02 El Genoma Humano
Dr. Alfonso C. Martínez-Conde Ibáñez
Genética Molecular Humana
Realizado por Dr. A. Martínez-Conde & Dra P. Mayor Dep. Bioquímica y Biología Molecular Fac. Medicina Universidad Complutense de Madrid. © Prohibida la copia total o parcial
Genética Molecular Humana
Departamento de Bioquímica y Biología Molecular
Facultad de Medicina
Universidad Complutense de Madrid. Curso 2018 - 2019
PROHIBIDA SU REPRODUCCIÓN. ES PROPIEDAD DE LAB314.COM
Concepto de Genoma. El genoma es el conjunto del material genético de una célula, unindividuo o una especie.
El genoma humano ( genoma de especie ) está constituido por el genoma nuclear oDNA de los 24 cromosomas nucleares ( ubicados en el núcleo celular ) y el genomamitocondrial o DNA del cromosoma mitocondrial.
Realizado por Dr. A. Martínez-Conde & Dra P. Mayor Dep. Bioquímica y Biología Molecular Fac. Medicina Universidad Complutense de Madrid. © Prohibida la copia total o parcial
Los 24 cromosomas nucleares son 24 moléculas lineales de DNA que se ordenan porsu tamaño, del 1 al 22 ( cromosomas no sexuales o autosomas ). Se denominan con unnúmero que corresponde con su posición en dicho orden. Los cromosomas sexualeshumanos se denominan X e Y. El cromosoma mitocondrial MT es circular.
El genoma humano ( genoma de especie ) está constituido por el DNA de los 24 cromosomasnucleares ( ubicados en el núcleo celular ) y un cromosoma mitocondrial
Tamaño y peso del genoma humano
Realizado por Dr. A. Martínez-Conde & Dra P. Mayor Dep. Bioquímica y Biología Molecular Fac. Medicina Universidad Complutense de Madrid. © Prohibida la copia total o parcial
Una célula diploide humana contiene 46 cromosomas nucleares y dependiendo del tipo celular,desde unos miles a medio millón de copias del pequeño cromosoma mitocondrial.
La célula haploide humana tiene aproximadamente 3.109 bp. La célula diploide tieneaproximadamente 6.109 bp.
Con pequeñas diferencias para una célula de hombre o de mujer, una célula diploide humanacontiene aproximadamente 6.6 pg de DNA (http://www.fasebj.org/cgi/reprint/05-3904fjev1.pdf ), Enla práctica se obtiene entre 5 y 6 µg de DNA por cada millón de células humanas.
Cada uno de los 24 cromosomas nucleares humanos se puede estudiar en Metafaseporque es cuando el cromosoma se encuentra mas condensado. En esta fase cadacromosoma está formado por 2 cromátidas.
CROMÁTIDA
Brazo q( grande )
Decimos que las células sexuales espermatozoides y oocitos son haploides porque sonportadoras de un único juego de 23 cromosomas nucleares: 22 + X o 22 + Y.Decimos que las células somáticas son diploides porque poseen 2 juegos decromosomas nucleares (23 + 23) es decir, 46 cromosomas: 44 + XX o 44 + XY.
Realizado por Dr. A. Martínez-Conde & Dra P. Mayor Dep. Bioquímica y Biología Molecular Fac. Medicina Universidad Complutense de Madrid. © Prohibida la copia total o parcial
Cromosoma en Metafase( dos cromátidas )
CENTRÓMERO
Cromátida
Brazo p( pequeño )
Cada cromosoma tiene dos brazos denominados p y q
Go
G2M
cromosomas homologos
Los Cromosomas durante las diferentes fases del ciclo celular y el
periodo G0 de células en quiescencia y senescencia
Realizado por Dr. A. Martínez-Conde & Dra P. Mayor Dep. Bioquímica y Biología Molecular Fac. Medicina Universidad Complutense de Madrid. © Prohibida la copia total o parcial
GoG1S
Esta molécula de DNA se condensa o empaqueta. Este alto grado de empaquetamientose puede cuantificar. El DNA se empaqueta entre 10.000 y 50.000 veces; es decir, lamolécula se dispone de tal forma que entre ambos extremos la distancia se reducehasta 50.000 veces..
