Biología del desarrollo y crecimiento celular

La biología del desarrollo estudia los procesos mediante los cuales los organismos crecen y se desarrollan. La biología del desarrollo actual estudia los controles genéticos del crecimiento celular, la diferenciación celular y la morfogénesis (el proceso que origina los tejidos, órganos y la anatomía).

Crecimiento celular:

•Una serie de trastornos del crecimiento pueden ocurrir a nivel celular y pueden tener como consecuencia la evolución posterior en cáncer, en el que un grupo de células presentan un crecimiento incontrolado y una división más allá de los límites normales

•El crecimiento celular se puede detectar por varios métodos. El crecimiento del tamaño de la célula puede ser visualizado por microscopia, utilizando la tición adecuada, pero aumentar el número de células suele ser más significativo.

•Dependiendo de las condiciones de crecimiento celular y aspectos deseados (actividad, proliferación). La tarea se complica aún más con células de diferentes poblaciones, y por extensión al combinar las interferencias de crecimiento celular o toxicidad.

Fecundación

•Proceso biológico en el que un óvulo y un espermatozoide se fusionan para crear un nuevo individuo, con el genoma aportado por sus progenitores. En la fecundación se concreta el sexo del embrión: si el espermatozoide tiene un cromosoma X el embrión será femenino, si tiene un cromosoma Y el embrión será masculino.

•Proceso de la fecundación:

•Los espermatozoides llegan a las trompas de Falopio del sistema reproductor femenino y uno de ellos se fusiona con un óvulo. A continuación se empieza a formar el embrión, que viaja por las trompas hasta llegar al útero. Se adhiere a la pared del útero y continúa su desarrollo para dar lugar al nuevo ser.

Gametogénesis

•La gametogénesis es el proceso de maduración de los gametos tanto masculinos como femeninos. En este proceso se reduce a la mitad (meiosis) el número de cromosomas.

•La formación de los gametos femeninos y masculinos acontece durante la vida intraembrionario, pero variará en la mujer y en el hombre.

•La gametogénesis femenina se llama ovogénesis, y se caracteriza por que se inicia y finaliza en la vida intraembrionaria, nunca más habrá nueva formación de ovogonias, su número irá reduciéndose a lo largo de la vida hasta la menopausia, de cada oocito sólo se produce un óvulo y un corpúsculo polar no fertilizable, no existe ninguna fase final de maduración como en la espermatogénesis y todos los óvulos maduros serán portadores de un cromosoma X.

•La gametogénesis masculina se llama espermatogénesis, que continua durante toda la vida del varón tras la pubertad, de una espermatogonia proceden 4 espermatozoides fecundantes y hay una fase de espermátide que debe madurar hasta la formación del espermatozoide maduro.

Mecanismo de la división celular: mitosis, meiosis, fases y comparación

•La división celular es una parte muy importante del ciclo celular en la que una célula inicial se divide para formar células hijas.Gracias a la división celular se produce el crecimiento de los seres vivos. En los organismos pluricelulares este crecimiento se produce gracias al desarrollo de los tejidos y en los seres unicelulares mediante la reproducción vegetativa.

•Los seres pluricelulares reemplazan su dotación celular gracias a la división celular y suele estar asociada con la diferenciación celular. En algunos animales la división celular se detiene en algún momento y las células acaban envejeciendo. Las células senescentes se deterioran y mueren debido al envejecimiento del cuerpo. Las células dejan de dividirse porque los telómeros se vuelven cada vez más cortos en cada división y no pueden proteger a los cromosomas como tal.

•Las células hijas de las divisiones celulares, en el desarrollo temprano embrionario, contribuyen de forma desigual a la generación de los tejidos adultos.

Una mutación es un cambio en la información genética (genotipo) de un ser vivo, que produce una variación en las características de este y que puede trasmitirse a su descendencia.

La unidad genética capaz de mutar es el gen, la unidad de información hereditaria que forma parte del ADN.

Se presenta de manera espontánea y súbita o por la acción de mutágenos. Este cambio estará presente en una pequeña proporción de la población (variante) o del organismo (mutación).

Fases del ciclo celular y controles de la división en organismos multicelulares

•Las células de los distintos organismos pasan durante su vida por distintos períodos, cada uno de ellos característico y claramente diferenciado.

•Cada tipo celular cumple con sus funciones específicas durante la mayor parte de su vida, creciendo gracias a la asimilación de materiales provenientes de su ambiente.

•Cuando una célula aumenta hasta llegar a un determinado tamaño, su eficiencia metabólica se torna crítica, entonces se divide. En los organismos pluricelulares, se produce un crecimiento a partir de una célula.

