Organización Organización del genomadel genoma

Dra. M. Soledad Orellana O.

GENOMA HUMANO

Genoma mitocondrial16 6 Kb

Genoma nuclear3 300 Mb

25% 75%

16.6 Kb37 genes

2 genes 22 genes 13 genes

3 300 Mb25 000 genes

DNA génico y DNAsecuencias extragénico

l i d

2 genes 22 genes 13 genesRNAr RNAt Polipéptidos

relacionadasÚnico o mod. repetitivo

60 % copia únicao bajo # copias

40 % moderada-altamente repetitivo

10%

DNA DNAcodificante no codificante

repetidos en repetidostándem dispersos

90%j p altamente repetitivo

DNA intergénicocodificante no codificante tándem dispersos

pseudogenes fragmentos intrones

DNA satélite

DNA mini satélite

DNA microsatélite

LINES

SINES

LTRspseudogenes fragmentos intrones,génicos secuencias no traducidas

DNA microsatélite LTRs

Transposones

GENOMA MITOCONDRIAL

Doble cadena circular 16.569 pbCadena pesada (H)Cadena liviana (L)Cadena liviana (L)

Presente en miles de copiasPosee 37 genes

28 Cadena H28 Cadena H9 Cadena L

13 de los genes codifican proteínas (ppalmente de la respiración celular)(ppalmente. de la respiración celular)

93% es codificanteLa mayoría de las proteínas codificadas

en el genoma nuclearen el genoma nuclear

Es heredado de la madre

DNA no repetitivo: consta de secuencias únicas sólo hay una copia en el genoma haploide

DNA titi t d i t

GENOMA NUCLEAR

Genoma nuclear3 300 Mb

DNA repetitivo: consta de secuencias presentes en más de una copia en cada genoma

Moderadamente repetitivo: sec. Cortas que se repiten de 10 a 100 veces en el genoma a lo

25% 75%

3 300 Mb25 000 genes

se repiten de 10 a 100 veces en el genoma a lo largo de éste

Altamente repetitivo: sec. muy cortas (menor a 100 pb) presentes muchos miles de veces en

l i d tá dDNA génico y DNAsecuencias extragénico

l i d

el genoma organizadas en tándem

relacionadasÚnico o mod. repetitivo

60 % copia únicao bajo # copias

40 % moderada-altamente repetitivo

10%

DNA DNAcodificante no codificante

repetidos en repetidostándem dispersos

90%j p altamente repetitivo

DNA intergénicocodificante no codificante tándem dispersos

pseudogenes fragmentos intrones

DNA satélite

DNA mini satélite

DNA microsatélite

LINES

SINES

LTRspseudogenes fragmentos intrones,génicos secuencias no traducidas

DNA microsatélite LTRs

Transposones

DNA codificanteIncluye el DNA de exones de genes únicos o de familias génicas (dispersas o agrupadas) y las secuencias reguladoras g p ) y gde los genes

Contraste en la densidad de genes:

(A) región HLA (Human Leukocyte Antigen), (B) región del gen distrofina.

Pseudogenes

Los pseudogenes son secuencias de ADN que, debido a mutaciones, han

dejado de ser funcionales y que por tanto no se transcriben. El mejor ejemplo de j y q p j j p

este tipo de familias de genes son los que llevan información para los

polipéptidos o cadenas de globina, que forman las hemoglobinas humanas

Intrones y Exones Procesamiento alternati oProcesamiento alternativo

(~60% de los genes humanos)

DNA Extragénico

Genoma nuclear3 300 Mb

75%

3 300 Mb25 000 genes

DNAextragénico

60 % copia únicao bajo # copias

40 % moderada-altamente repetitivo

repetidos en repetidostándem dispersos

j p altamente repetitivo

DNA intergénicotándem dispersos

DNA satélite

DNA mini satélite

DNA microsatélite

LINES

SINES

LTRsDNA microsatélite LTRs

Transposones

Debido a la diferencia en el % de G+C respecto al resto del genoma (> proporción de A+T que lo hace

d )menos denso)

ADN ESTRAGÉNICO REPETIDO EN TANDEM

SATELITES: 2 – 50pb, repetidas hasta un millón de veces, heterocromatina centromérica

MINISATELITES: 5-100 pares de bases, repetidas un número variable de veces, son marcadores genéticos moleculares de cada persona. Incluye el ADN de los telómeros y la sec de ADN hipervariable que

MICROSATELITES: Sec. cortas, 1-4 pares de bases, en grupos de 10-50

Incluye el ADN de los telómeros y la sec. de ADN hipervariable que está cercana a los centrómeros

, p , g pcopias.