Desde el punto de vista de la Genética Molecular, los cromosomas nucleares en losperiodos G0 y G1 son moléculas de DNA. Esta molécula es extraordinariamente larga. Alo largo de esta molécula se disponen los genes de ese cromosoma.
condensación
Realizado por Dr. A. Martínez-Conde & Dra P. Mayor Dep. Bioquímica y Biología Molecular Fac. Medicina Universidad Complutense de Madrid. © Prohibida la copia total o parcial
X 10.000
descondensación
molécula lineal de dsDNADoble hélice
d d
10.000
G1 o G0 Metafase
Los genes se disponen a lo largo de cada cromosoma
Gen a Gen b Gen c Gen d
Cromosoma en periodos G1 o G0
molécula lineal dedsDNA
Doble hélice
Realizado por Dr. A. Martínez-Conde & Dra P. Mayor Dep. Bioquímica y Biología Molecular Fac. Medicina Universidad Complutense de Madrid. © Prohibida la copia total o parcial
Cromosoma en Metafase
Gen a
Gen b
Gen c
Gen d
Los cromosomas tienen dirección:
Desde el telómero del brazo p hasta el extremo del brazo q
Los pares de bases del cromosoma se numeran desde el extremo del brazo p hasta el extremo del brazo q
Gen a Gen b Gen c Gen d
Cromosoma en periodos G1 o G0
molécula lineal dedsDNA
Doble hélice
Dirección de la numeración de las bases
Realizado por Dr. A. Martínez-Conde & Dra P. Mayor Dep. Bioquímica y Biología Molecular Fac. Medicina Universidad Complutense de Madrid. © Prohibida la copia total o parcial
Cromosoma en periodos G1 o G0
Cromosoma en Metafase
Gen a
Gen b
Gen c
Gen d
Dirección de la numeración de las bases
Gen DNA
Recordemos que en el proceso de síntesis de RNA o transcripción, se utiliza comomolde una molécula de DNA, pero más concretamente una de las 2 cadenas.
Dirección del Gen
Cada gen tiene una dirección determinada en el cromosoma
Símbolo del lugar y dirección de la transcripción de un gen
Realizado por Dr. A. Martínez-Conde & Dra P. Mayor Dep. Bioquímica y Biología Molecular Fac. Medicina Universidad Complutense de Madrid. © Prohibida la copia total o parcial
Transcripción
Gen DNA
mRNA5´P 3´OH
Dirección del mRNA
De las dos cadenas del dsDNA una de ellas se denomina cadena codificadora y laotra se denomina cadena molde.
La dirección del RNA nos permite discernir una cadena de la otra. La cadena molde esaquella que sirve de molde para la síntesis del RNA y por lo tanto es complementaria ala molécula de RNA y de sentido contrario (antisense)
La cadena cadena codificadora tiene la misma secuencia que el RNA si se cambia Tpor U. La cadena codificadora (+) o sense es la que se representa bio-informáticamente y sudirección o sentido es también la dirección o sentido del gen dentro del cromosoma.
Realizado por Dr. A. Martínez-Conde & Dra P. Mayor Dep. Bioquímica y Biología Molecular Fac. Medicina Universidad Complutense de Madrid. © Prohibida la copia total o parcial
5´
5´
3´ 5´
3´
3´Cadena codificadora
RNA
( + ) o sense
( + ) o sense
Cadena molde ( - ) o antisense
La cadena codificadora y el RNA transcrito serán identicas en secuencia de bases, sisustituimos T por U.
A T C G G G T A A T C C C A A A T C C G C G A
T A G C C C A T T A G G G T T T A G G C G C T 5´
3´5´
3´
Codificadora (+)
Molde (-)
Realizado por Dr. A. Martínez-Conde & Dra P. Mayor Dep. Bioquímica y Biología Molecular Fac. Medicina Universidad Complutense de Madrid. © Prohibida la copia total o parcial
A U C G G G U A A U C C C A A A U C C G C G A 3´5´ RNA (+)
Los genes se disponen a lo largo de cada cromosoma, pero en cada una de las dos cadenas del cromosoma pueden encontrarse cadenas codificadoras y cadenas molde de diferentes genes.
