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El ADN y las 4 etapas de la autoduplicación del ADN

ADN es la abreviatura de Ácido Desoxirribonucleico, una molécula fundamental para los seres vivos de la cual hablaremos en este artículo. El ácido desoxirribonucleico es un ácido nucleico, un tipo de biomoléculas al cual también pertenece el Ácido Ribonucleico (ARN). 

El ácido desoxirribonucleico es un ácido nucleico.

Todos los ácidos nucleicos están formados por una sucesión de unidades menores llamadas nucleótidos, es decir, el ácido nucleico es un polímero y sus monómeros son los nucleótidos. ¿Monómeros? ¿Polímeros? ¿Qué significa todo esto? Para entenderlo, armemos una analogía con un tren. Todos los trenes están formados por vagones. Cada vagón es lo que vendría a ser un monómero y el tren completo es el polímero.

Analogía del tren: cada vagón es un monómero que en conjunto forman al polímero, es decir, el tren.

Los ácidos nucleicos están formados por cientos o miles de nucleótidos. Cada nucleótido está formado, a su vez, por los siguientes componentes:

  • Un grupo fosfato. Es una sección formada por átonmos de fósforo y oxígeno.
  • Un azúcar, pero no el azúcar que consumimos frecuentemente con el té o el café, sino una molécula de cinco átomos de carbono que puede ser ribosa (en el caso del ARN) o desoxirribosa (en el caso del ADN). No está de más decir que como este azúcar tiene cinco átomos de carbono, se lo clasifica al grupo de las pentosas.
  • Una base nitrogenada, que puede ser adenina, citosina, guanina y timina (en el caso del ADN) o bien adenina, citosina, guanina y uracilo (en el caso del ARN).

Cuando los nucleótidos se unen, lo hacen mediante un enlace especial llamado enlace fosfodiéster, la cual se da entre el grupo fosfato de un nucleótido y el azúcar del siguiente.

En este artículo, nos ocuparemos de hablar solamente del ADN.

La estructura del ADN

Como se mencionó anteriormente, el ácido desoxirribonucleico es un polímero formado por cientos o miles de monómeros a los que llamamos nucleótidos. Los estudios sobre el mismo demostraron que es una molécula formada por dos hebras o hélices:

Modelo molecular de doble hélice. El ADN. En color rojo, se observa una hélice.
Modelo molecular de doble hélice. En color rojo, se observa una hélice. En celeste, la otra hélice. Entre ambas hélices, se observan los pares de bases nitrogenadas.

Cada molécula de ADN está formada por dos largas cadenas de nucleótidos que se disponen de manera paralela -como se ve en la imagen- pero siguiendo sentidos opuestos. Las hebras se van enrollando en el espacio hasta formar una espiral, dejando a las bases nitrogenadas enfrentadas en el interior. Los grupos fosfato y el azúcar quedan en el esqueleto externo de las hélices.

Ambas cadenas de ácido desoxirribonucleico se mantienen unidas mediante enlaces específicos llamados puentes de hidrógeno entre las bases nitrogenadas de dichas cadenas. Pero no todo es tan al azar, las bases nitrogenadas se enfrentan y se unen de acuerdo a la afinidad que presentan. Esto es conocido como ley de apareamiento de bases y nos dice que:

  • La ADENINA se aparea con la TIMINA.
  • La CITOSINA se aparea con la GUANINA.

Ubicación del ADN en la célula

Todas las células eucariotas presentan su ADN encerrado en el núcleo de las mismas. Justamente, las células eucariotas se caracterizan por ello. Humanos, lobos, pinos y champignones son sólo cuatro ejemplos de una gran diversidad de especies que presentan células eucariotas con ADN en el núcleo de ellas. En el caso de los organismos procariontes, el mismo se encuentra esparcido en el citoplasma.

Analicemos un poco mejor el caso de las células eucariotas. Si una moléculas de ácido desoxirribonucleico presenta hasta miles de nucleótidos, ¿cómo puede caber tan fácilmente dentro del reducido espacio del núcleo? En principio, debemos saber que el mismo presenta ciertos “niveles de empaquetamiento” y, de esta forma, es capaz de caber dentro del núcleo. Sucede que las cadenas de ADN se unen a unas proteínas llamadas histonas. Ocho histonas forman el primer nivel de condensación del ácido desoxirribonucleico: el nucleosoma. El siguiente nivel de empaquetamiento está dado por la cromatina que pasa por diferentes niveles de condensación hasta dar lugar a los cromosomas. Cada cromosoma está compuesto por una única molécula de ácido desoxirribonucleico asociada a proteínas.

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La replicación del ADN

La replicación del ADN, también conocida como autoduplicación del ácido desoxirribonucleico, es uno de los procesos fundamentales en la biología celular. Este fenómeno biológico es crucial para la transmisión precisa de la información genética de una célula madre a sus células hijas, garantizando la continuidad y estabilidad de la información genómica en la vida de un organismo.

