Priones

Las enfermedades infecciosas son provocadas por microorganismos como virus y bacterias, entre otros. Estos agentes tienen información genética que les permite multiplicarse y producir descendencia características semejantes.

Sin embargo, existe un grupo de enfermedades infecciosas llamadas encefalopatías espongiformes transmisibles (EET), que dañan el sistema nervioso y que no se deben a microorganismos, sino que el causante es una proteína denominada prión, que se acumula en las células nerviosas provocando su muerte.

“Prión” significa “partícula infecciosa de naturaleza proteica”, término acuñado por Prusiner, quien demostró que la causante de varias enfermedades degenerativas del tejido cerebral era una proteína infecciosa, lo cual resultó novedoso, ya que el “dogma” establecía que las infecciones sólo podían ser causadas por bacterias o un virus, es decir, se requería la presencia del ADN a partir del cual pudiera fabricarse la proteína.

 Hay que aclarar que la proteína priónica se encuentra normalmente en las membranas celulares de casi todos los tejidos, y se la ha relacionado con diversas funciones. Sin embargo, esta proteína también existe en otras conformaciones, es decir, con diferentes plegamientos, y en estos casos, son patógenas.

A la proteína normal la llamaremos Proteína Priónica Celular (PrPc) y a la patógena, PrPSc (“Sc” significa “scrapie” o “tembladera”, una EET que afecta a ovejas y cabras; se caracteriza por alteraciones en el carácter y movimiento del animal, con temblores, tropezones y el rascado continuo del cuerpo).

La teoría más aceptada es que las encefalopatías espongiformes transmisibles (EET) se producen cuando en las células nerviosas predomina la proteína priónica con la conformación patológica. Más concretamente, las proteínas priónicas patógenas entran en contacto con las priónicas normales y las transforman en patógenas. Este proceso se repite una y otra vez como una reacción en cadena; en consecuencia, los priones patógenos se van acumulando en agregados llamados placas amiloides (“amiloide” es un término genérico para designar diversas sustancias constituidas por fibras proteicas con estructura de hoja plegada. El nombre se debe a la similitud con el almidón en cuanto a la afinidad con el yodo. El depósito de amiloide es extracelular y corresponde siempre a una condición patológica: la amiloidosis, un grupo heterogéneo de enfermedades puesto que las cadenas del amiloide tienen diversa composición de aminoácidos. Sin embargo, la estructura física del amiloide es similar en todas las sustancias amiloídeas conocidas).

El mecanismo final que produce la pérdida neuronal es incierto, pero las evidencias sugieren que en las células nerviosas se activa la apoptosis, produciendo su muerte.

PrPc y PrPSc, como dijimos, se diferencian en su estructura secundaria, donde PrPSc tiene mayor contenido en estructura en hoja plegada que la normal. Esta alteración conformacional le confiere una serie de características particulares: mayor tendencia a la agregación, la insolubilidad en detergentes no iónicos y resistencia a las proteasas.

Existen diferentes PrPSc con diferentes conformaciones y grados de glicosilación, por lo que se consideran cepas que provocan distintas variantes de la enfermedad.

Aparte de las EET humanas, se han descrito cuadros análogos en animales, incluyendo la tembladera o scrapie del ganado ovino (primera EET identificada), la encefalopatía espongiforme bovina (EEB o mal de la vaca loca), la enfermedad consuntiva de los ciervos y alces, la encefalopatía transmisible de los visones, la encefalopatía espongiforme felina, las encefalopatías espongiformes de los animales en cautividad y una serie de modelos experimentales obtenidos por manipulación genética.

La posibilidad de una enfermedad priónica debería tenerse en cuenta ante cualquier cuadro neurológico progresivo de diagnóstico incierto, y especialmente en aquellos de evolución aguda o subaguda.


Tipos de EET

Como dijimos anteriormente, existen diferentes cepas de PrPSc que provocan distintas variantes de la enfermedad. De modo que según la cepa, el origen y los daños provocados en el cerebro, las EET se pueden clasificar en tres tipos.

EET esporádicas
Comprenden el 85% de los casos de ETT. Si bien dijimos que las EET son enfermedades contagiosas, el origen de las ETT esporádicas es desconocido. Según las hipótesis habituales, se deben a mutaciones somáticas, exposiciones ambientales o fenómenos aleatorios de conversión espontánea. Estudios recientes sugieren que el cerebro normal puede contener cantidades mínimas de PrPSc, de ser así, el desarrollo de una enfermedad priónica solo requeriría la presencia de algún factor que facilite el proceso de conversión, o bien, de estabilizar las isoformas patológicas.
Dentro de esta categoría se incluyen las enfermedades siguientes:

Enfermedad de Creutzfeldt-Jakob esporádica (ECJe): el término ECJ se introdujo en 1922, haciendo referencia a los casos descritos por los neurólogos alemanes H.G. Creutzfeldt y A. M. Jakob, varios de ellos discutibles según los criterios actuales. La ECJe es la prionopatía más frecuente. Aparece en todo el mundo con una incidencia de 0,5 a 1,5 casos por millón de habitantes y año. Existen cinco subtipos de esta enfermedad, que se diferencian en la clínica, la edad aparición, y la supervivencia.

