TEMA 3 - APUNTES ZAPATA PDF

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TEMA 3: ORGANIZACIÓN DEL ADN EN LOS CROMOSOMAS. - RELACIÓN ENTRE LA LONGITUD DEL ÁCIDO NUCLEICO Y LAS DIMENSIONES DEL COMPARTIMENTO QUE LO CONTIENE EN DIVERSOS ORGANISMOS. Para que el ADN pueda contenerse en los compartimentos que lo contiene tiene que compactarse. Esta compactación tiene que tener un orden muy preciso porque si no lo tiene el ADN no podríarealizar sus funciones. - El material hereditario nuclear de una célula eucariota se compacta en distintos niveles jerárquicos de plegamiento mediatizados por proteínas. El ADN-B se va a compactar en diferentes jerarquías de plegamiento. Estas jerarquías estánfacilitadas por proteínas. El soporte biológico que utiliza el ADN para compactarse son lasproteínas. Esas compactaciones en los niveles complejos produce descompactaciones de os cromosomas cuando se encuentran en un máximo estado de compactación. El ADN para poder compactarse y alojarse en su compartimento se asocia a proteínas, estas son el soporte para resolver el problema de la compactación. No sólo juegan un papel pasivo, si no que juegan un papel activo regulando su función.

- ESTRUCTURA DEL MATERIAL HEREDITARIO NUCLEAR DE LOS EUCARIOTAS A LO LARGO DEL CICLO CELULAR. Si miramos el material hereditario a microscopio, observamos dos niveles de organización: •

FIBRAS DE CORMATINA EN NÚCLEOS EN INTERFASE: la interfase es el período del ciclo celular comprendido entre dos mitosis sucesivas.

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Observamos que el material hereditario está disperso por el núcleo formando una red o entramado que denominamos cromatina. La cromatina era la estructura organizativa del material hereditario interfásico. CROMOSOMAS EN MITOSIS:la cromatina en interfase se va compactando progresivamente hasta alcanzar un estado de máxima compactación en la metafase de la mitosis. A microscopía óptica en mitosis, el material hereditario se organiza en unidades discretas a las que denominamos cromosomas.

En la cromatina el material hereditario está estirado y luego se va compactando para formar los cromosomas. Si observamos una célula eucariota típica tarda una media de 23 horas en interfase y una hora aprox en mitosis. Las células divididas en forma de cromatina, si la mitosis actuara sería un fracaso, ya que sería muy difícil que se transmitiese la misma cantidad de material hereditario. Lo que produciría mutaciones cromosómicas. Por lo que el material hereditario se compacta y cuando llega la mitosis esa información está compactada en paquetes y es transmitida en la misma cantidad.

- CROMATINA EN INTERFASE. Varia entre 23 y 30nm en interfase. Se extrae la fibra y se ve la composición química.

- LA CROMATINA. COMPOSICIÓN QUÍMICA. • • • •

ADN. PROTEÍNAS. HISTONAS: H1, H2A, H2B, H3 Y H4 NO HISTONAS: El resto de las proteínas asociadas a la cromatina (ADN polimerasas, ARNpolimerasas, metilasas, fosforilasas, etc.)ARN. ➔Proteínas: Las proteínas más abundantes en la cromatina son las histonas, que son proteínascon carga positiva relativamente pequeñas que pueden pertenecer a uno de cinco tiposprincipales: H1, H2A, H2B, H3 Y H4. Todas las histonas tienen un porcentaje elevado dearginina y lisina, que son aminoácidos con carga positiva que les dan a las histonas unacarga neta positiva. Las cargas positivas atraen las cargas negativas presentes en los fosfatosdel ADN; esta atracción mantiene el ADN en contacto con las histonas. Las histonas tienen un papel esencial para la célula ya que forman un sustrato para que se empaquete el material hereditario.

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FIBRA DE CROMATINA DE 10 NM A MICROSCOPIO ELECTRÓNICO. Para descomponer la estructura de 30 nm, los núcleos en interfase los sometemos a baja fuerza iónica, es decir, a bajas concentraciones salinas, y la estructura se rompe. Dando lugar a una estructura en la que vemos un estructura de cuentas unias por los hilos, llamada estructura arrosariada. El diámetro de las cuentas es variable, suele ser entre 10 y 15 nm. De 10 nm es una subestructura que está por debajo de la de 30 nm. Si se añaden desoxirribonucleasas se rompen esos hilos.

