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ADN del orgánulo celular


¿Por qué algunos orgánulos celulares como las mitocondrias y los plástidos tienen su propio ADN? ¿Y cuál es la diferencia básica entre el ADN del núcleo y estos orgánulos?


Las mitocondrias y los plástidos son el resultado de dos fusiones antiguas. Una especie de relación simbiótica donde una célula fogocitó a otra. En lugar de ser digerida, la célula fagocitada, completa con su propio ADN, cooperó con la célula que la "comió". Esto fue parte de la evolución de los eucariotas. Esta idea se llama endosimbiosis y fue defendida por Lynn Margulis a fines de la década de 1960. Las mitocondrias y los plástidos provienen de bacterias y llevan las trazas de su ADN original. Sin embargo, ya no se requería un genoma completo para la nueva función, por lo que las mitocondrias perdieron muchos genes redundantes. Los genomas mitocondriales son mucho más pequeños. Los genomas de los plástidos son más grandes que los genomas mitocondriales, pero más pequeños que los genomas de los que se originaron.


ADN del orgánulo celular - Biología

Ahora que ha aprendido que la membrana celular rodea a todas las células, puede sumergirse en el interior de una célula humana prototípica para conocer sus componentes internos y sus funciones. Todas las células vivas de los organismos multicelulares contienen un compartimento citoplasmático interno y un núcleo dentro del citoplasma. Citosol, la sustancia gelatinosa dentro de la célula, proporciona el medio fluido necesario para las reacciones bioquímicas. Las células eucariotas, incluidas todas las células animales, también contienen varios orgánulos celulares. Un orgánulo ("Órgano pequeño") es uno de varios tipos diferentes de cuerpos encerrados por membranas en la célula, cada uno de los cuales realiza una función única. Así como los diversos órganos corporales trabajan juntos en armonía para realizar todas las funciones de un ser humano, los diferentes orgánulos celulares trabajan juntos para mantener la célula sana y realizar todas sus funciones importantes. Los orgánulos y el citosol, tomados juntos, componen la célula citoplasma. los núcleo es el orgánulo central de una célula, que contiene el ADN de la célula (Figura 1).

Figura 1. Célula humana prototípica. Si bien esta imagen no es indicativa de ninguna célula humana en particular, es un ejemplo prototípico de una célula que contiene los orgánulos primarios y las estructuras internas.

El núcleo

Normalmente, el núcleo es el orgánulo más prominente de una célula ((Figura 2)). El núcleo (plural = núcleos) alberga el ADN de la célula y dirige la síntesis de ribosomas y proteínas. Veámoslo con más detalle.

Figura 2. El núcleo almacena cromatina (ADN más proteínas) en una sustancia gelatinosa llamada nucleoplasma. El nucleolo es una región de cromatina condensada donde se produce la síntesis de ribosomas. Llamamos al núcleo & # 8217 límite la envoltura nuclear. Consta de dos bicapas de fosfolípidos: una externa y una interna. La membrana nuclear es continua con el retículo endoplásmico. Los poros nucleares permiten que las sustancias entren y salgan del núcleo.

El sobre nuclear

La envoltura nuclear es una estructura de doble membrana que constituye el núcleo y la porción más externa # 8217 ((Figura)). Tanto la envoltura nuclear como las membranas interna y externa son bicapas de fosfolípidos. La envoltura nuclear está salpicada de poros que controlan el paso de iones, moléculas y ARN entre el nucleoplasma y el citoplasma. El nucleoplasma es el líquido semisólido dentro del núcleo, donde encontramos la cromatina y el nucleolo.

Cromosomas y cromatina

Para comprender la cromatina, es útil explorar primero los cromosomas, estructuras dentro del núcleo que se componen de ADN, el material hereditario. Quizás recuerde que en los procariotas, el ADN está organizado en un solo cromosoma circular. En eucariotas, los cromosomas son estructuras lineales. Cada especie eucariota tiene un número específico de cromosomas en el núcleo de cada célula. Por ejemplo, en los seres humanos, el número de cromosomas es 46, mientras que en las moscas de la fruta es ocho.
Los cromosomas solo son visibles y distinguibles entre sí cuando la célula se prepara para dividirse. Cuando la célula se encuentra en las fases de crecimiento y mantenimiento de su ciclo de vida, las proteínas se adhieren a los cromosomas y se asemejan a un montón de hilos desenrollados y desordenados. A estos complejos desenrollados proteína-cromosoma los llamamos cromatina ((Figura 3)). La cromatina describe el material que forma los cromosomas tanto cuando se condensa como se descondensa.

