#OdilyGómez

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Reproducción asexual vs. sexual

¿Qué ventajas tiene la reproducción asexual? 

No hay que buscar pareja, son clones en ambientes estables, no hay tantas mutaciones, es muy rápido y gasta menos energía.

Por otro lado, la reproducción sexual, posee una ventaja muy grande: la diversidad genética. En ambientes que son cambiantes o inestables, los clones no son ventajosos porque si el parental no está adaptado a un ambiente o un nuevo cambio, entonces todos los descendientes no lo van a estar. Biológicamente, el fin último de los organismos es poder garantizar que su información genética pase en la descendencia.

Nosotros lo medimos para una especie, para un organismo; como el número de nietos que el organismo va a tener porque el número de hijos no es certero, ya que esos genes van a seguirse propagando. El número de nietos es un indicador del éxito biológico de un organismo porque ha sobrevivido dos generaciones y tiene mayor probabilidad de que entonces los genes sigan pasando de una generación a otra; ahora, si nuestro fin es pasar nuestros genes, ¿por qué entonces la reproducción sexual todavía es ventajosa? Si la mitad de nuestra información se pierde... ¿por qué aun así es ventajosa en ambientes cambiantes? La selección natural es uno de los mecanismos de la evolución y lo que alimenta a la selección natural o permite que suceda son las mutaciones, los cambios, la diversidad genética. Entonces, en un ambiente donde el clima cambia drásticamente, el hecho de que la mitad de nuestros genes están combinados con otros aumenta la probabilidad de que esa combinación resulte exitosa a que si solo nos quedemos con una descendencia de clones. Esto se debe a que la probabilidad es más grande que se elimine toda mi descendencia si no hay ningún cambio. La variabilidad genética, entonces, es una ventaja para la sobrevivencia de las poblaciones y eso es algo importante; cuando nosotros hablamos de temas evolutivos o de temas de éxito lo hablamos a nivel de población y no a nivel de individuo. Los individuos no evolucionan, las poblaciones sí; el análisis de la ventaja se hace a nivel poblacional, a nivel de la diversidad de genes o la diversidad de alelos que existe para una población. Es de allí que la reproducción sexual haya presentado una ventaja adaptativa tan grande para que se haya seleccionado y que la gran mayoría de organismos entonces utilice ese tipo de reproducción.

A nivel celular, las representaciones gráficas de estos tipos de reproducción son la mitosis y la meiosis.

La mitosis es un tipo de división celular completamente asexual y la meiosis es uno completamente sexual.

Ciclo celular

Para entender por qué las células entran a esa etapa de división celular tenemos que saber o tener al menos la noción que existe un ciclo celular. Las células no están haciendo todo lo que quieren todo el tiempo, sino que hay mecanismos de regulación y de señalización que le indican a la célula qué etapa de su vida realizar; todos estos eventos entonces marcan si el genoma se va a dividir, si la célula va a metabolizar normalmente, si se va a dividir la célula completamente o si es tiempo de morir: porque hasta la muerte es programada en las células, ese término se llama apoptosis.

Entonces, las fases globales del ciclo son 4, hay una fase de crecimiento, una fase S de duplicación, otra fase de preparación y la fase de división. Lo que pasa antes de que la célula comience a prepararse para la división es lo que llamamos interfase.

La interfase es el estado natural de la célula, es el estado metabólicamente activo; cuando una célula está funcionando está en interfase. Antes de que cualquier cosa rara comience a pasar dentro de ella y en la interfase, la célula crece; una vez ha crecido, entonces puede comenzar a prepararse para la división. Esta división comienza a prepararse en la fase S.

En la fase S  se duplica el contenido genómico de la célula, todo el ADN que está dentro del núcleo se duplica, termina de crecer y de condensarse y entonces allí puede entrar ya a la fase de división como tal.

A la fase de división la llamamos la fase M; M por mitosis o meiosis y lo que vamos a ver a continuación es todo lo que sucede en estas fases, dos conceptos importantes son cariocinesis y citocinesis.

