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TEMA 3: ORGANIZACIÓN DE LAS SECUENCIAS DEL ADN EN EL GENOMA -

La información básica para construir o mantener una célula u organismo completo se encuentra en la secuencia del ADN Cuando analizamos el ADN eucariota encontramos que sus secuencias son muy heterogéneas en muchos aspectos, como la estructura, organización, variación o tasas de mutación, función y evolución.

SECUENCIACIÓN DEL GENOMA HUMANO -

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Con el objetivo de determinar la secuencia de nucleótidos de los 3200 millones de pare de bases que contiene el genoma nuclear humano de dotación haploide se comenzaron en la década de los 80-90 dos proyectos científicos de gran magnitud: o El proyecto genoma humano es un proyecto público que se comenzó a desarrollar en 1988 con el liderazgo de Watson, recibiendo una gran inversión monetaria. o Se creó un consorcio internacional en el que colaboraron cientos de miles de científicos de todo el mundo (IHGSC) o Más tarde asumió su liderazco Francis Collins, dándolo por concluído en 2003 o A su vez la empresa privada Celera Genomics de la mano de Craig Venter comenzó un proyecto similar, lo que despertó protestas en el mundo científico y cuestiones bioéticas en la sociedad sobre el patrimonio genético de la humanidad y la posibilidad de su privatización Una vez secuenciada la totalidad del ADN se confirmaron muchos de los hallazgos anteriores y se descubrieron secuencias nuevas.

CLASES DE SECUENCIAS EN EL GENOMA HUMANO -

ADN palindrómico. Genes codificadores de proteínas. Genes de ARN no codificador (ARNnc) ADN altamente repetitivo en tándem o disperso.

PALÍNDROMOS DE ADN -

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Un palíndromo de ADN es un dúplex de ADN cuyas dos cadenas tienen la misma secuencia si se leen en la misma orientación o polaridad. Representa el 9% del genoma humano. El extremo 3´ OH está adyacente a un 5´ fosfato. Podemos buscar zonas concretas donde existan estos palíndromos caracterizados por estas estructuras. El palíndromo tiene un eje de simetría (1 o más pb) que divide a la molécula en dos partes que son imágenes especulares una de la otra, obteniendo la misma secuencia en orientación.

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Estas son las "SECUENCIAS CON REPETICIÓN INVERIDA"(son cada uan de las flechitas de la imagen). Pueden estar contiguas o no. Se encuentra en el genoma humano en los denominados elementos móviles o transponibles, es decir, secuencias de ADN de pequeña entidad que tienen mayor o menor capacidad de abandonar su lugar original cromosómico, y movilizarse a distintas regiones cromosómicas. Forman parte de la gran inestabilidad de nuestro genoma. Se encuentran por ejemplo en genes implicados en el sistema inmune o en los que dan lugar al ARN (p. ej. ADNmicro, el cual representan un papel regulador en los ADN codificantes de proteínas) Son lugares de reconocimiento para las endonucleasas de restricción o restrictasas (tijeras moleculares): cortan en lugares específicos (sec palindrómicas) y permiten obtener patrones de digestión repetitivos útiles para el estudio del genoma (CRISPR Cas). 1 enzima, 1 secuencia concreta, ADN fingerprint. Los cortes que se generan pueden ser extremos romos (|) o cohesivos (S)

PORCENTAJE DEL CROMOSOMA HUMANO QUE CODIFICA PROTEÍNAS -

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Los genes codificadores de proteínas tienen una estructura fragmentada: zonas codificadores (exones: ARNm maduro) y no codificadoras (intrones). Los exones representan 1% del genoma humano. Pero si tenemos en cuenta la importancia de los intrones en la codificación de proteínas, tenemos cerca del 25%. Es decir, solo un 1% codifica proteínas, pero ocupa un 25%. El ADN repetitivo forma la mayor parte del genoma humano. Muchos genes codificadores de proteínas tienen más de una copia y son aprox. 22.000 en humanos No existe una correspondencia directa entre número de genes codificadores de proteínas y complejidad morfológica (Por ejemplo, el Arroz común tiene sobre 30.000): paradoja del valor C. Se explica porque los eucariotas a medida que aumentan en complejidad, también son más complejos sus sistemas de expresión génica, lo que permite que en los eucariotas más desarrollados un mismo gen pueda dar múltiples isoformas (con funciones iguales, similares u opuestas). Pueden experimentar modificaciones genéticas postranscripcionales. Paradoja de valor C: el valor C es la cantidad de ADN de un núcleo haploide eucariota. O lo que se pone en el caso de bacterias, cantidad de ADN por nucleoide bacteriano. En resumen, la complejidad no está asociada con el número de genes, sino con su complejidad de expresión.

ARN NO CODIFICADOR (ARNnc) -

Es el ARN que no es mensajero. Función clave en la expresión génica del genoma funcional, ya que muchas inhiben, regular y controlan cuándo y dónde se transcriben diversos genes. En el genoma humano se transcribe al menos el 75%. La diferencia entre este 75 y el 25, se entiende con el ARNnc.

