Las células de Sertoli

Una célula de Sertoli es una célula 'enfermera' de los testículos que forma parte de un túbulo seminífero.

Se activado por la hormona estimulante del folículo y tiene FSH-receptor en sus membranas. Se encuentra específicamente en los túbulos seminíferos contorneados.

Funciones

Debido a que su función principal es nutrir los espermatozoides en desarrollo a través de las etapas de la espermatogénesis, las células de Sertoli también ha sido llamada la "madre" o células "enfermera". Células de Sertoli también actúan como fagocitos, consumiendo el citoplasma residual durante la espermatogénesis. La translocación de células germinales a partir de la base hasta el lumen de los túbulos seminíferos se produce por los cambios conformacionales en los márgenes laterales de las células de Sertoli.

SECRETOR

Las células de Sertoli secretan las sustancias siguientes:

• hormona anti-Mllerian - secretada durante las primeras etapas de la vida fetal.

• inhibina y activinas - secretadas después de la pubertad, y trabajan juntos para regular la secreción de FSH

• proteína de unión de andrógenos - aumenta la concentración de testosterona en los túbulos seminíferos para estimular la espermatogénesis

• estradiol - aromatasa a partir de células de Sertoli convertir la testosterona a 17 beta estradiol a la espermatogénesis directa

• derivado de la línea celular glial factor neurotrófico - se ha demostrado funcionar en la promoción indiferenciada espermatogonias, que asegura células madre auto-renovación en el período perinatal.

• la molécula relacionada Ets - necesario para el mantenimiento de la célula madre de espermatogonias en el testículo adulto.

• transferrina - una proteína de plasma sanguíneo para la entrega de iones de hierro

ESTRUCTURAL

Las uniones estrechas de las células de Sertoli forman la barrera sangre-testículo, una estructura que divide el compartimiento de la sangre intersticial de los testículos desde el compartimiento de adluminal de los túbulos seminíferos. Debido a la progresión apical de las espermatogonias, las uniones estrechas se deben reformar dinámicamente y roto para permitir que el espermatogonias immunoidentical para cruzar a través de la barrera sangre-testículo por lo que pueden llegar a ser inmunológicamente único. Células de Sertoli controlan la entrada y salida de nutrientes, hormonas y otros productos químicos en los túbulos del testículo, así como hacer el compartimento adluminal un sitio privilegiado inmunitario-.

La célula también es responsable de establecer y mantener el nicho de células madre de espermatogonias, que asegura la renovación de las células madre y la diferenciación de las espermatogonias en células germinales maduras que avance paso a paso a través del largo proceso de la espermatogénesis, que termina en la liberación de los espermatozoides. Las células de Sertoli se unen a las células espermatogonias vía N-cadherinas y galctosyltransferase.

OTRAS FUNCIONES

Durante la fase de maduración de la espermatogénesis, las células de Sertoli consumen las porciones innecesarias de los espermatozoides.

Producción de células de Sertoli

Se requieren células de Sertoli para el desarrollo sexual masculino. Durante el desarrollo de los machos, el gen SRY activa SOX9, que entonces activa y forma un bucle de alimentación hacia delante con FGF9. La proliferación de células de Sertoli y la diferenciación se activa principalmente por FGF9. La ausencia de FGF9 tiende a causar una hembra para desarrollar

Una vez totalmente diferenciado, la célula de Sertoli es incapaz de proliferar. Por lo tanto, una vez que ha comenzado la espermatogénesis, no se crean más células de Sertoli.

Recientemente, sin embargo, algunos científicos han encontrado una manera de hacer crecer estas células fuera del cuerpo. Esto da lugar a la posibilidad de la reparación de algunos defectos que causan la infertilidad masculina.

Se ha sugerido que se pueden derivar de mesonefros.

Nomenclatura

Las células de Sertoli se llaman así debido a su epónimo Enrico Sertoli, un fisiólogo italiano que los descubrió mientras estudiaba medicina en la Universidad de Pavia, Italia.

Él publicó una descripción de este celular en 1865 - La célula fue descubierta por Sertoli con un microscopio Belthle comprada en 1862, que él utilizó mientras estudiaba medicina.

En la edición 1865, la primera descripción utiliza los términos "célula de árbol" o "célula fibrosa" y lo más importante se refirió a las "células madre". Fue otros científicos que usaron el apellido de Enrico, Sertoli, para etiquetar estas células en las publicaciones, a partir de 1888 - A partir de 2006, dos libros de texto que se dedican específicamente a las células de Sertoli se han publicado.

Histología

En diapositivas, usando tinción estándar, que puede ser fácil de confundir las células de Sertoli con las otras células del epitelio germinal. La característica más distintiva de las células de Sertoli es el nucléolo oscuro.

Patología

Tumor de células de Sertoli-Leydig son parte del grupo de tumores del estroma del cordón sexual de los tumores ováricos.

• Sección transversal de un túbulo de los testículos de una rata. X 250.

Las células de Leydig

Células de Leydig, también conocidas como células intersticiales de Leydig, se encuentran adyacentes a los túbulos seminíferos en el testículo. Ellos producen testosterona en presencia de la hormona luteinizante. Las células de Leydig son forma poliédrica, mostrar un gran núcleo prominente, un citoplasma eosinófilo y numerosas vesículas llenas de lípidos.

Nomenclatura

Las células de Leydig son el nombre del anatomista alemán Franz Leydig, que las descubrió en 1850.

Funciones

Las células de Leydig liberan una clase de hormonas llamadas andrógenos. Se segregan testosterona, androstenediona y dehidroepiandrosterona, mediante la estimulación de la hormona pituitaria hormona luteinizante. LH aumenta la actividad desmolasa colesterol, conduciendo a la síntesis y la secreción de la testosterona por las células de Leydig.

La prolactina aumenta la respuesta de las células de Leydig a la LH, aumentando el número de receptores de LH expresados en las células de Leydig.

