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

% d

e D

NA

no-c

odifi

cant

e pa

ra p

rote

ínas

A mayor complejidad del organismo, mayor proporción de las regiones NO codificantes en el genoma

mientras que organismos más complejos presentan menor densidad génica

El  genoma  de  E.  coli  está  compuesto  casi  completamente  por  genes  

v Un gen eucarionte contiene intrones v El gen se transcribe completo produciendo un preRNA v El preRNA debe procesarse para quitar los intrones (splicing) v El mRNA maduro no contiene intrones

Comparación de densidad génica de diferentes organismos

DNA de bacteria (4.2 x 106 pb)

•  1 cromosoma (nucleoide) •  DNA circular doble cadena •  sin envoltura de membrana

ADN lineal y circular Doble hélice (procariontes y eucariontes) Cadena sencilla (algunos virus)

Circular

Lineal

Superenrollado

Secuencias unicas (genes); secuencias repetidas (no codificantes)

Bacteria Virus (algunos) Plásmidos Mitocondria Cloroplastos Superenrollado

Nuclear de Eucariontes Virus (algunos)

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

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

•  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

Composición de los nucleosomas

CONTENIDO DE LYS Y ARG DE LAS HISTONAS

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

Esquema de una sección de la cromatina

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. Facultativa: Puede ocupar cromosomas enteros inactivos en un tipo celular, y expresados en otro. P. ej. Compensación de dosis del cromosoma X

Heterocromatina

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.

Heterocromatina y Eucromatina

Bucles  

Solenoide  

Espiral  condensada  (Solenoide  mayor)  

Cromosoma  

EMPAQUETAMIENTO  

6  X        40  X          680  X          1.2  x  104  X  

¿Qué se necesita para tener un cromosoma estable?

•  centrómero •  telómeros •  varios origenes de replicación

Secuencias únicas (genes) Repetidas dispersas y múltiples orígenes 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.