Nivells d'empaquetament de l'ADN i processos cel·lulars

Nivells d'empaquetament de l'ADN

El ADN s'empaqueta sobre unes proteïnes anomenades histones, excepte els espermatozoides, que ho fan sobre les protamines.

1. La fibra de cromatina de 100 Å

1. La fibra de cromatina de 100 Å

Està constituïda per una successió de partícules de 100 Å de diàmetre: els nucleosomes. Cada nucleosoma està format per un octàmer d'histones i per una fibra d'ADN de 20 a 200 parells de bases de longitud entre la part que s'enrotlla sobre l'octàmer i els dos extrems amb els quals s'uneix al nucleosoma anterior i al nucleosoma posterior. L'ADN que hi ha entre un octàmer i un altre rep el nom d'ADN espaiador.

Les histones són proteïnes bàsiques i de baix pes molecular.

La fibra es troba al nucli en repòs de totes les cèl·lules eucariotes (excepte els espermatozoides) i la fibra rep el nom de forma laxa.

2. Solenoide o fibra de cromatina de 300 Å

Es forma per l'enrotllament sobre si mateixa de la fibra condensada de cromatina de 100 Å; és a dir, conté la histona H1. Aquestes s'agrupen entre si i formen l'eix central de la fibra de 300 Å.

En els cromosomes la fibra de 300 Å forma una sèrie de bucles —dominins estructurals en forma de bucle— que queden ancorats sobre un eix proteic intern (bastida proteica del cromosoma). Aquesta bastida està constituïda per proteïnes no històniques.

3. Nivell superior d'empaquetament

El cromosoma en metafase és el grau màxim d'empaquetament de la fibra de cromatina.

Tipus d'ADN

1. Nombre de cadenes:

   • Monocatenari: poc freqüent; se'n troben en virus.
   • Bicatenari: el presenta la majoria d'organismes; pot ser lineal, circular, superenrotllat o concatenat.

2. Forma:

   • Circular: l'ADN és circular en bacteris, arqueus, mitocondris, cloroplasts i alguns virus.
   • Lineal: ADN lineal en el nucli de les eucariotes i en alguns virus.

3. Molècules de suport:

   • ADN associat a histones formant nucleosomes. Es troba al nucli de les cèl·lules eucariotes (excepte en els espermatozoides) i en alguns arqueus.
   • ADN associat a protamines. Es troba al nucli dels espermatozoides. Com que les protamines són més bàsiques que les histones, el grau d'empaquetament és superior.
   • ADN associat a altres proteïnes. Es troba en bacteris; el seu ADN està associat a proteïnes similars a les histones, però sense formar nucleosomes, a ARN i a proteïnes no històniques. També en alguns virus s'han trobat associacions amb proteïnes bàsiques pròpies o amb histones de la cèl·lula parasitada.

Teoria endosimbiont

La teoria endosimbiont, proposada per Lynn Margulis, explica l'origen de les cèl·lules eucariotes a partir de la unió de cèl·lules procariotes en una relació de simbiosi. Es creu que una cèl·lula més gran, primitiva i anaeròbia, va engolir un bacteri aerobi sense digerir-lo. Amb el temps, aquest bacteri es va convertir en el mitocondri, i això va permetre a la cèl·lula obtenir més energia mitjançant la respiració cel·lular. Posteriorment, algunes d'aquestes cèl·lules també van incorporar un cianobacteri fotosintètic, que va evolucionar fins a convertir-se en el cloroplast de les cèl·lules vegetals.

Aquesta teoria es recolza en diverses evidències, com el fet que tant els mitocondris com els cloroplasts posseeixen doble membrana, ADN circular, ribosomes 70 S, i es repliquen per fissió binària, igual que els bacteris. Això suggereix que en el passat van ser organismes independents.