Ultraestructura

La célula de Leydig de mamífero es una célula epitelioide poliédrica con un solo núcleo ovoide situada excéntricamente. El núcleo contiene dos y cincuenta y nueve nucleolos prominentes y grandes cantidades de oscuro-tinción heterocromatina periférica. El citoplasma acidófilo por lo general contiene numerosas gotas de lípidos de membrana y grandes cantidades de retículo endoplásmico liso. Además de la abundancia evidente de SER con manchas dispersas de retículo endoplasmático rugoso, varias mitocondrias son también prominentes en el citoplasma. Con frecuencia, la lipofuscina pigmento y en forma de varilla de estructuras similares a cristales de 3 a 20 micrómetros de diámetro se encuentran. Estas inclusiones no tienen función conocida. Ninguna otra célula intersticial dentro de los testículos tiene un núcleo o el citoplasma de estas características, haciendo la identificación relativamente fácil.

Desarrollo

"Las células de Leydig de tipo Adult' diferencian en el testículo post-natales y son de reposo hasta la pubertad. Son precedidos en los testículos por una población de "células de tipo fetal' Leydig del 8 de las 20 semanas de gestación, que producen suficiente testosterona para la masculinización del feto varón.

Patología

Las células de Leydig pueden crecer sin control y forman un tumor de células de Leydig. Estos tumores suelen ser benignos. Pueden ser hormonalmente activos, es decir, segregan testosterona.

Adrenomieloneuropatía es otro ejemplo de una enfermedad que afecta a las células de Leydig: testosterona del paciente puede caer a pesar de los niveles más altos de lo normal de LH y FSH.

La terapia de electroestimulación se ha encontrado para inducir la destrucción de las células de Leydig.

• Sección de un cable genital de los testículos de un embrión humano 3,5 cm. de largo.
• Intermedio micrografía ampliación de un tumor de células de Leydig. H y E tinción.
• High micrografía ampliación de un tumor de células de Leydig. H y E tinción.
• Sección transversal de los túbulos seminíferos. Las flechas indican la ubicación de las células de Leydig.

CAMBIO ALOSTÉRICO DE LA HEMOGLOBINA

Dado que la difracción de rayos X ha hecho posible determinar los detalles de los estados desoxi y oxi de la hemoglobina, es posible ya formular una descripción bastante completa del cambio global y especular con respecto a su mecanismo.

La transición desde la conformación desoxi a la conformación oxi comporta alteraciones importantes de las características de la interacción subunidad-subunidad. Puede obtenerse algún conocimiento de este proceso mediante un análisis más detenido de la Figura 7.12b. Obsérvese la región situada en el extremo inferior

izquierdo, donde la subunidad /32 interacciona con la cadena En la forma desoxi, el C-terminal de f¡2 (residuo 146) se encuentra sobre la hélice C de Oí] (residuos 36-42) y se mantiene en esta posición mediante una red de enlaces de hidrógeno y puentes salinos. La His 97 de la esquina FG de la j32 es empujada contra la esquina CD de la a l entre Thr 41 y Pro 44. En la forma oxi, la rotación y deslizamiento de las subunidades han empujado los C-terminales de las cadenas fl apartándolos de los contactos a (Figura 7.12b). Los puentes salinos y los enlaces de hidrógeno que sostienen el C-terminal se han roto, y la His 97 de la j32 se encuentra ahora entre Thr 3 8 y Thr 41 de . Dada la simetría de la estructura, se producen una serie de cambios exactamente equivalentes en la interfase 0^3,. Es como si la molécula hubiera “saltado” a un nuevo conjunto de interacciones.

En el proceso se han roto varias interacciones fuertes (en concreto las que afectan a los C-terminales). En términos del modelo MWC, esta conformación más laxa se denomina relajada (R). El precio energético de este cambio se paga mediante la unión del 0 2 a la molécula. Una vez que ha salido el 0 2, la molécula vuelve de manera natural a su conformación desoxi de menor energía Esta conformación más ajustada es, en la nomenclatura MWC, el estado tenso (T). 

¿De qué forma se comunica exactamente la energía de la unión del 0 2 para producir este cambio molecular? De nuevo, los detalles son complicados, aunque puede obtenerse una ligera idea del mismo examinando la Figura 7.13, que muestra la relación de la His F8 y de la Val adyacente (FG5) con el hemo de la desoxihemoglobina. La figura incluye un hecho importante que no se ha mencionado

antes: no sólo se encuentra el átomo de hierro de la conformación desoxi un poco por encima del plano del hemo, sino que el propio hemo no es del todo plano, sino que está distorsionado y adopta una forma de cúpula. Además, tanto en la desoximioglobina como en la desoxihemoglobina, el eje de His F8 no es exactamente perpendicular al hemo sino que presenta una inclinación de unos 8o.

Cuando el oxígeno se une al otro lado, tira del átomo de hierro una corta distancia hacia abajo dentro del hemo y aplana éste (Figura 7.13b y c). Este cambio no puede producirse sin un reordenamiento molecular, puesto que un movimiento de este tipo acercaría demasiado al hemo el hidrógeno £ de His F8 y la cadena lateral de Val FG5. Lo que sucede es que la histidina cambia su orientación hacia la perpendicular, desplazando con ello la hélice F y la esquina FG. A su vez, este movimiento distorsiona y debilita todo el complejo de enlaces de H y puentes salinos que conectan las esquinas FG de una subunidad con las hélices C de otra. Por consiguiente, se produce el reordenamiento que se muestra en la Figura 7.12. Expresado en términos más simples, lo que ha ocurrido es que la unión del 0 2, al tirar del hierro una fracción de nanómetro dentro del hemo, ha producido mediante un efecto de palanca un desplazamiento mucho mayor de la estructura circundante, y en particular en las interfases cruciales a-p.

