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Estructura del genoma humanoEstructura del genoma humano

• Definiremos genes y genomas.

• Analizaremos los tipos de secuencias presentes en el genoma humano.

• Analizaremos su distribución y función.

• Describiremos algunas aplicaciones del conocimiento derivado de la estructura genómica.

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El genomaEl genoma

El genoma es el contenido total de ADN de la célula.

Incluye no sólo la porción codificante (genes) sinotambién las regiones intergénicas y los ADN repetidos.

Los eucariotas tienen 2 o 3 genomas:Genoma nuclearGenoma mitocondrialGenoma plastido

Generalmente “genoma” se utiliza para referirse al genoma nuclear.

La genómica se dedica al estudio de los genomas.

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El tamaño del genomaEl tamaño del genomaValor C= Cantidad de ADN por genoma haploidePARADOJA DEL VALOR C : No existe correlación entre la cantidad de ADN de un organismo y su complejidadDistintos organismos tienen genomas de distinto tamaño

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El genoma de cada especie se organiza en cromosomas El genoma de cada especie se organiza en cromosomas con forma, tamaño y cantidad con forma, tamaño y cantidad carácterísticoscarácterísticos

La cantidad, morfología y tamaño de los cromosomas de cada especie es característicoEs independiente del tamaño del genoma.

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ORGANISMO Tamaño delgenoma(millones depares de base)

Genes genes defuncióndesconocida

Fecha definalización

Escherichia coli 4.6 4289 720(16%)

1996

Neisseriameningitidis

2.3 2025 2000

Vibrio cholerae 4.0 3885 1163(29%)

2000

Saccharomycescerevisiae

13.5 6241 1997

Caenorhaditiselegans

97 18891 1998

Drosophilamelanogaster

137 13601 7600(55%)

2000

Homo sapiens 3300 35000 ??? 2000

Tamaño de los genomas y número de genesTamaño de los genomas y número de genesNo existe correlación entre el tamaño del genoma y la cantidad de genes

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gruposfuncionalesde genes

Genómica Genómica comparadacomparada: la : la evoluciónevolución de la de la funciónfunción

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El camino por delanteEl camino por delante

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Estructura de un genEstructura de un gen

DEFINICION MOLECULARUn gen es una secuenciade nucleótidos quecontiene la informaciónnecesaria para la síntesisde un polipéptido o un ARN funcional.

Se incluyen en estadefinición operacional, la secuencia codificante del gen y las secuencias señaIadyacentes que indican el comienzo y fin de la unidad transcripcional.

En procariotas y eucariotas la estructura de los genes es levementediferente.

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Las unidades Las unidades transcripcionalestranscripcionales procariotas y eucariotas procariotas y eucariotas tienen organizaciones diferentes tienen organizaciones diferentes

En los procariotas genes funcionalmente vinculados estánfisicamente asociados en operones.

Un operón esuna unidad reguladoraformada por genes estructurales adyacentesque se transcriben como un ARNm policistrónico, que luego es procesadopara dar lugar a productosproteicos diferentes.

En los eucariotas los ARNm son monocistrónicos, pero estáninterrumpidos por secuencias no codificantes, denominadasintrones.

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En En loslos genomasgenomas eucariotas se eucariotas se encuentranencuentran unidadesunidadestranscripcionalestranscripcionales simples o simples o complejascomplejas

En los genomas eucariotas pueden existir unidades transcripcionales simples o complejas.

La complejidad está dada por el procesamiento diferencial de intrones.

Es posible obtener varios polipéptidos diferentes a partir de un mismo gen.

Si bien existen 35000 genes en el genoma humano, se pueden generar muchas más proteínas diferentes.

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Distintos organismos tienen diferente estructura Distintos organismos tienen diferente estructura genómicagenómica

Los genomas procariotas son muy pequeños y compactos casi sin espacio entre los genes.

El genoma de las levaduras contiene 6000 genes y es compacto.

