República Bolivariana de Venezuela Ministerio del poder popular para la educación Unidad Educativa Nacional ´´EL REAL´´ El Real- Obispos- Barinas. Los Genes: Control del Desarrollo de los Seres Vivos. Profesor: Gerson Páez Estudiante: Año/sección: 5^to ´´U´´ * Mariolvis Loyo Disciplina: Biología EL REAL, 30 DE ABRIL DEL 2020 Índice Pág. -Introducción………………………………………………………………………. 1 -Contenido _ Control genético del desarrollo ………………………….……………………. 2 _Etapas que Engloban el Desarrollo …………………………………………... 3 _ Diferenciación Celular en el Desarrollo Embrionario………………………... 5 _ Organismos modelo………………………………………………………….... 8 _ Teoría de Jacob y Monod.……………………………………………………. 9 _Conclusión…………………………………………………..………………………. 11 -Anexos.……………………………………………………………………………….. 12 _Bibliografías.……………………………………………………………………….... 13 Introducción El desarrollo de un individuo multicelular ocurre a partir de un cigoto que prolifera mediante mitosis y mediante el proceso de determinación celular. En un principio todas y cada una de las células que constituyen el embrión pueden convertirse en cualquier tipo celular, son células pluripotentes, pero en la mayoría de los individuos tras algunas divisiones del embrión cada célula determina a qué tipo celular corresponderá y ya no podrá volver a formar otro tipo de célula. La genética del desarrollo estudia cómo a partir de una célula aparece un organismo completo a nivel intracelular, a nivel de los genes y de su expresión o no expresión. Las Etapas que Engloba el Desarrollo son: Fecundación, Segmentación, Gastrulación, Organogénesis, Histogénesis Los genes y la información genética que tienen las células orientan el desarrollo de organismos. En alguna etapa del desarrollo debe haber diferenciación; la información que tienen las células en la que se divide el cigoto es la misma para todas. Durante las primeras etapas del desarrollo todas las células son toti potentes; cada una tiene la capacidad de desarrollar un embrión completo. El núcleo conserva todas sus potencialidades y puede diferenciarse en distintos tipos de células. La diferenciación celular durante el desarrollo embrionario. Por diferenciación se entiende el proceso mediante el cual una célula cambia sus características de un modo permanente (aunque no forzosamente irreversible), de forma que sus descendientes mantendrán esas características o las cambiarán de nuevo si ocurre una nueva diferenciación en otro sentido. Este proceso es la manifestación externa (morfológica o bioquímica) de algo imperceptible ocurrido antes, y se denomina determinación, que es el conjunto de cambios en el estado interno de una célula debidos a alteraciones en la expresión de los genes que provocan un compromiso en el destino celular, es decir, una decisión de diferenciarse. Estos cambios no suelen ser apreciables morfológicamente. Los genes: Control del Desarrollo de los Seres Vivos. Control genético del desarrollo Es cuando se manipula el ADN del embrión, básicamente se realiza para detectar posibles problemas hereditarios en los bebes antes de su formación en la barriga y se manipula su ADN para evitar que estas enfermedades se den, tal como exceso de cromosomas en uno de los pares o déficit de los mismos. Esto se realiza cuando las parejas tienen dificultades para procrear y desean hacerlo a través de la fertilización in vitro y el examen de control genético les asegura que él bebe podrá sobrevivir. El desarrollo de un individuo multicelular ocurre a partir de un cigoto que prolifera mediante mitosis y mediante el proceso de determinación celular. En un principio todas y cada una de las células que constituyen el embrión pueden convertirse en cualquier tipo celular, son células pluripotentes, pero en la mayoría de los individuos tras algunas divisiones del embrión cada célula determina a qué tipo celular corresponderá y ya no podrá volver a formar otro tipo de célula. La genética del desarrollo estudia cómo a partir de una célula aparece un organismo completo a nivel intracelular, a nivel de los genes y de su expresión o no expresión. Las Etapas que Engloba el Desarrollo 