Organización y estructura de genomas
ORGANIZACIÓN DE LOS GENOMAS 1. Un gen es un segmento de DNA que al expresarse da un producto funcional que puede ser una proteína o un RNA. 2. Un genoma es el conjunto de genes que contiene la información necesaria para que una célula pueda existir y reproducirse, es decir, son todos los genes de un organismo. 3. Los genomas de eucariontes son muy grandes y mucha de su estructura corresponde a regiones que no codifican para ningún producto funcional (secuencias no-codificantes) 4. Algunas de estas secuencias no codificantes son secuencias espaciadoras entre los genes 5. Otras secuencias no codificantes (intrones) interrumpen a genes 6. Algunos genes se repiten muchas veces en el genoma, formando familias de genes (eucariontes).
Cuántos genes se necesitan para formar un organismo?
Tamaño relativo de los genomas de distintos organismos Pares de Bases
% de DNA no-codificante para proteínas A mayor complejidad del organismo, mayor proporción de las regiones NO codificantes en el genoma
El genoma de E. coli está compuesto casi completamente por genes mientras que organismos más complejos presentan menor densidad génica
Un gen eucarionte contiene intrones El gen se transcribe completo produciendo un prerna El prerna debe procesarse para quitar los intrones (splicing) El mrna maduro no contiene intrones
Comparación de densidad génica de diferentes organismos
1 cromosoma (nucleoide) DNA circular doble cadena sin envoltura de membrana DNA de bacteria (4.2 x 10 6 pb)
ADN lineal y circular Doble hélice (procariontes y eucariontes) Cadena sencilla (algunos virus) Secuencias unicas (genes); secuencias repetidas (no codificantes) Circular Superenrollado Bacteria Virus (algunos) Plásmidos Mitocondria Cloroplastos Lineal Nuclear de Eucariontes Virus (algunos) Superenrollado
Topoisomerasas Enzimas que regulan la tensión en la molécula de ADN Tipo I: Cortan una de las cadenas de DNA No requieren ATP Introducen incrementos de 1 en Lk Tipo II: Cortan ambas cadenas de DNA Requieren ATP Introducen incrementos de 2 en Lk Girasa (superenrollamiento negativo en procariontes)
Formas topológicas del DNA circular cerrado (topoisómeros)
Superenrollamiento del ADN en Bacteria
Compactación del nucleoide bacteriano
En eucariontes los organelos mitocondria y cloroplasto tienen su propio material genético Teoría endosimbióntica Los cloroplastos y las mitocondrias provienen de bacterias de vida libre que fueron secuestradas por células eucarióticas Algunos genes de estos organelos han sido pasados al núcleo por lo cual requieren de la actividad transcripcional del núcleo para tener algunas proteínas que requieren para funcionar correctamente
Compactación del DNA en los cromosomas eucariontes 10-11 nm
Unidad básica del DNA eucarionte La estructura que forma la fibra de 10 nm es el nucleosoma DNA enrollado en histonas: 147 pb El nucleosoma incluye al DNA enrollado a histonas + DNA unidor: 200 pb
Estructura del nucleosoma
Composición de los nucleosomas El DNA que rodea a la médula de histonas (147 pb) + DNA unidor: en total 200pb El núcleo es de 8 histonas: 2 H2A, 2 H2B, 2 H3, y 2 H4 Una histona H1 se encuentra uniendo entre si los nucleosomas Las histonas son proteínas básicas (ricas en Lys y Arg que se unen al DNA) Empaquetamiento de 6 X por nucleosoma
CONTENIDO DE LYS Y ARG DE LAS HISTONAS Esquema de una sección de la cromatina HISTONA %LYS %ARG H1 24.8 2.6 H2A 10.9 9.3 H2B 16.0 6.4 H3 9.6 13.3 H4 10.8 13.7 INTERACCIONES ENTRE LAS HISTONAS Y EL DNA EN LOS EUCARIOTES
El octámero de histonas se asocia por interacciones hidrofóbicas Un nucleosoma consiste en 147 pb de DNA enrrollados en el octámero de histonas.
La ACETILACIÓN es la principal modificación covalente (es reversible). La acetilación y desacetilación es llevada a cabo por acetiltransferasas y desacetilasas de histonas. Otras modificaciones son la metilación, fosforilación, ubiquitinación y sumoilación. Las bases del DNA también son modificadas por metilación.
Herencia epigenética GENÉTICA: Herencia debida a cambios en la secuencia de bases del DNA. EPIGENÉTICA: Herencia en la cual la secuencia del DNA no se ve alterada, hay modificación química de bases nitrogenadas, de histonas, remodelación de cromatina, entre otros. Estos cambios también se heredan.
El DNA eucarionte se compacta en diferentes tipos de Cromatina Eucromatina Heterocromatina La Eucromatina es transcripcionalmente activa La Heterocromatina es electrodensa y es transcripcionalmente inactiva
Constitutiva: NO se expresa. Incluye secuencias cortas repetidas (DNA satélite). Papel estructural en el cromosoma: centrómeros y telómeros. Heterocromatina Facultativa: Puede ocupar cromosomas enteros inactivos en un tipo celular, y expresados en otro. P. ej. Compensación de dosis del cromosoma X
Heterocromatina y Eucromatina Heterocromatina: Segmentos del cromosoma que se tiñen fuertemente y permanecen visibles, prácticamente, durante todo el ciclo celular. Hay pocos genes en estas regiones y por lo tanto, baja actividad transcripcional. Regiones supercondensadas. Secuencias repetitivas de DNA, regiones no transcribibles en el genoma. Eucromatina: Segmentos del cromosoma que no son visibles durante la telofase e interfase, sólo en metafase. Regiones que se condensan y se descondensan. Corresponde a regiones menos compactas y en las que hay una mayor densidad génica. Hay mayor actividad transcripcional.
Qué se necesita para tener un cromosoma estable? Secuencias únicas (genes) Repetidas dispersas y múltiples orígenes de replicación centrómero telómeros varios origenes de replicación
Centrómeros Son regiones repetitivas de DNA (150-171 pb) n Constituyen el sitio de unión de las fibras del huso mitótico. Componen del 1% al 3% de la secuencia de un genoma. Su posición varía en los distintos cromosomas.
Importancia del centrómero
Telómeros Se encuentran en los extremos de los cromosomas. Se requieren para la replicación y estabilidad de los cromosomas. Son secuencias repetidas de DNA, en humanos: -TTAGGG- que se repite entre 250 a 1,500 veces.
EMPAQUETAMIENTO 6 X Solenoide 40 X Bucles 680 X Espiral condensada (Solenoide mayor) 1.2 x 10 4 X Cromosoma
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