01 diferenciacion celular

Diferenciación
Celular
Biología Diferenciado

Conversión de Unidades

1 m = 1000 mm 1 mm = 0,001 m
(milímetros)
1 mm = 1000 µm 1 µm = 0.001 mm
(micrómetros)
1 µm = 1000 nm 1 nm = 0,001 µm
(nanómetros)

Niveles de organización de la
materia viva
 Partículas Subatómicas
 Átomos
 Moléculas
 Células
 Tejidos
 Órganos
 Aparatos y Sistemas
 Organismo Pluricelular

Niveles de organización de la
materia viva

Morfología microscópica

Morfología macroscópica y
mesoscópica

Tejidos

Están formados por:
 Células
 Sustancia Intercelular

Tejidos: agrupaciones de células,
generalmente de un mismo tipo, que
poseen una sustancia intercelular entre
ellas, que las relaciona.

PREGUNTAS:
a) ¿Cómo se comunican las
Cells?

c) ¿Cuáles son los mecanismos de
transporte a nivel celular?

e) ¿De que factores depende la
forma y la diferenciación
celular?

Diferenciación Celular

 Las células altamente diferenciadas generalmente
sintetizan una gran cantidad de una o sólo unas
pocas proteínas.
 queratina en las células epidérmicas.
 hemoglobina en los glóbulos rojos.
 tripsina en las células acinares del páncreas.


 Esto llevó a pensar que la diferenciación celular
consistiría en la amplificación de secuencias
particulares de ADN que codifican para tales
proteínas (genes).
¿Esto sería posible?

 Dado que todas las células de una
misma especie poseen la misma
cantidad de ADN, el aumento de
copias de un determinado gen
debería implicar que otros se pierden.


 Así las células epidérmicas podrían haber perdido
los genes que codifican para hemoglobina,
tripsina, etc. y haber aumentado el número de
copias de los genes que codifican para queratina.
 La pérdida de genes durante el proceso de
diferenciación también se pensó que podría
explicar el hecho de que la diferenciación celular
es casi siempre, un fenómeno irreversible.


 Esta era la concepción prevalente durante la
década del 50.
 Durante los años 60 Gurdon realizó una serie de
experimentos que cambió fundamentalmente el
concepto de diferenciación celular.
 Una primera serie de experimentos se realizó
transplantando núcleos a ovocitos de anfibios.


 Estas células son suficientemente grandes para
inyectarles un núcleo de otra célula.
 Ovocitos de rana no fertilizados son sometidos a luz
ultravioleta, lo cual produce la destrucción del
núcleo, dando como resultado ovocitos
enucleados (sin núcleo).
 A partir de renacuajos de la misma especie se
separan núcleos de células somáticas
diferenciadas, tales como células epiteliales de la
epidermis, del intestino o de células nerviosas.

 Cada uno de estos núcleos es inyectados
individualmente a ovocitos anucleados.
 El transplante de un núcleo somático (diploide) al
ovocito anucleado gatilla el mismo proceso que
el de la fecundación de un ovocito normal por un
espermatozoide: la obtención, a través de un
proceso normal de desarrollo de una rana adulta
normal y fértil.
 Es decir, el núcleo de una célula diferenciada
contiene toda la información genética necesaria
para originar un nuevo individuo.


 Durante la diferenciación celular el genoma
permanece constante, sin que haya pérdida de
información genética fundamental.

 Todas las células de un organismo multicelular
poseen el mismo ADN, más precisamente, las
mismas secuencias de ADN (genes).


 Dado que un mismo núcleo puede "expresar"

genes diferentes según el citoplasma que lo rodea

se puede inferir que en el citoplasma existen

factores que influyen en la expresión génica y por

lo tanto en la diferenciación celular.


 Recientemente, se ha logrado reproducir el
experimento de Gurdon en una especie mamíferos.
Sin embargo los resultados no son los esperados.

 La oveja "Dolly" es el
resultado del
transplante de un
núcleo de una célula
somática de un
animal adulto (célula
de la glándula
mamaria) en el
citoplasma de un
ovocito enucleado,
obteniéndose por
primera vez un "clon"
viable de un mamífero
adulto.

