CITOESQUELETO

Las células eucariotas desarrollan sus funciones espaciales y mecánicas gracias a un sistema dinámico de
filamentos proteicos llamado citoesqueleto, el cual:
 Tiene funciones mecánicas.
 Mantiene la forma celular y nuclear.
 Participa en el movimiento celular, el desplazamiento intracelular de las organelas, en la división celular y en la
contracción muscular.

AUTOENSAMBLAJE y ESTRUCTURA de los FILAMENTOS.

El citoesqueleto está compuesto por un gran número de proteínas:
∙Proteínas formadoras de filamentos: tres familias de proteínas que se ensamblan formando los tres tipos de
filamentos principales: microfilamentos, filamentos intermedios y microtúbulos.
∙Proteínas accesorias: se asociación a las fibras del citoesqueleto.
∙Proteínas motoras: se mueven a lo largo de los filamentos con gasto de energía. Utilizan la energía obtenida a
partir de la hidrólisis de ATP en fuerza m ecánica.
Los filamentos del citoesqueleto se forman con subunidades proteínas solubles pequeñas, que se unen para
formar polímeros filamentosos largos, que se reorganizan rápidamente ante una señal. Los 3 tipos de filamentos del
citoesqueleto se forman por ensamblajes helicoidales de sus subunidades, que se asocian utilizando combinaciones
de contactos proteicos entre extremos y laterales. Todos están formados por uniones no covalentes débiles e
hidrofóbicas, los que les permite ensamblarse y desensamblarse rápidamente; aunque deben ser lo suficientemente
fuertes para soportar tensiones y no fracturarse.
Los filamentos del citoesqueleto combinan resistencia y adaptabilidad ya que están constituidos por múltiples
protofilamentos (largas cadenas lineales formadas por subunidades unidas extremo con extremo), que también se
asocian de forma lateral; estos protofilamentos se enrollan unos alrededor de otros formando una hélice.

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 FORMACIÓN DE FILAMENTOS en tubos de ensayo.
Ocurre en 3 etapas:
1. NUCLEACIÓN (fase lenta): para formar un filamento grande, las subunidades se tienen que ensamblar
en un agregado inicial, o núcleo, que está estabilizado mediante muchos contactos subunidad-subunidad, a
partir de los cuales puede alargarse con rapidez mediante la adición de más subunidades. Esta fase se
elimina si se añaden fragmentos de filamentos preexistentes.
2. ALARGAMIENTO (fase de crecimiento): consiste en una elongación rápida en la que las subunidades se
añaden a los extremos del filamento nucleado.
3. ESTADO ESTACIONARIO (fase de equilibrio): la velocidad de adición de nuevas subunidades en los
extremos del filamento se equilibra con su velocidad de disociación. La concentración de subunidades
libres en solución en este punto recibe el nombre de concentración crítica, la cual es igual a la constante
de velocidad de pérdida dividida por la constante de velocidad de adición ( Cc = koff/kon).

 MICROTÚBULOS
- Determinan las posiciones de los orgánulos rodeados de membrana y dirigen el transporte intracelular.
- Se encuentran dispuestos en forma de estrella en el citoplasma, originándose a partir del centro de una célula
en interfase, y pueden reorganizarse con rapidez formando el huso mitótico bipolar durante la división celular.
- Forman prolongaciones móviles en la superficie de la célula llamadas cilios y flagelos, o haces íntimamente
alineados que actúan a modo de pista para el transporte de materiales a lo largo de los axones neuronales.
- En las células vegetales, las hileras organizadas de microtúbulos cooperan formando el patrón de síntesis de la
pared celular.
Normalmente tienen un extremo unido a un centro organizador de microtúbulos (MTOC) llamado centrosoma.
Están formados subunidades de tubulina. Cada subunidad es un heterodímero formado por una molécula de
tubulina α y una de tubulina β que están unidas entre sí mediante enlaces no covalentes:
∙Tubulina α: se le une un GTP, el cual queda atrapado en la interfase del dímero y nunca puede ser hidrolizado
o expulsado. En extremo -.
∙Tubulina β: el nucleótido puede están en forma de GTP o GDP y ser hidrolizado. En extremo + (extremo más
dinámico donde tanto el crecimiento como la disociación se producen más rápidamente).
Un microtúbulo es una estructura cilíndrica hueca formada por 13 protofilamentos paralelos, cada uno de los
cuales está formado por moléculas de tubulina  y tubulina  que se alternan. Cuando los heterodímeros de tubulina
se ensamblan formando el microtúbulo cilíndrico hueco, se producen dos tipos de contactos proteína-proteína:
 A lo largo del eje longitudinal del microtúbulo, la “cabeza” de una molécula de tubulina  se una con la “cola”
de la molécula de tubulina  del heterodímero adyacente.
 Contactos laterales entre protofilamentos vecinos. Los contactos laterales principales se formando entre
monómeros del mismo tipo (-; -).

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 Los protofilamentos de un microtúbulo se ensamblan paralelamente, a partir de subunidades que apuntan en la
misma dirección, por lo que el microtúbulo tiene polos: las tubulina α expuestas en un extremo y las tubulina β en el
otro.
El proceso de polimerización de los microtúbulos se ve afectada por la presencia de un fármaco denominado
colchicina, que se une y estabiliza a las subunidades de tubulina libres, impidiendo que se unan a los microtúbulos
y, por ende, provocando su despolimerización.

 FILAMENTOS DE ACTINA
- Son relativamente flexibles y se curvan con facilidad.
- Determinan la forma de la superficie celular y son necesarios para la locomoción.
- Se encuentran debajo de la membrana plasmática de las células animales, proporcionándole fuerza y forma a
su delgada capa lipídica.
- Pueden formar muchos tipos de prolongaciones citoplasmáticas en la superficie celular como:
filopodios/lamelipodios, estereocilios y microvilli.
- Forman el anillo contráctil de actina que se ensambla de forma transitoria para dividir la célula en dos.
La subunidad de actina es una cadena polipeptídica globular simple, son monómeros. Cada subunidad dispone de
un lugar de unión para ATP (o ADP), el cual se encuentra dirigido hacia el extremo menos. Se ensamblan cabeza con
cola generando filamentos con distinta polaridad estructural.
Un filamento de actina está formado por dos protofilamentos paralelos que giran uno sobre el otro siguiendo una
hélice de rotación hacia la derecha.
El alargamiento del filamento se produce de forma espontánea cuando el ∆G para la unión de una subunidad
soluble es inferior a 0.
Su polimerización se ve afectada por la citocalasina, un fármaco que encasqueta los extremos más de los
filamentos, impidiendo su elongación, mientras que el filamento se va despolimerizando por su extremo menos.

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 POLARIDAD.
La orientación paralela y regular de sus subunidades proporciona a los filamentos de actina y a los microtúbulos su
polaridad estructural. Esta orientación determina que los dos extremos de cada polímero sean distintos, de manera
que tienen un efecto muy importante en las velocidades de crecimiento de los filamentos. Uno de los extremos de
cada fragmento se alarga mucho más rápido que el otro: el más dinámico de los dos, donde tanto el crecimiento
como la disociación se producen rápidamente, se llama extremo más; y el otro recibe el nombre de extremo menos.
 HIDRÓLISIS de ATP/GTP.
Los filamentos de actina y los microtúbulos son capaces de CONCENTRACIÓN CRÍTICA
hidrolizar ATP/GTP. En las subunidades libres la hidrólisis es lenta, El número de monómeros que se añaden
pero se acelera cuando las subunidades se unen a los filamentos. por segundo al polímero será proporcional
Poco después de la incorporación de una subunidad de actina o a la concentración de las subunidades
tubulina a un filamento, se produce esta hidrólisis; el grupo P es libres, pero las subunidades abandonarán
liberado de cada subunidad, pero el nucleósido difosfato el extremo del polímero a una velocidad
permanece atrapado en la estructura del filamento. Es por esto que constante que no depende de la
pueden existir 2 estructuras diferentes: concentración (C).
∙Forma T (T): con el ATP (filamentos de actina) o GTP (mt) A medida que el polímero va creciendo,
unido. Tiende al ensamblaje: la mayoría de las subunidades en las subunidades se van incorporando de
una célula viva están en T porque la concentración de ATP y forma que C cae hasta alcanzar un valor
GTP es mayor. constante denominado concentración
∙Forma D (D): con el ADP o GDP unido. Tiende al crítica (Cc). A dicha C, la velocidad de
desensamblaje. adición de subunidades es igual a la
Cc (D) > Cc (T) velocidad de pérdida.

Cuanto más tiempo haga que las subunidades se hayan unido al polímero, más probable es que hayan hidrolizado
su nucleótido. El hecho de que la subunidad del extremo de un filamento esté en forma T o D condicionará las
velocidades relativas de hidrólisis y de adición de subunidades:
- Si la velocidad de unión de subunidades es alta (el filamento está creciendo rápidamente) será más fácil que se
añada una nueva subunidad al polímero antes de que el nucleótido que se ha unido previamente haya sido
hidrolizado, de forma que el extremo del polímero permanecerá en la forma T, con un casquete de ATP o GTP:
cuando el nucleótido se hidroliza, gran parte de la energía liberada por la rotura del enlace P se almacena en el
polímero en forma de casquete.
- Si la velocidad de unión de las subunidades es baja, se puede producir la hidrólisis del nucleótido trifosfato
antes de que se añada la nueva subunidad y el extremo del filamento estará en la forma D.
Existen otros polímeros proteicos que también se unen e hidrolizan polímeros, como la dinamina que hidroliza
GTP.
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 INTERCAMBIO ROTATORIO
 Cuando ↑[subunidades libres], el extremo más del microtúbulo va a tender a añadir subunidades y por lo tanto
tiende al ensamblaje, es decir, a la forma T.
 Cuando inter½ [subunidades libres], el extremo más va a atender al ensamblaje, es decir a agregar más
subunidades con ATP (forma T), mientras que el extremo menos va a tender al desensamblaje, es decir, hidrolizar
ATP en ADP (forma D).
Este último hecho conduce a la propiedad del RECAMBIO ROTATORIO (treadmillig): el crecimiento del
filamento en el extremo más está exactamente equilibrado con la disociación del filamento en el extremo menos,
por lo que las subunidades oscilan rápidamente entre los estados libre y filamentoso, mientras que la longitud total
del filamento permanece constante. Este recambio en estado estacionario necesita un consumo constante de
energía a partir de la hidrólisis de nucleósidos trifosfato.

 INESTABILIDAD DINÁMICA
En el rango de concentraciones al que se observa en el recambio rotatorio, cualquier extremo que esté en forma T
crecerá, mientras que cualquier extremo que esté en forma D se acortará. En un filamento, un extremo podría
crecer durante un cierto periodo de tiempo en forma T, para cambiar repentinamente a la forma D y empezar a
disociarse con rapidez a pesar de que la concentración de subunidades libres se mantuviera constante;
posteriormente, podría de nuevo volver a la forma T y crecer de nuevo. Esta interconversión rápida entre un estado
de crecimiento y uno de disociación a una determinada concentración de subunidades libres se llama
INESTABILIDAD DINÁMICA. El cambio a un acortamiento rápido se llama CATÁSTROFE, y el cambio hacia el
crecimiento, RESCATE.
∙En la mayoría de células eucariotas, se considera que la inestabilidad dinámica predomina en los microtúbulos,
mientras que el intercambio rotatorio predomina en los filamentos de actina.
Para mantener constante una concentración de filamentos de actina y de microtúbulos, muchos de los cuales
están en proceso de recambio rotatorio o inestabilidad dinámica, la célula tiene que hidrolizar grandes cantidades de
nucleósidos trifosfato. Esto le permite a la célula una flexibilidad espacial y temporal inherente a un sistema
estructural en constante recambio. Las subunidades son pequeñas y pueden difundir con rapidez de un lado al otro
de la célula, ensamblándose a los extremos de filamentos preexistentes o en lugares concretos en los que las etapas
de nucleación estén catalizadas por proteínas específicas. Controlando los lugares de nucleación y de estabilización
selectiva, cada célula puede controlar la localización de sus sistemas de filamentos y, por lo tanto, su estructura.
Cuando las condiciones externas varían, la célula cambia su estructura de forma rápida.

 FILAMENTOS INTERMEDIOS
Son estructuras parecidas a cuerdas, que proporcionan fuerza y resisten al estrés mecánico. Están formadas por las
proteínas de los filamentos intermedios que constituyen una familia numerosa y heterogénea de proteínas:
Forman una malla llamada lámina nuclear que se localiza debajo de la membrana nuclear interna, generando
una red protectora para el ADN.
Se extienden a lo largo del citoplasma proporcionando a las células resistencia mecánica.
En un tejido epitelial, se extienden por el citoplasma desde una unión celular hasta la otra y proporcionan
resistencia al epitelio entero.
Constituyen los tonofilamentos de los desmosomas y uniones intermedias.
Solo forman filamentos citoplasmáticos en algunos metazoos, incluyendo vertebrados, nematodos y moluscos; no
son necesarios en el citoplasma de todos los tipos celulares.
Los polipéptidos individuales de los filamentos intermedios son moléculas alargadas que presentan un dominio
central en hélice α que se enrosca con otro monómero igual formando una superhélice:
 Un par de dímeros paralelos se asocian formando un tetrámero inestable.
 El tetrámero representa a la subunidad, y está formado por dos dímeros apuntando hacia direcciones
opuestas, por lo que sus dos extremos son iguales (no polaridad).
 Los tetrámeros empaquetan lateralmente entre sí dando lugar al filamento formado por 8 protofilamentos en
paralelo constituidos por tetrámeros.
 Cada filamento intermedio tiene una sección transversal de 32 hélices enrolladas.

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  El desensamblaje de las subunidades puede ser regulado por la fosforilación de proteínas.
Los principales tipos de proteínas de los filamentos intermedios son:
 Láminas nucleares: son proteínas filamentosas que forman una red que delimita la membrana nuclear
interna, proporcionando lugares de anclaje a cromosomas y poros nucleares.
 Queratina: familia de filamentos intermedios más diversa. Se encuentran en las células epiteliales y sus
derivados. Cada filamento de queratina está compuesto por una cantidad idéntica de cadenas de queratina tipo
I (ácidas) y tipo II (básicas). Estas cadenas se unen a heterodímeros para formar la unidad tetramérica. Las redes
de queratina se mantienen unidas por puentes disulfuro, y pueden sobrevivir incluso después de la muerte de
sus células, formando cubiertas resistentes como en las capas externas de la piel y del cabello, las uñas, las
garras y las escamas.
 Neurofilamentos: filamentos intermedios a lo largo de los axones de las neuronas de los vertebrados.
 Vimentina: filamentos intermedios en células de origen mesenquimático, sanguíneas y fibroblastos.
 Desmina: relacionada con la Vimentina. Se expresa en todos los tipos de músculo, brindando soporte
estructuras. También forma desmosomas.

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 FILAMENTO Microtúbulos Microfilamentos Filamentos intermedios
SUBUNIDAD Dímero de tubulina  y Actina. Tetrámero fibroso.
. Lámina, NF.
Vimentina y queratina.
NTP GTP ATP -
PROTOFILAMENTO 13 polarizados: 2 polarizados: -hélice. 8 no polarizados: -
- Extremo (+): T hélice.
- Extremo (-): T
PRINCIPALES ∙TURC. ∙ARP y formina. ∙Plectina.
PROTEÍNAS ∙Entactina. ∙Profilina y timosina.
ACCESORIAS
∙MAP, Tau. ∙-actinina, troponina y
∙Plectina. tropomiosina.
∙Fimbrina, villina, espectrina
y filamina.
PROTEÍNAS ∙Quinesinas. ∙Miosinas.
MOTORAS -
∙Dineínas.
ESTRUCTURAS QUE  Husos.  Sarcómero. Lámina nuclear.
FORMAN  Centríolos.  Anillo contráctil. Fibras desmosomas.
 Flagelos y cilios.  Pseudópodo, lamelipodio y Neurofilamentos.
 Cospúsculo basal. filopodio. Red de queratina.
 Córtex.
 Microvellosidades.
FUNCIÓN -Transporte intracelular. -Contracción. -Resistencia.
-División celular. -Movilidad. -Anclaje.
-Movilidad. -Fagocitosis.
-Forma y superficie celular.

REGULACIÓN DE FILAMENTOS.
La célula regula la longitud y la estabilidad de sus filamentos, y también su número y su geometría, a través de un
gran conjunto de proteínas accesorias que se unen a los filamentos o a las subunidades libres.

 Microtúbulos.
Además de la tubulina  y , hay otro tipo de tubulina denominada  que está implicada en la nucleación del
crecimiento de los microtúbulos. Generalmente, los microtúbulos se nuclean a partir de una localización intracelular
conocida como centro organizador de microtúbulos (MTOC). El mismo los nuclea a partir de su extremo
menos, en un anillo complejo de tubulina  (-TuRC) que actúa de base para crear un microtúbulo con 13
protofilamentos, de forma que su extremo más va creciendo a partir de cada MTOC.
En las células animales existe un MTOC denominado centrosoma, que se localiza cerca
del núcleo. Los mismos están formados por una matriz centrosómica fibrosa que contiene
muchos -TuRC, y en el centro un par de estructuras cilíndricas dispuestas en ángulo recto
denominadas centriolos. Los centriolos están formados por un cilindro corto de
microtúbulos modificados y un gran número de proteínas accesorias, y se encargan de
organizar la matriz, asegurando su duplicación en cada ciclo celular al duplicarse a sí
mismos.
Cuando los filamentos han sido nucleados, generalmente se alargan por adición de subunidades solubles. Como
mecanismo de regulación de la polimerización de los microtúbulos, la célula secuestra a las subunidades de tubulina

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no polimerizadas a través de la estatmina, que se une a 2 heterodímeros de tubulina e impide su unión a los
extremos de los microtúbulos. De esta manera disminuye la concentración efectiva de las subunidades de tubulina
disponibles para la polimerización.
La fosforilación de la estatmina inhibe su unión a la tubulina.
Algunas proteínas de los extremos de los microtúbulos tienen otras funciones:
 Afectan la inestabilidad dinámica de los microtúbulos.
 Influyen en la velocidad en la que cambian de un estado de crecimiento a uno de despolimerización o
viceversa.
 Controlan su posición y dirigen el extremo en crecimiento hacia proteína diana.

 Filamentos de actina.
Los filamentos de actina se nuclean en o cerca de la membrana plasmática. La capa situada bajo la membrana
plasmática se llama córtex celular y los filamentos de actina de la misma son los responsables de la forma y el
movimiento de la superficie de la célula.
Frecuentemente, la nucleación de los filamentos de actina está regulada por señales externas, lo cual permite a las
células cambiar rápidamente su forma y rigidez, respondiendo a los cambios de su entorno. Esta nucleación puede
estar catalizada por dos tipos distintos de factores reguladoras: el complejo ARP, que incluye a dos proteínas
relacionadas con la actina, y las forminas.
El complejo ARP nuclea el crecimiento de los filamentos de actina a partir del extremo menos y posibilita de este
modo un alargamiento rápido de los mismos por el extremo más. Dado que cumple su función más eficientemente
cuando está unido lateralmente a un filamento viejo de actina, ensambla redes de actina ramificadas con textura de
gel.
Las forminas nuclean el crecimiento de los filamentos rectos y no ramificados que pueden ser entrecruzados por
otras proteínas formando haces paralelos. Consisten en proteínas diméricas que se asocian al extremo más en
rápido crecimiento, permitiendo la unión de nuevas subunidades.
Cuando los filamentos han sido nucleados, generalmente se alargan por adición de subunidades solubles. Para
impedir la polimerización de los filamentos o hacerla menos favorable, la célula utiliza proteínas como la timosina, la
cual no permite que los monómeros se asocien ni al extremo menos ni al extremo más de los filamentos de actina, y
tampoco pueden hidrolizar o cambiar el nucleótidos que llevan unido.
Para poder utilizar dichos monómeros que se encuentran “secuestrados” por la timosina, la célula utiliza una
proteína denominada profilina. La misma se une al monómero en la cara opuesta al lugar de unión al ATP,
bloqueando el lugar al que se asociaría el monómero con el extremo menos del filamento, al tiempo que deja
expuesto el lugar que se une al extremo más. Al unirse el monómero al extremo más, se induce un cambio
conformacional de la actina, la cual disminuye su afinidad por la profilina, por lo que la misma se disocia, dejando al
filamento con una subunidad más.
Existen diferentes tipos de mecanismos intracelulares que regulan la actividad de la profilina, incluyendo la
desfosforilación de la propia profilina o la unión de la misma a lípidos.
En las células animales, los filamentos de actina están organizados en dos tipos de disposiciones: en haces
(producidos por las forminas) y en redes parecidas a geles (formadas por el complejo ARP). Las proteínas de
entrecruzamiento de los filamentos de actina que ayudan a estabilizar y mantener estas estructuras pueden dividirse
en dos clases:
 Proteínas que forman haces: entrecruzan los filamentos de actina de forma paralela. Entre ellas
encontramos:
∙Fimbrina: entrecruza los filamentos en haces muy juntos no contráctiles.
∙ -actinina: empaquetamiento laxo que permite la contracción.
∙Villina: junto con la fimbrina, ayuda a entrecruzar 20-30 filamentos de actina empaquetándolos
estrechamente, como en los microvilli.
 Proteínas que forman geles: mantienen unidos los filamentos de actina en intersecciones en diagonal, dando
lugar a redes laxas. Tienen sus dos dominios de unión separados a una distancia suficiente que permite formar
geles tridimensionales. Entre ellas encontramos:
∙Filamina: entrelaza dos filamentos en ángulo recto. La encontramos en lamelipodios, proyecciones de
membrana que permite a las células arrastrarse por superficies sólidas.

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 ∙Espectrina: genera una red o córtex celular por debajo de la membrana plasmática, que proporciona un
suporte mecánico a la misma. Colabora en el mantenimiento de la forma y la rigidez de la membrana.
Ambos tipos de proteínas entrecruzadoras tienen dos lugares de unión al filamento de actina y pueden ser
monoméricas, diméricas o tetraméricas.

Las estructuras del citoesqueleto de actina proporcionan rigidez o cambian la forma de la membrana plasmática,
como en el caso de:
 Red de espectrina-actina que yace debajo de la membrana plasmática de los eritrocitos.
 Haces de villina-actina de los microvilli que incrementan la superficie de absorción en células epiteliales.
La efectividad de éstas estructuras depende tanto del empaquetamiento y del entrecruzamiento de los filamentos
de actina como de la unión específica entre éstas estructuras y las proteínas o lípidos de la membrana plasmática.
La familia ERM une los filamentos de actina a la membrana plasmática:
- Su dominio C-terminal se une a los filamentos de actina.
- El dominio N-terminal se une a la cara citoplasmática de algunas glucoproteínas transmembrana (unión
mediada por señales intra y extracelulares).

HACES DE ESTRÉS: haces contráctiles de actina y miosina II.

 Filamentos intermedios.
Los filamentos intermedios están empaquetados y entrecruzados formando hileras compactas. Se mantienen
unidos por proteínas accesorias como:
∙Filagrina: empaqueta los filamentos de queratina en las células en diferenciación de la epidermis.
∙Plectina: empaqueta los filamentos de vimentina y los une a los microtúbulos, a los filamentos de actina y los
filamentos de la proteína motora miosina II.

TIPO DE PROTEÍNA FILAMENTOS DE ACTINA MICROTÚBULOS

- Timosina. - Estatmina.
Unión a subunidades solubles.
- Profilina.
Fragmentación de filamentos. - Gelsolinas. - Catanina.
Estabilizadoras/desestabilizadoras - Tropomiosina. - MAP.
. - Cofilina.
Estabilizadoras/desestabilizadoras - CapZ. - Factores catástrofe.
de los extremos. - Tropomodulina. - MAP.

 Proteínas fragmentadoras.
Una célula puede romper un filamento largo ya existente en muchos filamentos más cortos, generando una gran
cantidad de extremos nuevos. Los mismos pueden nuclear la elongación de un filamento, acelerando su ensamblaje,
o pueden inducir la despolimerización de los filamentos viejos, aumentando la velocidad de despolimerización.
Para romper un microtúbulo se han de romper 13 enlaces longitudinales, 1 por cada protofilamento, a través de
una proteína denominada catanina. La misma está formada por 2 subunidades, una de ellas (pequeña) hidroliza ATP
y realiza la fragmentación, y la otra (mayor) dirige la catanina hacia el centrosoma. Esta fragmentación requiere ATP.
La fragmentación de los filamentos de actina no requiere energía extra y está mediada por la familia de la
gelsolina, cuya actividad se activa por un incremento de los niveles de Ca 2+ citosólico.

 Proteínas estabilizadoras/desestabilizadoras.
Cuando se forma un filamento por nucleación y elongación a partir del conjunto de subunidades solubles, su
estabilidad y propiedades dinámicas se ven modificadas por unas proteínas que se pueden unir lateralmente al
polímero.
En los microtúbulos encontramos las proteínas asociadas a microtúbulos (MAP), las cuales los estabilizan evitando
su desensamblaje. Estas MAP tienen por lo menos un dominio mediante el cual se unen a la superficie de los
microtúbulos y otro que se proyecta hacia su exterior, cuya longitud determina la distancia de empaquetamiento
entre distintos microtúbulos.
En los filamentos de actina encontramos:
∙Tropomiosina: estabiliza el filamento de actina y evita que se una a otras proteínas.

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 ∙Cofilina: desestabiliza los filamentos de actina.

 Proteínas estabilizadoras/desestabilizadoras de los extremos.

En los filamentos de actina, la unión de una proteína casquete al extremo más, estabiliza dicho extremo lo cual
enlentece la tasa tanto de crecimiento como de despolimerización al inactivar el extremo más.
En las células musculares, CapZ estabiliza el extremo más y la tropomodulina el menos, lo cual permite alargar la
vida media de los filamentos.
En los microtúbulos encontramos:
∙Factores catástrofe: de la familia de la quinesina-13. Aumentan la velocidad de catástrofe, originando
microtúbulos más cortos y dinámicos.
∙Proteínas MAP: disminuyen la velocidad de catástrofes o aumentan la velocidad de crecimiento, originando
microtúbulos más largos y menos dinámicos.

MOTORES MOLECULARES – proteínas motoras.

Entre estos encontramos a las proteínas motoras, las cuales se unen a los filamentos polarizados y utilizan
energía derivada de ciclos repetidos de hidrólisis de ATP para deslizarse sobre ellos. Se diferencian según:
 Tipo de filamento al que se unen.
 Sentido en el que se desplazan a lo largo del filamento: depende de la polaridad estructural de la vía de
filamento.
 Carga que transportan.
Se asocian a sus vías de filamentos mediante regiones apicales o “cabeza” llamadas dominios motores que unen
ATP y lo hidrolizan. Estos determinan la identificación de la vía y la dirección del desplazamiento, mientras que las
colas de las proteínas motoras determinan el tipo de carga y, por tanto, la función biológica de cada proteína.
El ciclo mecánico-químico que les permite desplazarse a lo largo del filamento consta de los siguientes pasos:
∙ Unión al filamento.
∙ Cambio conformacional.
∙ Liberación del filamento.
∙ Relajación conformacional.
∙ Nueva unión al filamento.

Hay tres grupos principales de proteínas motoras: miosinas, quinesinas y dineínas.

La célula puede regular la función de la proteína motora, lo cual permite cambiar la localización de los orgánulos
rodeados de membrana por todos los movimientos celulares.
El desplazamiento hacia el interior es sin interrupciones y rápido.
El desplazamiento hacia el exterior es con interrupciones y con etapas de retroceso.

En las células en interfase, las proteínas motoras participan en el transporte y posicionamiento de los orgánulos
rodeados por membrana:
 Los movimientos centrípetos de los orgánulos hacia el centro celular requirieren la acción de las proteínas
motoras que se dirigen hacia los extremos -. Dineína citoplasmática.
 Los movimientos centrífugos, hacia la periferia celular, requieren proteínas dirigidas hacia los extremos +.
Quinesina.
Los diferentes tipos de colas y sus cadenas ligeras asociadas sobre proteínas motoras específicas, permiten a estas
proteínas unirse de forma específica a los orgánulos que transportarán.

MIOSINA.
Interactúan con FILAMENTOS DE ACTINA.
Existen muchos tipos de miosina, pero la principal es la miosina II (tiene dos cabezas) presente en el músculo
esquelético, que genera la fuerza de la contracción muscular. La misma consiste en una proteína alargada formada
por 2 cadenas pesadas y 2 copias de 2 cadenas ligeras:
Cada cadena pesada tiene un dominio apical globular en su extremo N-terminal que contiene la maquinaria
generadora de la fuerza, seguida de una secuencia de AA larga que forman un dominio helicoidal que se
empaqueta con las colas de otras moléculas de miosina.
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 Las cadenas ligeras se unen cerca del dominio apical.
Las moléculas de miosina interactúan cola-cola, formando grandes “filamentos gruesos” bipolares formados por
cientos de cabezas globulares, que en los extremos del filamento se hallan orientadas en sentidos opuestos.
Cada cabeza de miosina une e hidroliza ATP, utilizando la energía de la hidrólisis para “caminar” hacia el extremo +
del filamento de actina. La orientación opuesta de las cabezas en el filamento grueso hace que el filamento sea
eficiente para deslizar pares de filamentos de actina orientados de forma opuesta, acercándolos entre sí.

∙CONTRACCIÓN MUSCULAR:
Depende del deslizamiento de grupos de filamentos de actina organizados contra grupos de miosina II, dirigido por
el ATP. El acortamiento de los sarcómeros se produce al deslizarse los filamentos de miosina sobre los de actina, sin
ningún cambio en la longitud de los filamentos.
La entrada de Ca2+ al citosol inicia la contracción de cada miofibrilla.
El citoplasma de una fibra (célula) muscular está repleto de miofibrillas (subunidad), compuestas por
miofilamentos, los cuales forman sarcómeros (unidad funcional de la miofibrilla, ubicado entre dos líneas z) y dan
aspecto estriado transversal.
Los sarcómeros, como mencionamos, están formados por un conjunto ordenado y parcialmente superpuesto de
miofilamentos delgados y gruesos:
- Filamentos delgados: formados por ACTINA y por proteínas asociadas.
 Sus extremos más están unidos al disco Z en el extremo de cada sarcómero.
 Sus extremos menos están escasquetados y se extienden hacia el centro del sarcómero, donde se
superponen a los filamentos gruesos.
- Filamentos gruesos: ensamblajes bipolares de MIOSINA II.
El acortamiento de los sarcómeros se produce al deslizarse los filamentos de miosina sobre los filamentos delgados
de actina, sin que se produzca ningún cambio en la longitud total de cada uno de los filamentos. Los filamentos
gruesos bipolares se desplazan hacia los extremos más de dos grupos de filamentos delgados orientados en
direcciones opuestas, y dirigidos por cabezas de miosina situadas de forma que interactúan con cada uno de los
filamentos delgados.
 Cada filamento grueso de miosina tiene cerca de 300 cabezas, y cada cabeza realiza alrededor de 5 ciclos
por segundo durante una contracción rápida.
Proteínas accesorias producen la uniformidad del filamento, la longitud y el espaciado de los sarcómeros:
- -actinina y CapZ: forman el disco Z, al cual están unidos los extremos más de los filamentos de actina. El
mismo forma un casquete en los filamentos (impidiendo su despolimerización) y los mantiene unidos.
- Nebulina: se extiende desde el disco Z hasta el extremo (-) del filamento de actina. Determina la longitud
precisa de cada filamento.
- Tropomodulina: encasqueta y estabiliza el extremo (-) de los filamentos delgados.
- Titina: actúa como resorte uniendo el disco Z con el filamento grueso de miosina.

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 - Tropomiosina y troponina: regulan la interacción entre miosina y actina según la concentración de Ca 2+.

