01 diferenciacion celular

Diferenciación Celular

Biología Diferenciado

Conversión de Unidades

1 m = 1000 mm (milímetros)

1 mm = 0,001 m

1 mm = 1000 µm (micrómetros)

1 µm = 0.001 mm

1 µm = 1000 nm (nanómetros)

1 nm = 0,001 µm

Niveles de organización de la materia viva Partículas Subatómicas Átomos Moléculas Células Tejidos Órganos Aparatos y Sistemas Organismo Pluricelular

Niveles de organización de la materia viva

Morfología microscópica

Morfología macroscópica y mesoscópica

Tejidos

Están formados por: Células Sustancia Intercelular

Tejidos: agrupaciones de células, generalmente de un mismo tipo, que poseen una sustancia intercelular entre ellas, que las relaciona.

PREGUNTAS:a) ¿Cómo se comunican las

Cells?

c) ¿Cuáles son los mecanismos de transporte a nivel celular?

e) ¿De que factores depende la forma y la diferenciación celular?


Las células altamente diferenciadas generalmente

sintetizan una gran cantidad de una o sólo unas

pocas proteínas.

queratina en las células epidérmicas.

hemoglobina en los glóbulos rojos.

tripsina en las células acinares del páncreas.


Esto llevó a pensar que la diferenciación celular

consistiría en la amplificación de secuencias

particulares de ADN que codifican para tales

proteínas (genes).

¿Esto sería posible?

Dado que todas las células de una misma especie poseen la misma cantidad de ADN, el aumento de copias de un determinado gen debería implicar que otros se pierden.


Así las células epidérmicas podrían haber perdido los genes que codifican para hemoglobina, tripsina, etc. y haber aumentado el número de copias de los genes que codifican para queratina.

La pérdida de genes durante el proceso de diferenciación también se pensó que podría explicar el hecho de que la diferenciación celular es casi siempre, un fenómeno irreversible.


Esta era la concepción prevalente durante la

década del 50.

Durante los años 60 Gurdon realizó una serie de

experimentos que cambió fundamentalmente el

concepto de diferenciación celular.

Una primera serie de experimentos se realizó

transplantando núcleos a ovocitos de anfibios.

Experimento de Gurdon


Estas células son suficientemente grandes para inyectarles un núcleo de otra célula.

Ovocitos de rana no fertilizados son sometidos a luz ultravioleta, lo cual produce la destrucción del núcleo, dando como resultado ovocitos enucleados (sin núcleo).

A partir de renacuajos de la misma especie se separan núcleos de células somáticas diferenciadas, tales como células epiteliales de la epidermis, del intestino o de células nerviosas.

Diferenciación Celular Cada uno de estos núcleos es inyectados

individualmente a ovocitos anucleados. El transplante de un núcleo somático (diploide) al

ovocito anucleado gatilla el mismo proceso que el de la fecundación de un ovocito normal por un espermatozoide: la obtención, a través de un proceso normal de desarrollo de una rana adulta normal y fértil.

Es decir, el núcleo de una célula diferenciada contiene toda la información genética necesaria para originar un nuevo individuo.


Durante la diferenciación celular el genoma

permanece constante, sin que haya pérdida de

información genética fundamental.

Todas las células de un organismo multicelular

poseen el mismo ADN, más precisamente, las

mismas secuencias de ADN (genes).


Dado que un mismo núcleo puede "expresar"

genes diferentes según el citoplasma que lo rodea

se puede inferir que en el citoplasma existen

factores que influyen en la expresión génica y por

lo tanto en la diferenciación celular.


Recientemente, se ha logrado reproducir el

experimento de Gurdon en una especie mamíferos.

Sin embargo los resultados no son los esperados.

La oveja "Dolly" es el resultado del transplante de un núcleo de una célula somática de un animal adulto (célula de la glándula mamaria) en el citoplasma de un ovocito enucleado, obteniéndose por primera vez un "clon" viable de un mamífero adulto.

Diferenciación y síntesis de proteínas En un organismo multicelular, los diferentes tipos

celulares sintetizan y almacenan proteínas diferentes.

