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ORGANIZACIÓN GENÓMICA DEL ADN. LOGO gmail Unidad 2, tema 9 Dr. Julio R. Daviña.

ESTRUCTURA FINA DEL GEN: CONCEPTO DE GEN. CONCEPTO MENDELIANO DE GEN Los factores hereditarios o genes descritos por Mendel en 1865 se han considerado durante mucho tiempo como la unidad de transmisión genética de padres a hijos. Los genes, según el concepto mendeliano, son partículas discretas e indivisibles que se encuentran sobre los cromosomas ordenados linealmente y que pueden reconocerse por ser capaces de mutar, existiendo diferentes formas alternativas o diferentes alelos de un mismo gen , por ser capaces de recombinar con otros genes diferentes (recombinación intergénica) produciendo nuevas combinaciones de genes, y por ser capaces de funcionar dando lugar a fenotipos concretos en los individuos. Esta teoría se la denominó teoría del "collar de cuentas". De manera, que el gen era la unidad de mutación, de recombinación y de función..

CONCEPTO MOLECULAR DE GEN A partir del conocimiento de que los genes son segmentos más o menos largos de ADN y de que los genes se expresan dando lugar a polipéptidos (teoría un gen - una enzima) se planteó de nuevo el concepto molecular de gen y, como veremos, se llegó a la conclusión de que el gen seguía siendo la unidad de función, pero el gen dejó de ser la unidad de mutación y la unidad de recombinación. La unidad de mutación y de recombinación, como ya en parte sabemos, es un par de nucleotidos..

EL MATERIAL GENÉTICO ORGANIZADO SON LOS CROMOSOMAS Varia en la escala evolutiva, pasando de moléculas de ácido nucleico lineal o circular encerradas en cápsides de virus, a largas moléculas de ADN doble hélice circular prácticamente desnudas y organizadas en dominios como en las bacterias y a enormes moléculas de ADN que interaccionan con proteínas histónicas y no histónicas como en los eucariontes..

Esta definición, incluye también los cromosomas de orgánulos citoplásmicos, como los presentes en mitocondrias y cloroplastos y los pequeños cromosomas extra (ADN circular doble hélice) o plasmidios que se encuentran en bacterias..

VIRUS CUYO MATERIAL HEREDITARIO ES ADN. VIRUS ADN Tipo de Molécula Tipo de Hélice Tipo de virus según huésped. Familia de virus Circular Sencilla Fago ØX174 M13 Animal Parvovirus Doble Animal Papovavirus (SV40, polioma) Adenovirus Herpetovirus (Herpes) Poxvirus (viruela) Iridovirus (peste porcina) Lineal Doble Fago Extremos cohesivos: Fago  Ø80, 434, P2, 186) Redundancia terminal: serie T-par, T3 y T7.

VIRUS CUYO MATERIAL HEREDITARIO ES ARN. VIRUS ARN Tipo de Molécula Tipo de Hélice Tipo de virus según huésped. Familia de virus Lineal Sencilla Fago MS2, f2, Q Animal Picornavirus (polio) Togavirus Rhabdovirus (estomatitis, rabia) Myxovirus (gripe) Paramyxovirus (Sendai, paperas) Vegetal Virus mosaico tabaco (TMV) Doble Fago Ø6 Animal Reovirus Vegetal Tumor de las heridas Circular Sencilla Vegetal Viroide (PSTV).

Esquema del Virus TMV Virus mosaico tabaco. Cåpside con 2.130 capsömeros apsöm ero constiWid0 por proteina de158 aminoåcidos RNA de una hélice con s AOO ribonucleotidos.

La familia Coronaviridae incluye una amplia variedad de virus (coronavirus), entre los cuales se encuentran siete especies que son patógenos en humanos: cuatro de ellas son causa frecuente de enfermedades leves respiratorias, gastrointestinales y conjuntivitis; otras tres, el SARS-CoV, MERS-CoV y el nuevo 2019-nCoV causan formas graves de enfermedad respiratoria aguda. Numerosas especies de coronavirus infectan a mamíferos y aves, siendo los murciélagos uno de sus reservorios primarios principales. En diciembre de 2019 se ha iniciado un brote de enfermedad respiratoria aguda en China, causado por un nuevo coronavirus (2019-nCoV). La evolución de este brote está siendo explosiva con un importante incremento diario de casos, sin que se pueda, por el momento, predecir la extensión y el impacto global del brote a mediano plazo..