ADN ALTAMENTE REPETITIVO -

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Cerca del 50% del genoma nuclear está representado por estas secuencias. Se clasifican en dos tipos atendiendo a como se organizan en los genomas: ADN altamenete repetitivo en Tándem y ADN altamenre repetitivo disperso. En tándem, las unidades de repetición se agrupan unas a continuación de las otras. En el ADN disperso, las unidades de repetición se esparcen a lo largo de los cromosomas y se intercalan en el ADN sin repetición. En el ADN altamente repititivo en tándem se diferencian tres clases de frecuencia en función del tamaño y número de las unidades de repetición, y de su localización cromosómica.

ADN ALTAMENTE REPETITIVO EN TÁNDEM ADN SATÉLITE -

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En el genoma humano presenta las siguientes características: o Tamaño de la unidad de repetición: 5-171pb o Tamaño del bloque de repetición: 100kb-varias Mb o Localización preferente: Heterocromatina centromérica. Esto se descrubrió gracias a un experimento realizado con un gradiente de ClCs.

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Colocamos esta solución a centrifugación, de modo que estos átomos migran a la parte inferior. También hay una tendencia para que migren a la parte superior. Después de un tiempo se alcanza un equilibrio, y un gradiente de densidad de cloruro de cesio, de modo que la densidad de este cloruro de cesio aumenta a medida que se descienede. Este gradiente se puede usar para analizar ADN. Si inyectamos una muestra de ADN, y se centrifuga, este migra a su equilibrio: la densidad de flotación. El ADN migra más o menos hacia el fondo dependiendo de su comcentración G-C, cuanto más grande sea, más desciende el ADN. El cloruro de cesio permite separa el ADN en función de su gradiente de posición. La banda principal abarca la mayor parte del ADN nuclear. Las bandas satlélites, contienen menos ADN. Están a modo de satélite sobre la banda principal. El ADN satélite se encuentra frecuentemente en bandas satélite, pero OJO, no todo el ADN que está en las bandas satélite es ADN satélite. Un ejemplo de este es el ADN mitocondrial que tiene un contenido de G+C diferente al humano en general. El ADN altamente repetitivo de 171 pares de bases de repetición, se le denomina ADN SATÉITE ALFA y esta presente en los centrómeros humanos. Por eso se piensa que tiene una función clave en la estructura centromérica. Si se clona es capaz de formar centrómeros de nuevo gracias a la proteína Cenp-b que se une solo a esta secuencia remplazando a las histonas.

ADN MINISATÉLITE -

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Tamaño del bloque: 0,1-20kb Familia telomérica o Este ADN minisatélite telomérico se encuentra en los telómeros o extremos del cromosoma. o Desempeñan una funcion importante en la terminación de los ADN de los eucariotas o Tiene una unidad de repétición de 6pb (TTAGGG). En conjunto cubren una longitud de 10-15 kb Familia Hipervariable o Este ADN minisatélite, se localiza preferentemente en las regiones teloméricas de los cromosomas. o La unidad de repétición oscuila entre entre 9-64pb. Forman bloques de entre 0,1-20 kb o Hay 1000 repeticiones de este tipo por gen. o Es la secuencia de ADN con más tasa de mutación, de la orden de 10 -2, es decir, una mutación por cada 10 gametos por generación. Esta alta tasa de mutación conduce a que exista una gran variabilidad genética en los

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individuos de la población. Se produce cuando las unidades de repetición no se alinen bien: altas tasas de intercambio. Ojo, esta mutación suele ser en le número de repeticiones (no en la longitud aunque indirectamenet si), lo que les confiere una gran utilidad en la identificación de casos forenses o identificación de sujetos (ADN fingerprint). Su función es muy debatida, pero basasdo en evdencia empírica, se dice que pueden contribuir en la regulación de la expresión génica por medio de mecanismos de splicing (¿?) También pueden introducir en la recombinación homóloga (hot spots) Estas son secuencias que generalmente no se transcriben y se integran en la región codificadora de los genes. Raramente se expresan en el producto proteico, Se ha considerado que los minisatétiles pueden estar en lugares muy propensos a roturas de los cromosomas (rotura), dando lugar a mutación genética. Este ADN se nombra como VNTRs. Jeffreys detecta estas secuencias estudiando el gen de la mioglobina (concretamente en un intrón). Antes se usaban marcadores que mutaban (mal). Antes se podía excluir a un sospechoso pero no imputar (grupos de sangre). Estes permitíanen excluir e imputar. Jeffreys se basa en el polimorfismo de la longitud de estos fragmentos (variación nº repeticiones). Estas secuencias se cortan con endonucleasas de restricción (pueden ser antes/después ampliadas por PCR usando cebadores de ADN que flanquean a la secuencia). Se obtienen segmentos de distintas longitudes y se realiza una electroforesis. Luego, transfieren el ADN a una membrana y aplican una sonda etiquetada radioactivamente que es complementaria al (a los) VNTR(s) de interés. La sonda hibrida (engancha) con la secuencia coincidente y la membrana se coloca sobre una película de radiografía, los científicos consiguen un imagen de las bandas etiquetas con radiactividad, cada cual representa una longitud diferente de fragmento. Esta imagen es la huella genética. Donde hibrida, se produce radiación. Si vemos los permiles de los sospechosos, vemos que el sospechoso 3 coincide perfectamente con el patrón.

ADN MICROSATÉLITE -

La unidad de repetición es de entre 1-4pb El tamaño el bloque...