CROMOSOMAS

Mg. Vania Mallqui Brito

Generalidades: Son portadores de la mayor parte del material genético y condicionan la organización de la vida y las características hereditarias de cada especie.

Los experimentos de Mendel pusieron de manifiesto que muchos de los caracteres del guisante dependen de dos factores, (genes), de los que cada individuo recibe un ejemplar procedente del padre y otro de la madre.

Época Mendel, se consiguió ver los cromosomas al microscopio mediante tinciones especiales, mostrando ciertas propiedades:

Todos los individuos de una misma especie tienen el mismo número de cromosomas Los cromosomas se duplican durante la división celular, una vez completada, recuperan el estado original. Los cromosomas de una célula difieren en tamaño y forma, de cada tipo se encuentran dos ejemplares, 2N (diploidía) Durante la formación de células sexuales el número de cromosomas baja a N. Existen los cromosomas X e Y que condicionan el sexo. Cromosomas se observan al microscopio durante la metafase, el DNA se ha duplicado y la cromatina está muy condensada, formando las cromátidas (2 hebras de DNA unidas por un solo centrómero). A partir de las fotografías obtenidas en esta fase, se crea el cariotipo, agrupando los cromosomas por parejas

En ratón existen 20 pares de cromosomas y en la mosca Drosophila melanogaster 4 pares.

Durante la metafase, las dos hebras del DNA ya duplicado se encuentran unidas por el centrómero y el cinetócoro.

Centrómero, constituído por DNA, esférico, fija fibras huso mitótico

Cinetócoro es una proteína.

Telómero, brazos cromosomas ADN empaquetado

Cromátidas, DNA simple o replicada y unidas por centrómero

Según la posición del centrómero:metacéntricosubmetacéntricoacrocéntrico (satélite)telocéntrico (no existe especie humana)

El centrómero divide cromosoma en dos brazos:

un brazo corto (brazo q)

brazo largo (brazo p).

Por convención, en los diagramas, el brazo q se coloca en la parte superior.

Algunas técnicas de tinción hacen que los cromosomas aparezcan con bandas oscuras y claras que se alternan en cada uno de los brazos siguiendo un patrón específico y repetible para cada cromosoma.

La numeración de bandas sigue una convención aceptada por los genetistas y comienza para cada brazo a partir del centrómero.

Las últimas bandas reciben el sufijo ter (21ter), la posición de cada uno de los genes puede ser definida “proyecto genoma humano”

Función

Cromosomas:

1.Almacenamiento información genética

2.Duplicación idéntica

3.Transcripción información genética del DNA al RNA

4.Redistribución de la información hereditaria (repr sexual)

Partes de un cromosoma mitótico

CARIOTIPO HUMANO

Cromosomas grandesGrupo A, (cromosomas 1, 2 y 3), meta y submetacéntricosGrupo B, (cromosomas 4 y 5), submetacéntricos

Cromosomas medianosGrupo C, (cromosomas 7, 8, 9, 10, 11, 12 y cromosoma X,

submetacéntricosGrupo D, (cromosomas 13, 14 y 15) acrocéntricos

Cromosomas pequeñosGrupo E, (cromosomas 16, 17 y 18) submetacéntricosGrupo F, (cromosomas 19 y 20) metacéntricosGrupo G, (cromosomas 21 y 22) acrocéntricos

Por acuerdo los cromosomas sexuales X e Y se separan de sus grupos correspondientes y se ponen juntos aparte al final del

cariotipo.

Para identificar anormalidades morfológicas y numéricas más importantes se realiza en centros genéticos médicos.

El resultado es demostración gráfica del complemento cromosómico -o dotación cromosómica- conocida como cariotipo.

El proceso de división celular se interrumpe en la metafase, añadiendo colchicina, droga que evita siguientes pasos de la mitosis, interfiere con los microtúbulos del huso.

A partir del cariotipo pueden detectarse ciertas anormalidades, como la aparición de un cromosoma o de un segmento cromosómico supernumerario.

CARIOTIPO HUMANO

EUCARIOTASExisten dos tipos de cromatina que difieren en su grado de condensación, la heterocromatina y la eucromatina.

Heterocromatina: cromatina densamente empaquetada, cambia poco el grado de condensación a través del ciclo celular. Aquí el material genético es transcripcionalmente inactivo.

