cromosoma eucariotico

Organización delcromosoma eucariótico

1

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» Quinto nivel

El cromosoma eucariótico

Relación existente entre el DNA, las histonas y la cromatina

Niveles de empaquetamiento del DNA en los cromosomas

Diferencias entre eucromatina y heterocromatina

Bandeos cromosómicos y su relación con la compactación del DNA

Función y estructura de centrómeros y telómeros

El paisaje genómico: la complejidad de las secuencias del DNA eucariótico

2




» Quinto nivel

3

En un principio, el material genético se identifico como una masa densa y granular denominada cromatina: reacción con ciertas tinciones – Material oscuro, coloreado.

La célula eucariota




» Quinto nivel

4

La célula eucariota

Durante la división celular la cromatina se compacta en unidades discretas, los cromosomas.

El ciclo celular consta, básicamente, de dos fases:

Interfase

Actividad celular sintéticay

núcleo discreto

Mitosis

Huso acromáticoCada célula hija posee dos copias de

cada cromosoma(homólogos)




» Quinto nivel

Una de las características comunes de la organización del material genético es su alto grado de compactación: masa compacta que ocupa un espacio bien delimitado.

El genoma humano tiene unas 3.000 megabases (1-2m) y un núcleo ocupa unas 6µm.

5

Empaquetamiento del DNA




» Quinto nivel

HistonaNº

residuosPm

Contenido en moles % de

Lys/Arg ModificaciónV. cambio

evolutivoLys Arg

H1 213 21.000 27,7 1,4 19,78 Fosforilación 4

H2A 129 13.900 10,9 9,3 1,17Fosforilación,

acetilación1

H2B 125 13.774 15,2 6,1 2,49Fosforilación,

acetilación1

H3 135 15.273 9,6 13,3 0,72

Acetilación,

metilación

fosforilación

0,1

H4 102 11.236 10,8 13,7 0,79

Acetilación,

metilación

fosforilación

0,06




» Quinto nivel

Agrupamientos ("cluster") de genes de histonas.




» Quinto nivel

Nucleosoma




» Quinto nivel

Médula ("core") del Nucleosoma

Formación del Solenoide

(papel de la histona H1)




» Quinto nivel


Composición del Cromosoma(Cromatina)

Proteínas : básicas -> histonas

ácidas -> no histonas (~30%)

DNA

RNA (1%)

Tasa de empaquetamiento: 1:50.000-100.000 10

Doble hélice

Nucleosoma (Octámero de Histonas)

Solenoide (Histona H1)




» Quinto nivel


11




» Quinto nivel


12




» Quinto nivel


13

Existe una matriz proteica que forma el esqueleto del cromosoma.




» Quinto nivel

Las fibras de DNA se unen al esqueleto en sitios específicos denominados MARs (o SARs)

14





» Quinto nivel

Valor C




» Quinto nivel

Especie con menor contenido en ADN de cada

grupo taxonómico




» Quinto nivel

El cariotipo humano y de ratón

17

Bandas cromosómicas (Bandas G)

Los genes tienden a localizarse en las regiones entre bandas (>%G-C)




» Quinto nivel

Centrómero y telómero

Centrómero

Elemento de DNA responsable de la segregación en mitosis y meiosis (no distingue entre cromosomas).

Está compuesto de proteínas de unión a los microtúbulos y puede poseer gran cantidad de DNA repetitivo

18

Telómero

Elemento de DNA que sella los extremos de los cromosomas y les confiere estabilidad.

Integridad estructural

Asegura la replicación de los extremos del cromosoma

Papel en el apareamiento cromosómico y la arquitectura tridimensional del núcleo

Envejecimiento celular y cáncer




» Quinto nivel

El Telómero

19

El problema de la replicación de los extremos cromosómicos




» Quinto nivel

El Telómero

20




» Quinto nivel

Genes identificados 19073

Genes secuencia conocida 12527 Descripción fenotípica 374 Otros 6172

21

717

617 429 532 683 508406 427 413 717 601

206 356 328443 664 160 727 277 139 286

641

45

1097

Los números del genoma humano

Total de genes estimado 20.000-25.000

Genes con localización física 11419

Genes mitocondriales 37

13 / 11 / 2008

Gen

es lo

caliz

ado

s p

or

cro

mo

som

a




» Quinto nivel

Características de los genes humanos que codifican proteínas.