La replicación del ADN es esencial para el crecimiento, desarrollo y mantenimiento de los seres vivos. Es un proceso que precede a la división celular, asegurando que cada célula hija reciba una copia idéntica y completa del material genético. Además, la exactitud en la replicación es crucial para la integridad genómica y para la función celular adecuada.

Estructura del ADN y Mecanismo de Replicación

Dijimos anteriormente que el ADN está compuesto por dos cadenas complementarias de nucleótidos que forman una doble hélice. Durante la replicación, las dos hebras de ADN se separan y cada una sirve como plantilla para la síntesis de una nueva hebra complementaria. Este proceso ocurre en múltiples pasos, que incluyen la desenrolladura del ácido desoxirribonucleico, la formación de la horquilla de replicación, la síntesis de nueva cadena de ADN y la unión de las nuevas hebras.

La duplicación del ácido desoxirribonucleico se da en diferentes etapas. Nosotros las hemos clasificado en cuatro posibles:

Etapas de la replicación del ácido desoxirribonucleico

  1. Desenrolladura y Desenlace: En primer lugar, las enzimas helicasas desenrollan y separan las dos hebras de ácido desoxirribonucleico en la horquilla de replicación. Analicémoslo de manera más profunda: comienza cuando la helicasa actúa como un pequeño “abridor” desenrollando la doble hélice del ADN en la región que se replicará, creando una horquilla de replicación. Este desenrollado reduce la tensión en la estructura de doble hélice.
  2. Formación de la Horquilla de Replicación: En esta zona abierta, se forma la horquilla de replicación. La ADN polimerasa se une a la hebra desenrollada y comienza a sintetizar la nueva cadena de ácido desoxirribonucleico. Hay una hebra continua llamada hebra líder y una discontinua conocida como hebra rezagada.
  3. Síntesis de Nuevas Cadenas: La ADN polimerasa se desplaza a lo largo de la hebra parental y añade nucleótidos complementarios a la hebra original. La hebra líder se sintetiza continuamente en dirección 5′ a 3′, mientras que la hebra rezagada se sintetiza en fragmentos cortos llamados fragmentos de Okazaki.
  4. Unión de las Hebras: Una enzima llamada ADN ligasa une los fragmentos de Okazaki en la hebra rezagada, creando una cadena continua de ácido desoxirribonucleico. Este proceso se repite a lo largo de toda la horquilla de replicación.

La replicación del ácido desoxirribonucleico es un proceso altamente preciso gracias a la acción de enzimas especializadas que corrigen los errores. Las ADN polimerasas tienen la capacidad de revisar y corregir los errores de emparejamiento de nucleótidos, manteniendo la fidelidad en la secuencia del ADN. Las enzimas son:

  • Helicasa: Se encarga de desenrollar y abrir la doble hélice del ADN.
  • ADN Polimerasa: Añade los nucleótidos complementarios a la hebra original, construyendo la nueva cadena de ácido desoxirribonucleico.
  • ADN Ligasa: Une los fragmentos de Okazaki en la hebra rezagada, completando la cadena de este polímero.

La replicación del ácido desoxirribonucleico es el fundamento de la herencia genética. La exactitud en este proceso es crucial para transmitir la información genética de generación en generación. Errores en la replicación pueden dar lugar a mutaciones, cambios en la secuencia del ADN que pueden tener efectos tanto beneficiosos como perjudiciales en la evolución y la salud.

Replicación del ADN
Replicación del ADN

La comprensión de la replicación del ácido desoxirribonucleico ha llevado a numerosas aplicaciones en la investigación biomédica, desde técnicas de ingeniería genética hasta diagnósticos médicos y desarrollo de fármacos. La manipulación controlada de la replicación del ácido desoxirribonucleico ha revolucionado la biotecnología y la medicina moderna.

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Estudio de LOS LÍPIDOS (Parte II): Clasificación de lípidos.
clasificacion de lipidos 
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Clasificación de lípidos.

Como sabemos, los lípidos son biomoléculas que se caracterizan por ser insolubles en agua y presentar solubilidad en solventes orgánicos, como éter, cloroformo, benceno, etc.

Luego de haber estudiado la importancia biológica de los lípidos en artículos anteriores dedicado a ello (ver aquí), ha llegado la hora de clasificarlos según sus características. Para ello, observemos el esquema de la figura 1 que nos facilitará la tarea.

En primer lugar, encontramos a los lípidos saponificables. Los lípidos saponificables se obtienen por esterificación -u otras modificaciones- de ácidos grasos. Los lípidos saponificables son sintetizados en los seres vivos a partir de la unión de unidades de dos átomos de carbono. Por otro lado, encontramos a los lípidos no saponificables. Los lípidos no saponificables se obtienen por unión de varias unidades de isopreno, que es una unidad básica de cinco carbonos.

