FLUJO DE LA INFORMACIÓN FLUJO DE LA INFORMACIÓN GENÉTICA, CROMOSOMA Y GENÉTICA, CROMOSOMA Y

ADNADN

FLUJO DE LA INFORMACIÓN FLUJO DE LA INFORMACIÓN GENÉTICA, CROMOSOMA Y GENÉTICA, CROMOSOMA Y

ADNADN

M.Sc. Ana Hurtado AlendesM.Sc. Ana Hurtado Alendes

Facultad de Medicina HumanaFacultad de Medicina Humana

Universidad de San Martín de PorresUniversidad de San Martín de Porresahurtado@usmp.edu.peahurtado@usmp.edu.pe

TÓPICOSTÓPICOSTÓPICOSTÓPICOS

Cromosoma: morfología, características, tipos

ADN como material genético: Estructura

Flujo de la información genética Replicación y Reparación del

ADN

ESTRUCTURA DE LOS ESTRUCTURA DE LOS CROMOSOMASCROMOSOMAS

ESTRUCTURA DE LOS ESTRUCTURA DE LOS CROMOSOMASCROMOSOMAS

El núcleo celular contiene cromatina, con aspecto granuloso cuando la célula no se divide.

Con la célula en división la cromatina se condensa y forma una estructura que son los cromosomas.

¿Cómo el ADN y las histonas están ¿Cómo el ADN y las histonas están organizadas?organizadas?

¿Cómo el ADN y las histonas están ¿Cómo el ADN y las histonas están organizadas?organizadas?

La célula humana en promedio contiene 6,000 millones de pares de bases divididas en 46 cromosomas (2n)

Cada par de bases ocupa 0.34 nm de long. Entonces 6,000 millones equivalen a una

molécula de ADN de 2 metros de largo El núcleo mide 6um de diámetro Para empaquetar el ADN en el núcleo y obtener

un cromosoma debe haber varios niveles de enrollamiento y superenrollamiento

Solenoide

¿Cómo el ADN y las histonas están ¿Cómo el ADN y las histonas están organizadas?organizadas?

¿Cómo el ADN y las histonas están ¿Cómo el ADN y las histonas están organizadas?organizadas?

(A) Micrografía electrónicade un filamento de cromatinade 30 nm

(B) Modelo de un filamentode cromatina de 30 nm

(A) (B)

Organización en solenoide de la Organización en solenoide de la cromatinacromatina

Organización en solenoide de la Organización en solenoide de la cromatinacromatina

Organización del ADN en cromosomasOrganización del ADN en cromosomasOrganización del ADN en cromosomasOrganización del ADN en cromosomas

Esquema general del Esquema general del empaquetamiento del empaquetamiento del

ADNADN Cada molécula de ADN ha

sido empaquetada en un cromosoma mitótico unas 10,000 veces.

En los cromosomas se encuentran los genes, que se trasmiten de padres a hijos.

Un error en los genes da lugar a enfermedad.

Los cromosomas están formados por dos filamentos (cromátidas), con un centrómero.

ESTRUCTURA DE LOS CROMOSOMAS

Los brazos de cada cromosoma son característicos.

En el centrómero está el cinetócoro.

Los telómeros son las zonas distales de las cromátidas.

En algunos hay satélites.

CLASIFICACIÓN DE LOS CROMOSOMAS

Según la posición del centrómero:

Metacéntricos, en su parte media.

Submetacéntricos, más cerca de un extremo.

Acrocéntricos, muy cerca de un extremo.

Telocéntricos, en el extremo.

Cariotipo

DOTACIÓN CROMOSÓMICA

Cada célula posee un número constante y característico de cada especie.