Otras EET esporádicas son el insomnio letal esporádico y otras que al no encajar con las conocidas, se denominan EET emergentes


EET familiares
Comprenden el 10-15% de los casos de ETT.
Las EET familiares están determinadas genéticamente y se deben a mutaciones en el gen de la proteína priónica, localizado en el brazo corto del cromosoma 20. Estas mutaciones facilitarían el paso de PrPc a PrPSc. Hasta la fecha se han descrito alrededor de 40 mutaciones patogénicas.
En todos los casos conocidos la herencia sigue un patrón autosómico dominante. Aparte de las mutaciones patogénicas, hay variantes del gen que pueden influir en que el sujeto sea más susceptible a adquirir la enfermedad. Las mutaciones incluyen: 1) sustituciones puntuales que originan el cambio de un aminoácido por otro, 2) sustituciones puntuales que crean señales de stop prematuras e 3) inserciones de una a nueve repeticiones de 8 aminoácidos en el segmento 51 a 91.
Dentro de esta categoría se incluyen las enfermedades siguientes:

Enfermedad de Creutzfeldt-Jakob familiar (ECJf): El cuadro clínico es indistinguible de la ECJ esporádica, excepto por su inicio más temprano. La mutación E200K es la más frecuente y es la responsable de la alta incidencia de ECJ en algunos grupos étnicos (judíos sefardíes, eslovacos de Orava). Las mutaciones R208H y V210I, observadas sobre todo en Italia, causan un cuadro clínico similar.

Otras EET familiares son el insomnio letal familiar, la enfermedad de Gerstmann-Sträussler-Scheinker, y otras con manifestaciones intermedias entre los síndromes clásicos o que no se ajustan a ninguna de ellas, y se las llama EET familiares atípicas


EET adquiridas
Comprenden el menos del 5% de los casos de ETT.
Las rutas de acceso al sistema nervioso central varían dependiendo de la cepa, el huésped y la vía de inoculación. El acceso parece realizarse a través del sistema nervioso periférico, con o sin la participación del sistema linfoide.

En los modelos experimentales, la eficiencia de la transmisión decrece según el orden siguiente: inoculación cerebral>inoculación intravenosa>inoculación intraperitoneal>inoculación subcutánea>inoculación intragástrica.

La eficiencia de la transmisión es mayor cuando el huésped y el donante son de la misma especie. No obstante, esta “barrera de especies” es relativa, como se ha demostrado con la transmisión de la encefalopatía espongiforme bovina (mal de la vaca loca) a los seres humanos, originando la enfermedad de Creutzfeldt-Jakob variante.
Dentro de esta categoría se incluyen las enfermedades siguientes:

Kuru: el kuru se limita a la región de Okapa, en las tierras altas de Nueva Guinea Papúa. Desde 1957 se han documentado más de 2.700 casos entre los 36.000 miembros de la tribu Fore.
Se transmite por las prácticas de canibalismo ritual, y su inoculación a los animales de experimentación inició la investigación de las EET humanas. En los primeros años de la epidemia, el kuru afectaba predominantemente a mujeres y niños, lo que se ha relacionado con el consumo del cerebro y las vísceras de los familiares fallecidos. En la actualidad el kuru está prácticamente extinguido. No se han descrito nuevos casos en los nacidos después de 1959. El periodo medio de incubación es de 12 años, con un rango entre 4,5 años y 40 años. La supervivencia varía entre 6 y 36 meses.

Enfermedad de Creutzfeldt-Jakob iatrogénica (ECJi): es infrecuente (menos del 5% de las EET) y se ha descrito en relación con: 1) trasplantes de córnea, injertos de duramadre u otros implantes, 2) consumo de hormona de crecimiento o gonadotrofinas derivadas de hipófisis humanas y 3) exposición a instrumental neuroquirúrgico o electrodos profundos.

Enfermedad de Creutzfeldt-Jakob variante (ECJv) o Mal de la vaca loca: en 1985, en el Reino Unido, se identificó la Encefalopatía Espongiforme Bovina (EEB) en vacas, más conocida como el “mal de la vaca loca”. Esta enfermedad fue provocada por priones que se transmitieron a las vacas a través del alimento balanceado suplementado con restos de ovejas y cabras que ya tenían la enfermedad scrapie.

Luego, en 1996, el gobierno del Reino Unido anunció la aparición de una nueva EET, denominada Enfermedad de Creutzfeldt-Jakob variante (ECJv). Esta enfermedad se identificó tras detectarse una serie de casos de ECJ con características atípicas: 1) pacientes jóvenes, 2) inicio con síntomas psiquiátricos, 3) curso relativamente prolongado, 4) ausencia de complejos periódicos en el EEG y 5) lesiones anatomopatológicas diferentes a las conocidas.