•Las nuevas células originadas en esta división poseen una estructura y función similares a las células progenitoras, o bien derivadas de ellas.

Mecanismos Genéticos Básicos

•Replicación del ADN

•Mecanismo que permite al ADN duplicarse, es decir, sintetizar una copia idéntica. De esta manera de una molécula de ADN única, se obtienen dos o más "réplicas" de la primera.

•Gracias a la complementación entre las bases que forman la secuencia de cada una de las cadenas, el ADN tiene la importante propiedad de reproducirse idénticamente, lo que permite que la información genética se transmita de una célula madre a las células hijas y es la base de la herencia del material genético.

Síntesis del ARN y Proteínas:

•El proceso de síntesis de ARN o TRANSCRIPCIÓN, consiste en hacer una copia complementaria de un trozo de ADN. El ARN se diferencia estructuralmente del ADN en el azúcar, que es la ribosa y en una base, el uracilo, que reemplaza a la timina. Además el ARN es una cadena sencilla.

Transcripción inversa:

•Es un proceso que implica la generación de una cadena de ácido desoxirribonucleico (ADN) de doble cadena a partir de un ácido ribonucleico (ARN) de cadena simple, está mediada por varias enzimas e incluso por proteínas estructurales de la cápside.

Control de la Expresión Genética:

•Los controles que actúan sobre la expresión de genes (es decir, el capacidad de un gen para producir una proteína biológicamente activa) son mucho más complejo en eucariotas que en procariotas. Una diferencia importante es la presencia en eucariotas de la membrana nuclear, lo que impide la realización simultánea transcripción y traducción que se produce en procariotas. Considerando que, en procariotas, el control transcripcional de inicio es el principal punto de Reglamento, en eucariotas la regulación de la expresión génica está controlada casi el equivalente de muchos puntos diferentes.

Empaquetamiento del genoma

•Empaquetamiento del Genoma: El ADN se empaqueta asociándose con proteínas normalmente histonas. El ADN consigue una elevada condensación gracias a los diferentes niveles estructurales que presenta, aunque en todas las células eucariotas, el ADN se empaqueta aún más, gracias a su unión con las histonas.

•Nucleosomas: Es la  unidad básica de organización de la cromatina. Constituye la base del primer nivel de compactación del ADN en la cromatina dentro del núcleo interfásico. Es una estructura nuclear en la que dos vueltas de ADN (unos 83 nucleótidos por vuelta) se enrollan alrededor de un cilindro formado por 8 histonas.

Núcleo celular 2

•CROMATINA

•Es el conjunto de ADN, histonas, proteínas no histónicas y ARN, constituye el genoma de dichas células.

•Constituye el genoma de dichas células

•Las unidades básicas son los nucleosomas

•Adapta su estado de compactación y empaquetamiento para optimizar los procesos de replicación, transcripción y reparación del ADN.

•NUCLÉOLO

•Se considera una estructura supra-macromolecular.

•Su función principal es la transcripción del ARN ribosomal por la polimerasa y el proceso posterior de ensamblaje de los ribosomas.

•Funciones como la regulación del ciclo celular, el envejecimiento, la actividad de la telomerasa.

•EUCROMATINA

•Forma de cromatina ligeramente compactada con gran concentración de genes y a menudo se encuentra la transcripción activa

•Se encuentra tanto en eucariotas como en procariotas

•Participa en la transcripción del ADN a ARN.

•En la eucromatina este empaquetamiento es menor para poder acceder con mayor facilidad al ADN.

•HETEROCROMATINA Son regiones de la cromatina más compactas, condensas, empaquetadas que se tiñen fuertemente con coloraciones para el ADN.

Núcleo celular 1

•NÚCLEO:

 •Orgánulo membranoso que se encuentra en el centro de las células eucariotas.

•La principal estructura que lo constituye es la envoltura nuclear, una doble membrana y poros nucleares.

•Contiene la mayor parte del material genético celular.

•CROMOSOMAS:

•Estructuras altamente organizadas, formadas por ADN y proteínas, contiene la mayor  parte de la información genética de un individuo

•En las divisiones celulares  (mitosis y meisis) presenta su forma más conocida , en forma de X.

•MEMBRANA NUCLEAR:

•Capa porosa con doble unidad de mebrana lipídica que delimita al núcleo

•Consta de dos bicapas de lípidos la membrana interna y externa con distinta composición proteica

•Principalmente delimita dos comportamientos funcionales: el de transcripción ADN en ARN, y el de traducción ARN en proteína .

