Genómica comparada: procariotas frente a eucariotas
Diferencias básicas
Probablemente aprendió sobre las diferencias básicas entre las células procariotas y las células eucariotas en la biología de la escuela secundaria:
- Los procariotas no tienen un núcleo unido a la membrana ni orgánulos importantes y los eucariotas sí.
- Los procariotas son generalmente individuos unicelulares donde los eucariotas pueden ser unicelulares o multicelulares.
- Los procariotas son bacterias, y las arqueas y los eucariotas son prácticamente todo lo demás.
Sin embargo, veremos en esta lección que las diferencias son más profundas al explorar las diferencias en cómo está estructurado y funciona el ADN en procariotas y eucariotas.
ADN definido
Las diferencias físicas entre los dos tipos de células son bastante obvias. Pero su verdadera distinción está en el nivel del ADN. Recuerde que el ADN está organizado en cromosomas, haces de ADN y proteínas que contienen secuencias de genes que codifican las características físicas y de comportamiento de los organismos. Los biólogos se refieren al conjunto completo de ADN de un organismo, incluidos sus genes, como su genoma.
Las secuencias de genes que se utilizan para codificar proteínas se denominan exones, que actúan como planos de proteínas. Pero no todo el ADN se utiliza realmente en la codificación; algunos de ellos consisten en secuencias no codificantes, incluidos segmentos llamados intrones, que se cortan del “modelo final” antes de que se produzcan las proteínas. Estas regiones no codificantes reciben el sobrenombre de “ADN basura” y, si bien puede parecer extraño que existan, en realidad tienen un propósito.
Algunas regiones no codificantes facilitan el proceso de producción de proteínas proporcionando un mensaje de “inicio” o “detención” o actuando como genes de moléculas de ARN en la célula, que también son cruciales en el proceso de replicación, transcripción y traducción del ADN. Básicamente, estos pequeños no codificadores actúan como el equipo de escenario de una obra: apoyando a los “actores” del exón desde detrás de escena.
ADN procariota
Los procariotas son haploides, lo que significa que tienen un conjunto de cromosomas. Debido a que no hay un núcleo para confinar el ADN, el ADN procariótico se puede encontrar en cualquier parte de la célula. El genoma procariota está compuesto casi en su totalidad por ADN codificante; sin intrones! Algunas de esas regiones codificantes incluyen secuencias repetitivas, duplicados de ciertas secuencias en todo el genoma.
Los genes que cumplen una función relacionada a menudo se agrupan muy juntos en el genoma. Los procariotas, en su mayoría bacterias, también suelen tener segmentos de ADN bicatenarios cortos, generalmente circulares, llamados plásmidos. Estas pequeñas hebras compactas pueden replicarse independientemente del ADN procariótico principal.
Los procariotas se reproducen principalmente asexualmente, simplemente se clonan y se dividen en dos células individuales; sin embargo, a veces las bacterias son capaces de conjugarse, en las que dos células intercambian plásmidos, esencialmente compartiendo genes. Esto incluso puede incluir genes adaptativos, lo que hace que algunas bacterias dañinas sean aún más fuertes y más resistentes a los antibióticos.
Para adaptarse con éxito a los cambios en su entorno externo, los procariotas tienen que reproducirse muy rápidamente, por lo que sus genomas tienen que ver con la codificación de proteínas y son muy eficientes. ¡Solo el 2% del ADN procariótico no es codificante!
ADN eucariota
A diferencia del plásmido procariótico ordenado y conciso, el ADN eucariótico es un poco más complejo. Se mantiene dentro del núcleo celular, por lo que no puede deambular por la célula. Hay muchas hebras lineales de ADN mezcladas como una bola de hilo y se componen principalmente de intrones. Por ejemplo, aproximadamente el 98% del genoma humano consiste en ADN no codificante. Pero no es un desperdicio; la mayoría de estas secuencias son secuencias reguladoras, que dirigen y gestionan la expresión génica de ese pequeño 2% que codifica proteínas. Estos genes de secuencia codificante se distribuyen a lo largo de las largas cadenas de ADN, y cada gen se gestiona y regula por separado.
Los eucariotas son típicamente diploides, lo que significa que tienen dos juegos de sus cromosomas. Esto se debe a que generalmente se reproducen sexualmente y, por lo tanto, contienen un conjunto de cromosomas de cada padre, lo que hace que sus apariencias y comportamientos sean una mezcla de mamá y papá. Este proceso requiere más tiempo que la reproducción asexual, pero ciertamente es ventajoso para asegurar una buena mezcla de genes en la descendencia.
Las diferentes especies tienen diferentes números de cromosomas, y las especies estrechamente relacionadas no solo tienen números de cromosomas similares, ¡sino también ADN similar! Los chimpancés, por ejemplo, tienen 48 cromosomas, mientras que los humanos tienen 46. Pero cuando comparamos los genes en esos cromosomas, vemos que los genomas de chimpancés y humanos son 98% idénticos.
Resumen de la lección
Los procariotas son células físicamente más simples que las eucariotas, y sus genomas son un círculo simple y único de secuencias de ADN que codifican casi por completo, que se replica y codifica en proteínas muy rápidamente. Estos organismos son haploides con un solo cromosoma y, por lo general, se reproducen asexualmente mediante la clonación, pero también pueden intercambiar ADN con otras células procariotas, lo que les da una ventaja adaptativa.
Las células eucariotas son más complejas, con muchas cadenas de ADN agrupadas en el núcleo y muchas regiones no codificantes, que en realidad son útiles para organizar y gestionar la síntesis de proteínas. Estos organismos son diploides con dos juegos de cromosomas, cuyo número total varía de una especie a otra. ¡Ambos tipos de células tienen estrategias asombrosas para transmitir su ADN y convertir el código genómico en forma y función!
Los resultados del aprendizaje
Una vez que haya terminado con esta lección, debería tener la capacidad de:
- Definir genoma
- Diferenciar entre haploides y diploides
- Identificar las diferencias en la estructura del ADN procariótico y eucariótico.
- Explica cómo los procariotas y eucariotas se reproducen de manera diferente.
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