Las células: unidades mínimas de la vida Dra. Carmen Esandi [email protected]

Cómo podríamos definir a la célula?

• es el vehículo para la transmisión de la información hereditaria que define a la especie • es la menor unidad capaz de tomar materiales del ambiente para construir una nueva copia de sí misma

Las células almacenan información...

...Y todos los tipos celulares la almacenan con un mismo código químico: la doble hélice de ADN (ácido desoxirribonucleico).

LA CELULA •Material genético

Características generales

•Membrana •Citoplasma

Material genético: 1. Ácidos nucleicos: ADN y ARN Membrana: 1. Protección, límites 2. Regula la entrada y salida de materiales. 3. Regula las interacciones de la célula con el medio

Citoplasma: 1. Composición: Agua, sales, iones, proteínas, glúcidos, lípidos 2. Realización de procesos metabólicos 3. Ribosomas

ORIGEN DE LAS CELULAS PROCARIOTAS

Membrana ADN

Ribosomas La estructura básica de una célula procariota es bastante sencilla:

Células Procariotas (sin núcleo organizado)

• • • •

ADN circular Membrana Citoplasma: ribosomas Pared, pelos y flagelos

Los procariotas tienen una gran diversidad de formas y tamaños

Carecen de una estructura interna organizada

ADN unido a membrana

LA CELULA EUCARIOTA

LA MEMBRANA PLASMATICA

Separa y a la vez comunica a la célula con su entorno Permite mantener una composición estable del medio interno, diferente de la del entorno

Las membranas están formadas por bicapas de lípidos y proteínas

Medio extracelular

Citoplasma

EL NUCLEO

El núcleo contiene y protege al ADN

Cómo acomodar 2 m de ADN en un núcleo de 6 µm de diámetro?

El ADN se enrolla en torno a proteínas (histonas)

Nucleosomas

El Nucleolo Región del ADN con numerosas copias de genes que codifican para ARN ribosomal

Copiado continuo (transcripción)

ARN ribosomal pasa al citoplasma

ARN ribosomal + proteínas: RIBOSOMA

Poro nuclear

Numerosos poros atraviesan la membrana nuclear

Permiten el intercambio selectivo de moléculas entre el citosol y el nucleoplasma

Formados por una combinación de proteínas (>100): complejo del poro nuclear

LAS CELULAS SON ESTRUCTURAS ALTAMENTE ORGANIZADAS

El sistema de endomembranas

EL RETÍCULO ENDOPLASMÁTICO

Núcleo

RE rugoso (ribosomas): síntesis de proteínas

RE liso: síntesis de lípidos, detoxificación

Malla tridimensional, altamente plegada Conjunto de cisternas rodeadas por membranas, conectadas entre sí

Tráfico intracelular de vesículas

Los ribosomas y el sistema de endomembranas

LA CELULA EUCARIOTA

Cómo ingresar una proteína a la célula?

Extracelular

Citosol

Citosol

Proteína unida a receptor

LAS ORGANELAS

Por qué la célula degrada sus propias proteínas? • Para proveerse de nuevos aminoácidos • Para eliminar proteínas defectuosas, en exceso o innecesarias

Hay dos organelas que digieren proteínas dañadas o innecesarias:

• Lisosomas • Proteosomas

EL LISOSOMA

LOS PEROXISOMAS

En los peroxisomas se producen reacciones de oxidación.

Por qué no se caen las organelas en las células?

Citoesqueleto

EL CITOESQUELETO Complejo sistema de filamentos que: • da estructura interna a la célula (forma, resistencia). • permite redisponer componentes celulares para crecer y dividirse.

• realiza transporte interno de organelas y materiales. • posibilita desplazamientos celulares (reptar, nadar).

Tres tipos de filamentos

• Intermedios: confieren resistencia y fuerza mecánica. • Microtúbulos: determinan posición organelas y dirigen transporte intracelular. • Filamentos de actina: determinan la forma de la superficie celular y posibilitan locomoción.

Proteínas accesorias: roles estructurales y de transporte

LA MITOCONDRIA

Las mitocondrias de una célula glial de retina

La mitocondria tiene dos membranas muy diferentes entre sí

Membrana externa: rodea a la mitocondria

Membrana interna: con múltiples invaginaciones (crestas)

El núcleo de los eucariotas podría derivar de una invaginación de la membrana plasmática

La invaginación finalmente se liberó de la membrana

El interior nuclear es equivalente al citosol

Por qué algunas organelas tienen doble membrana?