En el ser humano cada célula es diploide, con 23 pares.– 22 pares autosómicos.– 1 par sexual.– 1 cromosoma del padre

y otro de la madre.Cariotipo

ANOMALÍAS CROMOSÓMICAS: CLASIFICACIÓN

Anomalíascromosómicas

En el número

En la estructura

Aneuploidías

Poliploidías

Mosaicismo

Translocaciones

Deleciones

ALTERACIONES EN EL NÚMERO DE CROMOSOMAS

Lo normal en una célula humana son 23 pares de cromosomas (en total 46).

Si es mujer se expresa por 46, XX.

Si es hombre se representa 46, XY.

Cariotipo

ANEUPLOIDÍAS

Supone la existencia de un cromosoma de más o uno de menos.

Si falta uno es una monosomía (2n-1, pj: síndrome de Turner).

Si hay uno de más es una trisomía (2n+1, pj: síndrome de Down).

Trisomía del 21Síndrome de Down

ALTERACIONES EN LA ESTRUCTURA

Se puede perder o duplicar parte de los cromosomas.

A veces no tiene consecuencias.

Pero si no hay equilibrio en las ganancias y perdidas se produce enfermedad.

TRANSLOCACIONESTRANSLOCACIONES

Es el intercambio de material genético entre cromosomas no homólogos.

Pueden ser:

– recíprocas o

– robertsonianas.

DELECIONESDELECIONES

Es la ruptura de un cromosoma y perdida de material genético.

Pueden ser:– Terminal.

– Intersticial.

Una variante es la inversión.

TÉCNICAS DE ESTUDIO DE LOS TÉCNICAS DE ESTUDIO DE LOS CROMOSOMASCROMOSOMAS

Realización del cariotipo.– Idiograma.

Bandas cromosómicas.

Hibridación in situ fluorescente.

 

MEIOSIS I – Profase IMEIOSIS I – Profase I

LeptonemaLeptonema

CigonemaCigonema PaquinemaPaquinema DiplonemaDiplonema DiacinesisDiacinesis

CÓDIGO GENÉTICOCÓDIGO GENÉTICO

El componente más importante de los cromosomas es el ADN– Sus componentes son

nucleótidos, a su vez formados por nucleósidos.

– Forman cadenas de dos en dos, en doble hélice.

– El fragmento de ADN que codifica a una proteína se llama gen.

ADN

ESTRUCTURA QUÍMICA DE UN ESTRUCTURA QUÍMICA DE UN NUCLEÓTIDONUCLEÓTIDO

Pentosa Base nitrogenada

COMPOSICIÓN DE LOS ÁCIDOS COMPOSICIÓN DE LOS ÁCIDOS NUCLEICOSNUCLEICOS

Fosfato

Purinas Pirimidinas

ESTRUCTURA PRIMARIA DEL ADNESTRUCTURA PRIMARIA DEL ADN

Enlace fosfodiester

5´fosfato

3´hidróxilo

El apareamiento exacto El apareamiento exacto entre purinas y pirimidinas entre purinas y pirimidinas

para la formación de la para la formación de la doble hélice del ADNdoble hélice del ADN

LA DOBLE HÉLICE DEL ADNLA DOBLE HÉLICE DEL ADN

DOGMA CENTRAL DE LA BIOLOGÍA DOGMA CENTRAL DE LA BIOLOGÍA MOLECULARMOLECULAR

FLUJO DE LA INFORMACIÓN FLUJO DE LA INFORMACIÓN GENÉTICAGENÉTICA

Objetivo: 2 copias exactas para 2 células hijas

Fase S del ciclo celular Varios orígenes de replicación Semiconservativa, bidireccional Una cadena continua y la otra discontinua

(Okazaki) Alta fidelidad y reparación

REPLICACIÓN DEL ADN EN REPLICACIÓN DEL ADN EN EUCARIOTASEUCARIOTAS

El origen de la replicación en eucariotasEl origen de la replicación en eucariotas

Cada célula hija está constituída por ADN con una hebra recién sintetizada y una hebra de la célula que le dió origen.