Etapas:
1. Unión: la cabeza de la miosina se encuentra fuertemente unida a la actina del filamento fino.
2. Liberación: un ATP se une a la cabeza de la miosina, produciendo un cambio conformacional que
desestabiliza su unión con la actina (reduciendo su afinidad) y separándola del filamento fino.
3. Flexión/movimiento: el ATP se hidroliza, por lo que la cabeza de la miosina se flexiona hacia adelante.
4. Generación de fuerza: se libera el Pi y se refuerza la unión de la miosina con la actina. Se provoca el “gran
golpe de potencia” y la cabeza pierde el ADP: la cabeza de la miosina vuelva a su posición original - el
filamento fino se desliza sobre el grueso.
5. Unión: la cabeza está unida a la actina, lista para recibir una nueva molécula de ATP para que el ciclo vuelve a

repetirse.
La contracción sólo se produce cuando una señal se transmite desde el nervio motor al músculo esquelético, y
posteriormente, un sistema especializado de membranas transmite la señal rápidamente a través de toda la célula.
La señal procedente del nervio induce un potencial de acción en la membrana plasmática de la célula muscular;
esta excitación eléctrica se extiende con rapidez a través de una serie de sáculos membranosos, los túbulos T, que se
extienden desde la parte interna de la membrana plasmática alrededor de cada miofibrilla. La señal se desplaza a
través de un pequeño orificio del retículo sarcoplasmático, una red adyacente de retículo endoplasmático
modificado que envuelve cada miofibrilla.
Cuando el potencial de acción entrante activa un canal de Ca 2+ en la membrana del túbulo T, una entrada de Ca 2+
provoca la apertura de los canales liberadores de Ca 2+ en el retículo sarcoplasmático. El Ca 2+ fluye hacia el citosol y se
inicia la contracción de cada miofibrilla.
El incremento de la concentración de Ca 2+ es transitorio, ya que es rápidamente bombeado de nuevo hacia el
retículo sarcoplasmático por una bomba de Ca 2+ dependiente de ATP.
La dependencia de Ca2+ de la contracción se debe a un conjunto de proteínas accesorias que están relacionadas
con los filamentos delgados de actina:
 La tropomiosina, que se une a lo largo de la ranura de la hélice de actina.
 La troponina, un complejo de 3 péptidos, las troponinas T, I y C.
La troponina I se une a la actina y a la troponina T. El complejo troponina I-T empuja las tropomiosinas fuera de su
lugar de unión, a una posición a lo largo del filamento de actina que interfiere con el lugar al cual se unen las cabezas
de miosina, impidiendo la interacción generadora de fuerza. Cuando los niveles de Ca 2+ citosólico se incrementan, la
troponina C (que puede unir 4 moléculas de Ca 2+) induce la liberación de la troponina I de la actina, lo cual permite a
12
la tropomiosina regresar a su posición habitual de forma que las cabezas de miosina pueden desliarse a lo largo de
los filamentos de actina.

QUINESINA.
Las quinesinas son un grupo de proteínas motoras que se desplaza a lo largo de los microtúbulos. Están formadas
por dos cadenas pesadas y dos cadenas ligeras; estas forman dos cabezas globulares que actúan de dominios
motores y una cola helicoidal alargada responsable de la dimerización de la cadena pesada.
La mayoría de ellas tienen el dominio motor en el extremo N-terminal de la cadena pesada y se dirigen hacia el
extremo + de los microtúbulos.

DINEÍNAS.
Proteínas motoras que se dirigen a los extremos – de los microtúbulos. Son los motores moleculares conocidos de
mayor tamaño y rapidez. Están formadas por 2 o 3 cadenas pesadas y un número grande y variable de cadenas
intermedias y cadenas ligeras asociadas.
Tienen 2 ramas principales:
- Dineínas citoplasmáticas: importantes para el tráfico de vesículas y la localización del Golgi cerca del centro
de la célula.
- Dineínas axonemales: especializadas en el desplazamiento de los microtúbulos en los cilios y flagelos.

CILIOS y FLAGELOS
Son estructuras móviles formadas por microtúbulos y dineína:
∙Los flagelos, mediante su movimiento ondulante permiten a las células nadar por los medios líquidos.
∙Los cilios son más cortos y su movimiento es parecido al movimiento de una brazada, puede empujar a las
células a través de un fluido o puede desplazar un fluido por encima de la superficie de un grupo de células de
un tejido.
El movimiento de éstos está producido por el batido de su parte
central llamada AXONEMA, formado por microtúbulos y proteínas
asociadas:
 9 dobletes de microtúbulos (con uno completo y la mitad de
otro) que están organizados alrededor de 2 microtúbulos
centrales  9+2.
Las moléculas de dineína ciliar forman puentes entre los
microtúbulos alrededor del círculo del axonema. Cuando se activa el
dominio motor de la proteína, las moléculas de dineínas unidas a un
doblete de microtúbulos intentan (inútilmente) desplazarse hacia el siguiente, y dicha fuerza ejercida se convierte en
movimiento de flexión.
Unas estructuras llamadas corpúsculos basales unen firmemente los cilios y flagelos por su base a la superficie
celular. Tienen la misma forma que los centriolos: 9 tripletes de microtúbulos fusionados.

COMPORTAMIENTO CELULAR
La construcción del huso mitótico es un ejemplo de la capacidad de autoorganización de los equipos de proteínas
motoras en interacción con los filamentos dinámicos del citoesqueleto: los haces en interfase de los microtúbulos se
desensamblan completamente y se reorganizan formando la estructura del huso bipolar que es la responsable de
segregar a los cromosomas replicados con una fidelidad perfecta en las dos células hijas.
En las primeras etapas de la mitosis, la longitud de los microtúbulos se reduce y se vuelven mucho más dinámicos.
Su nucleación y ensamblaje se incrementa en las zonas alrededor de los cromosomas condensados, mientras que
proteínas motoras construyen un huso bipolar a partir de la masa desorganizada de microtúbulos.

Muchas células, en lugar de utilizar cilios o flagelos, se desplazan arrastrándose sobre superficies, proceso
complejo altamente integrado, dependiente del córtex de actina situado bajo la membrana plasmática. En él están
implicadas 3 actividades:

13
 1. Protuberancia: mediante la cual las estructuras ricas en actina son empujadas hacia el frente celular. Es la
primera etapa de la locomoción y está dirigida por fuerzas generadas por la polimerización de actina que
impulsan a la M.P. hacia delante. Distintos tipos celulares generan distintos tipos de estructuras
protuberantes:
∙Filopodios: se forman en conos en crecimiento y fibroblastos. Son unidimensionales y contienen un núcleo
de filamentos de actina dinámicos.
∙Lamelipodios: se forman en células epiteliales y fibroblastos. Son estructuras laminares bidimensionales.
Están formados por una red de filamentos de actina entrecruzados que descansan en un plano paralelo al
sustrato sólido.
∙Pseudópodos: en amebas y neutrófilos. Son proyecciones 3D formadas por un gel filamentoso de actina.
2. Adhesión: el citoesqueleto de actina conecta la membrana plasmática con el sustrato.
3. TRACCIÓN: la mayor parte de citoplasma es dirigido hacia adelante.
Aunque para que se produzca cualquier tipo de arrastre es necesario un cierto grado de adhesión al sustrato, las
células con más adherencia se desplazan más lento que aquellas con adherencia débil, por lo que las velocidadades
de adherencia y de locomoción son inversas.
En las células que se arrastran, generalmente los lugares de unión se forman en el frente celular y permanecen
estacionarios hasta que la célula se desplaza. Los lugares de adhesión establecidos en el frente de avance actúan de
puntos de anclaje, que le permiten a la célula generar tracción con el sustrato y empujar el cuerpo celular hacia
delante.
La migración celular es un ejemplo de un proceso que necesita comunicación y coordinación de larga distancia
entre los dos extremos celulares. Durante la migración dirigida es importante que el frente de avance de la célula sea
estructural y funcionalmente distinto que el extremo posterior. Las grandes coordinaciones del citoesqueleto
permiten establecer la polaridad celular, según la cual una célula construye estructuras diferentes con componentes
moleculares distintos en el frente respecto al extremo posterior o en la parte apical respecto a la parte basal. El
movimiento celular necesita una polarización inicial de la célula en un sentido determinado.
Para colaborar en la organización de un desplazamiento persistente en una dirección determinada, las células
utilizan sus microtúbulos junto con sus filamentos de actina. Se cree que la activación de receptores en un extremo
de la célula podría no sólo estimular allí la polimerización de actina (y pr tanto la protuberancia local) sino también
activar de forma local a las proteínas motoras tipo dineína que desplazarían el centrosoma empujando los
microtúbulos.

Quimiotaxis.
Es un desplazamiento celular en un sentido, controlado por un gran gradiente de una sustancia química que
difunde. Diferentes señales externas activan proteínas para establecer una gran polaridad celular que va a
influenciar la organización del sistema necesario para la motilidad celular.
La dirección de la migración celular también puede estar influida por sustancias químicas no difusibles unidas a la
ME₵ o a la superficie de las células.

Neuronas.
Las neuronas envían hacia el exterior una serie de extensiones celulares largas y especializadas que les permitirán
recibir señales eléctricas (dendritas) o transmitir estas señales hacia células diana (axones).
En los axones, todos los microtúbulos es’ tan orientados en la misma dirección, con sus extremos (-) apuntando
hacia la parte posterior del soma y sus extremos (+) dirigidos hacia el terminal axonal, y organizados en haces
superpuestos. Hay dos tipos de transporte axonal:
∙Transporte axonal anterógrado: llevado a cabo por miembros de la familia de las quinesinas.
∙Transporte axonal retrógrado: los componentes viejos de los axones vuelven hacia el soma celular para su
degradación y reciclaje. Se produce a lo largo de los mismos microtúbulos orientados y está producido por la
dineína citoplasmática, que se dirige hacia los extremos (-).
Las dendritas son proyecciones más cortas que los axones y reciben señales sinápticas. Todos los microtúbulos
están dispuestos en paralelo unos con otros, y con sus polaridades mezcladas, de forma que algunos tienen sus
extremos más apuntando hacia los extremos de las dendritas, mientras los de otros apuntan hacia el cuerpo celular.

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 ADHERENCIA ₵-₵ y ME₵
La formación, composición, arquitectura y función de los tejidos animales depende de la adhesión:
 Entre células: generan vías de comunicación que permiten el intercambio de señales que coordinan el
comportamiento y regulan sus patrones de expresión génica.
 Células con la ME₵: controla la orientación de la estructura intracelular.
La formación y destrucción de estas uniones, y la remodelación de la ME₵, controlan la manera en la que las
células se desplazan en el organismo, guiándolas mientras el mismo crece, se desarrolla y se repara.
∙En Tejido Epitelial  ejercen la resistencia mecánica.
∙En Tejido Conectivo  proporciona resistencia de tensión y compresión.
Existen 4 clases funcionales de uniones:
 UNIONES DE ANCLAJE: transmiten tensiones y son sostenidas por los filamentos del citoesqueleto
intracelular.
- Zonas de anclaje de filamentos de actina:
 Uniones adherentes (₵-₵).
 Uniones focales (₵-ME₵).
- Zona de anclaje de filamentos intermedios:
 Desmosomas (₵-₵).
 Hemidesmosomas (₵-ME₵).
 UNIONES OCLUSIVAS: sellan los espacios entre las células epiteliales constituyendo una barrera
impermeable (o selectivamente permeable).
 Uniones estrechas (vertebrados).
 Uniones septadas (invertebrados).
 UNIONES FORMADORAS DE CANALES: generan conductos que comunican los citoplasmas de las células
adyacentes.
 GAP (animales).
 Plasmodesmosomas (vegetales).
 UNIONES TRANSMISORAS DE SEÑAL: permiten transmitir señales de célula a célula a través de sus
membranas plasmáticas en las regiones de contacto ₵-₵.
 Sinapsis química (sistema nervioso)
 Sinapsis inmunológica (sistema inmune)
 Contactos intercelulares de señalización.
 Transmembrana ligando-receptor.

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 UNIONES OCLUSIVAS/ESTRECHAS
Sellan los espacios intercelulares de los epitelios generando una
barrera que impide la difusión de moléculas a través de la lámina
epitelial. Son impermeables, pero permiten el paso de pequeñas
moléculas (su permeabilidad varía según el epitelio). Funcionan como
barreras para:
- Trasvase transepitelial.
- Difusión de proteínas y lípidos entre dominios apical y basolateral
de la M.P.
- Difusión de solutos y agua entre células  transporte paracelular
(importante para la absorción de AA y monosacáridos).
Estas uniones están compuestas por una red de cordones selladores que rodean la zona apical:
 Cada cordón se compone de una hilera de proteínas transmembrana de adhesión que se encuentran en la
M.P. de ambas células en contacto; sus dominios extracelulares interaccionan entre sí directamente.
 Los cordones selladores están formados por claudinas y ocludinas que se asocian a los filamentos de actina a
través de proteínas intracelulares ZO. Las ZO interactúan con proteínas citosólicas para desencadenar
cascadas de señalización.

UNIONES FORMADORAS DE CANALES: GAP

Generan canales que comunican los citoplasmas de células adyacentes
permitiendo el transporte de iones y pequeñas moléculas.
Existen 2 tipos de proteínas formadoras de canal:
∙Inexinas.
∙Conexinas: son las más abundantes. Presentan 4 hélices transmembrana. 6
Conexinas se ensamblan formando un hemicanal o conexón.
Los canales:
 Están formados por 2 conexones de células adyacentes que se alinean.
 Comunican ambos citoplasmas por un canal acuoso (diámetro de 1,5nm).
 Permiten el acoplamiento eléctrico y metabólico entre células, dejando
pasar iones y pequeñas moléculas de peso menor a 1000 Da (no permite
pasar macromoléculas como proteínas, ácidos nucleicos y polisacáridos).
 Pueden ser homotípicos o heterotípicos; su composición les otorga características diferentes.
La unión tipo GAP consiste en varios pares de conexones que forman un “ colador molecular”, generando un
espacio o GAP de 2-4nm entre 2 células. Esta placa de unión tipo GAP es una estructura dinámica ya que se puede
formar, deshacer y remoldear con rapidez (se obtienen conexones nuevos por medio de exocitosis, y se eliminan los
viejos por endocitosis).
Las células pueden regular la permeabilidad de sus canales:
- Abiertos.
- Cerrados  por un descenso del pH celular o por un aumento del Ca2+ citoplasmático. La M.P. de células
dañadas es permeable, lo que va a permitir que entren algunos iones. La entrada masiva de Ca 2+ provoca el
cierre de los canales de uniones GAP, aislando la célula y previniendo la propagación de la anomalía.
La comunicación mediante este tipo de uniones también puede ser regulada por señales extracelulares.
Las uniones GAP permiten:
 El acoplamiento eléctrico y metabólico de las células. Ejemplo: las células nerviosas permite el transporte
rápido de potenciales de acción.
 Sincronizar las actividades y amortiguar fluctuaciones de concentraciones en células no excitables. Ejemplo:
permite a los hepatocitos coordinar una respuesta ante señales de terminales nerviosas que contactan sólo
con una parte de la población celular.
 Desarrollo de folículos ováricos, que depende de la comunicación entre oocitos y células de la granulosa.

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 UNIONES DE ANCLAJE
Conectan filamentos del citoesqueleto de una célula con los de sus vecinas o con elementos de la matriz,
transmitiendo tensiones.
Participan en este tipo de unión 4 elementos que siempre están presentes:
 Proteína transmembrana de adhesión o moléculas de adhesión celular (CAMS).
 Ligando extracelular.
 Elemento del citoesqueleto.
 Proteínas de anclaje intracelular.

PROTEÍNA PROTEÍNAS DE
LIGANDO ELEMENTO DEL
UNIÓN TRANSMEMBRANA ANCLAJE
EXTRACELULAR CITOESQUELETO
DE ADHESIÓN INTRACELULAR
CÉLULA-CÉLULA
Cadherina (clásica) Cadherina en células Filamentos de -catenina, -
adyacentes actina catenina, placoglobina
Unión adherente (-catenina), p120-
catenina, vinculina, -
actinina
Desmosoma Cadherina Desmocolina y Filamentos Placoglobina (-
(desmogleína, desmogleína en intermedios catenina), placofilina,
desmocolina) células adyacentes desmoplaquina
CÉLULA-MATRIZ
Adhesión célula- Integrina Proteína de matriz Filamentos de Talina, vinculina, -
matriz unida a extra-celular actina actinina, filamina,
actina paxilina, quinasa de
adhesión focal (FAK)
Hemidesmosoma Integrina 64, Proteínas de matriz Filamentos Plectina, distonina
colágeno tipo XVII extra-celular intermedios

 Moléculas de adhesión celular (CAMs).

Atraviesan la M.P. y presentan 2 tipos de dominios:
∙Intracelular  unido al citoesqueleto. Se dividen en dos familias: cadherinas e integrinas.

∙Extracelular  unido a otras estructuras.

 CADHERINAS
- Todas presentan una región extracelular que consiste en varias copias de un motivo denominado dominio
cadherina, los cuales se unen entre sí mediante regiones bisagra.
- Dependen de Ca2+  los iones se intercalan entre los dominios repetitivos en las regiones bisagra, y las
rigidizan. Si el Ca2+ es eliminado, las regiones bisagra se hacen más flexibles y la cadherina va a disminuir la
afinidad por la cadherina opuesta.
- Unión de anclaje homofílica: las moléculas de cadherinas de un subtipo específico expresadas por una célula
interactúan con las del mismo subtipo (u otro muy parecido), expresadas por células adyacentes.
- Interactúan por su dominio terminal, encajando un nudo de una en la hendidura de otra.
- Principio “velcro”: las cadherinas se unen entre sí con baja afinidad. Se agrupan lateralmente con otras
cadherinas de la misma célula para otorgarle mayor fuerza a la unión. Se da un “efecto velcro” que mantiene
unidas a las células (fuerza de unión cooperativa) que resulta sencillo separarlas si se lo hace de manera
secuencial.
Pueden ser:
oClásicas: homólogas en dominios intra y extracelulares. Presentan funciones adhesivas y son importantes
en la señalización. Se relacionan con filamentos de actina. Poseen 5 dominios.
∙E-Cadherina  células epiteliales.
∙N-Cadherina  neuronas, fibras musculares y células del cristalino.

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 ∙P-Cadherina  células placentarias, epidérmicas y epiteliales de la glándula mamaria.

∙VE-Cadherina  células endoteliales.

oNo Clásicas: sus secuencias son menos homólogas. Presentan un número variable de dominios cadherina.
-Función adhesiva en piel (entre 4-5 dominios):
∙Desmocolina.
∙Desmogleína.
-Función de señalización (+30 dominios):
∙T-Cadherina.
∙Fat.
∙Flamingo.

 SELECTINAS
- Son proteínas transmembrana con capacidad para reconocer glúcidos (lectinas) que median uniones
intercelulares “transitorias” dependientes de Ca2+ en el sistema vascular.
- Establecen una interacción de baja intensidad: permite que los leucocitos se adhieran reversiblemente; éstos
ruedan por el flujo sanguíneo hasta que activen sus integrinas.
- Se unen de forma heterofílica a glucolípidos y glucoproteínas de la superficie celular, atrapando a los
leucocitos circulantes en los lugares de inflamación.
Tipos:
∙L-selectina  en leucocitos (glóbulos blancos de la sangre).
∙P-selectina  en plaquetas y en las células endoteliales tras su activación local por una respuesta
inflamatoria.
∙E-selectina  en células endoteliales activadas.

 INMUNOGLOBULINAS
- Proteínas transmembrana de adhesión que median uniones intercelulares independientes de Ca 2+.
- Tienen 1 o más dominios tipo Ig (característicos de los anticuerpos).
Tipos:
∙NCAM (células neurales)  unión homofílica.

∙ICAM (intercelular)
en células endoteliales  unión heterofílica a integrinas.
∙VCAM (células vasculares)

 INTEGRINAS
Son las principales proteínas transmembrana de adhesión celular (CAMs) que funcionan como receptores de
matriz, los cuales enlazan la matriz extracelular al citoesqueleto intracelular y permiten que, a través de ellos, los
componentes de la matriz influyan en la mayoría de los aspectos del comportamiento celular.
Las integrinas se unen a la mayoría de las proteínas de la ME₵ y poseen la habilidad de transmitir señales en ambos
sentidos a través de la M.P. (interior celular ↔ exterior celular).
Son heterodímeros; están formadas por dos subunidades glucoproteicas transmembrana, α y β, unidas entre sí de
forma no covalente. Presenta dos dominios:
 Dominio extracelular N-terminal: largo. Se une específicamente a secuencias de AA (RGD o Arg, Gys, Asp) de
proteínas multiadhesivas de la matriz (como lamininas o fibronectinas) o a ligandos localizados en otras células
(ICAM). La unión de integrina a sus ligandos depende de los cationes Ca 2+ y Mg2+ para los cuales presenta sitios
de unión en el dominio extracelular de ambas cadenas.
 Dominio intracelular C-terminal: corto. Se une a un complejo de proteínas de anclaje que forman la unión con
el citoesqueleto.
Conformaciones:
Las integrinas son capaces de cambiar de un estado activo (forman uniones) a un estado inactivo (no las forman).
Esto ocurre a partir de una regulación alostérica: cuando una integrina se une o se separa de sus ligandos se

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producen cambios conformacionales que afectan a los terminales intra y extra-celulares de la molécula. Un cambio
estructural en uno de los dominios terminales se asocia a un cambio en el otro extremo, por lo que la señal puede
ser transmitida hacia cualquier sentido a través de la M.P.
∙Inactiva: sus dominios extracelulares se pliegan y los intracelulares se juntan y se adhieren entre sí.
∙Activación desde afuera: la cabeza en la que coinciden ambas cadenas contiene la región de unión a los
ligandos extracelulares; la unión de un ligando hace que los dominios extracelulares se desplieguen y se separen
los intracelulares y transmembrana. En la cadena β queda expuesta la región de unión a talina que permite el
ensamblaje de filamentos de actina. Entonces, cuando una integrina se une a su ligando fuera de la célula,
reacciona uniendo su citoesqueleto a la molécula de integrina.
∙Activación desde adentro: la talina desplaza las cadenas α y se une a la β. Esta separación entre las cadenas
permite la extensión de los dominios extracelulares a su forma activa, interactuando con sus ligandos.
Desencadenada por reguladores intracelulares como PIP 2.

DEPEND.
HOMO/ UNIONES
REPRESENTANTE DE ASOCIACIÓN CON
HETERO- CELULARES
S DE LA FAMILIA Ca2+/Mg2 CITOESQUELETO
+ FÍLICO ASOCIADAS
ADHESIÓN CÉLULA-CÉLULA
Cadherinas - E. Filamentos de ∙Uniones adherentes.
clásicas - N. actina: vía ∙Sinapsis.
Sí Homofílico
- P. cateninas.
- VE.
Cadherinas - Desmogleína. Filamentos ∙Desmosomas.
desmosomales - Desmocolina. intermedios: vía
Sí Homofílico desmoplaquina,
placoglobina y
placofilina.
Inmunoglobulin - N-CAM. Desconocida ∙Sinapsis neuronales e
No Ambos
a - ICAM. inmunológicas.
Selectinas (de ₵ - L-selectina. Filamentos de Ninguna estructura de
sanguíneas y - E-selectina. Sí Heterofílico actina. unión prominente
endoteliales) - P-selectina.
Integrinas (de ₵ - L2 (LFA1). Filamentos de ∙Sinapsis
Sí Heterofílico
sanguíneas) actina. inmunológicas.
ADHESIÓN CÉLULA-MATRIZ
Integrinas Muchos tipos. Filamentos de ∙Adhesiones focales.
actina: vía talina,
Sí Heterofílico paxilina, filamina,
-actinina y
vinculina.
-64. Filamentos ∙Hemidesmosomas.
Sí Heterofílico intermedios: vía
plectina y distonina
Proteoglucanos -Sindecanos. Filamentos de Ninguna estructura de
No Heterofílico
transmembrana actina. unión prominente.

 Ligando extracelular
∙Unión ₵-₵ mediada por cadherinas: ∙ Unión ₵-ME₵ mediada por integrinas.
- Ligando extracelular  Ca2+. - Ligando extracelular  Ca2+ y Mg2+.

 Elemento del citoesqueleto

∙Filamentos de actina en: ∙ Filamentos intermedios en:
 Uniones adherentes (₵-₵).  Desmosomas (₵-₵).
 Uniones focales (₵-ME₵).  Hemidesmosomas (₵-ME₵).

19
  Proteínas de anclaje intracelular
El dominio intracelular (C-terminal) de las CAMs proporciona un anclaje indirecto a los elementos del citoesqueleto
a través de proteínas accesorias:
- UNIONES ADHERENTES - DESMOSOMAS
 Catenina – p120.  ϒ-Catenina (placoglobina).
 Β-Catenina.  Placofilina.
 α-Catenina.
 Desmoplaquina.
 α-Actinina.

 Vinculina.

Uniones adherentes.
Anclaje de cadherinas clásicas a filamentos de actina.
∙Proteína transmembrana: cadherina clásica.
∙Proteína de anclaje intracelular (proteínas accesorias): catenina (p120, β, α), α-actinina
y vinculina.

∙Elemento del citoesqueleto: filamento de actina.

Detectan tensiones y refuerzan sus uniones a actina: cuando la miosina II tira del filamento
de actina, despliega a la α-catenina exponiendo el dominio de unión a la vinculina, quien una
vez unida a ésta recluta nuevos filamentos de actina, reforzando el complejo de adhesión al
citoesqueleto.
 En músculo cardíaco son visibles al MO como discos intercalares que anclan los filamentos de actina que
forman parte del aparato contráctil.
 En epitelios forman el cinturón de adhesión (zónula adherens) debajo de la cara apical; anclan haces de
filamentos de actina orientados en forma paralela a la membrana.
Los haces de actina se contraen con ayuda de miosina y proporcionan la fuerza motriz para generar tubos o
vesículas a partir de un epitelio. La contracción de los haces de actina y miosina de la banda de adhesión
produce un estrechamiento de la zona apical de las células epiteliales, contribuyendo a que se forme un tubo.

Desmosomas.
Anclaje de cadherinas no clásicas a filamentos intermedios. Confiere resistencia a los epitelios.
∙Proteína transmembrana de adhesión: desmocolina o desmogleína (cadherinas no clásicas).
∙Proteína de anclaje intracelular (proteínas accesorias): placofilina, placoglobina y desmoplaquina.
∙Elemento del citoesqueleto: filamentos intermedios.
Sobre la cara citoplasmática de la M.P. se organizan las placas densas de proteínas intracelulares de anclaje, en
donde se organizan los desmosomas como “remaches” de unión. Con los cordones de filamentos intermedios
forman una estructura de gran resistencia a la tracción.
 Son muy abundantes en la epidermis, a la cual le otorgan resistencia mecánica.

Adhesiones focales.
Se forman cuando un fibroblasto se une a la superficie de una placa de cultivo.
∙Proteína de matriz: fibronectina o laminina.
20
 ∙Proteína transmembrana de adhesión: integrina.
∙Proteínas de anclaje intracelular: talina, vinculina, filamina, α-actinina.
∙Elemento del citoesqueleto: filamento de actina.

Hemidesmosomas.
∙Proteína de la matriz: laminina.
∙Proteína transmembrana de adhesión: integrina.
-Co-receptor de matriz: colágeno XVII (colágeno transmembrana).
∙Proteínas de anclaje intracelular: distonina, plectina.
∙Elemento del citoesqueleto: filamento intermedio de queratina.

MATRIZ EXTRACELULAR
Es una intricada red de macromoléculas que ocupa el espacio extracelular. Ayuda a organizar las células en tejidos
y coordina las funciones celulares al activar las vías de señalización intracelular que controlan el crecimiento, la
proliferación y la expresión génica celular.
Las macromoléculas de la matriz son producidas por las células (generalmente fibroblastos) incluidas en ella, que
además controlan su orientación. Por ejemplo, en tejidos especializados como cartílago y hueso las células son los
condroblastos y osteoblastos respectivamente.
La ME₵ de los distintos tejidos animales está constituida por los mismos componentes, pero pueden formar
diferentes estructuras:
 Estructuras calcificadas duras (huesos, dientes).
 Estructuras en forma de cuerdas (tendones).
 Gelatina de medusas.
 Sustancia transparente de la córnea.
Funciones:
 Soporte estructural de los tejidos
 Resistencia mecánica a compresión y tracción.
 Ayuda a organizar los tejidos.
 Regulación del comportamiento de las células que están en contacto con ella, influyendo en su:
- Crecimiento. - Proliferación.
- Supervivencia. - Forma.
- Desarrollo. - Función.
- Migración.
Composición:

 Proteínas.
 FIBROSAS ESTRUCTURALES.
∙COLÁGENO:
Los distintos tipos de colágeno tienen una estructura helicoidal trimérica, en la cual 3 polipéptidos (ricos en prolina
y glicina) denominados cadenas , se enrollan sobre sí mismos formando una superhélice filiforme (hélice levógira
con 3AA por vuelta).
-Es una familia de proteínas fibrosas de la ME₵ presente en todos los animales.
-Permiten resistir fuerzas de tracción.
-Son el componente más abundante de la piel y los huesos.
-Son las proteínas más abundantes de los mamíferos (25%).
-Existen distintas clases:
 Colágenos fibrilares o formadores de fibrillas :
- Tipo I: más común y principal constituyente de piel y hueso. No posee interrupciones, por lo que es más
resistente. Se asocian formando fibrillas de colágeno que en su conjunto se denominan fibras de colágeno.
 Colágenos asociados a fibrillas: median interacciones entre sí y con otras macromoléculas de matriz,
facilitando la organización fibrilar de la ME₵. Son más flexibles porque posen dominios helicoidales que
interrumpen la triple hélice.
21
 - Tipo IX: se unen a fibras de colágeno tipo II.
- Tipo XII: se unen a fibras de colágeno tipo I.
 Colágeno formador de redes:
- Tipo IV: se asocian por sus extremos formando redes en la lámina basal.
 Proteínas “semejantes a colágeno”:
- Tipo XVII: dispone de un dominio transmembrana y se localiza en hemidesmosomas.
- Tipo XVIII: proteína central de un proteoglucano de las láminas basales.

-Síntesis de colágeno:
Las cadenas polipeptídicas de colágeno están sintetizadas por los ribosomas unidos a membrana y son
translocadas al lumen del RER en forma de grandes precursores denominados procadenas . Los mismos presentan
en sus extremos AA adicionales denominados propéptidos, que cumplen dos funciones:
 Dirigen la formación intracelular del colágeno.
 Previenen la formación intracelular de las grandes fibrillas de colágeno.
En las cisternas del RER las procadenas  o moléculas de preprocolágeno sufren una serie de modificaciones post-
traduccionales que originan moléculas de procolágeno:
∙Hidroxilación de residuos de prolina y lisina, originando hidroxiprolina e hidroxilisina respectivamente.
∙Glucosilación de algunos residuos de hidroxilisina.
∙Formación de una hélice formada por 3 cadenas , excepto en los extremos terminales, donde permanecen sin
enrollarse.
Las moléculas de procolágeno plegadas pasan al aparato de Golgi y comienzan a asociarse en conjuntos pequeños
por asociaciones laterales entre los extremos no enrollados. Las moléculas de procolágeno libres y acumuladas en
aglomeraciones pequeñas se transportan a la superficie celular mediante vesículas de secreción.
Tras su secreción, los propéptidos de las moléculas de procolágeno fibrilar son degradados mediante proteasas
específicas, convirtiendo las moléculas de procolágeno en moléculas de colágeno, las cuales se asocian formando
fibrillas de colágeno.

∙ELASTINA:
Muchos tejidos de vertebrados, como la piel, los vasos sanguíneos y los pulmones, además de ser resistentes
deben poseer elasticidad. La resistencia la obtienen a partir de las fibras de colágeno, mientras que la elasticidad es
conferida mediante una red de fibras elásticas de la ME₵.
Las fibras elásticas poseen tal elasticidad que deben ser intercaladas con fibras colágenas inelásticas, las cuales
limitan la capacidad de extensión y previenen el desgarro tisular.
Las fibras elásticas están formadas por un núcleo central de elastina rodeado por una red de microfibrillas de
fibrillina. Estas últimas son elásticas en sí mismas y se encargan de orientar y organizar las fibras elásticas.
La elastina es una proteína muy hidrofóbica rica en prolina y glicina. Se secreta como un precursor soluble
denominado tropoelastina, que se ensambla formando las fibras elásticas cerca de la membrana plasmática, y
también forman enlaces cruzados dando lugar a la red elástica.
Semejanzas con Diferencias con COLÁGENO
COLÁGENO
Muy rica en prolina y glicina. Pocas hidroxiprolinas y sin hidroxilisina.
No está glicosilada.