Figura 3. (a) Esta imagen muestra varios niveles de organización de la cromatina (ADN y proteína). (b) Esta imagen muestra cromosomas emparejados. (crédito b: modificación del trabajo de los datos de la barra de escala del NIH de Matt Russell)

El nucleolo

Ya sabemos que el núcleo dirige la síntesis de ribosomas, pero ¿cómo lo hace? Algunos cromosomas tienen secciones de ADN que codifican ARN ribosómico. Un área de tinción oscura dentro del núcleo llamada nucléolo (plural = nucléolo) agrega el ARN ribosómico con proteínas asociadas para ensamblar las subunidades ribosómicas que luego se transportan a través de los poros en la envoltura nuclear al citoplasma.


Estructura del núcleo (con diagrama) | Organelos celulares | Biología

En este artículo discutiremos sobre la estructura del núcleo con la ayuda de diagramas adecuados.

El núcleo (fig. 1.11) es generalmente un cuerpo redondo que ocupa el centro de la célula. Su forma, tamaño, posición y número varían. El núcleo puede contener muchos lóbulos. Por lo general, la mayoría de las células maduras poseen un núcleo, pero hay ciertas células más grandes en el cuerpo que pueden contener más de un núcleo. Si se quita el núcleo, la célula muere. El material nuclear se diferencia del citoplasma en varios aspectos.

Primero, es más opaco a los rayos ultravioleta y tímido.

En segundo lugar, muestra muchas reacciones de tinción selectiva, pero normalmente toma una tinción básica, mientras que el citoplasma puede adoptar una tinción neutra, básica o ácida.

En tercer lugar, el núcleo es muy rico en ácido desoxirribonucleico (ADN), mientras que el citoplasma es rico en ácido ribonucleico (ARN).

La membrana nuclear también es una unidad de membrana. Rodeando el núcleo, hay una envoltura nuclear de lipoproteínas. Este sobre es de doble capa y los espacios entre dos pliegues se conocen como cisternas perinucleares. En la membrana aparentemente bastante permeable del núcleo, los poros (áreas de discontinuidad) de aproximadamente 6 mn de diámetro están cerrados por una membrana delgada y homogénea que permite el paso de moléculas desde el núcleo al citoplasma (fig. 1.12). Esto indica un vínculo de conexión entre los genes y los ribosomas, el sitio de síntesis de proteínas citoplasmáticas.

Según las reacciones de tinción, se encuentran dos tipos de nucléolos. Los que toman tinción básica se denominan cariosoma y los que toman tinción ácida, plasmosoma. El cuerpo del núcleo está formado por una fina red de una sustancia particular, llamada linina.

Las mallas de esta red están llenas de protoplasma claro & # 8211 el nucleoplasma (carioplasma, cariolinfa o savia nuclear). En los especímenes sin teñir no se puede ver nada más. Pero en el espécimen teñido, se encuentran en el núcleo numerosas partículas de materiales que se tiñen de azul de forma irregular pero más pequeñas que los nucléolos. Este material se describe generalmente como cromatina.

Durante muchos años se creyó que la cromatina era el producto de degradación del cromosoma durante el intervalo entre la división celular sucesiva (etapa de reposo o más correctamente la etapa de interfase) y el cromosoma es la recolección de cromatina en una estructura visible en forma de varilla durante la división celular, pero muy observaciones recientes sostienen puntos de vista opuestos. Porque si las cromatinas contienen diferentes genes que determinan la herencia de la célula y nuevamente el reensamblaje de diferentes cromatinas para formar cromosomas, entonces invitaría a diferentes accidentes.

Porque en tal caso los genes que pertenecen a un cromosoma se habrían incorporado a otro cromosoma. Por tanto, observaciones recientes afirman que las cromatinas observadas en el núcleo en interfase no son más que ciertas porciones dispersas de cromosomas teñidas densamente que son visibles en el microscopio. Esta visibilidad del cromosoma depende principalmente del enrollamiento y desenrollamiento de los cromosomas.

Durante la división celular, los cromosomas se enrollan fuertemente y estos cromosomas enrollados o las porciones enrolladas de los cromosomas se tiñen profundamente. Pero después de la división celular o en la etapa de interfase, los cromosomas enrollados se desenrollan en toda su longitud, pero algunas porciones aún permanecen enrolladas. Estas porciones estrechamente enrolladas se hacen visibles como gránulos o masa granular en los núcleos en interfase.

Por tanto, la cromatina puede describirse como heteropyknotic, debido a que tiene una o dos densidades. Sobre la base de la densidad en la tinción, la cromatina se puede agrupar en dos tipos (diagrama de flujo 1.2). Las porciones enrolladas de los cromosomas se denominan positivamente heteropyknotic y la porción no enrollada (expandida) se llama negativamente heteropyknotic.

