El documento describe la estructura y función de los ácidos nucleicos y nucleótidos, así como la replicación del ADN y el flujo de información genética desde el ADN hasta las proteínas. Explica que los nucleótidos son la unidad monomérica de los ácidos nucleicos y desempeñan funciones como segundos mensajeros y transporte de energía. También describe la estructura del ADN y ARN, la replicación del ADN, el ciclo celular eucariótico y factores que causan cáncer como mutaciones genéticas y

1. ACIDOS NUCLEICOS CICLO CELULAR

2. NUCLEÓTIDO Constituyen la unidad monomérica de los ácidos nucleicos. Formados por una base nitrogenada unida a una azúcar (pentosa) la que a su vez puede estar enlazado con 1 a 3 grupos fosfatos.

3. Los Nucleótidos libres no estructuran ácidos nucleicos, pero desempeñan importantes funciones: Mensajeros intracelulares : segundos mensajeros en el interior celular, es decir, compuestos sintetizados en respuesta de una señal externa, los cuales activan o inhiben enzimas. Transportadores de energía en el metabolismo celular : Es el caso del ATP (un nucleósido trifosfato) que se forma a partir del AMP, al cual hay que agregarle dos fosfatos más. Favorecer la actividad catalizadora de las enzimas : Algunas enzimas requieren la presencia de sustancias llamadas coenzimas para poder realizar su actividad catalizadora. Las más comunes son las derivadas del dinucleótido de nicotinamida adenina (NAD+ y NADP), los derivados de la flavina (FMN y FAD) y la coenzima A (CoA).

4. POLINUCLEÓTIDOS: ADN Y ARN ADN (ácido desoxirribonucleico) Es el material genético que los organismos heredan de sus padres. En él están los genes, porciones específicas de la macromolécula de ADN que programan las secuencias de aminoácidos y que corresponde a la estructura primaria de las proteínas. De este modo, y a través de las acciones de las proteínas, el ADN controla la vida de la célula y del organismo. Se ha demostrado que el orden y disposición de sus bases nitrogenadas constituyen el medio por el cual la información es codificada y transmitida para el proceso de la herencia.

5. Estructura Modelo postulado por Watson y Crick, con el cual ganaron el Premio Nobel de Medicina en 1962, donde describen al ADN como una macromolécula compuesta de dos cadenas polinucleotídicas que se disponen alrededor de un eje central imaginario formando una doble hélice, capaz de autorreplicarse y dirigir la síntesis de ARN. Dentro de cada cadena de ADN, el grupo fosfato de un nucleótido se enlaza con el azúcar (pentosa) del siguiente nucleótido de la cadena. Esta modalidad de enlazamiento produce un “esqueleto” de azúcares y fosfatos alternados unidos por enlaces covalentes. Las bases nitrogenadas conforman los “peldaños “de esta escalera de caracol

6. Debido a la afinidad química entre las bases, los nucleótidos que contienen adenina se acoplan siempre con los que contienen timina, y los que contienen citosina con los que contienen guanina. Las bases complementarias se unen entre sí por enlaces químicos débiles llamados enlaces de hidrógeno.

7. ESTRUCTURA DEL ADN

8. Almacenamiento de la molécula de ADN en procariontes y eucariontes Las bacterias contienen una sola molécula de DNA bicatenaria (doble hélice), desnuda (no asociada a proteínas histonas) que tiene forma circular. En las mitocondrias y cloroplastos de las células eucariotas, el DNA presenta la misma estructura.

9. El DNA de los eucariontes, que desplegado mediría como un centímetro, debe empaquetarse para caber en un espacio de un micrómetro. Para conseguir el máximo empaquetamiento se une a proteínas de dos tipos: histonas y proteínas cromosómicas no histonas . Estas últimas incluyen miles de proteínas con funciones muy diversas, como la síntesis de RNA o de DNA, entre otras. La asociación DNA-proteínas forma una unidad estructural y funcional llamada cromatina.

10. La forma en que se pliega la molécula de DNA en el núcleo de las células eucariontes es importante por dos razones: permite disponer de grandes moléculas en poco espacio y determina la actividad de los genes. Las histonas son proteínas estructurales que contienen gran cantidad de aminoácidos con carga positiva, por lo que se unen estrechamente al DNA. También se ha demostrado que son reguladoras de la actividad de muchos genes, es decir, son capaces de promover su expresión.

