estructura del adn y clasificacion de las secuencias del genoma humano
TRANSCRIPT
ESTRUCTURA DEL ADN Y CLASIFICACION DE LAS
SECUENCIAS DEL GENOMA HUMANO
Estructura del ADN
•1953 James Watson y Francis Crick
Descubriendo la estructura del ADN
Imagen del ADN de Rosalind Franklin
“Regla de Chargoff”
A = T & C = G
Experimento de Avery, McLeod y McCarty (1944)
Descubriendo la estructura del ADN
Experimento de Avery, McLeod y McCarty (1944)
Descubriendo la estructura del ADN
EXTRACTO
EL PRINCIPIO TRANSFORMADOR ERA EL ADN, QUE
CONTIENE LA INFORMACION
GENÉTICA NECESARIA PARA LA
SÍNTESIS DE LA CÁPSULA
BACTERIANA.
Estructura del ADN
• ADN = Acido DesoxiriboNucleico
• azúcar
• fosfatos
• base nitrogenada
4 BASES:ADENINAGUANINACITOSINATIMINA
AZUCAR:DESOXIRIBOSA
GRUPO FOSFATO(CARGA -)
PIRIMIDINAS:1 ANILLO
PURINAS:2 ANILLOS
BASES NITROGENADAS
UNIÓN PUENTE DE HIDRÓGENO
RNAAZÚCAR = RIBOSA
DNAAZÚCAR = DESOXIRIBOSA
RNA VS. DNA
AZÚCARES
GRUPOS FOSFATOS
ENLACE DEALTA ENERGÍA
Cadenas polinucleotídica
s
Puentes de hidrógeno
DECODIFICANDO EL GENOMA HUMANO: DECODIFICANDO EL GENOMA HUMANO: LA ENCICLOPEDIA LA ENCICLOPEDIA
DE LA VIDA DE LA VIDA
4 bases o «letras» (A, T, C y G)
El 14 de abril de 2003 se anunció la
terminación exitosa del Proyecto
Genoma Humano
4 bases o «letras» repetidas 3 mil millones de veces y
agrupadas en libros o «cromosomas»
EL NÚMERO DE GENES ENCONTRADO FUE MENOR AL
ESPERADO
50.000 a 140.000
20.500
CLASIFICACION DE LAS SECUENCIAS DEL GENOMA HUMANO
Clase LongitudNro. de
copias en el genoma
% genoma
GENES QUE CODIFICAN PROTEINAS 1.Genes solitarios2.Genes duplicados o divergentes en familias génicas
1
2-1000
≈15%≈15%
GENES QUE CODIFICAN ARNr, ARNt E HISTONAS REPETIDOS EN TANDEM
Variable
20-300
0,3%
ADN REPETITIVO 1. ADN de secuencia simple 2. Repeticiones intercaladas a) Transposones b) Retrotransposones 3. Pseudogenes procesados
1-500 pb
2-3 Kb100-8000pb
Variable
Variable
300.000~1 millon
1-100
3%
3%40%
≈0,4%
ADN ESPACIADOR NO CLASIFICADO Variable No aplica ≈25%
30%
70%
DE ACUERDO AL GRADO DE REPETICION
Tipo Denominación CaracterísticasDe alta repetición ADN satélites 106 copias
De moderada repeticiónRetroposones
Transposones
Familias génicas
ADN telomérico
ADN minisatélite
ADN microsatélite
LINEs, SINEs, Pseudogenes procesados10-104 copias o más
10-102 copias
ARNr18S, ARNr28S, ARNt, etc: 102 copias
(TTTAGGG)n: 104 copias
Muy polimórfico: 102-103 copias
(CA)n; (TG)nMuy polimórfico: 105 copias
De secuencia únicaGenes de proteínas
ADN intergénico no repetido
Copia única = estructura génica
Función desconocida
LAS REPETICIONES PUEDEN ESTAR…
• EN TÁNDEM
• INTERDISPERSAS
En Tándem…
CLASE NÚMERO DE BASES REPETIDAS
NÚMERO DE COPIAS O REPETICIONES
LOCALIZACION
ADN satélite 5 a 171 106 Centrómero
ADN telomérico 6 104 Telómero
ADN minisatélite 6 a 24 102- 103 Telómeros, En todos los cromosomas
ADN microsatélite
1 a 4 105 En todos los cromosomas
Repeticiones interdispersas:
Transposones y Retroposones
ADN móvil
• Moderadamente repetidas.
