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5.11: Introducción a los procariotas y eucariotas - Biología

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Qué aprenderá a hacer: comparar procariotas y eucariotas

En Introducción a la biología, discutimos la diversidad de la vida en la tierra y mencionamos cómo hay más de 1.9 millones de especies de organismos vivos en la tierra hoy. En esta sección, compararemos los dos tipos de células: procariotas y eucariotas.

Dentro de estas dos amplias categorías de células, hay muchas formas de vida diversas. Por ejemplo, tanto las células animales como las vegetales se clasifican como células eucariotas, mientras que todas las muchas células bacterianas se clasifican como procariotas.


69 Introducción a los procariotas

Figura 1: Ciertos procariotas pueden vivir en ambientes extremos como la piscina Morning Glory, una fuente termal en el Parque Nacional Yellowstone. El color azul vivo de la primavera proviene de los procariotas que prosperan en sus aguas muy calientes. (crédito: modificación del trabajo de Jon Sullivan)

En el pasado reciente, los científicos agruparon los seres vivos en cinco reinos (animales, plantas, hongos, protistas y procariotas) basándose en varios criterios, como la ausencia o presencia de un núcleo y otros orgánulos unidos a la membrana, la ausencia o presencia de paredes celulares, multicelularidad, etc. A finales del siglo XX, el trabajo pionero de Carl Woese y otros comparó secuencias de ARN ribosómico de subunidades pequeñas (ARNr SSU), lo que resultó en una forma más fundamental de agrupar organismos en la Tierra. Con base en las diferencias en la estructura de las membranas celulares y en el ARNr, Woese y sus colegas propusieron que toda la vida en la Tierra evolucionó a lo largo de tres linajes, llamados dominios. El dominio Bacteria comprende todos los organismos del reino Bacteria, el dominio Archaea comprende el resto de los procariotas y el dominio Eukarya comprende todos los eucariotas, incluidos los organismos de los reinos Animalia, Plantae, Fungi y Protista.

Dos de los tres dominios, bacterias y arqueas, son procariotas. Los procariotas fueron los primeros habitantes de la Tierra, apareciendo hace 3.5 a 3.8 mil millones de años. Estos organismos son abundantes y ubicuos, es decir, están presentes en todas partes. Además de habitar ambientes moderados, se encuentran en condiciones extremas: desde manantiales hirviendo hasta ambientes permanentemente congelados en la Antártida desde ambientes salados como el Mar Muerto hasta ambientes bajo tremenda presión, como las profundidades del océano y de áreas sin oxígeno, como como planta de gestión de residuos, a regiones contaminadas radiactivamente, como Chernobyl. Los procariotas residen en el sistema digestivo humano y en la piel, son responsables de ciertas enfermedades y desempeñan un papel importante en la preparación de muchos alimentos.


Capítulo 5 Introducción & # 8211 Procariotas: Bacterias y Archaea


En el pasado reciente, los científicos agruparon los seres vivos en cinco reinos (animales, plantas, hongos, protistas y procariotas) basándose en varios criterios, como la ausencia o presencia de un núcleo y otros orgánulos unidos a la membrana, la ausencia o presencia de paredes celulares, multicelularidad, etc. A finales del siglo XX, el trabajo pionero de Carl Woese y otros comparó secuencias de ARN ribosómico de subunidades pequeñas (ARNr SSU), lo que resultó en una forma más fundamental de agrupar organismos en la Tierra. Con base en las diferencias en la estructura de las membranas celulares y en el ARNr, Woese y sus colegas propusieron que toda la vida en la Tierra evolucionó a lo largo de tres linajes, llamados dominios. El dominio Bacteria comprende todos los organismos del reino Bacteria, el dominio Archaea comprende el resto de los procariotas y el dominio Eukarya comprende todos los eucariotas, incluidos los organismos de los reinos Animalia, Plantae, Fungi y Protista.

Dos de los tres dominios, bacterias y arqueas, son procariotas. Los procariotas fueron los primeros habitantes de la Tierra, apareciendo hace 3.5 a 3.8 mil millones de años. Estos organismos son abundantes y ubicuos, es decir, están presentes en todas partes. Además de habitar ambientes moderados, se encuentran en condiciones extremas: desde manantiales hirviendo hasta ambientes permanentemente congelados en la Antártida desde ambientes salados como el Mar Muerto hasta ambientes bajo tremenda presión, como las profundidades del océano y de áreas sin oxígeno, como como planta de gestión de residuos, a regiones contaminadas radiactivamente, como Chernobyl. Los procariotas residen en el sistema digestivo humano y en la piel, son responsables de ciertas enfermedades y desempeñan un papel importante en la preparación de muchos alimentos.