Realizado por Dr. A. Martínez-Conde & Dra P. Mayor Dep. Bioquímica y Biología Molecular Fac. Medicina Universidad Complutense de Madrid. © Prohibida la copia total o parcial
Gen a Gen b Gen c Gen d
Genes dispuestos con la misma o diferente Orientación a lo largo del cromosoma
a b c d
5´ 3´
p q
Dirección del Cromosoma0M 1M
gen a gen b gen c gen d
Realizado por Dr. A. Martínez-Conde & Dra P. Mayor Dep. Bioquímica y Biología Molecular Fac. Medicina Universidad Complutense de Madrid. © Prohibida la copia total o parcial
5´3´
0M 1M
315.
742
321.
491
482.
367
512.
344
En el ejemplo, las bp del cromosoma o del contig se numeran desde 0M hasta 1M, los genes b y c se disponen con diferente Orientación en el cromosoma (minus y plus respectivamente).
El gen b (orientación minus) se encuentra entre los pares de bases 315.742 y 321.491El gen c (orientación plus) se encuentra entre los pares de bases 482.367 y 512.344
5´GGGCCCGTCACCTGGTTTAAA 3´
5´TTTAAACCAGGTGACGGGCCC 3´
5´ 3´
3´ 5´
Ejemplo de un mismo gen en orientación plus (+) y minus (-)
PL
US
(+)
RNA5´ 3´
Dirección del Dirección del
Realizado por Dr. A. Martínez-Conde & Dra P. Mayor Dep. Bioquímica y Biología Molecular Fac. Medicina Universidad Complutense de Madrid. © Prohibida la copia total o parcial
5´GGGCCCGTCACCTGGTTTAAA 3´
5´TTTAAACCAGGTGACGGGCCC 3´5´ 3´
3´ 5´M
INU
S (-)
RNA
3´ 5´
Dirección delCromosoma
Dirección delCromosoma
5´
5´
3´
3´
gen a gen b gen c gen d
Dirección del Cromosoma0M 1M
0M 1M
Realizado por Dr. A. Martínez-Conde & Dra P. Mayor Dep. Bioquímica y Biología Molecular Fac. Medicina Universidad Complutense de Madrid. © Prohibida la copia total o parcial
gen a gen b gen c gen dCadena (+)
RNA (+)
Esto significa que dentro del cromosoma, o de un contig o de un clon, el gen va a tener ORIENTACIÓN plus o minus. Sin embargo su cadena codificadora siempre es sense (+) por definición; porque tiene la misma dirección que el transcrito.
Son raras las ocasiones en las que existen genes incluidos en el interior de otros genes. Un ejemplo sería el caso de estos genes:
Genes dentro de genes
El gen NF1 de la Neurofibromatosis tipo 1 contiene en el interior de su intrón 26, tres genes con orientación contraria (EVI2B, OMG y EVI2A) y un pseudogen (AK3P1) con su misma orientación.
http://www.ncbi.nlm.nih.gov/sites/entrez?db=gene&cmd=retrieve&dopt=full_report&list_uids=4763
Realizado por Dr. A. Martínez-Conde & Dra P. Mayor Dep. Bioquímica y Biología Molecular Fac. Medicina Universidad Complutense de Madrid. © Prohibida la copia total o parcial
http://www.ncbi.nlm.nih.gov/sites/entrez?db=gene&cmd=retrieve&dopt=full_report&list_uids=4763
El gen RB1 de la proteína del Retinoblastoma contiene en su interior un gen con orientación contraria (LPAR6).
http://www.ncbi.nlm.nih.gov/sites/entrez?db=gene&cmd=retrieve&dopt=full_report&list_uids=5925
Las técnicas de bandeo han permitido dividir cada cromosoma en unidades discretas denominadas bandas. La tinción G (Giemsa) permite obtener dos tipos de bandas que alternan a lo largo del cromosoma; son las bandas claras (ricas en C y G) y las bandas oscuras (ricas en A y T). Existen varias técnicas de tinción. Dependiendo del material biológico utilizado y la calidad de la preparacion se obtiene un número mayor o menor de bandas
Desde el punto de vista de la Genética Molecular, cada cromosoma en periodos Go / G1 es una sola molécula deDNA (una cromátida). Esta molécula es extraordinariamente larga. A lo largo de esta molécula se disponen losgenes de ese cromosoma.
