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Genética tema 6, Ejercicios de Genética

Asignatura: Genética, Profesor: Begoña Fernandez, Carrera: Biología, Universidad: UAM

Tipo: Ejercicios

2017/2018

Subido el 17/05/2018

beatrizhorni7
beatrizhorni7 🇪🇸

4.7

(6)

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Tema 6. Organización del material hereditario.!
El ADN se organiza en cromosomas formados por una molécula de ARN o ADN de cadena
sencilla o doble, ya sea desnudo como en virus, viroides o virusoides, o unido a porteinas que
intervienen en espirilización como en bacterias. En eucariotas se encuentra asociado con
porteinas, denominadas histonas (H2A, H2B, H3 y H4) con las cuales forma la cromatina que
sufre distintos nieles de compactación con el curso de otras proteínas que no son histónicas
alcanzando el máximo grado de compactación en metafase mitótica en células somáticas. La
compactación condiciona el acceso a la información y, por tanto, ostenta un papel clave en la
regulación de la expresión génica. El ADN se encuentra en el interior de las células organizado en
cromosomas. La complejidad también depende de la complejidad del organismo. Cómo varía la
organización genómica en diferentes organismos – desde virus y bacterias hasta eucariotas- nos
proporcionará sin duda , una mejor comprensión de la evolución de los organismos en nuetsro
planeta Tierra.!
En su forma más simple podemos encontrarnos a los viroides: agentes patógenos de plantas que
consisten en una molécula circular de RNA, sin ninguna proteína o molécula asociada con ella. O
los virusoides: semejantes a los viroides que necesitan la coinfección con otros virus para poder
replicarse en la célula ya que no pueden hacerlo de manera autónoma. !
El siguiente nivel de complejidad sería el de los virus cuyo cromosoma pueden ser ADN lineal
como los Fagos T, o circular. Pero también pueden ser de AR lineal de hebra simple. !
EN los virus el material genético se encuentra formando un complejo con proteínas de la cubierta
o bien libre en el interior de esta. !
Los cromosomas bacterianos son comúnmente moléculas circulares de ADN en una o más
copias, aunque hay algunos lineales. Ya no es únicamente ADN sino que forma un complejo con
proteínas que colaboran en el mantenimiento de un estado superenrollado llamado nucleoide. !
La longitud de los ácidos nucleicos es mucho mayor que la dimensión del compartimento que los
contiene.!
¿Cómo han solucionado el problema los distintos organismos!
1.CROMOSOMAS VIRALES: VIRUS DNA Y RNA. !
Virus bacterianos:!
-Bacteriófago ΦX174: DNA de
cadena sencilla es una molécula
alojada dentro de la cubierta
proteica del virus maduro. Su
genoma contiene genes
solapantes.!
-Bacteriófago lambda (λ): posee,
antes de la infección una molécula
de DNA de doble cadena lineal ,
que se cierra formando un circulo
tras infectar la célula huésped.!
-Bacteriófagos T-par: cromosomas
de DNA lineales de doble cadena
que no forman círculos dentro de
la bacteria huésped!
Clasificación Baltimore*!
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Tema 6. Organización del material hereditario. El ADN se organiza en cromosomas formados por una molécula de ARN o ADN de cadena sencilla o doble, ya sea desnudo como en virus, viroides o virusoides, o unido a porteinas que intervienen en espirilización como en bacterias. En eucariotas se encuentra asociado con porteinas, denominadas histonas (H2A, H2B, H3 y H4) con las cuales forma la cromatina que sufre distintos nieles de compactación con el curso de otras proteínas que no son histónicas alcanzando el máximo grado de compactación en metafase mitótica en células somáticas. La compactación condiciona el acceso a la información y, por tanto, ostenta un papel clave en la regulación de la expresión génica. El ADN se encuentra en el interior de las células organizado en cromosomas. La complejidad también depende de la complejidad del organismo. Cómo varía la organización genómica en diferentes organismos – desde virus y bacterias hasta eucariotas- nos proporcionará sin duda , una mejor comprensión de la evolución de los organismos en nuetsro planeta Tierra. En su forma más simple podemos encontrarnos a los viroides: agentes patógenos de plantas que consisten en una molécula circular de RNA, sin ninguna proteína o molécula asociada con ella. O los virusoides: semejantes a los viroides que necesitan la coinfección con otros virus para poder replicarse en la célula ya que no pueden hacerlo de manera autónoma. El siguiente nivel de complejidad sería el de los virus cuyo cromosoma pueden ser ADN lineal como los Fagos T, o circular. Pero también pueden ser de AR lineal de hebra simple. EN los virus el material genético se encuentra formando un complejo con proteínas de la cubierta o bien libre en el interior de esta. Los cromosomas bacterianos son comúnmente moléculas circulares de ADN en una o más copias, aunque hay algunos lineales. Ya no es únicamente ADN sino que forma un complejo con proteínas que colaboran en el mantenimiento de un estado superenrollado llamado nucleoide. La longitud de los ácidos nucleicos es mucho mayor que la dimensión del compartimento que los contiene. ¿Cómo han solucionado el problema los distintos organismos 1.CROMOSOMAS VIRALES: VIRUS DNA Y RNA. Virus bacterianos: -Bacteriófago ΦX174: DNA de cadena sencilla es una molécula alojada dentro de la cubierta proteica del virus maduro. Su genoma contiene genes solapantes. -Bacteriófago lambda (λ): posee, antes de la infección una molécula de DNA de doble cadena lineal , que se cierra formando un circulo tras infectar la célula huésped. -Bacteriófagos T-par: cromosomas de DNA lineales de doble cadena que no forman círculos dentro de la bacteria huésped Clasificación Baltimore*

