Biología

Biología ;

Control celular

Resumen de:WEISZ, PAUL B., Y KEOGH RICHARD N.: LA CIENCIA DE LA BIOLOGÍA.

1.-CONTROL CELULAR

Control Celular: Todas las células poseen metabolismo. El metabolismo es el proceso químico que se desarrolla en el interior del organismo o en alguna de sus partes. Comprende la desintegración de compuestos orgánicos (catabolismo), liberación de energía, elaboración de compuestos complejos a partir de compuestos más simples (anabolismo). Catabolismo y anabolismo actúan desintegrando y sintetizando ADN en un sistema de reacciones enzimáticas. Los metabolismos de los seres vivos son muy parecidos.

2.-Introducción

La función de las actividades de control es mantener las condiciones de vida óptima desarrollando mecanismos de defensa contra los agentes "desorganizadores". El resultado de estas actividades de control se llama estado de equilibrio u homeostasis. Todos los seres vivos comparten el mismo modelo de homeostasis basado en los siguientes componentes: enzimas, genes y vitaminas.

3. Modelos de control celular

Modelo

Cualquier condicionante con tendencia a desequilibrar un organismo vivo recibe el nombre de tensión, y los seres vivos siempre están sometidos a ellas en mayor o menor grado. Para que el estado de equilibrio pueda contrarrestar esta tensión necesita de capacidades tales como reconocimiento y reacción (estímulo - respuesta).

Operaciones de control

La información permanente entre las partes del sistema y la capacidad de selección si existen varias respuestas posibles son características básicas de las actividades de control o de la homeostasis.

Los sistemas de control son sistemas de comunicación que encontramos a todos los niveles organizativos de los seres vivos y que implican los siguientes componentes: mensajes (en la forma que sean), portadores de mensajes, transmisores y receptores, vías de transmisión, canales, selectores de canales, conmutadores y relés.

Los sistemas de control reaccionan mediante el sistema estímulo - respuesta. Un estímulo irrita o excita a un receptor que emite una señal a través de una vía sensitiva o sensorial Hacia un selector de respuestas llamado modulador. Este órgano será el encargado de emitir la señal por la vía motora hacia el órgano o músculo efector. El ejemplo " máquina" que regula el nivel de agua mediante el cierre o apertura e sus vías de entrada-salida.

Los esquemas que ilustran estas operaciones son:

1. Tensión- Flujo de información, reconocimiento del estímulo - lleno de tensión- selección de respuesta- neutralización de tensión.

2.- estímulo- receptor- vía sensorial- modulador - vía motora- efector- respuesta.

Características de los sistemas de control:

La transmisión de información y la puesta en marcha de los motores necesita de energía operacional .Es suministrada por el ATP producido por la respiración.

La segunda característica es que todo el proceso de respuesta no es súbito, sino en pequeños pasos y muchas veces repetido. Las señales entre los componentes de los sistemas de control no cesan nunca, lo que ocurre es que cambia el mensaje (cambio - no cambio).

A este flujo continuo, en que los efectores son informados bien de su actividad, o de su inactividad, se llama retroalimentación.

Retroalimentación y ciclos continuos de información explican la tercera característica de los sistemas de control, se trata del funcionamiento mediante ensayo-error para proporcionar el equilibrio correcto.

Cuarta característica: Sus límites de eficacia. La presión sobre estos sistemas pueden provocar errores. Estos fallos estructurales dan origen, en los seres vivos, a las enfermedades.

SISTEMAS DE CONTROL

La misma jerarquía establecida en los órdenes de vida se reproduce en los sistemas de control, es decir, moléculas y orgánulos son sistemas de control de las células, que a su vez lo son de los tejidos, estos lo son a su vez de los órganos y así sucesivamente. A nivel celular los orgánulos suelen tener múltiples actividades reguladoras. Este nivel es el primero en el que se originan respuestas seleccionadas. El número de respuestas seleccionadas depende del número de controles moleculares de los que disponga el orgánulo en cuestión.