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ESTRUCTURA DE FIBRA DE CROMATINA DE 10 NM. MODELO DEL NUCLEOSOMA.

- DISPOSICIÓN DEL ADN EN EL OCTÁMERO DE HISTONAS. 146 pb envuelve a las histonas. Los estudios demostraron que el ADN núcleo envuelve al octámero de histonas, pero de 1,7 giros ensentido levógiro. Cuando el ADN se enrolla, la H está enrollada. Un cromosoma lineal, sin proteínas no puede formar superhélices. En la superhélice negativa, el ADN se rodea de octámeros, libra ese octámero y se forma SH -.

- LA ESTRUCTURA DINÁMICA DE LA CROMATINA. EL CÓDIGO DE LAS HISTONAS. Se creía que la variación nucleosomal era estática. El reposicionamiento de los nucleosomas cuandolos genes se tienen que expresar. Cuando ese gen deja de transcribirse ese nucleosoma vuelve a“regenerarse”. Las proteínas eran un soporte para el empaquetamiento, es decir, actuaban como soporte. Ahora sereconoce que juegan un papel activo en la expresión genética. Cuando un gen se transcribe tiene que retirar la organización nucleosomal. Intervienen variossistemas: El sistema de remodelado de la cromatina (Desplazarlos), las proteínas que intervienen,son proteínas de la familia SWI/SNF algunas le dan el nombre. Estas proteínas que participan en la remodelación de esa cromatina juegan un papel activo. Por loque las proteínas histonas experimentan en ese momento abundantes modificacionestransduccionales.Estas modificaciones son: acetilaciones, metilaciones y fosforilaciones.Las más asociadas al ADN son la H3 y la H4.Los extremos amino experimentan los mayores cambios postraduccionales.Estas modificaciones pueden alterar la expresión del gen, haciendo que se exprese o no. Juegan unpapel activo.Esos cambios permanecen y se heredan a las siguientes generaciones. Hay cambios que permanecenen el ADN.También hay genes que se transcriben después de padres a hijos y no están en el ADN. Hay otros factores que también influyen: Cuantas más histonas cambian por otra. Estas sustancias pueden ayudar a reprimir la expresión genética. - EMPAQUETAMIENTO EN LA FIBRA DE 30 NM. 6 NUCLEOSOMAS POR VUELTA. Se acometió que se aumenta la fuerza iónica y se va formando la fibra de 30 nm.La estructura de 10 nm adquiere una estructura helicoidal y luego se aplasta, estructura de 30 nm.Llegamos a la conclusión de que cada vuelta hay 6 nucleosomas. La tasa de compactación es de 52veces. Las fibras de 30 nm se asocian a un esqueleto proteico y forma una estructura multilobuladaradiada. Adquiere una configuración en hélice que finalmente nos explica cómo están en loscromosomas.

- ESTRUCTURA DEL CROMOSOMA. Se compacta de 8000 a 10000 veces. Dos cromátidas hermanas unidas por un centrómero. Se rompe esa estructura.Se someten los cromosomas a la presencia de polianiones muy fuertes, por ejemplo, el sulfato dedextrano y en otros estudios heparina. Estos compiten con el ADN y se asocian a las histonas,retirándolas del cromosoma.Al aplicar las poliuniones nos queda un esqueleto proteico formado por proteínas no histonas:Scaffold. Hay secuencias unidas al Scaffold son ricas en pb de A-T y que tienen afinidad por ADNtopoisomerasas. Para distinguirlas se llaman ScaffoldAttachmentRegions (SAR). La base de compactación es en mitosis. Si en estado de interfase funciona, ¿Por qué si es un costeenergético? La mitosis supone que el material hereditario de la célula parental se distribuye a las células hijas.Tiene que ser un mecanismo perfecto si el material hereditario no se transmite íntegramente a lashijas, no funciona. En interfase están en una maraña. Se empaqueta en cromosomas, ni se pierde ni se gana en la transmisión.

- TIPOS DE CROMATINA. La mayor parte del material hereditario se compacta, esta sería la Eucromatina(Cromatinaverdadera). Y la heterocromatina: que es la – compactada, con niveles de compactación similares en mitosis y meiosis. - Constitutiva. - Facultativa.