Eucromatina: cromatina poco condensada (se encuentra relativamente dispersa en el núcleo, aquí el material genético es transcripcionalmente activo. El nivel de condensación de la eucromatina varía a través del ciclo celular

En la interfase las células tienen dos clases de heterocromatina:

*Constitutiva: región de la cromatina que no se expresa. Incluye secuencias cortas repetidas (DNA satélite) y puede tener un papel estructural en el cromosoma. Se localiza en lugares característicos, por ejemplo, en centrómeros y telómeros.

*Facultativa: toma la forma de cromosomas enteros que son inactivos en una línea celular, aunque pueden ser expresados en otra. El cromosoma X de mamíferos, por ejemplo, el cual es enteramente inactivo en las hembras lo que compensa el que haya dos en la hembra y uno en el macho. El cromosoma inactivo es perpetuado en estado heterocromático y el activo forma parte de la eucromatina.

Niveles de compactación de la cromatina

1. Nucleosoma

2. Solenoide (filamento 30 nm)

3. Cromosoma metafásico

El nucleosoma Primer nivel de organización de la

cromatina-Evidencias experimentales como difracción de rayos X, ME, tratamiento enzimáticos, etc. Permitieron concluir que existe una entidad que se repite a lo largo de las fibras de cromatina.

-Nucleosoma formado por dos copias de histonas H2A, H2B, H3 y H4 las cuales forman un octámero alrededor del cual se asocian aproximadamente 200 bp de DNA.

-Función H1 difiere del resto no se encuentra formando parte del núcleo de histonas, se ubica en el exterior de la partícula.

-Digestión de la cromatina con la nucleasa micrococal, enzima corta dos hebras de DNA, da lugar a nucleosomas individuales unidos a la H1, cromatosomas.

-Si cromatosomas se someten nuevamente a digestión parte del DNA es cortado y se libera la H1, quedando una estructura llamada núcleo del nucleosoma formado por una cadena de DNA de aproximadamente 146 bp que rodean al núcleo de histonas.

-DNA nuclear (core DNA): consta 146 bp, relativamente resistente a la digestión con nucleasas.

- DNA de enlace (linker DNA): comprende el resto del DNA, longitud varía de 8 hasta 114 bp según el tejido y la especie, aunque por lo general es de aproximadamente 55 bp. Es susceptible a la digestión con nucleasas.

- Se puede dividir el DNA del nucleosoma en dos tipos:

En el ensamblaje del nucleosoma participan otras proteínas que se unen a las histonas que conforman el octámero:

*Nucleoplasmina (N1) * Topoisomerasa I

*Proteína ácida

La proteína ácida se une H2A y H2B y la N1 se une a H3 e H4.

Actúan como chaperonas moleculares controlando la unión del DNA a las histonas.

Al ser ácidas reducen la densidad de carga positiva de las histonas (proteínas básicas) y por tanto la posibilidad de formación de otro complejo inespecífico que resulte de la afinidad DNA-histonas.

*Topoisomerasa I proporciona al DNA el grado de superenrrollamiento adecuado.

Los nucleosomas pueden ensamblarse in vitro sin tener en cuenta ninguna secuencia pero in vivo no ocurre así.

Ensamblado el nucleosoma se organizan en la llamada fibra de 10 nm

La fibra de 10 nm es una cadena continua de nucleosomas donde las caras de los discos están en contacto unas con otras.Esta estructura es obtenida a baja fuerza iónica y no requiere de la histona H1.

Filamento de 30 nm, segundo nivel de organización de la cromatina.

Una elevada fuerza iónica e H1, la fibra de 10 nm se puede enrollar en un solenoide que gira a la izquierda y contiene seis nucleosomas por vuelta organizados radialmente, con un paso de rosca de 110 A (diámetro de nucleosoma), formando fibra de 30 nm. Los nucleosomas interactúan a través de la molécula H1, la cual estabiliza la estructura solenoidal.

Tercer nivel de organización de la cromatina. -Cuando en los cromosomas metafásicos desprovistos de histonas, se observa un esqueleto central de proteínas fibrosas rodeado de un extenso halo de DNA. -Se observa DNA forma bucles o lazos que entran y salen del esqueleto prácticamente por el mismo punto. -Sugieren que las fibras de cromatina se encuentran dispuestas radialmente formando fibras de 30 nm.