La replicación es semiconservativaLa replicación es semiconservativa

• ADN polimerasas añaden nucleótidos de 5’ a 3’.• Bidireccional: sobre ambas cadenas molde• Semidiscontinua: cadena lagging (fragmentos pequeños de ADN)

REPLICACIÓN DEL ADNREPLICACIÓN DEL ADN

dNTPs: dATP. dCTP, dGTP, dTTP DNA polimerasa (siempre alarga 5’ -> 3’) Origen de replicación ARN cebador (DNA pol no puede iniciar) Otras proteínas: topoisomerasas, helicasas, SSB,

primasa, ligasa, etc.

LA REPLICACIÓN NECESITALA REPLICACIÓN NECESITA

Rol de las DNAs polimerasasRol de las DNAs polimerasas

Rol de las proteínas accesorias de la Rol de las proteínas accesorias de la polimerasapolimerasa

Rol de las helicasas y las proteínas Rol de las helicasas y las proteínas SSBSSB

Rol de las topoisomerasasRol de las topoisomerasas

Iniciación (origen de replicación, proteínas de iniciación, proteínas necesarias entre la iniciación y la elongación

Elongación (cadena líder y cadena retrasada)

Terminación (replicación de los telómeros, ligación de los fragmentos y reconstitución de la cromatina)

ETAPAS DEL PROCESO DE ETAPAS DEL PROCESO DE REPLICACIÓNREPLICACIÓN

PROCESO DE REPLICACIÓN: PROCESO DE REPLICACIÓN: Iniciación y elongaciónIniciación y elongación

PROCESO DE REPLICACIÓN: PROCESO DE REPLICACIÓN: TerminaciónTerminación

Replicación de los telómeros La DNA ligasa une los

fragmentos de Okasaki Reconstitución de la

cromatina

ProblemaProblemaProblemaProblema SoluciónSoluciónSoluciónSolución

Replicación de los telómerosReplicación de los telómeros

Acción de la telomerasaAcción de la telomerasa

Es muy segura:casi no se cometen errores

Un error cada 107 bp Puede rechazar

nucleótidos impares Puede corregir

errores

FIDELIDAD DE LA REPLICACIÓN:FIDELIDAD DE LA REPLICACIÓN:Actividad exonucleasa del ADN Actividad exonucleasa del ADN

polimerasa polimerasa δδ y y εε

• Cambios en la secuencia de ADN• Tipos de mutaciones a) Mutaciones a gran escala - Ganancia o pérdida de una regiòn cromosómica - Translocación de partes de un cromosoma b) Mutaciones a pequeña escala Sustitución, deleción o inserción de un nucleótido

Mutaciones agran escala

Mutaciones apequeña escala

Translocación

ATCGAATC

ATGGAATC

Sustitución

MUTACIONESMUTACIONES

Anemia Anemia falciformefalciforme

La fidelidad de la replicación del ADN puede ser afectado por:a) Mutaciones endógenas o espontáneas - Incorporación de nucleótidos erróneos en la replicación (formas imino o enólicas de las bases) que dan lugar a transiciones, transversiones y mutaciones que cambian el marco de lectura. - Depurinación - Desaminación oxidativa - Mutágenos endógenos que al ser metabolizados generan radicales libres de oxígeno que pueden dañar el ADN (radicales superóxido, peróxido de hidrógeno y radicales hidroxilo)b) Mutaciones exógenas o inducidas - Agentes químicos que reaccionan o se unen al ADN: alquilantes (dimetilnitrosamina, dimetilsulfato,etc.), intercalantes (naranja de acridina, nitrógeno mostaza, etc) y otros (5-bromouracilo,etc) - Agentes físicos: radiación u.v., rayos X y radioactividad

¿ Por qué se producen?¿ Por qué se producen?