Realizado por Dr. A. Martínez-Conde & Dra P. Mayor Dep. Bioquímica y Biología Molecular Fac. Medicina Universidad Complutense de Madrid. © Prohibida la copia total o parcial
Las bandas se denominan con el número de cromosoma, seguido de la abreviatura del brazo ( p o q ).
A continuación sigue un número que indica la banda. Empezando la numeración desde el centrómero hacia el extremo del brazo correspondiente.
Por ejemplo: 1p33
Las bandas pueden resolverse en sub-bandas.
1p
Realizado por Dr. A. Martínez-Conde & Dra P. Mayor Dep. Bioquímica y Biología Molecular Fac. Medicina Universidad Complutense de Madrid. © Prohibida la copia total o parcial
Por ejemplo, la bamda 1q32 tiene varias sub-bandas:
1q32.1 / 1q32.2 / 1q32.3
1q
Desde el punto de vista de laGenética Molecular, cadacromosoma en periodos Go / G1 esuna sola molécula de DNA (unacromátida). Esta molécula esextraordinariamente larga. A lolargo de esta molécula se disponenlos genes de ese cromosoma.
Chromosome # Genes 2001 # of Bases
Chromosome 1 2968 279 million bases
Chromosome 2 2288 251 million bases
Chromosome 3 2032 221 million bases
Chromosome 4 1297 197 million bases
Chromosome 5 1643 198 million bases
Chromosome 6 1963 176 million bases
Chromosome 7 1443 163 million bases
Chromosome 8 1127 148 million bases
Chromosome 9 1299 140 million bases
Chromosome 10 1440 143 million bases
Chromosome 11 2093 148 million bases
Chromosome 12 1652 142 million bases
# Genes 2014 # Genes 2017
3958 5.078
2787 3.862
2203 2.971
1702 2.441
1892 2.578
2302 3.000
2146 2.774
1534 2.152
1742 2.262
1607 2.174
2364 2.920
1950 2.521
Realizado por Dr. A. Martínez-Conde & Dra P. Mayor Dep. Bioquímica y Biología Molecular Fac. Medicina Universidad Complutense de Madrid. © Prohibida la copia total o parcial
Chromosome 13 748 118 million bases
Chromosome 14 1098 107 million bases
Chromosome 15 1122 100 million bases
Chromosome 16 1098 104 million bases
Chromosome 17 1576 88 million bases
Chromosome 18 766 86 million bases
Chromosome 19 1454 72 million bases
Chromosome 20 927 66 million bases
Chromosome 21 303 45 million bases
Chromosome 22 288 48 million bases
Chromosome X 1184 163 million bases
Chromosome Y 231 51 million bases
32040 3254 million bases
Chromosome size source: International Human Genome Sequencing Consortium. Initial sequencing and analysis of the human genome. Nature 409:860-921(2001).Gene count source: Wellcome Trust. Unveiling your genome. Wellcome News Supplement Q1:13-23(2001).
16569 bp
993 1.381
1655 2.055
1428 1.814
1535 1.920
2010 2.432
657 988
2188 2.481
1014 1.349
584 756
956 1.172
1805 2.158
458 577
41470 53816
El Proyecto Genoma HumanoEl Proyecto Genoma Humano consistió en la secuenciación de todo el DNA del genoma humano; esto es, la descripción, base a base, de las 3.231 millones de bp del genoma humano.