 GLUCOPROTEÍNAS MULTIADHESIVAS
Presentan varios dominios con sitios de unión a:
 Macromoléculas de ME₵.
 Receptores de superficie celular (integrinas).
Funciones:
 Organización de la ME₵.
 Anclaje de células a la ME₵.
 Migración celular durante el desarrollo.

22
 ∙FIBRONECTINA:
Es un dímero importante en las interacciones ₵-ME₵, que está compuesto por dos subunidades muy largas unidas
por un par de enlaces disulfuro. Cada subunidad está organizada en una serie de dominios funcionalmente distintos
de unión a otras macromoléculas, separados por regiones flexibles. A su vez, estos dominios están compuestos por
módulos más pequeños que se repiten de forma secuencial: las regiones del módulo principal, denominado
repetición de fibronectina de tipo III, interaccionan con las integrinas mediante la secuencia Arg-Gly-Asp (RGD).
Se presenta en 2 formas:
 Soluble: circula por sangre y otros fluidos corporales.
 Insoluble: en forma de fibrillas en la ME₵.
Las moléculas de fibronectina solo pueden formar fibrillas en la superficie celular donde se expresen integrinas, las
cuales proporcionan una región de enlace entre la fibronectina extracelular y la actina intracelular. Este enlace
transmite tensión a las moléculas de fibronectina, estirándolas y dejando al descubierto regiones de unión ocultas, lo
cual les permite unirse directamente entre sí y reclutar moléculas adicionales de fibronectina formando una fibrilla.

∙LAMININA
Es una proteína trimérica grande y flexible. Sus subunidades (α, β y ) se organizan en forma de ramillete
estabilizado por puentes disulfuro, y forman redes por interacción entre sus cabezas.

 GAG´s.
Son polisacáridos lineales constituidos por la repetición de unidades de disacáridos, formados por:
∙1 aminoazúcar (N-acetilglucosamina o N-acetilgalactosamina) que generalmente se encuentra sulfatado.
∙1 ácido urónico (glucurónico o iudurónico).
 Se encuentran altamente sulfatados, lo que les da una importante densidad de cargas negativas que atrae
osmolitos (como iones Na+) y más moléculas de agua. Son moléculas muy hidrofílicas.
 Soportan fuerzas de compresión y permiten la rápida difusión de compuestos entre el torrente sanguíneo y los
tejidos.
 En el tejido conectivo forman una sustancia fundamental (tipo gel) altamente hidratada.
Según los restos de glúcidos, el tipo de enlace entre ellos y el número de sulfatos que los componen, se pueden
distinguir 4 grupos principales de GAG:
 Ácido hialurónico o hialuronano (N-acetilglucosamina + ác. glucurónico):
- No está sulfatado.
- No forma proteoglucanos.
- Crece en la superficie celular mediante enzimas de la membrana plasmática.
- Es degradado por la hialuronidasa.

- Funciones:
- Otorga resistencia a la compresión en tejidos y articulaciones.
- Facilita la migración celular (especialmente durante el desarrollo embrionario).
 Condroitín sulfato (N-acetilgalactosamina + ác. glucurónico) y dermatán sulfato (N-acetilgalactosamina + ác.
glucurónico).
 Heparán sulfato (N-acetilglucosamina + ác. Iudurónico).
 Queratán sulfato (N-acetilglucosamina + galactosa).
Condroitín, dermatán, heparán y queratán sulfato se encuentran altamente sulfatados.

 Proteoglucanos.
Todos los GAG’s sulfatados se unen covalentemente a proteínas formando proteoglucanos.
La proteína central es sintetizada en ribosomas unidos al R.E. Posteriormente, el aparato de Golgi se une el
tetrasacárido (por O-glicosilación), se añaden restos glucídicos (por glucosil-transferasas) y sufren modificaciones
covalentes (epimerización y sulfatación).
Los GAG’s y proteoglucanos pueden agregarse para formar enormes complejos poliméricos: el agrecano se une al
ácido hialurónico y forma agregados poliméricos del tamaño de una bacteria.

23
 Hay proteoglucanos que son componentes integrales de las membranas plasmáticas; los mismos se unen a
factores solubles extracelulares y regulan su actividad:
- Factores de crecimiento como el FGF se adhieren al heparán sulfato del sindecano de membrana, oligomeriza y
así puede activar su receptor (Tyr-K).
- El sindecano inmoviliza quimoquinas en la respuesta inflamatoria, permitiéndoles activar a los leucocitos por
más tiempo. Interviene también en la adhesión celular (interactúa con filamentos de actina y fibronectina)
mediando la unión con integrinas.
Funciones:
 Soporte mecánico para los tejidos.
 Filtro selectivo de moléculas y células.
 Regulan la actividad de proteínas de secreción.
 Receptores de proteínas de matriz.
 Señalizaciones químicas celulares (correceptores).
Ejemplos:
 Agrecano
-GAG’s: condroitín sulfato y queratán sulfato.
-Localización: cartílago.
-Funciones:
- Soporte mecánico. - Forma grandes agregados con el ácido hialurónico.
 Perlecano
-GAG: heparán sulfato.
-Localización: láminas basales.
-Funciones:
- Estructural y filtradora en la lámina basal.
 Sindecano-1
-GAG’s: condroitín sulfato y heparán sulfato.
-Localización: superficie celular.
-Funciones:
- Adhesión celular. - Unión a factores de crecimiento.

Lámina Basal
Es un tipo especializado de ME₵. Consiste en una delgada, resistente y flexible lámina de moléculas de matriz, que
subyace a todos los epitelios y envuelve individualmente a células musculares, adipocitos y células de Schwann.
Funciones:
 Se sitúan entre dos capas celulares y actúan como filtro selectivo.
 Determinan polaridad celular.
 Interviene en la regeneración de tejidos dañados.
 Estimula supervivencia, diferencia y proliferación celular.
 Separa las células y epitelios del conjuntivo subyacente y otorga sostén.
 Mecánica: la epidermis (capa más externa de la piel) se mantiene unida al tejido conectivo (dermis) gracias a la
fuerza de la lámina basal.
Algunos de sus componentes son sintetizados por las células del epitelio, y otros por las células del tejido conectivo
subyacente:
- Glucoproteínas:
∙Laminina: proteína trimérica grande y flexible; sus 3 subunidades (, , ) se organizan en forma de ramillete
estabilizado por puentes disulfuro. Forman redes por interacción entre sus cabezas.
∙Nidógeno.
∙Fibronectina.
- Proteoglucanos:
∙Perlecano.
- Colágenos
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 ∙Tipo IV: compuesto por 3 cadenas helicoidales formando una superhélice en forma de cuerda. Dicha
estructura helicoidal se ve interrumpida en más de 20 regiones formando múltiples puntos por lo que se
dobla. Forma una red flexible con resistencia a la tracción.
∙Tipo XVIII: núcleo proteico de los proteoglucanos.
Organización:
La laminina se une a receptores celulares (integrinas y distroglucano -proteoglucano-), a otras lamininas. Las
lamininas y el colágeno IV se unen a nidógeno y perlecano que permiten la conexión de las redes de laminina y
colágeno IV.

25
 TECNOLOGÍA del ADN RECOMBINANTE
La tecnología del ADN recombinante se refiere a un grupo de metodologías que permiten cambiar la composición
genética de las células y mover genes a través de las especies para producir nuevos organismos. Los genes pueden
ser:
 Aislados.  Introducidos en nuevos hospedadores.
 Modificados.  Clonados.
Con el fin de obtener una ventaja novedosa sobre el organismo natural. Los pasos son:
1- Producir fragmentos de ADN bien definidos: fragmentos de restricción.
2- Construir el ADN recombinante: por medio de vectores de clonación.
3- Clonar el ADN.
4- Construir una biblioteca de ADN (genoteca).
5- Identificar, amplificar y analizar el fragmento de interés.
6- Expresión y/o modificación del gen, clonando vectores de expresión.

ENZIMAS UTILIZADAS
 ENDONUCLEASAS DE RESTRICCIÓN
Son enzimas, que se obtienen a partir de bacterias, que cortan la doble
cadena de ADN por puntos específicos definidos por la secuencia de
nucleótidos y producen así fragmentos de ADN de distintos tamaños.
Reconocen secuencias palindrómicas (la secuencia y su complementaria
son idénticas al leerlas en dirección 5’-3’) –no es lo mismo que capicúas– de
4-8 pares de bases, que son específicas para cada enzima e hidrolizan un
enlace fosfodiester en cada cadena.
Su objetivo en las bacterias que las tienen es destruir el ADN extraño
como, por ejemplo, de virus.
Algunas nucleasas producen cortes que dejan secuencias cortas de ADN de cadena sencilla en los dos extremos de
cada fragmento. Los mismos se denominan extremos cohesivos, ya que cada extremo tiene una secuencia que es
complementaria a la que genera la misma endonucleasa en cualquier otro fragmento. Los extremos cohesivos
permiten unir fácilmente fragmentos de ADN obtenidos con la misma endonucleasa de restricción (o con otra que
genere los mismos extremos cohesivos). Sin embargo, hay otras enzimas que generan cortes romos.
Las moléculas de ADN producidas mediante la unión de dos o más fragmentos de ADN se denominan moléculas
de ADN recombinante.
 ADN LIGASAS
Unen 2 fragmentos de ADN. Liga extremos cohesivos sobre ADN doble hebra o sobre ARN (menos eficiente).
 ADN POLIMERASA I
Polimeriza a partir del extremo 3’-OH.
 TRANSCRIPTASA REVERSA:
Copia de ADN a partir de un molde de ARN.
 POLINUCLEÓTIDO QUINASA:
Agrega grupos fosfato a extremos 5’-OH.

HIBRIDACIÓN
Consiste en la desnaturalización (alta temperatura/pH>13) y posterior hibridación/renaturalización de ácidos
nucleicos (temperatura constante de 65°C). Puede ser entre dos cadenas cualesquiera de ácido nucleico de una sola
hebra (ADN/ADN, ARN/ARN, ARN/ADN) siempre que ambas cadenas tengan una secuencia de nucleótidos
complementaria. Estas reacciones se utilizan para detectar y caracterizar secuencias nucleotídicas específicas tanto
en moléculas de ARN como en ADN.

26
 Las moléculas de ADN de cadena sencilla utilizadas para la detección de secuencias complementarias se conocen
como sondas, las cuales contienen marcadores radiactivos o químicos para facilitar su detección. Las sondas
marcadas se construyen de dos formas:
 Adición de nucleótidos marcados y una ADN polimerasa, la cual va a incorporarlos, generando una población
de moléculas de ADN marcadas.
 Los fragmentos de restricción de ADN purificados se marcan en los extremos 5’ con polinucleótido quinasa y
32
P-ATP. Luego, una nucleasa de restricción corta la hélice de ADN en dos fragmentos de tamaño diferente.
Los fragmentos de ADN se separan por electroforesis en gel, y así se obtiene el fragmento deseado con una
sola hebra marcada en un extremo.

ELECTROFORESIS EN GEL
Utilizada para determinar la pureza y longitud de las moléculas de ADN. Dado que el ADN presenta carga negativa,
no se utiliza SDS. Hay distintos tipos de geles:
∙Gel de poliacrilamida: fragmentos de ADN monohebra de 10-500 nucleótidos. Permite la separación de
moléculas que difieren en 1 nucleótido de longitud.
∙Gel de agarosa: fragmentos de ADN doble hebra de 300-10.000 PB.

∙Gel en campo pulsante: fragmentos de ADN doble hebra de 220.000-2,5 millones PB.
Para poder observar las bandas se las expone a un colorante denominado bromuro de etidio que, unido a ADN,
emite fluorescencia al ser expuesto a la luz UV. Como método alternativo, se puede incorporar a los fosfatos un
radioisótopo a la molécula de ADN antes de la electroforesis, el cual emite partículas  muy energéticas que son
fáciles de detectar por AUTORADIOGRAFÍA.
 SOUTHER BLOT: puede detectar fragmentos específicos de ADN.
 NORTHERN BLOT: permite detectar fragmentos específicos de ARNm.
 WESTERN BLOT: permite identificar proteínas según su PM.

CLONACIÓN
Consiste en la generación de muchas copias idénticas de un segmento de un ácido nucleico. La misma supone
utilización de enzimas de restricción y ADN ligasa para insertar de un fragmento particular de ADN en el genoma
purificado de un elemento genético autorreplicativo (generalmente un virus o plásmido), denominado vector de
clonación, para producir una molécula de ADN recombinante que puede replicarse dentro de bacterias (o
levaduras) independientemente del genoma celular.
Hay distintos tipos de vectores de clonación:
 Plásmidos: ADN extra-cromosomal. Utilizados para clonar fragmentos de ADN de entre 1.000-30.000 PB.
 Fagos.
 Cósmidos.
 Cromosomas artificiales (BACs y YACs): para clonar fragmentos de ente 300.000-1 millón PB.

PLÁSMIDOS
 Son pequeñas moléculas de ADN circular.
 Son extra-cromosomales.
 No contienen genes esenciales para la bacteria, sino accesorios, que confieren una
característica adicional que le permite adaptarse a diferentes medios. Por ejemplo, resistencia
a antibióticos.
 Tienen sitios de restricción: secuencias que pueden ser reconocidas por enzimas de restricción
y posteriormente cortadas.
 Son auto-replicativos: se pueden replicar utilizando la maquinaria de replicación de la
bacteria, independientemente de cuándo se replique la misma.
 Están naturalmente dentro de las bacterias: distintos tipos y distintas cantidades.

El clonado de ADN involucra:

 Separar un segmento de ADN de un cromosoma.
27
  Unirlo a una pequeña molécula de ADN portadora (vector), generando una molécula recombinante.
 Multiplicar esta nueva molécula de ADN recombinante, mediante su replicación en un organismo vivo.
Para clonar un gen se empieza construyendo una biblioteca de ADN (genoteca), una colección de fragmentos de
ADN clonado a partir de células, tejidos u organismos. La misma puede construirse con vectores víricos como
plasmídicos y, en general, se mantiene en una población de células bacterianas.
Los principios básicos de los métodos utilizados para clonar genes son los mismos para cualquier tipo de vector
utilizado, aunque pueden diferir en algunos detalles. Para utilizar los plásmidos circulares de ADN como vectores de
clonación:
1. Una vez purificados los plásmidos, se cortan con una nucleasa de restricción para generar moléculas lineales.
El ADN genómico de la célula que se va a utilizar para construir la genoteca también es cortado con la misma
nucleasa.
2. Los fragmentos de restricción resultantes se añaden a los plásmidos cortados y se cierran, formando
moléculas circulares de ADN recombinante, mediante la ADN ligasa (cataliza las uniones covalentes).
3. Se introducen las moléculas circulares de ADN recombinante en bacterias temporalmente permeables al ADN.
4. A medida que las células van creciendo y dividiéndose, los plásmidos recombinantes también se van
replicando y produciendo un número enorme de copias de ADN circulares con el ADN ajeno.
Muchos plásmidos bacterianos transportan genes que les confieren resistencia a los antibióticos, una propiedad
que se utiliza para seleccionar las células transfectadas con éxito; si la bacteria se hace crecer en presencia del
antibiótico, solamente sobrevivirán las células que contengan los plásmidos.
Hay 2 tipos de genotecas:
 BIBLIOTECA de ADN GENÓMICO
Para construir una biblioteca de ADN genómico necesito:
- Genoma de interés.
- Enzima de restricción que corta el genoma en
pedacitos.
- Vector, al que se le añade el fragmento de interés. El
principal utilizado es el plásmido.
La biblioteca, entonces, consiste en un conjunto de
vectores con los fragmentos provenientes del genoma de
interés, que me permite tener dichos fragmentos de forma
individual.
Se corta el genoma completo de una celula mediante una
nucleasa de restricción y se clona cada fragmento,
produciendo una gran cantidad de fragmentos de ADN que se
distribuyen entre los millones de colonias diferentes de
células transfectadas, generando clones de ADN
genómico.
El ADN genómico se ha cortado al azar en pequeños
fragmentos, solo algunos contendrán genes enteros; la
mayoría contendrá ADN no codificante.
 BIBLIOTECA de ADNc
Es similar a la biblioteca de ADN genómico, pero con ADNc, el cual ya está procesado y maduro, lo que permite
insertarlo en bacterias.
El proceso de clonación se inicia seleccionando las secuencias de ADN que se transcriben a ARN y que, por tanto,
probablemente corresponden a genes, mediante la extracción del ARNm de las células (cromatografía de afinidad) y,
a continuación, haciendo una copia de ADN complementaria (ADNc) de cada una de las moléculas de ARNm
presentes. La reacción está catalizada por una transcriptasa inversa de retrovirus.
Las moléculas de ADNc de una sola cadena sintetizadas por la transcriptasa inversa se transforman en ADNc de
doble cadena mediante la ADN polimerasa, se insertan en vectores víricos o plasmídicos, y se clonan. Cada uno de
los clones obtenidos de esta forma se denomina un clon de ADNc, y la colección completa de clones derivados de
una preparación de ARNm constituye una biblioteca de ADNc.
La utilización de la biblioteca de ADNc para la clonación tiene varias ventajas:
28
  El ARNm que codifica una determinada proteína se produce en un exceso tal, que la
biblioteca de ADNc preparada a partir de esas células estará muy enriquecida en las
moléculas de ADNc que codifican esa proteína y será más sencillo identificar el clon
deseado en la biblioteca.
 Dado que los clones de ADNc contienen la secuencia ininterrumpida de un gen, para
deducir la secuencia de AA de una proteína a partir de la del ADN o para producir
grandes cantidades de la proteína expresando el gen clonado en una bacteria o
levadura, es mucho mejor partir del ADNc (las bacterias y levaduras no realizan el
splicing).

Reacción en cadena de la polimerasa (PCR)

Es un método mediante el cual podemos clonar los genes de forma directa, sin necesidad
de construir bibliotecas de ADN. La técnica de PCR permite amplificar más de mil millones
de veces un ADN obtenido a partir de una región seleccionada de un genoma, “purificando”
de forma eficiente este ADN del ADN genómico restante.
Se introduce en un tubo de ensayo ADN plegado y cebadores específicos para la secuencia que quiero replicar:
1. Se desnaturaliza el ADN (doble hélice) exponiéndolo a altas temperaturas o pH extremos (ej: 96°C o pH>13).
2. Se separan las dos hebras de ADN.
3. Se disminuye la temperatura (55°) para
permitir que los cebadores se unan a las
monohebras de ADN.
4. Se añade la ADN polimerasa (especial que resista
a temperaturas altas) y dNTP, y se aumenta la
temperatura (72°) para permitir que se
sintetice ADN a partir de los cebadores.
5. El ciclo completo se repite de nuevo,
calentando la muestra para separar las
cadenas de ADN recién sintetizadas.
 Reacción en cadena de la polimerasa con
transcriptasa inversa (RT-PCR)
Variante de la PCR en la cual se pueden analizar
segmentos de ARN, transformándolos en secuencias de
ADN mediante la acción de una transcriptasa
inversa. La obtención de un clon de ADNc de un gen
determinado utilizando la técnica de PCR consiste en:
1. Se purifica el ARNm de las células.
2. Se añade el primer cebador de la población de ARNm
y, mediante la transcriptasa inversa, se realiza una
copia complementaria de ADN.
3. Se añade un segundo cebador para amplificar la molécula de cadena sencilla de ADN mediante varios ciclos de
PCR.

Producción de proteínas.
Para producir grandes cantidades de la proteína de interés en célula vivas, se utilizan vectores de expresión,
plásmidos diseñados para producir una gran cantidad de ARNm estable, que puede traducirse a proteína de forma
eficiente en la célula transfectada.
Primero se construye el vector plasmídico con un promotor de alta actividad; el mismo es responsable de la
producción de ARNm, en cantidades anormalmente elevadas, a partir de un gen codificante adyacente insertado en
el vector plasmídico. Luego, el vector se introduce en células en las que el gen insertado se transcribe y traduce a
proteína de forma eficiente.
La proteína se produce en el interior de la célula, por lo que debe ser purificada del resto mediante cromatografía
tras lisar las células.

29
 SECUENCIACIÓN DE ADN
Se utiliza para determinar la secuencia de nucleótidos (A, C, G y T) de cualquier fragmento de ADN purificado.
 MÉTODO QUÍMICO (MAXAM Y GILBET)
1. Los fragmentos de ADN se marcan en los extremos 5’.
2. Una nucleasa de restricción corta la hélice de ADN en dos fragmentos de tamaño diferente.
3. Se separan los segmentos de ADN doble hebra en sus hebras constituyentes.
4. Se exponen 4 muestras a diferentes reacciones que van a romper la cadena de ADN en el punto de la base
indicada. La reacción va a durar lo suficiente para producir un promedio de una ruptura por hebra. Las
rupturas aleatorias van a generar fragmentos marcados al final, representando todas las posiciones de cada
base indicada.
5. Los fragmentos posteriormente se separan por tamaño mediante electroforesis en gel y se visualizan por
autoradiografía (solamente van a ser visibles los segmentos marcados).
 MÉTODO ENZIMÁTICO (SANGER)
Este método está basado en la utilización de didesoxiribonucleósidos trifosfato, derivados de los
desoxiribunucleósidos trifosfato normales.
El ADN se sintetiza in vitro con una mezcla que contiene:
∙ADN monohebra molde. ∙Cebador de ADN.
∙ADN polimerasa. ∙Desoxiribonucleósidos trifosfato.
∙Didesoxiribonucleósidos trifosfato  al ser incorporados, la cadena va a carecer del extremo 3’-OH, por lo que
la elongación de la cadena se va a ver bloqueada y va a finalizar la replicación.
Esta mezcla va a producir un conjunto de secuencias de ADN de diferentes longitudes, complementarias al molde
de ADN que está siendo secuenciado.
El ADN de doble cadena formado va a ser separado en sus dos cadenas sencillas y una de ellas va a ser utilizado
como molde de la secuenciación:
1. Se utilizan 4 ddNTP en 4 reacciones de síntesis independientes, sobre el mismo molde monohebra de ADN.
Cada reacción produce copias acabadas en diferentes puntos de la secuencia.
2. Los productos se separan por electroforesis en 4 carriles paralelos de un gel de poliacrilamida.
3. Los fragmentos son detectados mediante una marca (radiactiva/fluorescente) que ha sido incorporada al
cebador o a un dNTP. En cada carril, las bandas representan fragmentos que han terminado en un nucleótido
dado, pero en posiciones diferentes de la cadena de ADN. Leyendo en orden las bandas de los 4 carriles,
empezando en la parte inferior del gel, se determina la secuencia de ADN de la nueva cadena sintetizada
(complementaria de la cadena molde de la molécula de doble cadena de ADN original).

30
 NÚCLEO y
CONTROL de la EXPRESIÓN GÉNICA
NÚCLEO
Es un compartimiento intracelular recubierto por una doble membrana que contiene el ADN celular aislado del
citoplasma.
Posee una envoltura nuclear formada por 2 membranas concéntricas que se unen a nivel de los poros nucleares
que las atraviesan. La ME se continúa con la membrana del RER, mientras que la MI está sostenida por una delgada
red de filamentos intermedios dispuestos en variadas direcciones que le otorga forma y rigidez a la MI: la lámina
nuclear. El espacio perinuclear o intermembrana se continúa con el lumen del RE.
Existe un tráfico bidireccional continuo entre el citosol y el núcleo. La gran cantidad de proteínas que actúan en el
núcleo son importadas de forma selectiva desde el citosol, donde son fabricadas, hasta el compartimiento nuclear.
Al mismo tiempo, los ARNt y los ARNm son sintetizados en el compartimiento nuclear y luego son exportados al
citosol, también selectivamente.
Las moléculas pequeñas (5000 Da o menos) difunden rápidamente por los NPC, la envoltura nuclear es permeable
a ellas.
Funciones del núcleo:
 Contener, separar y proteger el ADN de determinadas condiciones que puedan dañarlo: posibles colisiones
durante desplazamientos o proteínas citosólicas que puedan degradarlo.
 Concentrar a las proteínas que interactúan con el ADN donde se las necesita.
 Completar el procesamiento de los ARNm antes del inicio de la síntesis proteica.
 Establece un entorno favorable para reacciones químicas.

 COMPLEJO DE PORO NUCLEAR

Estructura compleja formada por un conjunto de proteínas (como nucleoporinas o importinas) que atraviesan la
envoltura nuclear.
 Moléculas pequeñas solubles en agua (ej: iones) son trasferidas por transporte pasivo (sin gasto de energía).
 Macromoléculas: pasaje regulado y selectivo que depende de un péptido señal (señal de localización nuclear).
Esa señal es reconocida por receptores de importación al núcleo que inducen a la previa dilatación del poro,
permitiendo que la proteína atraviese el poro y mantenga su conformación plegada.

Las nucleoporinas poseen repeticiones FG (fenilalanina y glicina): son lugares de unión a receptores de importación
que marcan el camino a seguir a través del complejo del poro. Los complejos de proteínas se desplazan mediante
ciclos de unión/disociación/nuevamente unión.
Una vez en el núcleo, los receptores de importación se separan de su carga y vuelven al citosol.
La energía necesaria para importar proteínas a través de los complejos del poro procede de la hidrólisis de GTP a
GDP por la GTPasa monomérica Ran:
- Ran GAP: proteína citosólica que hidroliza Ran-GTP a Ran-GDP.

- Ran GEF: proteína nuclear que activa Ran-GDP a Ran-GTP.

NUCLEOLO
Región nuclear que no posee membrana y es visible al MO. Está compuesto por 5 cromosomas. Es el lugar donde
se procesan y ensamblan:
 Partículas ribonucleoproteicas: ARNr 45s, telomerasa.
 ARNt.
 ARNsn (nuclear pequeño) y son (nucleolar pequeño).
 Proteínas que participan en el ensamblaje de subunidades ribosomales y en la transcripción del ARNt.
 Subunidades ribosomales.

31
 El tamaño del nucléolo está relacionado con su nivel de actividad. En las células que tienen una elevada tasa de
síntesis de proteínas y por tanto necesidad de muchos ribosomas, los nucléolos tienden a ser grandes. En células
menos activas, los nucléolos son mucho más pequeños.
El nucléolo desaparece durante la profase mitótica, permitiendo a la cromatina que lo forma reorganizarse para
constituir los cromosomas. Su cromatina se condensa en los cromosomas y las proteínas que forman parte del
nucléolo se asocian a los cromosomas.
Durante la telofase, la cromatina que formará parte del nucléolo se descondensa y se reúne con las proteínas
nucleolares para formar nuevos nucléolos. Para que se forme un nuevo nucléolo es necesario, no sólo que se
agrupen estas proteínas y regiones del ADN, sino que se produzca actividad de transcripción, es decir, que los genes
se transcriban en pre-ARNr-45S.
Con el microscopio electrónico de transmisión se observan tres regiones en el nucléolo:
∙Centro fibrilar: contiene el ADN con las numerosas copias del gen para el pre-ARNr-45S (este es el transcrito
primario a partir del cual se obtendrán 3 de los 4 ARNr que forman los ribosomas) y proteínas.
∙Componente fibrilar denso: rodea al centro fibrilar. Se produce la transcripción y el procesamiento inicial del
transcrito primario del pre-ARNr-45S.
∙Componente granular: ocurre el procesamiento tardío del ARNr y ensamblaje de las subunidades
ribosómicas.

ADN
Las células humanas (excepto las germinales y algunas muy especializadas) contienen dos copias de cada
cromosoma, uno heredado de la madre y otro del padre; son diploides. Los cromosomas materno y paterno de una
pareja se denominan cromosomas homólogos. En los machos, los cromosomas sexuales no son homólogos (XY).
Así, cada célula humana tiene 46 cromosomas: 22 pares son comunes para hombres y mujeres (autosomas), y los
otros dos son cromosomas sexuales.
El ADN de los 46 cromosomas contiene en conjunto unos 3x10 9 pares de nucleótidos. Por lo tanto, en promedio,
una molécula de ADN de un cromosoma humano, si estuviera completamente extendida, mediría unos 4cm de largo.
Lógicamente, de hallarse extendidas, 46 moléculas de tamaña longitud no podrían ser contenidas en el núcleo, no
sólo por el espacio que demandarían sino por los enredos que acarrearían, lo cual afectaría su funcionamiento e
incluso su integridad. La célula resuelve dicho problema mediante un empaquetamiento eficiente de su ADN nuclear.

 CROMATINA
Es un complejo formado por ADN cromosómico más proteínas histónicas y no histónicas, que se haya en el núcleo
de células eucariotas.
 Eucromatina: cromatina menos condensada, compuesta por 2 estructuras cromosómicas: fibras de 30nm y
dominios en bucles. Es ADN transcripcionalmente activo (menos compactada). Se encuentra descondensada
durante la fase G2.
 Heterocromatina: cromatina altamente condensada, resistente a la expresión génica. Contiene proteínas
adicionales y tiene niveles de organización más compactos. Es ADN transcripcionalmente inactivo (más
compactada, por lo que es más densa). Se replica más tarde pero no más lentamente. Se suele encontrar
alrededor de los centrómeros y cerca de los telómeros, pero también está presente en muchos otros lugares.
Permanece condensada durante la interfase.
∙Constitutiva: idéntica para todas las células del organismo. Carece de información genética. Localizada en la
cercanía de centrómeros y telómeros. Incluye a los telómeros, centrómeros y ADN satélite:
- Telómero: secuencia especializada de ADN, que se localiza en el extremo del cromosoma y contiene
secuencias repetidas de nucleótidos de G. Permiten la replicación eficiente de los extremos de los
cromosomas y protegen el ADN contra enzimas.
- Centrómero: secuencia especializada de ADN que permite que cada copia de un cromosoma replicado sea
arrastrada cuando la célula se divide.
∙Facultativa: diferente en los distintos tipos celulares o en las sucesivas diferenciaciones de una célula dada,
de modo que sectores que aparecen como heterocromatina en un tipo celular o en una etapa de su
diferenciación, en otros tipos celulares y en otras etapas se presentan como eucromatina. Contiene
información que podría ser transcripta, genes que no se expresan o que están silenciados, pero que podrían
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 activarse en algún momento. Se transcribe solo durante algunas etapas del desarrollo. Se caracteriza por la
presencia de secuencias repetitivas tipo LINE.