Ciclo de Krebs

•Ciclo del ácido cítrico o ciclo de los ácidos tricarboxílicos.

• Ruta metabólica y sucesión de reacciones químicas, forma parte de la respiración celular en todas las células aeróbicas en las   células eucariotas se realiza en la mitocondria y en las células procariotas se realiza en el citoplasma (citosol).

El ciclo de Krebs se compone de 8 reacciones:

•Formación de citrato:

El sitio activo de la enzima, activa el acetil-CoA para hacerlo afín a un centro carbonoso del oxalacetato. Como consecuencia de la unión CoA se hidroliza, formando así la molécula de citrato.

•Aconitasa (de citrato a isocitrato):

La aconitasa cataliza la isomerización del citrato a isocitrato, por la formación de cis-aconitato.

•Isocitrato deshidrogenasa (De isocitrato a oxoglutarato):

Es una enzima dependiente de la presencia de NAD+ y de Mn2+ o Mg2+. Inicialmente, la enzima cataliza la oxidación del isocitrato a oxalsuccinato, lo que genera una molécula de NADH a partir de NAD+.

•a-cetoglutarato deshidrogenasa (De oxoglutarato a Succinil-CoA):

Después de la conversión del isocitrato en a-cetoglutarato se produce una segunda reacción de descarboxilación oxidativa, que lleva a la formación de succinil CoA. La descarboxilación oxidativa del a-chetoglutarato es muy parecida a la del piruvato, otro a-cetoácido.

•Succinil-CoA sintetasa (De Succinil-CoA a succinato):

El succinil-CoA es un tioéster a alta energía La citrato sintasa se sirve de un intermediario con tal unión a alta energía para llevar a cabo la fusión entre una molécula con dos átomos de carbono (acetil-CoA) y una con cuatro (oxalacetato). La enzima succinil-CoA sintetasa se sirve de tal energía para fosforilar un nucleósido difosfato purinico como el GDP.

•Succinato deshidrogenasa :

La parte final del ciclo consiste en la reorganización de moléculas a cuatro átomos de carbono hasta la regeneración del oxalacetato. Para que eso sea posible, el grupo metilo presente en el succinato tiene que convertirse en un carbonilo.Estos tres pasos, además de regenerar oxalacetato, permiten la extracción ulterior de energía mediante la formación de FADH2 y NADH.

•Fumarasa:

La fumarasa cataliza la adición en trans de un protón y un grupo OH- procedentes de una molécula de agua. La hidratación del fumarato produce L-malato.

•Malato deshidrogenasa (De L-malato a oxalacetato):

La última reacción del ciclo de Krebs consiste en la oxidación del malato a oxalacetato. La reacción, catalizada por la malato deshidrogenasa, utiliza otra molécula de NAD+ como aceptor de hidrógeno, produciendo NADH.

Glucolisis

•Es la vía metabólica encargada de oxidar la glucosa con la finalidad de obtener energía para la célula. Consiste en 10 reacciones enzimáticas consecutivas que convierten a la glucosa en dos moléculas de piruvato, el cual es capaz de seguir otras vías metabólicas y así continuar entregando energía al organismo.

Vacuolas, mitocondiras, lisosomas funciones y estructura

Mitocondrias:

•Las mitocondrias son orgánulos celulares encargados de suministrar la mayor parte de la energía necesaria para la actividad celular,la morfología de la mitocondria es difícil de describir puesto que son estructuras muy plásticas que se deforman, se dividen y fusionan. Normalmente se las representa en forma alargada. Su tamaño oscila entre 0,5 y 1 μm de diámetro y hasta 7 μm de longitud.

Su estructura:

•membrana externa e interna,espacio intermembranoso y matriz mitocondrial 

Funcion:

•La principal función de las mitocondrias es la oxidación de metabolitos (ciclo de Krebs, beta-oxidación de ácidos grasos) y la obtención de ATP mediante la fosforilación oxidativa, que es dependiente de la cadena transportadora de electrones; el ATP producido en la mitocondria supone un porcentaje muy alto del ATP sintetizado por la célula. También sirve de almacén de sustancias como iones, agua y algunas partículas como restos de virus y proteínas.

Vacuolas

•Las vacuolas son compartimentos cerrados o limitados por la membrana plasmática ya que contienen diferentes fluidos, como agua o enzimas, aunque en algunos casos puede contener sólidos como por ejemplo azúcares, sales, proteínas y otros nutrientes. 

•La mayoría de las vacuolas se forman por la fusión de múltiples vesículasmembranosas.