1- Fecundación: Por fusión de dos gametos surge el cigoto que acabará constituyendo el organismo. En mamíferos el gameto no es un óvulo propiamente dicho, sino que es un ovocito ya que está detenido en metafase de segundo orden, y pasa a óvulo una vez fecundado. Dentro de la fecundación se distinguen varias fases: aproximación, activación del ovocito, penetración yanfimixis (en mamíferos). La fecundación es el proceso por el cual dos gametos (masculino y femenino) se fusionan durante la reproducción sexual para crear un nuevo individuo con un genoma derivado de ambos progenitores. Los dos fines principales de la fecundación son la combinación de genes derivados de ambos progenitores y la generación de un nuevo individuo. Los detalles de la fecundación son tan diversos como las especies; sin embargo, existen cuatro eventos que son constantes en todas ellas: 2 1. El primer contacto y reconocimiento entre el óvulo y el espermatozoide, que en la mayor parte de los casos es de gran importancia para asegurar que los gametos sean de la misma especie. 2. La regulación de la interacción entre el espermatozoide y el gameto femenino. Solamente un gameto masculino debe fecundar un gameto femenino. Esto puede Lograrse permitiendo que sólo un espermatozoide entre en el óvulo, lo que impedirá el ingreso de otros. 3. La fusión del material genético proveniente de ambos gametos. 4. La formación del cigoto y el inicio de su desarrollo. En el caso de las plantas con semilla, se debe diferenciar el fenómeno de la fecundación propiamente dicho (unión íntima de dos células sexuales hasta confundirse sus núcleos respectivos y, en mayor o menor grado, sus citoplasmas),del proceso biológico de la vaca que lo antecede: la polinización, en el que los granos de polen, desarrollados en las tecas que contiene cada antera de un estambre (hoja reproductora masculina), son transportados por el viento o los insectos a los estigmas, donde germinan emitiendo un tubo polínico que crece hacia el ovario. En este caso no se trata de gametos, sino de esporas, pues cada grano de polen contiene dos gametos o células reproductoras masculinas, que son transportadas a una hoja reproductora femenina (carpelo) de otra flor (polinización cruzada) o de la misma flor (autopolinización). 2- Segmentación: Se denomina segmentación o clivaje al proceso embriológico temprano que consiste en una serie de divisiones celulares (mitosis) del óvulo fecundado (cigoto) que se producen antes de la gastrulación y que se relacionan con la morfología del huevo y en particular con la cantidad de vitelo que contiene. Las células resultantes de la división del cigoto se denominan blastómeros y forman una masa compacta llamada mórula; a partir de ésta se forma la blástula y posteriormente la gástrula. El clivaje resulta de dos procesos: cariocinesis (división del núcleo cuyo agente mecánico es el huso mitótico) y citocinesis (división celular cuyo agente mecánico es el anillo contráctil). 2 Mediante divisiones por mitosis se forman primero blastómeros que a medida que se dividen van bajando por la trompa de Falopio hacia el útero. Divisiones sucesivas originan la mórula y finalmente la blástula. Después de la segmentación ocurre la compactación que consiste en los procesos que comunican los blastómeros entre sí e impedirían su separación si no hubiera zona plácida. Ya las células internas forman el embrioblasto que formará más adelante el embrión, y las células externas forman el trofoblasto que dará lugar a la placenta. Este proceso comienza después de 24 horas de producida la fecundación cuando el cigoto experimenta su primera división mitótica, dando origen a dos células genéticamente iguales llamadas blastómeras. Estas células totipotenciales cuando se separan accidentalmente dan origen a gemelos monocigóticos. Las blastómeras presentan mitosis sucesivas, asincrónicas y desiguales, aumentando su número pero con escaso crecimiento celular. De esta manera se va corrigiendo la relación citoplasma/núcleo, tan aumentada en el cigoto. 