 CROMOSOMA
Estructura compuesta por moléculas de ADN (el número de moléculas depende del número de cromátidas),
asociada a proteínas que se pliegan y empaquetan la fina hebra formando una estructura más compacta.
 Cromosomas en procariota: tienen todos sus genes en una sola molécula de ADN circular asociada a proteínas
que la consensan formando el cromosoma.
 Cromosomas en eucariota: el ADN está distribuido en un conjunto de diferentes cromosomas que se encuentran
en el núcleo. Cada uno está formado por una sola molécula de ADN, muy larga, asociada a proteínas que pliegan
y empaquetan la fina hebra de ADN formando una estructura más compacta: la cromatina.
Para la formación de un cromosoma eucariótico funcional, son necesarios 3 tipos de secuencias de ADN
especializadas que se encuentran en todos los cromosomas. A cada una de ellas se unen proteínas específicas que
guían la maquinaria que replica y segrega los cromosomas. Las mismas son:
- Origen de replicación: lugar donde se inicia la replicación del ADN. En las células eucariotas hay muchos, lo cual
le otorga rapidez a la replicación.
- Centrómero: permite que cuando una célula se divide, cada copia de un cromosoma replicado sea arrastrada a
cada una de las células hijas. En el mismo se forma un complejo de proteínas denominado cinetocoro, que une
los cromosomas duplicados al huso y facilita su posterior separación.
- Telómero: localizado en cada uno de los extremos de un cromosoma. Contiene secuencias repetidas que
permiten la replicación eficiente de los extremos de los cromosomas; las mismas, junto con las regiones que lo
rodean, forman estructuras que protegen el extremo de ser confundido por las células como una molécula de
ADN rota que necesita ser reparada.
La capacidad o incapacidad funcional del ADN (transcripción) se basa en la secuencia de sus nucleótidos. Así, en
algunos sectores el ADN exhibe secuencias de nucleótidos que se transcriben, los genes, y en otros presenta
secuencias aparentemente prescindibles:
-El 75% del ADN se halla representado por secuencias de nucleótidos no repetidas (copias únicas) o que se
repiten muy pocas veces. En esta parte se localizan los sectores funcionales del ADN, los genes, los cuales
abarcan alrededor del 10% del ADN (el 13% de ese 75%).
-El 25% restante corresponde a secuencias de nucleótidos que se repiten muchas veces, llamado ADN repetitivo,
cuyas funciones se desconocen.
Existen 2 clases de ADN repetitivo:
 Dispuesto en tandas: el inicio de una repetición se halla inmediatamente después del final de la otra. A esta
categoría pertenecen:
∙ ADN satélites: secuencias de entre 5 y cientos de nucleótidos. El más destacado se localiza en los
centrómeros, y por ello se encuentra en todos los cromosomas.
∙ ADN microsatélites: secuencias básicas de 2-4 nucleótidos.
∙ ADN minisatélites: secuencias de entre 10-60 nucleótidos. A esta categoría pertenece el ADN repetitivo de
los telómeros y el ADN hipervariable, el cual se localiza principalmente en las proximidades de los
centrómeros y se llama así porque es distinto en cada individuo.
 Disperso: sus copias no se encuentran agrupadas sino dispersas en distintos puntos de los cromosomas. Hay dos
clases:
∙SINE (short interspread nuclear elements) : el más estudiado corresponde a la familia Alu, de la que existen
alrededor de 500.000 copias repartidas en todos los cromosomas.
∙LINE (long interspread nuclear elements) : el más común corresponde al gen de una transcriptasa inversa.
Durante el ciclo celular, los cromosomas pasan por diferentes estados:
 Cromosomas interfásicos (interfase): los cromosomas están extendidos (descondensados) y su cromatina
forma una larga, fina y enmarañada hebra dentro del núcleo. Esto le permite a las células tener acceso a
secuencias específicas de ADN para la expresión de genes y la reparación y replicación del ADN.

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  Cromosomas mitóticos (mitosis): los cromosomas se empaquetan intensamente (condensados). Alcanzan su
máximo grado de condensación en la metafase: cromosomas metafásicos, lo cual permite la separación y
distribución correcta de ADN entre las células hijas en división.
El grado de compactación alcanzado en la metafase hace que los cromosomas lleguen a verse como estructuras
individuales, las cuales, una vez fijadas y fotografiadas, pueden ser aisladas, clasificadas y ordenadas con relativa
facilidad. El conjunto de cromosomas ordenados según un criterio preestablecido recibe el nombre de cariotipo. En
el cariotipo humano, los cromosomas aparecen ordenados de acuerdo con su tamaño y el largo de sus cromátidas.
Los miembros de cada par se identifican con números correlativos.
Los cromosomas metafásicos presentan una morfología característica. Están formados por dos componentes
filamentosos, las cromátidas, unidos por el centrómero o constricción primaria. Este último divide la cromátidas en
dos brazos, por lo general uno más largo que el otro: brazo corto (P) y brazo largo (Q). Los extremos de los brazos se
denominan telómeros.
Según la posición del centrómero, los cromosomas se clasifican en 4 grupos:
∙Metacéntricos: poseen el centrómero en una posición más o menos central, de modo que existe poca o
ninguna diferencia en la longitud de los brazos cromátidas.
∙Submetacéntricos: el centrómero se encuentra alejado del punto central, de modo que las cromátidas poseen
un brazo corto y uno largo.
∙Acrocéntricos: el centrómero se halla cerca de uno de los extremos del cromosoma y los brazos cortos de las
cromátidas son por consiguiente muy pequeños.
∙Telocéntricos: solo se aprecia un brazo del cromosoma al estar en centrómero en el extremo.
Los cromosomas acrocéntricos poseen una pequeña masa de cromatina llamada satélite, ubicada en el extremo
libre del brazo corto, la cual se halla ligada al resto del brazo por un delgado tallo de cromatina denominado
constricción secundaria. A excepción de la cromatina correspondiente a esta última, el brazo corto de los
cromosomas acrocéntricos está compuesto por heterocromatina.

 BANDEADO CROMOSÓMICO
Cuando los cromosomas metafásicos son sometidos a ciertas técnicas de tinción exhiben bandas claras y oscuras
intercaladas a lo largo de sus ejes longitudinales. La distribución de estas bandas es constante en cada cromosoma,
lo cual al analizarse un cariotipo, facilita su identificación. Más aún, en los casos en que las ubicaciones no coinciden
con los patrones normales, las bandas constituyen una guía muy valiosa para diagnosticar trastornos genéticos
como: deleciones, duplicaciones, inversiones y translocaciones cromosómicas.
Las técnicas de bandeado más utilizadas son: bandeado G, Q, R y C.

 GENES
Son segmentos de ADN que contienen las instrucciones para la elaboración de un ARN funcional. Los humanos
presentan alrededor de 25.000 genes.
En las células eucariotas, los genes están constituidos por secuencias codificantes (exones) interrumpidas por
largas secuencias no codificantes (intrones).
Están asociados a secuencias de ADN reguladoras, responsables de asegurar que un gen se active o desactive en el
momento preciso, se exprese en el nivel apropiado y sólo en el tipo de célula apropiado.
 Gen regulable: su expresión cambia en respuesta a señales procedentes del interior o del exterior de la célula
como, por ejemplo:
- Variación en concentración de: metabolitos, nutrientes, (hormonas).
- Variación de condiciones ambientales (temperatura).
- Señales relacionadas con la situación de la célula en espacio y tiempo (desarrollo, diferenciación).
 Gen constitutivo: se expresan siempre. Codifica para proteínas que están siempre presentes en células,
independientemente de su alta o baja concentración, o de señales específicas.
∙GENOMA: la totalidad del material genético que posee un organismo o una especie en particular. En los
humanos comprende 3,2x109 nucleótidos distribuidos en 23 pares de cromosomas nucleares (22 pares
autosómicos y 1 par sexual) más una mínima fracción de ADN mitocondrial. En el genoma humano, solo una
parte muy pequeña de su ADN codifica proteínas; el resto del ADN, que se encuentra intercalado, no contiene
información relevante.

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 Empaquetamiento del ADN
Realizado por proteínas determinadas (histónicas y no histónicas) que se asocian al ADN, plegándolo y
estableciendo niveles de organización superiores de ADN, evitando que el mismo convierta en un enmarañado
ovillo, con el que no se pueda trabajar. Se produce de tal forma que permite localizar rápidamente las demandas de
acceso al ADN.
Aunque el ADN se empaquete de una forma muy compacta, lo hace de manera tal que sea accesible a las enzimas
que intervienen en su replicación, reparación y utilización de los genes para producir proteínas.
Hay una relación directa entre el grado de empaquetamiento y actividad transcripcional del ADN:
 Cromatina menos compactada: posee el ADN transcripcionalmente activo (eucromatina). Este ADN abarca el
10% del genoma.
 Cromatina más densa: corresponde al ADN transcripcionalmente inactivo (heterocromatina).
Las proteínas que se unen al ADN de los cromosomas eucariotas se clasifican en dos grupos:
 Histonas: son pequeñas proteínas con alto contenido de AA básicos (alta carga positiva), lo cual les permite
neutralizar las cargas negativas del ADN, permitiendo que cualquier secuencia del mismo se una a ellas. Pueden
ser:
- Nucleosómicas: forman nucleosomas, el primer y más básico nivel de empaquetamiento del cromosoma.
Son: H2A, H2B, H3 y H4. Todas poseen un motivo estructural llamado pliegue de histona que consta de 3 -
hélices unidas por 2 lazos, y una cola N-terminal que puede sufrir modificaciones covalentes.
- No nucleosómicas: no forman nucleosomas. Es H1.
 Proteínas cromosómicas no histónicas.
El complejo formado por el ADN cromosómico y las dos clases de proteínas se denomina cromatina.

 NUCLEOSOMA (unidad de empaquetamiento):

Complejo proteína-ADN, formado por:
∙Núcleo de la partícula nucleosómica: 8 histonas (2 moléculas de cada una de las histonas nucleosómicas) y
un ADN de doble cadena de 147 PB: las histonas forman un octámero de histonas, el núcleo alrededor del cual
se enrolla el ADN de doble cadena.
∙ADN espaciador: compuesto por hasta 80 PB, separa los núcleos de la partícula.
Cada partícula nucleosómica consta de un núcleo de histonas en forma de disco, alrededor del cual se disponen 1,7
vueltas de ADN que se enrollan hacia la izquierda. Durante el ensamblaje del nucleosoma las 4 histonas que integran
el mismo se unen en primer lugar mediante el pliegue de la histona, formando los dímeros H3-H4 y H2A-H2B. Los
dímeros H3-H4 se combinan formando tetrámeros, los cuales posteriormente se combinan con dos dímero H2A-
H2B, formándose un octámero que constituye el núcleo compacto alrededor del cual se enrolla el ADN. Es proceso
está asistido por chaperonas de histonas.
Las dos vueltas del ADN se fijan al núcleo del nucleosoma gracias a la histona H1. El complejo formado por el
nucleosoma más H1 recibe el nombre de cromatosoma.

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 La alternancia de los nucleosomas con los segmentos espaciadores le da a la cromatina la apariencia de un collar
de perlas/cuentas. El tratamiento de la misma con nucleasas (enzimas que digieren ADN) provoca cortes sólo en los
ADN espaciadores. Si el tratamiento es moderado, se independizan los cromatosomas, los cuales permanecen
íntegros, tanto sus histonas como el ADN asociado a ellas. Pero cual la digestión enzimática es intensa se obtienen
nucleosomas.

Un nucleosoma contiene un núcleo proteico formado por 8 moléculas de histona. Experimentalmente, la partícula
del núcleo nucleosómico se puede liberar de la cromatina aislada mediante digestión del ADN espaciador con una
nucleasa, una enzima que degrada ADN (la nucleasa puede degradar el ADN expuesto pero no puede atacar el ADN
unido alrededor del núcleo del nucleosoma).
Tras la disociación de los nucleosomas aislados en sus componentes (el núcleo de proteínas y el ADN), se puede
determinar la longitud del ADN que estaba enrollado alrededor del núcleo. Su longitud de 147 pares de nucleótidos
es suficiente para rodear casi 1,7 veces el núcleo de histonas.
La formación de los nucleosomas convierte a la molécula de ADN en una hebra de cromatina de aproximadamente
un tercio de su longitud original.

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 A veces al referirnos al núcleo de la partícula nucleosómica lo hacemos directamente como “nucleosoma” y no
estamos incluyendo al espaciador.
A pesar de que existen algunos casos de nucleosomas en posiciones muy precisas a lo largo de un tramo de ADN,
en la mayoría de regiones cromosómicas los nucleosomas pueden ocupar cualquiera de una serie de posiciones
posibles. Su posicionamiento exacto depende de la presencia y naturaleza de otras proteínas unidas al ADN: algunas
favorecen su formación y otras constituyen obstáculos. Debido a la presencia de los complejos remodeladores, la
disposición de los nucleosomas en el ADN puede ser muy dinámica y cambiar con rapidez de acuerdo con las
necesidades de la célula.
En el ADN y las histonas, se establecen en cada nucleosoma las siguientes uniones:
 142 enlaces de hidrógeno entre AA histónicos y el esqueleto fosfodiester.
 Interacciones electrostáticas entre las lisinas y argininas de las histonas y las cargas negativas del ADN.
 Interacciones hidrofóbicas.
 Uniones salinas. “interacciones débiles no covalentes,
principalmente electrostáticas”  por carga
La estructura de la cromatina debe ser dinámica para permitir el acceso a su ADN, por lo que existen 2 estrategias
para producir cambios locales reversibles en la estructura de la cromatina:
 COMPLEJOS REMODELADORES DE CROMATINA
Máquinas proteicas que modifican temporalmente la estructura de los nucleosomas utilizando la energía de la
hidrólisis de ATP para desplazar el ADN unido al núcleo nucleosómico y disminuir la fuerza con la que el ADN está
unido a las histonas. Tiene 2 consecuencias:
-Permite el acceso de otras proteínas el ADN (implicadas en expresión de genes, replicación y reparación).
-Cataliza cambios en la posición de los nucleosomas a lo largo del ADN.
 MODIFICACIÓNES COVALENTES DE LAS COLAS N‐TERMINALES HISTÓNICAS realizadas por enzimas que
residen en el núcleo (las colas se proyectan hacia fuera del nucleosoma):
 Acetilación de lisinas.
 Metilación de lisina.
 Fosforilación de serinas.

 NIVELES DE EMPAQUETAMIENTO DE LA CROMATINA

Para que pueda ser contenida en el pequeño espacio que el núcleo le ofrece, la cromatina de cada cromosoma
debe experimentar nuevos y sucesivos grados de enrollamiento, cada vez mayores. Estos nuevos enrollamientos son
inducidos por un complejo de proteínas nucleares llamadas condensinas.
∙Fibra de 2nm: fragmento corto de una dóble hélice de ADN.
∙Fibra de 11nm: cromatina descondensada forma “collar de cuentas”: el collar es ADN y cada cuenta, el núcleo
de un nucleosoma.
∙Nucleosoma: primer y más básico nivel de organización del cromosomas.
∙Fibra de 30nm - solenoide: los cromatosomas se enrollan sobre sí mismos y dan lugar a esta estructura
helicoidal. Este enrollamiento depende de las histonas H1 (dado que se unen entre sí). Cada vuelta del
solenoide contiene 6 nucleosomas.
∙Fibra de 300nm: la fibra de 30nm forma lazos/bucles de variada longitud, los cuales nacen de un cordón
proteico constituido por proteínas no histónicas. Contienen genes que codifican para la síntesis de ARNr: hay
multiples copias en tándem porque se tienen que sintetizar muchas proteínas, por lo que se requieren más
ribosomas.
Enzimas que transcriben esos genes en eucariota y procariota:
- ARN Polimerasa I: transcribe subunidades ribosomales 28s, 18s y 5,8s.
- ARN Polimerasa III: transcribe subunidade ribosomal 5s.
- Procariotas: todos los ARN son transcriptos por la misma ARN Polimerasa.
Modificaciónes post-transcripciónales:
- Metilaciónes en C 2-OH.
- Isomerizaciónes de nucleótidos.

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 La transcripción del ARNr se lleva a cabo en el centro fibrilar y el componente fibrilar denso. El procesamiento
de los ARNr y el ensamblaje para formar las subunidades ribosomales se realiza en la periferia del componente
fibrilar denso y en el componente granular que lo rodea.
∙Fibra de 700 nm.
∙Fibra de 1400nm: cromosoma mitótico  máximo estado de condensación. Es 10.000 veces más corto que
su forma extendida.

EXPRESIÓN GÉNICA
Proceso por medio del cual todos los organismos transforman la información codificada en los ácidos nucleicos, en
las proteínas y las moléculas de ARN necesarias para su desarrollo y funcionamiento.
En todos los organismos el contenido del ADN de todas sus células es idéntico, por lo que contienen toda la
información necesaria para la síntesis de todas las proteínas. Sin embargo, no todos los genes se expresan al mismo

38
tiempo ni en todas las células. Los diferentes tipos celulares de los organismos pluricelulares se forman por que
expresan distintos conjuntos de genes.
El proceso que conduce desde el ADN hasta las proteínas está formado por muchas etapas, las cuales se pueden
regular, lo cual, a su vez, controla la expresión génica:
1. Control transcripcional  regula cuándo y con qué frecuencia se transcribe un gen concreto. Es el más
importante porque asegura que no se sinteticen intermediarios superfluos.
2. Control de procesamiento del ARN  controla la maduración o procesamiento de transcriptos primarios.
3. Control del transporte y localización del ARN  seleccionando los ARNm maduros del núcleo que van a ser
exportados al citosol y dónde van a localizarse en el citosol.
4. Control traduccional  seleccionando los ARNm citoplasmáticos que van a ser traducidos por ribosomas.
Los organismos eucariotas y procariotas, utilizan represores de la traducción. Algunos de estos represores se
unen al extremo 3´ de determinados ARNm e inhiben el inicio de la traducción interfiriendo entre la caperuza
5´ y la cola 3’ de poli-A necesaria para que se produzca una traducción eficaz.
Controles de traducción:
- Control de la velocidad de traducción a través de IF2 (fosforilación).
- Iniciación de la traducción en AUGs internos.
- Uso de sitios internos de entrada de ribosomas (IRES) que no necesitan 5´-cap.
5. Control de la degradación de los ARNm  desestabilizando selectivamente algunas moléculas de ARNm
citoplasmático.
Los fragmentos de ARN sobrante (intrones) y el ARN procesado de forma incorrecta o dañado se degradan
en el núcleo (exosoma: gran complejo proteico que contiene ARN exonucleasas) como parte del sistema de
control de la calidad de la producción de ARN.
6. Control de actividad proteica  activando, inactivando, degradando o ubicando de modo selectivo las
proteínas ya sintetizadas.

 MECANISMOS QUE REGULAN LA TRANSCRIPCIÓN (y por lo tanto la expresión génica)

 Factores generales de transcripción que deben ensamblarse al promotor para permitir que la ARN polimerasa
II comience la síntesis.
 Complejo proteico llamado operador, intermediario entre las proteínas de regulación génica y la ARN
polimerasa.
 Empaquetamiento de la cromatina: se deben producir cambios en la estructura la cromatina, dando mayor
accesibilidad al ADN, facilitando la transcripción (solo en eucariota). Se lleva a cabo por medio de 2
mecanismos:
 Modificaciones covalentes de las histonas.  Remodelación del nucleosoma.
 Interruptores genéticos:
∙Secuencias específicas de ADN.
∙Proteínas reguladoras: son capaces de activar o desactivar conjuntos determinados de genes. Ejemplos:
- Represor lambda: inactiva los genes del virus que codifican los componentes proteicos de las nuevas
partículas víricas capacitando al genoma vírico a permanecer en el cromosoma bacteriano como un
pasajero silencioso, multiplicándose con la bacteria cuando las condiciones son favorables al crecimiento
bacteriano.
- Represor Lac: responde a condiciones nutricionales, inactivando conjuntos de genes que codifican grupos
de enzimas del metabolismo que ya no se necesitan. Lac inactiva la producción de proteínas implicadas
en el metabolismo de la lactosa cuando ésta no se encuentra en el medio.
 Enhancers (incrementadoras o activadoras): cortas regiones del ADN eucarionte a las que se unen las
proteínas activadoras de genes, lo que aumenta los niveles de transcripción de genes.
 Ausencia de operones.

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  PROTEÍNAS DE REGULACIÓN GÉNICA
Reconocen secuencias nucleotídicas específicas, con una longitud menor a 20 PB, desde el exterior de la hélice de
ADN (surco mayor), sin necesidad de abrirla. Dichas secuencias, junto con las proteínas reguladoras, son
componentes fundamentales de los interruptores genéticos.
Las proteínas se unen al ADN mediante un motivo estructural específico. Existen muchos tipos de motivos, cada
uno de los cuales utiliza hélices  y láminas  para unirse al surco mayor. Dichos motivos tienen una superficie
complementaria a la de la molécula de ADN y, en la mayoría de los casos, establecen una serie de contactos con el
ADN como: puentes de hidrógeno, enlaces iónicos e interacciones hidrofóbicas (fuertes por efecto cooperativo).
Los motivos más frecuentes son:
∙Hélice-giro-hélice: consta de 2 hélices  conectadas por una corta cadena de AA que forma el giro. Identificado
en proteínas bacterianas.
∙Homeodominio: clase especial de hélice-giro-hélice descubierto en la mosca del vinagre Drosophila.
∙Dedos de zinc: puede ser una hélice  y una lámina  unidas por zinc, o dos hélices  unidas por dos átomos de
zinc. Ambos casos utilizan la hélice  para reconocer el surco mayor.
∙Cremallera de leucina: son dímeros. Dos hélices α, una de cada monómero, se mantienen unidas formando un
corto sobreenrollamiento. Las hélices se mantienen unidas por interacciones entre las cadenas laterales
hidrofóbicas de AA (principalmente leucina) que se extienden desde un lado de cada hélice. Después de dicho
dominio, las dos hélices α se separan y forman una estructura en forma de Y, lo que permite a sus cadenas
laterales entrar en contacto con el surco mayor.

REGULACIÓN DE LA TRANSCRIPCIÓN EN PROCARIOTAS - OPERONES

Un operón es un grupo de genes con funciones relacionadas que están agrupados con secuencias de ADN que
permiten que los mismos sean activados y desactivados simultáneamente. Su producto de transcripción es un ARN
policistrónico y es controlado por un mismo promotor.
Los principales elementos que los constituyen son:
 Genes estructurales: llevan información que codifica para polipéptidos. Se trata de los genes cuya expresión
está regulada. Los operones bacterianos suelen contener varios genes estructurales (policistrónicos), mientras
que los eucarióticos suelen contener un sólo gen estructural (monocistrónicos).
 Promotor (P): región del ADN con una secuencia específica que es reconocida por la ARN polimerasa para
comenzar la transcripción. Se encuentra inmediatamente antes de los genes estructurales.
 Operador (O): región del ADN con una secuencia que es reconocida por la proteína reguladora. Se sitúa entre
la región promotora y los genes estructurales. Funciona como un interruptor genético.
 Gen regulador (i): secuencia de ADN que codifica para la proteína reguladora que reconoce la secuencia de
la región del operador. El gen regulador está cerca de los genes estructurales del operón, pero no está
inmediatamente al lado.
 Proteína reguladora: proteína codificada por el gen regulador que se va a unir al operador.

 MECANISMOS DE REGULACIÓN DE OPERONES

 Control positivo: ejercido por activadores transcripcionales o proteínas de activación génica. Se dice que un
sistema está bajo control positivo cuando el producto del gen regulador activa la expresión de los genes, actúa
como un activador.
 Control negativo: ejercido por represores transcripcionales o proteínas de represión génica. Se dice que un
sistema está bajo control negativo cuando el producto del gen regulador reprime o impide la expresión de los
genes, actúa como un represor. Tanto la represión como la inducción son ejemplos de control negativo, dado
que la proteína represora detiene la transcripción.
∙Sistemas inducibles: cuando el sustrato sobre el que va actuar la enzima provoca la síntesis de la misma. Al
efecto del sustrato se le denomina inducción positiva. Al compuesto que desencadena la síntesis del
enzima se le denomina inductor.

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 Por ejemplo, la lactosa, el azúcar de la leche, es hidrolizada por la enzima β-galactosidasa. Esta enzima es
inducible: solo se produce en grandes cantidades cuando la lactosa, el sustrato sobre el cual opera, está
presente.
∙Sistemas represibles: cuando el producto final de la reacción que cataliza el enzima impide la síntesis de la
misma. Este fenómeno recibe el nombre de inducción negativa. Al compuesto que impide la síntesis del
enzima se le denomina represor.
Por ejemplo, las enzimas para la síntesis del aminoácido triptófano se producen continuamente a menos
que el triptófano esté presente en el medio de cultivo, se dice en este caso que las enzimas sintetizadoras
de triptófano están reprimidas.

 OPERÓN TRIPTOFANO:
Formado por los genes estructurales (A, B, C, D y E) que codifican para las enzimas que sintetizan el AA triptófano
en E. coli. Estos genes se transcriben como una sola molécula de ARNm (policistrónico), lo que permite que su
expresión sea regulada de manera coordinada:
- Si en el interior de la célula el nivel de triptófano es bajo, la ARN polimerasa se une al promotor y transcribe los
cinco genes del operón de triptófano.
- Si el nivel de triptófano es alto, el represor del triptofano se une al operador y bloquea la unión de la ARN
polimerasa al promotor, impidiendo la transcripción de los genes que codifican las enzimas necesarias para la
producción de triptófano (CONTROL NEGATIVO).
Esto último es posible dado que el represor del triptofano sólo puede unirse al ADN cuando se ha unido a su vez a
dos moléculas de triptofano. Sin triptofano, los motivos de unión al ADN quedan en el interior de la proteína y la
misma es incapaz de unirse al operador.

 OPERÓN LAC:
Codifica las proteínas necesarias para transportar y metabolizar el disacárido lactosa, sustrato metabolizado en
ausencia de glucosa. Formado por 3 genes: LacZ, LacY y LacA. LacZ, el primer gen del operón Lac, codifica para la
enzima β-galactosidasa, que convierte el disacárido lactosa en galactosa y glucosa.
Está controlado por controles transcripcionales negativos y positivos:
∙Represor Lac: asegura que el operón Lac esté inactivo en ausencia de lactosa. Interactúa con el ADN solo
cuando no tiene unido su ligando: alolactosa, un isómero de lactosa. Cuando hay lactosa en el medio, aumentan
los niveles de alolactosa.
∙Proteína CAP: capacita a la bacteria para utilizar fuentes de C alternativas a la glucosa, como la lactosa. Activa al
operón Lac cuando está unida a su ligando AMPc. El descenso de los niveles de glucosa hace que aumente el
AMPc.
Ambos permiten al operón Lac responder integrando dos señales diferentes, de forma que solo se activa cuando
las condiciones son las adecuadas: no debe haber glucosa pero sí lactosa.
- ↓[glucosa] hace que ↑[AMPc], el cual se une a la proteína CAP, activándola (se une al operón). Esta última
activa al operón, permitiendo la expresión del gen.
- ↑[lactosa] entonces ↑[alolactosa], la cual se une al represor Lac, inactivándolo (lo separa del operón), y
permitiendo la expresión del gen.
Existen varios sitios de unión al represor Lac situados en distintas posiciones a lo largo del DNA. El que se ilustra, es
el que ejerce el mayor efecto, pero los otros son necesarios para que se produzca una expresión completa.
Además, la expresión del operón Lac nunca se reprime por completo. Una cierta cantidad de la enzima β-
galactosidasa es necesaria para transformar la lactosa en alolactosa, permitiendo así que el represor Lac esté
inactivado cuando se añade lactosa al medio de crecimiento.

REGULACIÓN DE LA TRANSCRIPCIÓN EN EUCARIOTAS

Características principales que la diferencian de la regulación en bacterias:
 La ARN polimerasa II requiere 5 factores generales de transcripción, mientras que la ARN polimerasa
bacteriana necesita un solo factor de transcripción, la subunidad sigma.
 Las células eucariotas no tienen operones, por lo que cada gen se regula individualmente.
 Los genes están controlados por muchas proteínas reguladoras diferentes (a veces centenares), lo cual es
posible gracias a que muchas de ellas pueden actuar a grandes distancias a lo largo del ADN.

41
  Contienen un complejo proteico llamado Mediador, que actúa como intermediario entre las proteínas de
regulación génica y la ARN polimerasa.

Las regiones de control de genes (regiones de ADN implicadas en la regulación e iniciación de la transcripción de
un gen), que pueden estar dispersas sobre largas extensiones de ADN, están formadas por:
- Un promotor, en que se ensamblan los factores generales de transcripción y la polimerasa.
- Todas las secuencias reguladoras a las que se unen las proteínas reguladoras controlando la velocidad de este
proceso de ensamblaje sobre el promotor.

 PROTEÍNAS ACTIVADORAS:
Las proteínas activadoras de genes eucariotas facilitan el ensamblaje de la ARN polimerasa y de los factores
generales de transcripción en el lugar de inicio de la misma. Los sitios a los que se unen se denominan potenciadores
(enhancers), dado que su presencia “potencia” la velocidad de inicio de la transcripción.
Las más sencillas constan de dos dominios diferentes:
∙Uno de ellos contiene uno de los motivos estructurales capaces de reconocer una secuencia específica en el
ADN.
∙El otro llamado dominio de activación, acelera la frecuencia de inicio de transcripción.
Su función final es atraer, ubicar y modificar los factores generales de transcripción, el Mediador y la ARN
polimerasa II de forma que pueda iniciarse la transcripción. Esto lo pueden llevar a cabo de dos formas:
- Directa: uniéndose a uno o más de los factores generales, acelerando su ensamblaje a un promotor que esté
unido al activador; interaccionando con el Mediador y llevándolo hacia el ADN, donde puede facilitar el
ensamblaje de la ARN polimerasa y de los factores generales en el promotor.
- Indirecta: mediante modificaciones en la estructura de la cromatina en las regiones reguladoras y en los
promotores, atrayendo las enzimas modificadoras de histonas, los complejos remodeladores de cromatina
dependientes de ATP y las chaperonas de histonas. De esta manera hacen que el ADN sea más accesible y
facilitan el ensamblaje de de los factores generales, del Mediador y de la ARN polimerasa sobre el promotor.
A menudo muestran sinergia transcripcional, mediante la que varias proteínas activadoras que actúan de forma
conjunta producen una velocidad de transcripción mucho mayor que la que producirían los activadores actuando por
separado.

 PROTEÍNAS REPRESORAS:
Pueden actuar de múltiples formas:
- Unirse al ADN ocultando la superficie de activación.
- Interaccionando con los factores generales de transcripción.
- Reclutando complejos de remodelación de la cromatina.
- Reclutando la histona desacetilasa o de la metiltransferasa.

DIFERENCIACIÓN CELULAR
Actividad génica variada entre las células de un mismo organismo.
Las especializaciones de las células implican la síntesis de proteínas específicas, de modo que en célula/ tipo celular
se expresa un gen singular, distintos de los genes expresados en los otros tipos celulares.
No acarrea la pérdida de información genética, de modo que en todas las células del organismo existen conjunto
de genes idénticos.

CONTROL COMBINATORIO
Es el control de un paso en un proceso celular como la iniciación de la transcripción de ADN, mediante una
combinación de proteínas.

42
 MECANISMOS DE COMUNICACIÓN ₵
La comunicación entre las células está mediada por moléculas señal extracelulares, las cuales pueden trabajar a
larga distancia o entre células vecinas.
Las células de los animales pluricelulares se comunican mediante distintos tipos de moléculas señal (proteínas,
pequeños péptidos, AA, nucleótidos, etc.), las cuales se van a unir a receptores específicos de la célula diana y así
iniciar una respuesta en la misma. Los receptores pueden ser:
∙Extracelulares (mayoría): son proteínas transmembrana de la superficie de las células dianas. Se unen a la
molécula señal extracelular, se activan y generan varias señales intracelulares que alteran el comportamiento
de la célula.
∙Intracelulares: la molécula señal tiene que entrar en la célula para activarlos, por lo que deben ser lo bastante
pequeñas e hidrofóbicas para poder difundir a través de la membrana plasmática.
Hay 4 formas de señalización intercelular (figura 15-4, página 882):
 DEPENDIENTE DE CONTACTO: requiere que las células estén en contacto directo a través de sus membranas.
Las moléculas señal permanecen unidas a la superficie de la célula señalizadora.
 PARACRINA: se basa en señales liberadas por las células al medio extracelular y que actúan de forma local sobre
células vecinas. Habitualmente la célula señalizadora y la célula diana son tipos celulares diferentes, aunque las
células también pueden producir señales a las que responden ellas mismas (SEÑALIZACIÓN AUTOCRINA).
 SINÁPTICA: la realizan neuronas que transmiten señales eléctricas a lo largo de sus axones y liberan
neurotransmisores en las sinapsis, las cuales pueden estar muy alejadas del soma celular. Es rápida (los impulsos
eléctricos viajan hasta 100mt/seg.).
 ENDÓCRINA: se basa en células endocrinas que secretan hormonas al torrente sanguíneo desde donde son
distribuidas por todo el organismo. Dado que depende de la difusión y del flujo sanguíneo, es relativamente
lenta. Las hormonas se diluyen mucho en la sangre y el líquido intersticial, por lo que tienen que poder actuar a
concentraciones muy bajas.
En las señalizaciones paracrina, sináptica y endocrina se utilizan muchos de los mismos tipos de moléculas
señalizadoras. Las diferencias cruciales radican en la velocidad y en la selectividad con que las señales son liberadas a
sus dianas.
Diferencias entre la comunicación mediante células endócrinas y la comunicación mediante células nerviosas:
-La señalización endocrina es relativamente lenta, ya que depende de la difusión y del flujo sanguíneo. Mientras
que la señalización sináptica es mucho más rápida y precisa.
-Las hormonas tienen que actuar a concentraciones muy bajas, dado que se diluyen enormemente en la sangre
circulante y en el líquido intersticial. Los neurotransmisores se diluyen mucho menos y alcanzan
concentraciones locales altas, por lo que sus receptores tienen una afinidad relativamente baja por sus ligandos.
-Mientras que diferentes células endocrinas tienen que utilizar diferentes hormonas para comunicarse de forma
específica con sus células diana, diferentes células nerviosas pueden utilizar el mismo neurotransmisor.