• Dispersas a lo largo del genoma de procariotas y eucariota.
• Tamaño variable (100 - 1000000 pb).
• Transposición.
• Inútiles para el organismo huésped.
Elementos transponibles o móviles
• Aprox. 40% del genoma humano.
• Amplificación permanente.
• Su transposición pueden contribuir al desarrollo de enfermedades.
• Todos los genomas eucariotas tiene elementos móviles.
• Mutagénico por su capacidad de insertarse y generar recombinaciones homólogas desiguales.
En 1950 Barbara McClintock descubre los elementos transponibles
Activator (Ac) Dissociator (Ds)
Unidades de control, o elementos reguladores.
Ac controla la transposición de Ds y si Ds no está presente, se expresa el color de la aleurona del maíz.
Especie Tamaño delgenoma (Mb)
Númerode genes
Candidatus Carsonella ruddii 0,15 182
Streptococcus pneumoniae 2,2 2300
Escherichia coli 4,6 4.400
Saccharomyces cerevisiae 12 5.800
Caenorhabditis elegans 97 19.000
Arabidopsis thaliana 125 25.500
Drosophila melanogaster (mosca) 180 13.700
Oryza sativa (arroz) 466 45-55.000
Mus musculus (ratón) 2500 29.000
Homo sapiens (ser humano) 2900 27.000
Variaciones entre el contenido de genes y el tamaño del genoma
Tipos de ADN repetitivo
interdisperso
Transposones
y
Retrotransposones
Transposones o genes saltarines:
“Los elementos transponibles que
se mueven a través de un
intermediario de ADN se conoce
como transposones”.
Transposones o genes saltarines:
Aprox. 0,3 Kb.
Extremos con secuencias denominadas ITR (Inverted Terminal
Repeats).
Codifica para una enzima transposasa.
Existen 20 secuencias de inserción diferentes.
Clasificación:
Simples
Compuestos
TransposonesSimples, Elementos o secuencias de inserción (IS):
Transposones Compuestos (Tn):
Poseen información en la zona central para resistencia a antibióticos como el cloranfenicol, kanamicina, o la tetraciclina. Sirven para la transferencia de información entre bacterias.
2 MÉTODOS DE TRANSPOSICIÓN
Transposones
Retrotransposones:
“Los elementos transponibles que
se mueven a través de un
intermediario de ARN se
denomina retrotransposones”
por su similaridad con el mecanismo
de replicación de retrovirus.
Retrotransposones
LTR (Long Terminal Repeats)≈ virus
No LTR:
– LINE
– SINE
Retrotransposones
Elementos LINEs (Long Interspersed Elements)
• 21% del ADN humano.
• 5` rico en A/T.
• Transcritos por ARNpol. II.
• 2 Marcos de lecturas abiertos (ORF): ORF1: Proteína de unión al ARN. ORF2: Transcriptasa y endonucleasa.
• Numerosas mutaciones y truncamientos llevaron a que solo el 0,01% de los LINEs sean funcionales.
• En humanos hay 3 tipos de LINEs: L1, L2, L3.
LINEs: Mecanismo de transcripción e integración
Elementos SINEs (Short Interspersed Elements)
• 13% del ADN humano.
• De 100 a 400 pb.
• 5`rico en A/T.