Al mismo tiempo, se sugirió la relación de la ECJv con la EEB: los humanos que consumieron carne de vacas infectadas contrajeron esta nueva EET atípica.
Esta enfermedad suele comenzar con síntomas psiquiátricos (ansiedad, irritabilidad, disforia, apatía, retraimiento) pero algunos pacientes consultan por síntomas sensitivos o pérdida de memoria. Con el avance de la enfermedad, los pacientes pueden desarrollar ideas delirantes o alucinaciones visuales. La supervivencia media es de 13 meses.

La epidemia en humanos alcanzó el pico en 1999 y luego disminuyó drásticamente tras implementarse una serie de medidas para que el material contaminado no se incorpore a la cadena alimentaria.

En 1998, para detener la transmisión, en Reino Unido se sacrificaran e incineraran a los animales sospechosos de haber adquirido la enfermedad. Murieron más de 20.000 vacas.


Diagnóstico

La mejor forma de detectar una EET es mediante una combinación de resonancia magnética, electroencefalograma, determinación de proteína 14-3-3 (una proteína neuronal normal que se acumula en el LCR cuando hay destrucción neuronal importante) y secuenciación del gen PRNP.

Análisis de sangre
Los análisis de sangre no muestran alteraciones significativas, excepto un ligero aumento de las transaminasas en un tercio de los casos de ECJ. No obstante, resultan esenciales para descartar otros procesos.

Análisis del líquido cefalorraquídeo (LCR)
Los análisis convencionales del LCR no muestran alteraciones significativas, excepto una ligera hiperproteinorraquia (<100 mg/dL) en el 10% de los casos, pero son esenciales para el diagnóstico diferencial. La detección de proteína 14-3-3 en LCR es una de las herramientas clásicas.

Análisis del gen PRNP
La secuenciación del gen PRNP detecta mutaciones patogénicas y polimorfismos.
El análisis del gen PRNP podría estar justificado en todos los casos de EET, incluso en ausencia de antecedentes familiares.

Estudios neurofisiológicos
El electroencefalograma (EEG) ha sido una herramienta diagnóstica esencial durante años y sigue resultando útil en el contexto apropiado. Su utilidad depende de la EET en particular y de la fase de la enfermedad.

Estudios de imagen
La tomografía computarizada (TC) cerebral puede ser normal o mostrar atrofia cerebral.
La resonancia magnética (RM) cerebral es uno de los mayores avances para el diagnóstico de las EET ocurridos en los últimos años

Estudio del tejido cerebral
El diagnóstico definitivo de una EET solo es posible analizando el tejido cerebral. La realización de estos estudios requiere experiencia. La biopsia cerebral es un procedimiento invasivo y es negativa en el 5% de los casos debido a la distribución parcheada de las lesiones. Por ello, sólo debería realizarse cuando se sospeche un diagnóstico alternativo tratable. La autopsia es el método habitual de confirmación diagnóstica, y conviene realizarla en todos los casos.

Otros procedimientos diagnósticos
El desarrollo de métodos ultrasensibles posiblemente permita en el futuro, detectar PrPSc en LCR e incluso en tejidos y fluidos extraneurales

Diagnóstico diferencial
En los casos típicos y evolucionados el diagnóstico clínico es sencillo. Por el contrario, en las fases iniciales o en los casos atípicos el diagnóstico puede resultar extremadamente difícil.


Transmisión

Transmisión alimentaria: Como se observó en el mal de la vaca loca (explicado anteriormente).

Transmisión entre humanos: Para prevenir la transmisión entre humanos conviene tener en cuenta que los priones pueden estar prácticamente en todos los tejidos, y que la transmisión puede producirse durante la fase subclínica de la enfermedad. Deben considerarse dos aspectos:

1) Nivel de infectividad de los tejidos: Tejidos de infectividad alta (sistema nervioso central y ojo), baja (LCR, pulmón, hígado, riñón, bazo, ganglios linfáticos y placenta) o no detectable (otros tejidos y fluidos corporales).

2) Vía de exposición: Riesgo despreciable (piel y mucosas intactas, excepto oculares), intermedio (piel y mucosas no intactas, salpicaduras oculares, inoculaciones con instrumentos cortantes o punzantes) y elevado (inoculación en sistema nervioso central u ojo).


Algunos comentarios sobre la prevención

  • En la actualidad, la única EET en la que se acepta la transmisión por sangre, es la ECJv. No obstante, en modelos experimentales se logró transmitir otras cepas de PrPSc. Por otra parte, utilizando métodos ultrasensibles se ha detectado PrPSc en sangre y otros tejidos de pacientes con ECJe. 
  • Los datos disponibles indican que el contacto habitual con los pacientes con EET no representa un riesgo para la salud 
  • La mayoría de los casos de ECJi se asociaron al uso de hormona de crecimiento procedente de hipófisis humanas. Actualmente solo se usa hormona de crecimiento recombinante. 
  • Los métodos invasivos con riesgo de exposición a material infeccioso requieren de medidas estrictas de protección del personal, incluyendo gafas, así como la posterior descontaminación del medio y del instrumental. 
  • Aunque el LCR es un material con baja infectividad conviene utilizar las mismas medidas cuando se realice una punción lumbar a un paciente de alto riesgo. 
Aunque es improbable que un porcentaje importante de los casos de EET se deba a las intervenciones quirúrgicas, según estudios, se ha encontrado un aumento del riesgo de ECJ en los pacientes sometidos a intervenciones ginecológicas y neuroquirúrgicas.