 Uniones GAP.
Las uniones de tipo GAP permiten que las células vecinas compartan la información de señalización, por lo que
pueden responder a señales extracelulares de forma coordinada.
Por ejemplo, en el hígado hay señales que son llevadas a cabo por las terminaciones nerviosas sinápticas. Sin
embargo, no todos los hepatocitos están inervados por las mimas. Mediante las uniones de tipo gap que conectan
los hepatocitos, aquellos que están inervados transmiten la señal a los no inervados.

 Combinación de señales.
Una célula típica de un organismo pluricelular puede estar expuesta a centenares de moléculas señal diferentes y
cada una está programada para responder a combinaciones específicas de las mismas. Las moléculas señal actúan de
forma combinada y regulan el comportamiento de la célula: una célula individual requiere varias señales para
sobrevivir y señales adicionales para dividirse o diferenciarse. Si se priva a las células de las señales de supervivencia
apropiadas, inicia un proceso de apoptosis.

43
 El receptor es el mensaje.
La misma molécula señal extracelular produce respuestas muy diferentes en diferentes tipos de células diana. Por
lo tanto, una molécula señal extracelular contiene en sí misma muy poca información; sencillamente induce a la
célula a que responda de acuerdo con su estado predeterminado, que depende de la historia de su desarrollo y de
los genes que expresa.
Esto no depende del receptor, ya que la unión de una misma molécula señal a receptores idénticos también
produce respuestas diferentes en diferentes tipos de células diana.
Por ejemplo, el neurotransmisor acetilcolina disminuye la frecuencia y la fuerza de contracción de las fibras
musculares del corazón, pero estimula la contracción de las fibras del músculo esquelético.

MOLÉCULAS SEÑAL PARA RECEPTORES INTRACELULARES.

Hay moléculas señalizadoras importantes que activan receptores intracelulares, entre las cuales encontramos el
óxido nítrico y las hormonas esteroideas. Estas son lo bastante hidrofóbicas o pequeñas, o ambas, para atravesar
fácilmente la membrana plasmática de la célula diana. Una vez en el interior regulan de forma directa la actividad de
proteínas intracelulares determinadas.

 Óxido nítrico (NO).

El óxido nítrico es un gas que actúa como una molécula señal tanto en animales como en plantas, regulando
directamente la actividad de determinadas proteínas en el interior de la célula diana. Una de sus funciones es relajar
la musculatura lisa de las paredes de los vasos sanguíneos. La acetilcolina liberada por las terminaciones nerviosas
de la pared del vaso sanguíneo activa la enzima NO sintasa en las células endoteliales que recubren el vaso
sanguíneo; el resultado es que producen NO a partir de arginina. El NO difunde fuera de las células endoteliales,
hacia las células vecinas de la musculatura lisa, donde se une y activa a la guanilato ciclasa, que produce GMP cíclico
a partir de GTP. El GMP cíclico desencadena una respuesta que hace relajar la fibra muscular lisa y aumenta así el
flujo de sangre a través del vaso sanguíneo.
Este efecto del NO proporciona una explicación del mecanismo de acción de la nitroglicerina, que ha sido utilizada
para tratar pacientes con angina de pecho (dolor debido a un flujo sanguíneo inadecuado en el músculo sanguíneo).
La nitroglicerina es transformada en NO, relajando los vasos sanguíneos y reduciendo la carga de trabajo del corazón
y, en consecuencia, reduciendo el requerimiento de oxígeno del músculo cardíaco.

 Hormonas lipídicas.
Como las hormonas esteroideas, las hormonas tiroideas, los retinoides y la vitamina D, moléculas pequeñas e
hidrofóbicas que difunden de forma directa a través de la membrana plasmática de las células diana y se unen a

proteínas receptoras intracelulares que son proteínas reguladoras de genes.

Dichos receptores intracelulares tienen estructuras relacionadas entre sí y constituyen la familia de los
RECEPTORES NUCLEARES: proteínas reguladoras de la expresión génica moduladas por ligando. Estos se unen a
secuencias específicas del ADN adyacentes a los genes que son regulados por el ligando correspondiente. Algunos se

44
localizan principalmente en el citosol y sólo entran en el núcleo después de unirse al ligando; otros se localizan en el
núcleo y se unen al ADN incluso en ausencia del ligando.
Los receptores inactivos están unidos por lo general a complejos proteicos inhibidores. Habitualmente, la unión
del ligando provoca que el dominio de unión al ligando se cierre envolviendo al ligando, que las proteínas inhibidoras
se disocien y que las proteínas coactivadoras (estimulan la transcripción génica) se unan al dominio de activación de
la transcripción del receptor, con lo cual se incrementa la transcripción del gen. En otros casos, la unión del ligando
tiene el efecto contrario, provocando que proteínas co-represoras se unan al receptor y disminuya la transcripción.
La actividad también se controla mediante un cambio en la localización del receptor: cuando está en su forma
inactiva, puede estar retenido en el citoplasma; la unión del ligando puede entonces dejar al descubierto la señal de
localización nuclear que provoca que sea importado al núcleo para actuar sobre el ADN.
La respuesta transcripcional tiene lugar generalmente en varias etapas. En el caso en el que la unión del ligando
activa la transcripción, rápidamente se produce la estimulación directa de un pequeño número de determinados
genes, lo cual se conoce como la respuesta primaria; a su vez, los productos proteicos de estos genes activan a
otros genes, produciendo una respuesta retrasada, denominada respuesta secundaria. Además, algunas de las
proteínas producidas en la respuesta primaria pueden actuar inhibiendo la transcripción de genes de la respuesta
primaria, limitando así esta respuesta (retroalimentación negativa).

RECEPTORES DE MEMBRANA.
La mayoría de las moléculas señalizadoras extracelulares se unen a proteínas receptoras específicas situadas en la
superficie de las células diana a las que afectan. Estos receptores de superficie actúan como transductores de señal
transformando un evento de unión de la molécula señal extracelular en señales intracelulares que alteran el
comportamiento de la célula diana.
Hay 3 clases de receptores de superficie celular, definidos en función del mecanismo de transducción que utilizan:
 Acoplados a canales iónicos: también conocidos como canales iónicos regulados por transmisores. Participan
sobre todo en la rápida señalización sináptica entre células excitables eléctricamente. Este tipo de señalización
está mediada por neurotransmisores que abren o cierran de forma transitoria un canal iónico formado por una
proteína a la cual están unidos, alterando así brevemente la permeabilidad iónica de la MP y, por lo tanto,
modificando la excitabilidad de la célula postsináptica diana.

 Acoplados a proteínas G: actúan regulando de forma indirecta la actividad de una proteína diana ligada a la MP,
que generalmente es una enzima o un canal iónico. La interacción entre el receptor y la proteína diana está
mediada por una tercera proteína denominada proteína trimérica de unión a GTP (proteína G). La activación de
la proteína diana modifica la concentración de moléculas señalizadoras intracelulares (si la proteína diana es una
enzima) o la permeabilidad iónica de la MP (si la proteína diana es un canal iónico). A su vez, los pequeños
mediadores intracelulares alteran el comportamiento de otras proteínas de señalización de la célula.

45
 Acoplados a enzimas: actúan directamente como enzimas o están asociados a enzimas a las que activan. Por lo
general son proteínas transmembrana unipaso que tienen el dominio de unión al ligando situado fuera de la
célula y el lugar catalítico en el interior. La gran mayoría son proteínas quinasa o están asociados con proteínas
quinasa, que cuando están activados fosforilan específicamente conjuntos de proteínas de la célula diana.

SEÑALIZADORES INTRACELULARES.
Las señales recibidas en la superficie de la célula tanto por receptores asociados a proteínas G como asociados a
enzimas son transmitidas hacia el interior de la célula mediante una combinación de moléculas de señalización
intracelular de pequeño y de gran tamaño. La cascada de señalización intracelular resultante finalmente modifica
proteínas efectoras que son responsables de la modificación del comportamiento de la célula.
Las moléculas señalizadoras intracelulares de pequeño tamaño se denominan modificadores intracelulares
pequeños o SEGUNDOS MENSAJEROS (siendo los “primeros mensajeros” las señales extracelulares). Estos se
generan en gran cantidad en respuesta a la activación del receptor y difunden rápidamente transmitiendo la señal
hacia otras partes de la célula, ya sea uniéndose o modificando la conformación y el comportamiento de
determinadas proteínas señalizadoras o efectoras.
Las moléculas señalizadoras intracelulares de gran tamaño son proteínas señalizadoras intracelulares, que
participan en la liberación de la señal dentro de la célula generando pequeños mediadores intracelulares o activando
la proteína señalizadora o efectora siguiente de la vía. Forman una red funcional en la que cada proteína colabora en
el procesamiento de la señal de una u otra de las siguientes maneras, de forma que difunden la influencia de la señal
por toda la célula:
 Pueden transmitir la señal al siguiente componente de la cadena.
 Puede actuar como un armazón uniendo proteínas señalizadoras de forma que puedan interactuar de una
forma más rápida y eficiente.
 Pueden transformar, o transducir, la señal a una forma diferente, que es susceptible de transmitir la señal o
estimular una respuesta celular.
 Pueden amplificar la señal que reciben y producir grandes cantidades de pequeños mediadores intracelulares
o activar un gran número de copias de una proteína señalizadora corriente abajo. De esta forma, un pequeño
número de moléculas señalizadoras extracelulares pueden provocar una gran respuesta intracelular. Cuando
una cadena de transmisión tiene múltiples etapas de amplificación generalmente se la denomina cascada de
señalización.
 Pueden recibir señales procedentes de 2 o más vías de señalización e integrarlas antes de transmitir una señal
hacia delante.
 Pueden difundir la señal desde una vía de señalización a otra, generando ramas en el flujo de señalización e
incrementando así la complejidad de la respuesta.

46
  Pueden anclar una o más proteínas señalizadoras de una vía a una estructura particular de la célula donde se
requiere la proteína señalizadora.
 Pueden modular la actividad de otras proteínas señalizadoras y, por tanto, regular la fuerza de la señal a lo
largo de una vía de señalización.
Muchas proteínas señalizadoras intracelulares se comportan como interruptores moleculares. Al recibir una señal,
cambian de una forma inactiva a una conformación activa, hasta que otro proceso las devuelva a su conformación
inactiva nuevamente.
En dos importantes clases de interruptores moleculares que actúan en procesos de señalización celular, su
activación o inactivación dependen de la ganancia o pérdida de grupos fosfato, a pesar de que el sistema de
ganancia o pérdida de estos grupos fosfato es muy diferente en ambas clases: uno es activado por fosforilación y el
otro por unión a GTP.
∙Señalización por fosforilación: una proteína quinasa añade covalentemente un fosfato del ATP a la proteína se
señalización y una proteína fosfatasa elimina el fosfato. Algunas proteínas señalizadoras son activadas por
desfosforilación en lugar de serlo mediante la fosforilación.
∙Señalización mediante unión a GTP: una proteína de unión a GTP es inducida a cambiar el GDP que tiene unido
por un GTP, lo que la activa; la proteína activada se auto-inactiva hidrolizando su GTP a GDP.
Hay 3 tipos de complejos de señalización intracelular:

47
 - Preformado sobre una proteína de armazón: un receptor y algunas de las proteínas señalizadoras intracelulares
que se activan de forma secuencial están pre-ensambladas por una proteína de armazón de gran tamaño y
forman un complejo de señalización unido al receptor inactivo. En otros casos, el complejo pre-ensamblado se
une al receptor sólo después de que este haya sido activado.
- Ensamblaje sobre un receptor activado: se ensambla a un receptor tras la unión de una molécula señal
extracelular que activa al receptor.
- Ensamblaje sobre lugares de unión de un fosfoinositol: activación de un receptor como respuesta al aumento
de fosforilación de un fosfolípido determinado (fosfoinositol) de la membrana adyacente, que entonces actúa
como lugar de unión de determinadas proteínas señalizadoras intracelulares, las cuales ahora pueden
interactuar entre sí.

Modelos de adaptación celular o desensibilización de la señal.

Las células pueden ajustar su sensibilidad frente a una señal a través de un proceso reversible de adaptación, o
desensibilización, mediante el cual una exposición prolongada a un estímulo disminuye la respuesta de las células a
este nivel de estímulo. Esto ocurre de diversas maneras:
∙Secuestro del receptor: la unión de moléculas señalizadoras a receptores de la superficie celular induce su
endocitosis y el secuestro temporal de los receptores en endosomas.
∙Regulación por diminución del receptor: la endocitosis del receptor inducida por su ligando lleva a la
destrucción del mismo en los lisosomas.
∙Inactivación del receptor: los receptores se inactivan sobre la superficie celular, por ejemplo como
consecuencia de una fosforilación o metilación del receptor que ocurra de manera retardada tras su activación.
∙Inactivación de la proteína señalizadora: cambios en las proteínas señalizadoras intracelulares que participan
en la transducción de la señal extracelular.
∙Producción de una proteína inhibidora: producción de una proteína inhibidora que bloquea el proceso de
transducción de la señal.

RECEPTORES DE SUPERFICIE CELULAR ACOPLADOS A CANALES IÓNICOS.

Las señales neuronales se transmiten célula a célula en unos lugares de contacto especializados conocidos como
SINAPSIS. El mecanismo normal de transmisión es indirecto. Las células están eléctricamente aisladas unas de otras,
ya que la célula pre-sináptica se encuentra separada de la célula post-sináptica mediante una estrecha hendidura
sináptica. Un cambio en el potencial eléctrico de la célula pre-sináptica desencadena la liberación de unas pequeñas
moléculas señal, conocidas como neurotransmisores, que se hallan almacenadas en unas vesículas sinápticas
próximas a la membrana y que pueden ser liberadas por exocitosis. El neurotransmisor difunde con rapidez a través
de la hendidura sináptica y provoca un cambio eléctrico en la célula post-sináptica mediante su unión a canales
iónicos regulados por transmisores (receptores de superficie acoplados a canales iónicos) y determina su apertura.
Una vez secretado el neurotransmisor, es rápidamente eliminado por:
- Degradación mediante enzimas específicas situadas en la hendidura sináptica.
- Captura gracias a la terminación nerviosa que lo ha liberado o por las células gliales vecinas.
La recaptación está mediada por diferentes transportadores de neurotransmisores dependientes de Na +; de esta
forma, son reciclados, permitiendo que las células puedan mantener una elevada tasa de liberación.
Su rápida eliminación asegura la precisión espacial y temporal de la señal en la sinapsis:
 Disminuye las posibilidades de que la influencia del neurotransmisor alcance a células vecinas.
 Despeja la hendidura sináptica antes de que se produzca el próximo pulso de neurotransmisor.
Los canales iónicos regulados por transmisores están especializados en transformar rápidamente las señales
químicas extracelulares en señales eléctricas en las sinapsis químicas. Están concentrados en la MP de la célula post-
sináptica y se abren de forma transitoria en respuesta a la unión de las moléculas de neurotransmisor, generando así
un breve cambio en la permeabilidad de la membrana y, por tanto, cambios en el potencial de membrana.
Este tipo de canales se diferencian entre sí en varios aspectos:
- Al ser receptores, presentan un centro de unión altamente selectivo para el neurotransmisor que se libera en la
terminación nerviosa pre-sináptica.
- Al ser canales, son selectivos respecto del tipo de iones que dejan pasar a través de la MP, lo cual determina la
naturaleza de la respuesta post-sináptica:

48
 ∙Los neurotransmisores excitadores abren canales catiónicos, causando una entrada de Na + que despolariza
la membrana post-sináptica hacia el potencial umbral que dispara el potencial de acción.
∙Los neurotransmisores inhibidores abren canales de Cl- o de K+, lo que elimina la posibilidad de un potencial
de acción, ya que hace más difícil que las señales excitadoras despolaricen la membrana post-sináptica.

Para cada clase de canal iónico regulado por transmisores existen formas alternativas de cada tipo de subunidad.
Estas variantes se ensamblan en diferentes combinaciones generando una serie muy diversa de subtipos distintos de
canales. Por ejemplo, en el cerebro los diferentes grupos de neuronas sensibles a la acetilcolina tienen funciones
diversas y expresan diferentes combinaciones de las subunidades que componen los receptores. Esto hace posible
diseñar fármacos dirigidos contra grupos de neuronas o sinapsis muy bien definidos que influyan así de forma
específica sobre funciones particulares del cerebro.
Muchos de los fármacos utilizados para tratar el insomnio, la ansiedad, la depresión y la esquizofrenia ejercen sus
efectos sobre las sinapsis químicas y actúan mediante su unión a los canales regulados por transmisores.
Además de los canales iónicos, muchos otros componentes de la maquinaria señalizadora de la sinapsis también
pueden ser dianas para fármacos psicoactivos. Tras su liberación en la hendidura sináptica muchos
neurotransmisores deben ser eliminados por mecanismos de recaptación mediados por transportadores
dependientes de Na+. La inhibición de estos transportadores prolonga el efecto del neurotransmisor y, por tanto,
potencia la transmisión sináptica. Muchos fármacos antidepresivos, como por ejemplo el Prozac, inhiben la
recaptación de serotonina; otros inhiben tanto la recaptación de serotonina como de noradrenalina.

Receptor de ACETILCOLINA.
Es el canal iónico regulado por transmisores mejor estudiado. Se encuentra en las fibras musculares esqueléticas y
se abre de forma transitoria por la acetilcolina liberada por la terminación nerviosa de la unión neuromuscular
(sinapsis química entre una neurona motora y una fibra muscular esquelética).
El receptor de acetilcolina del músculo esquelético está formado por 5 polipéptidos transmembrana, 2 de un tipo y
3 más diferentes entre sí. Cuando se unen dos moléculas de acetilcolina al complejo, inducen un cambio de
conformación que permite el flujo de iones a través del canal. Este estado continúa hasta que la hidrólisis por una
enzima específica (la acetilcolina esterasa), localizada en la unión neuromuscular, haga disminuir de forma suficiente
la concentración de acetilcolina. Una vez liberado del neurotransmisor unido, el receptor de acetilcolina vuelve a su
estado de reposo inicial.
La apertura de los canales del receptor de acetilcolina provoca una gran entrada neta de Na +, lo que provoca una
despolarización de la membrana que lleva a la contracción muscular.
La contracción de una fibra muscular requiere la activación secuencial de por lo menos 5 grupos diferentes de
canales iónicos:
1. El impulso nervioso alcanza la terminación nerviosa y despolariza la MP de la misma, abriendo
transitoriamente los canales de Ca2+ regulados por voltaje de dicha membrana. El Ca 2+ entra en la terminación
nerviosa y el aumento en la concentración de Ca 2+ citosólico dispara la liberación local de acetilcolina a la
hendidura sináptica.
2. La acetilcolina liberada se une a los receptores de acetilcolina de la MP de la fibra muscular y abre
transitoriamente los canales iónicos asociados a ellos. Por ello la entrada de Na+ causa una despolarización
local de la membrana.
3. La despolarización abre los canales de Na+ regulados por voltaje de la membrana, permitiendo la entrada de
más Na+ y aumentando la despolarización de la membrana. Esto provoca la apertura de los canales de Na+
regulados por voltaje vecinos y genera una despolarización auto-propagada (un potencial de acción) que se
extiende hasta afectar toda la MP.
4. La despolarización generalizada activa los canales de Ca2+ regulados por voltaje de algunas regiones
especializadas de la membrana (los túbulos T).
5. Esto, a su vez, hace que los canales de liberación de Ca2+ regulados por Ca2+ presentes en una región
adyacente de la membrana del retículo sarcoplasmático (SR) se abran transitoriamente y liberen al citosol el
Ca2+ almacenado en el SR. Las membranas del túbulo T están muy próximas entre sí y los dos tipos de canales
se disponen juntos en una estructura. El incremento brusco de la concentración de Ca 2+ en el citosol hace que
las miofibrillas de las fibras musculares se contraigan.

49
 RECEPTORES DE SUPERFICIE CELULAR ACOPLADOS A PROTEÍNAS G (GPCR).
A pesar de la diversidad química y funcional de las moléculas señal que los activan, todos los GPCR tienen una
estructura similar: una sola cadena polipeptídica que atraviesa siete veces, arriba y abajo, la bicapa lipídica. Además,
todos ellos utilizan las proteínas G para transmitir la señal hacia el interior de la célula.
Cuando una molécula señalizadora extracelular se une a un GPCR, el receptor sufre un cambio conformacional que
le permite activar una proteína G (proteína trimérica de unión a GTP). Esta última está unida a la cara citoplasmática
de la membrana plasmática, donde acopla funcionalmente el receptor a enzimas o a canales iónicos de esta
membrana.
Las proteínas G están compuestas por 3 subunidades proteicas: ,  y . En el estado no estimulado, la subunidad
 une GDP y la proteína está inactiva . Cuando un GPCR es activado, actúa como un factor intercambiador de
nucleótidos de guanina (GEF) e induce a la subunidad  a que libere el GDP y se una a GTP. Esto provoca un cambio
conformacional en la proteína G, que se activa.
La subunidad  es una GTPasa que cuando hidroliza el GTP a GDP, se inactiva. El tiempo durante el cual la proteína
G permanece activa depende de la velocidad a la que la subunidad  hidroliza el GTP. Por lo general este intervalo es
muy corto, porque la actividad GTPasa aumenta mucho debido a la unión de una segunda proteína que puede ser su
proteína diana o regulador de la señalización de proteínas G (RGS). Estas últimas actúan como proteínas
activadoras de GTPasa (GAP) específicas de la subunidad  y ayudan a “apagar” las respuestas mediadas por
proteínas G en todos los eucariotas.

AMP cíclico (AMPc).

 REGULACIÓN DE LA PRODUCCIÓN DE AMPc:
El AMP cíclico (AMPc) es un pequeño mediador intracelular cuya concentración puede ser incrementada más de
20 veces por una señal extracelular en cuestión de segundos. Una respuesta tan rápida como ésta requiere que la
molécula se sintetice rápidamente y, a su vez, su rápida eliminación o degradación. El AMPc se sintetiza a partir de
ATP mediante la adenilato ciclasa, y es rápida y continuamente destruido mediante fosfodiesterasas de AMPc, que
hidrolizan el AMPc a adenosina 5’-monofosfato (5’-AMP).
Muchas moléculas señalizadoras extracelulares actúan controlando la concentración de AMPc mediante el
aumento de la actividad de la adenilato ciclasa sin variar la actividad de la fosfodiesterasa. Los GPCR que actúan
aumentando el AMPc están acoplados a una proteína G estimuladora (Gs), que activa la adenilato ciclasa. La
proteína G inhibidora (Gi), por el contrario, inhibe la adenilato ciclasa.
Tanto Gs como Gi son diana de diversas toxinas bacterianas de importancia médica:
 La toxina colérica, producida por la bacteria que causa el cólera, es una enzima que cataliza la transferencia de
ADP-ribosa procedente de NAD+ intracelular a la subunidad  de Gs haciendo que pierda la capacidad de
hidrolizar el GTP que tiene unido. Las moléculas de adenilato ciclasa activadas por estas subunidades  alteradas
permanecen activas indefinidamente. La elevación prolongada de la concentración de AMPc en las células
epiteliales intestinales provoca un gran eflujo de Cl - y de agua en el intestino que es responsable de la grave
diarrea característica del cólera.
50
 La toxina pertussis, sintetizada por la bacteria que causa la tos ferina, cataliza la ADP-ribosilación de la subunidad
 de Gi impidiendo que la proteína pueda interaccionar con los receptores; como resultado de ello, la proteína G
retiene el GDP que lleva unido y pierde la capacidad de regular sus proteínas diana.

 QUINASAS AMPC DEPENDIENTES (PKA):

El AMPc ejerce sus efectos principalmente activando la enzima proteína quinasa dependiente de AMPc (PKA). Esta
quinasa fosforila serinas o treoninas de determinadas proteínas diana, regulando así su actividad.
En su estado inactivo, la PKA es un complejo formado por dos subunidades catalíticas y dos subunidades
reguladoras. La unión de AMPc a las subunidades reguladoras altera su conformación, haciendo que se disocien del
complejo. Las subunidades catalíticas liberadas resultan activas para fosforilar de forma específica moléculas
proteicas diana. Las subunidades reguladoras de la PKA o quinasa-A, intervienen en la localización intracelular de la
quinasa: unas proteínas de anclaje de la quinasa-A (AKAP) se unen tanto a las subunidades reguladoras como a una
membrana de un orgánulo o a un componente del citoesqueleto, secuestrando así al complejo enzimático en un
determinado compartimiento celular. Algunas AKAP también se unen a otras proteínas señalizadoras formando un
complejo que actúa como un módulo de señalización.
La fosforilación de proteínas mediada por AMPc fue demostrada por primera vez en estudios del metabolismo del
glucógeno en células de músculo esquelético. El glucógeno constituye la principal reserva de glucosa, y tanto su
síntesis como su degradación en el músculo esquelético están reguladas por la adrenalina. Por ejemplo, cuando por
cualquier causa un animal se halla asustado o en tensión, su glándula suprarrenal segrega adrenalina a la sangre,
poniendo en estado de “alerta” a diversos tejidos del cuerpo. Entre otros efectos, la adrenalina circulante induce a
las células musculares a degradar su glucógeno hasta glucosa 1-fosfato y a detener la síntesis de glucógeno. La
glucosa se oxida a través de la glucólisis suministrando ATP para la contracción muscular sostenida. De esta forma,
la adrenalina prepara a las células musculares para una actividad intensa. La adrenalina se une a receptores 
adrenérgicos de la superficie de la célula muscular, incrementando los niveles citosólicos de AMPc. A su vez, el AMPc
activa la PKA, la cual fosforila otras 2 enzimas:
∙La enzima fosforilasa quinasa que, a su vez, fosforila la enzima glucógeno fosforilasa, activándola para que
libere residuos de glucosa a partir de glucógeno.
∙La enzima glucógeno sintasa, la cual cataliza el último paso de la síntesis de glucógeno a partir de glucosa.
Mediante esta cascada de interacciones, un incremento de los niveles de AMPc estimula la degradación de
glucógeno e inhibe su síntesis, con lo que aumenta al máximo la cantidad de glucosa disponible para la célula.

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 La actividad de cualquier proteína regulada por fosforilación depende del balance en un instante dado entre las
actividades de las quinasas que la fosforilan y de las fosfatasas que contantemente la están desfosforilando. En las
células del musculo esquelético, la proteína fosfatasa I desfosforila cada una de las 3 enzimas clave del metabolismo
del glucógeno que resultan fosforiladas por la PKA en respuesta a la adrenalina. La proteína fosfatasa I tiende a
contrarrestar estas fosforilaciones. Pero en las células musculares activadas por adrenalina su actividad está
suprimida por otra enzima diana de la PKA, una proteína inhibidora de fosfatasas específica. Cuando esta proteína
inhibidora es fosforilada por la PKA, se une a la fosfatasa I inactivándola.
Activando la fosforilasa quinasa e inhibiendo simultáneamente la acción opuesta de la proteína fosfatasa I, la PKA
genera un cambio mucho mayor en el metabolismo del glucógeno del que podría obtener mediante su acción a
través de una sola de estas enzimas.

Mientras que algunas respuestas mediadas por AMPc ocurren en cuestión de segundos y no dependen de
variaciones de la transcripción génica, otras sí que dependen de variaciones de la transcripción génica y tardan horas
en desarrollarse plenamente. Por ejemplo, en las células que secretan la hormona somatostatina, el AMPc activa la
expresión del gen que codifica esta hormona. La región reguladora del gen de la somatostatina tiene una corta
secuencia de ADN, denominada elemento de respuesta al AMPc (CRE), que es reconocida por una proteína
específica reguladora de la expresión génica denominada proteína de unión a CRE (CREB). Cuando la PKA es activada
por AMPc, fosforila CREB. Está última recluta un co-activador transcripcional llamado proteína de unión a CREB
(CBP), que estimula la transcripción de los genes diana. Así, CREB puede transformar una breve señal de AMPc en un
cambio a largo plazo de una célula.

Fosfolípidos de inositol y Ca2+.

Los GPCR que activan esta vía de señalización por fosfolípidos de inositol, lo hacen mediante la activación de una
proteína G denominada Gq. Esta última activa la enzima unida a MP fosfolipasa C- (PLC), la cual actúa sobre un
fosfatidilinositol denominado fosfatidilinositol 4,5-bifosfato (PIP2), presente en la monocapa interna de la MP,
rompiéndolo y generando dos mensajeros intracelulares pequeños:
- Inositol 1,4,5-trifosfato (IP3): se libera al citosol. Cuando llega al RE, se une y abre los canales liberadores de
Ca2+ sensibles a IP3 (receptores de IP3) de la membrana del RE. Entonces, el Ca 2+ que está almacenado en el RE
52
 es liberado a través de los canales que se acaban de abrir, aumentando rápidamente la concentración de Ca 2+
del citosol. Cuando las reservas de Ca 2+ del RE se han vaciado, se vuelven a llenar mediante la activación de
canales de Ca2+ sensibles a almacenamiento de la MP y una proteína sensora de Ca 2+ de la membrana del RE en
regiones en las que ambas membranas están muy juntas.
Para dar por finalizada la respuesta inicial de Ca 2+ actúan varios mecanismos:
1. El IP3 es rápidamente desfosforilado a IP 2 mediante una fosfatasa.
2. El IP3 es fosforilado a IP4 mediante una quinasa.
3. El Ca2+ que entra en el citosol es rápidamente bombeado hacia el exterior de la célula.
- Diacilglicerol: permanece en la MP ejerciendo funciones señalizadoras potenciales:
 Puede ser degradado liberando ácido araquidónico, que a su vez puede actuar como una señal o ser
utilizado en la síntesis de otras pequeñas moléculas señal lipídicas denominadas eicosanoides.
 Activar una proteína serina/treonina quinasa, la proteína quinasa C (PKC) dependiente de Ca2+. El
incremento inicial de la concentración citosólica de Ca 2+ inducido por IP3 altera la PKC, traslocándola desde
el citosol hasta la cara citoplasmática de la MP. Allí se activa por la combinación de Ca 2+, diacilglicerol y
fosfatidilserina. Una vez activada, fosforila proteínas diana variadas.
Una gran variedad de señales extracelulares inducen un incremento de la concentración citosólica de Ca 2+. Este
puede actuar como señal porque normalmente su concentración en el citosol es muy baja, mientras que su
concentración en el fluido extracelular y en el lumen del RE es alta. Así pues, existe un enorme gradiente de Ca 2+ que
tiende a empujar Ca2+ hacia el citosol, activando proteínas sensibles a Ca 2+.
En las células animales, las acciones del Ca 2+ se producen a través de proteínas quinasa dependientes de
Ca2+/calmodulina (CAM-quinasas). La calmodulina actúa como un receptor intracelular de Ca 2+, que se activa al
unirse al mismo, para luego unirse y activar otras proteínas.
La mayor parte de los efectos del Ca 2+ están mediados por fosforilación de proteínas catalizadas por una familia de
proteínas serina/treonina quinasa denominadas quinasa dependientes de Ca2+/calmodulina (CaM-quinasas).

Canales iónicos.
En algunos casos, las proteínas G activan o inactivan directamente canales iónicos de la membrana plasmática de
la célula diana, alterando así su permeabilidad iónica y, por lo tanto, la excitabilidad eléctrica de la membrana. Por
ejemplo, la acetilcolina liberada por el nervio vago reduce tanto la frecuencia como la fuerza de la contracción de la
fibra muscular del corazón. Este efecto está mediado por una clase especial de receptores de acetilcolina que activan
la proteína G inhibidora Gi. Una vez activada, la subunidad  de Gi inhibe la adenilato ciclasa, mientras que las
subunidades  se unen a canales de K+ de la membrana plasmática de la fibra muscular y los abren. La apertura de
estos canales de K+ hace más difícil la despolarización de la célula y, por tanto, contribuye el efecto inhibidor de la
acetilcolina sobre el corazón.
Otras proteínas G regulan la actividad de canales iónicos de una forma menos directa, regulando la fosforilación de
canales o causando la producción o la destrucción de nucleótidos cíclicos que activan o inactivan directamente
canales iónicos.