Diferenciación y síntesis de proteínas
 En un organismo multicelular, los diferentes tipos
celulares sintetizan y almacenan proteínas
diferentes.
¿Qué tan extensas deben ser las diferencias entre
las proteínas de dos tipos celulares de tal manera
que uno termine siendo una célula muscular
estriada y el otro una neurona?
 No hay aún una respuesta para esta pregunta.
 Todas las células de un mismo organismo producen
un cierto número de proteínas que son comunes.

Diferenciación y
síntesis de proteínas
 Citoesqueleto
 Histonas de la cromatina
 Proteínas ribosomales
 Conforman la lámina del núcleo
 Conforman las membranas del RER y el aparato de
Golgi
 Cadena respiratoria de las crestas mitocondriales
 Enzimas que son claves en el metabolismo celular.

Diferenciación y síntesis de proteínas
 Existen por otro lado, proteínas
excepcionales que sólo son
sintetizadas en uno o unos pocos tipos
celulares (Hemoglobina sólo está en los
eritrocitos)

Otros que estando presente en varios
tipos celulares, sólo en uno de ellos se
sintetizan en cantidades
excepcionalmente grandes, como la
miosina en la célula muscular estriada.

Diferenciación y síntesis de
proteínas
 El análisis del número de secuencias diferentes del
ARNm sugiere que una célula eucarionte superior
sintetiza entre 10.000 y 20.000 proteínas diferentes.
 De éstas sólo unas 2.000 están en cantidades
suficientes (más de 50.000 copias) como para ser
detectadas.
 La mayoría de estas 2.000 proteínas parecen ser
comunes a todos los tipos celulares de un mismo
organismo.

Diferenciación y síntesis de
proteínas
 Lo cual sugiere que un número relativamente bajo
de proteínas diferentes o especiales debe ser
suficiente para crear diferencias muy grandes en la
conducta celular.
 Si las células se diferencian entre sí por las proteínas
que producen, pero todas ellas poseen el mismo
genoma, se puede concluir que los distintos tipos
celulares se diferencian porque expresan genes
diferentes.

Diferenciación celular y
expresión génica
En eucariontes la vía que va desde el ADN a la
proteína involucra las siguientes etapas:
 Transcripción de ADN a ARN;
 Procesamiento del ARNnh (ARN nuclear
heterogéneo) a ARNm;
 Transporte del ARN m del núcleo al citoplasma;
 Traducción del ARNm a proteína;
 Degradación del ARNm.

expresión génica
 Dado que las células se diferencian
unas de otras por las proteínas que
sintetizan, el proceso de
diferenciación podría involucrar a
una, más de una, o a las cinco etapas
que median entre el ADN y la proteína
finalmente sintetizada.

Control de la diferenciación a nivel de
la transcripción
 En procariontes (bacterias) prácticamente toda la
regulación génica ocurre a nivel de la
transcripción.
 A su vez, dicha regulación se realiza a través de
proteínas represoras y activadoras de la actividad
génica.
 EJEMPLO: En E. coli se describió la proteína
represora de la síntesis de β galactosidasa.

Control de la diferenciación a
nivel de la transcripción
 Esta proteína se une específicamente a una
determinada secuencia de 21 pares de bases del
ADN.
 A esta región del ADN se la llama operador y se
superpone parcialmente a una región más larga
del ADN, que es el sitio de unión de la enzima ARN
polimerasa.
 A esta última región del ADN se la conoce como
promotor.

 Si la proteína represora no está presente, el
promotor puede unir la ARN polimerasa y se
transcribe el mARN correspondiente, el cual, a su
vez, se traduce en proteínas (enzimas) que
degradan lactosa.

 La lactosa, a su vez, tiene afinidad por la proteína
represora del gen.
 En presencia de lactosa, la proteína represora no
se une al operador y por lo tanto se produce una
activación de la expresión del gen que codifica
para β galactosida-sa.

 Al disminuir el contenido intracelular de lactosa, la
proteína represora queda libre de lactosa y
entonces puede unirse al operador.
 Esto, a su vez, impide la unión de ARN polimerasa,
bloqueando así la activación del gen y su
correspondiente transcripción y traducción.
 Como resultado de ello decrece la concentración
de la enzima degradadora de lactosa y ello resulta
en un aumento de lactosa.