Citocinesis es la división del citoplasma y la célula por completo en dos y cariocinesis ocurre cuando el contenido nuclear se separa en dos.

En la fase F, el ADN comienza a duplicarse y desenrollarse. Esto va creando, a partir de la hebra madre, dos hebras hijas, decimos que el proceso es semiconservativo porque una de las hebras es la original de la madre, la otra es la que acaba de ser recién sintetizada.

¿Por qué es importante que sea semiconservativo? Porque hay muchas otras modificaciones a nivel de ADN que pueden influir en cómo los genes se expresan. Hasta hace unos 50 años (ya casi 60) se creía que solo la secuencia de nucleótidos era importante, pero se ha descubierto que hay muchas otras modificaciones químicas que suceden en la estructura del ADN que pueden hacer que se compacte o se extienda más y eso tiende a generar que se exprese o no se exprese un gen, a esas modificaciones que son externas a la secuencia es a lo que llamamos modificaciones epigenéticas.

Las modificaciones epigenéticas por lo general suceden por consumo o por efectos ambientales: lo que comen los organismos parentales, los aspectos que consumen, el clima, donde viven, toda la parte ambiental puede influir en cómo nuestros genes son activados o no. Nosotros heredamos un set de genes, pero que lo heredemos no significa que el gen vaya a ser funcional o que vaya a expresarse, y eso contesta muchas de las preguntas de por qué hay predisposición a mostrar una cosa, o por qué a pesar de tener ciertos genes, no se expresan. Generalmente es por mutaciones epigenéticas.

Un ejemplo o un experimento interesante que hicieron con ratas, es que las ratas cuando nacen tienen cuidado parental; si la rata madre es cuidadosa, las ratas hijas tienden a demostrar un comportamiento aventurero, por ejemplo: se atraviesan un cuarto en vez de caminar por las orillas. Las ratas que no tuvieron tanta interacción madre-hija, son demasiado nerviosas, estresadas y no se atreven a tomar riesgos. Esto significa que el simple hecho de que la madre las cuidara generaba una mutación epigenética que activaba ciertos genes que hacían que la rata fuera más aventurera. Y así, hay un montón de modificaciones que pueden suceder. Lo que todos nosotros consumamos o hagamos puede llegar a afectar incluso a nuestros nietos.

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Que no te cueste entender los temas debido a una palabrita...

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Veneno de serpientes

Los venenos de serpiente están hechos a base de más de 20 compuestos diferentes, en su mayoría proteínas y polipéptidos. Tiene dos funciones principales: la inmovilización de la presa y la digestión de la misma. Es por ello que se compone de una mezcla compleja de proteínas, enzimas y varias otras sustancias. Las proteínas son las responsables de los efectos tóxicos y letales, mientras ​inmoviliza las presas. Las enzimas, por otro lado, tienen un papel importante en la digestión de la presa. Otras sustancias son responsables de efectos biológicos importantes, pero no letales.

Los compuestos del veneno y sus efectos

Algunas de las proteínas en el veneno de las serpientes tienen efectos muy particulares sobre las diversas funciones biológicas, incluyendo la coagulación sanguínea, regulación de la presión sanguínea, transmisión del impulso nervioso o muscular, por ejemplo: las fosfodiesterasas interfieren con el sistema cardíaco de la presa, sobre todo para bajar la presión arterial. La fosfolipasa A2 causa hemólisis por lisis de las membranas celulares.​ Los aminoácidos oxidasa y proteasa se utilizan para la digestión. El aminoácido oxidasa también activa algunas otras enzimas y es responsable del color amarillo del veneno de algunas especies. La hialuronidasa aumenta la permeabilidad del tejido de la presa para acelerar la absorción de otras enzimas en los tejidos. Algunos venenos de serpiente contienen fascículos, que inhiben la colinesterasa para que la presa pierda el control muscular.

Las enzimas del veneno ayudan a la digestión de la presa, es por ello que las serpientes pueden comer animales un poco más grandes que ellas como roedores y otros mamíferos pequeños y se tardan en digerirlas.