En el año 2000 finalizó el borrador de la secuencia del Genoma y fue publicada en Febrero de 2001.
http://www.nature.com/nature/journ
Realizado por Dr. A. Martínez-Conde & Dra P. Mayor Dep. Bioquímica y Biología Molecular Fac. Medicina Universidad Complutense de Madrid. © Prohibida la copia total o parcial
Un primer hito fue la culminación de la secuencia del cromosoma 22, publicada en Diciembre de 1999.
En el año 2003 se ha dado por concluido oficialmente el Proyecto Genoma Humano
http://www.nature.com/nature/journal/v409/n6822/full/409860a0.html
Extracción
Se usaron diferentes fuentesesperma, líneas celulares, sangre
DNA Genómico
¿Cómo se realizó?
Realizado por Dr. A. Martínez-Conde & Dra P. Mayor Dep. Bioquímica y Biología Molecular Fac. Medicina Universidad Complutense de Madrid. © Prohibida la copia total o parcial
DNA Genómico
El DNA fue digerido con enzimas de restricción ( MboI, EcoRI, ....)
Fragmentos de gran tamaño (100 a 500 kb)
Fragmentos de gran tamaño (100 a 500 kb)
BAC (Cromosoma artificial Bacteriano)Inserción (clonación)
inserto
Realizado por Dr. A. Martínez-Conde & Dra P. Mayor Dep. Bioquímica y Biología Molecular Fac. Medicina Universidad Complutense de Madrid. © Prohibida la copia total o parcial
CLON
Dig
estió
n co
n H
indI
IIfragmentos pequeños
inserto
vector
fragmentos pequeños
vector útil para la clonación y la posterior secuenciación
Clonación
Realizado por Dr. A. Martínez-Conde & Dra P. Mayor Dep. Bioquímica y Biología Molecular Fac. Medicina Universidad Complutense de Madrid. © Prohibida la copia total o parcial
El proyecto Genoma Humano ha permitido el ensamblamiento de las secuencias realizadas por multitud de investigadores y organismos que han secuenciado segmentos de DNA o de RNA de muy diferentes tamaños.
La secuencia de cada cromosoma humano se ha obtenido mediante la unión de secuencias de diferente tamaño que solapan. Esto permite construir grandes secuencias denominadas contigs (contiguous sequences).
componente
componente
componente
switch point
Realizado por Dr. A. Martínez-Conde & Dra P. Mayor Dep. Bioquímica y Biología Molecular Fac. Medicina Universidad Complutense de Madrid. © Prohibida la copia total o parcial
componente
contig
switch point
Los contig utilizan un formato de Accesion Number : NT_123456
Los cromosomas completos utilizan un formato de Accesion Number : NC_123456
Cuando se pueden ordenar los contig consecutivamentepero falta información, la estructura se llama scaffold(andamiaje). Cuando se completa pero existen huecos ofalta información, se puede denominar secuencia delcromosoma ensamblado (Chromosome assembly).Cuando se tiene toda la información se puede llamarcromosoma.1p
CONTIGs
Realizado por Dr. A. Martínez-Conde & Dra P. Mayor Dep. Bioquímica y Biología Molecular Fac. Medicina Universidad Complutense de Madrid. © Prohibida la copia total o parcial
1q
CONTIGs
MAP VIEWER del NCBI :
El Genoma Humano en la versión GRCh38 de 2013/12/17
Se denomina Primary Assembly (ensamblaje) al ensamblaje de cromosomas ensamblados más otra información adicional referente a secuencias todavía no localizadas. Sin embargo, el conjunto de las secuencias representa el genoma haploide humano sin redundancias.