Pero sobre la base genética, existe otra terminología para la cromatina. La porción extendida del cromosoma es genéticamente activa y se llama eucromatina y la porción enrollada (positivamente heteropyknotic) es genéticamente inactiva y se denomina heterocromatina (fig. 1.15). La eucromatina participa activamente en la síntesis de ARN mensajero específico (ARNm). Se cree que la porción heterocromática está concentrada con ADN y ARN mientras que la región eucromática contiene ADN e histona.

Recientemente, Miller y Beatty (1969) han podido estudiar bajo microscopio electrónico la estructura y función de genes vivos aislados en los óvulos de anfibios. La presencia de nucleolos extracromosómicos en ovocitos de anfibios ha permitido el aislamiento y la observación microscópica electrónica de los genes que codifican las moléculas precursoras del ARN ribosómico (ARNr).

La visualización de estos genes fue posible porque muchas moléculas precursoras se sintetizan simultáneamente en cada gen. Durante el crecimiento temprano del ovocito anfibio, el organizador del nucleolo cromosómico se multiplica para producir alrededor de mil nucleolos extracromosómicos dentro de cada núcleo.

Se ha afirmado que estos nucleolos extracromosómicos funcionan de manera similar a los nucleolos cromosómicos en la síntesis y análisis de moléculas precursoras de ARNr. La figura muestra los genes nucleares claros de un ovocito de anfibio (fig. 1.16). Las moléculas extrac y shyromosómicas están compuestas por un núcleo fibroso compacto y una corteza granular.

Cada núcleo fibroso consta de una fibra axial o eje central que está cubierto con material de matriz. Cada unidad de matriz está compuesta por 80-100 fibrillas. El eje central está recubierto de ADN con proteína y las fibrillas de las matrices son ribonucleoproteína (RNP). Se ha demostrado que la síntesis de ARN se produce dentro de las unidades de la matriz. Se cree que cada eje de ADN cubierto de matriz es un gen que codifica las moléculas precursoras y shysor de ARNr.

Cada segmento de matriz a lo largo de un eje está separado de su vecino por un segmento de eje libre de matriz. Estos genes que codifican el ARN ribosómico, se repiten a lo largo del eje del ADN y se visualizan porque aproximadamente 100 enzimas están transcribiendo simultáneamente cada gen. El gradiente de fibrillas que se extiende desde cada gen contiene moléculas precursoras de ARNr en etapas progresivas de finalización.

Dentro de un núcleo generalmente hay uno o puede haber de dos a cinco cuerpos más pequeños conocidos como nucléolos o nucléolos que se encuentran entre la savia nuclear (carioplasma) y entre los gránulos de cromatina del carioplasma de tinción pálida. El nucleolo comprende la red irregular o filas de gránulos finos, nucleolonema como se ve en E.M. El nucleo & shylus pierde su identidad durante la división celular. El nucleolo contiene un núcleo aún más pequeño conocido como nucleolo o nucleolino o nucleolonúcleo.

El núcleo es responsable de la síntesis de ARN mensajero (ARNm) que lleva la información genética en código a través de los poros del núcleo. Recientemente se ha estudiado que el ARNm se forma en las hebras de ADN dentro del núcleo y, de hecho, las hebras de ADN (fig. 1.13) dirigen la síntesis de ARNm específico. El ARNm así formado en el núcleo sale del núcleo para llevar el mensaje de ADN al centro de síntesis de proteínas (ribosoma) del citoplasma.

Aquí se une al ribosoma y se estira (fig. 1.14) en su superficie para dirigir la síntesis de proteínas. Las secuencias de aminoácidos en la proteína están determinadas por la transferencia o el ARN soluble (ARNt o ARNc) que reconoce el código de los aminoácidos que el ARNt lleva al punto particular de la superficie ribosómica donde el ARNm ya está unido. Una función principal del tRNA es transferir el aminoácido específico al molde de mRNA para una secuencia correcta de aminoácidos.

Hay 20 tRNA específicos para 20 aminoácidos específicos. Con la ayuda de estos ARNt, la proteína se sintetiza con las secuencias adecuadas en la plantilla del ARNm y se estira sobre la superficie del ribosoma. Después de completar la síntesis de proteínas, las moléculas de proteína se desprenden de las partículas ribosómicas y pasan al canal del retículo endoplásmico. Desde aquí pasa al complejo de Golgi.