Virus eucarióticos: Pueden presentar espículas en la cápsida. Coo veos en la imagen en el caso del virus del Mosaico del Tabaco se empaqueta con protreinas de la cápsula.

3.ORGANIZACIÓN DE LA CROMATINA EUCARIÓTICA.

El cromosoma condensado tiene dos micrometros de longuitud. La compactación del AND guarda una estricta relacion con la expresión génica, la reparación del DNA y la replicación. La cromatina es la forma en la que se presenta el ADN en el núcleo celular. Es la sustancia de base de los cromosomas eucarióticos, que corresponde a la asociación de ADN, ARN y proteínas que se encuentran en el núcleo interfásico de las células eucariotas y que constituye el genoma de dichas células. Las proteínas son de dos tipos: las histonas y las proteínas no histónicas. Las unidades básicas de la cromatina son los nucleosomas. Estos se encuentran formados por aproximadamente 146 pares de bases de longitud (el número depende del organismo), asociados a un complejo específico de ocho histonas nucleosómicas (octámero de histonas) que dan 1. vueltas. Cada partícula tiene una forma de disco, con un diámetro de 10 nm y contiene dos copias de cada una de las cuatro histonas H3, H4, H2A y H2B, la interaccion de las histonas con el ADN se da porque estas histonas tienen carga positiva e interaccionan con los fosfatos cargados negativamente. Este octámero forma un núcleo proteico, alrededor del cual se enrolla la hélice de ADN (de aproximadamente 1,7 vueltas). Entre cada una de las asociaciones de ADN e histonas existe un ADN libre llamado ADN espaciador, de longitud variable cerca de 20 pares de bases llamado espaciador o linker que garantiza flexibilidad a la fibra de cromatina, donde se unue la H1. Este tipo de organización, permite un primer paso de compactación del material genético, y da lugar a una estructura parecida a un "collar de perlas o de cunetas”. La sucesión de nucleosomas forma la fibra de cromatina de 10nm. Hay zonas desnudad de nucleosomas llmadas de hipersensibilidad relacionadas con el control de la actividad génica vulenrables a DNasas. Esta fibra de 10nm sufre varios empaquetamientos sucesivos: Las H1 se asocian entre si para formar un eje al rededor del cual s edisponenen las cuentas nucleosomicas fromando la fibra de 30 nm. Es un segundo nivel de organización de orden superior lo constituye la "fibra de 30 nm", compuesta por grupos de nucleosomas empaquetados unos sobre otros adoptando disposiciones regulares gracias a la acción de la histona H1. Este es el estado de compactacionde la cromatina dentro del nucleo; donde los cromosomas ocupan sus trespectivos territorios cromosomicos. La fibra de 30nm se encuentra asociada con proteinas no histonicas que tras aclarse en dos puntos alejados de la fibrea delimitan los extremos de bucles de 300nm. Estas proteinas forman parte de la matriz intranuclear que forman un complejo entramado proteico. La fibra de 30nm se pliega en dominios limitados por las proteinas ancladas en la matriz. Cuando la celula vaa d ividirse, estas se asocian formando un eje scaffold o andamio alrededor delc ual se disponen los dominios con alto grado de superenrollamiento que produce una fibra de 700nm que es una de las cromatidas del cromosoma. Son los cromosomas que se observan en metafase siendo el máximo grado de compactación. Tiene u papael importante la fosforilacion de H1 y la reestructuración de las porteinas no histónicas unidas a los extremos de los dominios que pasande estar ancladas a la matriz a a formar un eje proteico por el interior de la cromatida llamada andamio. El solenoide es un modelo de 6 nucleosomas para la estructura de 30nm. Estudios de microscopía sugieren que la fibra de 30nm es menos uniforme que un perfecto solenoide.

