventos mecánicos de las tres fases de la transcripción bacteriana.

PIÉNSALO ANTES DE LEER 43 ¿Por qué la síntesis de RNA puede comenzar de forma espontánea mientras que la replicación del DNA requiere siempre un cebador previo?

En ambas direcciones según la hebra a) Exclusivamente en dirección 3' a 5' b) En dirección bidireccional sobre el molde c) Exclusivamente en dirección 5' a 3' d) Sintetizar cebadores de RNA iniciadores a) Romper los enlaces de hidrógeno parentales b) Estabilizar las hebras monocatenarias abiertas c) Aliviar la tensión torsional cortando el DNA d) DNA polimerasa III a) DNA ligasa b) Helicasa c) DNA polimerasa I d) Leyendo fragmentos citoplasmáticos de Okazaki a) Mediante la actividad exonucleasa 3' a 5' b) Utilizando una molécula interna de RNA c) Uniendo directamente extremos de cromosomas circulares d) Ciclo Celular, Expresión Génica y Genómica: Apuntes 30 El Dogma Central de la biología molecular Los genes residen en los cromosomas y están constituidos por DNA, la macromolécula que alberga el inventario completo de instrucciones hereditarias celulares.

No obstante, la conexión entre el depósito informativo del DNA y la maquinaria proteica ejecutora no ocurre de forma directa. En las células con núcleo (véase «Ciclo celular eucariota y mitosis»), el DNA permanece recluido en el interior nuclear, mientras que las estructuras donde se sintetizan las proteínas, los ribosomas, se sitúan en el citoplasma celular. Para salvar esta separación espacial y funcional, los investigadores François Jacob y Jacques Monod propusieron la existencia de un intermediario transitorio de corta vida: el RNA mensajero (mRNA).

A partir de este principio, Francis Crick formalizó el marco conceptual conocido como el Dogma Central de la biología molecular, el cual establece que la información fluye unidireccionalmente desde los ácidos nucleicos hacia las cadenas polipeptídicas: Este flujo secuencial opera mediante dos etapas acopladas: Transcripción: copia fiel de la secuencia nucleotídica de un segmento de DNA en una cadena equivalente de RNA, catalizada por la enzima RNA polimerasa. Traducción: descodificación del mensaje contenido en el mRNA para ensamblar una secuencia específica de aminoácidos en el ribosoma (véase «Mecanismos de la traducción y modificaciones postraduccionales»).

Por norma general, las proteínas no transfieren información hacia los ácidos nucleicos ni producen otras proteínas, aunque existen excepciones puntuales en las que el flujo transita retrospectivamente desde el RNA hacia el DNA mediante transcripción inversa (véase «Ingeniería genética: tecnología del DNA recombinante y clonación»). Asimismo, las variaciones en la secuencia de nucleótidos definen alelos distintos para un mismo gen, lo que puede derivar en cadenas de aminoácidos alteradas con funciones biológicas divergentes. COMPRUEBA 44 ¿Por qué el mRNA resultó ser un intermediario imprescindible según el modelo de Jacob y Monod?

El código genético y la lectura por tripletes El conjunto de directrices que rige la correspondencia entre el lenguaje de nucleótidos y el orden de aminoácidos en los polipéptidos se denomina código genético. Dado que existen solo cuatro bases nitrogenadas distintas para especificar los 20 aminoácidos estándar, combinaciones de una base (4 posibilidades) o de dos bases ( combinaciones) resultan numéricamente insuficientes. Por esta razón, la lectura se articula en grupos de tres bases consecutivas, una disposición designada como código del triplete. Al emplear agrupaciones de tres nucleótidos, el repertorio disponible alcanza combinaciones.

Cada una de estas palabras moleculares de tres bases en el mRNA se denomina codón. DNA RNA Prote nas ı ˊ 4 = 2 16 4 = 3 64 Ciclo Celular, Expresión Génica y Genómica: Apuntes 31 DEFINICIÓN Un codón es una unidad elemental de tres nucleótidos contiguos en el RNA mensajero que codifica un aminoácido determinado o actúa como señal para detener la síntesis de la proteína. De los 64 codones resultantes de la combinatoria de bases, exactamente 61 codones codifican aminoácidos, mientras que los 3 restantes actúan como señales de terminación o codones de parada (UAA, UAG y UGA).