Los contactos entre las células se producen a través de los sistemas de transporte, son por contacto directo y reciben el nombre de xilema y floema en las plantas, y circulación sanguínea en los animales. Las respuestas llegan a configurarse a través de cadenas de información, esta regulación es esencialmente celular.

Las plantas utilizan generalmente el modelo celular, al no contar con células u orgánulos especializados en estas funciones, en los animales se producen distintos niveles de organización dependiendo de la especialización celular en las funciones de control.

El sistema nervioso es el mejor ejemplo de estos órganos especializados en funciones de control. Sólo cuando existe una estructura compleja de control se elaboran respuestas-reflejo.

Los sistemas endocrinos ejercen esta misma regulación a través de las hormonas.

Estos sistemas especializados no excluyen que todos y cada uno de los órganos tenga su propia función reguladora. Sin embargo, el sistema regulador no implica la aparición de vida., sino que es el gen o ácido nucleico el que determina a un organismo como tal (vivo).

4. EL CONTROL DE LAS CÉLULAS

Independientemente de como afecten las tensiones a las células o de cuales sean las respuestas que se elaboren, a quien si afectan es a las reacciones metabólicas, y estas mismas son las que producen las respuestas.

Es decir, los estados de equilibrio pueden ser mantenidos si la célula es capaz de reajustar el modelo de sus reacciones químicas. Estas reacciones son controladas en su área más extensa por las enzimas. Los niveles en los que operan son:

- Alteraciones estructurales en la organización de los genes.

- Controles de la trascripción del RNA.

- Controles posteriores a la trascripción

- Controles de la traducción

- Controles posteriores a la traducción.

En todos estos niveles se hallan actividades que aumenta o disminuye la cantidad de enzimas. Pero los procesos de los eucarióticos son aún muy desconocidos. Los mejores resultados se han obtenido con procarióticos. Este tipo de células es mucho más fácil de criar que las eucariotas, y se prestan más a los experimentos. Además sus esquemas génicos son más complejos. Sus modelos de desarrollo lo son y por tanto también los cambios de especialización que sufren sus genes. Muchas de las cadenas génicas especializadas están desconectadas unas de otra (las enzimas del riñón no actúan en el hígado y viceversa). Los genes procarióticos se traducen como unidades mientras que los cromosomas de los eucarióticos se mantienen dispersos y en varias cadenas.

Niveles superiores de control génico en los procariotas

Los mecanismos más estudiados son los de trascripción.

Control de la trascripción

El ejemplo que ilustrará toda la explicación es el de la metabolización de la lactosa. No hay que olvidar que son respuestas a sustancias inductoras o inhibidoras (bien podrían ser hormonas).

La inducción enzimática es realizada por dos tipos de genes: estructurales y reguladores.

Los genes responsables de la metabolización (estructurales) se agrupan en una cadena de DNA regulada por el operador (nucleótidos), junto al operador existe otra estructura similar llamada promotor A todo este conjunto se le llama OPERÓN.

La molécula de RNA polimerasa se fija al promotor se desplaza más allá del operador y a través de lo genes estructurales se convierte en RNAm. Entra en ese momento en el citoplasma y se liberan los enzimas producidos por separado.

El gen regulador está situado cerca del operón y produce una sustancia represora que mide los niveles de enzimas. (Operones inducibles).

El otro gran tipo de operones es el de los represibles, que actúan casi constantemente.

Permite ahorro de energía por parte de la célula, y especifidad en la producción enzimática.

Control de la traducción

Es el control ejercido en la velocidad de la producción enzimática.

Existen dos hipótesis sobre este mecanismo: por un lado la fijación de ribosomas a velocidad diferente o en frecuencias diferentes.

La degradación de las moléculas y la velocidad a la que sus moldes producen es otra forma de estudiar este proceso.

Niveles superiores de control génico en los eucariotas

Los mecanismos de control a nivel celular son muy diferentes y desconocidos.