Sin embargo, algunos venenos con el paso del tiempo se han convertido en herramientas farmacológicas o de diagnóstico médico e incluso en medicamentos útiles.

Tipos de veneno

Proteolítico: desmantela la estructura molecular en el área alrededor de la mordedura, incluyendo el sitio de la mordedura.

Hemotóxico: actúa sobre el corazón y el sistema cardiovascular.

Neurotóxico: actúa sobre el sistema nervioso y el cerebro.

Citotóxico: tiene una acción localizada en el sitio de la mordedura.

¿Te pareció interesante? Puedes leer más en estas fuentes:

Bottrall, Joshua L.; Frank Madaras, Christopher D Biven, Michael G Venning, & Peter J Mirtschin (septiembre de 2010). «Proteolytic activity of Elapid and Viperid Snake venoms and its implication to digestion». Journal of Venom Research 1 (3): 18-28.

Fry, Brian G (marzo de 2005). «From genome to "venome": Molecular origin and evolution of the snake venom proteome inferred from phylogenetic analysis of toxin sequences and related body proteins». Genome Research. 3 15: 403-420.

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Un pequeño ejemplo de los ciclos biológicos de algunas especies. 

Para más información sobre otros ciclos biológicos, pueden visitar este sitio: Learn.Genetics

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Un pequeño trabajo que realizamos sobre la biorremediación.

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Mutaciones

Una mutación es cualquier cambio en la secuencia de nucleótidos de un gen.

No todas las mutaciones son malas en sí, pero hay algunas que son muy dañinas...

Hay 3 tipos de mutaciones

Inserción: Cuando agregamos un nucleótido. Por ej. ADN original: AGG GAT..., ADN con mutación: AGG GTA T...

Sustitución: Cuando se cambia un nucleótido por otro. Por ej. ADN original: CAG..., ADN con mutación: TAG...

Deleción: Cuando se elimina un nucleótido de la secuencia. Por ej. ADN original: TAG GGT..., ADN con mutación: TGG GT...

¿Cuál es el peor tipo de mutación?

Las de inserción y delación, puesto que estas corren el marco de lectura al introducirse en los triples, lo que puede cambiar la secuencia de aminoácidos y por ende, su estructura tridimensional.

La mutación por sustitución puede pasar desapercibida en algunos casos y no cambiar el aminoácido al que codifica, aunque podría repercutir en su eficacia; en otras ocasiones podría cambiar a un aminoácido diferente y dañar la proteína o generar un STOP prematuro, lo que acabaría con la proteína. 

Es posible, también, que al existir una mutación, el cordón de STOP desaparezca... eso significa que la proteína nunca se desacoplaría del ribosoma, es decir, no tendríamos proteína.

¿Qué pasa si un nucleótido cambia y cambia el aminoácido?

Se forma una proteína distinta. Cambiar una identidas, un aminoácido, sí puede ser peligroso.

¿Por qué?

La proteína se altera, cambia su estructura tridimensional , ya que esta obedece a la identidad de los aminoácidos que la conforman. Los aminoácidos que la conforman son muy diferentes químicamente, hay unos con cargas positivas, otros con cargas negativas, polares, apolares, aromáticos, hidrofóbicos, etc. Estas características generan fuerzas de atracción o de repulsión, las cuales le van dando la forma a la proteína: su estructura tridimensional.

Fuentes:

Campbell, N. A. y Reece, J. B. (2007). Biología.  Madrid, España.: Editorial médica panamericana, S. A.

Starr, C., Taggart, R., Evens, C., Starr, L. (2009). Biología. La unidad y la diversidad de la vida. México, D. F.: Cengage Learning, Inc.

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Cosas raras: Bacteriófagos

Hace unos días, estaba acostada en mi cuarto y me puse a pensar en una amiga que se encontraba enferma y aparentemente era algo “viral”. Empecé a hacerme preguntas existenciales sobre los virus y cómo piensan acabar con nuestra existencia (hay conspiraciones sobre supuestos virus creados por algunos gobiernos para acabar con nosotros, pero eso lo podemos dejar para otro post). Y me pregunté, ¿hay otros organismos que son afectados por virus aparte de mi amiga?