Seguramente los habrás escuchado en la vida cotidiana: los ácidos grasos reciben sus nombres de la fuente de la que proceden, generalmente. Así, podemos encontrar al ácido láurico, el ácido palmítico o el ácido oleico, entre muchos otros. Los ácidos grasos insaturados presentan puntos de fusión más bajos que los saturados correspondientes.

Vayamos haciendo un resumen de lo dicho anteriormente:

LÍPIDO SAPONIFICABLE:

  • Contiene ácidos grasos (se sintetizan por aposición sucesiva de ácidos grasos).

LÍPIDO NO SAPONIFICABLE:

  • No contienen ácidos grasos.
  • Se construyen por aposición sucesiva de isoprenos.

Dentro de los lípidos saponificables encontramos varias subclasificaciones. A saber:


1. Lípidos anfipáticos:

clasificacion de los lípidos
 Lípidos anfipáticos

1.1. Lípidos anfipáticos

clasificacion de los lipidos
 Lípidos anfipáticos

Un lípido anfipático es un lípido cuya molécula posee un grupo de carácter polar, además de la cadena hidrocarbonada hidrofóbica. Los lípidos anfipáticos presentan una gran importancia biológica, pues se presentan como bicapa, formando la membrana plasmática de todas las células. Se suelen modelizar con dos líneas que representan las cadenas hidrofóbicas y un círculo (cual si fuese una cabeza) que representa el grupo polar, que es hidrofílica.

modelo lipido antipatico
Modelo de lípido anfipático. La sección A representa el grupo hidrofílico. La sección B, el grupo hidrofóbico.

Estos lípidos pueden hallarse en la naturaleza según dos grandes grupos (como se observa en la Fig. 1): glicerolípidos y esfingolípidos. Veamos cada uno de ellos:

1.1.1. Glicerolípidos

clasificacion de los lipidos
glicerolípidos

Los glicerolípidos son lípidos anfipáticos en los que los ácidos grasos están esterificados a los carbonos 1 y 2 del glicerol. A su vez, pueden dividirse en glicoglicerolípidos o fosfoglicerolípidos (también llamados fosfolípidos), dependiendo del compuesto con el que puede estar esterificado el -OH del carbono 3 del glicerol.

Los glicerolípidos pueden, entonces, subclasificarse en:

1.1.1.1. Glicoglicerolípidos

clasificacion de los lipidos
glicoglicerolípidos

Los glicoglicerolípidos es un glicerolípido en el que el OH del carbono 3 del glicerol está esterificado con un azúcar.

1.1.1.2. Fosfoglicerolípidos

clasificacion de los lipidos
fosfoglicerolípidos,

Los fosfoglicerolípidos, también llamados fosfolípidos, son glicerolípidos en el que el OH del carbono 3 del glicerol está esterificado con ácido ortofosfórico, que a su vez puede presentar otros sustituyentes.

1.1.2. Esfingolípidos

clasificacion de los lipidos  esfingolipídos

Los esfingolípidos son lípidos anfipáticos en los que los ácidos grasos están esterificados a la esfingosina (el cual es un alcohol nitrogenado de 18 átomos de Carbono).

1.2. Lípidos Neutros

Los lípidos neutros son ésteres de ácidos grasos con alcoholes. Son moléculas muy poco reactivas puesto que son ésteres de ácidos grasos con alcoholes. Existen dos tipos de lípidos neutros. A saber:

1.2.1. Acilgliceroles

También llamados glicéridos, los acilgliceroles son ésteres de ácidos grasos con glicerol (propanotriol). Son de suma importancia en cuanto a reserva energética: son abundantes en el tejido adiposo de los animales y en las semillas y frutos de las plantas oleaginosas. Dependiendo de si el glicerol (que puede presentar tres grupos alcohólicos) se encuentra esterificado en una, dos o tres posiciones, podemos clasificar los acilgliceroles en:

1.2.1.1. Monoacilgliceroles (Monoglicéridos)

Monoacilgliceroles

1.2.1.2. Diacilgliceroles (Diglicéridos)

Diacilgliceroles (Diglicéridos)

1.2.1.3. Triacilgliceroles (Triglicéridos)

triacilgliceroles (Triglicéridos)

1.2.2. Ceras

ceras

1.3. Ácidos Grasos

acidos grasos

1.3.1. Ácidos Grasos Saturados.

acidos grasos saturados

Los ácidos grasos saturados son aquellos que no poseen enlaces dobles en su cadena lineal.

1.3.1. Ácidos Grasos Insaturados.

Los ácidos grasos insaturados son aquellos que sí poseen enlaces dobles en su cadena lineal.

2. Lípidos No Saponificables

lipidos no saponificables

2.1. Terpenos

terpenos

Los terpenos son lípidos no saponificables derivados del isopreno (también llamado 2-metil-1,3-butadieno), un hidrocarburo formado por cinco átomos de carbono. Estos lípidos son compuestos hidrófobos e insolubles en agua. Puesto que sus dobles enlaces conjugados tienen la propiedad de absorber luz de diferentes longitudes de onda, están muy presentes en el reino vegetal.