2 tipos principales de ADN orgánulo | Biología Celular

Hay algunos marcos de lectura abiertos (ORF) con secuencias de codificación que comienzan con un codón met y un codón de terminación al final del ADN cp. El ADN del cloroplasto es relativamente grande y varía de 120 a 210 kb, que es comparable al tamaño de un bacteriófago grande (110 kb). El ADN de cp total en una célula puede constituir hasta el 14% del ADN celular.

La mayoría de los genomas de cloroplasto parecen poseer el mismo conjunto de genes. Cada molécula de ADN cp está codificada con 110-120 genes y codifica alrededor de 125 proteínas. En el maíz, los genes del ADN de cp contienen genes de ARNr pequeños y grandes y una secuencia para el ARNt. También sintetiza ARNm para algunas proteínas involucradas en la fotosíntesis y la síntesis como la enzima rubisco.

Se han identificado dos y ocho genes, respectivamente, para los polipéptidos de PS I y PS II. Algunos genes resistentes a herbicidas también se han localizado en el ADN de cp.

Ruth Sager (1972) propuso un mapa genético circular en Chlamydomonas (Fig. 2.58). También se ha estudiado la genética del cloroplasto en plantas superiores, incluidos cultivos como guisantes, maíz, arroz, etc. Bendich (2004) enfatizó que el ADN cp en plantas generalmente se encuentra como moléculas de ADN lineal ramificadas y complejas multigenómicas y no como moléculas circulares monogenómicas.

ADN organelar: Tipo # 2. ADN mitocondrial (ADN mt):

Al igual que el cloro y los plastos tímidos, las mitocondrias también contienen de 5 a 100 copias de moléculas de ADN que suelen ser circulares, pero también pueden ser esencialmente lineales. Existe una variación notable en el tamaño del ADN mt, que varía entre 6 y 2500 l & ltb. El ADN mt contribuye solo con menos del 1% del ADN celular, excepto la levadura (18%) (Fig. 2.59).

Los genomas mitocondriales muestran una mayor variabilidad y variabilidad en el contenido de genes. La clonación y secuenciación de todo el ADN de mt se ha realizado ahora en varios organismos, incluido el humano (Fig. 2.60). Contiene genes para rRNA, tRNA, proteínas asociadas a ribo y shysome, proteínas mitocondriales y enzimas.

Una fracción sustancial de ADN mt en levadura representa marcos de lectura no identificados que contienen intrones de genes divididos y parecen codificar proteínas requeridas para el empalme del ARNm, llamadas maduras.

En las plantas superiores, hay moléculas de ADN circulares más pequeñas (a veces también lineales) presentes además del ADN mt circular principal. El círculo maestro contiene secuencias repetitivas y, debido a la extensa recombinación entre estas repeticiones, se originan moléculas más pequeñas.

Una característica interesante del ADN mt es su replicación unidireccional y altamente asimétrica. La cadena L hija comienza la síntesis cuando ya se han sintetizado dos tercios de la cadena H. Otro punto interesante del ADN mt vegetal es que puede moverse entre orgánulos que se denominan ADN promiscuo. El ADN mt está asociado con el carácter de esterilidad masculina de plantas como en el maíz.


Funciones

El ADN mitocondrial es sensible. Estas hebras están presentes en una proporción de 1 mitocondria: 2-10 ADN mitocondrial (ADNmt). Los humanos los heredan por vía materna. Los mecanismos involucrados incluyen la dilución del ADNmt del esperma dentro del óvulo fertilizado. El patrón de ADNmt uniparental se encuentra en la mayoría de los animales y plantas. Las hebras son susceptibles a especies reactivas al oxígeno y comprenden proteínas con una capacidad significativa de reparación del ADN. Son susceptibles al daño oxidativo. Las mutaciones del mtDNA causan enfermedades hereditarias y ayudan al proceso de envejecimiento.

¡Hay entre 100 y 10,000 copias de ADNmt presentes por célula humana! Este material genético se reorganiza mediante recombinación y permanece sin cambios cuando se transmite de padres a hijos. El mtDNA ayuda a rastrear la ascendencia hasta cientos de generaciones. Se compara en la ciencia forense, para identificar cadáveres y restos óseos que no están identificados. Los hilos se utilizan en combinación con evidencia antropológica y circunstancial para establecer posibles coincidencias entre los restos no identificados y las personas desaparecidas.

El mtDNA facilita la evaluación de las relaciones genéticas entre individuos y la cuantificación de la relación evolutiva. Los datos de ADNmt dedicados ayudan a los biólogos a construir una red de relaciones entre varias secuencias. Las secuencias se hacen más grandes, con evidencia de una relación distante o inexistente entre especies. Es muy susceptible a mutaciones somáticas o no hereditarias. Estos ocurren dentro del ADN de algunas células y no se transmiten de generación en generación. Las mutaciones somáticas clásicas en el mtDNA se observan en el cáncer de colon, mama, hígado y estómago e incluso en leucemia y linfoma.