Alteraciones estructurales en la organización de los genes

Los dos ejemplos siguientes ilustran las formas de regulación de la expresión génica a través de la organización de los propios genes:

Amplificación génica: En las células eucarióticas la producción de genes idénticos es suficiente para realizar todos los procesos (algunas veces no) sin embargo en las células procariótica la mayoría de los genes están representados una sola vez.

Las células eucarióticas algunas veces son insuficientes en la producción de RNAr, mientras que las procarióticas consiguen un nivel de producción satisfactorio mediante la amplificación génica, (sólo se ha podido comprobar ese proceso en la fabricación de RNAr) que consiste en: multiplicar el número de genes en un tiempo específico.

Reordenación génica

Fragmentos de DNA que cambian constantemente de lugar e intervienen en distintos procesos (la mayoría desconocidos) como la producción de inmunoglobina.

Se pensaba que la reordenación del DNA era debido a las histonas. En 1973 J: Paul demuestra que las histonas no podían controlar los genes. Los genes son conectados por proteínas no histónicas.

La cromatina ha de ser desenrollada antes de que se produzca la síntesis de RNAm. Los segmentos no desenrollados no son expresados.

Esto, en algunos casos (saliva de insectos, con cromatina gigante (politenicos) puede ser observado a microscopio.

No todos los genes de las células están activos al mismo tiempo (puffs cromosómicos).

Toda explicación sobre este mecanismo es hipotética no se sabe como funciona en realidad.

Controles posteriores a la traducción

En las células procarióticas de traduce al mismo tiempo que se produce.

En las eucarióticas el RNAm sufre modificaciones antes de ser transportado.

Encajamiento de adenina: Un extremo de RNAm alterado.

Adición de adenina: Extremo de RNAm al que se le añade una cadena de nucleótidos.

Estos procesos podrían influir en la estabilidad y vida media del RNAm. Así como en los cortes de las cadenas del RNAm.

Controles de la traducción

La vida media del RNAm eucariota es superior a la de los procariotas. La traducción del RNAm eucariota es continua.

Algunas RNAm animales permanecen sin traducir mucho tiempo.

Controles posteriores a la traducción

Enzimas:: moduladores de reacciones metabólicas (recepción, estímulo, respuesta)
Funcionamiento modulador:: regulado por los efectos alostéricos (interactividad de enzimas con pequeñas moléculas)
Moduladores primarios:: El producto final de una secuencia enzimática suele inhibir el producto inicial impidiendo que continué la producción Los cambios de Ph también modifican la enzima y sus funciones.

Factores de crecimiento

Son conocidos con este nombre los modificadores secundarios. Se trata de agentes de control exteriores a la célula. La mayoría actúa en niveles posteriores a la trascripción.

MINERALES:: Son necesarios para cualquier organismo tanto como nutriente como cofactores iónicos. También son componentes estructurales.
HORMONAS:: Moléculas orgánicas más complejas que activan o inhiben la trascripción de RNA, velocidad del RNAm etc.
VITAMINAS:: Excepto los animales, la mayor parte de los organismos las elaboran Las diferencias sintetizadoras marcaban que sean factores de crecimiento en uno u otro organismo. Existen más de 30 compuestos. Se trata de materias primas fabricadas por coenzimas. Su carencia prolongada perjudica los procesos metabólicos. Existen dos grandes grupos de vitaminas:; 1) Liposolubles: A, D, E, K; 2) Hidrosolubles: B, C

Grupos de vitaminas

Grupo A( Liposoluble)

Derivados de los pigmentos caretoneoides (se sintetizan en plastidios) Plantas como zanahorias, boniatos, calabaza etc. Espinacas, yema huevo. Identificación con color amarillo a rojo. (Tomates)

Una molécula de caroteno en agua son dos moléculas de vitamina A. Presente en el hígado.

Los efectos de su carencia son: ceguera, crecimiento.

Grupo B

Tiamina, riboflavina, ácido nicótico, piridoxina, biotina, B12, ácido pantoténico, a.fólico y colina.

Se encuentran juntas en animales y vegetales. Alimentos de todo tipo. Sintetización mediante bacterias intestinales.