Dependiendo del número de unidades de 2-metil-1,3-butadieno que contienen, se pueden clasificar en:

2.1.1. Monoterpenos

monoterpenos

Los monoterpenos constan de dos unidades de isopreno, es decir, presentan 10 átomos de carbono en su estructura. Están presentes en componentes de esencias volátiles de las flores y de aceites esenciales de especias y hierbas.

2.1.2. Diterpenos

 Diterpenos

Los diterpenos constan de 20 carbonos, pudiendo ser encontrados en hongos, insectos, plantas superiores y especies marinas.

2.1.3. Triterpenos

 Triterpenos

Los triterpenos constan de 30 carbonos. Tienen una estrecha relación con los esteroides, las hormonas y las sapogeninas. Varias toxinas son ejemplos de triterpenos, al igual que fitoesteroles, algunas fitoalexinas y ceras vegetales.

2.1.4. Tetraterpenos

2.1.4. Tetraterpenos

Los tetraterpenos constan de 40 carbonos. La xantófila (pigmento carotenoide que presenta oxígeno, de color amarillo, presente en las plantas) y los carotenos (pigmentos vegetales de color anaranjado-rojizo, que no presenta oxígeno) son ejemplos de tetraterpenos.

2.1.5. Politerpenos

Politerpenos

Los politerpenos cuentan con más de 8 unidades de isopreno. La plastoquinona y la ubiquinona, ambas transportadoras de electrones de gran importancia en el reino vegetal, son ejemplos de politerpenos.

2.2. Esteroides

2.2. Esteroides

Los esteroides son compuestos químicos que se derivan del ciclopentanoperhidrofenantreno (también llamado esterano), un sistema de cuatro ciclos que se forma a partir del escualeno. Tres de estos ciclos presentan seis carbonos y un ciclo presenta cinco carbonos fusionados. Los distintos esteroides se distinguen por: el grado de saturación del esterano; por la existencia de cadenas laterales diversas; o por la existencia de grupos funcionales sustituyentes (hidroxilo, oxo o carbonilo).

2.3. Eicosanoides

2.3. Eicosanoides

Los eicosanoides corresponden a una serie de compuestos que se derivan de ácidos grasos poliinsaturados de 20 átomos de carbono, tales como el ácido araquidónico. Los mismos presentan diversas e importantes funciones biológicas. Por ejemplo, las hormonas pertenecen al grupo de los eicosanoides (permitiendo la función de control del organismo). Otros ejemplos de eicosanoides son los compuestos químicos que actúan en procesos inflamatorios.

2.3.1. Prostaglandinas

Prostaglandinas

Las prostaglandinas contienen un ciclopentano. Regulan la temperatura corporal y la presión arterial. Además, están relacionados con la contracción de la musculatura lisa, en la respuesta inflamatoria, en la regulación de la temperatura corporal y la presión arterial.

2.3.2. Tromboxanos

Tromboxanos

Los tromboxanos se identificaron por primera vez en las plaquetas de la sangre. Son moléculas que presentan un ciclo de seis átomos en los que uno de ellos es un oxígeno. Es decir, son moléculas que contienen un oxano.

2.3.3. Leucotrienos

Leucotrienos

Los leucotrienos son moléculas lineales que aumentan la permeabilidad vascular en los procesos de inflamación crónica. Algunos leucotrienos tienen relación con la constricción de la musculatura lisa y participan en procesos de asma y alergia.

El ciclo de Krebs explicado fácil
El ciclo de Krebs
El ciclo de Krebs

¿Qué es el ciclo de Krebs?

El ciclo de Krebs, también conocido como ciclo del ácido cítrico o ciclo de los ácidos tricarboxílicos (TCA), es una vía metabólica fundamental para la generación de energía en las células. Descubierto por Hans Krebs en la década de 1930, este ciclo es una etapa crucial en el metabolismo aeróbico, permitiendo la oxidación completa de los grupos acetilo provenientes de la glucosa, ácidos grasos y aminoácidos, para producir moléculas de ATP y cofactores reducidos indispensables para la vida celular.

Estructura y Componentes del Ciclo de Krebs

El ciclo de Krebs se lleva a cabo en la matriz mitocondrial y consta de una secuencia de reacciones enzimáticas interconectadas. Comienza con la condensación del grupo acetilo, proveniente del ácido pirúvico (producto final de la glucólisis) con el oxalacetato para formar el ácido cítrico. A lo largo de una serie de pasos, el ácido cítrico se descompone y regenera oxalacetato, produciendo moléculas de NADH, FADH2, ATP y liberando dióxido de carbono.