El andamiaje o scaffold fue propuesto por Laemmli en el año 77 El eje central es un armazónp porteico no histonico al cual se asocia la fibra de 30 nm ( o 300nm) por las regiones SAR ( eregiones de union al armazon porteico). Unión de los dominios al armazón a través de las regiones SAR. MAR son zonas asociadas a matriz. HIBRIDACIÓN in situ en células humanas en interfase: Las sondas A,B y C están separadas por millones de pb pero aparecen cerca unas de otras dentro del núcleo. Las sondas A,B y C están separadas por millones de pb pero aparecen cerca unas de otras dentro del núcleo Aparecen cerca de las secuencias de DNA denominadas SARs, que en general se encuentran dentro del núcleo.

En replicacion las hormonas viejas con ssu codigos de histonasse distribuyen a leatoriamente en las cadenas hijas donde dirigen la codificacion delas nuevas histones recien ensambladas para formar cromosomas completos. La que es accesible se denomina eucromatina, menos condensada, son fibras de 30 nm y dominios en bucle. Fueron descubiertas en los años 30 por microscopia en nucleos interfasicos. Proteinas:

  • Histónicas : H1,H2A,H2B,H3 y H4. Proteínas pequeñas (100-200 aas) de carga positiva (20-30% lisina-arginina) presentes en todos los núcleos eucarióticos. La secuencia de aas de las cuatro histonas H2A,H2B,H3 y H4 es muy similar entre especies muy distantes. Ej. la H3 de vaca y guisante difieren en cuatro de los 135 aminoácidos. La secuencia de la H1 varía más entre diferentes organismos. Los genes de histonas carecen de intrones. Forman un grupo de genes (“cluster”) que están repetidos en el genoma. Las repeticiones varían de unas especies a otras: Ej: en levaduras: 2 veces en el genoma, Drosophila: 100 veces en tándem, en el erizo de mar: 300-600 veces. Modificaciones:
  • Metilación Las histonas H3 y H4 pueden ser metiladas en sus residuos de lisina y arginina. Son reversibles pero perduran en el tiempo.
  • Fosforilación Las histonas tipo H1 mediante una actividad quinásica de histonas y con un requerimiento de ATP pueden ser fosforiladas en los aminoácidos serina y treonina. La reacción de fosforilación es un proceso reversible. Las histonas H1 fosforiladas facilitan la compactación de los nucleosomas. Las histonas H2A, H2B, H3 y H4 también se fosforilan en residuos de serina.
  • Ubiquitinación La ubiquitina es un péptido pequeño, de unos 74 aminoácidos, que modifica covalentemente la histona H2A en la lisina 119, cerca del extremo carboxilo terminal, dando origen a nucleosomas uH2A. Esta modificación ocurre en el 10% de la H2A nucleosomal. Los nucleosomas uH2A están confinados a la cromatina de interfase (genes activos) y desaparece temporalmente al condensarse los cromosomas.
  • Acetilación-desacetilación (HAT-HDAT) En algunos nucleosomas estas modificaciones tienen lugar en posiciones y aminoácidos que han sido conservados evolutivamente. Esto ocurre en los residuos de lisina ubicados cerca del extremo amino terminal de las histonas. Ej: La H4 tiene 4 lugares de acetilación. Una célula puede cambiar su patrón de acetilación rápidamente. La acetilación se incrementa en la cromatina que contiene genes activos. La desacetilación reprime la transcripción génica. Proteinas no histónicas: -Factores de transcripción-cromatina interfásica
  • Proteínas que regulan la replicación -Proteínas HMG (High mobility group): junto con factores de transcripción se unen a secuencias específicas de DNA estabilizando los complejos multiproteícos que regulan la transcripción en genes vecinos

Elementos del cromosoma:

- Centrómero: es la parte del cromosoma metafásico que interacciona con el huso acromático.