¿Qué tan extensas deben ser las diferencias entre las proteínas de dos tipos celulares de tal manera que uno termine siendo una célula muscular estriada y el otro una neurona?

No hay aún una respuesta para esta pregunta. Todas las células de un mismo organismo producen

un cierto número de proteínas que son comunes.

Diferenciación y síntesis de proteínas

Citoesqueleto Histonas de la cromatina Proteínas ribosomales Conforman la lámina del núcleo Conforman las membranas del RER y el aparato de

Golgi Cadena respiratoria de las crestas mitocondriales Enzimas que son claves en el metabolismo celular.

Diferenciación y síntesis de proteínas

Existen por otro lado, proteínas

excepcionales que sólo son

sintetizadas en uno o unos pocos tipos

celulares (Hemoglobina sólo está en los

eritrocitos)

Otros que estando presente en varios

tipos celulares, sólo en uno de ellos se

sintetizan en cantidades

excepcionalmente grandes, como la

miosina en la célula muscular estriada.

Diferenciación y síntesis de proteínas El análisis del número de secuencias diferentes del

ARNm sugiere que una célula eucarionte superior sintetiza entre 10.000 y 20.000 proteínas diferentes.

De éstas sólo unas 2.000 están en cantidades suficientes (más de 50.000 copias) como para ser detectadas.

La mayoría de estas 2.000 proteínas parecen ser comunes a todos los tipos celulares de un mismo organismo.

Diferenciación y síntesis de proteínas Lo cual sugiere que un número relativamente bajo

de proteínas diferentes o especiales debe ser suficiente para crear diferencias muy grandes en la conducta celular.

Si las células se diferencian entre sí por las proteínas que producen, pero todas ellas poseen el mismo genoma, se puede concluir que los distintos tipos celulares se diferencian porque expresan genes diferentes.

Diferenciación celular y expresión génicaEn eucariontes la vía que va desde el ADN a la

proteína involucra las siguientes etapas: Transcripción de ADN a ARN; Procesamiento del ARNnh (ARN nuclear

heterogéneo) a ARNm; Transporte del ARN m del núcleo al citoplasma; Traducción del ARNm a proteína; Degradación del ARNm.

Diferenciación celular y expresión génica

Dado que las células se diferencian unas de otras por las proteínas que sintetizan, el proceso de diferenciación podría involucrar a una, más de una, o a las cinco etapas que median entre el ADN y la proteína finalmente sintetizada.

Control de la diferenciación a nivel de la transcripción

En procariontes (bacterias) prácticamente toda la regulación génica ocurre a nivel de la transcripción.

A su vez, dicha regulación se realiza a través de proteínas represoras y activadoras de la actividad génica.

EJEMPLO: En E. coli se describió la proteína represora de la síntesis de β galactosidasa.

Control de la diferenciación a nivel de la transcripción Esta proteína se une específicamente a una

determinada secuencia de 21 pares de bases del ADN.

A esta región del ADN se la llama operador y se superpone parcialmente a una región más larga del ADN, que es el sitio de unión de la enzima ARN polimerasa.

A esta última región del ADN se la conoce como promotor.

Control de la diferenciación a nivel de la transcripción Si la proteína represora no está presente, el

promotor puede unir la ARN polimerasa y se

transcribe el mARN correspondiente, el cual, a su

vez, se traduce en proteínas (enzimas) que

degradan lactosa.

Control de la diferenciación a nivel de la transcripción La lactosa, a su vez, tiene afinidad por la proteína

represora del gen. En presencia de lactosa, la proteína represora no

se une al operador y por lo tanto se produce una activación de la expresión del gen que codifica para β galactosida-sa.

Control de la diferenciación a nivel de la transcripción Al disminuir el contenido intracelular de lactosa, la

proteína represora queda libre de lactosa y entonces puede unirse al operador.

Esto, a su vez, impide la unión de ARN polimerasa, bloqueando así la activación del gen y su correspondiente transcripción y traducción.

Como resultado de ello decrece la concentración de la enzima degradadora de lactosa y ello resulta en un aumento de lactosa.