Proceso de transcripción en células procariotas y eucariotas

Lea este artículo para conocer el proceso de transcripción en células procariotas y eucariotas.

Introducción:

La transcripción es un proceso en el que el ácido ribonucleico (ARN) se sintetiza a partir del ADN. La palabra gen se refiere a la unidad funcional del ADN que se puede transcribir. Por tanto, la información genética almacenada en el ADN se expresa a través del ARN. Para este propósito, una de las dos cadenas de ADN sirve como molde (cadena no codificante o cadena con sentido) y produce copias funcionales de moléculas de ARN.

La otra hebra de ADN que no participa en la transcripción se denomina hebra codificante o hebra antisentido (frecuentemente denominada hebra codificante ya que con la excepción de T para U, el ARNm primario contiene codones con la misma secuencia de bases).

La transcripción es selectiva:

La molécula completa de ADN no se expresa en la transcripción. Los ARN se sintetizan solo para algunas regiones seleccionadas de ADN. Para algunas otras regiones del ADN, es posible que no haya ninguna transcripción. Se desconoce la razón exacta de la transcripción selectiva. Esto puede deberse a algunas señales incorporadas en la molécula de ADN.

El producto formado en la transcripción se denomina transcripción primaria. Muy a menudo, las transcripciones de ARN primarias están inactivas. Sufren ciertas alteraciones (empalme, adiciones terminales, modificaciones de bases, etc.) comúnmente conocidas como modificaciones postranscripcionales, para producir moléculas de ARN funcionalmente activas. Existen ciertas diferencias en la transcripción entre procariotas y eucariotas. La síntesis de ARN en procariotas se da con cierto detalle. A esto le sigue una breve discusión sobre la transcripción eucariota.

Transcripción en procariotas:

Una sola enzima, la ARN polimerasa dependiente del ADN o simplemente la ARN polimerasa, sintetiza todos los ARN de los procariotas. La ARN polimerasa de E. coli es una holoenzima compleja (peso molecular 465 kDa) con cinco subunidades polipeptídicas: 2α, 1β y 1β & # 8217 y un factor sigma (σ) (Fig. 4.2). La enzima sin factor sigma se denomina enzima central (α2ββ ’).

En la figura 4.3 se muestra una descripción general de la síntesis de ARN. La transcripción implica tres etapas diferentes: inicio, alargamiento y terminación (Fig. 4.4).

Iniciación:

La unión de la enzima ARN polimerasa al ADN es un requisito previo para que comience la transcripción. La región específica del ADN donde se une la enzima se conoce como región promotora. Hay dos secuencias de bases en la cadena codificante de DMA que el factor sigma de la ARN polimerasa puede reconocer para el inicio de la transcripción (Fig. 4.5).

1. Caja Pribnow (caja TATA):

Consiste en 6 bases de nucleótidos (TATAAT), ubicadas en el lado izquierdo a unas 10 bases de distancia (corriente arriba) del punto de inicio de la transcripción.

Este es el segundo sitio de reconocimiento en la región promotora del ADN. Contiene una secuencia de bases TTGACA, que se encuentra a unas 35 bases (corriente arriba, por lo tanto -35) en el lado izquierdo del sitio de inicio de la transcripción.

Alargamiento:

Como holoenzima, la ARN polimerasa reconoce la región promotora, se libera el factor sigma y prosigue la transcripción. El ARN se sintetiza desde el extremo 5 & # 8242 al extremo 3 & # 8242 (5 & # 8217 → 3 & # 8242) antiparalelo al molde de ADN. La ARN polimerasa utiliza trifosfatos de ribonucleótidos (ATP, GTP, CTP y UTP) para la formación de ARN. Para la adición de cada nucleótido a la cadena en crecimiento, se libera un resto pirofosfato. La secuencia de bases de nucleótidos en el ARNm es complementaria a la cadena de ADN molde. Sin embargo, es idéntico al de la cadena codificante, excepto que el ARN contiene U en lugar de T en el ADN (Fig. 4.6).

