EL ADN COMO EL ADN COMO

MATERIAL GENÉTICOMATERIAL GENÉTICO

Blgo. Jimmy Ibarra Trujillo Biología Celular y Molecular. Capacitación Docente 2009 jimmy@investigaperu.org

CARACTERÍSTICAS GENERALES CARACTERÍSTICAS GENERALES DEL GENOMADEL GENOMA

GenomaGenoma ( (gengen, origen) es el conjunto total de , origen) es el conjunto total de material genético hereditario presente en material genético hereditario presente en una célula tanto nuclear como extranuclear, una célula tanto nuclear como extranuclear, codificante o no.codificante o no.

Organismos ProcariontesOrganismos Procariontes (eubacteria y (eubacteria y arqueobacterias) se reduce a un único arqueobacterias) se reduce a un único cromosoma formado por una molécula cromosoma formado por una molécula circular de ADN.circular de ADN.

Es frecuente encontrar además material Es frecuente encontrar además material genético extracomosómico:genético extracomosómico:

1. 1. PLÁSMIDOS.PLÁSMIDOS. ADN circular. ADN circular.

2.2. TRANSPOSONES. TRANSPOSONES.

3.3. SECUENCIAS DE INSERCION (IS) SECUENCIAS DE INSERCION (IS)

En EucariontesEn Eucariontes son son variadas y complejas.variadas y complejas.

El genoma nuclear El genoma nuclear aparece bajo dos aparece bajo dos formas:formas:A. Cromatina A. Cromatina B. CromosomasB. Cromosomas

El genoma de orgánulosEl genoma de orgánulos esta organizado en esta organizado en cromosomas circulares cromosomas circulares igual que el de igual que el de procariotas.procariotas.

EXONES. EXONES.

Secuencias que Secuencias que codifican proteinas o codifican proteinas o ARNs.ARNs.

INTRONES. INTRONES. (ADN intragénico)(ADN intragénico) Secuencias que no Secuencias que no codifican.codifican.

MAGNITUD DEL GENOMA MAGNITUD DEL GENOMA NUCLEARNUCLEAR

El material genético contenido en el núcleo El material genético contenido en el núcleo supone más del 90% del total de ADN.supone más del 90% del total de ADN.

La magnitud se puede expresar de varias La magnitud se puede expresar de varias formas:formas:1. En número de cromosomas (n, 2n).1. En número de cromosomas (n, 2n).2. En masa de ADN (pg 2. En masa de ADN (pg 22 picogramos). picogramos).

3. Expresarlo en longitud3. Expresarlo en longitud: pb o nt (en : pb o nt (en hebra sencilla). Para moléculas largas Kb hebra sencilla). Para moléculas largas Kb o Mb.o Mb.

Micrografía Micrografía Electrónica del Electrónica del Bacteriófago T2Bacteriófago T2

Longuitud del cromosoma de Longuitud del cromosoma de Escherichia coli Escherichia coli ( 1.7 mm ).( 1.7 mm ).Contiene aprox. 4.7x10Contiene aprox. 4.7x106 pb. pb.Tamaño de Tamaño de E. coliE. coli 2 2 mm

En promedio, la En promedio, la cantidad total de ADN cantidad total de ADN en una célula diploide en una célula diploide eucariota es entre 8 y eucariota es entre 8 y 200 veces superior que 200 veces superior que la de una célula la de una célula Procariótica.Procariótica.

El tamaño del El tamaño del genoma humanogenoma humano es de 3 x 10es de 3 x 109 pb. pb.

En forma lineal, la longitud total En forma lineal, la longitud total del ADN de una célula humana del ADN de una célula humana somática seria de unos 2 somática seria de unos 2 metros.metros.

GENOMA HUMANOGENOMA HUMANO

El total de células del cuerpo humano El total de células del cuerpo humano

( 2 billones ( 2 billones (( 2 x 10 2 x 101212 células). células).

Longitud: 4 billones de m. ( 4 x 10Longitud: 4 billones de m. ( 4 x 101212 m). m).

