introducción del genoma humano

Introducción al genoma humano.

Cristina Martínez Bouzas

Burgos febrero de 2005

Introducción al genoma

EVOLUCION DEL CONCEPTO DE GEN

EL GENOMA DE LOS PROCARIOTAS

EL ADN DE LOS EUCARIONTES

ADN de copia única

ADN repetitivo

EL GENOMA DE LOS ORGANULOS

Mitocondrias

EL GENOMA VIRICO

Evolución del Concepto de GenConcepto primero

Los genes son secuencias de bases del ADN que codifican proteínas.

Un gen un polipéptido

Después

Un gen ARNm, ARNt, ARNsn, ARNsc, ARNi

Los genes son secuencias de bases del ADN que codifican ARN.

También pueden ser segmentos de ARN como en el caso de los RNA virus.

Evolución del Concepto de GenDespués

Además, se ha observado que los genes pueden codificar una o varias cadenas polipeptídicas

Concepto actual

Los genes se definen como unidades de transcripción que sirven de molde para la síntesis de ARNs.Los productos de los genesSon moléculas de ARN, copiadas de la secuencia de nucleótidos del gen, capaces de transmitir información biológica.La información del gen es, por tanto, un conjunto de instrucciones para la síntesis de ARN que, a su vez, puede dirigir la síntesis de cadenas polipeptídicas, o bien actuar por sí mismo en la célula.

CROMOSOMA BACTERIANO

• único cromosoma circular

• ADN bicatenario

• superenrrollamiento generado por proteínas no histonicas

•carece de secuencias no informativas

• la transcripción y la traducción son simultaneas

Genoma de los Procariotas

Genoma de los EucariotasCaracterísticas del ADN en la células somáticas humanas.

Nuclear Mitocondrial

Tipo de ADN Lineal, bicatenario Circular, bicatenario

Tamaño 3,3 109 pb 16.5 kb

Cromosonas 23 distintos x2copias=46

Uno, con docenas de copias por

célula

Nucleosomas si No

Proteínas asociadas

Histonas y no histonas

Libre de proteínas

ADN codificante 3-5% ~93%

ADN repetitivo abundante Casi inexistente

Número de genes 30.000-40.000 37

Densidad de genes

1 gen cada 30-50kb 1 gen cada 0,45kb

Presencia de intrones

En casi todos los genes

ausente

Genoma de los EucariotasADN nucleosómico

El ADN de los eucariotas no se encuentra libre en el núcleo.

Siempre está enrrollado alrededor del core de las histonas.

Genoma de los eucariotas.

Engrosamiento

El ADN bicatenario muestra 4 niveles de condensación:

Fibra nucleosómica 6x

Solenoide 15x

Eucromatina-Heterocromatina hasta 350x

Cromosoma metafásico 700x.

Genoma de los eucariotas.

Grados de condensación

El estado de condensación varia según la etapa del ciclo celular:

•Núcleo interfásico contiene eucromatina y heterocromatina.

•La célula en mitosis contiene ADN más condensado, hasta llegar al máximo grado en el cromosoma metafásico.

Genoma de los eucariotas.

Tamaño relativo del ADN nuclear

La correlación entre cantidad de ADN y escala evolutiva es válida entre virus, procariotas y eucariotas.

La correlación no existe entre especies de animales y plantas.

Genoma de los eucariotas.

Cromosomas y tamaño del genoma

No existe correlación entre el tamaño del genoma y el número de cromosomas.

pb Homo> pb Gallus

46 Homo < 78 Gallus

Genoma de los eucariotas.

Organización del genoma

Genoma

DNA de copia única

DNA repetitivo

No codificante

(extragénico)

Codificante (genomico)

Codificante (genomico)

No codificante

(extragenico)

Estructural

Regulador

Intragenico

Intergenico

Estructural

Regulador

Altamente repetitivo

y Agrupado

Moderadamente repetitivo y

Disperso

Genoma de los eucariotas.