En 1970, M. F. Perutz, uno de los pioneros de los estudios de difracción de rayos X de las proteínas, propuso este mecanismo para explicar la cooperatividad de la unión del oxígeno. Pero, ¿corresponde con la realidad? Recientemente se han realizado experimentos ingeniosos que señalan que al menos es un planteamiento razonable. Barrick et al (véase la Bibliografía) han utilizado la técnica de mutagénesis de lugar dirigida para sustituir los residuos de histidina proximales de las cadenas a y ¡i por glicinas. A continuación, se estudió la proteína en presencia de imidazol 10 mM, de forma que la pequeña molécula de imidazol puede reemplazar al residuo de histidina pero no está ligado a la hélice F (véase la Rgura 7.14). Como consecuencia, aunque la unión del oxígeno puede todavía aplastar al hemo, no desplaza a la hélice F. Lo que se observa es que, en gran medida, se pierde la cooperatividad de la unión, como predice el modelo de Perutz. 

Los cambios descritos en el modelo de Perutz son un reordenamiento de la estructura terciaria de cada subunidad tras la unión del oxígeno. También sabemos que se produce un reordenamiento importante de la estructura cuaternaria entre los estados desoxi lleno y oxi lleno (T y R) del tetràmero completo. ¿Cómo se conectan los cambios estructurales terciarios y cuaternarios? Gran parte de la respuesta la ha proporcionado la investigación realizada en el laboratorio de Gary Ackers y se resume en la Figura 7.15. Los cambios de la estructura terciaria que acompañan a la unión del oxígeno pueden tolerarse hasta un punto determinado antes de que se produzca el cambio T — - R. Concretamente, siempre que está ocupado un lugar en cada uno de los dos dímeros a0, la molécula en su conjunto adopta la estructura cuaternaria R. Así pues, la hemoglobina no sigue completamente el modelo KNF ni el modelo MWC, sino una ruta novedosa que contiene características de ambos modelos. Este modelo más reciente no implica que los modelos anteriores sean en general incorrectos. Como veremos más adelante, existen proteínas alostéricas que parecen seguir de manera casi exacta el modelo MWC.

Efectos de otros ligandos sobre el comportamiento alostérico de la hemoglobina

La unión cooperativa y el transporte de oxígeno son tan sólo una parte del comportamiento alostérico de la hemoglobina. Las realidades de la fisiología animal imponen otras exigencias. En primer lugar, cuando el oxígeno se utiliza en los tejidos, se produce dióxido de carbono, que debe transportarse de vuelta a los pulmones o las branquias. La acumulación de C02 reduce también el pH en los eritrocitos mediante la reacción del bicarbonato,

COz + H¿0 Í= * HCO3- + H +

Esta reacción de los eritrocitos la cataliza la enzima anhidrasa carbónica. Al mismo tiempo, la demanda de oxígeno elevada, especialmente en el músculo que está realizando una actividad enérgica, puede dar lugar a un déficit de oxígeno. Como se indicará en el Capítulo 13, una consecuencia de este déficit es la producción de ácido láctico, el cual reduce también el pH. La disminución del pH en los tejidos y en la sangre venosa señala la exigencia de un mayor aporte de oxígeno.

La hemoglobina funciona de manera eficaz para satisfacer estas necesidades, utilizando para ello su transición alostérica entre estados de afinidad alta y de afinidad baja estructuralmente diferentes. El dióxido de carbono, los protones y otras sustancias que fomentan estos cambios se denominan efectores alostéricos

Ciclos Leyes Mendel

La Herencia - Dr. Ernesto Contreras (Serie Lecciones De Biologia)

LA ERA DEL HIELO - Dr. Ernesto Contreras

Interior Célular (libro Ed Freeman)

VIDEO EXPLICATIVO

El Misterio de la Vida, "La Bioquímica Celular Desafía a Darwin"

Estructura primaria de los ácidos nucleicos

NATURALEZA Y TRA SC END ENC IA DE LA ESTRUCTURA PRIMARIA

 Dos características importantes de todos los polinucleótidos:

1. Una cadena polinucleotídica posee un sentido o cUreccionalidad. El enlace fosfodiéster entre las unidades monoméricas se produce entre el carbono 3' de un monómero y el carbono 5' del siguiente. Así pues, los dos extremos de una cadena polinucleotídica lineal son diferenciables. Un extremo lleva normalmente un fosfato 5' sin reaccionar, y el otro extremo un grupo hidroxilo 3' sin reaccionar.

2. Una cadena polinucleotídica posee individualidad, determinada por la secuencia de sus bases, es decir, la secuencia de nudeótidos. Esta secuencia se denomina estructura primaria de ese ácido nucleico concreto. Si queremos describir una secuencia polinucleotídica determinada (tanto si se trata de DNA como si es RNA), resulta extremadamente difícil y totalmente innecesario dibujar la molécula en su totalidad, como en la Figura 4.1. Ello ha hecho que se diseñaran algunas nomenclaturas más compactas. Si indicamos que estamos describiendo una molécula de DNA o una molécula de RNA, se comprende ya la mayor parte de la estructura. Podemos abreviar una molécula pequeña de DNA de la forma siguiente:

Esta notación indica: (1) la secuencia de nucleótidos, mediante sus abreviaturas de una letra (A, C, G, T); (2) que todos los enlaces fosfodiéster son entre hidroxilos 3’ y fosfatos 5'; y (3) que esta molécula concreta tiene un grupo fosfato en su extremo 5* y un hidroxilo 3' sin reaccionar en su extremo 3'. También nos dice que es una secuencia de DNA y no RNA, porque tiene T y no U. Si se supone que todos los enlaces fosfodiéster unen un hidroxilo 3' a un fosfeto 5' (como suele ocurrir), puede utilizarse una notación más compacta de la misma molécula:

pApCpGpTpT

Se sobrentiende la presencia del grupo 3' —OH sin reaccionar. Si hubiera un fosfato en el extremo 3' y un hidroxilo sin reaccionar en el extremo 5\ escribiríamos ApCpGpTpTp- Por último, si nos interesa solamente la secuencia de bases de la molécula, como sucede en muchas ocasiones, podemos utilizar una notación aún más compacta ACGTT. Obsérvese que, por convenio, la secuencia de una cadena polinucleotídica suele escribirse con el extremo 5' a la izquierda y el extremo 3' a la derecha. La importancia principal de la estructura primaria o secuencia, es que la información genética se almacena en la estructura primaria del DNA. Un gen no es más que una secuencia concreta de DNA, que codifica la información mediante un lenguaje de cuatro letras, en el que cada “letra” es una de las bases.