Importancia en el Metabolismo Celular

El ciclo de Krebs es esencial para la obtención de energía en forma de ATP, ya que cada vuelta del ciclo completa produce una molécula de ATP, tres moléculas de NADH, una molécula de FADH2 y dos moléculas de CO2. Además de su papel en la producción de energía, este ciclo también es crucial para la síntesis de precursores metabólicos, como aminoácidos y lípidos, a partir de intermediarios del ciclo.

Regulación del Ciclo de Krebs

La actividad del ciclo de Krebs está finamente regulada por diversos mecanismos. La concentración de sustratos, la inhibición por productos finales y la regulación alostérica de enzimas clave influyen en la velocidad y flujo de las reacciones del ciclo. Además, la disponibilidad de oxígeno y la demanda energética celular también afectan la actividad del ciclo de Krebs.

Interacciones con Otros Procesos Metabólicos

El ciclo de Krebs está estrechamente relacionado con otras vías metabólicas. Por ejemplo, recibe intermediarios de la glucólisis, la beta-oxidación de ácidos grasos y la desaminación de aminoácidos, los cuales alimentan el ciclo con sustratos para su procesamiento. Asimismo, los productos del ciclo, como NADH y FADH2, son utilizados en la cadena de transporte de electrones para la síntesis de ATP en la fosforilación oxidativa.

Patologías Relacionadas con Alteraciones en el Ciclo de Krebs

Disfunciones en el ciclo de Krebs pueden llevar a diversas enfermedades metabólicas. Por ejemplo, deficiencias en las enzimas del ciclo pueden provocar acidosis láctica, problemas en el metabolismo de los aminoácidos o acumulación de compuestos tóxicos. Además, ciertas enfermedades genéticas afectan las enzimas del ciclo de Krebs, generando trastornos metabólicos severos.

Papel del Ciclo de Krebs en la Investigación y la Medicina

El ciclo de Krebs es objeto de intenso estudio en la investigación biomédica y farmacológica. Comprender su funcionamiento y regulación permite el desarrollo de terapias para trastornos metabólicos y enfermedades asociadas a disfunciones mitocondriales. Asimismo, se investiga cómo manipular este ciclo para controlar el crecimiento celular en el contexto del cáncer.

El ciclo de Krebs representa un engranaje crucial en la maquinaria metabólica de las células. Su capacidad para generar energía y precursores metabólicos, así como su interacción con otras vías metabólicas, lo convierten en un punto focal en la comprensión de la bioenergética celular y en el desarrollo de terapias para enfermedades asociadas a su disfunción. Su estudio continuo abre puertas hacia un mayor entendimiento de la fisiología celular y el tratamiento de diversas patologías.

El ciclo de Krebs y sus enzimas, paso a paso.

En la fracción mitocondrial de la célula, próximas a las enzimas de la cadena respiratoria, se encuentran las enzimas responsables del ciclo del ácido cítrico o Ciclo de Krebs. En él, ocurren diversas reacciones químicas catalizadas por un gran número de enzimas. Echemos un rápido vistazo de las reacciones que ocurren en este ciclo.

Antes de que el piruvato proveniente de la vía glucolítica pueda ingresar al Ciclo de Krebs, se debe convertir en acetil-CoA (llamado “acetato activo”) gracias a una descarboxilación oxidativa. La reacción que permite esto es catalizada por cinco enzimas diferentes que cumplen su función de forma escalonada. En conjunto, reciben el nombre de deshidrogenasa pirúvica.

Como resultado de la descarboxilación oxidativa del piruvato (también llamado “ácido pirúvico”), se obtiene acetil CoA, además de NADH+ y dióxido de carbono. La acetil CoA se combina con ácido oxalacético (también llamado “oxalacetato”) para formar ácido cítrico (también llamado, “citrato”). La condensación de la acetil CoA con el ácido oxalacético es catalizada por la enzima sintetasa cítrica.

Luego, el ácido cítrico -por acción de la enzima aconitasa– da lugar al ácido cis-aconítico, liberando agua. La aconitasa catalizará la reacción del ácido cis-aconítico en ácido isocítrico, también liberando H2O.

Por acción de la deshidrogenasa isocítrica, el ácido isocítrico se convertirá en ácido oxalosuccínico. En dicho proceso, el NAD+ da lugar al NADH+H+.

Catalizado por la deshidrogenasa isocítrica, el ácido oxalosuccínico se transforma en ácido α-cetoglutárico, liberando dióxido de carbono en el proceso.

El ácido α-cetoglutárico se transformará en succinil-CoA (reacción catalizada por la deshidrogenasa α-cetoglutárica). La reacción requiere cofactores como pirofosfato de tiamina, ácido lipoico, NAD+, FAD y CoA y da por resultado la formación de succinil-CoA. La succinil-CoA es convertida en ácido succínico por la enzima succintiocinasa. Esta reacción necesita GDP o IDP, los cuales son convertidos, en presencia del fosfato inorgánico, en GTP o ITP. Por medio de una fosfocinasa, el ATP se puede formar a partir del GTP o del ITP.