Formas tautométicas (imino y enólico) Formas tautométicas (imino y enólico) de las pirimidinas y purinasde las pirimidinas y purinas

Mutaciones por despurinación del ADNMutaciones por despurinación del ADN

Mutaciones por desaminación oxidativaMutaciones por desaminación oxidativa

Mutaciones producidas por radicales Mutaciones producidas por radicales libres de oxígenolibres de oxígeno

Mutaciones exógenasMutaciones exógenas

Reparación de apareamientos erróneos (mismatch)

Reparación directa Reparación por escisión de

nucleótidos Reparación por escisión de bases

REPARACIÓN POR ERRORESREPARACIÓN POR ERRORES

• Muchos de los “mismatch” son eliminados por la actividad exonucleasa de las ADN pol.• Con este mecanismo se elimina la presencia de bases sin aparear que son incorporados durante la replicación• La hebra con “mismatch” es reconocida por la presencia de un corte (el cual está presente en la hebra recién sintetizada)

REPARACIÓN DE APAREAMIENTOS REPARACIÓN DE APAREAMIENTOS ERRÓNEOS “mismatch”ERRÓNEOS “mismatch”

La reparación es realizadapor una enzima defotoreactivación o fotoliasaante la presencia de luzblanca

REPARACIÓN DIRECTA: Fotodímeros REPARACIÓN DIRECTA: Fotodímeros de pirimidina inducidas por radiación u.v.de pirimidina inducidas por radiación u.v.

La reparación es realizadapor la enzima metiltransferasaque transfiere el grupo metilode la O-6-metilguanina a unresiduo de cisteína en la proteína

REPARACIÓN DIRECTA: O-6- REPARACIÓN DIRECTA: O-6- metilguanina inducidas por agentes metilguanina inducidas por agentes

alquilantesalquilantes

Eliminación de nucleótidosque posteriormente se rellenancon una DNA polimerasa yuna DNA ligasa

REPARACIÓN POR ESCISIÓN DE REPARACIÓN POR ESCISIÓN DE NUCLEÓTIDOSNUCLEÓTIDOS

• El uracilo ha sido formado por la desaminación de la citosina.• El enlace entre el azúcar y la base es cortado por una DNA glicosilasa dejando al azúcar sin base (sitio AP)• El sitio AP es reconocida por una AP endonucleasa• El azúcar es removido por la desoxiribosa- fosfodiesterasa• El espacio es llenado por la ADN pol y sellado por la ADN ligasa, incorporándose la base correcta C opuesta a G.

REPARACIÓN POR ESCISIÓN DE REPARACIÓN POR ESCISIÓN DE BASESBASES

NombreNombre FenotipoFenotipo Enzima o proceso afectadoEnzima o proceso afectado

MSH2, 3, 6, MLH1, PMS2 Cáncer de colon Reparación de apareamientos erróneos

Xeroderma pigmentosum Cáncer de piel, sens. cel. a los rayos uv, anormal. neurológ.

Reparación por escisión de nucleótidos

Variante de XP Sensib. celular a los rayos uv Síntesis de la ADN pol

Ataxia telangiectasia (AT) Leucemia, linfoma, sensib.celular a los rayos , inestab.del genoma

Proteína ATM (proteína kinasa activ.por lesiones en la doble hebra)

BRCA-2 Cáncer de mama y ovario Reparación por recombinac. homóloga

Síndrome de Werner Vejez prematura, cancer endiversos sitios, inestab. delgenoma

Accesorios de la exonucleasa 3’ y ADNhelicasa

Síndrome de Bloom Cáncer en diversos sitios,enanismo, inestab. del genoma

Accesorios de la ADN helicasa para lareplicación

Anemia Fanconi Anormalid. congénitas,leucemia, inestab. del genoma

Reparación de enlaces cruzados entre las hebras

Paciente 46 BR Hipersensib. a agentes quedañan el ADN, inestab. delgenoma

ADN ligasa I

Síndromes heredades por defectos en la reparación del ADNSíndromes heredades por defectos en la reparación del ADN