Sistemática Y Evolución Molecular: El Adn Mitocondrial

Introducción

En el presente informe hablaremos sobre la sistemática, que se ocupa en clasificar las especies conocidas de los seres vivos a partir de una compresión evolutiva, la evolución molecular tienen como objetivo el estudio o análisis de la variabilidad que se produce en la secuencia del ADN en relación con el paso del tiempo. El ADN mitocondrial o también conocido como genoma mitocondrial, es aquel material genético o un pequeño cromosoma circular que pertenece a la mitocondria.

Las mitocondrias son orgánulos subcelulares con doble membrana que se encuentra prácticamente en todas las células eucariotas, estas contienen múltiples moléculas las cuales sintetiza, tales como el ADN, ARN y todas las proteínas que codifica, se debe recalcar que la herencia mitocondrial se caracteriza por una transmisión exclusivamente materna, también se la conoce como ascendencia matrilineal. Se debe hacer referencia a la herencia citoplasmática la misma que se encarga de la transferencia de genes presentes en el citoplasma celular que no están vinculados con los cromosomas del núcleo. Este tipo de herencia es también conocida como herencia extranuclear y forma parte de los diferentes patrones hereditarios conocidos como no-mendelianos.

Desarrollo

Sistemática y evolución molecular

Entendemos en sentido amplio por evolución a los cambios que se dan en las características de cada organismo con el paso de los tiempos, tomando en cuenta que la complejidad actual de las rutas metabólica no fue tal en sus orígenes. Cuando hablamos de evolución molecular nos referimos a la evolución de las moléculas y específicamente hablamos de los ácidos nucleicos que constituyen el material hereditario (genes) y de las proteínas que son el producto primario de estos genes. (Sciencia, 2017)

• Adaptación a nivel molecular y selección natural

La selección purificadora elimina aquellas mutaciones que estropean las adaptaciones existentes, ya sean a nivel molecular o a otros niveles. La selección natural positiva es la única fuerza evolutiva que puede explicar las nuevas adaptaciones. (Sciencia, 2017)

La Sistemática Molecular utiliza fundamentalmente la información genética de los ácidos nucleicos AND o ARN para deducir relaciones de parentesco entre los organismos. Si las características o variaciones se comparten entre dos organismos se entiende que están emparentados. (Molina, 2014)

El ADN se encuentra en las eucariotas, en el núcleo, las mitocondrias y los cloroplastos, su herencia es diferente:

• ADN nuclear: Se Hereda normalmente de forma biparental, se utiliza el ADN que codifica a ARN ribosomal.
• ADN mitocondrial y cloroplastidial: Se hereda solo por uno de los progenitores, generalmente por la madre, ya que a menudo estos orgánulos se transfieren a través de los óvulos. (Molina, 2014)

ADN Mitocondrial

¿Qué es?

Es el material genético ubicado en las mitocondrias, dichos orgánulos son los responsables de producir energía en forma de ATP. El ADNmt es un cromosoma de tamaño pequeño y mantiene la forma de un círculo.

Teoría endosimbiótica

Establece que hace 2 mil millones de años, antes de considerarse a la mitocondria como un orgánulo celular era una bacteria libre que se encontraba en el océano. Era una bacteria que se desarrollaba en presencia del oxígeno presente en el medio (aerobia) usándolo para obtener la energía necesaria para mantenerse viva. En un determinado momento dicha bacteria fue “devorada” por una célula la cual contenía un núcleo y vivía en condiciones anaerobias. Sin embargo, la célula no digirió la bacteria sino que se estableció una relación de simbiosis, es decir, se asociaron con el fin de beneficiarse mutuamente en su desarrollo vital. La célula eucariota permitía el paso de oxígeno para que la mitocondria lo captara y la mitocondria aportaba produciendo energía (ATP) para la célula eucariota.

Características del ADNmt

1. ADNmt se hereda de la madre: El ADN nuclear contiene información genética de los padres, sin embargo, el ADNmt adquiere la información genética sólo por parte de la madre. El ADNmt se hereda de la madre, esto debido a que en la fecundación cuando el espermatozoide ingresa al óvulo, su cola junto a sus mitocondrias son destruidos debido al sistema de defensa con el que cuenta el óvulo, por lo tanto la formación del cigoto solo se vería influenciado por las mitocondrias que contiene el óvulo.
2. Alta tasa de mutación: Su tasa de mutación es 10-17 veces mayor que la del ADN nuclear debido a que el ADNmt presenta mayor vulnerabilidad frente a radicales libres que se generan en el metabolismo oxidativo por la falta de protección al no estar rodeadas por histonas.
3. Poliplasmia: Hace referencia al colosal número de copias de ADNmt presentes en cada mitocondria. Dentro de este orgánulo en ADNmt está unido a determinadas proteínas de unión, formando un nucleoide. Dichas estructuras se encuentran en una porción de 2-10 en cada mitocondria, por lo cual la cantidad de copias de ADNmt en cada célula se encuentra entre mil y diez mil.