3- Gastrulación: Menos divisiones mitóticas, comienzan los movimientos morfogenéticos al desplazarse conjuntos de células. Se forman las tres hojas embrionarias: ectodermo, mesodermo y endodermo. La gastrulación es el proceso mediante el cual se forma, a partir de la migración de poblaciones celulares ubicadas en el epiblasto, un embrión trilaminar.[1] Forma parte del desarrollo embrionario y ocurre después de la formación de la blástula, esto es, que sigue a la de segmentación o clivaje, y tiene como consecuencia la formación de las capas fundamentales del embrión (capas germinales): Ectodermo: es la capa externa, Por ello, formará parte de las paredes que constituyen el espacio que rodea al embrión: el saco amniótico. En efecto, de los límites periféricos del ectodermo se diferencian un grupo de células, los amniocitos, que continuándose desde el ectodermo se disponen cerrando la cavidad, en cuyo interior queda coleccionado el líquido amniótico. 3 Podemos distinguir dos partes de la capa: el ectodermo neural, denominado así por contener las células que darán lugar a la formación del sistema nervioso, y el resto de la superficie ectodérmica, el ectodermo no-neural, que dará lugar fundamentalmente a la capa de células cutáneas más superficiales, la epidermis. Mesodermo: es la capa intermedia, es decir, las células que forman la parte superior de la capa que creció hacia el interior en la blástula. Y formará parte del sistema reproductor, el sistema excretor, el osteoartromuscular y el circulatorio. El principal componente mesodérmico está situado en el eje longitudinal del embrión: la notocorda, que tendrá un papel fundamental en los procesos de inducción neural, sobre la capa ectodérmica suprayacente. Endodermo: es la capa de células más interna que se limita a seguir el proceso de incurvación embrionaria, dando lugar a la constitución del tubo endodérmico, que recorre el embrión longitudinalmente desde la boca primitiva (estomodeo) hasta el ano (membrana cloacal). Las células del endodermo constituirán fundamentalmente las estructuras del tubo digestivo, en referencia fundamentalmente a la mucosa digestiva 4- Organogénesis: El embrión experimenta la organización estructural, se delimitan los órganos. En esta fase del desarrollo embrionario, se forman los sistemas de órganos después de la segmentación y gastrulación. 5- Histogénesis: Diferenciación de tejidos: epitelial, conjuntivo, muscular y nervioso. Formación o desarrollo de los tejidos orgánicos a partir de las células indiferenciadas de las capas germinales del embrión. Sustancias Organizadoras Los genes y la información genética que tienen las células orientan el desarrollo de organismos. En alguna etapa del desarrollo debe haber diferenciación; la información que tienen las células en la que se divide el cigoto es la misma para todas. 4 Durante las primeras etapas del desarrollo todas las células son toti potentes; cada una tiene la capacidad de desarrollar un embrión completo. El núcleo conserva todas sus potencialidades y puede diferenciarse en distintos tipos de células. La diferenciación celular durante el desarrollo embrionario. Los genes y la información genética que tienen algunas células orientan el desarrollo de los organismos. La información que tienen las células en la que se divide el cigoto es la misma para todas. Por esto en alguna etapa del desarrollo debe haber diferenciación se ha observado que durante las primeras etapas del desarrollo hasta la formación de la mórula" todas las células son totipotentes. Esto quiere decir que cada célula tiene la capacidad de desarrollar un embrión completo Diferenciación Celular en el Desarrollo Embrionario La diferenciación celular es el proceso por el cual las células de un linaje celular concreto (el linaje celular se determina en el momento de la formación del embrión) sufren modificaciones en su expresión génica, para adquirir la morfología y las funciones de un tipo celular específico y diferente al resto de tipos celulares del organismo. Cualquier célula que presente potencia (capacidad de diferenciación) es lo que se denomina célula madre. Estas pueden clasificarse