Amplificación de señales.
Las diversas vías de señalización intracelular iniciadas por GPCR comparten ciertas características y obedecen a
principios generales similares. Dependen de complejas cascadas de transmisión de proteínas señalizadoras
intracelulares y pequeños mensajeros intracelulares. Estas cascadas de transmisión proporcionan numerosas
oportunidades para amplificar las respuestas a señales extracelulares. Por ejemplo, en la cascada de la transducción
visual una sola molécula de rodopsina activada cataliza la activación de cientos de moléculas de transducina.
De forma similar, cuando una molécula señal extracelular se une a un receptor que indirectamente activa la
adenilato ciclasa vía proteína Gs, cada proteína receptora puede activar a una molécula de adenilato ciclasa. De esta
forma, una variación nanomolar (10 -9 M) de la concentración de una señal extracelular induce cambios en el rango
micromolar (10-6 M) en las concentraciones de mensajeros intracelulares. Dado que estas moléculas actúan como
efectores alostéricos que activan enzimas o canales iónicos específicos, una sola molécula señal extracelular puede
modificar varios miles de moléculas proteicas en la célula diana.

Desensibilización de los GPCR.

Cuando las células diana están expuestas a elevadas concentraciones de un ligando estimulador durante períodos
prolongados de tiempo, pueden desensibilizarse o adaptarse de diferentes maneras.
53
 Para el caso de las GPCR, existen 3 sistemas generales de desensibilización:
6. Inactivación del receptor: los receptores resultan alterados de forma que ya no pueden interaccionar con las
proteínas G.
7. Secuestro del receptor: los receptores son trasladados temporalmente al interior de la célula de forma que no
puedan tener acceso a su ligando.
8. Regulación por disminución del número de receptores: los receptores son destruidos en los lisosomas
después de su internalización.
En cada caso, la desensibilización de los GPCR depende de su fosforilación por la PKA, la PKC o algún miembro de
las GPCR quinasa (GRK). Las GRK fosforilan a los receptores, pero sólo después de que el ligando haya activado el
receptor, ya que es el receptor activado el que activa alostéricamente las GRK. Cuando el receptor ha sido
fosforilado por una GRK, se une con gran afinidad a un miembro de la familia de las arrestinas, las cuales:
-Impiden que el receptor activado interaccione con proteínas G.
-Actúa como una proteína adaptadora que colabora en el acoplamiento del receptor a la maquinaria de
endocitosis dependiente de clatrina, induciendo la endocitosis del receptor.
El destino de los complejos GPCR-arrestina internalizados depende de otras proteínas del complejo.

SEÑALIZACIÓN A TRAVÉS DE RECEPTORES ACOPLADOS A ENZIMAS.

Los receptores acoplados a enzimas son proteínas transmembrana cuyo dominio de unión a ligando se halla en la
superficie externa de la MP, y su dominio citosólico presenta una actividad enzimática intrínseca o están asociados a
una enzima.
Existen 6 clases de receptores acoplados a enzimas:
∙Receptores tirosina quinasa: fosforilan residuos de tirosina de su propia estructura o de proteínas señalizadoras
intracelulares.
∙Receptores asociados a tirosina quinasa: reclutan tirosinas quinasa citoplasmáticas para transmitir la señal.
∙Receptores serina/treonina quinasa: se autofosforilan y fosforilan proteínas latentes reguladoras de la
expresión de genes que las que está asociados.
∙Receptores asociados a histidinas quinasa: activan una vía de señalización de dos componentes en la cual la
quinasa de autofosforila en un residuo de histidina y de inmediato transfiere el fosfato a una segunda proteína
señalizadora intracelular.
∙Receptores guanilato ciclasa: catalizan la producción de GMPc (mediador pequeño intracelular) en el citosol.
∙Tirosinas fosfatasa semejantes a receptores: eliminan grupos fosfato de determinadas proteínas señalizadoras
intracelulares.

 RECEPTORES TIROSINA QUINASA (RTK).

Los RTK constituyen una gran familia de receptores de la MP con actividad quinasa intrínseca. Estos presentan un
dominio de unión a ligando en la cara extracelular de la MP y un sitio activo enzimático en el lado citosólico, con los
dos dominios conectados por un único segmento transmembrana. El dominio citoplasmático es una proteína quinasa
que fosforila residuos de tirosina de proteínas diana específicas, por lo que es una tirosina quinasa. Los receptores
de insulina y del factor de crecimiento epidérmico son prototipos de este grupo.
Muchas proteínas señal extracelular actúan a través de RTK, entre las que encontramos a la mayoría de los
factores de crecimiento.
La unión del ligando hace que las cadenas de los receptores dimericen, juntando entre sí los dominios quinasa de
dos receptores, de forma que se fosforilan de forma cruzada, uno a otro (transautofosforilación). La
transautofosforilación de dominios citosólicos contribuye de dos maneras a la activación del receptor:
1. La fosforilación de residuos tirosina en el dominio quinasa incrementa la actividad quinasa de la enzima.
2. La fosforilación de residuos tirosina fuera del dominio quinasa genera lugares de unión de alta afinidad para
determinadas proteínas señalizadoras intracelulares.
Así, la transautofosforilación actúa como un interruptor que desencadena el ensamblaje transitorio de un
complejo señalizador intracelular, el cual puede transmitir la señal a través de varias rutas hacia varios destinos de la
célula.
Las proteínas señalizadoras intracelulares que se unen a residuos de fosfotirosina tanto de RTK como de proteínas
de unión unidas a ellos tienen estructuras y funciones muy variadas. Sin embargo, por lo general comparten
dominios de unión a fosfotirosinas altamente conservados: dominios SH2. Estos permiten a las proteínas que los

54
presentan unirse a RTK activados así como a otras proteínas señalizadoras intracelulares que hayan sido fosforiladas
de forma transitoria en residuos de tirosina.

 GTPasa RAS.
La GTPasa Ras es una proteína monomérica que presenta grupos lipídicos unidos covalentemente que ayudan a
anclar la proteína a la cara citoplasmática de la membrana, donde actúa la proteína, que sobre todo es en la MP
desde donde libera señales a otras partes de la célula.
Ras actúa como un interruptor molecular, alternando entre dos estados conformacionales diferentes: activo
cuando une GTP e inactivo cuando une GDP. Hay 2 clases de proteínas señalizadoras que regulan la actividad de Ras,
influenciando su transición entre los estados mencionados:
∙Ras-GEF (factores intercambiadores de nucleótidos de guanina de Ras): estimulan la disociación de GDP y la
posterior captación de GTP del citosol, activando así a Ras.
∙Ras-GAP (proteínas activadores de GTPasas de Ras): incrementan la velocidad de hidrólisis catalizada por Ras
del GTP que tienen unido, de forma que inactivan a Ras.
Los RTK pueden activar a Ras de dos formas: activando una Ras-GEF o inhibiendo una Ras-GAP.

 MÓDULO MAP-QUINASA:
Ras activa un sistema de proteínas denominado módulo MAP-quinasa (módulo proteína quinasa activada por
mitógeno), cuyos 3 componentes forman un módulo de señalización funcional que actúa en muchos contextos de
señalización diferentes. Los 3 componentes son proteínas quinasa:
∙MAPKKK (MAP-quinasa-quinasa-quinasa): recibe la señal activadora directamente de Ras, y fosforila y activa a
la MAPKK. En mamíferos se denomina Raf.
∙MAPKK (MAP-quinasa-quinasa): fosforila y activa a MAPK. En mamíferos se denomina Mak.
∙MAPK (MAP quinasa): en mamíferos se denomina Erk.
Una vez activada, la MAP transmite la señal corriente abajo fosforilando varias proteínas celulares, incluyendo
otras proteínas quinasa y proteínas reguladoras de la expresión génica. De este modo, la vía de señalización Ras-
Map-quinasa transmite señales desde la superficie celular hasta el núcleo, donde modula el patrón de expresión
génica.

 RECEPTORES de INSULINA (INS-R):

La insulina regula tanto enzimas metabólicas como la expresión génica: no entra en las células pero inicia una señal
que discurre por un camino ramificado desde el receptor de la membrana plasmática a enzimas sensibles a la
insulina en el citosol y hasta el núcleo, donde estimula la transcripción de genes específicos.
El receptor de insulina (INS-R) consiste en 2 subunidades  idénticas que sobresalen de la cara externa de la MP y
contienen el dominio de unión a insulina, y 2 subunidades  transmembrana con la actividad quinasa.
1. La señalización a través de INS-R empieza cuando la unión de insulina activa la actividad tirosina quinasa de las
subunidades , haciendo que se fosforilen de forma cruzada (transautofosforilación). Esto abre el sitio activo,
permitiendo que la enzima fosforile otras proteínas diana.
2. Una de las proteínas diana de INS-R es IRS-1 (sustrato-1 del receptor de insulina). Una vez fosforilado
(activado), IRS-1 pasa a ser el punto de nucleación de un complejo de proteínas que transportan el mensaje
desde el receptor a proteínas diana en el citosol y el núcleo, a través de largas series de proteínas
intermediarias:
3. IRS-1 se une a la proteína Grb2, la cual pone en contacto a IRS-1 con la proteína Sos.
4. Sos actúa como GEF (factor de intercambio de nucleótidos de guanosina), catalizando la sustitución del GDP
unido a Ras por GTP.
5. Una vez unida a GTP (activa), Ras puede activar a Raf-1 (MAPKKK), lo cual inicia la cascada de señalización
MAP-quinasa, fosforilando a MEK, y esta, a su vez, fosforila a ERK.
6. ERK interviene en algunos de los efectos biológicos de la insulina al entrar en el núcleo y fosforilar factores de
transcripción.

55
 La ruta de señalización de la insulina se ramifica en IRS-1:
1. IRS-1 se une a la enzima PI-3K, activándola y haciendo que convierta el lípido de membrana PIP2
(fosfatidilinositol 4,5-bifosfato) en PIP3 (fosfatidilinositol 3,4,5-trifosfato).
2. PIP3 es el punto de unión para la proteína quinasa B (PKB o AKT), la cual es fosforilada y activada por otra
proteína quinasa, PDK1.
3. PKB activada fosforila a sus proteínas diana, una de las cuales es la glucógeno sintasa quinasa 3 (GSK3). Esta,
en su forma activa no fosforilada, fosforila la glucógeno sintasa, inactivándola y contribuyendo a la
disminución de la síntesis de glucógeno. Cuando es fosforilada por PKB, la GSK3 se inactiva, impidiendo así la
inactivación de la glucógeno sintasa en hígado y músculo, estimulando la síntesis de glucógeno.

En una tercera vía de señalización en el músculo y el tejido adiposo, la PKB provoca el movimiento de los
transportadores de glucosa (GLUT4) desde vesículas internas a la membrana plasmática, estimulando la captación
de glucosa desde la sangre.

 CRECIMIENTO y SUPERVIVENCIA CELULAR:

Se necesitan señales extracelulares para que las células crezcan y se dividan, y también para que sobrevivan. Los
miembros de la familia de factores de crecimiento semejantes a insulina (IGF) estimulan el crecimiento y la

56
supervivencia de muchos tipos de células animales. Se unen a un RTK, que recluta y activa la PI 3-quinasa. Es última
produce PIP3 que actúa como sitio de unión para dos quinasas: Akt y la PDK1.
Akt es fosforilada por una 3ra quinasa llamada mTOR que altera su conformación de forma que pueda ser
fosforilada por PDK1, lo cual la activa. La Akt activada se disocia de la MP y fosforila varias proteínas diana, entre
ellas la proteína Bad.
Cuando no está fosforilada, Bad mantiene en estado inactivo a una o más proteínas inhibidoras de apoptosis (de la
familia Bcl2). Cuando Bad es fosforilada, libera las proteínas inhibidoras, que bloquean la apoptosis, y estimulan así
la supervivencia celular.
Una vez fosforilada, Bad se une a una proteína citosólica denominada 14-3-3, que la mantiene no funcional.

La vía PI 3-quinasa-Akt induce a la célula a crecer a través de un mecanismo más complejo que depende de una
quinasa denominada TOR que, en mamíferos, se denomina mTOR. En las células, TOR se halla en dos complejos
multiproteicos con funciones distintas:
-El complejo mTOR 1 estimula el crecimiento y al supervivencia celular.
-El complejo mTOR 2 colabora en la activación de Akt y regula el citoesqueleto de actina a través de GTPasas de
la familia Rho.
En ausencia de factores de crecimiento extracelulares, Tsc2 (una Rheb-GAP) mantiene a Rheb inactiva; mTOR en el
complejo 1 es inactiva y no se produce crecimiento celular.

57
 En presencia de factores de crecimiento, Akt activada fosforila e inhibe Tsc2, facilitando así la activación de Rheb.
Rheb activada (Rheb-GTP) colabora en la activación de mTOR en el complejo 1, que a su vez estimula el crecimiento.

La MAP-quinasa Erk también puede fosforilar, e inhibir, a Tsc2 y, por tanto, activar a mTOR. Así pues, las vías de
señalización PI-3-quinasa-Akt y Ras-MAP-quinasa convergen en mTOR en el complejo 1 y estimulan el crecimiento
celular.
Tsc2 (proteína de esclerosis tuberosa 2) es un componente de un heterodímero compuesto por Tsc1 y Tsc2. Estas
proteínas se denominan así porque mutaciones en los genes que las codifican causan la enfermedad de la esclerosis
tuberosa, asociada con tumores benignos en el cerebro y las zonas donde haya células demasiado grandes.
Los RTK y los GPCR activan algunas de las mismas vías de señalización intracelular. Por ejemplo, ambos pueden
activar la vía de fosfolípidos de inositol desencadenada por la fosfolipasa C. Además, incluso cuando activan
diferentes pasos, estos pueden converger sobre las mismas proteínas diana:

58
 En este ejemplo, las 5 quinasas (en amarillo) al final de cada vía fosforilan proteínas diana (en rojo), algunas de las
cuales pueden ser fosforiladas por más de una quinasa.
La fosfolipasa C que es activada por los dos tipos de receptores es diferente: los GPCR activan la PLC mientras
que los RKT activan la PLC.
Aunque no se muestra, algunos GPCR también pueden activar a Ras, pero lo hacen de forma independiente de
Grb2, mediante una Ras-GEF que es activada por Ca2+ y diacilglicerol.

Receptores asociados a tirosinas quinasas.

Muchos de los receptores de la superficie celular depende de la fosforilación de tirosinas para su actividad, aunque
carecen de un dominio tirosina quinasa. Estos receptores actúan a través de tirosinas quinasa citoplasmáticas, que

están asociadas al receptor y fosforilan diversas proteínas diana, incluyendo con frecuencia el propio receptor,
cuando los receptores unen a sus ligandos.
Algunos de estos receptores dependen de miembros de la familia de proteínas tirosina quinasa citosólicas Src. La
quinasa se activa cuando un ligando extracelular se une a una proteína receptora adecuada.
Otro tipo de tirosinas quinasa citoplasmática se asocian con las integrinas, los principales receptores que utilizan
las células para unirse a la matriz extracelular. La unión de componentes de la matriz a las integrinas activa vías de
señalización intracelular que modifican el comportamiento de la célula. Cuando las integrinas se agrupan en los sitios
de contacto con la matriz, participan en desencadenas el ensamblaje de adhesiones focales. Entre las muchas
proteínas reclutadas en estas uniones, se encuentran la tirosina quinasa citosólica llamada quinasa de adhesión
focal (FAK), que se une a la cola citoplasmática de una de las subunidades de integrina con la ayuda de otras
proteínas. El conjunto de moléculas de FAK se fosforila de manera cruzada unas con otras, generando lugares de
59
unión a los que puede unirse la quinasa Src. Entonces, Src y FAK se fosforilan una a la otra y a otras proteínas que se
ensamblan en la adhesión focal. De este modo, las dos tirosinas quinasa señalizan a la célula que se ha adherido a un
sustrato apropiado, donde la célula puede sobrevivir, crecer, dividirse, migrar, etc.

Proteínas tirosina fosfatasa.

En todas las vías de señalización que utilizan fosforilación en tirosinas, la misma se revierte por una
desfosforilación que llevan a cabo las proteínas tirosina fosfatasa. Estas presentan una alta especificidad por sus
sustratos, eliminando grupos fosfato sólo de determinados subgrupos de proteínas.
En conjunto, aseguran que las fosforilaciones en tirosinas tienen una vida media corta y que el nivel de
fosforilaciones en tirosina en las células en reposo es muy bajo. Además, están reguladas para en actuar en el
momento apropiado en una respuesta de señalización o en el ciclo de división celular.
Se cree que algunas actúan como receptores de superficie celular.

60
 CICLO CELULAR, APOPTOSIS
y NECROSIS
El ciclo celular es la serie de acontecimientos macromoleculares que llevan a la división celular y a la producción de
2 células hijas, cada una de las cuales contiene cromosomas idénticos a los de la madre. Este mecanismo le permite a
la célula llevar a cabo su función más importante: la transmisión de la información genética a la siguiente generación
de células.

El ciclo celular se divide en 4 fases:

•INTERFASE: puede durar 23-24hs en una célula humana típica que prolifera en cultivo.
∙G1: preparación para la replicación del ADN. Etapa más activa metabólicamente.
 Crecimiento celular.
 Comienza la duplicación de los centriolos.
 Duplicación de las organelas.
 Síntesis de todas las proteínas que voy a necesitar en las próximas etapas (NO histonas).
∙S (síntesis de ADN): se duplican los cromosomas. Requiere entre 10-12hs.
 Síntesis de histonas.
∙G2: preparativos para la fase M.
 Culmina/termina la duplicación de los centriolos.
 Comienza la condensación de los cromosomas.
 Comienza a formarse el huso mitótico.
•FASE M: dura 1 hora y comprende dos acontecimientos:
-Cariocinesis: división nuclear. Los cromosomas copiados se distribuyen en un par de núcleo hijos.
-Citocinesis: división citoplasmática. La célula se divide en dos.
Los principales acontecimientos surgen en S y M, pero se requiere de fases preparativas (gap phases) – G1 y G2
adicionales para dejar más tiempo para crecer; además, proporcionan tiempo para que la célula compruebe que las
condiciones internas y externas son adecuadas y de que se han completado los preparativos antes de que la célula
desencadene los principales acontecimientos de la fase S y mitosis.
La duración de G1 puede variar mucho dependiendo de las condiciones externas y de las señales extracelulares
procedentes de otras células:
61
  Si las condiciones extracelulares son desfavorables, las células retrasan su progresión a través de la fase G1 e
incluso pueden entrar en un estado de reposo especializado llamado quiescencia o G0, en el cual pueden
permanecer días, semanas o años antes de volver a proliferar.
 Si las condiciones extracelulares son favorables y hay señales para crecer y dividirse, las células progresan a
través de un punto de determinación próximo al final de G 1 denominado inicio (levaduras) o punto de
restricción (mamíferos).
Si bien algunas características del ciclo celular varían mucho, en todas la organización básica y el sistema de control
es similar.

Estudio del ciclo celular.

En un mamífero intacto es difícil observar células individualizadas. Es por ello que las mismas se aíslan en placas de
cultivo de plástico con presencia de nutrientes y otros factores. Si el tejido es normal, el número de divisiones es
limitado; por ejemplo, el fibroblasto entra en senescencia celular replicativa después de 25-40 divisiones. Es por ello
que se usan líneas celulares inmortalizadas, que proporcionan una fuente ilimitada de células genéticamente
homogéneas.
Para saber la etapa del ciclo en que se encuentra una célula animal, la misma se observa al microscopio, Para
conseguir indicios adicionales sobre la posición del ciclo:
∙Anticuerpos que reconocen componentes celulares específicos : le suministramos moléculas que se incorporan
en el ADN recién sintetizado, como el análogo artificial de la timidina llamado bromodeoxiuridina (BrdU); los
núcleos celulares que lo han incorporado se visualizan mediante el marcaje con anticuerpos anti-BrdU.
∙Colorantes fluorescentes que se unen al ADN y revelan la condensación de los cromosomas en mitosis. Se utiliza
un citómetro de flujo que permite analizar grandes cantidades de células rápida y automáticamente. La
cantidad de fluorescencia es directamente proporcional a la cantidad de ADN.

Clasificación de las células en función de sus propiedades proliferativas.

 Tipo I – Renovables: permanecen dentro del ciclo celular la mayor parte del tiempo de la vida del organismo,
debido a que presentan el SCCC montado y regulado. Ejemplos: células madres pluripotenciales de diferentes
tejidos (epiteliales, hematopoyéticas, etc.).
 Tipo II – Estables: permanecen fuera del ciclo celular en estado quiescente o G 0, pero con la posibilidad de
retornar al mismo ante los estímulos mitogénicos adecuados, debido a que presentan el SCCC parcialmente
desmantelado. Ejemplos: linfocitos T y B, fibroblastos, hepatocitos, etc.
 Tipo III – Estáticas: permanecen fuera del ciclo celular, en un estado de diferenciación terminal o G TD sin
posibilidad de retornarlo durante toda la vida del organismo. Pierden su capacidad proliferativa durante la
ontogenia al desmantelar totalmente el SCCC. Pueden responder a mayores demandas funcionales a través de
la hipertrofia. Ejemplos: neuronas, miocitos esqueléticos, cardíacos y adipocitos.

SISTEMA de CONTROL del CICLO CELULAR

El SCCC se basa en una serie de interruptores bioquímicos conectados, cada uno de los cuales inicia un
acontecimiento específico del ciclo celular en el orden correcto.
∙Activa cada proceso en el momento adecuado, proporcionando una cantidad fija de tiempo para la realización
de cada proceso.
∙Son interruptores binarios (encendido-apagado) y ponen en marcha acontecimientos de forma completa e
irreversible.
∙Es resistente y fiable porque cuenta con ROBUSTEZ, mecanismos auxiliares que aseguran que el ciclo pueda
funcionar correctamente incluso cuando algunas partes del sistema funcionen mal.
∙Tiene ADAPTABILIDAD, de modo que el comportamiento de sistema pueda modificarse para adaptarse a tipos
celulares específicos o a las condiciones ambientales.
Desencadena la progresión del ciclo celular en 3 transiciones reguladoras o puntos de control:
1. Inicio/punto de restricción (R): hacia el final de G1.
 ¿Es el entorno favorable?
 ¿El material genético está bien, sin daños?

62
 2. G2/M: desencadena los acontecimientos mitóticos iniciales.
 ¿Es el entorno favorable?
 ¿Se ha replicado todo el ADN, correctamente y una única vez?
∙Si hay un error en el material genético irreparable, la célula entra en el proceso de APOPTOSIS.
3. Transición de metafase a anafase: puesta en marcha de la anafase y progresión hacia la citocinesis.
 ¿Están todos los cromosomas (cinetocoros) unidos al huso?

Componentes:
∙Complejo Cdk-ciclina (serina/treonina quinasas).
∙Niveles accesorios de regulación:
- Primario: modifican la actividad Cdk, cambiando el estado de fosforilación.
 Quinasas activadoras de Cdk (CAKs).
 Quinasas y fosfatasas.
- Secundario – proteínas inhibidoras de Cdk (CKIs): modifican la actividad Cdk uniéndose directamente.
∙Otros controles:
- Regulación del nivel transcripcional.
- Proteólisis cíclica - complejos de ubiquitina ligasa:
 SFC: se activa en G1.
 APC/C: se activa en fase M.
Los componentes principales del sistema son las Cdk (quinasas dependientes de ciclina), cuya actividad aumenta o
disminuye a medida que va progresando el ciclo, provocando cambios cíclicos en la fosforilación de proteínas
intracelulares que inician o regulan los principales acontecimientos. Sus reguladores son las ciclinas, sin las cuales no
tienen actividad quinasa.
Los niveles de Cdk son constantes, lo que cambia son los niveles de ciclinas. Dicha variación es la que va a
desencadenar los distintos acontecimientos del ciclo.
Los complejos Cdk/ciclina relacionados con fases del ciclo celular en mamíferos son:
 Cdk-G1 (Cdk4/Cdk6 – ciclina D1/2/3): se forma en G1 media de manera mitógeno dependiente. Inicia la
progresión de la transición G1-S.
 Cdk-G1/S (Cdk2 – ciclina E): se forma en G1 tardía. Es fundamental para superar el punto de restricción (R).
 Cdk-S (Cdk2 – ciclina A): se forma en fase S, inicia y mantiene la replicación del ADN. Inhibe la re-replicación
por fosforilación.
 Cdk-M (Cdk1 – ciclina B/A): se forma al final de G2. Estimulan los acontecimientos de las mitosis.
Antiguamente conocido como MPF.

63
 Cada complejo Cdk-ciclina fosforila un grupo diferente de proteínas sustrato.

La Cdk se encuentra INACTIVA por:

- Ausencia de ciclina: el sitio activo se encuentra tapado por una región de la CAK, Wee1 y Cdc25
proteína llamada asa T; la ciclina hace que esta última se aparte. cambian el estado de
La activación total del complejo Cdk-ciclina sucede cuando la CAK (quinasa fosforilación.
activadora de Cdk) fosforila un AA próximo a la entrada al sitio activo de la Cdk, lo
cual induce un pequeño cambio conformacional que aumenta la actividad de la Cdk y permite que la quinasa
fosforile eficazmente sus proteínas diana desencadenando acontecimientos específicos del ciclo celular.
- Fosforilación de 2AA de su sitio activo : llevada a cabo por la quinasa Wee1. La desfosforilación es llevada a cabo
por la fosfatasa Cdc25.
- Proteínas inhibidoras de Cdk (CKI): cambian la configuración estructural. Principalmente presentes en los
complejos Cdk-G1/S y Cdk-S.

Nivel 1rio de regulación de Cdk  ausencia de ciclina +

fosforilación de AA.
Nivel 2rio de regulación de Cdk  CKI.
La actividad de los complejos Cdk-ciclina específicos dirige la progresión a través del punto R y G2/M, pero no para
el metafase/anafase. Este último se desencadena mediante el complejo promotor de la anafase o ciclosoma
(APC/C), miembro de la familia de enzimas ubiquitina ligasa, que transfiere muchas copias de ubiquitina a proteínas
diana provocando su degradación proteolítica en los proteosomas. Esto lo hace principalmente con 2 proteínas:
 Segurina: protege los enlaces proteicos que mantienen a las cromátidas hermanas unidas.
 Ciclinas S y M: al ser degradadas las Cdk de la célula se inactivan y muchas de las proteínas que fueron
fosforiladas son desfosforiladas por fosfatasas presentes en las células anafásicas, lo cual es importante para
la finalización de la fase M.
La APC está activa en G1 proporcionando un periodo estable de inactividad Cdk. Se inactiva cuando los complejos
Cdk-G1/S se activan al final de G1.
Otro sistema de control que utiliza también a la ubiquitina es el SFC, cuyo blanco son los inhibidores (CKI) del Cdk-
S, por lo que regula la replicación del ADN. Este sistema se activa en G1 tardío.

 REGULACIÓN TRANSCRIPCIONAL:
Proporciona un nivel adicional de regulación, ya que los cambios en la transcripción de ciclina ayudan a regular los
niveles de la misma:
∙Mitógenos  ciclina G1.

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 ∙Cdk-G1  ciclinas G1/S y S. ∙Cdk-S  ciclinas M.
∙Cdk-G y CDK-G1/S  ciclinas S.

FASE G1.
 G1 TEMPRANA:
- No hay actividad Cdk.
- CKI activas.
- Frenos del ciclo celular activos.
- Se organizan los complejos de pre-replicación en los orígenes de replicación : para asegurar que la replicación del
ADN solo suceda una vez, el complejo de reconocimiento de origen (ORC), permanece asociado a un origen de
replicación durante todo el ciclo celular. A comienzos de G1, las proteínas Cdc6 y Cdt1 se le asocian y colaboran

en la carga de un complejo de 6 proteínas denominado Mcm. El gran complejo resultante es el complejo pre-
replicativo (pre-RC), el cual tiene forma de anillo y actúa como la principal helicasa que desenrolla el ADN
cuando comienza la síntesis y cuando las horquillas se desplazan en sentidos opuestos.
- La célula crece: el tamaño de un órgano u organismo depende principalmente de si masa celular total, o sea del
número y tamaño de sus células, y está determinado por 3 procesos: crecimiento, proliferación y muerte
celular, los cuales son regulados independientemente por programas intracelulares y moléculas señalizadoras
extracelular.
Los factores que estimulan el crecimiento de un órgano u organismo son:
∙Mitógenos: estimulan la división celular, principalmente eliminando controles intracelulares negativos que
de otra manera bloquearían la progresión a través del ciclo celular.
∙Factores de crecimiento: estimulan el crecimiento celular induciendo la síntesis de proteínas y de otras
macromoléculas e inhibiendo su degradación.
∙Factores de supervivencia: estimulan la supervivencia celular inhibiendo la apoptosis.

 MITÓGENOS:
Las células de los organismos pluricelulares solo se dividen cuando el organismo necesita más células. Así, para que
una célula animal prolifere, necesita recibir señales extracelulares en forma de mitógenos, procedentes de otras
células. Algunos ejemplos de los mismos son:
- PDGF: estimula la división de muchos tipos celulares, como fibroblastos, células musculares lisas y neuroglia.
- EPO: específico para glóbulos rejos.
- EGF: no sólo actúa sobre células epidérmicas, sino también sobre otros tipos.

65
 En algunos tejidos hay proteínas inhibidoras que se oponen a estos reguladores positivos, como TGF, que inhibe
la proliferación de varios tipos celulares mediante el bloqueo de la progresión del ciclo celular en G1 o la
estimulación de apoptosis.
En la mayoría de células animales, los mitógenos regulan la velocidad de la división celular interviniendo en la fase
G1, durante la cual actúan mecanismos que inhiben la actividad Cdk y bloquean la entrada en la fase S. Los
mitógenos sueltan dichos frenos y permiten así que comience la fase S.
Los mitógenos interactúan con receptores de la superficie celular, iniciando vías de señalización. Una de las
principales es la que actúa a través de la GTPasa Ras, que induce la activación de una cascada MAP-quinasas,
provocando un aumento en la síntesis de proteínas reguladoras de genes, como Myc. Este último aumenta la
expresión de los genes que codifican las ciclinas de G1 (ciclinas D), incrementando así la actividad de Cdk-G1.
Un grupo factores reguladores de genes denominado proteínas E2F, que se unen a secuencias de ADN
favoreciendo la transcripción proteínas necesarias para la entrada en la fases S, como las ciclinas G1/S y las ciclinas S,
en ausencia de mitógenos se encuentra inhibido por las proteínas supresoras de tumores del retinoblastoma (Rb).
Cuando los mitógenos estimulan la proliferación celular, se acumulan complejos Cdk-G1 activos que fosforilan a las
proteínas Rb, inactivándolas, lo cual permite que las proteínas E2F liberadas activen la expresión de sus genes diana
(ciclinas G1/S y las ciclinas S) provocando un aumento en las actividades Cdk-G1/S y Cdk-S. Esto aumenta aún más la
fosforilación de la proteína Rb y se origina un bucle de retroalimentación positiva. Además, las proteínas E2F
también estimulan la transcripción de sus propios genes, lo que origina otro bucle de retroalimentación positiva.

 G1 MEDIO y TARDÍO – TRANSICIÓN G1/S:

- La célula supera el punto de restricción (R) : antes de R es mitógeno dependiente, después de R es mitógeno
independiente.
- La célula supera el estado de inactividad de Cdk : se activan Cdk-G1 y Cdk-G1/S que activan Cdk-S. La activación
de Cdk-S al final de G1:
 Induce al ensamblaje del complejo de pre-iniciación que inicia la síntesis de ADN.
 Fosforila a ORC y Cdc6, inactivándolas e impidiendo la doble replicación. Además hay bajos niveles de APC,
lo que se suma para impedir el ensamblaje del pre-RC.
 Inicia la duplicación del centrosoma en mamíferos.
 Activa la transcripción de genes que codifican:
∙Enzimas responsables de la biosíntesis de dNTPs.
∙Maquinaria de la replicación del ADN.
∙Proteínas propias del SCCC (ciclinas M, entre otras)
∙Histonas para el empaquetamiento en cromatina, lo que facilita la expresión génica.
- El complejo SFC degrada CKIs fosforiladas.