Usos del ADNmt

• Sirve para la identificación de personas en base a otra evidencia.
• En el área forense sirve para identificar muestras de esqueletos humanos.
• Sirve para encontrar parentesco entre un grupo de personas, se usa para comparar el ADNm entre individuos desaparecidos o restos que no han sido identificados y sus familiares.
• Sirve para estudiar relaciones en el aspecto evolutivo, ya que el ADNmt se extrae en mayor cantidad que el ADN nuclear gracias a la gran cantidad de dichos orgánulos (mitocondrias) presentes en la célula. El ADNmt pasa intacto de generación en generación excepto en caso de que exista una mutación.

Estructura del ADN mitocondrial

El ADN mitocondrial humano es una molécula duplohelicoidal circular cerrada con doble hebra como la del genoma bacteriano que consta de 16.569 pares de bases cuya secuencia se conoce en su totalidad. Este ADN codifica 37 genes que corresponden a dos ARN ribosómicos (rARN) componentes de los ribosomas mitocondriales, 22 ARNs de transferencia (tARNs), y 13 polipéptidos componentes de los complejos respiratorios de la membrana interna mitocondrial.

La cadena pesada (H) del ADN codifica los 2 rARNs, 14 tARNs y 12 polipéptidos, mientras que la cadena ligera (L) contiene solamente información para 8 tARNs y un polipéptido, los genes, en la cadena pesada, se disponen uno a continuación del otro, sin tramos no codificantes intermedios. Una de las características más sorprendentes del ADN mitocondrial es que presenta una organización genética extremadamente compacta, otra de las peculiaridades de la organización genética del ADN mitocondrial es la distribución de los genes de los tARNs a lo largo de la secuencia del ADN. En la cadena pesada, estos separan casi con absoluta regularidad los genes de los rARNs y los codificantes de proteínas. Esta disposición tendrá consecuencias muy importantes para el procesamiento del ARN.

Las mitocondrias contienen múltiples moléculas de mtadn

El mtADN se encuentra en una zona denominada matriz en el interior de la mitocondria. En la mitosis las células hijas reciben un número similar de mitocondrias, a pesar de esto, como no existe un mecanismo para realizar una división exacta del número de mitocondrias para cada célula hija, hay células que tienen mayor cantidad de mtADN. Si se aísla las mitocondrias y se estudia el ADN presente en ellas, se ve que cada mitocondria posee varias moléculas de ADN. Como consecuencia el mtADN total va a depender de tres factores, los cuales varían dependiendo el tipo de célula, estos son: el número de mitocondrias, el número de moléculas de mtADN en cada mitocondria y el tamaño de las moléculas de mtADN. Mediante microscopía por fluorescencia se puede detectar el mtADN, en células vivas se utiliza la microscopía de secuencia temporal para observar la replicación del ADN mitocondrial y la división de las mitocondrias, los colorantes que se emplean no interfieren en la división y el crecimiento celular. Como resultado de estos estudios se conoce que mtADN se replica durante la interface. (Harvey, 2006)

El mtadn tiene herencia citoplasmática

Las mitocondrias presentan herencia citoplasmática, debido a esto contienen su propio sistema genético. Diversos estudios han demostrado que el mtADN es heredado de la madre, en el caso de los mamíferos, los óvulos aportan en gran parte las mitocondrias que posee el embrión, en cambio el espermatozoide solo contribuye con una parte muy pequeña de citoplasma, este es el caso de gran parte de organismos multicelulares. En plantas superiores la herencia de mtADN se da de forma uniparental, mediante el huevo que es el progenitor femenino y no del polen que es el masculino. El mtADN codifica rRNA ytRNA. Los ribosomas mitocondriales sintetizan las proteínas codificadas por al mtADN, estas proteínas son transportadas hasta el interior de la mitocondria, ya que se forman en orgánulos citoplasmáticos, son ejemplos de estas proteínas el RNA DNA polimerasas. Las mutaciones de mtADN pueden ocasionar diversas enfermedades, que dependen del tipo de mutación y de que cantidad de mtADN ha mutado, estas mutaciones tienen mayor impacto en aquellos tejidos que necesitan de un mayor aporte de ATP producido por la fosforilación oxidativa y aquellos que emplean todo el mtADN para sintetizar proteínas mitocondriales funcionales. (Feduchi, 2010)

Conclusiones

Concluimos diciendo que la sistemática y la evolución molecular nos permiten comprender la información genética, donde entendemos que cuando los organismos comparten características similares se deduce que están emparentados. Además se logró la comprensión de que el ADNmt adquiere la información genética sólo por parte de la madre, pero sin dejar a un lado de que el ADN nuclear contiene información genética de los padres. Estructuralmente el ADN mitocondrial se conforma por una cadena pesada (H) el cual codifica los 2 rARNs, 14 tARNs y 12 polipéptidos, mientras que la cadena ligera (L) contiene solamente información para 8 tARNs y un polipéptido. Al igual la herencia citoplasmática del ADN mitocondrial nos permite transferir aquellos genes que se encuentran en el citoplasma celular los mismos que no mantienen un vínculo con los cromosomas del núcleo.