Organización del ADN Eucariota

cuando la célula se va a dividir, toda la cromatina se condensa para formar los cromosomas y permitir la distribución del ADN a las células hijas

Cromosomas

• se los define usualmente como el material hereditario organizado • tienen la función de conservar, transmitir y expresar la información genética que contienen

Cromosomas

Telómeros

Brazos

Centrómero

Cromátidas

Cromosoma con Satélite satélite constricción secundaria brazo 1 segmento proximal centrómero

brazo 2

Morfología de los Cromosomas

Metacéntrico

Submetacéntrico

Subtelocéntrico

Acrocéntrico

Telocéntrico

Morfología de los Cromosomas Índice Centromérico =

brazo corto x 100

largo total del cromosoma Morfología

Indice Centromérico

Sigla

Metacéntrico

50-37,5

m

Submetacéntrico

37,5-25

sm

Subtelocéntrico

25-12,5

st

Acrocéntrico

12,5-0

ac

Telocéntrico

0

t

Cromosomas Humanos

algunas porciones de cromatina se encuentran condensadas todo el tiempo y hace que el ADN no pueda transcribirse

la heterocromatina es genéticamente inerte

el resto de la cromatina se encuentra descondensada la mayor parte del tiempo y se denomina Eucromatina

la mayoría de la eucromatina se encuentra en forma de fibras de 30 nm de diámetro

alrededor del 10% de la eucromatina se encuentra menos condensada dispuesta en fibras de 10 nm lo cual permite la transcripción

Patrón de Bandeo

Bandeo C

Patrón de bandeo C en Triticum monococcum ssp. boeticum y T. monococcum ssp. urartu.

Bandeo C

Patrón de bandeo C en machos de Triatoma infestans.

ADN Telomérico • desempeña un papel importante en la replicación y el mantenimiento del cromosoma. • es similar en casi todos los eucariotas, es decir son secuencias que se han conservado a lo largo de la evolución

• presenta una secuencia simple de ADN, repetida varios cientos o miles de veces que termina en una hebra de ADN monocatenaria • la secuencia repetitiva se caracteriza por presentar varias G en una de las hebras

ADN Telomérico

ADN Telomérico

ADN Centromérico • está formado por secuencias específicas a las cuales se unen numerosas proteínas formando los cinetocoros • las secuencias todavía no son demasiado conocidas, pero muestran una gran variación incluso entre especies afines • en humanos está organizado en una secuencia de 171 pb que se repite en tándem ocupando millones de pb • debido al gran tamaño, a los centrómeros de los mamíferos se unen 30-40 microtúbulos • en las levaduras solamente se une un microtúbulo a cada cinetocoro

ADN Centromérico

En S. cerevisiae el centrómero comprende una secuencia de 125 pb divididas en 3 secuencias diferentes: dos secuencias cortas de 8 a 25 pb separadas por una secuencia de 78-86 pb ricas en A-T.

En otra levadura, S. pombe, el centrómero comprende una región de 40 a 100 kb de ADN, que esta formada por una secuencia central única de 4-7 kb, flanqueada por secuencias repetitivas.

ADN Ribosómico • las secuencias se encuentran repetidas muchas veces y se disponen en tándem, una al lado de la otra • entre las diferentes copias hay una región espaciadora que no se transcribe a ARN y que participa en la regulación de los genes • el número de copias de los genes ribosómicos varía de un organismo a otro • E. coli: 5 a 10 copias; Drosophila: 130; Xenopus: 400-500 copias; humanos: 200 copias • el número de pares de cromosomas con genes ribosomales es variable. En muchos casos hay solo uno y en otros varios pares • en el hombre que hay cinco pares de cromosomas con NOR, que son el 13, 14, 15, 21 y 22.

Replicación del ADN

Modelo Semiconservativo hebra de ADN original

moléculas hijas de ADN luego de la replicación

Modelo Conservativo

hebra de ADN original

moléculas hijas de ADN luego de la replicación

Modelo Dispersivo

hebra de ADN original

moléculas hijas de ADN luego de la replicación

Meselson y Stahl (1958)

Síntesis de ADN

Síntesis de ADN • es la elaboración de una molécula de ADN copiada fielmente a partir de una molécula de ADN molde • se separan las dos cadenas y se utilizan como molde para sintetizar las nuevas cadenas • cada cadena nueva no es idéntica al molde, sino complementaria a él • para que las cadenas se separen existen puntos o secuencias específicas a lo largo de la molécula de ADN

• esas secuencias son llamados orígenes de replicación (ORI) y es el lugar dónde se unen las enzimas que realizan la replicación.