ADN, cromosomas y cariotipo


SOBRE ADN Y CROMOSOMAS

Un organismo pluricelular tiene dos tipos de células: las somáticas (o del cuerpo) y las sexuales (o gametas) que son el óvulo y el espermatozoide, destinadas a la reproducción.
Las células de un organismo pluricelular se dividen, tanto durante el crecimiento como en el organismo adulto, aunque en este último no todas lo hacen con la misma intensidad, e incluso algunas no se dividen.
De modo que las células somáticas pasan por dos grandes estadios: mientras no se dividen (interfase) y mientras se dividen (mitosis o meiosis).


Consideremos una célula que no se está dividiendo (en interfase)
Primero aclaremos tres conceptos básicos:
  • Todas las células de un individuo tienen la misma cantidad de moléculas de ADN.
  • Todas las células de otro individuo de la misma especie, tendrán la misma cantidad de moléculas de ADN.
  • Todas las células de todos los individuos de la misma especie, tienen la misma cantidad de ADN.

Las células de un individuo conservan el mismo número de moléculas de ADN, porque antes de dividirse duplican sus moléculas de ADN.
Por ejemplo, supongamos que una célula tiene diez moléculas de ADN y se divide. Si el ADN no se duplicara, se repartirán cinco moléculas de ADN para cada célula hija. Pero si el ADN se duplica, la célula tendrá veinte moléculas de ADN temporariamente, y al dividirse, se repartirán diez y diez para cada célula hija.


Consideremos una célula que ya duplicó el ADN y se está por dividir:
Cuando una molécula de ADN se duplica, obviamente, el resultado serán dos moléculas de ADN con idéntica información genética. Esas dos moléculas de ADN no se separan, sino que se mantienen unidas por un complejo proteico llamado centrómero.

En la figura de abajo, a la izquierda, la célula tiene cuatro moléculas de ADN (en realidad el ADN está unido a histonas y otras proteínas, pero para simplificar, no se grafican). La célula del medio duplicó el ADN y tiene ocho moléculas de ADN. Cada molécula de ADN y su duplicado se mantienen unidas por el centrómero. Ambas moléculas, llamadas cromátidas hermanas, tiene la misma información genética, precisamente, porque una es el duplicado de la otra.
  



 En el tercer esquema, antes de que la célula se divida, las moléculas de ADN se condensan o compactan, es decir, se empaquetan totalmente, entonces, los filamentos de ADN, en lugar de estar “sueltos” o “laxos”, están empaquetados. Para hacernos una idea, podemos comparar un ovillo de lana (condensado) con la lana desenredada (descondensada).
Cuando todo el ADN (duplicado y unido por el centrómero) se condensa, tenemos un cromosoma.
Vemos que el cromosoma está formado por dos las moléculas de ADN unidas por el centrómero. Al igual que la figura del centro, cada “brazo” del cromosoma es la cromátida, formada por una molécula de ADN, y ambas cromátidas con la misma información genética, son las cromátidas hermanas.


Aclaración: no confundir número de moléculas de ADN con número de cromosomas

Antes dijimos que todas las células de un individuo tienen el mismo número de moléculas de ADN.
En la primera célula que aún no duplicó el ADN, contamos cuatro moléculas de ADN.
En la tercera célula, luego de la duplicación, contamos cuatro cromosomas, pero con ocho moléculas de ADN.




Conclusión

Cantidad de ADN no es igual a cantidad de cromosomas: antes de duplicar el ADN tiene cuatro moléculas de ADN (“laxas” o “no condensadas”) y antes de dividirse también tendrá cuatro cromosomas, pero ocho moléculas de ADN.



CROMOSOMAS HOMÓLOGOS Y CARIOTIPO

Si observamos una célula humana durante la división, veremos que tiene 46 cromosomas. Notaremos que los cromosomas no son todos iguales: algunos serán más grandes que otros, y los centrómeros están en diferentes posiciones.
Supongamos que para poder estudiarlos decidimos ordenarlos. Una forma de hacerlos es sacarles una foto y recortarlos como si fueran figuritas, para luego ordenarlos en fila según determinado criterio, por ejemplo, de mayor a menor, o agrupar a todos los que tengan el centrómero en la misma posición, por ejemplo.
Al ordenarlos, notaremos que los cromosomas no son todos distintos, sino que podremos formar “parejas” o pares, como si ordenáramos una zapatería desordenada con los zapatos mezclados fuera de sus cajas.
A los dos miembros de cada par de cromosomas (el zapato izquierdo y el derecho) los llamaremos “homólogos”, es decir, los homólogos son cromosomas con la misma forma y tamaño. De modo que si los ordenamos de a pares, tendremos una imagen como la de abajo, y podemos numerarlos como “par 1, par 2, par 3, y así hasta 23. Esa imagen o representación de todos los cromosomas homólogos ordenados de a pares, recibe el nombre de “cariotipo”.





