28_Cromosomas_13A
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moléculas, cromosomas
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BC 108 – Biología Molecular Febrero – Junio 2013
Dra. en Cs. Alma Rosa Villalobos Arámbula Cromosomas 28.1 Introducción
En la organización de todo material genético es evidente un principio general, se trata de una masa compacta confinada en un volumen limitado, y sus diversas actividades, como replicación y transcripción, deben tener lugar en ese espacio. La comprensión global del DNA suele describirse mediante la relación de empaquetamiento (RE), que corresponde a la longitud del DNA dividida por la longitud de la unidad que lo contiene. Por ejemplo, el cr humano más pequeño, el 22;
Contiene ~4.6x107 pb de DNA (~10 veces el tamaño del genoma de E. coli).
Esto equivale a 14,000 m (=1,4 cm) de DNA extendido.
En el estado máximo de condensación del material genético el cr metafásico
mide ~2 m.
Por lo que la RE es de 7,000. 28. 2 Los genomas víricos están empaquetados en sus cubiertas
Conceptos principales
La longitud del DNA que se puede incorporar a un virus depende de la estructura de su casco.
El AN del casco está muy condensado.
Los virus de RNA filamentosos condensan el genoma de RNA conforme ensamblan la cápside a su alrededor.
Los virus de DNA esférico insertan el DNA en una cubierta proteínica preensamblada.
Una partícula viral es engañosamente simple en su aspecto superficial. El AN genómico está contenido dentro de una cápside, una estructura simétrica o cuasi simétrica ensamblada por la unión de una o unas pocas proteínas. Tipos de cápsides virales:
Cápside helicoidal, la estructura proteica puede ensamblarse alrededor del
AN, condensando el RNA o DNA por interacciones proteína-AN durante el ensamblaje.
Cápside icosaédrica, la cápside se construye a partir de sus componentes
formando una estructura vacía en donde se insertará el AN, siendo condensado mientras entra.
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28.3 El genoma bacteriano es un nucleoide Conceptos principales
El nucleoide bacteriano es de ~80% DNA en cuanto a masa, y puede ser desplegado por agentes que actúan en el RNA o las proteínas.
Las proteínas que condensan el DNA no han sido identificadas. En E. coli se han aislado varias proteínas de unión al DNA semejantes a las proteínas cromosómicas de eucariotas. La proteína HU es un dímero que tal vez condensa el DNA al
envolverlo en una estructura similar a una burbuja y que tiene relación con IHF, que presenta actividad estructural para la formación de un complejo proteínico en reacciones especializadas de recombinación.
28.4 El genoma bacteriano esta superenrollado Conceptos principales
El nucleoide tiene ~100 dominios independientes superenrollado negativamente.
La densidad promedio del superenrollamiento es ~1 superhélice/100 pb. 28.5 El DNA eucariótico tiene asas y dominios unidos a un bastidor
Conceptos principales
El DNA de la cromatina de interfase esta superenrollado en forma negativa en dominios independientes de ~ 85kb.
Los crs en metafase tienen un bastidor de prots al que se unen las asas del DNA.
El andamio en la metafase consiste de una densa red de fibras y hebras de DNA que
sobresalen del andamio, aparentemente como bucles de 10-30 m (30-90 Kb). Los bucles de DNA de 60 Kb se organizan fijándose a un andamio central de proteínas.
28.6 Secuencias específicas unen el DNA a una matriz nuclear de interfase Conceptos principales
El DNA está unido a la matriz nuclear en secs específicas llamadas MAR o SAR.
Las MAR son ricas en AT, pero no tienen una sec consenso.
Los sitios de DNA unidos a estructuras de proteínas en núcleos interfásicos se llaman MARS- regiones de unión con la matriz (matrix attachment regions) o SAR (scaffold
attachment regions).
La cromatina a menudo aparece fijada a la matriz nuclear lo que al parecer es necesario para la transcripción y replicación.
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28.7 La Cromatina se divide en eucromatina y heterocromatina
Conceptos principales
Los crs individuales se observan sólo durante la mitosis.
En la interfase, la masa general de la cromatina esta en forma de eucromatina, con empaquetamiento menos compacto que los crs en mitosis.
Las regiones de heterocromatina se mantienen densamente empaquetadas durante la interfase.
Cada cr eucariótico tiene:
- Una única fibra muy larga de DNA con sitio de origen de la replicación - Un centrómero - Telómeros
La cromatina se divide en dos tipos:
La eucromatina material disperso en el núcleo, que ocupa la mayor parte de
éste y permite la expresión génica.
La heterocromatina constitutiva comprende regiones de la cromatina
densamente empaquetadas en fibras que le confiere un estado comparable al de los crs mitóticos, por lo general está en los centrómeros; por lo que no se
transcribe y replica tardíamente.
La Heterocromatina se divide en dos tipos: constitutiva y facultativa.
28.8 Los crs tienen patrones de banda
Conceptos principales
Ciertas técnicas de tinción hacen que los crs parezcan una serie de estrías llamadas bandas G.
Las bandas tienen un menor contenido de GC que los espacios intermedios (interbandas).