según su capacidad de diferenciación en totipotentes, pluripotentes, multipotentes y unipotentes. En los mamíferos, solo el cigoto y las células embrionarias jóvenes son totipotentes, mientras que en las plantas y hongos, muchas células son totipotentes.Y tienen tejidos animales y vegetales diferente composición bioquímica. Por diferenciación se entiende el proceso mediante el cual una célula cambia sus características de un modo permanente (aunque no forzosamente irreversible), de forma que sus descendientes mantendrán esas características o las cambiarán de nuevo si ocurre una nueva diferenciación en otro sentido. Este proceso es la manifestación externa (morfológica o bioquímica) de algo imperceptible ocurrido antes, y se denomina determinación, que es el conjunto de cambios en el estado interno de una célula debidos a alteraciones en la expresión de los genes que provocan un compromiso en el destino celular, es decir, una decisión de diferenciarse. Estos cambios no suelen ser apreciables morfológicamente. 5 Las células tienen una “memoria” celular que les dice en qué sentido, cuándo y dónde deben diferenciarse, y después mantienen ese estado. La decisión de diferenciarse ocurre antes de la misma diferenciación. Así, de los somitas emigran células a las extremidades y allí se diferencian en células musculares; mientras las células que ya estaban allí se diferencian en otro sentido, por ejemplo, tejido conjuntivo. La célula que toma esa decisión está determinada. La determinación supone un cambio que reúne las siguientes características: 1. Una vía concreta de desarrollo. 2. Interna. No depende del ambiente en que se halla por su posición en el embrión. 3. Autoperpetuable. La célula ya determinada no pierde la memoria ni su carácter definido en una vía concreta al variar las circunstancias que la produjeron. Esto equivale a decir que el cambio es casi irreversible. 4. Heredable. Se transmite a sus células hijas (memoria celular) Hipótesis sobre el Mecanismo de Diferenciación Celular Hasta la década de 1950, se planteaban dos posibles hipótesis que podrían explicar la diferenciación celular en los organismos pluricelulares. Una de ellas, es que a partir del embrión, los distintos tipos celulares perdían genes, regiones de su genoma, de forma que en el individuo adulto los distintos tipos celulares presentaran distinto genoma. La otra, defendía que manteniendo todos los tipos celulares el mismo genoma, existía una expresión diferencial de los distintos genes según el tipo celular. A finales de los años 1950, Frederick Stewart cultivó células individuales de zanahoria en un medio con nutrientes y varias hormonas de crecimiento. El resultado es que algunas de ellas dieron lugar a zanahorias adultas completas. De esta forma se descartaba la hipótesis de la pérdida de material genético según el tipo celular. 6 Mecanismos Generales de Control de la Diferenciación Celular Como cualquier proceso celular, la diferenciación celular se debe a reacciones bioquímicas que tienen lugar en el interior de la célula, y está promovida por complejas cascadas de señalización. La diferenciación celular, al igual que otros tantos procesos celulares, están controlados por mecanismos de regulación génica como control genómico, control transcripcional, control posttranscripcional, control traduccional y control posttraduccional. Cabe destacar la importancia de las sustancias denominadas morfógenos. Estos son sustancias, normalmente proteínas que aparecen en un gradiente de concentración en la célula o en el medio que la rodea, de forma que controla el destino durante la diferenciación. Estos morfógenos serán clave en la señalización que lleve a la expresión de unos u otros genes Los mecanismos de diferenciación celular en mamíferos se conocen menos, debido a los problemas que plantea la bioética en este campo. Sin embargo poco a poco nuestro conocimiento acerca de estos mecanismos es mayor. Un ejemplo puede ser el de los mioblastos C2C12 de ratones. El mioblasto es el tipo celular precursor de los miocitos (células musculares), que dará lugar