La ARN polimerasa se diferencia de la ADN polimerasa en dos aspectos. No se requiere cebador para la ARN polimerasa y, además, esta enzima no posee actividad endo o exonucleasa. Debido a la falta de esta última función (actividad de corrección de pruebas), la ARN polimerasa no tiene capacidad para reparar los errores en el ARN sintetizado.

Esto contrasta con la replicación del ADN que se lleva a cabo con alta fidelidad. Sin embargo, es una suerte que los errores en la síntesis de ARN sean menos peligrosos, ya que no se transmiten a las células hijas. La estructura de doble hélice del ADN se desenrolla a medida que avanza la transcripción, lo que da como resultado superenrollamientos. El problema de las superenrollamientos se resuelve con las topoisomerasas (se dan más detalles en la replicación).

Terminación:

El proceso de transcripción se detiene mediante señales de terminación. Se identifican dos tipos de terminación.

1. Terminación dependiente de Rho (p):

Una proteína específica, denominada factor p, se une al ARN en crecimiento (y no a la ARN polimerasa) o débilmente al ADN y en el estado unido actúa como ATPasa y termina la transcripción y libera ARN. El factor p también es responsable de la disociación de la ARN polimerasa del ADN.

2. Terminación independiente Rho (p):

La terminación en este caso se produce por la formación de horquillas de ARN recién sintetizado. Esto ocurre debido a la presencia de palíndromos. Un palíndromo es una palabra que se lee tanto hacia adelante como hacia atrás, p. Ej. señora, rotor. Se conoce la presencia de palíndromos en la secuencia de bases de la plantilla de ADN (lo mismo cuando se lee en dirección opuesta) en la región de terminación. Como resultado de esto, el ARN recién sintetizado se pliega para formar horquillas (debido al emparejamiento de bases complementarias) que provocan la terminación de la transcripción.

Transcripción en eucariotas:

La síntesis de ARN en eucariotas es un proceso mucho más complicado que la transcripción descrita anteriormente para procariotas. Como tal, no se conocen claramente todos los detalles de la transcripción eucariota (particularmente sobre la terminación). Aquí se dan las características más destacadas de la información disponible.

Polimerasas de ARN:

Los núcleos de las células eucariotas poseen tres ARN polimerasas distintas (fig. 4.7).

1. La ARN polimerasa I es responsable de la síntesis de precursores de los ARN ribosomales grandes.

2. La ARN polimerasa II sintetiza los precursores de ARNm y ARN nucleares pequeños.

3. La ARN polimerasa III participa en la formación de ARNt y ARN ribosomales pequeños.

Además de las tres ARN polimerasas que se encuentran en el núcleo, también existe una ARN polimerasa mitocondrial en eucariotas. Este último se parece a la ARN polimerasa procariota en estructura y función.

Sitios de promotores:

En eucariotas, se identifica una secuencia de bases de ADN, que es casi idéntica a la caja pribnow de procariotas (fig. 4.8). Esta secuencia, conocida como caja de Hogness (o caja TATA), se encuentra a la izquierda a unos 25 nucleótidos de distancia (corriente arriba) del sitio de inicio de la síntesis de ARNm.

También existe otro sitio de reconocimiento entre 70 y 80 nucleótidos corriente arriba desde el inicio de la transcripción. Este segundo sitio se conoce como caja CAAT. Uno de estos dos sitios (oa veces ambos) ayuda a la ARN polimerasa II a reconocer la secuencia requerida en el ADN para la transcripción.

Inicio de la transcripción:

Los eventos moleculares necesarios para el inicio de la transcripción en eucariotas son complejos y, en general, involucran tres etapas:

1. Cromatina que contiene la secuencia promotora accesible a la maquinaria de transcripción.

2. Unión de factores de transcripción (TF) a secuencias de ADN en la región promotora.

3. Estimulación de la transcripción por potenciadores.

Un gran número de factores de transcripción interactúan con las regiones promotoras eucariotas. En humanos, se han identificado aproximadamente seis factores de transcripción (TFIID, TFIIA, TFIIB, TFIIF, TFIIE, TFIIH). Se postula que los TF se unen entre sí y, a su vez, a la enzima ARN polimerasa.

El potenciador puede aumentar la expresión génica aproximadamente 100 veces. Esto es posible mediante la unión de potenciadores a factores de transcripción para formar activadores. Se cree que la cromatina forma un bucle que permite que el promotor y el potenciador estén juntos en el espacio para facilitar la transcripción.