Característica Mediana Promedio Tamaño muestra

Tamaño exones 122 bp 145 bp 43.317

Número exones 7 8.8 3.501

Tamaño intrones 1.023 bp 3.365 bp 27.238

3’ UTR 400 bp 770 bp 689 (crom. 22)

5’ UTR 240 300 463 (crom. 22)

Secuencia codificadora 1.100 bp 1.340 bp 1.804

(CDS) 367 aa 447 aa

Extensión genómica 14 kb 27 kb 1.804

22




» Quinto nivel

Los genes humanos varían enormementeLos genes humanos varían enormementeen tamaño y cantidad de exonesen tamaño y cantidad de exones

23




» Quinto nivel

Región del HLA de tipo III en el cromosoma 6p21.3

Gen de la distrofina en el cromosoma Xp21

La densidad de genes no es homogéneaLa densidad de genes no es homogénea

24




» Quinto nivel

6p21.3 Xp21

oscuras

Comparativamente ricas en ATInsensibles a la DNAsaCondensación temprana en el ciclo celularReplicación tardíaBaja densidad génicaRicas en secuencias repetidas

Claras

Comparativamente ricas en GCSensibles a la DNAsaCondensación tardía en el ciclo celularReplicación tempranaAlta densidad génicaPobres en secuencias repetidas

La densidad génica se correlaciona con el bandeo cromosómicoLa densidad génica se correlaciona con el bandeo cromosómico

25

BANDAS GBANDAS G




» Quinto nivel

A) Región del HLA de tipo III en el cromosoma 6p21.3

B) Intrón 26 del gen de la neurofibromatosis tipo 1

Aunque es raro, existen genes solapados y anidados Aunque es raro, existen genes solapados y anidados

26




» Quinto nivel

27

El tamaño de los genomas

No existe una buena correlación entre el tamaño del genoma y complejidad genética

Existe una tamaño mínimo del genoma necesario para incrementar la complejidad

Se detecta una gran variación en el tamaño del genoma dentro de un mismo phylum




» Quinto nivel

28

Secuencias de DNA repetitivas

Generalmente, los genes son codificados por secuencias únicas de DNA

Los genomas más grandes dentro de un mismo phylum no contienen necesariamente más genes

Una gran parte del ADN repetitivo puede proceder de los elementos transponibles




» Quinto nivel

Tipo de secuencias Número de copias por

genoma

Que son?

Secuencias únicas 1 copia o unos pocos Familia multigénica

Genes que codifican proteínas

Secuencias

medianamente

repetidas

1000 a 100000 copias Genes que codifican para ARNr, ARNt,

eventualmente de genes de proteínas

Secuencias

altamente repetidas

100000 a 1000000 No son genes,

Rol poco conocido

Tipos de secuencias del genoma nuclear en Eucariotes




» Quinto nivel

Elementos H. sapiens D. melanogaster C. elegans A. thaliana

LINE/SINE 33.40% 0.70% 0.40% 0.50%

LTR 8.10% 1.50% 0.00% 4.80%

DNA 2.80% 0.70% 5.30% 5.10%

Total 44.40% 3.10% 6.50% 10.50%

30

Contenido en repeticiones del genoma humanoContenido en repeticiones del genoma humano




» Quinto nivel

ORGANIZACION ORGANIZACION GENERAL DEL GENERAL DEL

GENOMA HUMANOGENOMA HUMANO

GENOMAMITOCONDRIAL

GENOMANUCLEAR

ADN extragénico75%

genes y secuenciasrelacionadas

25%

Moderada o altamenteRepetido

30%

Secs. únicas obajo número de copias

45%

Repetidos dispersos12%

Repetidos en tándem o agrupados

18%

No codificante22.5%

Codificante 2.5%

PseudogenesFragmentos

génicosIntrones, secuencias

no traducidas

35000 genes proteínas

500 RNA funcionales

>500 otros RNA funcionales

>40 tRNA

4 genes rRNA Satélite

Minisatélites

Microsatélite

Cortos (SINEs) Largos (LINEs)

31




» Quinto nivelTamano de un gen humano es ~27 kb

Tiene 9 exons, 2UTRs




» Quinto nivel

EUCROMATINA Y HETEROCROMATINA

•Los estudios realizados en los años 30 con microscopia óptica diferenciaron dos tipos

de cromatina en el núcleo interfásico.

