¡Descarga ADN y cromosomas humanos: Genoma y estructura del ADN - Prof. López Rodas y más Apuntes en PDF de Bioquímica solo en Docsity!
Genética:
Estructura del ADN y cromosomas humanos:
Genoma:
La herencia de un organismo está definida por su genoma. El genoma es la dotación completa de DNA de un organismo. Contiene la información necesaria para construir un organismo. Las secuencias de copia única o escasamente repetitivas son en su mayoría genes, es decir, secuencias que se transcriben y se les denomina genes estructurales. En nuestra especie se estima que existen unos 50.000-100.000, el conjunto de los cuales constituye el genoma. Físicamente el genoma se divide en moléculas de ácidos nucleicos y Funcionalmente se divide en genes.
Estructura del ADN:
Niveles de complejidad de la estructura del DNA: Estructura primaria Estructura secundaria Estructura terciaria Estructura primaria: Los ácidos nucleicos son grandes moléculas formadas por nucleótidos que realizan funciones esenciales en el metabolismo celular y los ácidos nucleicos aseguran la transmisión de la información genética de unas células a otras. Los nucleótidos son las unidades que componen los ácidos nucleicos, pero, a su vez, el nucleótido es una molécula compleja formada por la unión de moléculas diferentes: una base nitrogenada, un azúcar y uno o varios grupos fosfato. El grupo fosfato está formado por un átomo de fosforo unido a 4 átomos de O2, es el que proporciona carga negativa = DNA – molécula ácida, este es unido al C5 del azúcar de un nucleótido. Los distintos nucleótidos difieren entre sí en el tipo de azúcar y en las bases nitrogenadas que presentan. El azúcar es una pentosa (5 átomos de carbono) que puede ser de dos tipos: ribosa o desoxirribosa (con un oxígeno menos que la ribosa). Las bases nitrogenadas que se presentan en los nucleótidos son moléculas compuestas por carbono, hidrógeno, oxígeno y nitrógeno, que adoptan la estructura de anillo. Existen dos tipos de bases en función del número de anillos que tengan. Las bases púricas tienen un anillo doble y a este grupo pertenecen la adenina (A) y la guanina (G). Las bases pirimidínicas presentan un solo anillo y son la citosina (C), la timina (T) y el uracilo (U). Cada nucleótido toma el nombre de la base que contiene. – osina (base púrica) y terminación – idina (base pirimidínica). La base nitrogenada forma un enlace covalente con C1 del azúcar.
La importancia especial de los nucleótidos estriba en que constituyen los elementos que componen los ácidos nucleicos, moléculas que almacenan la información biológica. Existen dos tipos principales de ácidos nucleicos: el ácido ribonucleico o ARN, que contiene ribosa, y el ácido desoxirribonucleico o ADN, que contiene desoxirribosa. El ARN está formado por los nucleótidos A, U, G y C, y el ADN está formado por A, T, G y C. En la célula existen varias clases de ARNs, cada uno de ellos con una función diferente. La cadena polinucleotídica está formada por la unión de varios nucleótidos, estos están estructurados en la formación de un enlace covalente y un enlace fosfodiester. El grupo 5’ fosfato de un nucleótido se une mediante el enlace fosfodiester con el C 3’ del nucleótido siguiente. La dirección o polaridad va desde el extremo 5’, donde un grupo fosfato libre se une al carbono 5’, hacia el extremo 3’, donde un grupo OH se une al carbono 3’. El estudio de su estructura se puede hacer a varios niveles, apareciendo estructuras, primaria, secundaria, terciaria, cuaternaria y niveles de empaquetamiento superiores. Estructura secundaria: Es una estructura en doble hélice. Permite explicar el almacenamiento de la información genética y el mecanismo de duplicación del ADN. Fue postulada por James Watson y Francis Crick. Es una cadena doble, dextrógira o levógira, según el tipo de ADN. Ambas cadenas son complementarias, pues la adenina de una se une a la timina de la otra, y la guanina de una a la citosina de la otra. Estas bases enfrentadas son las que constituyen los Puentes de Hidrógeno. Adenina forma dos puentes de hidrógeno con Timina. Guanina forma tres puentes de hidrógeno con Citosina. Ambas cadenas son antiparalelas, pues el extremo 3´ de una se enfrenta al extremo 5´ de la otra. En el caso de la complementariedad de C y G se mantienen unidos por 3 puentes de hidrogeno (apareamiento más fuerte), mientras que la complementariedad de T y A, se mantienen unidos por 2 puentes de hidrogeno. Las dos hebras están enrolladas en torno a un eje imaginario, que gira en contra del sentido de las agujas de un reloj. Las vueltas de estas hélices se estabilizan mediante puentes de hidrógeno. Esta estructura permite que las hebras que se formen por duplicación de ADN sean copia complementaria de cada una de las hebras existentes. La forma tridimensional del DNA puede variar dependiendo de las condiciones y de la secuencia.