11. Replicación La replicación consiste en la formación de dos moléculas de DNA con una secuencia de bases idénticas a partir de una molécula de DNA inicial. De acuerdo al modelo de Watson y Crick, la replicación del DNA se basa en la complementariedad de las bases. Si una cadena de la molécula de DNA tiene una secuencia de bases, la otra cadena debe tener las bases complementarias. Por ejemplo, si una cadena tiene la secuencia – ATTCGG –, la cadena complementaria es de –TAAGCC –

12. ARN (ácido ribonucleico) Composición El RNA es un polirribonucleótido formado fundamentalmente por los ribonucleótidos de adenina, guanina, citosina y uracilo (en vez de la timina del DNA). La pentosa es la ribosa. Los RNA suelen ser monocatenarios y pueden presentar regiones de apareamiento intracatenarias. Tipos de ARN Existen 3 tipos principales de ARN los cuales se distinguen por su estructura y función 1.- ARN mensajero: Se encarga de transportar la información que contiene el ADN hasta los ribosomas 2.- ARN transferencia: Son moléculas muy pequeñas que transportan los aminoácidos a las cadenas proteicas en la secuencia que determina el ARNm. La unión entre los ARNt y los correspondientes aminoácidos se establece mediante enlaces covalentes. 3.- ARN ribosomal: Las moléculas de ARNr son las más abundantes (75%) y están asociadas a proteínas, constituyendo los ribosomas.

13. ESTRUCTURA ADN - ARN Comparación ADN -ARN

14. DIFERENCIAS ENTRE ADN Y ARN. ADN ARN Posee desoxirribosa Posee ribosa Sus bases son: A , T , C, G Sus bases son: A, U , C, G. Son moléculas más largas. Son moléculas más cortas. Es una doble hebra. Es una hebra sencilla.

15. Flujo de información a partir del ADN La información del ADN se encuentra codificada en la secuencia de sus bases nitrogenadas. Esta información fluye y se transmite en dos sentidos: A partir del ADN se obtienen nuevas moléculas de ADN por replicación . Este proceso tiene lugar en la etapa de S del ciclo celular y permite la transmisión de la información célula a célula, mediante la mitosis. Por transcripción , se obtienen moléculas de ARNm que contienen información del ADN. Mediante la traducción del ARNm, esta información determina la síntesis de las proteínas. El dogma central de la Biología molecular afirma que la información genética debe fluir desde los ácidos nucleicos a las proteínas.

16. 5’ 3’ genes ADN Cómo funcionan los genes ? organismo proteínas GENOTIPO células tejidos, órganos FENOTIPO ARNm

17. LOS CROMOSOMAS

18. Los cromosomas son estructuras filamentosas o con forma de bastón ubicadas en el núcleo de la célula, están constituidos por cadenas lineales de ácido desoxirribonucleico (ADN) y por proteínas, denominadas histonas.

19. LOS CROMOSOMAS

20. La importancia de los cromosomas radica en su función: portar los genes; “segmentos de ADN que determinan las características de los individuos”

21. El número de cromosomas es fijo para cada especie animal o vegetal (Ley de la constancia de los cromosomas). El número de cromosomas oscila en los seres vivos entre 2 y varios cientos. Es de destacar que este número no está en relación con la mayor o menor complejidad evolutiva del organismo

23. Genoma: Es la totalidad de la información genética contenida en los cromosomas de un organismo. Genotipo : es el conjunto de genes que tiene un individuo en una célula haploide (gameto). Fenotipo: Es la manifestación externa del genotipo, es decir, la apariencia física y sicológica de un individuo. !!Puede modificarse por la interacción del ambiente!! Es decir; Fenotipo = Genotipo + Ambiente

24. Un gen es la parte de un cromosoma que controla un carácter. En un cromosoma puede existir más de un gen.

25. El número de juegos de cromosomas en una célula puede ser: Haploide (n): un juego de cromosomas. Células gaméticas (óvulo y espermios) Diploide (2n): dos juegos de cromosomas. Células somáticas.

26. 2n=46 (diploide) n=23 (haploide) espermio óvulo

27. Se llama cariotipo al número, forma y tamaño de los cromosomas de una determinada especie.

28. En muchos grupos de seres vivos, por ejemplo en los mamíferos, los cariotipos del macho y de la hembra son diferentes. Así la mujer tiene dos cromosomas X (XX) y el hombre tiene un cromosoma X y otro Y ( XY). Estos cromosomas que determinan el sexo se llaman, por ser distintos, heterocromosomas o cromosomas sexuales. El resto de los cromosomas que no determinan el sexo son los autosomas.

30. Cromosomas sexuales

31. El estudio del cariotipo tiene un gran interés en medicina porque algunos síndromes ( Down, klinefelter, Turner) son debidos a cromosomas de más, de menos o a cromosomas incompletos.