• En la célula madura, el 90 % de su volumen puede estar ocupado por una vacuola, con el citoplasma reducido a una capa muy estrecha apretada contra la pared celular.

•Función:

•Desintegración de macromoléculas y el reciclaje de sus componentes dentro de la célula.

Lisosomas

•Los lisosomas son orgánulos relativamente grandes, formados por el complejo de Golgi, que contienen enzimas hidrolíticas y proteolíticas que sirven para digerir los materiales de origen externo (heterofagia) o interno (autofagia) que llegan a ellos. Es decir, se encargan de la digestión celular.

•Son estructuras esféricas rodeadas de membrana simple.

•El tamaño de un lisosoma varía entre 0,1-1,2 μm.

Función:

•Los lisosomas cumplen una función esencial: impedir que sean degradadas las estructuras necesarias para la célula.

Aparato de Golgi,estructura y funcionamiento

El aparato de Golgi es un orgánulo presente en todas 

las células eucariotas. Pertenece al sistema de endomembranas. Está formado por unos 80 dictiosomas (dependiendo del tipo de célula), y estos dictiosomas están compuestos por 40 o 60 cisternas (sáculos) aplanadas rodeados de membrana que se encuentran apilados unos encima de otros, y cuya función es completar la fabricación de algunas proteínas.

Estructura

El aparato de Golgi se compone en estructuras denominadas sáculos. Éstas se agrupan en número variable, habitualmente de 4 a 8, formando el dictiosoma en las plantas. Presentan conexiones tubulares que permiten el paso de sustancias entre las cisternas.

Región Cis-Golgi: es la más interna y próxima al retículo. De él recibe las vesículas de transición, que son sáculos con proteínas que han sido sintetizadas en la membrana del retículo endoplasmático rugoso

Región medial: es una zona de transición.

Región Trans-Golgi: es la que se encuentra más cerca de la membrana plasmática.

Funciones

El aparato de Golgi se encarga de la modificación, distribución y envío de dichas macromoléculas en la célula. Modifica proteínas y lípidos (grasas) que han sido sintetizados previamente tanto en el retículo endoplasmático rugoso como en el liso y los etiqueta para enviarlos a donde corresponda, fuera o dentro de la célula.

·Modificación de sustancias sintetizadas en el RER.

·Secreción celular.

·Producción de membrana plasmática. ·Formación de los lisosomas primarios. ·Formación del acrosoma de los espermios.

Retículo endoplasmático liso y rugoso

•El retículo endoplasmático es un complejo sistema de membranas celulares dispuestas en forma de sacos aplanados y túbulos que están interconectados entre sí compartiendo el mismo espacio interno.

•Réticulo endoplásmatico liso

•El retículo endoplasmático liso no tiene ribosomas y participa en el metabolismo de lípidos.

Sus funciones son:

•Biosíntesis protéica

•Metabolismo de lipidos

•Desintoxicacion y glicosilacion.

•Réticulo endoplásmatico rugoso

•El retículo endoplasmático rugoso tiene esa apariencia debido a los numerosos ribosomas adheridos a su membrana mediante unas proteínas denominadas riboforinas. 

•Tiene unos sáculos más redondeados cuyo interior se conoce como luz del retículo o lumen donde caen las proteínas sintetizadas en él.

•Está muy desarrollado en las células que por su función deben realizar una activa labor de síntesis, como las células hepáticas.

Citoplasma y cito-esqueleto

Citoplasma

El citoplasma es la parte del protoplasma que, en una célula eucariota, se encuentra entre el núcleo celular.

Consiste en una dispersión coloidal muy fina de aspecto granuloso, el citosol o hialoplasma, y en una diversidad de orgánulos celulares que desempeñan diferentes funciones.

Su función es albergar los orgánulos celulares y contribuir al movimiento de estos. El citosol es la sede de muchos de los procesos metabólicos que se dan en las células.

El citoplasma de las células eucariotas está subdividido por una red de membranas (retículo endoplasmático liso y retículo endoplasmático rugoso) que sirven como superficie de trabajo para muchas de sus actividades bioquímicas

Citoesqueleto

El citoesqueleto es un orgánulo y también es un entramado tridimensional de proteínas que provee soporte interno en las células eucariotas, organiza las estructuras internas e interviene en los fenómenos de transporte, tráfico y división celular.

Las células eucariotas tienen tres tipos de filamentos citoesqueléticos: microfilamentos, filamentos intermedios y microtúbulos. Las septinas se consideran el cuarto componente del citoesqueleto.

El citoesqueleto es una estructura dinámica que mantiene la forma de la célula, facilita la movilidad celular (usando estructuras como los cilios y los flagelos).