(Variable Number of Tandem Repeats)

ADN EXTRAGÉNICO DISPERSO HUMANO

SINE: Short Interspersed Nuclear Elements 100 a 500 pg, repeticiones hasta 20x(Elementos nucleares dispersos cortos)

Los elementos Alu son secuencias de 250-280 nucleótidos presentes en 1.500.000 de copias dispersas por todo el genoma , Origen: transcripción inversa de RNA 7SL (“retrotransposones”)

LINE: Long Interspersed Nuclear Elements miles de pb, repeticiones hasta 50.000XLINE: Long Interspersed Nuclear Elements miles de pb, repeticiones hasta 50.000X (Elementos nucleares dispersos largos)

Los elementos LINE completos codifican dos proteínas:Proteína de unión a ARN (’’RNA-binding protein’’): codificada por el marco de lectura abierto 1 (ORF1 ó i d l i lé ‘’O di F 1’’)(ORF1, acrónimo del inglés ‘’Open reading Frame 1’’)Enzima con actividad retrotranscriptasa y endonucleasa: codificada por el ORF2

Có i lCó i l¿Cómo se organiza el ¿Cómo se organiza el ADN en el núcleo?ADN en el núcleo?ADN en el núcleo?ADN en el núcleo?

ADN CromosomaCromatinaCromatina: ADN asociado a proteínasCromatina: ADN asociado a proteínas (histonas y no histonas)

El grado de condensación se refiere a la relación existente entre la longitud de la molécula de ADN antes y después de sufrir el proceso de condensación.p

Ejemplo: el cromosoma 1 mide sólo 5μm pero contiene una molécula de 5000.0005μm pero contiene una molécula de ADN de 5cm (500.000μm) aproximadamente.

5= 100.000

El grado de condensación del ADN puede legar a ser de hasta 100.000

http://www.pbs.org/wgbh/nova/genome/dna_sans.html

Niveles de organización de la cromatinaGrados de condensación de ADN

+Primer grado de condensación: El NucleosomaUn nucleosoma típico está asociado a 200 pares de bases (pb)

- +

p p (p )y está formado por una médula ("core") y un ligador (o "linker"). La médula está formada por un octámero constituido por dos p psubunidades de las siguientes histonas: H2A, H2B, H3 y H4.

Mononucleosomas se liberan por digestion de la cromatinacon nucleasa micrococcal.

Nucleosomas

Microfotografía electrónica

Constituido por 8 histonas y un segmento de ADN de 200pb.

El segmento de 146 pb del ADN daEl segmento de 146 pb del ADN da 1.6 vueltas alrededor de un núcleo de Histonas, mientras que las restantes 54pb conectan con el siguiente54pb conectan con el siguiente nucleosoma.

Cociente de Condensación = 6

HISTONAS

Núcleo octamérico

Las histonas tienen gran cantidad de Arginina y Lisina (aminoácidos básicos)

Histonas H2A, H2B, H3 H4 f l ú l

Se facilita la interacción con el ADN (acido).

y H4 forman el núcleo octamérico de Histonas

Grados de condensación de ADN

- +Segundo grado de condensación: fibra de 30 nm

Fibra de 30 nm

Nucleosomas

La fibra de 10nm se enrolla en sentido levogiro dando lugar a una estructura más condensada.

Contiene 6 nucleosomas por vuelta.

La HISTONA H1 es necesaria para su formación.

Cociente de condensación:40

LA HISTONA H1 PARTICIPA EN LA FORMACIÓN DE LA FIBRA DE 30 nmFIBRA DE 30 nm

Las colas de las histonasLas colas de las histonas también juegan un papel fundamenta: Interaccionan con nucleosomas vecinoscon nucleosomas vecinos (ADN e Histonas)

El grado de compactación de la fibra de 30 nmEl grado de compactación de la fibra de 30 nmes variable y determina la accesibilidad al ADN

Grados de condensación de ADN

+ó- +Tercer grado de condensación del ADN: CROMATINA O CROMOSOMA INTERFÁSICO

Formación de lazos de superenrollamiento

Cada lazo estáCada lazo está formado por 50-100 kb.

Grado de condensación:condensación: 50.000

Armazón proteico no histónico

Nelson y Cox, Bioquímica 4ª ed.

La cromatina en la interfase puede tener grados variables de condensación:variables de condensación:

Heterocromatina: Porción inactiva de la cromatina. Se encuentra en niveles de d ió d d l fib d 30 h i i l icondensación desde la fibra de 30 nm hacia niveles superiores.

Eucromatina: Región activa de la cromatina en donde se encuentran los genes que seEucromatina: Región activa de la cromatina, en donde se encuentran los genes que se están expresando en una determinada célula. Posee un menor grado de condensación.