32. Grafico 1. Incidencia de Síndrome de Down / edad de la madre.

33. CICLO CELULAR EUCARIÓTICO El ciclo celular eucariótico consta de dos fases principales. La primera, la interfase, es el periodo entre las divisiones celulares, durante el cual la célula adquiere nutrimentos del medio, crece y duplica sus cromosomas. Durante la segunda fase, la división celular (también llamada fase M), se divide una copia de cada cromosoma y la mitad del citoplasma aproximadamente entre cada una de las dos células hijas.

34. DIVISIÓN CELULAR (consiste en una división nuclear y una división citoplasmática). Durante la división nuclear, copias completas e idénticas de todos los cromosomas quedan contenidas en dos nuevos núcleos. La división nuclear recibe el nombre de mitosis. Durante la división del citoplasma, la citocinesis , el citoplasma se parte en dos células hija, recibiendo cada célula uno de los núcleos recientemente formados y, en general, cantidades iguales de citoplasma.

35. La interfase se divide en tres subfases, llamadas G1 (crecimiento celular y diferenciación; las células tienen cromosomas no duplicados), S (síntesis de ADN; cromosomas duplicados) y G2 (las células han duplicado sus cromosomas).

36. El periodo posterior a la división celular es G1 , es en esta fase donde la célula adquiere nutrimentos de su medio, lleva a cabo sus funciones especializadas (por ejemplo: síntesis y secreción de hormonas) y crece. Hay un punto en esta fase llamado de restricción en donde la célula ingresa a una especie de evaluación interna de su capacidad para completar el ciclo celular y producir dos células hijas viables Si la evaluación resulta negativa la célula no se divide; si resulta positiva, la célula está autorizada para duplicar el ADN y entrar en la división celular.

37. CONTROL DEL CICLO CELULAR El sistema de control del ciclo celular es un dispositivo bioquímico que opera cíclicamente y que está constituido por un conjunto de proteínas que interactúan entre sí y que inducen y coordinan los procesos esenciales de avance que duplican y dividen el contenido celular. En el ciclo existen frenos que detienen el ciclo en puntos específicos de control.

39. CÁNCER El cáncer puede definirse como un crecimiento tisular producido por la proliferación continua de células anormales (neoplasia) con capacidad de invasión y destrucción de otros tejidos (metástasis). Presenta gran variabilidad en su presentación y puede atacar prácticamente a todos los tejidos. Tiene un mecanismo secuencial y en consecuencia ofrece múltiples oportunidades para la intervención médica. Las células cancerosas tienen dos propiedades que las caracterizan: a) Siguen su propia agenda de reproducción haciéndose indiferente a los controles que regulan la cantidad de células que deberían existir en los tejidos, y b) tienen la propiedad de migrar del sitio en que se originaron e invadir agresivamente otros tejidos formando colonias o masas tumorales, proceso llamado Metástasis. Casi todos los cánceres forman tumores, pero no todos los tumores son cancerosos o malignos; la mayor parte son benignos (no ponen en peligro la salud).

40. Bases Genéticas del Cáncer El cáncer puede aparecer al provocarse daños en el material genético o mutaciones en un grupo de genes que regulan la normal reproducción celular. Cuando se producen mutaciones en los protooncogenes , se transforman en oncogenes .Además están los genes supresores o inhibidores de tumores llamados antioncogenes , los que se inactivan. También se altera el funcionamiento de una serie de genes que regulan la migración celular y por lo tanto se promueven la invasión a los tejidos.

41. 2.- Genes que codifican: Ciclinas y quinasas (cdk): ( protooncogenes) regulan positivamente el ciclo. Estimulan la división celular. Genes que regulan el ciclo celular : 3.- Genes que codifican proteínas que regulan negativamente el ciclo: (supresores tumorales) detienen la mitosis si detectan alguna alteración en el ciclo. Ejemplo: p53, p27 y p21. 1.- Genes que codifican proteínas para el ciclo celular : Por ejemplo tubulinas, para el uso mitótico.