• Transcripto por ARN pol III (transcribe tRNAs, rRNAs5s y RNAs pequeños).
• Transposición mediada por proteínas codificadas por elementos LINEs.
• Se repiten 1,6 millones de veces en el genoma, siendo 1,1 millones de éstas, secuencias Alu.
Secuencias Alu
• Secuencias de aprox. 300 nt.
• Transcriptos por RNApol III.
• Denominadas Alu porque son reconocidas por esta enzima de restricción.
• Comparten homología con la secuencia de 7SL ARN, componente de la “Partícula de Reconocimiento Señal”.
• No codifica proteínas.
Consecuencias de las secuencias Alu en el
genoma humano
• Inserción de Alu en el intrón 5 del gen NF1 =
Neurofibromatosis I.
• Inserción de Alu en genes factor VIII y IX = Hemofilia A y B
• Inserción de Alu en el gen CLCN5 = enfermedad de Dent (alteración del canal de Cloro).
nueva copia Alu
La recombinación de secuencias repetitivas Alu es causante de:•Hipercolesterolemia familiar,
•Enfermedad de Fabry (insuficientes cantidades de una enzima llamada alfa-galactosidasa A),
•Enfermedad de Sandhoff (de la flia. de gangliosidosis 2: almacena y sobrecarga el organismo en gangliósidos),
•Enfermedad de Tay-Sachs (alteración de metabolismo lipídico),
•Deficiencia ADA (cataliza la deasaminación irreversible de adenosina y 2'-deoxyadenosina a inosina),
•Hyperlipoproteinemia tipo I, etc
LOS PSEUDOGENES
Genes incompletos y -aparentemente- no funcionales.
- Se parecen a las secuencias LINEs.- Presentes en genes de inmuglobulinas y β-tubulina.
- Presentes en familia de genes α y β-globinas humanas.
NO TAN «ADN BASURA»
El pseudogen PTENP1 protege a su homólogo PTEN de la degradación, permitiendo que realice su función como gen supresor de tumores.
Gen egoísta??...
…o fuente de variabilidad genética??
Probablemente los “elementos de ADN” tuvieron influencia
significativa en la Evolución…
VARIABILIDAD DEL GENOMA
• PolimorfismosCambios en la secuencia del ADN que ocurre con una
frecuencia relativamente elevada, en general en más del 1% de la población. Existen distintos tipos de polimorfismos, y si bien originan una variabilidad genética normal, algunos de ellos pueden afectar la estructura o expresión de una proteína, y por ende, tener una consecuencia biológica. Es allí donde radica la importancia médica del estudio y comprensión de los polimorfismos genéticos.
• Polimorfismos de secuencia: Genes HLA
• Polimorfismos de longitud: Mini y Microsatélites
• Polimorfismos de nucleótido único (SNPs)
Son los más frecuentes y pueden asociarse a determinadas enfermedades o respuestas a fármacos.
VARIABILIDAD DEL GENOMA
• Mutaciones
Cambios en la secuencia del ADN que ocurre en general en menos del 1% de la población. Son producto de errores, es decir, no originan una variabilidad genética normal.
CONSECUENCIAS DE LAS MUTACIONES EN LA SÍNTESIS PROTEICA
• Mutación Silenciosa: Tripletes que codifican el mismo aminoácido.Ej: AAG(Arg) CGG (Arg)
• Mutación Neutra: Tripletes que codifican aminoácidos equivalentesdistintos. Ej: AAA(Lys) AGA (Arg). Ambos son aminoácidos básicos.
• Mutación Cambio de Sentido: Tripletes que codifican para aminoácidosde distinto tipo. La proteína pierde su función.
• Mutación Sin sentido: Aparece un triplete de STOP. Ej: CAG(Gln) UAG (STOP)
• Mutación Cambio de marco de lectura: Adición o deleción de unúnico par de nucleótidos o de varios pares de nucleótidos, siempre que no sean
múltiplos de tres.