EL DNA COM O SUSTANCIA G EN ÉT ICA : INDICIOS INICIALES

La búsqueda de la sustancia de la que están formados los genes tiene una historia larga. A finales de la primera década del siglo xix, poco después de que el bioquímico alemán Friedrich Miescher hubiera aislado por primera vez el DNA del esperma de salmón, algunos científicos sospecharon que el DNA podía ser el material genético. Pero los estudios posteriores que indicaron que el DNA contenía tan sólo cuatro clases de monómeros parecieron descartar que pudiera desempeñar este complicado papel. Los primeros investigadores pensaron que era más probable que los genes estuvieran formados por proteínas, ya que estaba empezando a observarse que éstas eran moléculas mucho más complejas. Durante la mayor parte de la primera mitad del siglo xx, los ácidos nucleicos se consideraron simplemente como una clase de sustancia estructural del núcleo celular.

Entre 1944 y 1952, una serie de experimentos cruciales apuntaron claramente al DNA como material genético. En 1944 Oswald Avery, Colin MacLeod y Maclyn McCarty descubrieron que el DNA de cepas patógenas de la bacteria Pneumococcus podía transferirse a cepas no patógenas, haciéndolas patógenas (Figura 4.8a). La transformación era genéticamente estable y las generaciones sucesivas de bacterias conservaban las nuevas características. Sin embargo, fue un elegante experimento realizado por Alfred Hershey y Martha Chase el que convenció finalmente a muchos científicos. Hershey y Chase estudiaron la infección de la bacteria Escherichia coli por un virus bacteriano, el bacteriófago T2.

H C U R A 4 .8 Experimentos que demostraron que ei DMA es la sustancia genética. (a) Avery a l demostraron que los neumococos no patógenos podían hacerse patógenos mediante la transferencia de DNA procedente de una cepa patógena. (b) Hershey y Chase demostraron que era la transferencia de DNA vírico de un virus a una bacteria lo que daba origen a nuevos virus.

Aprovechando el hecho de que las proteínas del bacteriófago contienen azufre y poco fósforo y que el DNA del bacteriófago contiene fósforo pero no azufre, estos investigadores marcaron el bacteriófago T2 con los isótopos radiactivos 35S y 32P (Figura 4.8b). A continuación, comprobaron que cuando el bacteriófago se unía a E coli, era principalmente el 32P (y, por tanto, el DNA del bacteriófago) el que se transfería a la bacteria. Aunque la parte proteica residual del bacteriófago se eliminaba de la bacteria, sólo el DNA insertado era suficiente para dirigir la formación de nuevos bacteriófagos.

Mediante estos experimentos y otros similares, en 1952 se había aceptado ya en general que el DNA debía ser la sustancia genética. Pero, ¿cómo podía transportar la enorme cantidad de información que una célula necesitaba, cómo podía transmitir esa información a la célula y, sobre todo, cómo podía reproducirse de manera exacta en la división celular? Las respuestas a estas preguntas vinieron sólo tras uno de los descubrimientos más notables de la historia de la ciencia. En 1953, James Watson y Francis Crick propusieron una estructura para el DNA que abrió todo un mundo nuevo de la biología molecular.

Arquitectura molecular de la materia viva (BIOQUÍMICA)

SE PRESENTAN LAS TRES CLASES PRINCIPALES DE biomoléculas: los ácidos nucleicos, las proteínas y los polisacáridos. Estas sustancias, en conjunto, constituyen una gran parte de la materia viva. Dirigen y realizan el enorme entramado de procesos químicos que constituyen la vida. Aunque estructuralmente son muy diferentes, los ácidos nucleicos, las proteínas y los polisacáridos poseen determinadas características comunes.

Naturaleza de los ácidos nucleicos

Resulta adecuado iniciar esta sección con los ácidos nucleicos, ya que en cierto sentido son los componentes más fundamentales de la célula viva. Parece probable que la vida en sí empezara su evolución con los ácidos nucleicos, puesto que éstas son las únicas sustancias biológicas que poseen la notable propiedad de la autoduplicación. Hoy en día, los ácidos nucleicos actúan como depositarios y transmisores de la información genética de cada célula, tejido y organismo. Los planos para la construcción de un organismo están codificados en su ácido nucleico, en moléculas gigantescas como la que se muestra en la Figura 1.5. Gran parte del desarrollo físico de un organismo a lo largo de su vida está programado en estas moléculas. Las proteínas que elaborarán sus células y las funciones que realizarán están todas registradas en esta “cinta” molecular.

DOS TIPOS DE ÁCIDO NUCLEICO: DNA Y RNA

Existen dos tipos de ácido nucleico, el ácido ribonucleico (RNA) y el ácido desoxirribo nucleico (DNA). Como se indica en la Figura 4.1, cada uno de ellos es una cadena polimèrica, en la que las unidades monoméricas están conectadas por enlaces covalentes. Las estructuras de las unidades monoméricas del RNA y DNA son las siguientes:

En cada caso, la unidad monomérica contiene un azúcar de cinco carbonos, la ribosa en el RNA y la 2'-desoxirribosa en el DNA (que se indican en azul en las estructuras). Los átomos de carbono se designan con primas (1', 2', etc.) para diferenciarlos de los átomos de las bases. La diferencia entre los dos azúcares radica únicamente en el grupo hidroxilo 2' de la ribosa en el RNA, que está sustituido por el hidrógeno en el DNA. La conexión entre las sucesivas unidades monoméricas en los ácidos nucleicos se realiza mediante un residuo fosfato unido al hidroxilo del carbono 5’ de una unidad y al hidroxilo 3' de la siguiente. Esto forma un enlace fosfodiéster entre dos residuos de azúcar (Figura 4.1). De esta forma, se construyen cadenas largas de ácido nucleico, que a veces contienen centenares de millones de unidades. El grupo fosfato es un ácido fuerte, con un valor de pK¿ de aproximadamente 1, y ésta es la razón por la que al DNA y al RNA se les denomina ácidos nucleicos. A pH fisiológico cada residuo de una molécula de DNA o RNA lleva una carga negativa.

