Biologia Cel·lular: Replicació ADN, Transcripció, Traducció, Mitosi i Meiosi

Replicació de l'ADN

La replicació de l'ADN és el procés pel qual l'ADN es duplica abans que una cèl·lula es divideixi. Això garanteix que cada nova cèl·lula rebi una còpia exacta del material genètic.

1. Desenrotllament de l'ADN

   • L’enzim helicasa separa les dues cadenes de l’ADN obrint la doble hèlix com si fos una cremallera.
   • Això crea una estructura en forma de Y anomenada forquilla de replicació.

2. Síntesi de les noves cadenes

   • L’enzim ADN polimerasa afegeix nous nucleòtids a cada cadena de l’ADN original, seguint la regla de complementarietat:
     • Adenina (A) s'aparella amb Timina (T).
     • Citosina (C) s'aparella amb Guanina (G).
   • Com que les dues cadenes de l’ADN són antiparal·leles, una es copia contínuament (cadena principal) i l’altra es copia en fragments (cadena retardada), formant els fragments d’Okazaki.

3. Unió i revisió

   • Els fragments d’Okazaki es connecten amb l’enzim ADN ligasa.
   • L’ADN polimerasa revisa la nova molècula i corregeix errors per assegurar una còpia exacta.

Es formen dues molècules d’ADN idèntiques, cadascuna amb una cadena original i una de nova (replicació semiconservativa).

Transcripció: De l'ADN a l'ARNm

La transcripció és el procés en què la informació de l'ADN es copia en una molècula d'ARN missatger (ARNm) perquè pugui sortir del nucli i dirigir la síntesi de proteïnes.

1. Iniciació

   • L’enzim ARN polimerasa es fixa a una regió específica de l’ADN anomenada promotor.
   • Aquesta regió indica on ha de començar la transcripció.

2. Elongació

   • L’ARN polimerasa llegeix una de les cadenes de l’ADN (cadena matriu) i sintetitza una cadena complementària d’ARNm.
   • La diferència principal és que en l'ARN la Timina (T) se substitueix per Uracil (U).

3. Terminació

   • Quan l’ARN polimerasa arriba a una seqüència de terminació, s’atura la transcripció i l’ARNm se separa de l’ADN.

4. Maduració de l’ARNm (Només en cèl·lules eucariotes)

   • L’ARNm encara no està llest per sortir del nucli, així que passa per modificacions:
     • Afegit de cap (5' cap): protegeix l’ARNm i ajuda els ribosomes a reconèixer-lo.
     • Cua de poli-A: facilita l’estabilitat de l’ARNm.
     • Esplicing: es tallen i eliminen parts innecessàries de l’ARNm (introns), i es deixen només les seqüències útils (exons).

Resultat: Una molècula d’ARNm madur, que porta la informació per fabricar una proteïna, surt del nucli cap als ribosomes.

Traducció: De l'ARNm a Proteïnes

La traducció és el procés que converteix la informació de l’ARN missatger en una seqüència d’aminoàcids per formar una proteïna.

1. Iniciació

   • L’ARNm arriba al ribosoma.
   • El ribosoma busca el codó d’inici, sempre AUG, que codifica per l’aminoàcid metionina.

2. Elongació

   • Cada tres lletres de l’ARNm formen un codó (per exemple, AUG, UUU, GCG).
   • Cada codó correspon a un aminoàcid específic, segons el codi genètic.
   • L’ARN de transferència (ARNt) porta els aminoàcids correctes al ribosoma.
   • A cada codó de l’ARNm, l’ARNt aporta l’aminoàcid corresponent, i el ribosoma els uneix formant una cadena polipeptídica.

3. Terminació

   • Quan el ribosoma arriba a un codó de parada (UAA, UAG o UGA), la síntesi s’atura.
   • La proteïna recent formada es desprèn i es plega en la seva forma funcional.

Resultat: Es genera una proteïna funcional, que pot actuar com una hormona, un enzim, un receptor cel·lular, etc.

Mitosi: Divisió Cel·lular Somàtica

La mitosi és el procés de divisió cel·lular que produeix dues cèl·lules filles idèntiques a la cèl·lula mare. Es dona en les cèl·lules somàtiques (no sexuals) i permet el creixement, la reparació de teixits i la regeneració.