El último Assembly publicado era el GRCh38 p.10
Realizado por Dr. A. Martínez-Conde & Dra P. Mayor Dep. Bioquímica y Biología Molecular Fac. Medicina Universidad Complutense de Madrid. © Prohibida la copia total o parcial
Fue precedida de un buen número de versiones: https://www.ncbi.nlm.nih.gov/assembly/organism/9606/all/
Assembly GRCh38 p.10 : https://www.ncbi.nlm.nih.gov/assembly/GCF_000001405.36/
chr total length GenBank Accession RefSeq Accession
1 249,250,621 CM000663.1 NC_000001.10
2 243,199,373 CM000664.1 NC_000002.11
3 198,022,430 CM000665.1 NC_000003.11
4 191,154,276 CM000666.1 NC_000004.11
5 180,915,260 CM000667.1 NC_000005.9
6 171,115,067 CM000668.1 NC_000006.11
7 159,138,663 CM000669.1 NC_000007.13
8 146,364,022 CM000670.1 NC_000008.10
9 141,213,431 CM000671.1 NC_000009.11
10 135,534,747 CM000672.1 NC_000010.10
El Genoma Humano en la versión GRCh37 de Agosto 2009
Realizado por Dr. A. Martínez-Conde & Dra P. Mayor Dep. Bioquímica y Biología Molecular Fac. Medicina Universidad Complutense de Madrid. © Prohibida la copia total o parcial
11 135,006,516 CM000673.1 NC_000011.9
12 133,851,895 CM000674.1 NC_000012.11
13 115,169,878 CM000675.1 NC_000013.10
14 107,349,540 CM000676.1 NC_000014.8
15 102,531,392 CM000677.1 NC_000015.9
16 90,354,753 CM000678.1 NC_000016.9
17 81,195,210 CM000679.1 NC_000017.10
18 78,077,248 CM000680.1 NC_000018.9
19 59,128,983 CM000681.1 NC_000019.9
20 63,025,520 CM000682.1 NC_000020.10
21 48,129,895 CM000683.1 NC_000021.8
22 51,304,566 CM000684.1 NC_000022.10
X 155,270,560 CM000685.1 NC_000023.10
Y 59,373,566 CM000686.1 NC_000024.9
El Genoma Humano en la versión GRCh38.p6 de 21 de Diciembre de 2015
Realizado por Dr. A. Martínez-Conde & Dra P. Mayor Dep. Bioquímica y Biología Molecular Fac. Medicina Universidad Complutense de Madrid. © Prohibida la copia total o parcial
Tomemos como ejemplo el cromosoma 1 . En 2009, en el caso del cromosoma 1, existían 19 contig, de ellos 2 no localizados (no posicionados).Falta una parte del cromosoma, como se puede observar en el gráfico del GRC
Realizado por Dr. A. Martínez-Conde & Dra P. Mayor Dep. Bioquímica y Biología Molecular Fac. Medicina Universidad Complutense de Madrid. © Prohibida la copia total o parcial
2009 2015
En 2015, en el caso del cromosoma 1, existen12 contig, de ellos 9 no localizados (noposicionados). Se ha producido unagrupamiento, por cierre de gaps, de los contiglocalizados que hace que su número se hayareducido de 17 a 3. Además han aparecido 7nuevos contig no localizados
Hay un total de 3380 genes (actualmente 3958) en este cromosoma y 6 (actualmente 18) no localizados
Symbol O
CALML6
LOC100287506
RNU5E
HTR6
SNIP1
HEYL
DMBX1
CYP4A11
L1TD1
TGFBR3
En el mapa del cromosoma 1 completo (sin utilizar el zoom) podemos ver ahora 20 genes, en su orden en el cromosoma, y a la derecha la orientación que tienen dentro del cromosoma.
Realizado por Dr. A. Martínez-Conde & Dra P. Mayor Dep. Bioquímica y Biología Molecular Fac. Medicina Universidad Complutense de Madrid. © Prohibida la copia total o parcial
TGFBR3
IGSF2
LOC100132999
TDRKH
NBPF18P
ATP8B2
RXFP4
MAEL
PRELP
RPL13AP11
OR14A2
EL DNA MITOCONDRIAL HUMANO Y SU EXPRESIÓN http:// www.lab314.com
La mitocondria tuvo en el pasado un interés restringido a los estudiosos de la citología, labioquímica metabólica y la bioenergética. Sin embargo, desde hace pocos años la mitocondriahumana se encuentra en un primer plano de la actualidad de las ciencias biomédicas. Estecambio radical se fundamenta en varios hechos :
1) El conocimiento de un numeroso grupo de enfermedades genéticas metabólicas, entre lascuales figuran más de medio centenar debidas a mutaciones puntuales consistentes en lasustitución de unas bases por otras, afectando a distintos genes del genoma mitocondrial. Aello hay que añadir los varios cientos de mutaciones no puntuales como son reordenacionesgenéticas del tipo de las delecciones o las inserciones de fragmentos de DNA de distintotamaño. Este aspecto de la mitocondria humana ha llamado la atención de los científicos
Realizado por Dr. A. Martínez-Conde & Dra P. Mayor Dep. Bioquímica y Biología Molecular Fac. Medicina Universidad Complutense de Madrid. © Prohibida la copia total o parcial
tamaño. Este aspecto de la mitocondria humana ha llamado la atención de los científicosinteresados en la terapia génica.