Los residuos de azúcar unidos mediante enlace fosfodiéster constituyen el armazón de la molécula de ácido nucleico. En sí, el armazón es una estructura repetitiva, incapaz de codificar información. La importancia de los ácidos nucleicos en el almacenamiento y la transmisión de la información deriva de que son hete ropo lime ros. Cada monómero de la cadena contiene una base heterocíclica, que siempre va unida al carbono 1' del azúcar (véase la Figura 4.1). En la Figura 4.2 se muestran las estructuras de las principales bases existentes en los ácidos nucleicos. Existen dos tipos de bases heterocíclkas, que se denominan pulirías y pirimidinas. El DNA tiene dos purinas, adenina (A) y guanina (G), y dos pirimidinas, dtosina (C) y timina (T). El RNA posee las mismas bases, excepto que la timina está sustituida por uracilo (U). El RNA y, en menor medida, el DNA contienen también una pequeña proporción de bases con modificaciones químicas. Consideraremos estas bases modificadas en apartados posteriores de este capítulo.

El DNA y el RNA pueden considerarse, cada uno de ellos, como un polímero formado con cuatro clases de monómeros. Los monómeros son moléculas de ribosa o desoxirribosa fosforiladas, con bases púricas o pirimidínicas unidas a sus carbonos 1'. En las purinas, la unión se realiza con el nitrógeno 9 y en las pirimidinas con el nitrógeno 1. El enlace entre el carbono 1' del azúcar y el nitrógeno de la base se denomina enlace glucosídico. Estos monómeros se denominan nucleótidos. Cada nudeótido puede considerarse el derivado 5'-monofosforilado de un aducto azúcar-base denominado nucleósido (Figura 4.3). Así, los nucleótidos pueden también denominarse nucleósidos 5 '-monofosfato. Hemos encontrado ya una de estas moléculas en el Capítulo 3: la adenosina 5'-monofosiáto o AMP. Dado que todos los ácidos nucleicos pueden considerarse polímeros de nucleótidos, se les suele asignar la denominación genérica de polinucleótidos. Los polímeros pequeños, que contienen tan sólo algunos residuos, se denominan, oligonucleótidos.

PROPIEDADES  DE  LOS  N U C L EÓ T ID O S

Los nucleótídos son ácidos bastante fuertes, en los que la ionización primaria del fosfato se produce con un valor de píQ de aproximadamente 1.0. Tanto la ionización secundaria del fosfato como la protonación o desprotonación de algunos de los grupos de las bases de los nucleótídos pueden observarse a valores de pH bastante próximos a la neutralidad (Tabla 4.1). Las bases son capaces también de experimentar una conversión entre formas tautómeras. Las formas tautómeras, o tautómeros, son isómeros estructurales que se diferencian en la disposición de sus átomos de hidrógeno y los dobles enlaces. Las formas principales son las que se muestran en la Figura 42, pero la G, la T y el U pueden isomerizarse parcialmente a formas enol, y la A y la C a formas imino, como se muestra en la Figura 4.4.

Como consecuencia de los sistemas de dobles enlaces conjugados de los anillos de purinay pirimidina, las bases y todos sus derivados (nucleósidos, nucleótidos y ácidos nucleicos) absorben intensamente la luz en la región del espectro del ultravioleta cercano. Esta absorción depende en parte del pH, debido a las reacciones de ionización de las bases. En la Figura 4.5 se presentan espectros representativos de los ribonucleótidos a pH neutro. Esta intensa absorbancia se utiliza para la determinación cuantitativa de los ácidos nucleicos, ya que permite medir las concentraciones de ácido nucleico con una detección de microgramos/mL mediante espectrofotometría (véase Herramientas de la Bioquímica 6A). La luz ultravioleta puede tener también efectos dañinos químicos sobre el DNA que dan lugar, por ejemplo, a cáncer de piel.

ESTABILIDAD Y FORMACIÓN DEL ENLAC E FOSFODIÉSTER

Si comparamos las estructuras de los nucleótídos que se muestran en la Figura 4.3 con las cadenas polinucleotídicas de la Figura 4.1, vemos que, en principio, un polinucleótido podría generarse a partir de sus monómeros nucleótídos mediante la eliminación de una molécula de agua entre cada par de monómeros.

Es decir, podríamos imaginar la adición de otro residuo nucleótido a una cadena polinudeotídica mediante la reaedón de deshidratación que se muestra en la Figura 4.6. Sin embargo, el cambio de energía libre de esta reacción hipotética es bastante positivo, de aproximadamente +25 kj/mol y, en consecuencia, de equilibrio está muy desplazado hada d lado de la hidrólisis del enlace fosfodiéster en el medio acuoso de la célula. La hidrólisis de los polinudeótidos a nudeótidos es de proceso favorecido termodinàmicamente.

