Organización y estructura de genomas

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 pu

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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

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)

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: Tipo II: Girasa

Cortan una de las cadenas de DNA No requieren ATP Introducen incrementos de 1 en Lk Cortan ambas cadenas de DNA Requieren ATP Introducen incrementos de 2 en Lk (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

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 HISTONA H1 H2A H2B H3 H4

%LYS 24.8 10.9 16.0 9.6 10.8

Esquema de una sección de la cromatina

%ARG 2.6 9.3 6.4 13.3 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.

EMPAQUETAMIENTO  

Solenoide  

Bucles  

Espiral  condensada   (Solenoide  mayor)  

Cromosoma  

6  X         40  X           680  X           1.2  x  104  X  

¿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.

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