42. Causas del Cáncer Están los factores hereditarios y los ambientales . Menos del 20% de los cánceres son de causa hereditaria y casi un 80% de esta patología son de causa ambiental (virus, radiaciones, alimentaria, etc.). A continuación se presenta una tabla que resume los factores causantes del cáncer. Factores Características Hereditarios En algunos, la fragilidad intrínseca cromosómica conlleva un riesgo elevado de cáncer. Algunas formas de cáncer son de mayor frecuencia familiar; como por ejemplo el cáncer de mama. Ambientales Virales : Los virus oncogénicos pueden insertar sus genes en diferentes lugares del genoma animal. Un oncogen viral se inserta en conexión con un oncogen celular , influye en su expresión e induce cáncer . Los oncogenes tienen una localización dentro del cromosoma próximos a los puntos frágiles o puntos de ruptura. En el ser humano: el virus herpes tipo II , virus del herpes genital y virus papiloma humano con el carcinoma de cérvix . Todos estos virus asociados a tumores humanos son del tipo DNA . Radiaciones : Las radiaciones ionizantes produce cambios en el DNA , como roturas o trasposiciones cromosómicas Actúa como iniciador de la carcinogénesis, induciendo alteraciones que progresan hasta convertirse en cáncer después de un periodo de latencia de varios años. Productos Químicos : Algunos actúan como iniciadores . Los iniciadores producen cambios irreversibles en el DNA. Otros son p romotores , no producen alteraciones en el DNA, pero sí un incremento de su síntesis y una estimulación de la expresión de los genes . Su acción sólo tiene efecto cuando ha actuado previamente un iniciador, y cuando actúan de forma repetida. El humo del tabaco, por ejemplo, contiene muchos productos químicos iniciadores y promotores. El alcohol es también un importante promotor. Los carcinógenos químicos producen también roturas y translocaciones cromosómicas . El humo de tabaco, inhalado de forma activa o pasiva; es responsable de cerca del 30% de las muertes por cáncer. Inmunes : Algunas enfermedades o procesos que conducen a una situación de déficit del sistema inmunológico son la causa del desarrollo de algunos cánceres. Esto sucede en el SIDA, enfermedades deficitarias del sistema inmunológico congénitas, o debido a la administración de fármacos inmunodepresores. Alimentarios : Dieta con un alto contenido en grasas saturadas y pobre en fibra, es decir, en frutas y verduras puede ser responsable del 40% de los casos de cáncer.

43. VARIACIÓN DE LA CANTIDAD DE ADN DURANTE EL CICLO CELULAR .

44. MITOSIS : La mitosis se divide en cuatro fases: profase, metafase, anafase y telofase.

45. LA PROFASE : se presenta después del periodo G2 de la interfase y suceden tres hechos principales: la condensación de los cromosomas, el ensamble del huso mitótico y la captura de los cromosomas por parte del huso. Durante la profase, los cromosomas se condensan y se vuelven visibles a la microscopía óptica. Conforme los cromosomas se condensan los nucleolos desaparecen. Hacia el final de la profase, ya que los cromosomas se han condensado, se empieza a formar el huso mitótico, que es un arreglo que consta de microtúbulos, gradualmente los dos arreglos de microtúbulos se mueven hacia los lados opuestos de la célula.

46. METAFASE: durante la metafase los microtúbulos comienzan a jalar hacia su propio polo unido a una cromátida hermana, es así como cada cromosoma termina alineado a lo largo del eje ecuatorial de la célula, el centro entre ambos polos. La metafase termina cuando todos los cromosomas se han alineado en el Ecuador.

48. ANAFASE: al inicio de la anafase, el centrómero de cada cromosoma se divide y las cromátidas hijas se separan en dos cromosomas hijos independientes. Los microtúbulos cinetocóricos se acortan, jalando hacia cada polo de la célula. Aproximadamente al mismo tiempo, los microtúbulos polares se deslizan uno sobre otro, apartando los polos.

49. TELOFASE: cuando los cromosomas llegan a los polos, se inicia la telofase. El huso se desintegra, la membrana nuclear se reorganiza nuevamente alrededor de cada grupo de cromosomas formando dos nuevas membranas nucleares. Los cromosomas se extienden nuevamente y reaparece el nucleolo.

50. CITOCINESIS: En la mayor parte de las células, durante la telofase se inicia la división del citoplasma en dos mitades casi iguales. En las células animales, los microfilamentos compuestos de las proteínas actina y miosina forman anillos alrededor del plano ecuatorial de la célula, rodeando los restos del huso mitótico. Los microfilamentos se fijan a la membrana plasmática. Durante la citocinesis, los anillos se contraen y jalan el plano ecuatorial de la célula, igual que si usted jalara la cinta que se encuentra en la cintura de unos pantalones deportivos. Finalmente, la “cintura” se contrae completamente, dividiendo el citoplasma en dos células hijas.

51. La citocinesis en las células vegetales es muy diferente, probablemente debido a que la pared celular rígida hace imposible dividir una célula en dos apretando la parte central. En lugar de eso, el aparato de golgi elimina vesículas llenas de carbohidratos que se alinean a lo largo del plano ecuatorial de la célula entre los dos núcleos. Las vesículas se fusionan, produciendo una estructura llamada placa celular, que tiene la forma parecida a un termo para agua caliente lleno con carbohidratos pegajosos. Cuando se han fusionado un número suficiente de vesículas, los extremos de la placa celular se unen con la membrana plasmática original que se encuentra alrededor de célula.

53. PREGUNTAS PSU