•Una forma altamente condensada denominada heterocromatina y el resto que esta

menos condensada denominada eucromatina.La heterocromatina puede aparecer más densamente

teñida que la eucromatina (heteropicnosis positiva) o

menos densamente teñida que la eucromatina

(heteropicnosis negativa).

Eucromatina (menos teñida) y

Heterocromatina (más teñida)




» Quinto nivel

La eucromatina y la heterocromatina son ADN pero presentan algunas

diferencias:

Diferencias genéticas: Los experimentos de construcción de mapas

demuestran que la mayor parte de los genes activos se localizan en la

eucromatina

Diferencias citológicas: A nivel estructural, en los nucleos interfásicos,

existe una mayor grado de enrollamiento o empaquetamiento en la

heterocromatina que en la eucromatina




» Quinto nivel

Parámetros de descripción de genomas

•Cantidad de ADN por núcleo (C)

•Tamaño total del ADN (pb), 1 um, mm, m

•% de G+C secuencia de ADN conocido

1 Da = 1.67x 10-12 pg

1 pg = 6.02 x 1011 Da = 0.965x109 pb

1µm = 6.18x105 Da = 3200 pb

1pb = 6.18x102 Da




» Quinto nivel

Genoma Virus Bacterias Levaduras Plantas

superiores

Hombre

nuclear 103 – 10

5 pb (1

–100 µm)

106

– 107

pb (1mm)

1.2x107

pb 108

– 1010

pb (1 m)

3x109 pb

(1 m)

mitocondrial 1.8x105

–

6x105 pb

16x103

–

20x103

pb

cloroplastos 1.5x105

pb

(50mm)

Tipos de genoma




» Quinto nivel

Especies Tamaño del genoma (Mb)

Numero de genes

Eucariotas•Arabidopsis thaliana•Caenorhabditis elegans•Drosophila melanogaster•Homo sapiens•Sacharomyces cerevisiae

12597180320012.1

25 50019 00013 60035 0005 800

Bacteria•Escherichia coli•Mycoplasma genitalium•Streptococcus pneumoniae•Vibrio cholerae

4.640.582.164.65

4 40050023004 100

Ejemplo de tamaño de genomas: nuclear




» Quinto nivel

Esta cantidad se puede expresar como:

Unidad de peso: picogramos (1pg = 10-12

g), o masa molecular (Dalton, 1 Da = 1.67 x 10-24

g,

es decir la masa del átomo de hidrogeno)

Número de bases: pares de bases (pb)

Unidad de distancia: micrometro, milímetro, metro

Estimación del tamaño de un genoma (C)

El tamaño de un genoma es definido como la cantidad de DNA presente en los gametos de

una especie dada.

Como la cantidad de DNA es constante para una especie dada, se le conoce como valor C.




» Quinto nivel

El valor C es la cantidad total de DNA en el genoma (por set haploide de cromosomas)

Paradoja del valor C: describe la pérdida de relación entre el contenido de DNA

(valor C) de un organismo y su potencial capacidad de codificación.

Paradoja del valor C refiere a la falta de correlación directa entre el tamaño del

genoma y la complejidad genética. Por ejemplo. Genoma de Xenopus laevis y humano

tienen tamaño muy parecido. Pero, se asume que los humanos son mas complejos en

términos de desarrollo genético.




» Quinto nivel

Paradoja del valor “C”




» Quinto nivel




» Quinto nivel

Genoma de los organelos

En las eucariotas, el genoma de las mitocondrias y de los cloroplastos tiene características

comunes:

• El tamaño del genoma siempre es pequeño es relación al del genoma nuclear.

• El genoma contiene un pequeño número de genes.

• La biogénesis y la formación de un organelo están siempre bajo el doble control del genoma

nuclear y del mismo organelo.

• La herencia de estos órganos es “no mendeliana”, es decir que son heredados de un pariente

único por segregación somática en el curso de las divisiones celulares.




» Quinto nivel

ESTRUCTURA EXTERNA DE LOS CROMOSOMAS: FORMA, TAMAÑO Y

NÚMERO

•El estudio de la estructura externa de los cromosomas de cualquier especie eucariótica

consiste en analizar la forma tamaño y número de los cromosomas que posee.

•El mejor momento para llevar a cabo dicho estudio suele ser aquel en el que los

cromosomas han alcanzado su máximo grado de contracción y tienen sus bordes

perfectamente definidos. Dicho momento suele ser la metafase mitótica.