Luque. 2002. Biologia Molecular e ingenieria Genética.Luque. 2002. Biologia Molecular e ingenieria Genética.

Equivale a Equivale a

100 000 vueltas a la 100 000 vueltas a la tierra (circunferencia de tierra (circunferencia de la tierra la tierra ll 40 000 Km 40 000 Km).).

7 000 viajes de ida y vuelta a la Luna 7 000 viajes de ida y vuelta a la Luna

(Tierra – Luna (Tierra – Luna (( 300 000 Km). 300 000 Km).

Luque. 2002. Biologia Molecular e ingenieria Genética.Luque. 2002. Biologia Molecular e ingenieria Genética.

13 viajes de ida y vuelta al Sol 13 viajes de ida y vuelta al Sol

( Tierra – Sol ( Tierra – Sol (( 150 millones de Km). 150 millones de Km).

La secuencia completa del La secuencia completa del genoma de una célula genoma de una célula humana ocuparia 1320 humana ocuparia 1320 volúmenes de una obra volúmenes de una obra (considerando 1000 pág. (considerando 1000 pág. por volumen.), que por volumen.), que formarian una pila de 260 m formarian una pila de 260 m de altura.de altura.

Las células de individuos Las células de individuos de una misma especie de una misma especie poseen la misma cantidad poseen la misma cantidad de ADN y número de de ADN y número de cromosomas.cromosomas.

El contenido total de ADN, El contenido total de ADN, expresado en pg o en pb, y expresado en pg o en pb, y el número de cromosomas el número de cromosomas varían ampliamente entre varían ampliamente entre especies diferentes.especies diferentes.

COMPLEJIDAD DEL GENOMA

No existe correlación entre el tamaño del No existe correlación entre el tamaño del genoma de distintas especies y el número genoma de distintas especies y el número de cromosomas que lo componen.de cromosomas que lo componen.

TAMAÑO DE ALGUNOS TIPOS DE GENOMAS

2×108 Drosophila melanogaster

3×109 Humano

8×107 Caenorhabditis elegans

2×107 Levadura

4×106 Escherichia coli

5×104 Fago λ

Tamaño Genoma (pb.)Organismo

EUCARIOTASEUCARIOTAS

PROCARIOTASPROCARIOTAS

GENOMA HUMANO

GENOMA NUCLEAR

GENOMA MITOCONDRIAL

ARNt 22 genes

Codifican Proteínas

13 genes

Codifican ARN 24 genes

ARNr 2 genes

GENOMA NUCLEAR

ADN de copia única

ADN repetitivo

Altamente repetitivo y agrupado

No codificante (extragénico)

Codificante (génico)

No codificante (extragénico)

Codificante (génico)

Estructural

Moderadamente repetitivo y

disperso

Regulador

Estructural

Intergénico

Intragénico

Regulador

CONDENSACIÓN DEL ADNCONDENSACIÓN DEL ADN

El ADN debe empaquetarse en un núcleo de El ADN debe empaquetarse en un núcleo de aprox. 5 µm. aprox. 5 µm.

Esto representa una Esto representa una condensación de más de condensación de más de 100 000 veces.100 000 veces.

Esto ocurre en la Esto ocurre en la interfase del ciclo celular.interfase del ciclo celular.

Esto se debe a dos aspectos teoricamente Esto se debe a dos aspectos teoricamente independientes pero funcionalmente independientes pero funcionalmente relacionados.relacionados.

1. 1. El El empaquetamientoempaquetamiento del ADN debido a del ADN debido a la asociación de proteínas.la asociación de proteínas.

2. 2. El El superenrrollamientosuperenrrollamiento (Supercoils) del (Supercoils) del ADNADN..

CROMATINACROMATINA

Es un complejo de nucleoproteína (ADN y Es un complejo de nucleoproteína (ADN y proteínas), que se encuentra en el nucleo proteínas), que se encuentra en el nucleo de las celulas eucarioticas y constituye el de las celulas eucarioticas y constituye el cromosoma.cromosoma.