2) La utilidad del DNA mitocondrial como un marcador de gran fiabilidad en antropología molecularpara el estudio de la evolución humana, los flujos migratorios, etc. Utilidad que se extiende a laciencia forense, por su valor como marcador en la identificación de personas o elesclarecimiento de relaciones de parentesco.
3) La bioquímica metabólica ha acrecentado los conocimientos sobre el papel central de lamitocondria en el metabolismo celular. Al mismo tiempo se han clarificado definitivamente losaspectos bioenergéticos de la mitocondria en relación con el transporte de electrones, lafosforilación oxidativa y el necesario acoplamiento de ambos procesos.
4) Nuevos aspectos que prometen ser decisivos son su participación en el cáncer y lasenfermedades neurodegenerativas. Su interés creciente en oncología se debe a su papel centralen la apoptosis o suicidio celular, que impide en condiciones normales el desarrollo de tumores.
El genoma humano es el conjunto del DNA humano, conteniendo los genes. Dicho DNA estáorganizado en forma de cromosomas. Una célula somática típica tiene en su núcleo 46cromosomas. A este número ( 46 ) se llama número diploide de la especie humana.
Sin embargo, existe un cromosoma 47 en el genoma humano : es el pequeño cromosomamitocondrial. En el siguiente esquema podemos observar como en una célula somática típica elDNA se encuentra repartido en dos fracciones : Genoma Nuclear y Genoma Mitocondrial
Realizado por Dr. A. Martínez-Conde & Dra P. Mayor Dep. Bioquímica y Biología Molecular Fac. Medicina Universidad Complutense de Madrid. © Prohibida la copia total o parcial
¿Cuántos cromosomas mitocondriales o copias del DNA mitocondrial hay en una célula humana?
Dependiendo de la técnica utilizada existen importantes diferencias en la cuantificación. Podemos considerar como más exactas las valoraciones hechas mediante PCR cuantitativa.
Además, hay copias del DNA mitocondrial integradas en los cromosomas nucleares. Estas copias no funcionales se denominan numts (nuclear mitochondrial pseudogenes) y son frecuentemente causa de errores en la cuantificación de copias de mtDNA por célula. Como veremos a continuación el número de mtDNA varía mucho de unos tipos celulares a otros.
Los eritrocitos no contienen mitocondrias, lo cual condiciona su metabolismo extraordinariamente.
La mayoría de las células somáticas contienen entre 102 y 104 copias of mtDNA.
Realizado por Dr. A. Martínez-Conde & Dra P. Mayor Dep. Bioquímica y Biología Molecular Fac. Medicina Universidad Complutense de Madrid. © Prohibida la copia total o parcial
En células epiteliales hay unas 250 copias de mtDNA / célula repartidas entre unas 50 mitocondrias. Esto es, 5 copias de mtDNA por mitocondria. Esto es antes de la replicación del mtDNA; tras la replicación del mtDNA el número es de 10 mtDNA / mitocondria.
En higado existen 1,000 a 2,000 / hepatocito
En miocardio hay alrededor de 7,000 copias de mtDNA / nucleo diploide.
En músculo esquelético unas 4,000 copias de mtDNA / nucleo diploide.
En el caso de las células no somáticas o gametos se dan los casos extremos. Un deficit de mtDNA en oocitos humanos es causa de infertilidad femenina. Por el contrario, los espermatozoides han perdido copias de mtDNA durante el proceso de maduración y deben alcanzar número ínfimo de copias mtDNA para ser funcionales.