a éstas por diferenciación celular. Se ha observado en mioblastos C2C12 de ratón que la PLC-gamma 1 (phospholipase C-gamma) está relacionada con el proceso de diferenciación celular de estas células inducido con insulina. GC. Gaboardi et all (2010) para identificar las dianas corriente abajo de PLC-gamma 1 analizaron la expresión de isoformas de PKC (Phosphokinase C) dependientes de DAG (diacilglicerol) durante la diferenciación muscular. Se observó que durante la formación de miotubos, aumenta la expresión de PKC epsilon y PKC eta, y que PKC epsilon es capaz de formar un complejo con PLC-gamma 1. El aumento de la cantidad de PKC epsilon está asociado a un aumento de su actividad. 7 Analizaron la relación existente entre la cantidad de PKC epsilon y la expresión de miogenina. La conclusión fue, por tanto, que PKC epsilon desarrolla un papel muy importante en la diferenciación del músculo esquelético. Diferenciación celular en plantas superiores La diferenciación en plantas superiores se produce a partir de las células meristemáticas que son reclutadas para dar lugar a las células maduras que forman parte de los órganos de la planta. Los cambios que se producen en la célula afectan desde al contenido celular o estructura de la pared, hasta a las relaciones entre células vecinas (espacios entre células o crecimiento diferencial de unas respecto a otras). Está demostrado que los genes de la familia WOX están relacionados con la organización de grupos de células durante el desarrollo de la planta. Según estudios realizados en el desarrollo de Arabidopsis thaliana y Solanum lycopersicum en los que se observó la transcripción y función de los genes WOX4, se constató que estos genes están involucrados en el desarrollo de los haces vasculares de la raíz y en el brote de los órganos laterales en ambas especies. Una reducción de la expresión de WOX4 mediante RNA de interferencia en Arabidopsis tuvo como consecuencia plantas de pequeño tamaño, cuyo floema y xilema no se había diferenciado o lo habían hecho dando lugar a conductos más pequeños de lo normal. Los datos obtenidos, sugieren que los genes WOX4 promueven la diferenciación o la no diferenciación del procambium vascular. Organismos modelo Para el estudio de procesos biológicos, como es el control genético del desarrollo, se utiliza tan sólo un pequeño número de organismos, llamados organismos modelo. Estos reúnen una serie de características favorables para el trabajo de laboratorio, como son: pequeño tamaño (por lo que se les puede observar cómodamente), ciclos de vida y tiempo de regeneración cortos, capacidad para ser mantenidos a bajo coste, descendencia manejable en cuanto al número y adaptabilidad al ambiente del laboratorio. Hay seis organismos modelos muy utilizados por genetistas: • Escherichia coli: bacteria del intestino de algunos mamíferos, incluidos humanos. 8 • Saccharomyces cerevisiae: levadura de cerveza. • Caenorhabditis elegans: nematodo. • Drosophila melanogaster: mosca de la fruta. Véase embriogénesis de Drosophila. • Arabidopsis thaliana: planta de la familia de la mostaza. Véase desarrollo floral. • Mus musculus: ratón doméstico. Desarrollo de Drosophila Drosophila melanogaster es el modelo de control genético del desarrollo más utilizado entre los genetistas. El cuerpo de Drosophila tiene tres partes: cabeza, tórax y abdomen. El tórax se divide en tres segmentos, uno por cada par de patas. El segundo incluye las alas, y el tercero, los ronzales. El desarrollo de este plan corporal sigue una serie de pasos estereotipados. Así, una vez producida la fecundación, el embrión temprano se desarrolla en tres fases: 1. Se desarrollan el eje antero posterior y el dorsoventral. 