La unidad básica de la cromatina son los La unidad básica de la cromatina son los nucleosomasnucleosomas..

La cromatina se puede encontrar en dos La cromatina se puede encontrar en dos formas:formas:a. Heterocromatina. a. Heterocromatina. b. Eucromatina.b. Eucromatina.

PROTEÍNAS COMPONENTES DE LA PROTEÍNAS COMPONENTES DE LA CROMATINACROMATINA

Histonas.Histonas. Principales proteínas componentes del Principales proteínas componentes del

material genético. material genético. Cuya función fundamental es estabilizar la Cuya función fundamental es estabilizar la

estructura del ADN.estructura del ADN. Existen cinco tipos de Histonas.Existen cinco tipos de Histonas.

HISTONASHISTONAS

21,1-23,014,013,815,311,2

215-244129125135102

27,4-30,820,222,422,924,5

1,3-2,69,36,413,313,7

24,4-29,510,916,09,610,8

H1H2AH2BH3H4

W. KdaN0 Aa.% (Lys+Arg)% Arginina% Lisina

En algunos casos, H1 es sustituida por una En algunos casos, H1 es sustituida por una variante H5, con especial afinidad por la variante H5, con especial afinidad por la cromatina.cromatina.

Separación de Histonas por SDS-PAGE extraidos de Separación de Histonas por SDS-PAGE extraidos de proteínas de células rojas de pollo. La histonas H2A, H2B, proteínas de células rojas de pollo. La histonas H2A, H2B, H3 y H4 estan presentes en iguales cantidades. H3 y H4 estan presentes en iguales cantidades. La H5 la cual es similar a H1 reemplaza en las células de La H5 la cual es similar a H1 reemplaza en las células de la sangre de Aves.la sangre de Aves.

CONSERVACIÓN ESTRUCTURAL DE LAS CONSERVACIÓN ESTRUCTURAL DE LAS HISTONASHISTONAS

Cada Histona tiene Cada Histona tiene una similar una similar estructura (pero estructura (pero diferente secuencia )diferente secuencia )

Proteínas no HistónicasProteínas no Histónicas

Se encargan de regular la expresión de los Se encargan de regular la expresión de los genes.genes.a. a. Con funcion estructural:Con funcion estructural:

Prtn. Básicas: Protaminas.Prtn. Básicas: Protaminas.Prtn. Ácidas: HMG (Prtn. Ácidas: HMG (High molibityHigh molibity groupgroup).).Prtn. del esqueleto o matriz nuclear.Prtn. del esqueleto o matriz nuclear.

b. b. Con otras funciones:Con otras funciones:ADN polimerasa, ARN polimerasa, ADN polimerasa, ARN polimerasa,

Factores de replicación, Factores de Factores de replicación, Factores de transcripción, etc.transcripción, etc.

Estructura del NucleosomaEstructura del Nucleosoma Cada Nucleosoma esta compuesto por 9 Cada Nucleosoma esta compuesto por 9

moléculas de histonas y un tramo de ADN. moléculas de histonas y un tramo de ADN.

NucleosomaNucleosoma 200 pb ADN.200 pb ADN.

CompletoCompleto (H2A, H2B, H3,H4) (H2A, H2B, H3,H4) 22

H1H1

PartículaPartícula 200 pb ADN.200 pb ADN.

Core Core (H2A, H2B, H3,H4) (H2A, H2B, H3,H4) 22

DNA double helixDNA double helix

Beads on string chromatin formBeads on string chromatin form

Solenoid (six nucleosomes per turn)Solenoid (six nucleosomes per turn)

Niveles de condensación del ADN Niveles de condensación del ADN nuclear Eucarióticonuclear Eucariótico

Loops (50 turns per loop)Loops (50 turns per loop)

Minibans (18 loop)Minibans (18 loop)

Chromosome (stacked miniband)Chromosome (stacked miniband)

Condensación Condensación del ADN del ADN

EucarióticoEucariótico

Escherichia coliEscherichia coli