Encontré algo muy interesante. Los bacteriófagos son ciertos virus que infectan solo a las bacterias. En sí, su nombre significa “comedores de bacterias”.

Aunque muchos bacteriófagos tienen estructuras intrincadas, son químicamente muy sencillos y contienen solo ADN y proteínas. 

Estos fagos dependen de su bacteria huésped para cada aspecto de su ciclo vital. Cuando un fago encuentra una bacteria, se adhiere a su pared celular y le inyecta su material genético. La cápside (a.k.a. la cabeza) externa del fago permanece fuera de la bacteria, la cual no puede distinguir entre los genes del fago y los propios, así que lee los genes del fago y emplea esta información para producir más fagos.  Finalmente, uno de los genes del fago dirige la síntesis de una enzima que rompe la bacteria o los mismos fagos rompen la pared y dejan que entre agua, entonces la bacteria explota (lisis), liberando así los nuevos fagos fabricados.

Existen otros fagos que en vez de hacer explotar la bacteria, integra su información genética al cromosoma bacteriano, pero no lo lee ni lo utiliza para la síntesis de proteínas. En este caso, el llamado ahora “profano” no actúa, sino que simplemente se copia con el ADN de la bacteria cada vez que esta se divide para reproducirse. En un momento específico, el profano puede activarse y reproducirse dentro de la bacteria y hacerla que explote como se mencionó en el proceso anterior. 

En la antigüedad, estos fagos eran empleados en lugar de antibióticos, ya que no dañan las células humanas, sino solo algunas bacterias. Con el avance de la medicina se han dejado de utilizar y en su lugar tenemos a los antibióticos, pero es interesante saber que ciertos tipos de virus, en ocasiones, se encuentran de nuestro lado.

Esto no lo escribí yo, se lo leí al Dr. Gene Mayer, profesor en la Universidad de Medicina de Carolina del Sur. El capítulo del libro Bacteriología lo puedes leer aquí. 

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Síntesis de proteínas

La síntesis de proteínas tiene 2 pasos: la transcripción y la traducción.

Transcripción: copiar el ADN en lenguaje que pueda ser trasladado fuera del núcleo.

Traducción: pasar de un lenguaje de 4 letras a uno de 20 aminoácidos para formar las proteínas.

Transcripción

Se necesita que el gen esté disponible. Esta transcripción comienza con que la polimerasa reconozca el sitio de inicio del gen y que pueda abrir la doble hebra para comenzar a polimerizar. Si el sitio de inicio no está disponible para que se abra la doble hebra, entonces no puede iniciar la transcripción = no hay proteína. Una vez se acopla la polimerasa y se abre la doble hebra, la polimerasa va leyendo una de las hebras de ADN como hebra madre o molde y en el otro extremo va acoplando bases nitrogenadas que son complementarias, para sintetizar la molécula de ARN.

El proceso termina cuando llega a una señal de terminación, es aquí donde la polimerasa se desacopla y se libera el ARN.

Se requiere una región de inicio, un promotor al cual se acopla la polimerasa y empieza a desdoblar la doble hebra. Se abre la doble hebra y hay dos sitios en la polimerasa: el sitio de lectura (se lee qué nucleótido está en esa posición en el ADN) y el sitio de síntesis del ARN (que se va sintetizando al unir un nucleótido trifosfato). La reacción que sucede en este último es que se rompe el trifosfato y ese rompimiento crea la energía necesaria para que ocurra un ataque químico y se una a la cadena que va creciendo. La polimerasa sigue leyendo hasta que llega a la señal de terminación, allí deja de leer y se desacopla; se libera el ARN.

En células eucariotas necesitamos un paso extra: una modificación al ARN para que pueda salir al citoplasma. Esta modificación sucede por dos enzimas en el núcleo; al inicio del transcrito de ARN se añade un cap 5' y al final, una cola de poli-A en 3'. Esto le indica a la célula que ese ARN es propio y no hay degradación.