Ante dijimos que todas las células de todos los individuos de la misma especie tienen la misma cantidad de ADN, por lo tanto, todas las células de un humano tendrán 46 moléculas de ADN antes de la duplicación, y 46 cromosomas con 92 moléculas de ADN al comenzar la división.
De la misma manera, si hacemos el cariotipo de cualquier célula somática humana de cualquier individuo, veremos que el cariotipo es igual.
Conclusión: todos los individuos de la misma especie tienen el mismo cariotipo.


Sin embargo…
En la especie humana, existe una pequeña diferencia entre el cariotipo de varones y mujeres. Hay un par de cromosomas homólogos, designado como par 23, que en la mujer son iguales (como todos los homólogos) pero en el varón no, ya que uno es más grande que el otro, es decir, son parcialmente homólogos.
A los cromosomas del par 23 se los llama “cromosomas sexuales”. A los dos homólogos de la mujer se los designa “XX” y a los del varón “XY” (el cromosoma “Y” es el más pequeño)”.
Los cromosomas no sexuales se denominan “autosomas”, de modo que los humanos tenemos en cada célula, 22 pares de autosomas y 1 par de cromosomas sexuales.




DIPLOIDES Y HAPLOIDES

Las células que tienen cromosomas homólogos se denominan “diploides” (los organismos con células diploides también se denominan diploides).
Existen organismos con células haploides, esto es, que no tienen cromosomas homólogos: todos sus cromosomas son distintos.
En el capítulo de reproducción, veremos que en un organismo pluricelular diploide, las células sexuales o gametas, son haploides.


Nomenclatura
Si un organismo tiene células con tres pares de cromosomas homólogos, diremos que es 2n=6.

“2n” significa que es diploide, y 6 es el número total de cromosomas.

Otro ejemplo: un organismo 2n=10, tiene 10 cromosomas, y como es “2n” (diploide) tiene cinco pares de homólogos.

Designar a los haploides es más sencillo: en lugar de “2n” diremos “n”.
Un individuo n=3 tendrá 3 cromosomas, sin homólogos.

Las células somáticas de los humanos son 2n=46 (23 pares de homólogos) mientras que las células sexuales son n=23 (23 cromosomas sin homólogos).



Virus saliendo por brotación


Puente hidrógeno


Enzima Rubisco fijando el carbono


Proteína bomba


Inhibidores competitivos




Enzimas del estómago hidrolizando proteínas


Enzima saturada


Enzima fosforilando una proteína de membrana


Bases nitrogenadas


Humor

Bases nitrogenadas



Especies e híbridos

Los individuos de la misma especie, son aquellos que pueden reproducirse entre sí, y dejar descendencia fértil. Por ejemplo, la jirafa macho y la jirafa hembra, tienen jirafitas, y cuando estas crezcan, podrán tener hijos con otras jirafas, y así sucesivamente.

Sin embargo, hay casos en los que individuos de distintas especies pueden tener hijos, pero estos son estériles, confirmando así, que sus padres pertenecen a especies distintas. Estos hijos se denominan híbridos.
El ejemplo más habitual es la cruza entre una yegua con un burro que dan una mula. Menos conocido (y menos común) es el resultado de la cruza entre un caballo y una burra: el burdégano.



Mula


Burdegano
.


Existen otros ejemplos menos conocidos (y más curiosos) de híbridos:




Cebrallo: cebra y caballo


Cebrasno: cebra con burro



Pumapardo: puma y leopardo


Leopón: león y leopardo


Coyolobo: coyote y lobo


Jaglión: jaguar con león


Ligrón: tigre y leona


Ligre: león y tigresa


La “cama” es un híbrido entre un camello y una llama (centro de la foto). Se obtuvo por inseminación artificial, ya que el camello dromedario es mucho más grande que la llama como para poder preñarla.

Cianobacterias/cianofíceas/algas verdeazuladas


Las cianobacterias, cianofíceas o algas verdeazuladas siempre me representaron un problema durante el dictado de las clases de biología. Ya es incómodo que tengan tres denominaciones. En las clases las menciono junto con las bacterias del Reino Monera, aclarando que son un grupo distinto al de las bacterias, pero sin ahondar lo suficiente en las diferencias. Además, tengo que aclarar que pese a ser conocidas como “algas verdeazuladas”, esta es una denominación antigua que ya no se utiliza porque no son “algas verdaderas”, cuando los alumnos en general desconocen qué son las “algas verdaderas”, lo cual complica el problema. Y como no son un grupo importante para mi materia no las menciono demasiado, pero siempre algún alumno lector pregunta por ellas. De modo que decidí reunir información básica que puedan consultar los interesados.