Organización del genoma

Genoma

DNA de copia única

No codificante

(extragénico)

Codificante (genomico)

Estructural

Regulador

Intragenico

Intergenico

DNA de copia única

Codificante: genes

No codificante

Estructural: codifica polipéptidos o ARNs

Regulador: controla la expresión del gen

Intragénico: intercalado dentro de los genes

Intergénico: separa los genes

Genoma de los eucariotas.

Organización del genoma

Genoma

DNA repetitivo

Codificante (genomico)

No codificante

(extragenico)

Estructural

Regulador

Altamente repetitivo

y Agrupado

Moderadamente repetitivo y

Disperso

DNA repetitivo

No codificante

Codificante

Agrupado: genes repetidos en tándem, familias multigénicas agrupadas

Disperso: familias multigénicas dispersasRepeticiones en tándem: minisatélite y microsatélite

Repeticiones dispersas

SINE: Alu

LINE: Kpn

Genoma de los eucariotas.

ADN repetitivo codificante: familia génica agrupada en tándem

Organización del genoma

Genoma de los eucariotas.

ADN repetitivo codificante: familia multigénica dispersa

Organización del genoma

Genoma de los eucariotas.

Organización del genoma

ADN repetitivo no codificante

Genoma de los eucariotas.

Organización del genoma

Genoma de los orgánulos

La mitocondria es un orgánulo muy

abundante en el citoplasma celular

El ADN mitocondrial tiene un tamaño de aproximadamente 16,5kb.

Es bicatenario, circular y se encuentra repetido decenas de veces en cada mitocondria.

Cada célula tiene muchas mitocondrias.

Genoma mitocondrial

Genoma de los orgánulosGenoma

mitocondrial El ADN mt contiene información para:

•13 polipéptidos

•Subnidaddes 1-6 de NADH

•Subunidades 1-2-3 de COX

•Subunidades 6 y 8 de ATPsistetasa

•Cytb

•2 ARNr

•RNA 12S

•RNA 16S

•22 ARNt

Genoma de los orgánulosGenoma

mitocondriaTransmisión matrilineal

El ADNmt se transmite por vía de herencia matrilineal.

Las mitocondrias del cigoto procedentes del gameto materno.

Las mitocondrias del gameto paterno en caso de llegar al cigoto suelen ser degradadas.

Por este motivo, los hijos heredan el ADN mitocondrial de la madre.

Sólo en casos excepcionales se ha observado ADNmt de origen paterno.

Genoma mitocondrial

Genoma de los Orgánulos

Al igual que ocurre con el genoma nuclear, no existe correlación entre tamaño de ADNmt y escala evolutiva.

El ADNmt de levadura es mucho mayor que el ADNmt humano.

Este tamaño mayor del ADNmt de levadura puede ser debido a la menor distancia que separa las levaduras de las bacterias cuyo ADN dio lugar al ADNmt.

Genoma víricoTipos de genomas virales

•ADN o ARN

•Circular o lineal

•Número de genes oscila entre unos pocos y cientos

Genoma víricoCarácteristicas

Genoma altamente empaquetado y plegado en el interior de una cubierta protéica.

Relación longitud / volumen muy elevado

Origen vírico:

-pequeños fragmentos de ADN que desarrollaron la capacidad de multiplicarse independientemente de sus células huésped.

- probablemente surgieron a partir de un plásmido que adquirió los genes que codifican las proteínas de la cápside.

No se posee ADN intergénico.

En ocasiones, ambas hebras de un mismo segmento son codificantes.

Nociones Básicas sobre el gen

•Genes e Información Biológica

•Elementos del gen

Genes e Información Biológica•Un gen es un segmento de ADN de la molécula de ADN

(75 pb a 2.300 kb) que constituye una unidad de transcripción.

•La información biológica del gen está contenida en su secuencia nucleotídica y consiste en un conjunto de instrucciones para la síntesis de una molécula de RNA, que a su vez:

•Dirige la síntesis de una molécula polipeptídica.

•O bien es funcional por sí misma

•Cada gen es portado por sólo una de las dos hebras del ADN que lo contiene. Esta hebra se llama hebra codoficante o hebra molde.

Genes e Información Biológica

•La información biológica de la hebra molde se lee en dirección 3´-5´.

