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• Saquipay Elizabeth

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CAPÍTULO V ADN (ácido desoxirribonucleico) PROCARIOTAS Y EUCARIOTAS Bacteria y Archaea: los Procariotas 1. Las primeras células aparecieron en la Tierra hace unos 3.800 millones de años. El ambiente era cálido y reductor, la atmósfera no tenía O2 y estaba compuesta por CO2, nitrógeno, hidrógeno y vapor de agua. Los primeros microorganismos deben haber sido termófilos, anaerobios obligados, fotosintetizadores y/o fermentadores. 2. Al cabo de 1.500 millones de años, aparecieron las cianobacterias, que mediante la fotosíntesis enriquecieron en O2 la atmósfera del planeta. Mil millones de años más tarde aparecieron los primeros eucariontes. 3. Como consecuencia de la fotosíntesis, las condiciones ambientales cambiaron: la absorción del CO2 atmosférico disminuyó el efecto invernadero y el O2 liberado oxidó la corteza mineral y elevó la concentración atmosférica de ese gas al 21% actual. Los procariotas se diversificaron enormemente y colonizaron todo tipo de ambientes, aun los más extremos. Los Procariotas pertenecen a dos reinos: las Eubacteria y las Arquebacterias

El hábitat de los Procariotas: Los representantes del dominio Bacteria han colonizado hábitats muy diversos: aguas dulces y salobres, zonas calientes y frías, terrenos fangosos, fisuras de rocas, sedimentos marinos y el aire. Algunos se alojan como

comensales, parásitos o simbiontes en distintos órganos de animales muy diversos, o persisten asociados con raíces y tallos de plantas, con hongos (líquenes) y protozoos. Los integrantes de Archaea pueden habitar ambientes con condiciones extremas o moderadas. Algunos toleran temperaturas superiores a 100 °C (hipertermófilos) o inferiores a 0 °C (psicrófilos), concentraciones salinas muy superiores a las del agua del mar (halobacterias) y pH extremos. Pueden ser aerobios o anaerobios, estrictos o facultativos. Algunos son metanogénicos y habitan sedimentos marinos, de agua dulce y de pantanos. Características de Bacteria y Archaea: La longitud de las células procariontes varía de unas décimas a varias centenas de micrómetros; su volumen es menor al micrómetro cúbico. La alta relación superficie-volumen favorece el intercambio de nutrientes y productos de excreción entre el citoplasma y el medio que rodea a la célula. La respiración y la fotosíntesis tienen lugar sobre la membrana plasmática o sobre sus invaginaciones. Las formas celulares de los integrantes de Bacteria son diversas: esferas pequeñas (cocos), ovoides (cocobacilos), cilindros rectos (bacilos), espiraladas y alargadas (espirilos y espiroquetas), bastones curvos (vibriones) y filamentos. Las formas más frecuentes de los representantes de Archaea son los bacilos y los cocos.

En la célula procariota se puede diferenciar el citoplasma, la envoltura y los apéndices externos. El citoplasma contiene el material genético (ADN), los ribosomas e inclusiones. La envoltura está formada por la membrana plasmática, la pared celular y la cápsula. Son apéndices externos los flagelos, las fimbrias y los pili.

Los procariotass poseen un cromosoma formado for por una única molécula circular de ADN de doble cadena, que se encuentra libre en el citoplasma. Puede haber además una o más moléculas pequeñas de ADN, también circular (plásmidos).

Una célula procarionte puede tener 10.000 ribosomas agrupados en polirribosomas a lo largo de moléculas de ARNm.. La diferencia más importante entre los ribosomas de Bacteria y Archaea, que sustenta su separación en dos dominios diferentes, se encuentra en la secuencia de bases nitrogenadas de sus fracciones de ARN 16S. Las inclusiones son gránulos formados por glucógeno, lípidos, polifosfatos, azufre o pigmentos fotosintéticos. La membrana plasmática de los miembros de Bacteria es similar a la de los eucariontes, pero no posee colesterol ni otros esteroides. En los integrantes rantes de Archaea, la membrana puede ser una bicapa si los lípidos se unen a un solo glicerol, o una monocapa más rígida si se unen a un glicerol por cada extremo. En ningún caso poseen colesterol. Muchos procariotas secretan una capa mucilaginosa de polis polisacáridos acáridos (glucocáliz). Sus funciones parecen estar relacionadas con la adherencia y la conservación de agua, evitar la desecación y constituir un obstáculo a la fagocitosis y al ataque por parte de células del sistema inmunitario de los hospedadores. Los flagelos otorgan movilidad a las bacterias. Las fimbrias permiten la adherencia a otras células o a superficies inertes. Los pili intervienen en el mecanismo de conjugación y en el intercambio de material genético. Los procariotass se reproducen por fisión b binaria. inaria. Durante este proceso ocurren mutaciones que, debido a la condición haploide de estos organismos, se expresan rápidamente y pueden ser seleccionadas o no por las fuerzas selectivas presentes. Esta característica, sumada a sus cortos tiempos generacionales, generaci son los responsables de su gran ran adaptabilidad y diversidad. La conjugación, la transformación y la transducción son fuentes adicionales de variabilidad variabilid genética en los procariontes, como se lo puede apreciar en los siguientes cuadros:

Eucariotas:

Características: Las células eucariotas, en general, son más grandes y complejos que las células procariotas, y sus genomas también son más grandes y complejos. El tamaño mayor se acompaña por diferencias radicales en la estructura celular y la función. Muchas clases de células eucariotas forman organismos multicelulares. Por definición, las células eucariotas mantienen su DNA en un compartimiento interno llamado NÚCLEO. La envoltura nuclear, una doble capa de membrana, rodea al núcleo y separa al ADN del citoplasma. Las células eucariotas poseen citoesqueleto, un sistema de proteínas filamentosas que atraviesan el citoplasma y forman, junto a muchas otras proteínas que se unen a ellas, un “sistema de vigas, cuerdas, y motores” que da a la célula la resistencia mecánica, controla su forma y guía su movimiento.

Teoría Endosimbiótica.

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Cloroplastos y mitocondrias son de tamaño similar a las bacterias (procariotas).

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Las mitocondrias son pequeños organelos ubicados en el citoplasma, rodeados por una doble membrana, que captura O2 y aprovecha la energía obtenida de la oxidación de azúcares para producir la mayor parte del ATP que utiliza la célula.

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Ambos tienen una doble membrana, un remanente de un evento endosimbiótico.

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Ambos tiene ADN circular y similitud genética con las bacterias.

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Ambos tienen sus propios ribosomas y maquinaria de síntesis proteica.

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Ambos tienen una organización bioquímica similar.

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Se acepta que las mitocondrias se generaron a partir de bacterias libres capaces de metabolizar el O2 (aeróbicas), que fueron incorporadas por una célula eucarionte ancestral anaeróbica.

Los Eucariotas tienen genoma híbrido. La información genética de los eucariotas tiene un origen híbrido, del eucarionte ancestral anaeróbico y de la bacteria que fue adoptada como simbionte. La mayor parte de la información se almacena en el núcleo, pero una pequeña parte permanece en la mitocondria, y en el caso de las plantas en los cloroplastos. El ADN de la mitocondria y del cloroplasto puede ser separado del ADN nuclear y analizado individualmente mediante secuenciación. El genoma de las mitocondrias y cloroplastos es una versión reducida del genoma bacteriano correspondiente, carece de genes de funciones esenciales. Por ejemplo, en una célula humana, el genoma de la mitocondria consiste de sólo 16.569 pares de bases y codifica para 13 proteínas, 2 componentes del ARN ribosomal y 22 ARN de transferencia. Los genes que faltan de las mitocondrias y cloroplastos no se encuentran perdidos, de hecho, muchos de ellos se han movido desde el genoma simbionte al ADN de la célula huésped.

El ADN nuclear en humanos contiene muchos genes que codifican para proteínas que son esenciales e en la mitocondria; en plantas, el ADN nuclear también contiene muchos genes que codifican para proteínas esenciales para el cloroplasto. El genoma de eucariotas es grande y es rico en ADN regulatorio. Los Eucariotas no solo tienen más genes que los Procariotas,, también tiene más ADN que no codifica para proteínas. El genoma humano contiene 1.000 veces más pares de nucleótidos que el genoma de una bacteria típica, 20 veces más genes y cerca de 10.000 veces más ADN no codificante (98,5% del genoma humano es no codificante, al contrario del 11% de E. coli coli). El ADN no codificante tiene importan importantes funciones, en particular regular la expresión de genes adyacentes. Un muy simple circuito de regulación génica: un gen regula su propia expresión por la unión de su proteína a su propia región regulatoria.