Heterocromatinaconstitutiva: Porción del genoma que se encontrará a la forma de heterocromatina en

todos los tipos celulares de un organismo dado.todos los tipos celulares de un organismo dado.

Heterocromatinafacultativa: Corresponde a porciones del genoma que se encontrarán a la forma de f p p g q

heterocromatina en algunos tipos celulares y de eucromatina en otros tipos celulares de un organismo dado.

* Que una porción del genoma se encuentre a la forma de eucromatina no siempre implicará que sea una región activa de expresión génica.

Grados de condensación de ADN

+4to. Grado de condensación: El CROMOSOMA METAFÁSICO

Mayor grado de condensación: 100.000 veces.

- + Estructuras de Estructuras de orden superior orden superior de DNA y RNAde DNA y RNA

SuperenrollamientoSuperenrollamiento del DNAdel DNA

DNA Tamaño Dimensión en las que secompacta

E.coliE.coliHumanoHumano

compacta4.7 x 104.7 x 1066 pbpb6.6 x 106.6 x 1099 pbpb

2 2 μμm (célula)m (célula)44--6 6 μμm (núcleo)m (núcleo)6.6 x 06.6 x 0 pbpb μμ ( )( )

Conformación relajadaConformación relajada

Conformaciones Conformaciones superenrolladassuperenrolladasDemostración experimental del Demostración experimental del superenrollamientosuperenrollamiento

Genes que

total

ARN total

que codifican para ARN

ARN codificante

ARN no codificante

p

Pre ARNm(hnRNA)

Pre ARNr(pre-rRNA)

Pre ARNr(pre-rRNA)

miRNAy otros

ARN pno(snoRNA)

ARN pn(snRNA)

ARNm(mRNA)

ARNt(tRNA)

ARNr(rRNA)

RNA)RNA)

Estructura tridimensional de los Estructura tridimensional de los RNAsRNAs en generalen general

RNA RNA mensajero (mensajero (mRNAmRNA))j (j ( ))

Función: Transferir el mensajeFunción: Transferir el mensajeFunción: Transferir el mensaje Función: Transferir el mensaje genético almacenado en el genético almacenado en el DNA DNA desde desde el núcleo al citoplasma.el núcleo al citoplasma.

C t í ti i i lC t í ti i i lCaracterísticas principales:Características principales:--Formados por A, G, C y UFormados por A, G, C y U--CitoplasmáticoCitoplasmático--CitoplasmáticoCitoplasmático--Aprox. 1Aprox. 1--2% del RNA total2% del RNA total--Vida media cortaVida media corta--Tamaño Tamaño diversodiverso--Estructura lineal (debido a unión a proteínas)Estructura lineal (debido a unión a proteínas)

RNARNA de transferencia (de transferencia (tRNAtRNA))RNA RNA de transferencia (de transferencia (tRNAtRNA))

MoléculaMolécula adaptadora entre los aminoácidos y eladaptadora entre los aminoácidos y el mRNAmRNAMolécula Molécula adaptadora entre los aminoácidos y el adaptadora entre los aminoácidos y el mRNAmRNA

--Por un extremo unen un aminoácido (Por un extremo unen un aminoácido (aminoacilaminoacil tRNAtRNA))Por un extremo unen un aminoácido (Por un extremo unen un aminoácido (aminoacilaminoacil tRNAtRNA))--Por el otro extremo se unen con el Por el otro extremo se unen con el mRNAmRNA (en presencia (en presencia del ribosoma)del ribosoma)

Estructura secundaria en trébol del Estructura secundaria en trébol del tRNAtRNA Estructura terciaria en “LEstructura terciaria en “L” del ” del tRNAtRNA

El RNA El RNA ribosomalribosomal ((rRNArRNA))Soporte estructural y componente principal de los ribosomas

Existen diversos tipos de rRNA, presenta bases infrecuentes, representan el 75% del RNA total, adoptan estructura compleja

snRNAsnRNA Participan en el procesamiento del snRNAsnRNA Participan en el procesamiento del ANRm, en el corte y empalme

snoRNAsnoRNA Participan en el i d l

snoRNAsnoRNAprocesamiento del ARNr

RibosomasRibosomas

Donde tiene lugar la traducción• “Estructuras químico mecánicas” desplazamiento • Estructuras químico-mecánicas desplazamiento por el mRNA, “lectura” del mensajeentorno químico, proximidad y orientación de losentorno químico, proximidad y orientación de los

sustratoscentro catalítico

• Asociaciones supramoleculares,partículas, orgánulos• Ribonucleoproteidos• Ribonucleoproteidos• 35% proteína, 65% rRNA• 20-23 nm• Hasta 25% del peso seco de la célula

In estiga Investigar sobre

ribozimasribozimas