Diferenciación
Celular
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)
Niveles de organización de la
materia viva
Partículas Subatómicas
Átomos
Moléculas
Células
Tejidos
Órganos
Niveles de organización de la
materia viva
Morfología
microscópica
Histología
Morfología macroscópica y mesoscópica
Tejidos
Están formados por:
Células
Sustancia Intercelular
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.
Diferenciación Celular
Ello llevó a pensar que la diferenciación celular
consistiría en la amplificación de secuencias particulares de ADN que codifican para tales proteínas (genes).
Dado que todas las células de una misma especie
Diferenciación Celular
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 Celular
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
Diferenciación Celular
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
Diferenciación Celular
Cada uno de estos núcleos es inyectados
individualmente a ovocitos enucleados.
El transplante de un núcleo somático (diploide) al ovocito
enucleado 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
Diferenciación Celular
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
Diferenciación Celular
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 mamífera. La oveja "Dolly" es el resultado del transplante de un núcleo de una célula somática de un animal adulto (célula de la glándula
Diferenciación y síntesis de
proteínas
En un organismo multicelular, los diferentes tipos
celulares sintetizan y almacenan proteínas diferentes.
¿Cuán 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
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
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)
estando presente en varios tipos celulares, sólo en uno
de ellos se sintetizan en cantidades excepcionalmente grandes, como la miosina en la célula muscular
Diferenciación y síntesis de
proteínas
El análisis del número de secuencias diferentes del
mARN sugiere que una célula eucariótica 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
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
Diferenciación celular y
expresión génica
En eucariontes la vía que va desde el ADN a la proteína involucra las siguientes etapas:
Transcripción de ADN a hnARN;
Procesamiento del hnARN (ARN nuclear heterogéneo) a
mARN;
Transporte del mARN del núcleo al citoplasma;
Traducción del mARN a proteína;
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
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.
En E. coli se describió la proteína represora de la
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
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
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
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.
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
Control de la diferenciación a
nivel de la transcripción
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
Control de la diferenciación a
nivel de la transcripción
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
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
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
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
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
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
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
Probables mecanismos de
expresión génica
Si existe una proteína
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
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
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
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