Los oocitos humanos contienen una media de 200,000 copias de mtDNA copies. Un incremento en el número de copias se correlaciona con un incremento de la fertilidad femenina.
Por contra, los espermatozoides humanos maduros contienen una media de 10.1 copias de mtDNA y sin embargo contienen una media de 22 – 75 mitocondrias por espermatozoide. Esto indica que en los espermatozoides hay mitocondrias que carecen de mtDNA y otros con un número muy bajo de copias de mtDNA.
Realizado por Dr. A. Martínez-Conde & Dra P. Mayor Dep. Bioquímica y Biología Molecular Fac. Medicina Universidad Complutense de Madrid. © Prohibida la copia total o parcial
Recordemos que el genotipo de un organismo, para un gen determinado, recibe la denominación de homocigoto o de heterocigoto según sean los alelos iguales o diferentes, en el caso del mtDNA denominamos homoplasmia a la existencia de homogeneidad en las copias de mtDNA y heteroplasmia a la existencia de dos o más poblaciones distintas de mtDNA en el mismo organismo.
Realizado por Dr. A. Martínez-Conde & Dra P. Mayor Dep. Bioquímica y Biología Molecular Fac. Medicina Universidad Complutense de Madrid. © Prohibida la copia total o parcial
Genoma Nuclear : Genoma nuclear o DNA de los 46 cromosomas nucleares. Los cromosomasson moléculas lineales de DNA, y entre todos suman un tamaño total de 6.000 millones de paresde bases ( GC y AT ) constituyendo la fracción del genoma mayoritaria. De tal forma que el tamañomedio de los cromosomas humanos es de unos 130 millones de pares de bases. El genomahumano tiene un número aproximado de 55.000 genes.
Genoma Mitocondrial : Genoma mitocondrial humano. Constituido por un solo cromosoma, quees una molécula circular de DNA de un tamaño de 16569 pares de bases ( 8000 veces menor queel cromosoma medio ). Este tamaño de 16569 bp corresponde al primer DNA que se secuenció yes el DNA "secuencia Cambridge". Otras variantes tienen distinto tamaño ; así el DNA mitocondrial"secuencia africana" tiene 16559, mientras la "secuencia sueca" tiene 16570 bp. En cuanto a sunúmero, hay que precisar que la mayoría de las células tienen varios cientos de mitocondrias.Además cada mitocondria tiene varias moléculas de DNA, con lo que el número de copias delcromosoma circular en cada célula es de varios miles.
Realizado por Dr. A. Martínez-Conde & Dra P. Mayor Dep. Bioquímica y Biología Molecular Fac. Medicina Universidad Complutense de Madrid. © Prohibida la copia total o parcial
cromosoma circular en cada célula es de varios miles.
En la molécula de DNA circular de mitocondria las dos cadenas complementarias tienen unaproporción de C y G muy dispar, y por ello tienen un peso molecular muy distinto. Para distinguirlashablamos de cadena H o pesada ( heavy ) y cadena L o ligera ( light ).Cadena LComposición en bases (total bases : 16569): 5122 A ; 5180 C ; 2171 G ; 4096 TPeso molecular : 5.060.609 daltonsCadena HComposición en bases (total bases : 16569): 4096 A ; 2171 C ; 5180 G ; 5122 TPeso molecular : 5.168.726 daltons
EP
P
I
V
F
Q SL
MTND6 MTND5MTND1
L
rRNA 16s
rRNA 12s
D loop
Cytb
GENES
22 tRNAs
LAB314.COM
Realizado por Dr. A. Martínez-Conde & Dra P. Mayor Dep. Bioquímica y Biología Molecular Fac. Medicina Universidad Complutense de Madrid. © Prohibida la copia total o parcial
G
QM H
S
KD
W
S
YCNA
MTND3
MTND4L
MTND4
R
ATPase 8
ATPase6 COIII
COII
COI
MTND2
13 mRNAs
2 rRNAs