Si la célula encuentra un ARN sin esas dos partes, lo que hace es degradarlo, ya que puede venir de ARN viral. Esto ocurre gracias a que tenemos mecanismos de ARNasas que cumplen exactamente esta función. Una vez se hayan hecho esas modificaciones, el ARN puede salir por los poros nucleares y llega al citoplasma, hasta los ribosomas.

Traducción

Una vez en el ribosoma, puede darse el proceso de traducción. La clave aquí es pasar de un lenguaje de nucleótidos a uno de aminoácidos. Para hacer eso, el ARNt lleva los aminoácidos y se necesita de un código que permita saber qué aminoácido corresponde a qué nucleótidos. Para eso, los organismos tienen un código genético que funciona con codones y anticodones. Un codón es un triplete de nucleótidos. Entonces, los nucleótidos se comienzan a leer de 3 en 3, cada triplete de estos corresponde a un aminoácido. Es así como se van sintetizando los 20 diferentes aminoácidos que existen.

A nivel de ARNm tenemos los codones (tripletes que se leen) y a nivel de ARNt los anticodones (tripletes complementarios), estos cargan los aminoácidos.

Algo interesante del código genético es que tiene 64 posibles combinaciones de codones. Esto es porque varios codones codifican para el mismo aminoácido. Esto evolucionó o fue ventajoso porque nos ayuda a que las mutaciones no sean terminales (si quieres saber más sobre mutaciones da click aquí). 

Sin embargo, ¿qué pasa si un nucleótido cambia y cambia el aminoácido?

Se forma una proteína distinta. Cambiar una identidad, un aminoácido, sí puede ser peligroso.

¿Por qué?

La proteína se altera, cambia la estructura tridimensional de la proteína, ya que esta obedece a la identidad de los aminoácidos que la conforman. Los aminoácidos que la conforman son muy diferentes químicamente, hay unos con cargas positivas, otros con cargas negativas, polares, apolares, aromáticos, hidrofóbicos. Estas características generan fuerzas de atracción o de repulsión, las cuales le van dando la forma a la proteína, su estructura tridimensional, la pliegan y despliegan, las fuerzas se atraen y repelen.

Este cambio de estructura, en una mutación, afecta el desempeño de la proteína, ya que la función está determinada específicamente por los sitios de interacción de la proteína.

Entonces, tener el código genético degenerado (varios codones para un mismo aminoácido) es ventajoso.

A nivel celular, el ARNm llega hacia la subunidad pequeña del ribosoma, se acopla un ARNt en el codón de inicio y se acopla la subunidad grande del ribosoma y comienza a funcionar. El ARNt de inicio siempre va a obedecer al codón AUG, esto quiere decir que el ARNm puede tener otros nucleótidos antes del AUG, pero los tripletes van a empezar a contarse a partir del AUG.

Luego de eso, en el ribosoma hay tres sitios físicos diferentes: uno donde ya existió la unión codón-anticodón; el segundo, donde el codón ya está libre para que el anticodón pueda llegar; y el tercero, que es uno de expulsión o salida para el ARNt que ya cumplió su función.

El ribosoma luego va acercando los aminoácidos y se van formando enlaces peptídicos, los codones de ARNt van cambiando a aminoácidos a la vez que el ribosoma se mueve físicamente y se alarga la cadena polipeptídica de aminoácidos hasta que llegan a un codón de STOP. Este codón no tiene un anticodón como tal, sino que lanza una señal de desacoplamiento y es así como se libera la cadena polipeptídica.