Debido a que el número de tripletes codificantes supera ampliamente la cifra de 20 aminoácidos, el código genético presenta una propiedad intrínseca conocida como degeneración o redundancia: varios codones sinónimos pueden determinar la incorporación del mismo aminoácido (por ejemplo, tanto AAA como AAG codifican lisina). La lectura continua de estos tripletes establece un estricto marco de lectura. Si se produce la inserción o deleción de un único nucleótido en la secuencia, se desestabiliza el marco funcional (véase «Mutaciones genéticas y alteraciones cromosómicas»), alterando por completo la lectura de los codones subsiguientes y sintetizando un polipéptido aberrante.

COMPRUEBA 45 ¿Qué significa que el código genético sea degenerado o redundante? Estructura del promotor bacteriano y la holoenzima La síntesis del transcrito es ejecutada por la RNA polimerasa bacteriana. A diferencia de las DNA polimerasas que requieren cebador durante la duplicación cromosómica (véase «Replicación del DNA y telómeros»), la RNA polimerasa inicia la formación de cadenas de novo en sentido sin necesidad de un extremo hidroxilo preexistente. Para llevar a cabo la transcripción de manera selectiva, la enzima debe discriminar las regiones donde se sitúan los genes.

El núcleo catalítico (core) contiene el centro activo para la formación de los enlaces fosfodiéster, pero es incapaz de identificar por sí solo el punto de inicio. Para lograrlo, se asocia reversiblemente a una proteína reguladora llamada factor sigma ( ), constituyendo la holoenzima funcional. Esquema del promotor bacteriano mostrando las cajas conservadas -35 y -10. 5 3 σ Ciclo Celular, Expresión Génica y Genómica: Apuntes 32 El factor sigma reconoce y contacta directamente con regiones reguladoras específicas en el DNA de entre 40 y 50 pares de bases, denominadas promotores.

Dentro del promotor bacteriano típico destacan dos elementos de secuencia conservada o consenso situados antes del punto donde se transcribe el primer nucleótido, denominado sitio +1: Elemento regulador Secuencia consenso Posición relativa Función biológica Caja -35 5'-TTGACA-3' Aproximadamente 35 pares de bases río arriba (-35) Punto de contacto y anclaje inicial para el factor sigma. Caja -10 (Pribnow) 5'-TATAAT-3' Aproximadamente 10 pares de bases río arriba (-10) Reconocimiento y desenrollamiento local de la doble hélice.

En la nomenclatura molecular, las secuencias ubicadas antes del sitio de inicio (+1) se definen como situadas río arriba (con signo negativo), mientras que los nucleótidos que se transcriben hacia adelante se orientan río abajo (con valores numéricos positivos). ERROR FRECUENTE Un error recurrente en exámenes es asumir que la RNA polimerasa transcribe la hebra codificante. La enzima utiliza exclusivamente la hebra molde (o antimolde/no codificante, leída en sentido ) como patrón químico. La molécula de mRNA sintetizada comparte la secuencia y orientación de la hebra codificante, con la única salvedad de que contiene uracilos (U) en lugar de timinas (T).

3 5 5 3 Ciclo Celular, Expresión Génica y Genómica: Apuntes 33 Esquema de la burbuja de transcripción con síntesis de RNA. COMPRUEBA 46 ¿Qué componente confiere especificidad a la RNA polimerasa bacteriana para seleccionar el promotor correcto? Fases de la transcripción en bacterias La transcripción procariota ocurre como un proceso continuo estructurado en tres fases dinámicas: iniciación, elongación y terminación. Ciclo Celular, Expresión Génica y Genómica: Apuntes 34 Esquema conceptual de las tres etapas de transcripción en bacterias. Iniciación: La…