 Al aumentar la lactosa se une a la proteína
represora dejando el promotor libre y posibilitando
que se active el gen nuevamente.
 Este tipo de control génico es llamado regulación
negativa.
 Existe otro tipo de control conocido como
regulación positiva.
 En ella es necesaria la unión de una proteína
específica (proteína activadora) al operador para
que la ARN polimerasa se pueda unir al promotor.
 En este caso la secuencia de pares de nucleótidos
del operador no se superpone a la del promotor.

 En células eucariontes de organismos superiores
sólo alrededor del 7% de los genes son transcritos a
ARN.
 Parece altamente improbable que el 93% de los
genes restantes estén reprimidos por proteínas
represoras específicas, pues se requerirían miles de
ellas.
 El juego de genes que se transcriben (7%) es propio
de cada tipo celular y determina el proceso de

 La selección de los genes que se transcribirán en
cada célula es progresiva y se realiza durante el
proceso de desarrollo (embriológico) de los
organismos multicelulares.
 Una vez que dicho juego de genes ha sido
finalmente seleccionado, queda como un rasgo
estable que además se transmite de una
generación a otra de dicho tipo celular.

Probables mecanismos de
expresión génica
 Un primer grado de
mayor complejidad,
respecto del modelo
de represión o
activación por una
proteína represora o
activadora, es la
existencia de proteínas
reguladoras que
pueden activar un gen
y reprimir otro.

expresión génica
 Esto es posible porque
a lo largo del genoma
existen dos sitios de
unión para esta
proteína reguladora
(dos operadores
idénticos).
 uno de los operadores
se superpone al
promotor (gen

expresión génica
 Otro operador está
desplazado y no se
superpone al promotor,
en este gen la proteína
actúa como
activadora.
 Existen evidencias de
que hay proteínas que
pueden regular la
expresión de varios
genes.

expresión génica
 A estas proteínas se las
ha llamado proteínas
reguladoras maestras.
 En este caso existen en
el genoma varios sitios
de unión para esta
proteína maestra
(varios operadores).

expresión génica
 Dependiendo de la
ubicación del
operador respecto del
promotor la proteína
maestra activa o
reprime los genes.
 La prot. maestra por ser
una proteína, resulta
de la activación del
gen que la codifica.

expresión génica
 Si existe una proteína
que regula al gen de
la proteína maestra,
dicha proteína
regulará a la
proteína maestra, y
con ello a todos los
genes regulados por
esta última.

expresión génica
 La existencia de unas pocas proteínas reguladoras
maestras y la posibilidad de que las mismas estén
combinadas de maneras diferentes a través de las
divisiones celulares sucesivas, permite que se vayan
diferenciando un alto número de tipos celulares
diferentes.

procesamiento del ARN
 Alrededor del 7% de los genes son transcritos a RNA
nuclear.
 El mRNA que se encuentra en el citoplasma
representa sólo el 1% al 2% de los genes.
 Ello indica que no todo el ARN que se transcribe a
partir del DNA llega a ser mARN.
 El producto de la transcripción del gen por la
participación de la RNA polimerasa II se lo conoce
como RNA nuclear heterogéneo (hnARN) o
transcritos de ARNo ARN precursor.

 Estos precursores sufren un procesamiento de tal
manera que regiones completas de su secuencia
son removidas y los extremos de las porciones
restantes vueltas a sellar (splicing).
 Ello da como resultado una molécula de ARN más
corta (hasta 20 veces más corta) y que es la que
saldrá al citoplasma como mARN.
 Las regiones eliminadas del RNA precursor se
conocen como intrones.

 Un mismo ARN precursor puede ser procesado de
dos o más maneras, lo cual determinará un mARN
diferente en cada caso, y consecuentemente una
proteína diferente.
 El mismo gen puede traducirse finalmente en
proteínas diferentes según sea el procesamiento
del ARN precursor.
 Esta es una importante forma de regular el
mecanismo de la diferenciación celular.

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