ARN nuclear heterogéneo (ARNh):

El transcrito de ARNm primario producido por la ARN polimerasa II en eucariotas se denomina a menudo ARN nuclear heterogéneo (ARNh). Esto luego se procesa para producir el ARNm necesario para la síntesis de proteínas.

Modificaciones postranscripcionales:

Los ARN producidos durante la transcripción se denominan transcripciones primarias. Sufren muchas alteraciones: adiciones de bases terminales, modificaciones de bases, empalmes, etc., que se denominan colectivamente modificaciones postranscripcionales. Este proceso es necesario para convertir los ARN en formas activas. Un grupo de enzimas, a saber, ribonucleasas, son responsables del procesamiento de tRNA y rRNA de procariotas y eucariotas.

El ARNm procariótico sintetizado en transcripción es casi similar al ARNm funcional. Por el contrario, el ARNm eucariota (es decir, ARNh) bajo y sufre extensos cambios postranscripcionales. En la figura 4.9 se muestra un esquema de las modificaciones postranscripcionales y se describen algunos aspectos destacados.

La transcripción primaria de ARNm es el ARNh en eucariotas, que está sujeto a muchos cambios antes de que se produzca ARNm funcional.

El extremo 5 & # 8242 del ARNm está cubierto con 7-metilguanosina mediante un enlace inusual 5 & # 8217 → 5 & # 8242 trifosfato. La S-adenosilmetionina es el donante del grupo metilo. Esta capa es necesaria para la traducción, además de estabilizar la estructura del ARNm.

Un gran número de ARNm eucariotas posee una cadena de nucleótidos de adenina en el extremo 3 & # 8242. Esta cola poli-A, como tal, no se produce durante la transcripción. Posteriormente se agrega para estabilizar el ARNm. Sin embargo, la cadena poli-A se reduce a medida que el ARNm entra en el citosol.

3. Intrones y su eliminación:

Los intrones son las secuencias de nucleótidos que intervienen en el ARNm que no codifican proteínas. Por otro lado, los exones de ARNm poseen un código genético y son responsables de la síntesis de proteínas. El empalme y la escisión de intrones se ilustra en la figura 4.10. La eliminación de intrones es promovida por pequeñas partículas nucleares de ribonucleoproteína (snRNP). Los snRNP, (pronunciados como snurps) a su vez, están formados por la asociación de ARN nuclear pequeño (snRNA) con proteínas.

El término espliceosoma se usa para representar la asociación snRNP con hnRNA en la unión exón-intrón.

Las modificaciones postranscripcionales del ARNm se producen en el núcleo. Luego, el ARN maduro ingresa al citosol para realizar su función (traducción).

En la figura 4.11 se muestra una representación esquemática de la relación entre el ADN cromosómico eucariota y el ARNm.

Diferentes ARNm producidos por empalme alternativo:

Los patrones alternativos de empalme de hnRNA dan como resultado diferentes moléculas de mRNA que pueden producir diferentes proteínas. El empalme alternativo da como resultado heterogeneidad del ARNm. De hecho, el procesamiento de moléculas de ARNh se convierte en un sitio para la regulación de la expresión génica.

Un empalme defectuoso puede causar enfermedades:

El empalme de hnRNA debe realizarse con precisión para producir mRNA funcional. Un empalme defectuoso puede provocar enfermedades. Un buen ejemplo es un tipo de β-talasemia en humanos. Esto se debe a una mutación que da como resultado un cambio de nucleótidos en una unión exón-intrón. Esto conduce a una disminución o falta de síntesis de la cadena P de hemoglobina y, en consecuencia, a la enfermedad P-talasemia.

Todos los ARNt de procariotas y eucariotas se someten a modificaciones postranscripcionales. Estos incluyen el recorte, la conversión de las bases existentes en inusuales y la adición de nucleótidos CCA al extremo terminal 3 & # 8242 de los ARNt.

Los ARN preribosomales sintetizados originalmente se convierten en ARN ribosomales mediante una serie de cambios postranscripcionales.

Inhibidores de la transcripción:

La síntesis de ARN es inhibida por ciertos antibióticos y toxinas.

Esto también se conoce como dactinomicina. Es sintetizado por Streptomyces. La actinomicina D se une a la hebra de la plantilla de ADN y bloquea el movimiento de la ARN polimerasa. Este fue el primer antibiótico utilizado para el tratamiento de tumores.