Encontramos aquí el primero de los múltiples ejemplos de metaestabilidad de los polímeros con importancia biológica. Los compuestos metaestables tienen favorecida termodinàmicamente su ruptura, pero ésta se produce sólo muy lentamente salvo que la reaedón esté catalizada. De acuerdo con la variadón de eneigía Ubre implicada, los polinudeótidos deberían hidrolizarse en las condiciones de las células vivas, pero su hidrólisis es extremadamente lenta, salvo que esté catalizada. Esta característica es de la máxima importanda, puesto que garantiza que el DNA en las células sea suficientemente estable como para cumplir una fundón útil de depósito de la informadón genética. En condiaones de deshidratación, el DNA es tan estable que ha sido posible incluso recuperar fragmentos de moléculas de DNA de algunos fósiles antiguos. Sin embargo, cuando hay catalizadores, la hidrólisis puede ser extraordinariamente lápida en disoludón acuosa. La catálisis àcida da lugar a la hidrólisis de los enlaces fosfodiéster en el RNA, produciendo una mezcla de nucleótidos. En ambos, RNA y DNA, el enlace glucosídico entre la base y d azúcar se hidroliza también, dando una mezcla de bases, áddo fosfórico y ribosa (o desoxirribosa). El RNA, pero no el DNA, es también lábil en soluciones alcalinas y el tratamiento con álcali 0.1 m produce una mezcla de 2' y 3' nucleósidos fosfato. Por último, y lo más importante desde el punto de vista biológico, las enzimas denominadas nudeasas catalizan la hidrólisis de los enlaces fosfodiéster tanto en el RNA como en el DNA. El organismo es capaz de degradar y utilizar los polinudeótidos de los alimentos consumidos gracias a que d aparato digestivo contiene nudeasas. En el Capítulo 11 se describen ejemplos de enzimas de este tipo.

La termodinámica desfavorable de la hipotética reacción de deshidratación que se muestra en la Figura 4.6 nos lleva a plantear la siguiente pregunta: si no pueden sintetizarse in vivo los polinudeótidos por la eliminación directa de agua, ¿cómo se forman realmente? La respuesta es que su síntesis implica a los nudeósidos o desoxinudeósidos trifosfato de energía elevada. Aunque el proceso que tiene lugar en las células es bastante complejo, la reacción básica es sencilla. En vez de la reaedón de deshidratación de la Figura 4.6, lo que sucede en las células vivas es la reacción que se muestra en la Figura 4.7. 

El nucleósido monofosfato que se añade a la cadena en crecimiento se presenta en forma de nucleósido trifosfato, como el ATP o el desoxi ATP (dATP), y en la reacción se libera pirofosfato. Podemos calcular el cambio de energía libre de esta reacción señalando que puede considerarse la suma de dos reacciones: la hidrólisis de un nucleósido trifosfato y la formación de un enlace fosfodiéster por la eliminación de agua: 

La reacción acoplada es favorable porque el valor neto de AG°' es negativo. La reacción se ve favorecida también porque la hidrólisis del producto pirofosfato (PP¡) a ortofosfato (P¡) tiene un valor de AG°' = -33 kJ/moL Así pues, el pirofosfato se elimina con facilidad, impulsando aún más la reacción de síntesis hacia la derecha y proporcionando un AG°' global de -39 kJ/mol. La síntesis de polinucleótidos es un ejemplo de un principio recalcado en el Capítulo 3: el empleo de reacciones favorables para impulsar reacciones que son termodinàmicamente desfavorables.

Es importante tener en cuenta la forma en que las características energéticas de estos procesos encajan en el esquema general de la vida. Un organismo obtiene energía, de la fotosíntesis si se trata de una planta, o bien del metabolismo de los alimentos, y almacena parte de esta energía mediante la generación de ATP, GTP, dATP, dGTP y otros compuestos de energía elevada. A su vez, utiliza estos compuestos como fuentes de energía para impulsar la síntesis de macromoléculas como el DNA, el RNA y las proteínas. Este empleo de trifosfatos como moneda de cambio energético de la célula es un tema que se irá repitiendo una y otra vez a lo largo de este libro.

Energética de la vida

Una célula viva es una estructura dinámica. Crece, se mueve, sintetiza macromoléculas complejas y traslada selectivamente sustancias dentro y fuera de la célula o entre compartimientos. Toda esta actividad requiere energía, por lo que cada célula y cada organismo deben obtenerla de sus alrededores y gastarla de la manera más eficaz posible. Las plantas obtienen la energía de la luz solar; los animales utilizan la energía almacenada en las plantas o en otros animales de los que se alimentan. El procesamiento de esta energía, aprovechándola lo más posible para realizar las funciones que una célula u organismo debe llevar a cabo es una gran parte del tema en el que se centra la bioquímica. En cada célula, la mayor parte de la elegante maquinaria molecular existente está dedicada a esta tarea.

Debido al papel central que desempeña la energía en la vida, resulta adecuado que empecemos el estudio de la bioquímica con una introducción a la bioenergética, el análisis cuantitativo de la forma en que los organismos adquieren y utilizan la energía. La bioenergética puede considerarse una parte especial de la ciencia general de las transformaciones energéticas, denominada termodinámica. En este capítulo revisaremos tan sólo una pequeña parte de ese campo, eligiendo únicamente los conceptos que son importantes para el bioquímico o el biólogo.

Energía, calor y trabajo

Una palabra que utilizaremos con frecuencia en nuestra exposición es la de sistema. En este contexto, un sistema es la parte del universo que elegimos para el estudio. Puede tratarse de una única célula bacteriana, de una placa de Petri que contenga nutrientes y millones de células, de todo el laboratorio en el que se encuentra la placa, de la tierra o del universo entero. Un sistema debe tener unos límites definidos, pero por lo demás hay pocas restricciones. El sistema puede ser aislado, y en consecuencia incapaz de intercambiar energía y materia con sus alrededores; puede ser cerrado, capaz de intercambiar energía, aunque no materia; o puede ser abierto, de forma que la energía y la materia puedan entrar y salir.

