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Organización y estructura
de genomas
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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).
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¿Cuántos genes se necesitan para formar un organismo ?
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Tamaño relativo de los genomas de distintos
organismos
Pares de Bases
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% d
e D
NA
no
-co
dif
ican
te p
ara
pro
teín
as
A mayor complejidad del organismo, mayor proporción de
las regiones NO codificantes en el genoma
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mientras que organismos más complejos
presentan menor densidad génica
El genoma de E. coli está compuesto casi completamente por genes
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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
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Comparación de densidad génica de diferentes organismos
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DNA de bacteria (4.2 x 106 pb)
• 1 cromosoma (nucleoide)
• DNA circular doble cadena
• sin envoltura de membrana
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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)
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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)
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Formas topológicas del DNA circular
cerrado (topoisómeros)
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Superenrollamiento del ADN en Bacteria
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Compactación del nucleoide bacteriano
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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
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DNA mitocondrial
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El DNA mitocondrial humano no tiene regiones intergénicas
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Compactación del DNA en los cromosomas eucariontes
10-11 nm
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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
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Estructura del nucleosoma
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• 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
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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
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El octámero de histonas se asocia por interacciones
hidrofóbicas
Un nucleosoma consiste en 147 pb
de DNA enrrollados en el octámero
de histonas.
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• 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.
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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.
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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
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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
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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
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¿Qué se necesita para
tener un cromosoma
estable?
• centrómero
• telómeros
• varios origenes de replicación
Secuencias únicas (genes)
Repetidas dispersas y
múltiples orígenes de
replicación
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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.
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Importancia del centrómero
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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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Bucles
Solenoide
Espiral condensada (Solenoide mayor)
Cromosoma
EMPAQUETAMIENTO
6 X 40 X 680 X 1.2 x 104 X
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