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DISTRIBUCIÓN HETEROCROMATINA CONSTITUTIVA EN HUMANOS. La constitutiva, está situada en regiones centroméricaso constituídas por cromosomas y telomerasas o finales de los cromosomas. Más raramente los brazos cromosómicos. Cabe destacar que en la especie humana es muy abundante

en el brazo largo del cromosoma Y, es decir, en varones.Importancia: la cromatina constitutiva es genéticamente inerte. Por lo que tiene poco contenido genético y que además se dificulta la expresión génica, porque está fuertemente compactada. Otra característica es que asocia con un tipo de ADN no codificador denominado ADN satélite.

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HETEROCROMATINA FACULTATIVA.

El descubrimiento se debe a observaciones realizadas por el investigador Murray Barr (1959), quien observó que cuando se analizaban núcleos en interfase de células de hembras de mamíferos, aparecía una estructura fuertemente teñida con máxima compactación, esta estructura se denomina corpúsculo de Barr. La interpretación genética la dio Mary Lyon en 1961, quien hipotizó que surgía como consecuencia de la inactivación de uno de los dos cromosomas X que portan las hembras de mamíferos, esta inactivación se produce por una heterocromatización del cromosoma X, mediante la obtención de una estructura compactada del mismo. ¿por qué se inactiva uno de los dos cromosomas X? M. Lyon hipotizó que era por un fenómeno de compensación de dosis, para ajustar la relación de la dosis génica entre autosomas y cromosomas sexuales en ambos sexos. En mujeres y hombres está relación no está compensada, en mujeres es 2A-2X (2 autosomas-2 cromosomas X) y en hombres 2A-1X (2 autosomas-1 cromosoma X). Hay genes que son sensibles a la dosis, por lo que influye en la vida celular, porque estos genes sensibles interaccionan críticamente con los autosomas en rutas importantes para la célula. Esta dosis hay que equilibrarla, por lo que hay que inactivar el cromosoma X en mujeres, ya que la dosis en hombres es la óptima. En la fase de blástula tardía se produce el proceso de inactivación de uno de los dos cromosomas X, esta inactivación ocurre al azar, se puede inactivar cualquiera pero en todo el linaje celular se mantiene el mismo cromosoma inactivado. Lo que nos conduce a mosaicos genotípicos, diferencias genotípicas, lo que es importante para ver el fenómeno de heterocromatización de los cromosomas. En el momento de la reproducción, la mujer, tiene un cromosoma inactivo en sus células y hay que reactivarlo, en las ovogonias existe este proceso de reactivación y los dos cromosomas X pasan a ser activos para dar gametos viables. En las espermatogonias se produce una inactivación transitoria de uno de los dos cromosomas X. Esta cromatina tiene la facultad de funcionar como eucromatina o como heterocromatina. -

INACTIVACIÓN DEL CROMOSOMA X EN MAMÍFEROS.

La inactivación del X se inicia conforme las células comienzan a diferenciarse de los linajes totipotente y pluripotente, lo que ocurre en la etapa tardía de blástula en ratones y con mucha probabilidad también suceda así en humanos. En cada célula que da lugar al feto femenino se elige para la inactivación uno de los dos cromosomas X parentales, pero la decisión para inactivar el cromosoma X de herencia paterna (XP) o el X materno (Xm) suele ser aleatoria y por consiguiente varía de célula a célula. El gen Xist es un gen que se expresa dando lugar a una molécula de ARN. El ARN Xist permanece localizado en el X inactivo, uniéndose y cubriendo este cromosoma. Esto desencadena el reclutamiento de un complejo proteico generando la

condensación de la cromatina y la conversión de la mayoría del X inactivo enheterocromatina. Pero no compacta todo el cromosoma, sólo aquellas partes que también están en el cromosoma Y.

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LA INACTIVACIÓN DEL CROMOSOMA X EN HEMBRAS.

●LAS GATAS CALICÓ Hay mosaicos en su pelaje que alternan el color negro y el naranja, ya que son heterocigóticas para el gen implicado en el color del pelaje. Hay un cromosoma $ (orange) y un cromosoma $ (black). Si en blástula tardía se inactiva el alelo para color naranja, todas sus células descendientes son del color negro. Si se inactiva el alelo negro, las células descendientes serán naranjas, de este modo se van formando los mosaicos de distintos colores.

XO XB ●MUJERES CON DISPLASIA ECTODÉRMICA ANHIDRÓTICA Tiene regiones de la piel que pierden las glándulas sudoríparas y el pelo, mientras en otras regiones la piel es normal. Estas mujeres tienen dos cromosomas X (materno y paterno) que se van inactivando indistintamente.