Histonas: Son proteínas simples básicas, tienen un elevado contenido de arginina y lisina (20-30%), lo que las hace fuertemente policatiónicas, no contiene triptófano y relativamente pocos aminoácidos azufrados. Son solubles en el agua y se coagulan con el calor. Además, esta estructura está formada por proteínas que no son histonas. Su masa e igual a la del ADN. Contiene más de 1000 proteínas no histonas, que realizan actividades como la replicación y la expresión genética. En el caso de las células eucarióticas el ADN está unido fuertemente a las histonas, que constituyen la mitad de la masa de los cromosomas, mediante interacciones iónicas con el esqueleto polianiónico de fosfatos del ADN, dando lugar a nucleoproteínas neutras. El ADN, en los eucariotas está unido a las histonas, constituyendo la cromatina. Facilitan la unión a la molécula de ADN que está cargada negativamente. Las histonas que componen la cromatina son de cinco clases: H1, H2A, H2B, H3 y H4, algunas de las cadenas laterales de los aminoácidos pueden sufrir modificaciones post- traduccionales, prestándose acetiladas, metiladas, ADP-ribosiladas y fosforiladas. Estas modificaciones modulan la carga, la estructura de las histonas y el patrón de interacciones por puentes de hidrógeno que pueden establecer, lo cual es decisivo en el control de empaquetamiento del ADN. La unidad básica de interaccion entre el ADN y las histonas se denomina nucleosoma y hace que la cromatina presente un aspecto de “collar de perlas” debido a que está constituida por una sucesion de estas unidades. El nucleosoma esta formado por un núcleo y una región de unión o region internucleosomal. Un nucleosoma está formado por un complejo proteico cilíndrico constituido por el octámero (H2A, H2B, H3, H4) 2 , alrededor del cual se arrolla la doble helice del ADN; 146 pb están directamente unidos al núcleo, están enrollados por fuera del núcleo para formar una vuelta y tres cuartos de superhelice levógira con un paso de unos 28 A; y hay de 20 a 100 pares de base de ADN entre los nucleosomas contiguos, el ADN enlazante. El núcleo está formado por dos histonas H3 y H4, ocupando el centro del nucleosoma, flanqueando a ambos extremso por undímero H2A-H2B. El cromatosoma está formado por la H1, localizada en la parte exterior del mismo, interaccionando con las histonas H2A del núcleo proteico y el ADN
enlazante. Formado por entre 20pb y 166pb. Esta proteína sirve como puente entre los nucleosomas adyacentes, contribuye a compactar la cromatina probablemente mediante un proceso de fosforilación-defosforilación, se fosforila al comenzar la mitosis y se desfosforila cuando ésta ha terminado. La región intranucleosomal está formada por ADN entre nucleosomas (20pb), El ADN con las histonas = fibra de cromatina de 10nm de diámetro. Está compuesta por cromatosomas separados por segmentos de ADN de unión de 20pb. Acorta su longitud aproximadamente 6 veces. El siguiente nievel de organización consiste en la fibra de 30nm, resultado de la condensación de la fibra de 10nm en un solenoide en el que participan de 6 a 7 cromatosomas; este solenoide tiene un diámetro de 36nm, y supone un cociente de empaquetamiento de 40. Las moléculas de H1 parecen ser decisivas en ésta condensación. Esta estructura forma bucles o asas de tamaño variable, conteniendo entre 5000 y 120000 pb según los organismos. Estos bucles están estabilizados por la H y por proteinas no histonas como la topoisomerasa II, que forman un andamio nuclear.
Cromatina:
La cromatina en el núcleo tiene un grosor de 300Å. La fibra de cromatina de 100Å se empaqueta formando una fibra de cromatina de 300Å. El enrollamiento que sufre el conjunto de nucleosomas recibe el nombre de Solenoide. Los solenoides se enrollan formando la cromatina del núcleo interfásico de la célula eucariota. Cuando la célula entra en división, el ADN se compacta más, formando los cromosomas. En el núcleo en interfase, con el MO, la heterocromatina se observa como masas densas intensamente teñidas. Los gruesos grumos de cromatina muy teñidos se denominan cromocentros. Las porciones menos teñidas corresponden a la eucromatina. La eucromatina corresponde a la cromatina desespiralizada, diseminada por todo el núcleo que no es visible al MO. Es la parte que realiza la transcripción (~10%). Se descondensa durante la interfase, se encuentra en el interior del nucleoplasma. Esta eucromatina participa en la transcripción u la replicación y se distribuye en todo el núcleo. Sus fibras son de 3 0 nm y se encuentran organizadas en asas. Contienen aprox. 50 a 100 kb de ADN. Se trata del 10% de genes que se transcriben activamente. La heterocromatina es transcripcionalmente inactiva porque la condensación hace que los genes no sean directamente accesibles a las proteínas activadoras de esos genes (~90%).
Cromosomas:
Cuando los cromosomas se encuentran en metafase es cuando mejor podemos observar su morfología y tamaño. El cariotipo es el juego completo de cromosomas que posee un organismo. Cuando se fotografían y se ordenan por tamaño obtenemos un idiograma. El genoma está compuesto por múltiples cromosomas, donde cada uno contiene una molécula lineal de ADN. Su número y tamaño puede variar. Su estructura siempre es la misma. Son 46 moléculas de DNA y 6000 millones de nucleótidos. El centrómero es el responsable directo del comportamiento del cromosoma en mitosis y meiosis, ya que es el lugar donde se adhieren las fibras del huso arrastrando a las cromátidas hacia los polos de la célula. Dentro de la región centromérica se encuentra el cinetócoro, que es una estructura proteica a la que se unen las fibras del huso físicamente. La mayor parte del centrómero contiene estructuras repetidas muchas veces una tras otra. Algunos cromosomas presentan una constitución secundaria conocida como región de organización nucléolar (NOR), formada por agrupaciones de repeticiones en tándem de genes DNAr. Los telómeros están formados por decenas de miles de repeticiones en tándem de una secuencia muy corta (entre 6 y 10 pb). Las regiones teloméricas están situadas en los extremos del cromosoma y tienen diversas funciones: Que se lleve a cabo una correcta replicación del cromosoma, puesto que permite solucionar el problema de la replicación del extremo de un DNA lineal. Le aporta estabilidad al cromosoma, puesto que disminuyen la tendencia a adherirse con otros extremos cromosómicos que presentan los cromosomas rotos. Protegen los extremos cromosómicos de la degradación debido a las nucleasas.