El ácido succínico es posteriormente metabolizado (primero, por una deshidrogenación seguida de la adición de agua y, luego, por una deshidrogenación que regenera el oxalacetato. Para ello, se cumplen las siguientes reacciones:
La primera reacción de deshidrogenación es catalizada por la deshidrogenasa succínica. Aquí, la reacción implica la transferencia del hidrógeno desde el substrato a una flavoproteína, sin la participación del NAD. La enzima contiene FAD y hierro no hemico. Esta reacción genera el ácido fumárico.


La adición de malonato u oxalacetato inhibirá la deshidrogenasa succínica competitivamente, por lo que se acumulará ácido succínico. Bajo la influencia de fumarasa, el agua se añade al ácido fumárico para dar ácido málico. Éste es convertido a ácido oxalacético por la enzima deshidrogenasa málica, que es una reacción que necesita NAD+. De esta manera, el ácido oxalacético es nuevamente formado y el ciclo se inicia nuevamente.


En conclusión, podemos decir que el resultado del ciclo de Krebs es la formación de 2 moléculas de dióxido de carbono, que se eliminan al exterior, la producción de ATP por liberación de energía y la formación de átomos de hidrógeno que son aceptados por el NAD y por otra coenzima: el FAD.

Por cada giro del ciclo, se forma una molécula de FADH2 a partir de FAD. No se requiere de O2 para el ciclo de Krebs: los electrones y los protones eliminados en la oxidación del carbono son aceptados por el NAD+ y el FAD. Se necesitan dos vueltas del ciclo de Krebs para completar la oxidación de sólo una molécula de glucosa. De esta manera, el rendimiento energético total del ácido cítrico para molécula de glucosa es 2 moléculas de ATP, 6 moléculas de NADH y 2 moléculas de FADH2.

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La electroforesis y el punto isoeléctrico.

Introducción a la Electroforesis

El concepto de punto isoeléctrico (pI) se relaciona con el pH de una solución en la que una proteína en particular tiene una carga neta neutra. Esta condición específica se identifica como el punto en el cual una proteína no presenta una carga eléctrica neta. En ámbitos científicos, se suele referir al punto isoeléctrico como pI o pHi para simplificar su mención.

Electroforesis
Electroforesis

Electroforesis y su Funcionamiento

Cuando se introduce una solución de proteínas en un medio con un campo eléctrico, su comportamiento puede variar considerablemente dependiendo del pH del medio en relación con el punto isoeléctrico de la proteína.

Si el pH del medio es ácido en comparación con el pI de la proteína, esta se desplaza hacia el cátodo, el polo negativo. La razón radica en la carga positiva que posee la proteína en ese entorno, comportándose como un catión.

Electroforesis.
Electroforesis.

En cambio, cuando el pH del medio supera el punto isoeléctrico de la proteína, la misma migra hacia el ánodo, el polo positivo. Esto se debe a la carga negativa que adquiere la proteína en un medio alcalino, comportándose como un anión.

Si la solución se encuentra en el punto isoeléctrico, la proteína permanece estática, ya que en esta condición no presenta carga neta y, por tanto, no actúa como un ion. Este fenómeno de migración de proteínas en función de su carga eléctrica se conoce como electroforesis.

Fraccionamiento Electroforético

El fraccionamiento electroforético es una técnica comúnmente empleada para separar proteínas que poseen diferentes puntos isoeléctricos. Cuando varias proteínas con distintos pHi se encuentran disueltas en un medio con un pH específico, sus diferencias en pHi generan variaciones en la carga neta y en la velocidad de migración en el campo eléctrico. Estas diferencias son aprovechadas para lograr la separación de las proteínas.

El fraccionamiento electroforético se basa en diferencias sutiles pero significativas en los puntos isoeléctricos (pHi) de varias proteínas. Al disolver estas proteínas en un medio con un pH particular, sus variaciones en pHi crean disparidades en la carga neta y la velocidad de migración en el campo eléctrico. Este proceso permite separarlas con precisión. Un ejercicio práctico podría ser simular la electroforesis utilizando gel de agarosa y distintas proteínas para observar cómo se separan en función de sus cargas y puntos isoeléctricos.

Electroenfoque

Una variante significativa de la electroforesis es el electroenfoque. En esta técnica, el medio en el que se realiza la separación experimenta un cambio gradual en su pH, creando un gradiente de acidez o alcalinidad. La proteína se detiene durante su migración cuando alcanza la zona de pH correspondiente a su punto isoeléctrico, lo que permite una separación aún más precisa y específica de proteínas.

Electroforesis.

Conclusión

La electroforesis es una herramienta fundamental en la biología y la bioquímica para separar proteínas en función de sus cargas eléctricas y sus puntos isoeléctricos. Comprender cómo las proteínas se comportan en diferentes entornos de pH es crucial para el fraccionamiento y análisis de estos componentes biológicos.