Niveles de compactación de

la cromatina

Modificaciones de las histonas controlan el estado de la cromatina

Cambios locales en la cromatina que afecten la expresión de un gen específico, regiones tan largas como un cromosoma completo pueden estar afectadas. Los cambios están dados por modificaciones en la cola N-terminal de las histonas (H3 y H4).Pueden ser modificadas por introducción de grupos acetilos, metilos y fosfatos los cuales disminuyen la carga de la proteína.Cambiar las características del nucleosoma o crear sitios de unión de proteínas no histonas que provocan un cambio en las propiedades de la cromatina. La metilación esta relacionada con la cromatina inactiva y la acetilación con la cromatina activa sin embargo esta regla no es general ya que se han encontrado regiones metiladas en la cromatina activa.

DelecionesIndividuo es portador de deleción cuando le falta un segmento cromosómico.

La deleción en homocigosis suele ser letal para el individuo portador, si se presenta en heterocigosis, el efecto será más o menos deletéreo.

En individuos con determinación sexual XX-XY o XX-X0, las deleciones del cromosoma X son letales en los machos; en las hembras dependiendo del sistema de compensación de dosis génica, puede producir algunos efectos fenotípicos en el individuo heterocigótico.

En humanos nacidos vivos, la deleción más frecuente y estudiada, es la conocida como síndrome de "Grito de gato", deficiencia del brazo corto del cromosoma 5, que produce un retraso mental y finalmente la muerte del individuo.

En meiosis la configuración crítica para detectar una deleción es ver un bivalente heteromorfo, o bien observar una falta de apareamiento (bucle o lazo en el cromosoma no delecionado) en un segmento intersticial.

Dada la letalidad y el desequilibrio orgánico y cromosómico que producen las deleciones, la selección natural tiende a eliminarlas y por ello la importancia evolutiva de las deleciones es prácticamente nula.

DuplicacionesCuando un segmento cromosómico se replica más de una vez por error en la duplicación del ADNLas duplicaciones no suelen ser deletéreas, es una fuente de nuevo material genético y base para nuevos cambios evolutivos. Muchas de las familias génicas con un origen evolutivo común, o las familias multigénicas pueden tener su origen en las duplicaciones. Si el segmento afectado es de gran tamaño, se puede detectar en meiosis con los mismos criterios que en las deleciones (bivalente heteromorfo o zona intersticial desapareada en el cromosoma con la duplicación).

Las duplicaciones no suelen tener una manifestación fenotípica observable, solo análisis citogenéticos y moleculares.

Mutación Bar en Drosophila melanogaster, los mutantes poseen ojos con menos facetas y forma más estrecha que los normales.

La importancia evolutiva, los individuos portadores tienen dos copias de un mismo gen.

En un individuo normal una mutación de ese gen puede tener efectos deletéreos, pero si hay dos copias y se produce una mutación en una de ellas, individuos podrá seguir manifestando un fenotipo "aparentemente normal" y la selección natural no actuaría en su contra. Mediante este proceso se pueden ir originando nuevas copias de un mismo gen y producirse variantes y alternativas no alélicas a una secuencia de ADN.

Este es origen de las familias multigénicas (Histonas, rRNAs, etc.) y de las familias génicas con un origen evolutivo común (Ej, haptoglobinas).

Translocaciones

Son la transferencia de un fragmento de cromosoma a otro cromosoma no homólogo. Muy frecuentemente, las translocaciones son recíprocas (imterambio mutuo, pasando un fragmento del cromosoma A al B y viceversa).

p.e. linfoma de Burkitt, un oncogen denominado myc-c que se encuentra el crosoma 8 pasa al cromosoma 14 quedando bajo la influencia de una zona de este cromosoma que regula la expresión de las cadenas pesadas de los anticuerpos. El resultado final es una expresión incrementada del myc-c y el paso de la célula a la malignidad

Inversión

Consiste dos roturas en un cromosoma. El área entre las roturas se invierte gira, y se reinserta, las roturas quedan unidas al resto del cromosoma.

Si el área invertida incluye el centrómero se llama inversión pericéntrica. Si no, se llama inversión paracéntrica.

-Cuando un padre tiene una inversión hay un incremento del riesgo para la descendencia con una incorrecta cantidad de material genético.

-Esto puede conducir a tener niños con defectos de nacimiento y/o anormal desarrollo o un incremento del riesgo de aborto.

-El posible resultado de un embarazo para un individuo con una inversión es bastante complicado y depende de lo grande que sea la inversión, dónde esté, y qué tipo de inversión está presente, parecéntrica o pericentrica.