Los genes se concentran en las interbandas, ricas en GC. 28.9 Los crs en escobillón (o plumulados) se extienden Concepto principal
Los sitios de expresión génica de los crs en escobillón muestran asas que se extienden a partir de su eje.
Los crs en escobillón se forman durante una meiosis inusualmente larga que puede durar meses o años.
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28.10 Los crs politénicos forman bandas
Concepto principal
Los crs politénicos de los dípteros tienen una serie de bandas que se pueden usar como mapa citológico.
Mapeo génico por Hibridación in situ que usa:
Una sonda radiactiva (o fluorescente) que representa a un gen (DNAc derivado de un RNAm) hibrida con el DNA desnaturalizado de los crs politénicos in situ. Por autorradiografía se identifican las posiciones de los genes correspondientes por la superposición de granos en una o varias bandas específicas.
28.11 Los crs politénicos se expanden en sitios de expresión génica
Concepto principal
Las bandas son sitios de expresión génica en crs politénicos que se expanden para dar lugar a “abultamientos”.
28.12 El cr eucariótico es un dispositivo de segregación
Conceptos principales
Un cr de eucariota se mantiene en el huso mitótico por unión de microtúbulos al cinetócoro, que se forma en su región centromérica.
Los centrómeros a menudo tienen heterocromatina rica en secs de DNA satélite.
Durante la mitosis las cromátides hermanas migran a los polos opuestos de la célula (anafase), movimiento que depende de la unión de los crs a los microtúbulos, conectados a los polos en el otro extremo. Los sitios de las dos regiones en que se organizan los extremos de los microtúbulos cerca de los centriolos, en polos y crs, se llaman MTOC (centros de organización de microtúbulos). La región del cr encargada de su segregación en mitosis y meiosis es el centrómero. La región centromérica de cada cromátide hermana está sujeta a tracción por los microtúbulos hacia el polo, y para oponerse a esa fuerza motriz, las proteínas “goma” – cohesinas, mantienen juntas las cromátides. 28.13 Los centrómeros pueden contener DNA repetitivo
Conceptos principales
Los centrómeros de los crs de eucariotas superiores contienen grandes cantidades de DNA repetido.
Se desconoce la función del DNA repetido.
Para que el centrómero funcione la sec de DNA debe ser bastante larga. En levaduras los centrómeros son regiones de 40 a 100 kb, con DNA parcial o completamente repetitivo. En Drosophila la región es de 200 a 600 kb, en Arabidopsis una región de ˃500 kb tiene una serie de 180 pb repetidos. En primates el segmento primario incluye DNA α satélite con repeticiones de 170 pb.
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28.14 Las secuencias de DNA de los centrómeros de S. cerevisae son cortas
Conceptos principales
En S. cerevisae, los elementos CEN se identifican por la capacidad de permitir que un plásmido se segregue de manera precisa en la mitosis.
Los elementos CEN consisten en secs cortas conservadas CDE-I y CDE-III, las cuales flanquean una región CDE-III rica en AT.
Si una sec centrómerica es responsable de la segregación, cualquier molécula de
DNA con esta sec se mueve adecuadamente en la división celular, mientras que cualquier DNA sin ella no puede segregarse.
28.15 El centrómero se une a un complejo proteínico Conceptos principales
En CDE-II se forma un complejo proteínico especializado alterno a la estructura usual de la cromatina.
El complejo proteínico CBF3 que se une a CDE-III es indispensable para la función del centrómero.
Las proteínas que conectan esos dos complejos podrían proporcionar la conexión de los microtúbulos
28.16 Los telómeros tienen secuencias de repetición simples
Conceptos principales
Para la estabilidad del extremo cromosómico, se requiere el telómero.
Un telómero consiste en una repetición sencilla en la que una cadena rica en C+A tiene la sec C˃1 (A/T)1-4.
28.17 Los telómeros sellan los extremos de los cromosomas
Concepto principal
La proteína TRF2 cataliza una reacción en que la unidad repetida 3´de la cadena rica en G+T forma un asa por desplazamiento de su homóloga en una región de flujo ascendente respecto del telómero.
28.18 Los Telómeros son sintetizados por una enzima de ribonucleoproteínica
Conceptos principales
La telomerasa hace uso del 3´-OH de la cadena telomérica G+T para cebar la síntesis de repeticiones seriadas de tipo TTGGGG.
El componente RNA de la telomerasa tiene una sec que se aparea con repeticiones ricas en C+A.
Una de las subunidades proteínicas es una transcriptasa inversa que utiliza el RNA como molde para la síntesis de la sec rica en G+T.
Los telómeros tienen dos funciones:
Proteger el extremo cromosómico
Permitir que el telómero se extienda, de lo contrario se hará más corto en cada ciclo de repetición (porque la replicación no puede iniciarse en el extremo mismo)
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La telomerasa es una transcriptasa inversa. La telomerasa se ubica a sí misma por apareamiento de b entre el molde de RNA y el cebador de DNA unicatenario que sobresale; agrega b de G y T al cebador, una a la vez según el molde. 28.19 Los Telómeros son indispensables para la supervivencia
La pérdida de telómeros produce efectos nocivos. Cuando la longitud del telómero llega a cero, a las células se les dificulta dividirse con éxito. Los intentos de división por lo general causan roturas y translocaciones cromosómicas.