El ADN mitocondrial no puede repararse completamente a sí mismo y, por lo tanto, esto conduce a mutaciones somáticas adicionales. Cuando se alteran los bloques de construcción o los nucleótidos, la capacidad de producción de energía de las mitocondrias se reduce y esto deja al sistema inmunológico combatiendo las infecciones con poca o ninguna ayuda de estas hebras. Las cadenas de ADN son muy importantes para los biólogos y los expertos forenses cuando intentan establecer relaciones vitales entre las personas. Se está explorando para responder a las preguntas comunes que han acosado al hombre durante siglos sobre las posibles rutas evolutivas y el posible cambio de edad. Dentro del cuerpo humano, estos bloques de construcción esenciales respaldan y fortalecen el sistema inmunológico para mantener a raya una serie de dolencias.

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¿Qué orgánulo de células vegetales contiene su propio ADN y ribosomas?

Cloroplastos y mitocondrias comparten muchos en común. Ambos orgánulos tienen dos capas de membranas - llamadas membranas externas e internas. Los cloroplastos y las mitocondrias también tienen sus propias copias de ADN, que son independientes de los núcleos celulares. Hay especializados ribosomas dentro de los cloroplastos y las mitocondrias para producir proteínas solo para estos orgánulos. Los científicos creen que los cloroplastos y las mitocondrias se derivan de las bacterias que fueron engullidas por los primeros ancestros de las células eucariotas actuales. Esta teoría se llama teoría endosimbiótica.

[En esta figura] El cloroplasto y su ubicación relativa dentro de las células vegetales.

[En esta figura] Izquierda: la estructura de la mitocondria que muestra muchos pliegues de membranas y mtDNA. Derecha: una mitocondria rodeada por ER rugoso bajo un microscopio electrónico de transmisión.


ARN: replicado a partir de ADN

Es posible que el ARN se replique mediante mecanismos relacionados con los utilizados por el ADN, aunque tenga una estructura monocatenaria en lugar de bicatenaria. En las primeras células, se cree que el ARN se ha replicado de esta manera. Sin embargo, todo el ARN de las células actuales se sintetiza mediante enzimas especiales que construyen una cadena de ARN monocatenaria utilizando una hebra de la hélice de ADN como plantilla. Aunque las moléculas de ARN se sintetizan en el núcleo celular, donde se ubica el ADN, la mayoría de ellas se transportan al citoplasma antes de que lleven a cabo sus funciones.

Las moléculas de ARN en las células tienen dos funciones principales. Algunas, las ribozimas, se pliegan de manera que les permiten servir como catalizadores para reacciones químicas específicas. Otros sirven como "ARN mensajero", que proporciona plantillas que especifican la síntesis de proteínas. Los ribosomas, diminutas máquinas sintetizadoras de proteínas ubicadas en el citoplasma, "leen" las moléculas de ARN mensajero y las "traducen" en proteínas mediante el uso del código genético. En esta traducción, la secuencia de nucleótidos en la cadena de ARN mensajero se decodifica tres nucleótidos a la vez, y cada triplete de nucleótidos (llamado codón) especifica un aminoácido particular. Por tanto, una secuencia de nucleótidos en el ADN especifica una proteína siempre que se produzca una molécula de ARN mensajero a partir de esa secuencia de ADN. Cada región de la secuencia de ADN que especifica una proteína de esta manera se llama gen.

Mediante los mecanismos anteriores, las moléculas de ADN catalizan no solo su propia duplicación, sino que también dictan las estructuras de todas las moléculas de proteína. Una sola célula humana contiene alrededor de 10,000 proteínas diferentes producidas por la expresión de 10,000 genes diferentes. En realidad, se cree que un conjunto de cromosomas humanos contiene ADN con suficiente información para expresar entre 30.000 y 100.000 proteínas, pero la mayoría de estas proteínas parecen estar fabricadas solo en tipos de células especializadas y, por lo tanto, no están presentes en todo el cuerpo. (Para mayor discusión, vea abajo El núcleo.)


Datos sobre los orgánulos celulares 9: la investigación más reciente sobre células procariotas

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Datos sobre los orgánulos celulares 10: bacterias

Según el informe de 2006, las bacterias tienen magnetosomas unidos a la membrana. En 2005, se informó que las bacterias tenían planctomicetos. Es el núcleo como estructura.

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