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 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.