La célula eucariota está dividida en compartimentos llamados orgánulos, cada uno especializado en una función. Esta división permite que en la misma célula ocurran a la vez procesos incompatibles, como sintetizar y degradar moléculas. En esta lección repasarás los orgánulos y cómo trabajan coordinados.
Núcleo. Contiene el ADN asociado a proteínas (cromatina). Está rodeado por la envoltura nuclear, una doble membrana con poros por los que salen los ARN y entran las proteínas. En su interior, el nucléolo fabrica el ARN ribosómico y ensambla las subunidades de los ribosomas. Allí ocurren la replicación y la transcripción.
Ribosomas. No tienen membrana. Formados por ARNr y proteínas, realizan la síntesis de proteínas (traducción). Pueden estar libres en el citosol (proteínas que se quedan en el citosol) o adheridos al retículo (proteínas de secreción, de membrana o lisosómicas).
Sistema de endomembranas.
Peroxisomas. Vesículas con enzimas oxidativas y catalasa, que descompone el peróxido de hidrógeno (H₂O₂) en agua y oxígeno. Oxidan ácidos grasos de cadena muy larga.
Orgánulos energéticos.
Ambos tienen ADN circular y ribosomas 70S propios, lo que apoya la teoría endosimbiótica.
Citoesqueleto y centrosoma. El citoesqueleto (microfilamentos de actina, filamentos intermedios y microtúbulos) da forma a la célula, mueve vesículas y orgánulos y participa en la división. El centrosoma (con dos centriolos en la célula animal) organiza los microtúbulos y el huso mitótico. Los cilios y flagelos eucariotas están formados por microtúbulos.
La abundancia de cada orgánulo refleja la función de la célula: las células que secretan proteínas tienen mucho RER y Golgi, las musculares muchas mitocondrias y los hepatocitos mucho REL.
Ejemplo 1 (la ruta de secreción). En el experimento de George Palade se dieron aminoácidos radiactivos a células del páncreas que secretan enzimas digestivas y se siguió dónde aparecía la radiactividad con el tiempo:
Ejemplo 2 (deducir la función). Una célula tiene abundantes mitocondrias con muchas crestas y grandes reservas de glucógeno, y sus proteínas de actina y miosina están muy ordenadas. Gasta mucho ATP y se contrae: es una célula muscular.
¿Qué recorrido sigue una enzima digestiva que fabrica y secreta una célula del páncreas?
¿Qué orgánulo será especialmente abundante en las células del hígado que eliminan fármacos y alcohol?
La biotecnología es el uso de seres vivos o sus componentes para obtener productos útiles. La biotecnología moderna se basa en la ingeniería genética, que permite manipular el ADN con precisión.
1. Enzimas de restricción (endonucleasas de restricción): Proteínas que cortan el ADN en secuencias específicas (sitios de restricción). Producen extremos cohesivos (sticky ends) o romos (blunt ends). Ejemplo: EcoRI reconoce la secuencia 5'-GAATTC-3' y corta entre G y A, generando extremos cohesivos complementarios que facilitan la unión con otros fragmentos cortados con la misma enzima.
2. ADN ligasa: Enzima que une fragmentos de ADN, sellando los enlaces fosfodiéster. Se usa para insertar un gen de interés en un vector.
3. Vectores de clonación: Moléculas de ADN que transportan el gen de interés al interior de una célula hospedadora:
• Plásmidos: Pequeños ADN circulares de bacterias. Se usan ampliamente como vectores en E. coli.
• Virus (bacteriófagos): Pueden transportar fragmentos de ADN más grandes.
• Cósmidos y BAC/YAC: Para fragmentos grandes (bibliotecas genómicas).
4. PCR (Reacción en Cadena de la Polimerasa): Inventada por Kary Mullis (1983, Premio Nobel 1993). Permite amplificar millones de copias de un fragmento de ADN específico in vitro. Pasos del ciclo (se repiten 25-35 veces):
a) Desnaturalización (94-98 °C): Las dos hebras del ADN se separan.
b) Hibridación/annealing (50-65 °C): Los cebadores (primers, oligonucleótidos cortos complementarios a los extremos de la región a amplificar) se unen a las hebras.
c) Extensión (72 °C): La ADN polimerasa termoestable (Taq) sintetiza la nueva hebra a partir de cada cebador.
Aplicaciones: diagnóstico de enfermedades infecciosas (COVID-19), medicina forense (huella genética), paleogenómica, detección de OMG, pruebas de paternidad.
5. CRISPR-Cas9: Sistema de edición genómica derivado de un mecanismo de defensa bacteriano contra virus. Componentes: ARN guía (sgRNA) que dirige a la proteína Cas9 (nucleasa) a una secuencia específica del ADN, donde la corta. La célula repara el corte, pudiendo inactivar un gen, corregir una mutación o insertar una secuencia nueva. Emmanuelle Charpentier y Jennifer Doudna recibieron el Premio Nobel de Química 2020 por este descubrimiento.
Industria farmacéutica: Producción de insulina humana recombinante (primer medicamento obtenido por ingeniería genética aprobado para su uso, 1982), hormona del crecimiento, eritropoyetina (EPO), factores de coagulación, vacunas recombinantes (hepatitis B).
Agricultura: Organismos modificados genéticamente (OMG): maíz Bt (produce la toxina Bt que mata larvas de insectos), soja resistente a herbicidas, arroz dorado (enriquecido en β-caroteno). Debate: seguridad alimentaria, impacto ambiental, dependencia de empresas semilleras.
Medicina: Terapia génica (insertar genes funcionales para corregir enfermedades genéticas), farmacogenómica (medicamentos personalizados), diagnóstico molecular (PCR), células madre.
Medio ambiente: Biorremediación (bacterias que degradan contaminantes como petróleo), biodiésel, bioplásticos.
Medicina forense: Huella genética (DNA fingerprinting): análisis de STR (Short Tandem Repeats, repeticiones cortas en tándem) mediante PCR. Cada persona tiene un patrón único de STR (excepto los gemelos idénticos).
La biotecnología plantea importantes cuestiones éticas:
• ¿Es ético modificar el genoma de embriones humanos (edición de la línea germinal)?
• ¿Los OMG son seguros para el consumo y el medio ambiente?
• ¿Quién tiene acceso a las terapias génicas y a qué coste?
• ¿Es ético clonar animales o, hipotéticamente, seres humanos?
• Privacidad genética: ¿quién debe tener acceso a la información de nuestro genoma?
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