LOS ÁCIDOS NUCLÉICOS

ASPECTOS GENERALES Los ácidos nucleicos fueron descubiertos por Freidrich Miescher en 1869. Hay 2 tipos de ácidos nucleicos (AN): el ácido desoxirribonucleico (ADN) y el ácido ribonucleico (ARN), y están presentes en todas las células. Su función biológica no quedó plenamente demostrada hasta que Avery y sus colaboradores demostraron en 1944 que el DNA era la molécula portadora de la información genética. Los AN son polímeros lineales en los que la unidad repetitiva, llamada nucleótido, está constituida por: (1) una pentosa (la ribosa o la desoxirribosa), (2) ácido fosfórico y (3) una base nitrogenada (purina, adenina y guanina; o pirimidina, citosina, timina, uracilo que reemplaza a la timina en el ARN). La unión de la pentosa con una base constituye un nucleósido. La unión mediante un enlace éster entre el nucleósido y el ácido fosfórico da lugar al nucleótido. El DNA y el RNA se diferencian porque: • •

el peso molecular del ADN es generalmente mayor que el del ARN el azúcar del ARN es ribosa, y el del ADN es desoxirribosa

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el ARN contiene la base nitrogenada uracilo, mientras que el DNA presenta timina. El ADN es un doble helicoide, mientras que el ARN es un poli nucleótido lineal.

COMPONENTES DE LOS ÁCIDOS NUCLÉICOS Los ácidos nucleicos son polímeros lineales en los que la unidad repetitiva es el nucleótido. Cada nucleótido está formado por: • • •

una pentosa (la ribosa o la desoxirribosa) una base nitrogenada (purina o pirimidina). ácido fosfórico

La unión de la pentosa con una base constituye un nucleósido. La unión mediante un enlace éster entre el nucleósido y el ácido fosfórico da lugar al nucleótido. La unión de los nucleótidos da lugar a los poli nucleótidos.

POLINUCLEÓTIDOS

Los polinucleótidos son cadenas lineales de nucleótidos en los que los grupos fosfato están esterificados a los hidroxilos 5' y 3' de dos nucleótidos consecutivos. Como consecuencia, cada

polinucleótido contiene únicamente un OH libre en el grupo fosfato en posición 5' (extremo 5' fosfato) y un OH libre en posición 3' (extremo 3'). Por convención, la secuencia de los polinucleótidos se representa en el sentido 5' - 3'. Los dos polinucleótidos presentes en los seres vivos son el ácido ribonucleico (ARN) y el ácido desoxirribonucleico (ADN). En la síntesis de ADN o ARN, el nucleótido que se va a añadir a la cadena de polinucleótido (siempre en forma trifosfato) se une por su OH en posición 5' al grupo OH en posición 3' del último nucleótido de la cadena de polinucleótido mediante un enlace fosfodiéster, liberando un grupo pirofosfato.

LA ESTRUCTURA DEL DNA

La doble hélice es dextrógira. Esto quiere decir que si alguien mira al eje de la hélice hacia abajo, en cualquier dirección, cada una de las hebras sigue una trayectoria en el sentido de las agujas del reloj al alejarse del observador. La hélice presenta dos tipos de surcos helicoidales externos, unos son anchos y profundos (surcos mayores) y otros son estrechos y poco profundos (surcos menores). Los dos tipos de surcos son lo suficientemente amplios como para permitir que las moléculas proteicas entren en contacto con las bases.

Esta estructura descrita por Watson y Crick es la que adopta el ADN en condiciones de humedad elevada (92% de humedad relativa) y corresponde al B-ADN. Sin embargo, el DNA puede adoptar otras estructuras: •

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A-DNA: Es la estructura que adopta cuando está menos hidratado (65-75% de humedad relativa). En este caso, el diámetro de la molécula es mayor y los pares de bases están más juntos y ya no son perpendiculares al eje de la molécula, sino que adoptan un ángulo de unos 20º. Z-DNA: Es una estructura que se encuentra cuando alternan purinas y pirimidinas en la secuencia. En este caso, el diámetro de la molécula es menor y las cadenas principales de la molécula discurren en "zig-zag" (de ahí su nombre) con una trayectoria levógira.

En las células eucariotas, el DNA se encuentra localizado principalmente en el núcleo, en forma de cromosomas, que son complejas asociaciones de DNA y proteínas.