Por empezar, las cianobacterias (o cianofíceas o algas verdeazuladas) se asemejan a las algas y a las plantas superiores en que presentan clorofila y realizan fotosíntesis con producción de oxígeno. Por eso, antiguamente se las agrupaba con los vegetales y se las denominaba cianofíceas o algas verde-azuladas.

Sin embargo, por su mecanismo de división celular (fisión binaria) Ferdinand Cohn las llamó Esquizofíceas y las reunió con los esquizomicetos (las bacterias). De ese modo, los Procariotas quedaron comprendiendo a los esquizomicetos (bacterias en sentido amplio) y a las esquizoficeas (cianobacterias).

El tema de la clasificación es más complejo y se ha ido modificando, pero como no es el tema que estamos tratando, sólo diremos que actualmente las células con características generales procariontes se clasifican en dos grupos: las eubacterias y las arquebacterias; y que las cianobacterias se encuentran dentro del primer grupo.


Veamos algunas características específicas de la cianobacterias:

Como dijimos, presentan características procariontes, como la carencia de núcleo y escasa compartimentalización. La pared celular es de mureína, presentan peptidoglucano y es similar a las de las bacterias Gram negativas.
A diferencia de otras bacterias fotosintéticas, como las bacterias púrpura y las bacterias verdes, las cianofíceas liberan oxígeno. Presentan clorofila “a”, igual que los eucariontes (las bacterias verdes presentan bacterioclorofila “a”, ligeramente distinta). Como pigmento accesorio tienen pigmentos biliproteicos (ficobilina): uno de ellos es la ficocianina, que junto con la clorofila, les da el color azulado (aunque algunas son rojizas).

El aparato fotosintético está en forma de tilacoides que se disponen de forma paralela a la membrana plasmática, o bien, están enrollados varias veces en el espacio citoplasmático periférico

Incluyen organismos uni y pluricelulares, ya que algunas secretan un exopolisacárido que se disuelve en forma de limo, o bien, rodea a las células formando cápsulas o filamentos

Algunas cianobacterias son móviles, nunca mediante flagelos sino por deslizamiento o reptación sobre superficies sólidas.

Muchas presentan cianoficina: un copolímero de ácido aspártico y arginina, donde almacenan nitrógeno cuando este escasea.

La nutrición es muy simple: no requieren vitaminas y utilizan nitrato o amonio como fuente de nitrógeno, siendo la fijación de nitrógeno, una característica frecuente. La fijación de nitrógeno se produce en unas estructuras llamadas heterocistos, formadas por células especializadas.

La mayoría son fotótrofas obligadas, aunque algunas pueden asimilar algunos compuestos orgánicos como glucosa y acetato, pero si hay luz presente. Algunas, no obstante, pueden crecen en ausencia de luz asimilando glucosa como fuente de materia y energía.


Pueden clasificarse en cinco grupos según criterios morfológicos:

Grupo I: unicelulares con forma de bacilos y cocos. Las células se presentan aisladas o en de agregados que se mantienen unidos por capsulas o limos. La multiplicación
se produce exclusivamente por fisión binaria o gemación (Synechococcus-antes Anacystis nidulans, Gloeocapsa, Gloeothece y Gloeobacter violaceus.

Grupo 2: también son unicelulares pero se reproducen por división múltiple: en el interior de las células en división aparecen muchas células pequeñas (Pleurocapsa, Dermocarpa y Myxosarcina).

Los tres grupos siguientes son filamentosos y forman tricomas (cadenas de células). El crecimiento es intercalar, por división celular en el interior del tricoma.

Grupo 3: filamentosas sin heterocistos (Oscillatoria, la conocida "alga oscilante", Spirulina, Lyngbya, Phormidium y Plectonema).

Grupo 4: filamentosas con heterocistos (Anabaena, Nostoc y Calothrix).

Grupo 5: filamentosas ramificadas con heterocistos. Se diferencian de las anteriores por la división celular en mas de un plano (Fischerella).



Traducción: algunos detalles


A continuación, algunos detalles sobre la traducción, muchos de los cuales no se dan en una clase básica más general, y quizá solo interesantes para las personas más amantes de la biología.



Etapa de iniciación

Hay dos ARN de transferencia (ARNt) para el aminoácido metionina: uno para llevarla al codón de inicio (ARNti) y otro para llevarlo durante la elongación de la cadena ¿Por qué motivo? Porque al empezar la traducción, el primer ARNt con su aminoácido (ARNt-aa) se une al sitio P del ribosoma, y el único ARNt que puede ocupar específicamente ese sitio, es el ARNti.

Factores de iniciación: algunos de ellos mantienen a las subunidades ribosomales separadas.

Factor de iniciacón eIF-2:
  • El primer paso de la etapa de iniciación, es la unión de GTP al factor de inicio eIF-2.
  • Este complejo GTP-eIF-2 se une al ARNti-Met.
  • A su vez, todo este nuevo complejo se une a la subunidad menor.
  • El eIF-2 representa es un punto de control de la traducción en eucariotas, ya que se fosforila por una quinasa que se activa cuando la célula se encuentra bajo tensión, y cuando el gasto energético requerido por la traducción puede no ser conveniente.