2. Se determinan la orientación y el número de segmentos que compondrán el cuerpo 3. Se establece la identidad de cada uno de los segmentos Cada una de estas fases o etapas distintas están controladas por un grupo de genes diferente. El estudio de estos genes se lleva a cabo mediante el análisis de mutantes de Drosophila en diferentes estadios de desarrollo. Teoría de Jacob y Monod La Teoría de Jacob y de Monod, se basa en los diversos mecanismos probables para la Proteinosíntesis, además de elaborar proteínas estructurales, en la célula se fabrican otros tipos de proteínas (enzimas), adaptadas para catalizar las reacciones bioquímicas. Las enzimas son las máquinas de la gran factoría de la célula, poseen mecanismos de regulación, siendo controladas por el grado de síntesis o producción, sino también por el grado de actividad de las mismas 9 La célula realiza una serie de procesos químicos muy complejos en los que intervienen muchas enzimas. Se hicieron estudios sobre la bacteria cherichia coli y se encontró que puede sintetizar triptofano mediante la enzima triptofanosintetasa. si se segrega este aminoácido a medio nutritivo, la bacteria deja de sintetizarlo, pero al quedar agotado el triptofano la bacteria lo sintetiza nuevamente. si se continua agregando triptofano durante varias generaciones la bacteria no lo sintetiza; si de repente se deja de añadir, se produce un largo periodo de retraso, durante el cual la célula se multiplican muy poco. Durante este periodo se sintetiza poco triptofano, lo cual se debe a que la bacteria carece o paseé escasa cantidad de triptofanosintetasa. Posteriormente reaparece la enzima y se alcanza el nivel normal en el proceso de síntesis. La síntesis de enzimas está regulada y dirigida por los genes. Pero ¿cómo se efectúa esta regulación? El modelo genético propuesto por F. Jacob y J. Monod explica este mecanismo. Estos autores distinguen varios tipos de genes: Los genes estructurales: ocupan una porción del ADN, y tienen la función de especificar la secuencia de aminoacidos en la molécula de proteína. El operón: está formado por varios genes estructurales y el gen operador que esta ubicado en el extremo inicial. Este gen actúa como interruptor de corriente. El gen regulador: produce una determinada sustancia que al combinarse con el producto final( en nuestro ejemplo triptófano), actúa como represor del opeón. Esta sustancia produce un bloqueo de la acción del operón, ya que sea combinara con el operador, el cual anteriormente funciona como un interruptor de corriente y no se sintetiza ninguna sustancia 10 Conclusión La diferenciación celular es el proceso por el cual las células de un linaje celular concreto (el linaje celular se determina en el momento de la formación del embrión) sufren modificaciones en su expresión génica, para adquirir la morfología y las funciones de un tipo celular específico y diferente al resto de tipos celulares del organismo. Para el estudio de procesos biológicos, como es el control genético del desarrollo, se utiliza tan sólo un pequeño número de organismos, llamados organismos modelo. Estos reúnen una serie de características favorables para el trabajo de laboratorio, como son: pequeño tamaño (por lo que se les puede observar cómodamente), ciclos de vida y tiempo de regeneración cortos, capacidad para ser mantenidos a bajo coste, descendencia manejable en cuanto al número y adaptabilidad al ambiente del laboratorio. La Teoría de Jacob y de Monod, se basa en los diversos mecanismos probables para la Proteinosíntesis, además de elaborar proteínas estructurales, en la célula se fabrican otros tipos de proteínas (enzimas), adaptadas para catalizar las reacciones bioquímicas. Las enzimas son las máquinas de la gran factoría de la célula, poseen mecanismos de regulación, siendo controladas por el grado de síntesis o producción, sino también por el grado de actividad de las mismas Cabe destacar la importancia de las sustancias denominadas morfógenos. Estos son sustancias, normalmente proteínas que aparecen en un gradiente de concentración en la célula o en el medio que la rodea, de forma que controla el destino durante la diferenciación. Estos morfógenos serán clave en la señalización que lleve a la expresión de unos u otros genes. 11 Anexos 12 Bibliografías - www.wikipedia.com - www.monogrfia.com - www.controlgeneticodeldesarrollo.com - www.determinacion.com - www.buenastareas.com - www.sacribd.com - www.monografias.com - www.es.sliderhare.net 13