Deficiencias causadas por falta de tiamina: fatiga, debilidad, astenia, beriberi.

Deficiencias causadas por falta de riboflavina: calvicie, pérdida de visión, detención del crecimiento.

Deficiencias de niacina: pelagra, enfermedad de la piel y sistema nervioso.

Deficiencia de B12 y ácido fólico: anemia

Colina: deformaciones óseas y hemorragias internas.

Piridoxina y ácido pantoténico: detención del desarrollo, anemia, disminución de defensas, perturbaciones de piel y sistema nervioso.

Grupo C

Ácido ascórbico, sintetiza en plantas (cítricos), coles y tomates. Las mayoría de los animales (hombre no) la fabrican. Se destruye por cocción y se disuelve en los jugos de los enlatados. Su carencia produce escorbuto.

Grupo D

Diez compuestos relacionados D2 y D3' más potentes. Presentes en la piel se las conoce como vitaminas de la luz solar. Alimentos ricos en A también en D. Si deficiencia conduce a raquitismo, su sobredosis conduce al calcificamiento de masa muscular.

Grupo E

Inestables, en grupos se encuentran en grasas, su deficiencia provoca esterilidad y no suele ser habitual. Su función celular es transportar electrones a los mitocondrios.

Grupo K

Intervienen en la coagulación sanguínea. Su deficiencia produce fallos en la coagulación (formación de cálculos biliares). Directamente relaciona don el sistema biliar. Similares a las vitaminas E.

5. CONTROL HORMONAL

Control hormonal

Modelos de control

Los procesos metabólicos son muchos dependiendo de la actividad que vaya a realizar el organismo, en plantas y animales, está controlado por hormonas. La hormona necesita de célula blanco que generalmente se encuentra alejada y dispone de un receptor de identificación. En plantas y animales no vertebrados circulan por las células y savia, pero en los vertebrados circulan a través de la sangre.

Las hormonas no son como las enzimas, sino que son iniciadores de secuencias celulares. La fo4rma de fijación o conexión de la hormona con su receptor es todavía muy desconocida aunque hay procesos ya conocidos: fijación en receptores y segundo mensaje; Penetración; Alteración de la permeabilidad de la membrana celular.

Moléculas muy potentes en cuanto a los cambios que pueden originar.

Modelo de control en los animales.

Características generales de las hormonas

Todos los agentes que producen efectos reguladores y coordinadores a nivel químico se conocen como agente humorales. Estos pueden ser segregados por células endocrinas, transportadas y descargadas en líquidos corporales. También pueden ser fabricadas (mayoría de invertebrados) por las mismas neuronas (neurosecretoras) Por ejemplo así estaría regulada la muda del exoesqueleto (insectos) provocado por la ecdisona.

Los vertebrados cuentan con glándulas endocrinas especializadas y la mayoría de sus funciones necesitan de un empuje hormonal. Los sistemas formados son neuroendocrinos.

Los nombres de las hormonas suelen llevar a confusiones dado que lo reciben tomando como base la parte del cuerpo a la que afecta más visiblemente su carencia o exceso, aunque pueden tener o intervenir en muchas otras funciones (ejemplo: prolactina).

Por otro lado su composición química varía enormemente, aminoácidos, proteínas, compuestos simples o complejos, esteroides... algunas de ellas son sintetizadas en laboratorio pero otras son prácticamente desconocidas.

Mecanismos de la acción hormonal

Las formas de actuación son muy diversas, por lo que es dudoso que las hormonas actúen bajo un patrón igual para todas. (Ejemplo: tiroxina)

La cantidad de hormonas presentes en los líquidos corporales depende de los transportadores libres, el resto son destruidas o inactivadas.

El mecanismo de recepción de hormonas es de lo más estudiado y de lo más difícil de conocer, se conocen así dos receptores, uno sería el receptor situado en la superficie externa de la célula que se une con hormonas proteínicas y peptídicas en general. Otro, situado en la membrana plasmática corresponde generalmente a la unión con esteroides y vitaminas: fatiga, debilidad, astenia, beriberi.