•Los genes situados en un mismo cromosoma están separados por espaciadores o ADN intergenico.

•No todos los genes de un cromosoma son codificados por la misma hebra.

Genes e Información Biológica

Los genes de eucariotas no suelen mostrar solapamiento.

El solapamiento es común en los genomas virales.

Genes e Información Biológica

Algunas puntualizaciones

•La hebra codificante se orienta de 3´a 5´.

•El ARN copiado comienza en 5´y crece en dirección 3´.

•Las secuencias del ADN de la hebra no codificante y del ARN transcrito son iguales (salvo T/U).

•Por este motivo, se ha adoptado el convenio de escribir los genes en sentido 5´a 3´, aunque la hebra codificante sea la otra de 3´a 5´.

Elementos del GenEstructura general

•Elementos reguladores: promotor o lugar de enlace de factores de transcripción y RNA polimerasa.

•Secuencia estructural: exones codificantes e intrones que serán eliminados

•Señal de terminación: zona donde termina la copia a ARN.

Elementos del GenRegión promotora

Consta de dos tipos: promotor basal y promotor proximal.

Promotor Basal

•Comprende las secuencias que defines el punto de inicio de la transcripción.

•Se suele localizar de 100 a 110pb del lugar de inicio de la transcripción.

•Puede contener la caja TATA de Hogness y la secuencia iniciadora Inr.

•En algunos promotores se encuentran ambas secuencias, en otros sólo una de ellas y en ocasiones pueden ser de otros tipos.

N: cualquier nucleótido

Y: bases pirimidínicas

punto de inicio de la síntesis de ARN

Elementos del GenRegión promotora: promotor proximal

•La presencia del promotor basal no suelen ser suficiente para iniciar la síntesis del ARN.

•Se requiere un promotor proximal situado entre -30 y -200 pb corriente arriba del inicio de la transcripción.

•El promotor proximal determina la frecuencia con la que se produce el inicio de la transcripción.

•Las secuencias más habituales son la caja CAAT y la caja GC que aparece en copias múltiples y en cualquier orientación a ambos lados de la caja CAAT

punto de inicio de la síntesis de ARN

Elementos del GenRegión promotora: secuencias promotoras dístales.

•Se corresponde con genes inducibles.

•Estas secuencias pueden estar a varios miles de pb corriente arriba o corriente abajo del gen.

•Pueden ser potenciadores (enhancers) o silenciadores (silencers).

•También se conocen como elementos específicos de regulación, módulos de control o elementos de respuesta.

Elementos del GenFactores de transcripción que se unen a las secuencias promotoras

Unión a caja TATA: factores de transcripción generales.

•TFIID formado por TBP general + TAFs específicos, de 9 a 12.

•THIIH helicasa y quinasa de RNApolII

•El molde de unión puede ser holoenzima o escalonado.

Unión a CAAT y GC: factores de transcripción proximales

•CTF o NF1 y SP1.

Elementos del Gen

Lugares de inicio y terminación de la secuencia codificante.

La región del gen que se transcribe a ARN es más larga que la secuencia que contiene los exones codificantes ya que el lugar de inicio está precedido por un segmento leader y en el extremo final se encuentra un segmento trailer.

Elementos del Gen

Lugares de inicio

El lugar de inicio es siempre un triple ATG que corresponde al aminoácido metionina.

Varios intrones (secuencias intercaladas no codificantes) y varios exones (secuencias codificantes que son parte de un solo gen)

Elementos del GenLugares terminación

Terminación de la secuencia codificante.

El lugar de terminación es uno de los tripletes stop que pueden ser TAA, TAG, TGA.

Terminación de la transcripción

El extremo final del gen es el lugar donde se termina la transcripción debido a que se une una proteína de pausa o terminadora que impide el avance de la ARN polimerasa.

Antes del final se encuentra la secuencia consenso AATAAA de poliadenilación a la que se une el factor de poliadenilación por escisión CPSF que rompe el ARN para que después actúa la poli(A) polimerasa.

Varios intrones (secuencias intercaladas no codificantes) y varios exones (secuencias codificantes que son parte de un solo gen)