VIRUS CUYO MATERIAL HEREDITARIO ES ARN-ADN. VIRUS ARN-ADN Tipo de Molécula Tipo de Hélice Tipo de virus según huésped. Familia de virus Lineal Sencilla Animal Retrovirus (Ribodesoxivirus) - Sarcoma de Rous (Pollo) - Leucemia de Rauscher (ratón) - HIV (virus de inmunodeficiencia humana causante del SIDA).

LOS CROMOSOMA DE LAS BACTERIAS: ORGANIZACIÓN EN DOMINIOS La información hereditaria de las bacterias se encuentra fundamentalmente en un único cromosoma consistente en una molécula de ADN doble hélice circular. El tamaño de esta molécula varia según la especie bacteriana de 0,1 x 109 a 8 x 109 dalton. Una de las bacterias más estudiadas desde el punto de vista genético es Escherichia coli cuyo ADN mide 1.100  de longitud y tiene 3.200.000 pares de nucleótidos..

http://www.ucm.es/info/genetica/grupod/Cromovibac/cairnsb.jpg ADN circular en E. coli (replicación) J. Cairns La primera evidencia citológica de la circularidad del cromosoma de E. coli (Cairns, 1963) marcando radiactivamente el ADN, realizando una autorradiografía y analizando los resultados al microscopio óptico..

DEFINICIÓN DE CROMOSOMA La palabra cromosoma procede del griego y significa "cuerpo que se tiñe". La palabra cromatina significa "sustancia que se tiñe". El cromosoma, es el material genético organizado..

CROMATINA La cromatina fue inicialmente definida por Fleming (1882) como "la sustancia que constituye los núcleos interfásicos y que muestra determinadas propiedades de tinción". Esta definición, al igual que la inicial de cromosoma es puramente citológica. Sin embargo, desde el punto de vista genético, tanto la cromatina como el cromosoma son el material genético organizado..

En 1974 Roger Kornberg, describió al nucleosoma que es el primer nivel de organización de la cromatina. Las evidencias que usó Kornberg para ello fueron:.

3.- Micrografías electrónicas de la cromatina revelan que consiste de partículas de aproximadamente 100 Å de diámetro conectadas a partir de ADN desnudo (como un collar de cuentas) y son aparentemente las responsables del patrón de rayos X..

4.- Controlando el tiempo de digestión de la cromatina con la nucleasa micrococal, (que rompe la doble hebra del ADN), se obtienen diferentes estructuras:.

5.- Experimentos de entrecruzamiento, indican que las histonas H3 y H4 se asocian para formar el heterotetrámero (H3)2(H4)2..

COMPOSICIÓN QUÍMICA DE LA CROMATINA: EL NUCLEOSOMA Los principales componentes que se obtienen cuando se aísla la cromatina de los núcleos interfásicos son el ADN, las histónicas, las proteínas no histónicas y el ARN. Si se toma como unidad de comparación la cantidad de ADN, los demás componentes aparecen en las siguientes proporciones:.

EL NUCLEOSOMA La observación de la cromatina interfásica mediante técnicas de microscopia electrónica podría describirse como la repetición de una subunidad esférica o globular (los nucleosomas) que estarían unidos por fibras de ADN. Esto le da un aspecto como de cuentas de un collar o de un rosario..

Un nucleosoma típico está asociado a 200 pares de bases (pb) y está formado por una médula ("core") y un ligador (o "linker"). La médula está formada por un octámero constituido por dos subunidades de las siguientes histonas: H2A, H2B, H3 y H4. Se trata de un dímero de las histonas (H2A, H2B, H3 y H4)2. Los trabajos de A. Klug y colaboradores (1980) sobre la disposición de las histonas en la médula del nucleosoma le valieron el Premio Nobel de Química en 1982..

Alrededor de la médula se enrolla el ADN (140 pb) dando casi dos vueltas (una vuelta y tres cuartos). El resto del ADN (60 pb) forma parte del ligador ("linker") y está interaccionando con la histona H1. La cantidad de ADN asociado con un nucleosoma varia de una especie a otra, de 154 pb a 241 pb, esta variación se debe fundamentalmente a la cantidad de ADN asociada al ligador ("linker")..