Es un antibiótico muy utilizado para el tratamiento de la tuberculosis y la lepra. La rifampicina se une a la subunidad P de la ARN polimerasa procariota e inhibe su actividad.

Es una toxina producida por el hongo Amanita phalloides. Este hongo es delicioso en sabor pero venenoso debido a la toxina a-amanitina que se une fuertemente con la ARN polimerasa II de eucariotas e inhibe la transcripción.

Contenido de ARN celular:

Una bacteria típica contiene normalmente 0,05-0,10 pg de ARN que contribuye a aproximadamente el 6% del peso total. Una célula de mamífero, de mayor tamaño, contiene 20-30 pg de ARN, y esto representa solo el 1% del peso de la célula.

El transcriptoma, que representa el ARN derivado de genes que codifican proteínas, en realidad constituye solo el 4%, mientras que el 96% restante es el ARN no codificante (fig. 4.12). Los diferentes ARN no codificantes son ARN ribosómico, ARN de transferencia, ARN nuclear pequeño, ARN nucleolar pequeño y ARN citoplasmático pequeño. (Tabla 2.3).

Transcripción inversa:

Algunos de los virus, conocidos como retrovirus, poseen ARN como material genético. Estos virus causan cánceres en animales, por lo que se conocen como oncogénicos. En realidad, se encuentran en las células transformadas de los tumores. La ADN polimerasa dependiente de ARN de la enzima, o simplemente transcriptasa inversa, es responsable de la formación de DMA a partir del ARN (fig. 4.13). Este ADN es complementario (ADNc) del ARN viral y puede transmitirse al ADN del huésped.

Síntesis de ADNc a partir de ARNm:

Como ya se describió, el ADN expresa la información genética en forma de ARN. Y el ARNm determina la secuencia de aminoácidos en una proteína. El ARNm se puede utilizar como molde para la síntesis de ADN complementario bicatenario (ADNc) mediante el uso de la enzima transcriptasa inversa. Este cDNA se puede utilizar como sonda para identificar la secuencia de DNA en genes.


Procariotas y eucariotas (diferencias)

1. La célula de los procariotas es de menor tamaño con un tipo primitivo de núcleo llamado nucleoide o genóforo.

2. La membrana nuclear está ausente en los procariotas.

3. El material genético es solo ADN de ácido nucleico.

4. Las moléculas de ADN son circulares y no están asociadas con la proteína histona.

5. No hay retículo endoplásmico, mitocondrias, lisosomas o centriolos.

6. La pared celular de los procariotas no contiene celulosa.

7. Los cloroplastos están ausentes en los procariotas.

8. El ARN ribosómico es 70S (50S + 30S).

9. Algunos procariotas contienen flagelos pero no tienen 9 + 2 microtúbulos.

Comparación # Eucariotas:

1. La célula en eucariotas es de mayor tamaño con un núcleo bien definido, excepto los eritrocitos de mamíferos maduros.

2. Una membrana nuclear definida está presente en eucariotas.

3. El ácido nucleico (ADN) se asocia con proteínas para formar estructuras llamadas cromosomas.

4. Los cromosomas son lineales y el ADN de los cromosomas está asociado con histonas para formar nucleoproteínas.


Procariotas en números

En términos de impacto metabólico y números, los procariotas dominan la biosfera. Superan en número a todos los eucariotas combinados. Viven en una gran variedad de entornos e incluso una cucharadita de tierra común puede albergar 100 millones o más de bacterias. Las bacterias no solo son abundantes en número total, sino que la diversidad de especies también puede ser bastante alta. Aunque reconocer especies distintas de bacterias es un desafío para los microbiólogos, los enfoques modernos que utilizan el análisis de diversidad de ADN sugieren que las bacterias generan nuevas especies con bastante rapidez. Estudios recientes sugieren que en esa misma cucharadita de suelo podrían residir hasta 1 millón de especies diferentes.


Biología-procariotas y eucariotas

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Ver el vídeo: Células Procariotas y Eucariotas. Fácil y Rápido. BIOLOGÍA (Mayo 2022).


Comentarios:

  1. Caius

    ))))))))) No puedo decirte :)

  2. Yanis

    no me molesta

  3. Muti

    Entiendo, muchas gracias por la información.

  4. Konrad

    Una selección realmente interesante.

  5. Hearpere

    pensamiento muy valioso



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