•El estudio de la estructura externa de los cromosomas culmina con la obtención del

cariotipo.




» Quinto nivel

El Genoma Mitocondrial

se presenta bajo la forma

de un ADN circular de

doble cadena, salvo en los

eucariotas inferiores es

lineal.

mtDNA en plantas es mas grande,

Arabidopsis thaliana tiene 367 kb




» Quinto nivel

El Genoma Mitocondrial:

Una misma célula o una misma mitocondria puede contener genomas normales y genomas

mutados, en este caso se conoce como heteroplasma. Por el contrario, si todos los genomas son

idénticos al interior de una célula y a la vez al interior de todas las mitocondrias presentes en

la célula, se conoce como homoplasma.

Las mutaciones que afectan al genoma mitocondrial pueden ser responsables de numerosas

enfermedades llamadas de envejecimiento.

La gran mayoría de genes necesarios para el funcionamiento de las mitocondrias se sitúan en

el genoma nuclear. Se dice que estos genes han sido transferidos.




» Quinto nivel




» Quinto nivel

Los cromosomas extracromosómicos están presentes en un mismo organelo en

varios ejemplares:

El Genoma Mitocondrial:

Cada célula puede contener muchas mitocondrias, de algunas decenas a

algunos millares.

Cada organelo contiene de 2 – 10 copias de mtDNA.




» Quinto nivel

El Genoma Cloroplástico

Es un ADN circular de doble cadena.




» Quinto nivel

El Genoma Cloroplástico:

Existen varios plastos por célula, de 20 a 40 en los vegetales superiores.

En cada plasto, las copias de cpDNA son agrupadas en 10 a 20 nucleoides.

Por ejemplo en la beterraga existen 40 plastos por célula, cada uno conteniendo de 4 a

18 nucleoides, formados de 4 a 8 copias de cpDNA.

En Chlamydonomas hay un solo cloroplasto por célula, pero pueden contener de 500-

1500 copias de cpDNA agrupados en nucleoides.




» Quinto nivel

La herencia de los organelos es monoparental?

Las mitocondrias tienen una herencia o transmisión maternal en los animales.

En el hombre, ellos provienen casi exclusivamente del ovocito, ya que las mitocondrias de

los espermatozoides se ubican en el flagelo, y esto en general no penetra en el ovocito. Sin

embargo en algunos mamíferos, una pequeña contribución Mitocondrial paternal (de

orden 10-3

ó 10-4

) pueden ser observados.

En regla general en los vegetales, la herencia de las mitocondrias es igualmente maternal,

pero es biparental en la alfalfa; y paternal en la secuoya (conifera). Esta herencia es

biparental en la levadura. En lo que concierne a los cloroplastos, la herencia es más de tipo

maternal en los angiospermas y más frecuente de tipo paternal en los gimnospermas.




» Quinto nivel

Diferencias genéticas del mtDNA respecto al DNA nuclear (nDNA) humano:

1.- herencia materna, el mtDNA se hereda exclusivamente de la madre

2.- poliplasmia, esto es que en cada célula hay cientos o miles de moléculas del mtDNA

3.- segregación mitótica, durante la división celular las mitocondrias se distribuyen al azar

entre las células hijas; en una persona normal, se tiene el mismo mtDNA (situación

llamada de homoplasmia), si en una célula se encuentran mtDNA normal y mutado se

habla de heteroplasmia y

4.- alta velocidad de mutación, siendo la tasa de mutación espontánea del mtDNA diez veces

mayor que en DNA nuclear




» Quinto nivel

1. Nervous system Seizures, spasms, developmental delays, deafness, dementia, stroke

before age 40, visual system defects, poor balance, problems with peripheral nerves

2. Eyes Drooping eyelids (ptosis), inability to move eyes from side to side (external

ophthalmoplegia), blindness (retinitis pigmentosa, optic atrophy), cataracts

3. Heart Cardiomyopathy (cardiac muscle weakness), conduction block

4. Liver Liver failure (uncommon except in babies with mtDNA depletion syndrome)

5. Kidneys Fanconi's syndrome (loss of essential metabolites in urine), myoglobinuria

6. Skeletal muscle Muscle weakness, exercise intolerance, cramps

7. Digestive tract Acid reflux, vomiting, chronic diarrhea, intestinal obstruction

8. Pancreas Diabetes

WHAT ARE MITOCHONDRIAL DISEASES?