Control de la diferenciación a nivel de la transcripción Al aumentar la lactosa se une a la proteína

represora dejando el promotor libre y posibilitando que se active el gen nuevamente.

Este tipo de control génico es llamado regulación negativa.

Existe otro tipo de control conocido como regulación positiva.

En ella es necesaria la unión de una proteína específica (proteína activadora) al operador para que la ARN polimerasa se pueda unir al promotor.

En este caso la secuencia de pares de nucleótidos del operador no se superpone a la del promotor.


En células eucariontes de organismos superiores

sólo alrededor del 7% de los genes son transcritos a

ARN.

Parece altamente improbable que el 93% de los

genes restantes estén reprimidos por proteínas

represoras específicas, pues se requerirían miles de

ellas.

El juego de genes que se transcriben (7%) es propio

de cada tipo celular y determina el proceso de

diferenciación.


La selección de los genes que se transcribirán en

cada célula es progresiva y se realiza durante el

proceso de desarrollo (embriológico) de los

organismos multicelulares.

Una vez que dicho juego de genes ha sido

finalmente seleccionado, queda como un rasgo

estable que además se transmite de una

generación a otra de dicho tipo celular.

Probables mecanismos de expresión génica Un primer grado de

mayor complejidad, respecto del modelo de represión o activación por una proteína represora o activadora, es la existencia de proteínas reguladoras que pueden activar un gen y reprimir otro.

Probables mecanismos de expresión génica Esto es posible porque

a lo largo del genoma existen dos sitios de unión para esta proteína reguladora (dos operadores idénticos).

uno de los operadores se superpone al promotor (gen reprimido).

Probables mecanismos de expresión génica Otro operador está

desplazado y no se superpone al promotor, en este gen la proteína actúa como activadora.

Existen evidencias de que hay proteínas que pueden regular la expresión de varios genes.

Probables mecanismos de expresión génica A estas proteínas se las

ha llamado proteínas

reguladoras maestras.

En este caso existen en

el genoma varios sitios

de unión para esta

proteína maestra

(varios operadores).

Probables mecanismos de expresión génica Dependiendo de la

ubicación del operador respecto del promotor la proteína maestra activa o reprime los genes.

La prot. maestra por ser una proteína, resulta de la activación del gen que la codifica.

Probables mecanismos de expresión génica Si existe una proteína

que regula al gen de

la proteína maestra,

dicha proteína

regulará a la

proteína maestra, y

con ello a todos los

genes regulados por

esta última.

Probables mecanismos de expresión génica

La existencia de unas pocas proteínas reguladoras

maestras y la posibilidad de que las mismas estén

combinadas de maneras diferentes a través de las

divisiones celulares sucesivas, permite que se vayan

diferenciando un alto número de tipos celulares

diferentes.

Diferenciación celular y procesamiento del ARN Alrededor del 7% de los genes son transcritos a RNA

nuclear. El mRNA que se encuentra en el citoplasma

representa sólo el 1% al 2% de los genes. Ello indica que no todo el ARN que se transcribe a

partir del DNA llega a ser mARN. El producto de la transcripción del gen por la

participación de la RNA polimerasa II se lo conoce como RNA nuclear heterogéneo (hnARN) o transcritos de ARNo ARN precursor.

Diferenciación celular y procesamiento del ARN Estos precursores sufren un procesamiento de tal

manera que regiones completas de su secuencia son removidas y los extremos de las porciones restantes vueltas a sellar (splicing).

Ello da como resultado una molécula de ARN más corta (hasta 20 veces más corta) y que es la que saldrá al citoplasma como mARN.

Las regiones eliminadas del RNA precursor se conocen como intrones.

Diferenciación celular y procesamiento del ARN Un mismo ARN precursor puede ser procesado de

dos o más maneras, lo cual determinará un mARN diferente en cada caso, y consecuentemente una proteína diferente.

El mismo gen puede traducirse finalmente en proteínas diferentes según sea el procesamiento del ARN precursor.

Esta es una importante forma de regular el mecanismo de la diferenciación celular.

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