Los de mamíferos contienen nucleosomas con CENP-A (una H· modificada) y H3 y tienen unos 220 nucleotidos de longitud y están formados por múltiples repeticiones de simples secuencias de DNA.

- Telómeros: son llamados así los esxtremos del cromosoma. La región telomérica se encuentra

en los extremos de los cromosomas lineales su función es proporcionar estabilidad al cromosoma haciendo que sus extremos no interaccionen con los extremos de otros cromosomas. En la especie humana, la secuencia GGGATT se repite muchas veces. Se mantiene gracias a la TELOMERASA. Sin ella, el DNA de los extremos de los telómeros se va acortando en cada replicación. El acortamiento de los cromosomas se considera una parte del proceso natural de envejecimiento , sirviendo de reloj interno. Son secuencias muy consrvadas, presnetan repeticiones. TRF1y TRF2 son proteínas especiales que se unen a las secuencias repetidas del telómero humano, ayudando a mantener la longitud de telómero (1) y manteniendo la extensión de la cadena sencilla que sobresale (2). A menudo la cadena rica en G sobresale más que la complementaria rica en C.La WRN codifica para una helicasa

Nuestro genoma:

Hay varios tipos de secuencias de ADN y en relacion con su presencia son: unicas, moderadamente repetidas y altamenet repetidas. Las unicas comprenden l mayoria de regiones codificantes pero es una fraccion pequeña puesto que el 98% no codifica proteinas, son secuencias que transcriben a Arn pero no traduce, ARNr, ARNt, miARN ( control de expresion genica). Forman parte de este ADN no codificante los elementos reguladores de transcripcion promotores o intensificadores y secuencias intercaladas eliminadas en maduracion denominadas intrones que es la causa principal de que un numero reducido de genes codifiquen un mayor numero de proteinas mediante procesamientos alternativos a los ARNm. Como parte de secuencias altamente repetidas y dispersas teenmos los elementos nucleares dispersos largos o LINES y los elementos nucleares dispersos cortos SINES que proceden de retrotransposonoes y transposones: elementos geneticos movles. Otras secuencias incluyen minisatelites ( entre 10 y 60 nucelotidos) y microsatelites( repeticiones de menos de 10 nucleotidos), que presentan repeticiones en tandem. Se ha asociado la variacion en el numero de repeticiones a enfermedades como Huntington. Algunas secuencias repetidas estan implicadas en funciones del genoma como la centromerica o la formacion de telomeros. GENES MULTICOPIA MODERADAMENTE REPETIDOS EN TÁNDEM: Ej: genes de rRNA -Minisatelites: (=VNTRs: Variable number tandem repeats): secuencias cortas (entre 10-70pb), repetidas en tándem (10-103 copias), en un bloque de 0,1 a 20 Kb. Ej: minisatélite humano (AGAGGTGGGCAGGTGG)n n approx 30 -Microsatelites: (=STRs: Short tandem repeats): secuencias de 1-5 pb, normalmente di, tri, tetranuceótidos, repetidas (10-100 repeticiones) formando un bloque de 10 a 400 nucleótidos.mEj: microsatélite humano (CA)n 10< n < DNA MODERADAMENTE REPETIDO DISPERSO: -SINES: ( “short interspersed nuclear elements”) secuencias de menos de 500 pb de longitud y pueden encontrarse hasta 500 000 o más en el genoma humano Ej: familia Alu, en el hombre ≈ más del 5% del genoma completo

  • LINEs: (“long interspersed nuclear elements”) Ej: familia L1, secuencias de unos 6400pb y ≈ hay unos 100 000 en el genoma