Ingreso del primer ARNt-Met:
  • El ARNti-Met se dirije a la subunidad menor, con la colaboración de algunos factores de iniciación pegoteados.
  • Ahora el ARNti-Met comienza a deslizarse por el ARN mensajero hasta encontrarse con el codón de inicio (un factor de inicio con actividad helicasa iría desenrrollando el ARNm abriendo el camino).

Secuencia de Shine-Dalgarno: En los ARNm procariontes, unos 6-7 nucleótidos antes del codón de inicio, se encuentra la secuencia de Shine-Dalgarno (AGGAGGU) que sirve como sitio de unión del ARNm al ribosoma (se une a una secuencia del extremo 3’ del ARNr 16S). En los ARN policistrónicos existe una secuencia de Shine-Dalgarno por cada cistrón.

Secuencia de Kozak: El AUG no se reconoce así solito, sino que el reconocimiento se ve facilitado por nucleótidos circundantes: todos ellos forman la secuencia de Kozak: ACCAUGG..

Dónde empieza la traducción propiamente dicha: Normalmente, en eucariontes, la traducción empieza dentro de los 100 nucleótidos desde el CAP; pero hay casos en que comienza en un sitio interno del mensajero por donde entra el ribosoma, llamado IRES.

Codón de inicio: El codón de inicio es siempre AUC: en algunas bacterias la traducción puede comenzar con el codón GUG, y a veces CUG en eucariontes.

Comienzo: Una vez reconocido el codón de inicio, se une la subunidad mayor.




Activación de los aminoácidos

ARN de transferencia:
·              El ARNt tiene entre 70-80 nucleótidos.
·              En general, el extremo CCA-3’ se agrega luego de la síntesis.
·              Se conocen las secuencias de ARNt de muchas especies y se encontró que varían bastante, sin embargo, todos formas estructuras tridimensionales similares.
·              En las células no hay un ARNt por cada codón, sino menos; eso significa que un mismo ARNt puede reconocer a más de un codón. Eso se debe a que el anticodón tiene un nucleótido de inosina (adenina desaminada) que se aparearía con la tercera base del codón del mensajero cuando esta sea A, C y U, por lo tanto, un anticodón con inosina puede traducir codones sinónimos que terminan con A, C y U (por ejemplo CUA, CUC, CUU).

Aminoacil sintetasas: En cuanto a las aminoacil sintetasas, acá si hay 20: cada una reconoce a un tipo de aminoácido y a todos sus ARNt compatibles. A veces la aminoacil sintetasa se equivoca y toma un aminoácido incorrecto (por ser similar estructuralmente al correcto) pero tiene un sistema de corrección de pruebas. De ahí que en E. coli la tasa de error sea de 1 en 50.000.



Etapa de elongación

Entrada del ARNt-aa:
·              El sitio P se llama “P” porque ahí se ubica el aminoácido que lleva la cadena polipeptídica en crecimiento, y el A se llama así, por “aminoacilo” (donde entra cada aminoácido).
·              El ARNt-aa entra al sitio A unido a EF1α. Si el apareamiento codón-anticodón es correcto, se hidroliza el GTP cambiando la conformación del ribosoma, de manera tal que el sitio A “atrapa” fuertemente al ARNt-aa, y además lo orienta hacia el ARNt del sitio P.
·              La unión peptídica no es catalizada por una enzima proteica sino por una ribozima de la subunidad mayor.


Translocación: Es promovida por la hidrólisis del GTP unido al factor de elogación EF2 (EF2-GTP) (eucariontes). La hidrólisis del GTP produce un cambio conformacional en el ribosoma, que lo hace desplazarse un codón. El ARNt vacío se une a un tercer sitio: el sitio E, un sitio de salida, de donde finalmente es expulsado, siempre por cambios conformacionales del ribosoma.

Marco de lectura: Es la secuencia desde el codón de inicio hasta el de terminación, y en teoría debería ser uno solo, pero a veces puede cambiar debido a rarezas, como por ejemplo, que en algún momento se lean cuatro codones para un aminoácido (y luego se sigan leyendo de a tres codones) o que el ribosoma retroceda una base, y luego siga leyendo normalmente.

Velocidad: Durante la elongación, en eucariontes se unen 3-5 aminoácidos por segundo (una cadena de 100-200 aminoácidos se forma en un minuto aproximadamente) y en procariontes hasta 18 aminoácidos por segundo.

 PolirribosomasCuando un ribosoma avanzó unos 30 codones, entra otro. 


Etapa de terminación

Factor de terminación eRF1
En eucariontes, el factor de terminación eRF1 tiene una forma parecida a un ARNt, por eso puede ubicarse en el sitio A. Luego viene el factor eRF3-GTP. Ambos participan en la escisión del péptido al ARNt.
Las bacterias tienen dos factores análogos a eRF1 (que son RF1 o RF2) y otro análogo a eRF3-GTP (que es RF3).