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 FASE S.
La replicación de los cromosomas durante la fase S supone la duplicación exacta de todas las moléculas de ADN y
las proteínas de la cromatina que se asocian y regulan diferentes aspectos. Se sintetizan las proteínas histonas.
Al final de la fase S cada cromosoma consta de un par de cromátidas hermanas mantenidas juntas por un complejo
proteico denominado cohesina, lo que genera las condiciones adecuadas para la unión de las mismas a los polos
opuestos del huso mitótico. La cohesina será degradada en el paso desde metafase a anafase.

FASE G2.
- La célula posee dos copias exactas de todo el genoma
(los cromosomas está formados por dos cromátidas
hermanas).
- Culminó la duplicación del centrosoma (dos
centrosomas maduros con dos centriolos cada uno en
un único centro organizados de microtúbulos).
- Se acumula ciclina M.
- Hacia el final de G2, la célula contiene abundantes
reservas de complejos Cdk-M preparados para actuar.
Sin embargo, la actividad Cdk-M está inhibida debido a
la presencia de dos grupos fosfato que bloquean el sitio
activo de la quinasa.

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 Daño en el ADN. CONTROL DE LA ESTRUCTURA DEL ADN
El daño en el ADN puede suceder por: -Punto de control de daños en el ADN.
 Reacciones químicas espontáneas. -Punto de control de la replicación del
 Errores en la replicación. ADN.
 Exposición a radiación o ciertos agentes químicos. -Estrés replicativo.
Dicho daño frena la división celular, ya que es reconocido por el Funciona a través de:
SCCC que detiene el ciclo en cualquiera de los dos puntos: R o ∙Sensores del ADN dañado.
G2/M. ∙Transductores de la señal: quinasas ATM
El daño inicia una vía de señalización que activa a 2 quinasas: y ATR.
ATM o ATR (dependiendo del tipo de daño), las cuales reclutan y ∙Efectores – proteínas p53 y homólogos:
fosforilan a unas quinasas llamadas Chk1 y Chk2. Ambas quinasas  Detención del ciclo celular.
fosforilan otras proteínas diana que provocan la detención del  Activación de los sistemas de
ciclo celular. reparación.
Una diana principal es la proteína reguladora de genes p53, la  Inducción de la apoptosis.
cual en una célula no dañada es muy inestable y su concentración
muy baja como consecuencia de la interacción con la proteína Mdm2, que actúa como una ubiquitina ligasa que
marca p53 para su degradación en los proteosomas.
La fosforilación de p53 tras el daño en el ADN reduce su unión a Mdm2, disminuyendo su degradación y, a su vez,
aumentando su concentración en la célula (p53). P53 estimula la transcripción del gen que codifica una proteína CKI
llamada p21, que se une a los complejos Cdk-G1/S y Cdk-S e inhibe sus actividades, ayudando a bloquear la entrada
en el ciclo celular.
∙Una excesiva estimulación por mitógenos también activa a p53.
∙Una mutación en el gen p53 causa por lo menos la mitad de todos los cánceres humanos, y permite que la
célula cancerosa acumule mutaciones más rápidamente.
∙Las células de los organismos pluricelulares que se dividen con mutaciones causan grandes daños en el ADN, los
cuales atentan con la salud del organismo. Es por ello que las mismas se autoeliminan induciendo la apoptosis.

Senescencia celular replicativa.

Muchas células humanas limitan de forma programada el número de veces que se pueden dividir ( límite de
Hayflick); luego de ese período, la proliferación se enlentece y finalmente se detiene. Las células entran en un
estado de no división del cual ya no se recuperan. Este fenómeno se denomina senescencia celular replicativa.
En el caso de los fibroblastos humanos, por ejemplo, se da por el acortamiento en los telómeros. Como carecen de
telomerasa, sus estructuras terminales se deterioran, y finalmente son reconocidas como daño en el ADN,
induciendo la detención del ciclo celular por la p53.
Las células cancerosas no experimentan este fenómeno, ya que tienen telomerasas.

Coordinación del crecimiento y la división.

Para que las células que proliferan mantengan un
tamaño constante, deben coordinar su crecimiento con la FACTORES QUE ESTIMULAN EL CRECIMIENTO
división celular para asegurar que el tamaño celular se DE UN ÓRGANO U ORGANISMO
∙Mitógenos: estimulan la división celular,
duplique con cada división: si las células crecieran muy
lento, se volverían más pequeñas con cada división, y si principalmente eliminando controles intracelu-
crecieran demasiado rápido, se irían volviendo más lares negativos que de otra manera bloquearían
grandes. la progresión a través del ciclo celular.
Sin embargo, no siempre están coordinados, sino que ∙Factores de crecimiento: estimulan el
están por completo desacoplados para permitir el crecimiento celular induciendo la síntesis de
crecimiento sin la división o la división sin el crecimiento. proteínas y de otras macromoléculas e inhibien-
Por ejemplo, las células musculares y las neuronas pueden do su degradación.
crecer muchísimo después de abandonar el ciclo. ∙Factores de supervivencia: estimulan la
supervivencia celular inhibiendo la apoptosis.
Los animales controlan la masa celular total mediante
mecanismos desconocidos. El tamaño de un animal o de sus órganos depende en gran parte del número y el tamaño
de las células que contiene (masa celular total). Los animales pueden evaluar la masa celular total de un tejido o de

68
un órgano y regularla: por ejemplo, si se aumenta o disminuye de forma experimental el tamaño celular de un
órgano, el número de células se ajusta manteniendo el tamaño normal del mismo.
Este fenómeno se ilustró con experimentos en salamandras, en las que se manipuló el tamaño celular alterando la
ploidía celular (en todos los organismos, el tamaño de una célula es proporcional a su ploidía o contenido genómico).
Las salamandras de diferente ploidía tienen el mismo tamaño, pero el número de células es diferente.

APOPTOSIS.
Tipo de muerte celular programada donde las células experimentan cambios morfológicos característicos:
 Se encogen y condensan.
 El citoesqueleto se colapsa.
 La envoltura nuclear se desensambla.
 La cromatina se condensa y fragmenta.
 Aparecen protrusiones en la superficie celular y, si la célula es grande, se rompe en fragmentos rodeados de
membrana denominados cuerpos apoptóticos.
No genera inflamación y las células son fagocitadas y digeridas rápidamente, por lo que no se observan muchas
células muertas.
Funciones:
∙Elimina a las células superfluas principalmente en el desarrollo embriológico, si estas forman estructuras que ya
no son necesarias. Por ejemplo, en el desarrollo de los dedos.
∙Actúa como un sistema de control de calidad. Por ejemplo, elimina linfocitos T y B en desarrollo incapaces de
producir receptores antígeno-específicos.
∙Mantenimiento de las poblaciones celulares como mecanismo homeostático. Por ejemplo, en el hígado donde
se regula la velocidad de división celular con la de muerte celular.
∙Reacciones inmunitarias como mecanismo de defensa.
∙Ante el reconocimiento del daño en sus diferentes orgánulos.
Las células apoptóticas se reconocen bioquímicamente:
 Se transloca la fosfatidilserina a la monocapa externa, lo cual actúa como señal que induce a las células vecinas
y macrófagos a fagocitarla. Además, bloque la producción de citoquinas (proteínas inflamatorias) por parte de la
célula fagocítica.
 Liberación de citocromo c al citosol tras la pérdida del potencial de membrana interno (MMI) en sus
mitocondrias.
La apoptosis depende de una cascada proteolítica intracelular mediada por una familia de proteasas denominadas
caspasas, que se sintetizan en la célula como precursores inactivos o procaspasas, los cuales luego son activados por
escisión proteolítica.
La procaspasa es escindida en dos subunidades, una grande y otra pequeña, que forman un heterodímero, y dos de
estos dímeros se ensamblan formando el tetrámero activo. Una vez activadas, las caspasas escinden y activan otras
procaspasas, generando una cascada proteolítica amplificadora.
Algunas de las procaspasas que intervienen en la apoptosis actúan al inicio de la cascada proteolítica y se llaman
procaspasas iniciadoras; cuando se activan, escinden y activan procaspasas ejecutoras, que escinden y activan otras
procaspasas ejecutoras y proteínas diana específicas de la célula. Esta cascada no solo es destructiva y
autoamplificante, sino también irreversible.
Las dos vías de señalización mejor comprendidas que pueden activar una cascada de caspasas, que desencadene
apoptosis en células de mamífero, son la vía extrínseca y la vía intrínseca.

 VÍA EXTRÍNSECA
Se activa mediante la unión de proteínas de señalización extracelulares a receptores de muerte de la superficie
celular, es decir, proteínas transmembrana que contienen un domino de unión al ligando, un único domino
transmembrana y un dominio de muerte intracelular, necesario para que los receptores activen el programa
apoptótico.
Un ejemplo de cómo los receptores de muerte desencadenan esta vía es la activación de Fas en la superficie de la
célula diana por el ligando Fas de la superficie de un linfocito citotóxico. Cuando Fas se activa por la unión del
ligando Fas, los dominios de muerte de las colas citosólicas de los receptores de muerte Fas reclutan proteínas
adaptadoras intracelulares, como FADD. Cada proteína adaptadora recluta una procaspasa iniciadora, formando el

69
complejo de señalización inductor de muerte (DISC), donde las procaspasas iniciadoras están muy juntas, lo que las
activa; las procaspasas activadas se escinden una a otra y estabilizan a la proteasa activada, la cual ahora es una
caspasa. La caspasa-8 y la caspasa-10 activadas escinden y activan las procaspasas ejecutoras, lo que produce una
cascada de caspasas que conduce a la apoptosis.

 VÍA INTRÍNSECA
Las células activan la apoptosis desde dentro de la célula, en respuesta a una lesión y otras formas de estrés, como
el daño en el ADN o la falta de oxígeno, nutrientes o señales de supervivencia extracelulares. Esta vía depende de la
liberación en el citosol de proteínas mitocondriales, algunas de las cuales activan una cascada proteolítica de
caspasas en el citoplasma que desencadena la apoptosis.
Entre dichas proteínas mitocondriales encontramos al citocromo c, componente de la cadena transportadora de e -,
que se une a una proteína adaptadora, activadora de procaspasas denominada Apaf1, provocando su
oligomerización (Apaf1) en una estructura heptamérica llamada apoptosoma. En este último, las Apaf1 reclutan
moléculas de procaspasa iniciadora (procaspasa-9), que se activan por su estrecha cercanía en el apoptosoma,
iniciando la cascada.
Esta vía está regulada por las proteínas Bcl2, que controlan la liberación del citocromo c y de otras proteínas
mitocondriales al citosol. Hay 2 tipos de proteínas Bcl2:
 PROAPOPTÓTICAS: estimulan la apoptosis aumentando la liberación. Como BH123 y las proteínas “sólo BH3”.
Las BH123 se activan y se agregan en la MME induciendo la liberación de las proteínas; esto es posible gracias a
las “solo BH3”, sintetizadas por la célula ante el estímulo apoptótico, que inactivan a las antiapoptóticas.
 ANTIAPOPTÓTICAS: inhiben la apoptosis bloqueando la liberación. Entre estas encontramos a la propia Bcl2 y a
Bcl-XL, las cuales ayudan a mantener la integridad de la membrana impidiendo la indebida liberación de
proteínas de la mitocondria y de Ca 2+ del RE. Inhiben la apoptosis principalmente al unirse e inhibir proteínas
proapoptóticas Bcl2 en estas membranas o en el citosol.
Los inhibidores de la apoptosis (IAP) presentan dominios BIR, los cuales le permiten unirse e inhibir las caspasas
activadas. También poliubiquitinizan caspasas, marcándolas para su destrucción en proteosomas. De esta manera,
los IAP establecen un umbral inhibidor que las caspasas activadas tienen que superar para desencadenar la
apoptosis.
También existen los anti-IAP, que se liberan desde el espacio intermembrana mitocondrial cuando se activa la vía
intrínseca de la apoptosis, bloqueando los IAP en el citosol y estimulando así la apoptosis.
Las actividades combinadas de las proteínas Bcl2, IAP y anti-IAP determina la sensibilidad de una célula animal a un
estímulo inductor de la apoptosis, con los IAP y los anti-IAP dominantes en moscas y las proteínas Bcl2 dominantes
en mamíferos.

Factores de supervivencia extracelulares.

Consisten en moléculas de señalización extracelulares que inhiben la apoptosis, uniéndose a receptores de la
superficie celular que activan vías de señalización intracelular e inhiben el programa apoptótico, regulando con
frecuencia a los miembros de la familia de proteínas Bcl2.
Para evitar la apoptosis, la mayoría de las células animales necesitan señales procedentes de otras células, lo cual
contribuye a asegurar que las células sólo sobrevivan cuándo y dónde se necesitan. Por ejemplo, durante el
desarrollo del sistema nervioso se genera un exceso de neuronas, que compiten por las cantidades limitadas de
factores de supervivencia secretados por las células diana con las que normalmente entran en contacto. Las
neuronas que reciben la suficiente cantidad del tipo de señal de supervivencia adecuada viven, mientras que las
otras mueren. Así, el número de neuronas que sobreviven se ajusta de forma automática, de manera que sea
apropiado para el número de células diana con las que conectan.

CONCEPTOS FUNDAMENTALES.
 PLOIDÍA.
Número de juegos de cromosomas de una célula, tejido y organismo. En el hombre:
 Las células somáticas, que presentas dos juegos idénticos de cromosomas, se dice que son diploides (2n).
 Las gametas, en cambio, que poseen un solo juego de cromosomas, son haploides (n).
El número de juegos característico de la especie se denomina euploidia, para células somáticas y gametas
humanas son 2 y 1 respectivamente.

70
 Pueden existir alteraciones en la cantidad de cromosomas de una célula y se habla de:
∙Poliploidía: aumento del número de juegos completos de cromosomas característicos de esa célula,
designándose a las células o los organismos como triploides (3n), tetraploides (4n), pentaploides (5n), etc.
∙Aneuploidía: aumento o disminución parcial del número de cromosomas característicos de esa célula,
designándose trisomías (un par cromosómico posee un cromosoma de más) o monosomías (falta uno de los
cromosomas de un par).

 CARGA DE ADN.
Es el contenido de ADN del núcleo de una célula. Se mide en picogramos (1pg = 10-12g).
La carga de ADN suele expresarse con múltiplos de la unidad “c” que corresponde al contenido de ADN del núcleo
de un gameto (un juego de cromosomas constituidos por una única cromátida). De acuerdo con esto, las células
somáticas diploides en G1, presentan una carga de ADN (dos juegos de cromosomas no duplicados) que es el doble
del de una gameta y se designa con el valor 2c. Esta muestra una constancia cuantitativa en todos los tejidos
diploides de un organismo. Sin embargo, una célula a lo largo de su ciclo vital muestra cambios en su carga de ADN.
Así, tras la replicación del ADN la carga de ADN de una célula en G2 tiene un valor de 4c.

71
 MITOSIS y MEIOSIS
MITOSIS.
Después de terminar la fase S y de producirse la transición a través de G2, la célula pasa a la fase M. Esta empieza
con la mitosis, en la que las cromátidas hermanas se separan y se distribuyen (segregan) en un par de núcleos hijos
idénticos, cada uno de ellos con su propia copia del genoma.
La mitosis se divide en 5 etapas: profase, prometafase, metafase, anafase y telofase; definidas en función de
comportamiento de los cromosomas tal como se observan al microscopio.
Cuando la mitosis termina, el segundo acontecimiento de la fase M, la citocinesis, divide a la célula en dos mitades,
cada una de ellas con un núcleo idéntico.
Desde el punto de vista de la regulación, la mitosis se puede dividir en dos partes principales, cada una de ellas
regulada por diferentes componentes del SCCC:
9. Un aumento súbito de la actividad de Cdk-M en el punto de control G2/M desencadena los acontecimientos
de las primeras etapas (profase, prometafase y metafase). En este período, Cdk-M y otras quinasas mitóticas
fosforilan diversas proteínas, provocando el ensamblaje del huso mitótico y su unión a las cromátidas
hermanas.
10.Durante la transición de la metafase a anafase, el APC/C induce la degradación de la segurina al liberar la
proteasa que escinde la cohesina, iniciándose así la separación de las cromátidas hermanas. El APC/C también
desencadena la degradación de las ciclinas, lo que provoca la inactivación de la Cdk y la desfosforilación de las
dianas de la Cdk, lo cual es necesario para que se produzcan todos los acontecimientos del final de la fase M,
incluidos la finalización de la anafase, el desensamblaje del huso mitótico y la división de la célula mediante
citocinesis.
Condensina.
Al final de la fase S, las cromátidas hermanas están enredadas en una masa de proteínas y ADN, donde cualquier
intento de separarlas provocaría roturas en los cromosomas. Es por esto que al comienzo de la mitosis la célula,
mediante un complejo proteico llamado condensina, reorganiza de forma gradual las cromátidas hermanas en
estructuras que se pueden separar con más facilidad. La condensina forma estructuras que utilizan la energía
proporcionada por la hidrólisis de ATP para llevar a cabo 2 procesos:
∙Condensación de los cromosomas: las cromátidas hermanas se empaquetan.
∙Resolución de las cromátidas hermanas: se resuelven en unidades diferentes y separables.
Cdk-M.
En G2 aumenta la síntesis de la ciclina M, lo cual produce una acumulación de Cdk-M (Cdk1 + ciclina M) a medida
que la célula se acerca a la mitosis. A pesar de que estos complejos son fosforilados en un lugar activador por CAK, la
proteína Wee1 las mantiene inactivas mediante fosforilaciones inhibidoras (fosfatos bloquean sitio activo). Así, al
final de G2, la célula contiene abundantes reservas de complejos Cdk-M inhibidos.
La activación definitiva de los complejos Cdk-M ocurre mediante la activación de la fosfatasa Cdc25, la cual elimina
los fosfatos inhibidores. También se inhibe la quinasa Wee1.
La Cdk-M, mediante la fosforilación de proteínas específicas, desencadena una gran diversidad de reorganizaciones
celulares que se producen en las primeras etapas de la mitosis:
 Induce el ensamblaje del huso mitótico y asegura que cada cromátida hermana esté unida al polo opuesto del
huso.
 Induce la condensación de los cromosomas y la reorganización de las cromátidas hermanas.
 Estimula la disgregación de la envoltura nuclear y la reorganización del citoesqueleto de actina y del complejo
de Golgi.
Huso mitótico.
De este depende el acontecimiento fundamental de la mitosis: la segregación de los cromosomas (separación de
las cromátidas hermanas en anafase, segregando así los dos complementos cromosómicos en extremos opuestos de
la célula, donde se empaquetan en núcleos hijos).
Este consiste en un conjunto bipolar de microtúbulos, cuyos extremos (-) se orientan hacia los dos polos del huso,
mientras que sus extremos (+) irradian hacia fuera de los polos. Hay 3 tipos de microtúbulos:
72
 ∙Interpolares: sus extremos (+) interactúan con los extremos más de los microtúbulos del otro polo, dando lugar
a un conjunto antiparalelo en la zona media del huso.
∙Cinetocóricos: sus extremos (+) están unidos a parejas de cromátidas hermanas en grandes estructuras
proteicas denominadas cinetocoros, los cuales se localizan en el centrómero de cada cromátida hermana.
∙Astrales: irradian hacia fuera desde los polos y contactan con el córtex celular, ayudando a posicionar el huso en
la célula.
Cada polo del huso está orientado hacia un orgánulo proteico denominado centrosoma, formado por una nube de
material amorfo (matriz pericentriolar) que rodea un par de centriolos. La matriz núcleo a un conjunto radial de
microtúbulos, con sus extremos (+) de crecimiento rápido proyectándose hacia fuera y sus extremos menos
asociados al centrosoma. Además, la matriz contiene el complejo en anillo de -tubulina, principal responsable de la
nucleación de los microtúbulos.
El ensamblaje y la función del huso mitótico dependen de numerosas proteínas motoras dependientes de
microtúbulos: las relacionadas con la quinesina, que se desplazan hacia el extremo (+), y las dineínas, que se
desplazan hacia el extremo (-). El equilibro de fuerzas opuestas generadas por distintos tipos de proteínas motoras
determina la longitud final del huso: dineína y quinesina-5 promueven la separación del centrosoma y aumentan la
longitud del huso; quinesina-14 tiende a juntar los polos.
Para la formación del huso, es necesaria la duplicación de los centrosomas en la fase S, por parte de Cdk-G1/S. El
posterior ensamblaje del mismo ocurre en la mitosis gracias a Cdk-M.
Para la finalización del proceso, es necesaria la ruptura de la envoltura nuclear, lo cual permite a las cromátidas
hermanas unirse al huso.
La entrada en mitosis determina un cambio repentino en los microtúbulos, aumentando su inestabilidad dinámica
y dando lugar a microtúbulos muy densos y dinámicos. Estos cambios son iniciados por Cdk-M, que fosforila ciertas
proteínas que regulan la dinámica de los microtúbulos: MAP (proteínas asociadas a microtúbulos), que estabilizan
los microtúbulos, y los factores de catástrofe, que los desestabilizan aumentando la frecuencia de catástrofes.
 CINETOCOROS
Los microtúbulos del huso se unen a cada cromátida hermana en el cinetocoro, una estructura proteica gigante de
muchas capas construida en la heterocromatina que se forma en la región centromérica del cromosoma. Los
extremos (+) de los microtúbulos cinetocóricos están insertados frontalmente en sitios especializados de unión a los
microtúbulos del cinetocoro (en células animales tienen de 10 a 40 de estos sitios de unión).
Las células que tienen centrosomas utilizan un mecanismo de “busca y captura” para unir sus cromosomas
mitóticos al huso. Los dinámicos extremos más de los microtúbulos irradian hacia fuera desde los centrosomas y
finalmente capturan el cinetocoro de una cromátida hermana.
APC/C.
A pesar de que Cdk-M determina la etapa en la que el ciclo celular alcanza su punto culminante (separación de las
cromátidas), el complejo promotor de la anafase (APC/C) conecta el interruptor que inicia la separación induciendo
la degradación de la proteína inhibidora segurina. Esta, antes de la anafase, se une e inhibe la proteasa llamada
separasa. La degradación de la segurina al final de la metafase libera a la separasa, la cual puede escindir una de las
subunidades de cohesina, las cuales mantienen las cromátidas juntas. Las cohesinas se desprenden y las cromátidas
hermanas se separan de forma súbita y sincronizada.
Para que el APC/C se active, primero es necesario que Cdk-M la fosforile, lo cual va a permitir que se una a la
proteína Cdc20 formando así un complejo activo.
Punto de control del ensamblaje del huso.
Este se asegura que la célula no entre en anafase hasta que todos los cromosomas estén unidos a ambos polos del
huso mitótico.
Este depende de un mecanismo sensor que comprueba la fuerza de la unión de los microtúbulos y la tensión del
cinetocoro. Cualquier cinetocoro que no esté correctamente unido al huso emite una señal inhibidora que impide la
activación del APC/C-Cdc20, bloqueando así la transición de la metafase a la anafase. Sólo se levanta el bloqueo
cuando el ultimo cinetocoro está unido de forma correcta permitiendo que se produzca la separación de las
cromátidas hermanas.
∙Si el control falla por mutación o artificialmente, la anafase se inicia prematuramente.
∙Drogas que desestabilizan microtúbulos (colchicina, vinblastina, etc.) inhiben la unión de los microtúbulos a los
cinetocoros, mantienen la señal negativa y arrestan la mitosis en metafase por horas y hasta días.
73
 ETAPAS:
1. PROFASE.
Los cromosomas replicados, cada uno de ellos formado por dos cromátidas hermanas estrechamente asociadas, se
condensan. Fuera del núcleo, el huso mitótico se ensambla entre los dos centrosomas, que se han replicado y
separado. La fosforilación de las láminas nucleares induce la desorganización de la envoltura nuclear. El nucléolo
comienza a desaparecer.
Las células diploides presentarán dos copias de cada cromosoma.

2. PROMETAFASE.
Empieza abruptamente con la desorganización de la envoltura nuclear. Ahora, los cromosomas pueden unirse a
los microtúbulos del huso mediante sus cinetocoros y empezar a desplazarse activamente.

3. METAFASE.
Los cromosomas, que han alcanzado su máximo nivel de condensación, se alinean en el ecuador del huso, a mitad
de camino entre los polos del huso. Los microtúbulo cinetocóricos unen las cromátidas hermanas a los polos
opuestos del huso.

4. ANAFASE.
Las cromátidas hermanas se separan de forma sincrónica formando los dos cromosomas hijos; cada uno de ellos es
arrastrado lentamente hacia el polo del huso al que está adherido. Los microtúbulos cinetocóricos se acortan y los
polos del huso también se separan; ambos procesos contribuyen a la segregación de los cromosomas.
Los cromosomas se desplazan mediante dos procesos independientes y solapados:
∙Anafase A: es el desplazamiento inicial de los cromosomas hacia los polos. Este depende de la
despolimerización de los microtúbulos cinetocóricos y del flujo hacia los polos de los microtúbulos.
∙Anafase B: consiste en la separación de los polos del huso entre sí. Hay dos fuerzas responsables de esta: por
un lado, la elongación y el deslizamiento de los microtúbulos interpolares en el huso central que provoca la
separación de los dos polos y, por otro, unas proteínas motoras unidas a la membrana plasmática cerca de cada
polo del huso que actúan sobre los microtúbulos astrales separando los polos hacia la superficie celular.
La finalización de esta etapa depende de la desfosforilación de los sustratos de la Cdk, lo cual es consecuencia de la
degradación de las ciclinas dependientes del APC/C.
Comienza la contracción del anillo contráctil.

5. TELOFASE.
Las dos dotaciones de cromosomas hijos llegan a los polos del huso y se descondensan. Se reorganiza una nueva
envoltura nuclear alrededor de cada dotación cromosómica, lo que completa la formación de los dos núcleos y
marca el final de la mitosis. La división del citoplasma empieza con la contracción del anillo contráctil.

6. CITOCINESIS.
El citoplasma se divide en dos mediante un anillo contráctil de filamentos de actina y de miosina, el cual
estrangula la célula en dos, dando lugar a dos células hijas, cada una de ellas con un núcleo.
Esta etapa empieza en la anafase y acaba poco después de que termine la mitosis, en la telofase. El momento y el
posicionamiento correctos de este proceso en las células animales se logra a través de mecanismos que dependen
del huso mitótico en anafase, el cual genera señales que estimulan la formación del surco de segmentación.
El surco de segmentación, el primer cambio visible de la citocinesis, es un fruncido de la superficie celular, el cual
rápidamente se hace profundo y se extiende alrededor de la célula hasta que la divide por completo en dos. La
estructura esencial en este proceso es el anillo contráctil: un ensamblaje dinámico formado por filamentos de
actina, filamentos de miosina II, y muchas proteínas estructurales y reguladoras. Su ensamblaje y función en el lugar
de la división están regulados por RhoA, una pequeña GTPasa.
Durante la anafase, el anillo se ensambla justo por debajo de la membrana plasmática y se contrae poco a poco a
la vez que se fusionan vesículas intracelulares con la MP que insertan nueva membrana adyacente al anillo. Esta
adición compensa el aumento de la superficie celular que acompaña la división citoplasmática. Cuando la
contracción del anillo se ha completado, la inserción y la fusión de la membrana sella el hueco entre las células hijas.
Así, la citocinesis comprende 4 etapas: iniciación, contracción, inserción de membrana y finalización.
Después de la citocinesis, la célula entra en un estado G1 estable de baja actividad Cdk, donde espera las señales
para entrar en un nuevo ciclo celular.
74
75
 NÓDULOS DE RECOMBINACIÓN
MEIOSIS. Consisten en grandes ensamblajes
∙Reproducción asexual: sin apareamiento, da lugar a una descendencia que contienen proteínas, situados a
que es genéticamente idéntica al organismo progenitor. intervalos en el complejo sinaptoné-
∙Reproducción sexual: implica la mezcla de genomas procedentes de dos mico.
individuos distintos, produciendo descendientes que se diferencian Se cree que marcan la localización
genéticamente entre sí y también de los padres. Es por ello que requiere de una gran “maquinaria de recom-
un tipo especial de división celular denominado meiosis, mediante la binación” multienzimática que une
cual, a partir de células precursoras diploides se producen células entre sí regiones del ADN de las
germinales haploides. cromátidas materna y paterna a
través del complejo sinaptonémico.
La meiosis va siempre procedida por la duplicación de los cromosomas Median el proceso activo de
de una célula diploide e implica dos divisiones sucesivas que la convierten recombinación.
en 4 núcleos haploides.
A la meiosis I se la denomina división reduccional, ya que reduce el número de cromosomas de diploide a
haploide. En está ocurre la sinapsis de cromosomas homólogos y su posterior segregación en diferentes núcleos
hijos.
Durante la meiosis II, que se denomina división ecuacional, las dos cromátidas hermanas de cada cromosoma se
separan en las dos células hijas.
Las fases meióticas son: profase, metafase, anafase y telofase.
MEIOSIS I
 Profase I: los cromosomas homólogos se emparejan e COMPLEJO SINAPTONÉMICO
intercambian ADN. Mantiene sujetos a los cromosomas
Esta etapa se divide en 5 sub-etapas: homólogos en estrecha aposición durante
 Leptoteno: los cromosomas individuales comienzan a la sinapsis.
condensarse y a aparearse en filamentos largos dentro de su Consiste en una estructura proteica con
núcleo; suelen estar unidos por sus extremos a la envoltura forma de cremallera, que consta de dos
nuclear por las placas de unión. elementos laterales, que se unen a los
cromosomas individuales en la etapa de
 Cigoteno: comienza a formarse el complejo sinaptonémico. Los leptoteno, y un elemento central, el cual
cromosomas homólogos se emparejan estrechamente mediante mantiene juntos a los cromosomas y se
el proceso de la sinapsis (acercamiento con el fin de forma en la etapa de cigoteno.
intercambiar información genética), formando cromosomas Se desensamblan durante la etapa de
apareados denominados bivalentes o tétradas (4 cromátidas, 2 diploteno, permitiendo que los
de cada cromosoma). cromosomas se separen.
 Paquiteno: la cercanía entre los dos cromosomas homólogos
permite a los segmentos de ADN intercambiarse, por un proceso denominado entrecruzamiento o crossing-over.
Los cromosomas homólogos están perfectamente apareados, aparecen los nódulos de recombinación.
 Diploteno: comienza la desinapsis. Se disgrega el complejo sinaptonémico y se separan las dos cromátidas de
cada cromosoma, excepto en los quiasmas que representan los sitios de entrecruzamiento o crossing-over entre
cromátidas homólogas.
 Diacinesis: etapa de transición a la metafase. Los cromosomas se condensan y los quiasmas se mantienen como
los únicos anclajes entre ellos. Se separan totalmente de la envoltura nuclear; luego se desensambla la
membrana nuclear y desaparece el nucléolo.
 Metafase I: los bivalentes se alinean en el ecuador del huso.
 Anafase I: los cromosomas homólogos se mueven hacia polos opuestos del huso.
Los cromosomas homólogos se separan y se mueven hacia polos opuestos del huso, mientras que las cromátidas
hermanas permanecen juntas. Puesto que los dos miembros de cada par de cromosomas homólogos se mueven
hacia polos opuestos del huso, cada polo recibe un juego haploide de cromosomas.
 Telofase I y citocinesis: se producen 2 células haploides.

76
 MEIOSIS II
Puede producirse una interfase corta antes de que empiece, aunque no incluye replicación de ADN: este sólo se
replica una vez, antes de la primera división meiótica.
Su propósito es repartir las cromátidas hermanas, creadas en la primera vuelta de replicación de ADN en dos
nuevas células recién formadas.
La profase II es muy corta y similar a la equivalente de la mitosis.
La metafase II también se parece a la etapa equivalente de la mitosis, excepto en que sólo la mitad del total de los
cromosomas está presente en el ecuador del huso.
En la anafase II las cromátidas hermanas se separan y se mueve hacia polos opuestos del huso.
Las fases restantes de la segunda división meiótica se parecen a las etapas equivalentes de la mitosis. El resultado
final es la formación de 4 células hijas, cada una conteniendo un juego haploide de cromosomas.