-HEMBRAS HETEROCIGÓTICAS. MOSAICOS DEL FENOTIPO. DISPLASIA ECTODÉRMICA. Por compensación de dosis hay zonas en la piel que pierden glándulas sudoríparas.. Hay dos cromosomas X y se van heterocromatinizando e inactivando en blástula tardía. ¿Cómo se lleva a cabo la inactivación de uno de los dos cromosomas? Existe un gen en un cromosoma X que juega un papel fundamental en este proceso: En humanos XIST en ratones xist?. Reside en cromosomas X y el gen XIST. Y el cromosoma Y que se va a inactivar se expresa y da lugar a una molécula de ARN no codificador. ARNnc .

En este ARN no codificador que se expresa el gen que se va a inactivar, esta el cromosoma que se va a inactivar, no a todo el cromosoma ai no que a gran parte de el. Si no encuentra a todos los cromosomas existen cromosomas X que no se van a inactivar porque esos genes se requieren en dobles dosis. Cuando hace esto recluta al aparato de remodelación de la cromatina que pasa de estado de cromatina a heterocromatina.

- NÚMERO DE CROMOSOMAS DEL CARIOTIPO HUMANO (TJIO Y LEVAN, 1956). Cariotipo se define como el complemento o dotación cromosómica de una célula o un individuo. Dotación cromosómica haploide se corresponde con una célula o individuo que tiene una copia de cada cromosoma. Dotación diploide, dos copias de cada cromosoma, etc. Tjio y Levan fueron los primeros en determinar el número de cromosomas que tenía el cariotipo La tinción de Feulgenes una técnica de tinción descubierta por Robert Feulgen y usada en histología para identificar material cromosómico o ADN en células. Depende de la hidrólisis ácidadel ADN.El material es sometido a una hidrólisis con ácido clorhídrico 1N a 60 °C, o 5N a temperaturaambiente, y luego al reactivo de Schiff (ácido sulfuroso + fucsina).Da una coloración rosa a los cromosomas. Idiograma: Diagrama de los cromosomas de una célula dispuestos de una manera ordenada. Seordenan de mayor a menor.

- EL SÍNDROME DE KLINEFELTER. El síndrome de Klinefelter es uno de un grupo de problemas de los cromosomas sexuales y ocurreen hombres que tienen al menos un cromosoma X extra. Por lo general, esto se presenta debido a uncromosoma X adicional. Esto se escribiría como XXY. Sus síntomas son: proporciones corporales anormales (piernas largas, tronco corto, hombro igual altamaño de la cadera), agrandamiento anormal de las mamas (ginecomastia), infertilidad, problemassexuales, vello púbico, axilar y facial menor a la cantidad normal, testículos pequeños y firmes,estatura alta, retraso mental.

- TÉCNICAS DE BANDEO CROMOSÓMICO. Casperson y otros encontraron que cuando los cromosomas se someten a diferentes tratamientos químicos y/o físicos, se obtiene un patrón de bandas claras y oscuras de

modo transverso, que se van alternando a lo largo de todos los cromosomas. La importancia de estas técnicas es que producen patrones de bandas altamente reproducibles que permiten reconocer y caracterizar cambios cromosómicos de pequeña entidad. Existen diferentes técnicas de bandeo:

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• Bandas G, Q y R: son generales para todos los sectores cromosómicos. • Bandas T: específicas para regiones teloméricas. • Bandas C: también son para regiones específicas. Bandas G: se somete a los cromosomas a una digestión proteica suave con Tripsina, para que al digerir parte de las proteínas se rompa muy parcialmente la estructura del cromosoma y el ADN se hace accesible al sistema de tinción. Si la digestión fuese intensa se rompería toda la estructura del cromosoma. Después se somete a los cromosomas a tinción Giemsa, conjunto de sales con carga positiva, por lo tanto gran afinidad con el ADN, y se obtiene una serie alternante de bandas claras y oscuras específica de cada cromosoma. Las bandas oscuras o G(+) contienen secuencias de ADN ricas en los pares de bases adenina y timina y por lo tanto son regiones de ADN pobres en genes codificadores de proteínas. Bandas R: se obtienen tratando los cromosomas con calor en una solución salina y posteriormente tinción con Giemsa, lo que hace que el ADN se desnaturalice. Su nombre viene de REVERSE ya que da un patrón contrario a las bandas G, ya que obtenemos unas bandas claras. Las bandas oscuras R o R(+) obtienen secuencias ricas en los pares de bases guanina citosina. El patrón de bandas G se hace en un estado de mayor compactación, prometafase, y se obtienen de 400-850 bases....