Guía de estudio

  1. Define el punto isoeléctrico y explica por qué es relevante en la electroforesis.
  2. ¿Cómo varía la carga neta de una molécula en función de su entorno de pH con respecto al punto isoeléctrico?
  3. ¿Por qué una molécula no migra durante la electroforesis cuando se encuentra en su punto isoeléctrico?
  4. ¿Cómo se puede determinar experimentalmente el punto isoeléctrico de una molécula?
  5. ¿Cuál es la importancia biológica y biomédica de conocer el punto isoeléctrico de las biomoléculas?

Estas preguntas abordan aspectos clave tanto de la electroforesis como del punto isoeléctrico, fomentando una comprensión integral de su funcionamiento y relevancia en la investigación biomédica y biológica.

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Fuentes recomedandas:

  1. PubMed: Visita el sitio web de PubMed (https://pubmed.ncbi.nlm.nih.gov/) y realiza búsquedas utilizando términos como “electroforesis” en español para acceder a artículos con resúmenes en español.
  2. SciELO: Ingresa a la página principal de SciELO (https://scielo.org/) y busca en su catálogo de revistas científicas usando palabras clave como “electroforesis” para encontrar artículos en español.
  3. Dialnet: Accede al portal de Dialnet (https://dialnet.unirioja.es/) y utiliza su motor de búsqueda para encontrar trabajos académicos en español relacionados con la electroforesis.
  4. Redalyc: Dirígete al sitio de Redalyc (https://www.redalyc.org/) y explora su catálogo de revistas científicas, utilizando términos de búsqueda como “electroforesis” para acceder a contenido en español.
  5. Bases de datos universitarias y de centros de investigación: Visita los sitios web de universidades o centros de investigación reconocidos en tu país o región. Busca secciones como “repositorios” o “bibliotecas virtuales” donde suelan compartir trabajos académicos en español.

Utilizando estas indicaciones y realizando búsquedas con los términos adecuados, podrás encontrar artículos y trabajos relacionados con la electroforesis en español en estas fuentes confiables.

El ciclo de Calvin explicado fácil
El ciclo de Calvin

El ciclo de Calvin

En las células vegetales, la energía y la capacidad reductora que se generan en la etapa lumínica se utilizan para la conversión del CO2 en glúcidos.

El ciclo de Calvin consta de tres etapas:

1) La fijacion del carbono (por acción de la enzima ribulosa-1,5-bifosfato carboxilasa: “RUBISCO“).
2) La reducción del carbono fijado para la síntesis de la hexosa.
3) La regeneración de la ribulosa- 1,5-bifosfato.

El ciclo de Calvin comienza con la fase de fijación, cuando moléculas de ribulosa-1,5-bisfosfato se transforman en 3-fosfoglicerato por acción de la importantísima enzima ribulosa-1,5-bifosfato carboxilasa, dando lugar a tres moléculas de dióxido de carbono. Las moléculas de 3-fosfoglicerato da lugar a la 1,3-bisfosfoglicerato, por acción de la 3PGquinasa. En este punto, las moléculas de ATP pasan a ser ADP + fosfato.

En la segunda fase, de reducción, la molécula de 1,3-bisfosfoglicerato, por acción de la enzima GA3Pdeshidrogenasa, se transforma en gliceraldehído-3P, la cual contiene 18 carbonos. En esta reacción, 6 NADPH dan lugar a 6 NADP. El gliceraldehído-3P formado pasa a ser GA-3P (de 15 carbonos). Esta última permite que se obtengan hidratos de carbono, que luego pueden almacenarse como almidón, por ejemplo. La GA-3P que continúa en el ciclo pasa a la tercera y última fase.

En esta Fase III, donde se da la regeneración del aceptor, las enzimas isomerasas, transcetolasas, aldolasas y fosforribuloquinasa catalizan la reacción que ocurre cuando la GA-3P pasa a ser ribulosa-1-5-bisfosfato, que era la molécula inicial del proceso, por lo que el ciclo vuelve a comenzar.

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MESELSON Y STAHL: El experimento sobre LA REPLICACIÓN DEL ADN.

El experimento de Meselson y Stahl: ¿Cómo se descubrió la secuencia de ADN?

MESELSON Y STAHL: El experimento sobre LA REPLICACIÓN DEL ADN.
MESELSON Y STAHL

Watson y Crick sugirieron, con su modelo del ADN, que la autoduplicación del ADN era semiconservativa. ¿Cómo se comprobó esto? Es un tanto complicado de entenderlo a la primera, pero intentaremos sacar las conclusiones más importantes. ¡Comencemos!
 

Meselson y Stahl cultivaron bacterias de Sterichia coli en un medio que contenía un isótopo[note]¿No sabes qué es un isótopo? Puedes leer el artículo al respecto en https://www.ensambledeideas.com/isotopos/[/note] pesado de nitrógeno (15N), por 14 generaciones. por lo que el ADN sintetizado tenía densidad pesada.