MEIOSIS I MITOSIS
PROFASE: cada Los cromosomas homólogos Cada cromosoma actúa indepen-
cromosoma en forman la sinapsis, formando un dientemente.
condensación bivalente. Se produce el crossing-
tiene dos over entre cromátidas no herma-
cromátidas. nas.
Los bivalentes se alienan en la Los cromosomas individuales se
METAFASE
placa metafásica. alinean en la placa metafásica.
Los cromosomas (no las cromáti- Se separan las cromátidas
ANAFASE
das) se separan.
MEIOSIS II
Las cromátidas hermanas se
separan.
Cuatro células haploides, cada Dos células, cada una con el
una con la mitad del total de mismo número de cromosomas
cromosomas de la célula original. que la origina.
RESULTADO
Cada célula haploide contiene
una mezcla al azar de cromoso-
mas maternos y paternos.

77
78
 OOCITOS.
Son células inmóviles que aseguran la supervivencia de los genes maternos mediante una gran cantidad de materia
prima para el crecimiento y el desarrollo del embrión, junto con una eficaz cubierta protectora.
Son células gigantes (0,1mm en humanos) altamente especializadas que dan lugar a todos los tipos celulares de un
organismo, con el fin de generar un nuevo individuo.
Contienen una gran cantidad de reservas de todos los nutrientes necesarios para el desarrollo inicial del embrión
hasta que alcanza el estadio en el que sea capaz de alimentarse por sí mismo. Estas reservas se denominan vitelo y
son principalmente lípidos, proteínas y polisacáridos.
Su cubierta, denominada en mamíferos zona pelúcida, es una especialización de la ME₵ que está formada, en gran
parte, por glucoproteínas, unas secretadas por el propio oocito y otras por las células acompañantes. Esta se encarga
de proteger al oocito de agresiones mecánicas y actúa como una barrera para los espermatozoides, de forma que
solo admite aquellos de la misma especie del oocito.
Contienen vesículas secretoras especializadas situadas inmediatamente por debajo de la membrana plasmática en
la región más periférica o córtex del citoplasma. Cuando un espermatozoide activa un oocito, se produce la
exocitosis de dichos gránulos corticales, que modifican la zona pelúcida impidiendo que el oocito se fusione con más
de un espermatozoide.

79
 ESPERMATOZOIDES.
Están preparados para la propagación de los genes paternos utilizando las reservas maternas: son células
extraordinariamente móviles e hidrodinámicas lo que les proporcionan velocidad y eficacia para la fecundación.
Presentan un potente flagelo que les impulsa para desplazarse en un medio acuoso, pero carecen de orgánulos
citoplasmáticos, ya que no los necesitan para transmitir el ADN al oocito. Sin embargo, contienen muchas
mitocondrias colocadas de forma estratégica donde pueden proporcionar la energía que necesita el flagelo para su
movimiento.
Un espermatozoide está formado normalmente por dos regiones distintas en términos morfológicos y funcionales,
limitadas por una membrana plasmática única:
 Cabeza: donde se encuentra el núcleo haploide. Presenta una vesícula secretora muy especializada, en estrecha
aposición con la parte anterior de la envoltura nuclear, denominada vesícula acrosómica que contiene enzimas
hidrolíticas que facilitan el paso del espermatozoide a través de la envoltura externa del oocito.
 Cola: impulsa el espermatozoide hacia el oocito y le ayuda a atravesar la cubierta oocitaria. Es un largo flagelo,
cuyo axonema emerge de un corpúsculo basal situado justo detrás del núcleo. Este flagelo se diferencia de otros
en que el habitual patrón 9+2 microtúbulos está rodeado además por 9 fibras densas externas que reducen la
flexibilidad del flagelo y lo protegen de posibles roturas. El movimiento se produce por el deslizamiento entre
los dobletes adyacentes de microtúbulos y está impulsado por la dineína, proteína motora que utiliza la energía
de la hidrólisis del ATP para el deslizamiento de los microtúbulos. El ATP lo generan las mitocondrias
especializadas de la parte anterior de la cola (pieza intermedia).

80
 TRANSMISIÓN y
DISTRIBUCIÓN del MATERIAL GENÉTICO
VOCABULARIO.
 Gen: segmento de ADN que determina una característica biológica de un organismo. En los organismos diploides,
en general los genes existen en pares, ubicados cada uno en un sitio homólogo de cromosomas también
homólogos.
 Locus: posición que ocupa un determinado gen dentro de un cromosoma. Los genes homólogos se localizan en el
mismo locus de los dos cromosomas homólogos (loci es el plural de locus)
 Alelos: los dos genes individuales en una pareja concreta de genes se denominan alelos. Son las formas
alternativas o variantes que puede presentar un gen. Por ejemplo una misma proteína presenta dos formas
alternativas codificadas por los alelos A y a de un mismo gen.
 Alelos múltiples: existen para un mismo gen más de dos formas alternativas o alelos en una población. Uno de los
ejemplos mejor conocidos es el sistema genético que determina los grupos sanguíneos en el hombre. En este caso
tenemos al menos tres alelos diferentes: I A que determina la expresión del antígeno A en la superficie de los
glóbulos rojos, IB que determina la expresión del antígeno B y finalmente i que determina la ausencia de antígeno.
 Homocigota: se refiere a un organismo en el cual para un gen dado los dos alelos son iguales. Para el ejemplo
anterior de la proteína, el individuo posee en loci homólogos dos alelos iguales, ya sea AA o aa.
 Heterocigota: se refiere a un organismo en el cual para un gen dado los dos alelos son diferentes. Para el ejemplo
dado de la proteína, el individuo posee en loci homólogos alelos diferentes, Aa. Esto quiere decir que uno de los
cromosomas homólogos donde está el gen para la proteína está el alelo A y en el otro el alelo a.
 Hemicigótico: se refiere al genotipo de un individuo con un solo representante de un cromosoma o de un
segmento cromosómico en lugar de los dos normales. Hace referencia especialmente a los genes ligados al X en el
varón, pero también se aplica a genes de cualquier segmento cromosómico que esté delecionado en el cromosoma
homólogo. 
 Fenotipo: apariencia de un organismo. Se refiere a todas los múltiples caracteres biológicos, incluyendo atributos
químicos, estructurales y de comportamiento, que podemos observar en un organismo, pero excluyendo a su
constitución genética. El fenotipo cambia durante el desarrollo a medida que la apariencia del organismo cambia.
 Genotipo: define sólo el complemento del material genético que un organismo hereda de sus padres. A diferencia
del fenotipo, el genotipo permanece relativamente constante salvo por los cambios genéticos, mutaciones.
 Dominancia: fenómeno por el cual un carácter (o rasgo) se manifiesta y otro no, incluso aunque los alelos para
ambos caracteres estén presentes. Cuando la presencia de un alelo enmascara la expresión del otro alelo se dice
que es dominante respecto al otro, el cual es recesivo. En general el alelo dominante se representa con una letra
mayúscula y el recesivo con una minúscula.
 Codominancia: relación de dominancia donde en el heterocigota se expresan simultáneamente los dos alelos de
un mismo gen. Por ejemplo, considerando el caso de los grupos sanguíneos, el genotipo I AIB, determina el fenotipo
AB, donde la membrana de los glóbulos rojos presenta tanto el antígeno A como el antígeno B.
 Penetrancia: capacidad de un gen o genes de expresarse fenotípicamente. Es un concepto estadístico que se
expresa en forma porcentual.
 Expresividad: variabilidad en el grado de manifestación fenotípica de un gen o genes.
 Pleiotropía: expresión fenotípica múltiple de un sólo gen. Efecto fenotípico: produce síndromes. Ej. Osteogénesis
imperfecta, que afecta huesos, ojos y oídos.

81
 PRINCIPIOS DE MENDEL SOBRE LA HERENCIA.
En la época en que Mendel inició su trabajo, ya se había reconocido la
existencia de los híbridos, la descendencia de dos progenitores
genéticamente distintos, y había dos importantes conceptos acerca de
la herencia ampliamente aceptados:
∙Todas las plantas híbridas que son descendientes de progenitores
genéticamente puros, o de una variedad pura, son similares en
apariencia.
∙Cuando los híbridos se aparean entre sí, no resulta una raza o
variedad pura; sus descendientes muestran una mezcla de rasgos:
algunos se parecen a sus progenitores, y otros tienen algunas
características de sus abuelos.
Mendel eligió como organismo para sus experimentos el guisante de
jardín, Pisum sativum, y durante dos años verificó que las variedades
fueran líneas puras para distintas características heredadas.
Actualmente, los científicos utilizan el término fenotipo para referirse
al aspecto físico de un organismo, y genotipo para referirse a la
composición genética de ese organismo. Una línea o variedad pura sólo
produce descendencia que expresa el mismo fenotipo de generación en
generación.
Empezó sus experimentos cruzando plantas de dos diferentes
variedades puras con diferentes fenotipos contrastantes; estos
individuos genéticamente puros constituyeron la generación parental,
o generación P. En cada caso, todos los miembros de la primera
generación de descendientes eran muy semejantes y se parecían a uno
de los dos progenitores. Por ejemplo, cuando cruzó plantas con tallo
largo con plantas con tallo corto, todos los descendientes eran de tallo
alto. Esa descendencia fue la primera generación filial, o la generación
F1 (filial en latín significa “hijos e hijas”). La segunda generación filial, o generación F2, resultado del cruzamiento
entre individuos F1 o por autopolinización de individuos F1.
En la época de Mendel, se pensaba que la herencia implicaba la mezcla de rasgos, herencia mezclada, donde los
gametos masculino y femenino supuestamente contenían fluidos que se mezclaban entre sí durante la reproducción
para producir descendientes híbridos con características intermedias de la madre y el padre.
Mendel estudió aún más los híbridos F 1 en los cuales los “factores hereditarios” de uno de los progenitores
aparentemente enmascaran la expresión de los factores del otro progenitor. En la actualidad, se dice que el factor
expresado en la generación F1 (altas, en el ejemplo) es dominante; el gen escondido en F1 (bajas) es recesivo. Los
rasgos dominantes enmascaran a los recesivos cuando ambos están presentes en el individuo (no se observa
siempre).
Por lo tanto, Mendel propuso que cada tipo de característica heredada de un organismo es controlada por dos
factores que se comportan de manera semejante a partículas discretas y que están presentes en cada individuo. Esos
factores son esencialmente lo que hoy llamamos genes, unidades de herencia que afectan los rasgos de un
organismo.
Los experimentos de Mendel lo condujeron al descubrimiento y explicación de los principios de la herencia, que
ahora se distinguen como los principios de segregación y de transmisión o distribución independiente.

Principio de SEGREGACIÓN: los alelos se separan antes de que se formen los gametos.
Las formas alternativas de un gen se llaman alelos. En el ejemplo de los guisantes, cada generación F 1 de plantas
de tallo largo tuvieron dos diferentes alelos que controlan la altura de la planta: un alelo dominante para largas (T) y
un alelo recesivo para cortas (t). Ya que el alelo largo fue dominante, entonces esas plantas fueron largas.
Para explicar sus resultados, Mendel propuso una idea conocida como el PRINCIPIO DE SEGREGACIÓN, el cual
establece que antes de que ocurra la reproducción sexual, los dos alelos portados por un progenitor individual
deben separarse (segregarse).
Durante la meiosis, los cromosomas homólogos, y por lo tanto los alelos que residen en ellos, se separan. Como
resultado, cada célula sexual (óvulo/espermatozoide) formada sólo contiene un alelo de cada par. Posteriormente,
82
en la época de fertilización, cada gameto haploide contribuye con un cromosoma de cada par de homólogos y por lo
tanto con un alelo para cada par genético.
Una característica esencial de la meiosis es que los alelos permanecen intactos, de manera que los recesivos no se
pierden y pueden reaparecer en la generación F 2. En el ejemplo, antes de que las plantas F 1 formaran gametos, el
alelo para plantas de tallo largo se segregó del alelo para plantas de tallo corto; así la mitad de los gametos tuvieron
un alelo T, y la otra mitad un alelo t.
El proceso aleatorio de fertilización condujo a 3 posibles combinaciones de alelos en la descendencia F 2:
- ¼ con dos alelos de tallo largo (TT).
- ¼ con dos alelos de tallo corto (tt).
- ½ con un alelo de tallo largo y uno de tallo bajo (Tt).
Ya que ambas plantas TT y Tt son de tallo largo, entonces Mendel esperaba que aproximadamente ¾ expresaran el
fenotipo del alelo dominante y cerca de ¼ manifestaran el fenotipo del alelo recesivo.

 LOCUS:
Los cromosomas homólogos no sólo son similares en tamaño y forma, sino que también por lo general tienen los
mismos genes (frecuentemente con distintos alelos) localizados en lugares que se corresponden. El término locus
(lugar; loci, lugares) se refiere no sólo a una posición de un gen particular en un cromosoma, sino también a un tipo
de gen que controla un aspecto de la estructura o función del organismo. Un locus genético puede controlar el color
de la semilla, otro la forma, etc. Así, Y (amarillo) y y (verde) representan un par específico de alelos de un locus
implicado en la determinación del color de la semilla de guisante.
Los alelos son, por lo tanto, genes que controlan variaciones del mismo carácter y que ocupan ubicaciones
correspondientes en los cromosomas homólogos.

 CRUZAMIENTO MONOHÍBRIDO:
Un cruzamiento monohíbrido estudia la herencia entre dos alelos distintos de un único locus. Pongamos de
ejemplo un entrecruzamiento de un locus que controla el color del pelaje en conejillos de indias, con una hembra
perteneciente a una línea pura de conejillos negros y un macho café también de una línea pura. Ambos son
homocigotas, porque los dos alelos que portan para este locus son idénticos.
En este caso particular, los descendientes F 1 son negros, pero son heterocigotos, lo que significa que tienen dos
distintos alelos para este locus. El alelo café sólo determina el color del pelaje en un individuo homocigoto café, por
lo que es un alelo recesivo (b); mientras que el alelo negro tiene influencia en el color de pelaje en individuos
homocigotos negros y heterocigotos, siendo un alelo dominante (B).
Durante la meiosis de la madre (BB), los dos alelos B se separan de acuerdo con el principio de segregación de
Mendel, así que cada óvulo sólo tiene un alelo B. En el macho (bb) los dos alelos b se separan, entonces cada
espermatozoide sólo tiene un alelo b. La fertilización de cada óvulo B mediante un espermatozoide b da como
resultado descendientes F1 heterocigotos, cada uno Bb; es decir, cada individuo sólo tiene un alelo de pelaje café y
uno para pelaje negro. Ya que esta es la única posible combinación de alelos presentes en los óvulos y
espermatozoides, entonces todos los descendientes F 1 son Bb.

 TABLERO de PUNNETT:
Las posibles combinaciones de óvulos y espermatozoides en la fertilización, se pueden representar en forma de lo
que se conoce como tablero de Punnett. Los tipos de gametos (y sus esperadas frecuencias) de un progenitor se
listan en la parte superior, y los del otro progenitor se listan en el lado izquierdo. Entonces los cuadros se llenan con
las combinaciones F2 resultantes. En el caso de los conejillos de indias, ¾ de todos los descendientes F 2 tienen la
constitución genética BB o Bb y son fenotípicamente negros; un cuarto tiene la constitución genética bb y son
fenotípicamente cafés. Otra vez es evidente el mecanismo genético que gobierna las proporciones aproximadas F 2
3:1 obtenidas por Mendel en sus experimentos de cultivo de guisantes. Esas razones se conocen como razones
fenotípicas F2 monohíbridas.

83
 CRUZAMIENTO de PRUEBA:
Ya que algunos alelos pueden ser dominantes y otros recesivos, entonces no siempre se puede determinar,
simplemente examinando su fenotipo, qué alelos son portados por un organismo. La dominancia no es predecible,
es decir, no es una parte intrínseca de un alelo sino que es la propiedad de un alelo respecto de otros alelos. En una
población, el fenotipo dominante no necesariamente es más común que el fenotipo recesivo.
Para conocer el genotipo de un organismo, se realiza un cruzamiento experimental denominado cruzamiento de
prueba, en el cual un individuo de genotipo desconocido se cruza con un individuo recesivo. Los alelos que portan
los gametos del progenitor de genotipo desconocido nunca están “escondidos” en la descendencia por alelos
dominantes dados por el otro progenitor, por lo que se pueden deducir los genotipos de todos los descendientes
directamente de sus fenotipos.
Mendel realizo este experimento y llegó a la conclusión de que existe segregación 1:1 de los alelos de un
progenitor heterocigoto. Así, el principio de segregación de Mendel le permitió anticipar exitosamente la proporción

fenotípica de cruzamiento de prueba 1:1.

84
 CRUZAMIENTO DIHÍBRIDO:
Es un tipo de apareamiento entre individuos con distintos alelos en dos loci, es decir, un par se encuentra en un
par de cromosomas homólogos, y el otro par está en un par diferente de cromosomas homólogos. Cada par de alelos
se hereda en forma independiente; o sea, durante la meiosis cada par se segrega independientemente del otro.
Ejemplo con conejillos de indias, donde el negro (B) es dominante sobre el café (b), y el pelo corto (S) domina al
pelo largo (s):

Cada conejillo de indias F 1 produce 4 tipos de gametos con igual posibilidad: BS, Bs, bS y bs, por lo que el cuadrado
de Punnett tiene 16 cuadros que representan la descendencia F 2, algunos de los cuales son semejantes
genotípicamente o fenotípicamente.
Existen 9 posibilidades en 16 de obtener un individuo negro de pelo corto; 3 opciones de 16 de obtener un
individuo negro de pelaje largo; 3 oportunidades de 16 de lograr un individuo café de pelo corto; y 1 opción de 16 de
obtener un individuo café de pelaje largo. Esta razón fenotípica 9:3:3:1 es de esperarse en un dihíbrido F 2 si los loci
de color del pelo y de longitud del pelaje están sobre cromosomas no homólogos.

85
 Principio de TRANSMISIÓN INDEPENDIENTE: los alelos de cromosomas no homólogos
están aleatoriamente distribuidos en los gametos.
Establece que los miembros de cualquier par de genes se segregan entre sí independientemente de los miembros
de otros pares de genes. Este mecanismo ocurre de manera regular para garantizar que cada gameto contenga un
alelo para cada locus, pero los alelos de diferentes loci se transmiten aleatoriamente con respecto a los demás
gametos. La transmisión independiente de esos alelos puede dar por resultado una recombinación genética, el
proceso de transmitir y transferir alelos a los descendientes en nuevas combinaciones que son diferentes de aquellos
en los progenitores.
La transmisión independiente está relacionada con los eventos de la meiosis, que ocurre porque dos pares de
cromosomas homólogos se pueden arreglar en dos formas distintas en la metafase I de la meiosis. Esos arreglos
suceden aleatoriamente, y cerca de la mitad de las células meióticas están orientadas de una manera y la mitad
restante lo hace en la forma opuesta. Entonces, la orientación de los cromosomas homólogos sobre la placa
metafásica determina la manera en que finalmente se separan y dispersan en las células haploides. Sin embargo, no
siempre ocurre la transmisión independiente.

 GENES LIGADOS:
La transmisión independiente no se aplica si los dos loci están muy juntos en el mismo par de cromosomas
homólogos. Esto se demostró mediante un cruzamiento de moscas de la fruta, en las cuales existe un locus que
controla la forma de las alas: alas normales (V) o alas anormalmente cortas (v). Otro locus controla el color del
cuerpo: gris (B) o negro (b). Si una mosca homocigoto BBVV se cruza con una mosca homocigoto bbvv, entonces
todas las moscas F1 tienen cuerpos grises y alas normales, y su genotipo es BbVv.
Ya que esos loci son muy cercanos entre sí en el mismo par de cromosomas homólogos, sus alelos no se
transmiten independientemente; más bien, son genes ligados que tienden a ser heredados juntos. El ligamento es
la tendencia de un grupo de genes, en el mismo cromosoma, de ser heredados juntos en generaciones sucesivas;
esto se debe a que los cromosomas se aparean y se separan durante la meiosis como unidades.
Debido a que los individuos heterocigotos se aparean a individuos recesivos homocigotos, y que participan los
alelos de dos loci, este tipo de cruzamiento se llama cruzamiento de prueba de dos puntos.
En este ejemplo, los gametos Bv y bV son tipos recombinantes. Los otros dos tipos, BV y bv son tipos parentales
porque son idénticos a los gametos producidos por la generación P.
Si no estuvieran ligados a los loci que controlan esos rasgos, es decir, sobre diferentes cromosomas, entonces el
progenitor heterocigoto en un cruzamiento de prueba produciría 4 tipos de gametos (BV, Bv, bV y bv) en cantidades
iguales. Sin embargo, eso no es lo que ocurre en este ejemplo.
En el caso de que el ligamiento fuera completo, sólo se producirían las moscas tipo parental, con
aproximadamente el 50% con cuerpos grises y alas normales (BbVv) y 50% con cuerpos negros y alas anormalmente
cortas (bbvv). Sin embargo, en el ejemplo, los descendientes también incluyen algunas moscas grises de alas
anormalmente cortas y moscas negras con alas normales. Esas son moscas recombinantes, que recibieron un gameto
tipo recombinante de un progenitor F 1 heterocigoto.
Cada gameto tipo recombinante se origina por el entrecruzamiento entre esos loci en una célula meiótica de una
mosca hembra heterocigota. Cuando los cromosomas se aparean y sufren sinapsis, el entrecruzamiento ocurre
conforme las cromátidas (no hermanas) homólogas intercambian segmentos de material cromosómico mediante un
proceso de rompimiento y reunificación catalizado por enzimas.

Genes ligados al X.
Los genes principales que determinan el sexo de mamíferos son portados por los cromosomas sexuales. Las células
de mamíferos hembra contienen 2 cromosomas sexuales X, mientras que los machos tienen un solo cromosoma
sexual X y un cromosoma Y más pequeños que porta solamente unos pocos genes activos.
Los cromosomas sexuales no son verdaderamente homólogos en sus formas actuales porque no son similares en
tamaño, forma, o constitución genética. Sin embargo, el cromosoma Y tienen pequeñas “ regiones de apareamiento”
homólogas en las puntas de los cromosomas que le permiten la sinapsis y el intercambio de material genético con el
cromosoma X durante la meiosis.
Los cromosomas X humanos contienen múltiples loci que son requeridos en ambos sexos. Los genes localizados en
el cromosoma X se conocen como genes ligados al X porque siguen el patrón de transmisión del cromosoma X y no
están ligados al sexo del organismo.

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 Un masculino no es homocigoto ni heterocigoto para sus alelos ligados al X; en su lugar, él siempre es hemicigoto,
es decir, tiene sólo un acopia de cada gen ligado al X. En él, cada alelo presente en el cromosoma X se expresa, ya
sea que el mismo fuera dominante o recesivo en el progenitor femenino.
Dos alelos recesivos ligados al X deben estar presentes en un femenino para que el anormal fenotipo sea
expresado (XeXe), mientras que en el hombre hemicigoto un solo alelo recesivo (XeY) causa el fenotipo anormal. Una
mujer heterocigota puede ser una portadora, individuo que tienen una copia de un alelo recesivo mutante pero que
no lo expresa en el fenotipo (XEXe).
Para que se exprese en una mujer, un alelo recesivo ligado al X debe ser heredado de ambos progenitores. Por
ejemplo, una mujer daltónica debe tener un padre daltónico y una madre que es homocigota o heterocigota para un
alelo recesivo al daltonismo. En cambio, un hombre daltónico sólo necesita tener una madre que sea heterocigota
para daltonismo. Por lo tanto, los rasgos recesivos ligados al X son genéticamente mucho más comunes en hombres
que en mujeres.

 COMPENSACIÓN de DOSIS:
El cromosoma X contiene muchos genes requeridos por ambos sexos; una hembra normal tiene dos copias
(“dosis”) para cada locus, mientras que un macho normal sólo tiene una. La compensación de dosis es un mecanismo
que hace equivalentes las dos dosis en la hembra y la dosis única en el macho, haciendo posible que, por ejemplo,
produzcan cantidades iguales de proteínas codificadas por genes ligados al cromosoma X.
La compensación de dosis en humanos implica la inactivación aleatoria de uno de los dos cromosomas X en la
hembra. Durante la interfase, se ve una mancha oscura de cromatina en el borde del núcleo de cada célula de un
mamífero hembra cuando se marca y se observa al microscopio. Esta mancha oscura, un corpúsculo de Barr, es un
denso cromosoma X metabólicamente inactivo. Sin embargo, realmente nunca es completa la inactivación del
cromosoma X; cerca de 25% de los genes en un cromosoma inactivo se expresa hasta cierto grado.
La inactivación de un cromosoma X es un hecho aleatorio en cada célula somática del embrión hembra. Un
mamífero hembra que es heterocigoto en un locus ligado al X expresa uno de los alelos en casi la mitad de sus
células, y el otro alelo en la mitad restante. Algunas veces la inactivación del cromosoma X es evidente en el
fenotipo. Los ratones y los gatos tienen varios genes ligados al X para ciertos colores del pelo. Las hembras que son
heterocigotos para tales genes pueden mostrar manchas de un color de pelo en medio de áreas del otro color. Este
fenómeno se conoce como variegación, y consiste en la diversidad o multiplicidad de colores en el fenotipo.
La variegación no siempre aparece en hembras heterocigotas en los loci ligados al X ya que, aunque usualmente
ocurre, se puede necesitar el empleo de técnicas especiales para observarla.

Extensiones de la genética mendeliana.

 DOMINANCIA INCOMPLETA y CODOMINANCIA:
Las plantas llamadas dondiego de noche pueden tener flores rojas o blancas. Cada color es de una variedad o línea
pura cuando esas plantas se autopolinizan. Sin embargo, cuando se realiza un cruzamiento entre una planta de flores
rojas y una de flores blancas, se encuentra que todos los descendientes F 1 tienen flores rosas. Luego, al cruzar dos de
esas plantas de flores rosas, aparecen descendientes F 2 de flores rojas, rosas y blancas en una proporción 1:2:1.
Es claro que las plantas de flores rosas son individuos heterocigotos, y ni el alelo rojo ni el alelo blanco son
completamente dominantes. Cuando el heterocigoto tiene un fenotipo intermedio a los de sus dos progenitores, los
genes muestran dominancia incompleta. En estos cruzamientos, las proporciones genotípicas y fenotípicas son
idénticas.
En otro caso, el pelaje de color rojizo en el ganado vacuno y equino no es completamente dominante sobre el pelo
de color blanco. Los individuos heterocigotos tienen una mezcla de cabellos rojizos y blancos, es decir, ruano. Ya que
los colores rojizo y blanco se expresan independientemente (cabello por cabello) en el ruano heterocigoto, entonces
nos referimos a esto como un caso de codominancia.
Estrictamente hablando, el término dominancia incompleta se refiere a casos en los cuales el heterocigota es
intermedio en el fenotipo, y codominancia se refiere a situaciones donde el heterocigoto expresa simultáneamente
los fenotipos de ambos tipos de homocigotos.

 ALELOS MÚLTIPLES:
En una población pueden existir múltiples alelos para un locus. Cuando existen tres o más alelos para un locus
dado, entonces ese locus tiene alelos múltiples.

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 PLEIOTROPÍA:
Un solo gen puede afectar múltiples aspectos del fenotipo, lo que se conoce como pleiotropía.

 INTERACCIÓN GENÉTICA y EPISTASIS:

Varios pares de alelos pueden interactuar para afectar a un solo fenotipo, o un par puede inhibir o revertir el
efecto de otro par:
- Un ejemplo de interacción genética se ilustra mediante la herencia de crestas en los pollos, donde dos genes
pueden interactuar para producir un nuevo fenotipo. El alelo para cresta tipo roseta, R, es dominante sobre la
cresta simple, r. Un segundo par no ligado de alelos controla la herencia de una cresta tipo guisante, P, versus la
cresta simple, p. Un pollo de cresta simple es homocigoto para el alelo recesivo en ambos loci (pprr). Un pollo
de cresta tipo roseta es ppRR o ppRr, y un pollo de cresta tipo guisante es PPrr o Pprr. Cuando ocurren R y P en
el mismo individuo, el fenotipo es una cresta completamente diferente tipo nuez (PPRR, PpRR, PPRr o PpRr).
- La epistasis, por el contrario, es un tipo común de interacción genética en la cual la presencia de ciertos alelos
de un locus puede evitar o enmascarar la expresión de alelos de un diferente locus y en su lugar expresar su
propio fenotipo. A diferencia del ejemplo de los pollos, en la epistasis no se producen nuevos fenotipos.
El color de pelo en perros Labradores es un ejemplo de epistasis que implica un gen para activar o no el
pigmento y un gen para definir el color del pelaje. Los dos alelos para el gen del pigmento son B para pelo negro
y b para pelo chocolate. El gen para determinar el color del pelaje tiene dos alelos, E para la expresión de pelaje
negro y chocolate y e, que es epistático y bloquea la expresión del gen B/b. El alelo epistático (gen que expresa
el fenotipo) es recesivo y por lo tanto se expresa como pelaje dorado sólo en la condición homocigoto ( ee), sin
importan la combinación de los alelos B y b en el genotipo.

 HERENCIA POLIGÉNICA:
Se refiere a cuando múltiples pares independientes de genes tienen similares y aditivos efectos sobre el mismo
carácter. Por ejemplo, se tienen cerca de 60 loci para la herencia de la pigmentación de piel en humanos.
La herencia poligénica se caracteriza por una generación F 1 que es intermedia entre los dos progenitores
completamente homocigotos y por una generación F 2 que muestra amplia variación entre los dos tipos de los
progenitores. La mayoría de los individuos de la generación F 2 tienen uno de los fenotipos intermedios; sólo algunos
muestran los fenotipos extremos de la original generación P.

ALTERACIONES CROMOSÓMICAS.

 MUTACIONES: cambios en la secuencia de bases del ADN.

∙ Germinales: afectan a las gametas, por lo que se transfieren a la progenie.
∙ Somáticas: afectan células somáticas, por lo que solo se transmiten a las células hijas por medio de mitosis y
citocinesis.

 MONOGÉNICAS: afectan a 1 solo gen.

∙ AUTOSÓMICAS:

∙ Dominantes: ∙ Recesivas:
- Albinismo
- Dentinogénesis Imperfecta - Anemias (falciforme)
- Enanismo - Fenilcetonuria (FCU)
- Huntington - Fibrosis quística
- Neurofibromatosis 1 (NF1) - Enfermedad de Tay Sachs
- Polidactilia
∙ LIGADAS AL SEXO:
∙ Ligadas a X:
- Raquitismo Dominante
- Hemofilia
- Daltonismo Recesivas
- Distrofia Muscular

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  MULTIFACTORIALES: mutaciones en múltiples genes + factores ambientales desfavorables.
- Diabetes - Cáncer
- Hipertensión - Arterioesclerosis

 ABERRACIONES CROMOSÓMICAS: alteraciones en el número o estructura de cromosomas.

 NUMÉRICAS:
Divisiones irregulares en células germinales que producen gametas con exceso o deficiencia de cromosomas. NO
SON HEREDITARIAS.
∙ ANEUPLOIDÍAS: afectan a una parte de la dotación cromosómica, por lo que el número total de cromosomas
NO es un múltiplo exacto del n° haploide (ej: producido por NO disyunción).
oMonosomía (2n-1): falta 1 cromosoma del par homólogo.
- Síndrome de Turner: mujeres con 1 solo cromosoma X (estériles).
oTrisomía (2n+1): 1 par cromosómico tiene 1 cromosoma de más.
- Klinefelter: 47 XXY

- Down: trisomía del par 21.

oNulisomía: falta un par de cromosomas.

∙ EUPLOIDÍA: afectan a toda la dotación cromosómica.

o Haploide (n) o Tetraploide (4n)

o Diploide (2n) o Poliploide (xn)
o Triploide (3n)

 ESTRUCTURALES:
Los cromosomas sufren rupturas espontáneas o intercambian fragmentos con cromosomas NO homólogos.

∙ Deleción: falta un segmento de cromosoma.

∙ Translocación: se intercambia un segmento dentro de un cromosoma o con otro NO homólogo.
∙ Duplicación: una región se repite en un mismo cromosoma.
∙ Inversión: se cambia de dirección la secuencia.

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