Los genomas de algunas plantas son muy grandes pero dominados por secuencias de ADN repetidas no funcionales.

El genoma humano contieneaproximadamente 35.000 genes pero las regiones codificantes de estos genes ocupan solo un 3% delgenoma. Existen muchas secuencias repetidas.

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En eucariotas En eucariotas superioressuperiores abundaabunda el ADN no el ADN no funcionalfuncional

El contenido de ADN celular no se correlaciona con la filogenia.La cantidad de genes tampoco guarda relación.En eucariotas superiores existe abundante ADN no codificante.

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La cinética de reasociación del ADN permite analizar la complejidad de un genoma

Rotura del ADN en fragmentos de 300 pb

Desnaturalización por temperatura

Incubación a distintos tiempos para permitir la reasociación

Medida del ADN no reasociado

Complejidad del genomaComplejidad del genoma

proceso lento limitante

Reacción de 2° orden

K2

encontrar secuenciascomplementarias

proceso rápid zippering

formación de cadenaslargas de doble

cadena

k2 >>>>>>>>> k2

110,000

Secuencias repetidas reasocian rápidamente.

Secuencias únicas reasocian lentamente.

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Cinética de reasociación del ADN Cinética de reasociación del ADN genómicogenómico humanohumano

Cot1/2 = 1 / k2 k2 = constante de segundo ordenCo = concentración de ADN t1/2 = tiempo medio de reacción

Cot1/2

50

100

0

% D

NA

rea

soci

ado

I I I I I I I I Ilog Cot

rápido(repetidos)

intermedio(repetido)

lento (copia única)

Fracciones obtenidas:- reasociación rápida- reasociación intermedia- reasociación lenta

Cot1/2

Cot1/2

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Reasociación lenta

Co x t1/2

Tres fracciones principales en el genoma eucariotaTres fracciones principales en el genoma eucariota

• ADN altamente repetidoADN de secuencia simpleADN satélite(10-15%)

• ADN moderadamente repetidorepetidos intermedios (15-40%)

• ADN copia única (50-75%)Contiene la mayoría de losgenes codificantes paraproteínas

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TiposTipos de ADN de ADN RepetidoRepetido

Unico quecontiene genes Usados en identificación

Repetidos dispersos

Repetidos en tandem

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ADN ADN SatéliteSatéliteLargos trechos de ADN altamente repetido.

Consiste en secuencias cortas repetidas muchas veces, localizado en la regióndel centrómero de los cromosomas.

Demonstrable por hibridización sobre cromosomas (FISH).

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ADN ADN teloméricotelomérico

ADN Telomérico consiste en 100-1500 copias de repetidos cortos en tándemGGGATTGGGATT…

Mantenido por un tipo especial de polimerasa, la telomerasa.

La actividadtelomerasa esnecesaria paraprevenir el acortamiento de los cromosomas.

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MinisatelitesMinisatelites y y MicrosatelitesMicrosatelites: Fingerprinting : Fingerprinting

Ambas son útiles para identificar individuos por DNA fingerprinting, puesto que la longitud de la región repetida es muy variable entreindividuos.

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VNTRsVNTRs e identificacióne identificación

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MarcadoresMarcadores molecularesmoleculares: : mapeomapeo de genes de de genes de enfermedadesenfermedades

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Los Los repetidosrepetidos dispersosdispersos son son elementoselementos transponiblestransponibles

Son elementos transponibles(móviles) en el genoma.Las secuencias son copiadas y se insertan en nuevos sitios del genoma por el proceso de transposición.Existen dos tipos básicos:

Transposones(ADN como intermediario) Retrotransposones(intermediario de ARN)Algunos contienen lasenzimas que median supropia transposición(autónomos).Otros dependen de lasenzimas producidas en otraparte (no autonomos).

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DistintosDistintos tipostipos de de repetidosrepetidos dispersosdispersos en el en el genomagenoma

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Panorama General del Panorama General del GenomaGenoma HumanoHumano