Todo sistema contiene una determinada cantidad de aiergía interna, que indicamos con el símbolo £ Es importante para entendernos especificar lo que incluye esta energía interna. Los átomos y moléculas del sistema poseen una energía cinética de movimiento y una energía de vibración y rotación. Incluimos, además, toda la energía almacenada en los enlaces químicos existentes entre los átomos y la energía de las interacciones no covalentes entre las moléculas. En realidad, debemos incluir todo tipo de energía que pueda modificarse por procesos químicos o físicos no nucleares. No es necesario incluir la energía almacenada

en el núcleo atómico, puesto que ésta no se altera en las reacciones químicas o bioquímicas. La energía interna es una función del estado de un sistema. El estado termodinámico se define mediante la indicación de las cantidades de todas las sustancias presentes y dos cualesquiera de las tres variables siguientes: la temperatura (T), la presión sobre el sistema (P) y el volumen del sistema (V). Se trata básicamente de una receta para expresar el sistema de una forma definida. Así por ejemplo, un sistema compuesto por 1 mol de 0 2 en estado gaseoso en 1 litro a 273 K, tiene un estado definido y, por tanto, un valor de energía interna definido. Este valor es independiente de cualquier antecedente previo del sistema.

Salvo que un sistema esté aislado, puede intercambiar energía con sus alrededores y modificar, por tanto, su energía interna; definimos este cambio como AE. Para un sistema cerrado este intercambio sólo puede producirse de dos formas. En primer lugar, puede transferirse calor a un sistema o desde él. En segundo lugar, el sistema puede realizar un trabajo sobre sus alrededores o hacer que se realice un trabajo sobre él. El trabajo puede adoptar muchas formas. Puede incluir la expansión del sistema contra una presión externa como la expansión de los pulmones, el trabajo eléctrico como el que realiza una batería o el que es necesario para bombear iones a través de una membrana, la expansión de una superficie contra la tensión superficial, la flexión de un flagelo para impulsar a un protozoo, o el levantamiento de un peso mediante la contracción de un músculo. En todos estos ejemplos, se ejerce una fuerza contra una resistencia para producir un desplazamiento; así se realiza trabajo.

Obsérvese que el calor y el trabajo no son propiedades del sistema. Pueden considerarse como una “energía en tránsito” entre el sistema y sus alrededores. Se han adoptado determinados convenios para describir estas formas de intercambio

de energía:

1. Designamos el calor mediante el símbolo q. Un valor positivo de q indica que el sistema absorbe calor de sus alrededores. Un valor negativo significa que el calor fluye desde el sistema hada sus alrededores.

2. Designamos el trabajo con el símbolo w. Un valor positivo de w indica que el sistema realiza trabajo sobre sus alrededores. Un valor negativo significa que los alrededores realizan trabajo sobre el sistema.

Todo esto puede parecer excesivamente abstracto, pero tiene una relación muy directa con el funcionamiento de todos los días de nuestros cuerpos. Guando ingerimos un alimento como la glucosa, lo metabolizamos y finalmente lo oxidamos hasta C 02 y agua. La oxidación de un gramo de glucosa se asocia con un cambio de energía definido (A£), y parte de la energía liberada está disponible para nuestro uso. Parte de esta energía disponible la gastamos para generar calor (por ejemplo, para mantener la temperatura corporal) y parte en diversas clases de trabajo, entre las que se encuentran no sólo las que son obvias, como caminar y respirar, sino también otras clases más sutiles,como el envío de impulsos a lo largo de los nervios, el bombeo de iones a través de las membranas, etc.

Glosario Biología ( G,H,I)

Gameto. Célula que interviene en la reproducción sexual; óvulo o espermatozoide, la unión de los cuales durante la reproducción sexual da comienzo al desarrollo del nuevo individuo.

Gametofito. Fase haploide productora de gametos en el ciclo de la vida de las plantas.

Gemación. Reproducción asexual en la que una pequeña parte del cuerpo del progenitor se separa del resto, desarrollándose para formar un nuevo individuo que, en última instancia, adopta una vida independiente se convierte en un nuevo miembro más o menos independiente de la colonia o célula.

Gen. Unidad indivisible de información hereditaria que por lo regular codifica una proteína. Está formado por DNA y se localiza en los cromosomas.

Genes recesivos. Genes que no se expresan cuando están en condiciones heterocigóticas.

Genoma. Conjunto completo de factores hereditarios encerrados en un juego haploide de cromosomas.

Genotipo. Construcción genética completa de un organismo.

Gimnospermas. Plantas cuyas semillas no están encerradas por el ovario; producen sus semillas en conos. Clase de plantas productoras de semillas; plantas en las que se desarrollan semillas sin protección en las escamas de los conos; filum Gymnospermas.

Glucógeno. Polisacárido formado a partir de glucosa y almacenado principalmente en el hígado y (en menor abundancia) en el tejido muscular, es el principal carbohidratos de almacén de las células animales.

Gónada. Glándula productora de gametos; ovario o testículo.

Haploide. Número cromosómico característico de los gametos o las esporas; mitad del número diploide. En las plantas, el número cromosómico de las células somáticas del gametofito.

Hemofilia. Enfermedad hemorrágica hereditaria en la que las personas afectadas no tienen coagulación sanguínea normal; se debe a una deficiencia globulínica que afecta la producción de tromboplastina.

Hemoglobina. Pigmento proteínico rojo que contiene hierro y sirve para transportar oxígeno y dióxido de carbono, ayuda a regular el pH, forma parte de glóbulo rojo de la sangre.

Hermafrodita. Organismo que forma por igual gametos masculinos y femeninos.

Heterocigoto. Individuo constituido por gametos con genes homólogos diferentes (paternos y maternos).

Heterótrofos. Organismos que no pueden sintetizar su propio alimento a partir de sustancias inorgánicas y que, por consiguiente, deben vivir a expensas de autótrofos o de materia en descomposición.

Híbrido. Individuo resultante del cruzamiento de dos individuos de la misma especie, que difieren en alguno o algunos de sus genes. También se designa así al producto del cruzamiento de dos especies diferentes, por ejemplo, la mula.

Hidrófobo: Que carece de grupos polares, y en consecuencia, es poco soluble en agua.

Hidrólisis: Cambio químico de un compuesto, para el que se requiere la ruptura de la molécula de agua con el agua.

Hifa. Uno de los filamentos que integran el micelio de los hongos.