Fases de la Mitosi

Nota important: Abans de començar la mitosi, l’ADN es duplica durant la interfase.

Profase

• L’ADN es condensa en cromosomes.
• Es forma el fus mitòtic (estructures de proteïnes que ajuden a separar els cromosomes).
• La membrana nuclear comença a descompondre’s.

Metafase

• Els cromosomes s’alineen al centre de la cèl·lula (placa metafàsica).
• Els microtúbuls del fus mitòtic s’uneixen als centròmers dels cromosomes.

Anafase

• Les cromàtides germanes de cada cromosoma se separen i es mouen cap als extrems oposats de la cèl·lula.

Telofase

• Es forma una nova membrana nuclear al voltant dels cromosomes en cadascun dels dos nous nuclis.
• Els cromosomes es desenrotllen i tornen al seu estat original.

Citocinesi (Divisió del citoplasma)

• La cèl·lula es divideix en dues cèl·lules filles genèticament idèntiques.

Resultat de la Mitosi

• Dues cèl·lules filles amb el mateix nombre de cromosomes que la cèl·lula mare (diploides, 2n).
• Permet el creixement i la regeneració dels teixits.

Meiosi: Divisió Cel·lular Reduccional

La meiosi és un procés de divisió cel·lular que redueix el nombre de cromosomes a la meitat, creant cèl·lules haploides (gàmetes). És essencial per a la reproducció sexual i la variabilitat genètica.

Profase I (Fase més llarga i complexa)

En aquesta fase es duen a terme dos processos clau: l’aparellament dels cromosomes homòlegs i el crossing-over (entrecreuament genètic).

Subfases de la Profase I:

Leptotè

• L’ADN es condensa i es comencen a veure els cromosomes com a fils llargs i prims.
• Cada cromosoma està format per dues cromàtides germanes unides pel centròmer.

Zigotè

• Els cromosomes homòlegs s’aparellen formant bivalents o tètrades (cadascun conté 4 cromàtides).
• Apareix el complex sinaptonèmic, una estructura proteica que manté units els cromosomes homòlegs.

Paquitè

• Es produeix el crossing-over: intercanvi de fragments d’ADN entre cromosomes homòlegs.
• Això genera variabilitat genètica, fent que cada gàmeta sigui diferent.

Diplotè

• Els cromosomes homòlegs comencen a separar-se, però segueixen units en punts anomenats quiasmes, llocs on s'ha produït l’entrecreuament.

Diacinesi

• Els cromosomes es compacten al màxim.
• Els quiasmes desapareixen.
• Es desintegra la membrana nuclear i es formen els fusos meiòtics.

Final de la Profase I: Els cromosomes homòlegs estan preparats per ser separats.

Metafase I

• Els bivalents (parelles de cromosomes homòlegs) s’alineen al centre de la cèl·lula (placa metafàsica).
• Els microtúbuls del fus meiòtic s’uneixen als centròmers dels cromosomes.
• Distribució aleatòria dels cromosomes: l’orientació dels cromosomes és a l’atzar, cosa que contribueix a la variabilitat genètica (segregació independent).

Anafase I

• Els cromosomes homòlegs se separen i es dirigeixen als pols oposats de la cèl·lula.
• A diferència de la mitosi, les cromàtides germanes NO es separen encara.

Final de l'Anafase I: Cada pol de la cèl·lula conté un conjunt haploide de cromosomes duplicats.

Telofase I i Citocinesi

• Es formen dues cèl·lules filles haploides (n).
• Els cromosomes poden descondensar-se lleugerament.
• La membrana nuclear es pot reformar temporalment (depenent del tipus cel·lular).
• Es produeix la citocinesi (divisió del citoplasma), donant lloc a dues cèl·lules.

Final de la Meiosi I: Tenim dues cèl·lules haploides (n) amb cromosomes duplicats.

Resum de la Meiosi I

• Es redueix el nombre de cromosomes a la meitat (de 2n a n).
• Els cromosomes homòlegs se separen.
• Es genera variabilitat genètica gràcies al crossing-over i la segregació independent.
• S’obtenen dues cèl·lules haploides amb cromosomes encara duplicats.

Què passa després? Les cèl·lules passen a la Meiosi II, on se separaran les cromàtides germanes per formar quatre cèl·lules haploides definitives.