Replicació de l'ADN

Abans que una cèl·lula es divideixi, cal fer una còpia exacta del seu ADN. Aquest procés ocorre a la fase S del cicle cel·lular i segueix aquests passos:

• L'helicasa separa els dos fils de l'ADN.
• L'ADN polimerasa afegeix nucleòtids complementaris a cada fil original, formant dues molècules d'ADN idèntiques.
• Cada cèl·lula filla rep una d'aquestes còpies en la divisió cel·lular.

Cicle cel·lular i interfase

La interfase, que ocupa aproximadament el 90% del cicle, es divideix en tres fases:

• Fase G1: la cèl·lula creix, produeix proteïnes i orgànuls. Aquí passa el punt de control G1, on es revisa si pot continuar amb el cicle.
• Fase S: es duplica l'ADN, formant cromàtides germanes, i es repliquen els centrosomes.
• Fase G2: la cèl·lula acaba de créixer i produeix proteïnes necessàries per a la divisió. En aquest punt passa el punt de control G2, verificant que la replicació de l'ADN s'hagi fet correctament.

A la fase M, la cèl·lula es divideix. Si és una mitosi, donarà lloc a dues cèl·lules genèticament idèntiques. Si és una meiosi, generarà cèl·lules sexuals amb la meitat de la informació genètica.

Mitosi

La mitosi es divideix en quatre fases:

• Profase: es condensen els cromosomes, desapareix l'embolcall nuclear i es forma el fus mitòtic.
• Metafase: els cromosomes s'alineen al centre de la cèl·lula i els microtúbuls del fus mitòtic s'uneixen als centròmers.
• Anafase: les cromàtides germanes se separen i es dirigeixen a pols oposats de la cèl·lula.
• Telofase: es reconstrueix l'embolcall nuclear i els cromosomes tornen al seu estat de cromatina.

Després de la mitosi ocorre la citocinesi, que divideix el citoplasma en dues cèl·lules filles. En cèl·lules animals es forma un solc de segmentació, mentre que en cèl·lules vegetals es desenvolupa una placa cel·lular.

Meiosi

La meiosi consisteix en dues divisions cel·lulars consecutives que generen cèl·lules amb la meitat del nombre de cromosomes (haploides). És essencial per a la formació de gàmetes i per a la variabilitat genètica, ja que durant la profase I passa l'entrecreuament de cromosomes.

Tipus d'àcids nucleics

El material genètic està compost per dos tipus d'àcids nucleics:

ADN (àcid desoxiribonucleic):

• Conté la informació genètica de la cèl·lula.
• Està format per les bases nitrogenades A (adenina), T (timina), C (citosina) i G (guanina).
• Es troba al nucli i dirigeix la síntesi de proteïnes.

ARN (àcid ribonucleic):

• És una còpia de l'ADN utilitzada en la producció de proteïnes.
• Té les bases A (adenina), U (uracil), C (citosina) i G (guanina) —l'U reemplaça la T de l'ADN—.
• Hi ha tres tipus d'ARN:
  • ARN missatger (ARNm): copia la informació de l'ADN i la transporta als ribosomes.
  • ARN ribosòmic (ARNr): forma part de l'estructura del ribosoma i facilita la síntesi de proteïnes.
  • ARN de transferència (ARNt): transporta aminoàcids fins al ribosoma, aparellant els seus anticodons amb els codons de l'ARNm.

Fases de la síntesi de proteïnes

1. Transcripció (al nucli)

El procés comença quan l'ARN polimerasa s'uneix a l'ADN i copia la seqüència en una molècula d'ARNm complementària. Aquest ARNm després surt del nucli i viatja fins als ribosomes al citoplasma.

2. Traducció (al ribosoma, al citoplasma)

En aquesta fase, el ribosoma llegeix l'ARNm en seqüències de tres bases nitrogenades anomenades codons. Cada codó especifica un aminoàcid, que és transportat per un ARNt amb un anticodó complementari. Els aminoàcids s'uneixen mitjançant enllaços peptídics, formant així la cadena polipeptídica, que després es plega fins a convertir-se en una proteïna funcional.