 Extractado de los libros de Lodish (Biología celular y molecular) y Antonio Blanco(Química Biológica)

Glosario: Genética


Alelos: variantes para un tipo de información. Por ejemplo, el tipo de información puede ser el color de pelo; y sus variantes o alelos, blanco y negro.

Autofecundación: Proceso de reproducción sexual donde los gametos masculinos de un individuo se fecundan con los óvulos del mismo individuo. Por ejemplo, algunas plantas, donde la flor tiene el aparato reproductor masculino y femenino.

Autosoma: todo cromosoma que no sea sexual.

Cigoto o huevo: célula resultante de la unión de dos gametos haploides (es por tanto, diploide, 2n).

Codominancia: es el caso en que los dos alelos de una célula se expresan. Es decir, ningún alelo es dominante o recesivo. Un ejemplo es el grupo sanguíneo AB, ya que ninguno es dominante sobre el otro, por lo tanto el individuo no es ni A ni B: es AB

Cromosomas homólogos: cromosomas con el mismo tamaño, forma, y tipo de información. Por ejemplo, un par de homólogos tendrán información para el color de pelo, solo que uno puede tener información para el color negro, y otro para el color blanco; o ambos para el mismo color.

Diploide: que tiene doble juego de cromosomas (2n). Es decir, presenta cromosomas homólogos

Dominancia completa: Es el caso en que un alelo es dominante sobre el otro, por lo tanto, en el fenotipo se expresa la información de ese alelo y no del otro. Por ejemplo, si un individuo tiene un alelo dominante con información para el color rojo y otro alelo recesivo para el color blanco; el individuo será de color rojo

Dominancia incompleta: Es el caso en que ningún alelo es dominante sobre el otro, por lo tanto se expresa aun genotipo intermedio: Por ejemplo, si un individuo tiene un alelo con información para el color rojo y otro alelo para el color blanco; el individuo será de color rosado

Factor mendeliano: 
El concepto de factor mendeliano fue introducido en 1860 por Mendel, actualmente denominado gen.

Fecundación: fusión del gameto masculino (espermatozoide) con la gameta femenina (óvulo) para dar lugar al cigoto. Al ser las gametas haploides, el cigoto resulta diploide.

Fenotipo: las características visibles del individuo (o una célula) que consisten en la expresión del genotipo. Lo visible no se limita a las características externas, sino también a las internas, incluyendo las que se determinan mediante distintos tipos de análisis (por ejemplo, grupos sanguíneo, presencia o ausencia de determinadas enzimas, etc.).

Gametas: células sexuales haploides (óvulos y espermatozoides) que al fusionarse producen el cigoto.

Gen/alelo dominante: el gen dominante es aquel que se expresa en el fenotipo aunque haya otro alelo presente en el otro cromosoma homólogo (que será el alelo recesivo). Por ejemplo, si un individuo tiene el alelo con información para pelo negro y el alelo con información para el pelo blanco; y ese individuo tiene pelo negro, entonces el gen para el pelo negro es dominante.

Gen/alelo recesivo: el gen recesivo es aquel que no se expresa en el fenotipo ante la presencia del otro alelo en el cromosoma homólogo (que será el alelo dominante). Por ejemplo, si un individuo tiene el alelo con información para pelo negro y el alelo con información para el pelo blanco; y ese individuo NO tiene pelo blanco sino negro, el blanco es recesivo.

Gen: Es una región de DNA que codifica para un ARN. Si el ARN es mensajero, entonces codifica para una cadena polipeptídica.

Genes independientes: genes que se encuentran en el distintos cromosomas

Genes ligados: genes que se encuentran en el mismo cromosoma.

Genotipo: conjunto de alelos de un individuo (o una célula) para una determinada característica.

Haploide: que posee un solo juego de cromosomas (n). Es decir, no tiene cromosomas homólogos

Heterocigota: que tiene dos alelos diferentes (para una determinada característica).

Híbrido: individuo que resulta del cruzamiento de dos individuos homocigotos (uno de ellos recesivo y el otro dominante)

Homocigota dominante: que tiene dos alelos iguales (para una determinada característica) pero dominantes.

Homocigota recesivo: que tiene dos alelos iguales (para una determinada característica) pero recesivos.

Homocigota: que tiene dos alelos iguales (para una determinada característica) ya sean dominantes o recesivos.

Locus: Ubicación del gen en un cromosoma.

Primera Ley de Mendel: Ley de la segregación o disyunción de los alelos. Esta ley establece que durante la formación de las gametas (meiosis) los alelos se separan.

Segunda Ley de Mendel: Ley de la segregación independiente. Esta ley establece que durante la formación de las gametas (meiosis) los alelos para diferentes características se separan de manera independiente uno del otro. Sólo se cumple en aquellos genes que se encuentran en distintos cromosomas (genes están ligados o independientes).