Esquema de la endosimbiosis Mitocondrias Cloroplastos

La mitocondria podría haberse originado en la fagocitosis de una bacteria aeróbica por una bacteria pre-eucariota

La mitocondria retiene cierta autonomía: • contiene ADN • lumen no comunicado

Estructura y propiedades de los ácidos nucleicos Polinucleótido Unidad: nucleótido (B+P+A) Nucleósido (B + A)

N1 y N9: enlace glicosídico al C1´ del azúcar

Estructura y propiedades de los ácidos nucleicos

La doble hélice de ADN

Watson y Crick - Cambridge 1953 (Nobel 1962)

Propiedades Físicas 1- Caracter ácido de los nucleótidos se debe a la presencia de fosfato que se disocia a pH intracelular, libera H+ y confiere carga negativa al fosfato: In vivo se asocia a proteínas cargadas positivas 2- El azúcar con su OH es hidrofílico 3- Las bases son insolubles en agua: HIDROFOBICAS 4- Polimerización de nucleótidos O base 1- azúcar OH + HO-P-O- azúcar- base 2 OO base 1- azúcar -O-P-O-azúcar-base 2 + H2O Oenlace fosfodiester 5’-3’

La doble hélice de ADN

Watson y Crick - Cambridge 1953 (Nobel 1962)

Propiedades Físicas 2 5- Por qué desoxirribosa y no ribosa? DNA debe conservarse y ser estable El OH 2’ hace el RNA más inestable Ataque nucleofílico

ruptura del enlace fosfodiester

formación de fosfato 2’, 3’ cíclico

La estructura de los ácidos nucleicos les permitió aprender a duplicarse

LOS ÁCIDOS NUCLEICOS “APRENDIERON”A PERPETUARSE. 1. La copia de la “hebra patrón” es complementaria. 2 La copia de la copia es igual al “patrón” original

Hebra “ Patrón” o molde

Copia de la hebra Patrón

Consecuencias genéticas de la estructura del ADN • Contribución de Watson y Crick: elucidación de la estructura química del genotipo: análisis directo de los genes. • Nace la GENETICA MOLECULAR: el estudio de la naturaleza química y molecular de la información genética.

Consecuencias genéticas de la estructura del ADN • Gracias al modelo: - estructura variable de la mólecula: BASES. - modelo de la replicación. - capacidad de traducir esa información al genotipo: Dogma Central de la Biología Molecular. Tres vías importantes del flujo de la información dentro de una célula

Dogma central de la Biología Molecular

Tipos de ARN en E. coli Tipo

Cantidad relativa (%)

Coeficiente de sedimentación

N° de nucleótidos

ARN ribosomal ARNr

80

23 16 5

3700 1700 120

ARN de transferencia ARNt

15

4

75

ARN mensajero ARNm

5

Heterogeneo

Características de ARN eucariotas Tipo

Función

Sitio síntesis

ARNm - Citoplasmático ARNm - Mitocondrial ARNm mt

Transferencia de información genética del núcleo al citoplasma

- Nucleoplasma - Mitocondria

ARNt - Citoplasmático ARNt - Mitocondrial ARNt mt

Transferencia de aa al ARNm y reconocimiento de - Nucleoplasma secuencia - Mitocondria

ARNr -Citoplasmático ARNr

Rol estructural en ribosomas

-Nucleolo (5S en nucleoplasma) - Mitocondrial

ARN Heterogeneo nuclear ARNhn

Precursores de ARNm y otros ARN

Nucleoplasma

ARN pequeños nucleares

Rol estructural/ splicing

Nucleoplasma

- Mitocondrial ARNr mt

mRNA

TRADUCCION

Proteína

CODIGO GENETICO

20 aa

4 nucleótidos 1 grupo de nucl. para representar 1 aa

Si fueran 2 nucl.

42

16

insuficiente!

Si fueran 3 nucl.

43

64 códigos

“Código por tripletes (3 nucl.) que se leen a partir de un punto de inicio” cada triplete codón 64 codones 61 codones para aa 3 codones de stop

CODIGO GENETICO

CODIGO GENETICO

Mayoría de aa son codificados por más de un codón Excepción: Met- tript.

Distintos codones para 1 aa: SINONIMOS

Marco de Lectura: desde sitio de inicio hasta codón terminal

Código es DEGENERADO y UNIVERSAL

El ADN DE TODAS LAS CELULAS SOMATICAS EN UN MISMO ORGANISMO ES IDENTICO

CELULAS SOMATICAS

ACTIVACION GENICA

• La mayoría de los genes permanecen inactivos • Para fabricar las proteínas es necesario que se activen los genes correspondientes • Para diferenciarse en los distintos tipos celulares es necesario que se activen genes específicos