» Quinto nivel

http://chloroplast.cbio.psu.edu/index.html




» Quinto nivel

Organizacion del genoma

eucariotico




» Quinto nivel

Cromosoma (del griego chroma, color y soma, cuerpo o elemento): Nombre de los

pequeños cuerpos en forma de bastoncillos en que se organiza la cromatina del nucleo

celular en la mitosis.

Son los portadores de la información en los organismos. Son estructuras celulares

formadas por DNA y proteínas, encargadas de transmitir los caracteres hereditarios de una

célula a otra.

Los cromosomas ayudan a mantener una gran cantidad de información en una forma

ordenada y compacta en la célula.

Los cromosomas están compuestos de ADN y proteínas.

CROMOSOMA




» Quinto nivel

Estructura del cromosoma

Telomeros

Centromero

Eucromatina

Heterocromatina

Secuencias requeridas para una funcion apropiada del

cromosomas: Centrómero y telómero




» Quinto nivel

Partes del cromosomaPartes del cromosoma




» Quinto nivel

Se distingue dos categorías de cromosomas:categorías de cromosomas:

Autosomas

Cromosomas sexuales (llamados también: Heterocromosomas o Gonosomas)

En el hombre hay 46 cromosomas (22 pares de Autosomas y dos gonosomas)

Clases de cromosomas:

Circulares

Lineares




» Quinto nivel

Metacéntricos (M): El centrómero se localiza a mitad del cromosoma y los dos brazos

presentan igual longitud.

Submetacéntricos (SM): La longitud de un brazo del cromosoma es algo mayor que la del

otro.

Acrocéntricos (A): Un brazo es muy corto (p) y el otro largo (q).

Telocéntricos (T): Sólo se aprecia un brazo del cromosoma al estar el centrómero en el

extremo.

Según la posición del centrómero, los cromosomas

se clasifican en:




» Quinto nivel

Clasificación de los cromosoma




» Quinto nivel

61




» Quinto nivel

Numero de cromosomas

especie 2n

Ratón 40

Conejo 44

Cobayo 16

Rata 42

Hamster 44

Perro 78

Humano 46

62

El número de cromosomas es fijo para cada especie.

El número de cromosomas de las células somáticas siempre

par, ya que cada célula somática dispone de dos juegos de

cromosomas y cada cromosoma de una serie tiene su

homólogo en la otra. Los cromosomas homólogos

provienen cada uno de un progenitor. Es por esto que

contienen información para los mismos caracteres pero no

necesariamente la misma información, pues uno de los

progenitores ha podido aportar un alelo para un gen y el

otro progenitor otro.

El número de cromosomas de cada serie recibe el nombre

de número haploide o n y ha sido heredado de uno de los

progenitores. El número total de cromosomas es el número

diploide o 2n. Así, en el ratón n=20 y 2n=40.

En los mamíferos los cariotipos del macho y de la hembra

son diferentes. La hembra tiene dos cromosomas X (XX-

homogamética) y el macho tiene un cromosoma X y otro Y

(heterogamético- XY). Estos cromosomas que determinan

el sexo se llaman, sexuales. El resto de los cromosomas se

denominan autosomas.




» Quinto nivel

Tamano de genomas y numero de genes en

vegetales

Source : INRA (2003) ; Borém et al. (2003) ; Delseny, et al. (2004) ; Gibson & Muse (2004), pb = paire de

bases, 1Mb = 106 pb

Espèce Taille physique de Génome (Mb)

Nombre chromosomes (n)

Nombre gènes

Arabidopsis thaliana (L.) Heynh. Prunus persica (L.) Batsch Oryza sativa L. Eucalyptus grandis W. Hill ex- Maiden Brassica rapa L. Quercus robur L. Lycopersicon sculentum Mill. Solanum tuberosum L. Zea mays L. Lactuca sativa L. Pisum sativum L. Hordeum vulgare L. Triticum aestivum L. Tulipa fosteriana L.

150 300 450 600 650 900 980

1.540 2.500 2.730 5.000 5.200

16.000 30.000

5 8 12 11 10 12 12 12 10 9 7 7 21 12

25.500 40.000 25.000

50.000

50.000-75.000

Moyenne ~5.000 - 40.100




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Cariotipo

Idiotipo




» Quinto nivel

cromosoma eucariotico

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