Y así amigos, es como se forma una proteína

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Creo en el ADN todopoderoso creador de todos los seres vivos. Creo en el ARN, su único hijo, que fue concebido por obra y gracia de la ARN Polimerasa. Nació como tránscrito primario, padecio bajo el poder de nucleasas, metilasas y poliadenilasas. Fue procesado, modificado y transportado. Descendió del citoplasma, a los pocos segundos fue traducido a proteína. Ascendió por el Retículo Endoplásmico y el complejo de Golgi, y esta anclado sobre la membrana plasmática, a la derecha de la proteína G. Desde ahí ha de controlar la traducción de señales en células normales y apoptóticas. Creo en la Biología Molecular la Terapia Genética y la Biotecnología, en la secuenciación del genoma humano, la corrección de mutaciones, la clonación de especies, y la vida eterna. AMÉN

Un lugar del internet bien extraño

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Extracto de una conversación con mi crush

Yo: Sabes... no todo nuestro ADN cambia y se hace proteínas, hay en sí una región codificante

Él: Sí, lo vi en biología hace mil años, creo que solo el 30% sirve para eso

Yo: ¿Solo el 30%? ¿Y qué ondas con lo demás?

Él: Es el jjjjjjjj.jpg de nuestro ADN

Yo: ¿El qué? *Emoji riéndose*

Él: Lo demás que tenés en tu compu pero que no usas para nada

Yo: ah... pues creo que sí... algo así

No sé si su chiste fue bueno o no... me tomó un poco de tiempo entenderlo.

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ADN y ARN

Los nucleótidos, estructuralmente, están formados por un grupo fosfato, un azúcar pentosa y una base nitrogenada. Pero, ¿qué funciones cumplen o qué caracterizan a estas moléculas? Algunas generan o guardan información, pueden estar involucrados en la síntesis de proteínas, formar enlaces nucleicos, transportar electrones, iones, o conformar parte de vitaminas importantes.

Cuando polimerizamos varios monómeros de nucleótidos, obtenemos ácidos nucleicos: ADN y ARN.

¿Cuál es la diferencia entre ADN y ARN?

Estructuralmente, el ADN tiene una doble hebra y el ARN una simple.

El azúcar cambia; el ADN tiene una desoxirribosa y el ARN una ribosa.

Cambian las bases nitrogenadas; la Timina es sustituida por Uracilo en el ARN.

ADN: Timina, Guanina, Adenina, Citosina.

ARN: Uracilo, Guanina, Adenina, Citosina.

Su función; el ADN almacena la información genética, mientras que el ARN la transporta.

ADN

Hay un video en el blog sobre el ADN, lo puedes ver dando click aquí.

ARN

Existen varios tipos de ARN, cada uno con una función específica.

ARN mensajero (ARNm): se sintetiza a partir de una hebra de ADN como molde y es el que transporta la información genética fuera del núcleo hacia los ribosomas, los encargados de la síntesis de proteínas.

ARN de transferencia (ARNt): hebra única de ARN que tiene sitios de interacción con ella misma en los cuales recibe un plegamiento tridimensional y tiene un extremo diseñado para acarrear un aminoácido; el otro extremo funciona como un triplete complementario al ARNm, de esta forma puede interactuar con el ARNm y llevar consigo aminoácidos. Su función es transferir los aminoácidos para que la cadena polipeptídica, en la síntesis de proteínas, vaya creciendo.

ARN ribosomal (ARNr): es el ARN que conforma parte del ribosoma. Es sintetizado en la parte interna del núcleo, el nucleolo, y tiene una función netamente estructural para que pueda funcionar el ribosoma como maquinaria de síntesis de proteínas.

Algunos otros ARN tienen funciones regulatorias, de inhibición, protección a nivel celular.

Flujo de información genética

La información genética se almacena en el ADN, es transcrita a un lenguaje de ARNm y ese lenguaje es traducido a aminoácidos, los cuales forman proteínas.

Dogma central de la biología molecular

En resumen, un gen codifica para una proteína; todo lo que está a nivel de ADN es información para sintetizar proteína.

Punto clave

GEN: cualquier segmento de ADN que conforme una unidad básica hereditaria. Cualquier conjunto de nucleótidos que pueda ser heredado es un gen, por supuesto, debe contener información para sintetizar una proteína o para regular algún proceso de síntesis de proteínas.