¿Qué significa todo esto? En otras palabras, las bacterias crecieron en un medio que presentaba un nitrógeno un tanto más pesado que el nitrógeno que todos conocemos (el nitrógeno más abundante es el nitrógeno-14, 14N). El ADN tenía como fuente de nitrógeno, entonces, un medio con nitrógeno-15. Esto haría que las bacterias tengan un ADN más “pesado” que el de otras Sterichia coli que no crecían en un medio con esas características.  Luego, cambiaron el medio a uno con nitrógeno-14 y se aisló el ADN de las bacterias. El ADN se aisló en los ciclos de replicación 0, 1 y 2.

Los resultados fueron:

El ADN original tenía dos hebras con densidad alta (es decir, dos hebras 15N). Los dos ADN obtenidos en la primera generación tenían densidad intermedia (es decir, una hebra 15N y otra hebra 14N). En la segunda generación, se obtuvieron cuatro ADN: dos de ellas tenían densidad intermedia (es decir, una hebra 15N y otra hebra 14N) y dos ADN eran de densidad liviana (es decir, dos hebras 14N).

Importancia histórica y legado de la replicación del ADN

El experimento de Meselson y Stahl no solo validó de manera crucial el modelo de replicación del ADN propuesto por Watson y Crick, sino que también estableció un estándar en la metodología experimental en biología molecular. Su impacto sigue resonando en la investigación científica, enfatizando la importancia de la precisión experimental y la observación meticulosa en la validación de teorías fundamentales.

meselson y sthal
Meselson y Sthal

Además, sentó las bases para investigaciones posteriores sobre la estructura y función del ADN, abriendo nuevas vías de estudio en genética y biología molecular que continúan inspirando a generaciones de científicos.

Implicaciones más amplias del modelo semiconservativo:

El modelo semiconservativo de replicación del ADN, confirmado por el experimento de Meselson y Stahl, no solo transformó nuestra comprensión de la genética molecular, sino que también tuvo un impacto significativo en áreas como la medicina y la biotecnología.

En medicina, este concepto es esencial para el diagnóstico y tratamiento de enfermedades genéticas, así como para el desarrollo de terapias genéticas avanzadas.

En biotecnología, ha sido fundamental para la ingeniería genética y la producción de medicamentos biológicos. Además, este modelo ha sido crucial para estudiar la evolución y la diversidad genética, proporcionando una base sólida para comprender cómo los cambios en el ADN afectan la adaptación y la supervivencia de los organismos en diferentes entornos.

Conclusiones del experimento de Meselson y Stahl

El resultado de la primera replicación no descartaba el modelo dispersivo de replicación, que predice que todo el ADN será de densidad intermedia. Pero después de dos ciclos de replicación, se ven dos bandas de ADN, una de densidad intermedia y una de densidad liviana. Este resultado es exactamente lo que predice el modelo semicorservativo.

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El Ciclo Celular
ciclo celular
Ciclo Celular

Las etapas del ciclo celular

La vida de una célula eucariota se puede dividir en dos períodos, que se dan cíclicamente, y conforman el llamado ciclo celular. Estos períodos reciben el nombre de interfase y división celular.

En principio, la interfase es el período de crecimiento celular (lo hace en dos fases: G1 y G2) y también donde la célula duplica su material genético (fase S). En esta etapa, se forma la cromatina, fibras delgadas de ADN, y ocurrr la duplicación del ADN. Debido a esta característica del ADN, los seres vivos pueden perpetuarse en el tiempo, ya que toda la información hereditaria contenida en la célula madre se conserva y transmite a cada una de las células hijas.

Luego, ocurre la llamada división celular. Podemos estudiarla según dos grandes etapas:

En una primera etapa se produce la división del núcleo, proceso que se llama mitosis. Este proceso ocurre tanto en organismos unicelulares (originando nuevos individuos) como en pluricelulares (permitiendo su desarrollo y reparación de tejidos).

En la mitosis, se reparte en forma equitativa todo el material hereditario duplicado. Culmina con la formación de dos células con idéntica información hereditaria. Durante la mitosis, el ADN se encuentra condensado y compactado, formando los cromosomas, que están duplicados. Existen cuatro etapas en la mitosis:

La profase (la cromatina empieza a condensarse y se forman los cromosomas).

La metafase (los cromosomas migran al plano medio de la célula y se ordenan).

La anafase (cada uno de los cromosomas hermanos migran en sentido opuesto).

La telofase (los cromosomas forman nuevos núcleos).

A continuación, el citoplasma se separa. A este proceso, en el que se da lugar a dos nuevas células hijas, se llama citocinesis.

La mitosis ocurre en casi todas las células de los eucariontes, pero en las sexuales ocurre un proceso diferente llamado meiosis, proceso del que nos ocuparemos en otro artículo.

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