Histonas. Pequeñas proteínas nucleares con carga positiva (básicas) que se fijan al DNA negativamente cargado para formar los nucleosomas.

Histona: Proteína simple que contiene muchos grupos básicos. Soluble en agua. Combinada con el ADN forma una nucleohistona, la cual interviene en la constitución de los nucleosomas.

Homeostasis. Ambiente corporal interno en equilibrio; tendencia automática de un organismo a mantener una condición estable. 

Homocigótico. Que posee un par de alelos idénticos.

Homología. Semejanza en organización estructural básica y desarrollo que, según se piensa, refleja un origen ancestral común.

Hongo. Eucarionte parecido a las plantas pero no fotosintético. Casi todos los hongos son desintegradores; unos cuantos son parásitos.

Hormona. Mensajero químico producido por una glándula endocrina o por ciertas células. En los animales las hormonas suelen ser transportadas por la sangre y regulan cierto aspecto del metabolismo.

Humus. Materia orgánica en diversos estados de descomposición en el suelo; moho oscuro de tejido vegetal podrido que da al suelo un color entre café oscuro y negro.

Huso: Estructura de forma oval compuesta de fibras entre los polos opuestos de la célula; estructura a la que se adhieren los cromosomas en la mitosis y meiosis.

Huso mitótico Estructura formada principalmente por microtúbulos y que sirve como guía para el movimiento de los cromosomas durante la división celular.

Insulina. Pequeña hormona proteínica secretada por el páncreas y que abate la concentración de glucosa en la sangre.

Interfase. Periodo en el ciclo de vida de una célula durante el cual no hay división mitótica visible; periodo entre divisiones mitóticas.

Invaginación. Plegamiento de una parte dentro de otra; se refiere específicamente a un proceso de gastrulación en el que una región se pliega para formar un cáliz de doble capa.

Ion: Todo átomo o molécula pequeña que contiene una cantidad desigual de electrones y protones, de modo que posee una carga neta positiva o negativa.

Tipos de clonación

La clonación se puede clasificar en dos tipos según su finalidad

Reproductiva: Con el objetivo de crear personas idénticas.

Terapéutica: Se limita a la obtención de embriones y a partir de ellos obtener células madres para tratar enfermedades, no se encamina a la obtención de un individuo, sino a la manipulación de células embrionarias, a partir del cual se puedan desarrollar tratamientos de todo tipo. Las células embrionarias pueden generar cualquiera de los 200 tejidos del ser humano, siendo una técnica esperanzadora para la eliminación de trasplantes y enfermedades de degeneración como Alzheimer y Parkinson.

Mundialmente la clonación ha tomado estas dos vertientes muy distintas: la clonación para lograr un ser idéntico al donante de la información genética, ambicionada por personas que pierden un ser querido y desean una copia del mismo, aunque también se plantea que se pudiera clonar personalidades e la ciencia para que su conocimiento perdure a otras generaciones, aunque es sabido que los experimentos demuestran que solo se copian sus características físicas y no intelectuales. La otra rama de obtención de embriones con fines terapéuticos. Uno de los campos que mayoritariamente utiliza la clonación es la medicina, pero sus investigaciones deberán estar encaminadas a beneficiar la salud y el bienestar del pueblo, mejorar el conocimiento genético y psicológico, posibilitar un mejor estudio de las enfermedades que atacan a los seres humanos, producir proteínas, sustancias importantes para el desarrollo y órganos o tejidos para trasplantes.

El desarrollo de la ciencia, pone en nuestras manos mucho poder, su mal uso podría llevarnos a la autodestrucción. En el contexto del descubrimiento de Einstein de la teoría de la relatividad, que fue utilizada por otros científicos para lograr la fisión del átomo y la creación y puesta en práctica de la bomba atómica, surge el descubrimiento de la biología molecular y con ello la manipulación genética y técnicas de clonación.

Es importante destacar que la aplicación de técnicas de clonación en seres humanos, muchas de las células madres, pasan a ser células tumorales, trayendo consigo que muchas personas que reciben el tratamiento padezcan de tumores. Varios científicos en el mundo se mantienen al margen de aplicar estos descubrimientos.  Con la clonación se alimenta la idea de que algunos hombres pueden tener un dominio total sobre la existencia de los demás, hasta el punto de programar su identidad biológica la cual se selecciona sobre la base de criterios arbitrarios.  Una aplicación positiva de la clonación seria con el fin de perpetuar animales con características especiales, para la producción de alimentos, fármacos, órganos para trasplantes.

El Comandante habló muchas veces de la clonación de la vaca Ubre Blanca que implanto record de producción de leche. La clonación de especies como esta contribuiría en gran medida a aliviar la situación imperante actualmente con los alimentos.

Actualmente se generan gemelos, en una situación aunque no abundante muy común en la sociedad, pero los genes de los gemelos tienen el legado de varias generaciones de antecesores que constituyen la idiosincrasia de cada persona y cada nación. La clonación humana violaría el patrimonio genético de la sociedad.

CONCLUSIONES

Si bien la clonación puede beneficiar al ser humano a encontrar la cura a numerosas enfermedades y trastornos, es necesario realizar un seguimiento a nivel mundial de las actividades que se realizan en materia de clonación, generalmente cuando los experimentos son aplicados en animales solo es cuestión de tiempo y dinero que se apliquen en seres humanos, lo que provocaría una violación a los principios éticos, además los resultados pueden ser utilizados en contra del propio hombre, se ha estudiado que se puede obtener seres humanos con características físicas especiales, si le unimos que la conciencia gira en torno a la educación y el ambiente que rodea al individuo, resultaría peligroso si no se controla. En el caso de la clonación terapéutica puede ayudar a mejorar el nivel de vida de los seres humanos, al igual que la clonación de especies que permitan la obtención de sustancias necesaria para la salud y los alimentos. Con la realización de este trabajo se analizaron aspectos éticos de la clonación humana y terapéutica.