Las fibras de ADN dúplex desnudo tienen un grosor de 20 Å. La asociación del ADN con las histonas genera los nucleosomas que muestran unos 100 Å de diámetro, a su vez los nucleosomas se pueden enrollar helicoidalmente para formar un solenoide (una especie de muelle) que constituye las fibras de cromatina de los núcleos intefásicos con un diámetro aproximado de 300 Å. Los solenoides pueden volverse a enrollar para dar lugar a supersolenoides con un diámetro de 4.000 Å a 6.000 Å que constituirían las fibras de los cromosomas metafásicos..

La evidencia existente hasta el momento sugiere que las fibras de solenoides (30 nm) formarían los lazos o dominios que emanan del armazón proteico y que este armazón estaría a su vez enrollado formando una espiral..

(d) Crosornorna rtEtafåsico del 1400 nm Histona HI (b) Sola•oide (30 nm de diametro) Hist«mas o O 4 (2 nm de cfiarnetro) QOO nm de diärnetro) (c) Fibra cromatina (300 nm de diårnetro) Dominbs enronados DBIA espaciador + histona HI Octamero histonas + 147 pares de bases de DNA (a) Nudeosornas (disco plano de 6 nm x 11 nm).

EL CROMOSOMA EUCARIOTICO. Metafase mitótica de Vicia faba (2n=12).

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..

Algunas especies tienen cromosomas que se pueden observar con gran detalle en interfase, tal es el caso de Drosophila melanogaster, que posee cromosomas politénicos gigantes que se observan en las glándulas salivales de dicho insecto y el de Chironomus tentans otro diptero..

Forma: En metafase mitótica los cromosomas ya han pasado por un periodo de síntesis de ADN y están constituidos por dos cromatidios o cromatidas idénticas en grosor y longitud. Los cromosomas en estado de dos cromatidios han alcanzado su máximo grado de contracción y están en el centro de la célula, en la placa ecuatorial. La forma de los cromosomas viene determinada por la posición del centrómero o constricción primaria, región por la que los cromatidios interaccionan con las fibras del huso acromático para separarse a polos distintos. El centrómero aparece menos teñido que el resto del cromosoma..

La mayoría de los cromosoma de las especies eucarióticas tienen el centrómero localizado en una región concreta..

https://www.ucm.es/data/cont/media/www/pag-56185/04-El cromosoma eucariótico.

Ubicaci6n Centr6mero En el medio Entre el medio y el extremo Cerca del extremo En el extremo Designaci6n Metacéntrico Submetacéntrico Acrocéntrico o Subtelocéntico Telocéntrico Forma en Metafase brazo p Centr6mero brazo q Forma en Anafase Migraci6n.

Algunos cromosomas eucarióticos, además de la constricción primaria o centrómero, poseen constricciones secundarias, la más importante es la Región Organizadora del Nucleolo (abreviadamente NOR), dicha zona contiene la información para producir el ARN-ribosómico y aparece menos teñida que el resto del cromosoma. Los cromosomas con NOR en muchos casos tienen después de la región NOR, entre está y el telómero un segmento más o menos grande que se denomina Satélite ..

Tamaño: Los cromosomas sufren grandes variaciones en su tamaño a lo largo del ciclo celular, pasando de estar muy poco compactados (interfase) a estar muy compactados (metafase), por tal motivo, los estudios sobre el tamaño suelen realizarse en metafase mitótica..

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

CROMATINA EUCROMATINA (GENES) SEC. BASES: ÚNICAS MED. REPETIDAS HETEROCROMATINA (AUSENCIA GENES) SEC. BASES: ALTAM. REPET. CLASES DE CROMATINA.

Metafase de linfocitos humanos con los telómeros marcados con fluorescencia. FOTO TOMADA de De Meyer et al., 2008..

Metafase de linfocitos humanos con los centrómeros marcados con fluorescencia. FOTO TOMADA de http://www.chrombios.com/cms/website.php?id=/en/index/aboutfish/probes/.

SKY de linfocitos humanos FISH Multicolor El ‘’FISH Multicolor’’, ‘’M-FISH’’ o ‘’SKY’’ (Spectral Karyotiping) es una adaptación del FISH que permite la visualización de los 23 pares de cromosomas humanos a la vez, teñidos con diferentes sondas fluorescentes. IMAGEN TOMADA de: http://www.cyto.purdue.edu/cdroms/micro1/7_spon/chroma/image4.htm.