Enzimas

• La separación de las cadenas es llevada a cabo por una enzima capaz de romper los puentes de hidrógeno entre las bases, llamada helicasa

Enzimas

• Las cadenas simples se mantienen separadas por acción de las SSBP o proteínas de unión a cadena simple, que impiden que las dos hebras vuelvan a reasocierse

Enzimas • A medida las cadenas parentales se abren, la doble hélice va enrollándose sobre si misma produciendo un aumento de tensión.

la topoisomerasa I rompe solo una hebra de ADN, permitiendo que una hebra gire libremente sobre la otra y se desenrolle • Para evitar el aumento de tensión por superenrrollamiento actúan sobre la doble hebra enzimas llamadas topoisomerasas.

Enzimas

la topoisomerasa II corta las dos hebras y pasa una doble hebra a través de este agujero, aliviando la tensión por superenrollamiento.

Enzimas Con la ayuda de las topoisomerasas y las SSBP, las helicasas van abriendo la doble cadena hacia ambos lados del origen de replicación, formando la burbuja de replicación.

Cada extremo de la burbuja se denomina horquilla de replicación que es el lugar donde se lleva a cabo la replicación del ADN.

Enzimas La replicación en sí, la realiza una enzima llamada ADN polimerasa III (ADN pol), que tiene una longitud aproximada de 1000 a.a. y un diámetro de 65 Ẳ.

Esta enzima es capaz de tomar nucleótidos del medio, colocarlos respetando la complementariedad de bases con la cadena molde y polimerizarlos para formar la cadena complementaria del ADN.

ADN polimerasa • Requiere de una cadena de ADN molde (polimerasa ADN - dependiente). • Lee la cadena molde en dirección 3’-5’, y construye la cadena nueva en sentido 5’-3’. Cadena molde

3’ CCTGCCGTTAATG 5’

Cadena nueva

5’ GGACG 3’

• posee actividad de autocorrección, vuelve a leer lo sintetizado para corregir algún eventual error y así conservar la alta fidelidad de la copia. • requiere un extremo 3’ libre para unir el fosfato del nucleótido que incorpora mediante el enlace fosfodiester

Enzimas • La ADN pol requiere un extremo 3’ libre para comenzar a sintetizar una cadena.

• El extremo 3’ libre es aportado por una corta secuencia corta de ARN, llamado primer o cebador, que es sintetizado por otra enzima llamada primasa.

Mecanismo de Síntesis

• Cuando la burbuja de replicación es lo suficientemente grande, entra la primasa y sintetiza un primer en cada una de las cadenas. • De esta manera, la DNA-pol III puede comenzar a adicionar nucleótidos a partir de los extremos 3’ del primer, por complementariedad de bases y según la secuencia del molde.

Mecanismo de Síntesis

• Así se va formando una cadena complementaria a la cadena molde e idéntica a la otra cadena original. • Una vez iniciada, la replicación se produce en ambas direcciones (en forma bidireccional).

Mecanismo de Síntesis

• Como la polimerasa sintetiza en sentido 5’-3’, una cadena que va de 3’-5’ se sintetiza en forma continua, a medida que la doble hélice se va abriendo. • La cadena 5’-3’ se va sintetizando en fragmentos cortos (Okasaki) a partir de los primers que se sintetizan periódicamente a medida que se abre la doble hélice.

Mecanismo de Síntesis

• Por lo tanto, en cada horquilla de replicación hay una cadena que crece de forma continua y otra en forma discontinua. • Los diferentes fragmentos de Okasaki de la cadena retrazada son sintetizados por una misma molécula de ADN pol III (procariotas).

Mecanismo de Síntesis

• Los primers de ARN insertos durante la replicación son removidos por una exonucleasa y luego se sintetizan pequeños segmentos de ADN por medio de la enzima ADN polimerasa I. • Otra enzima, la ADN ligasa, une estos pequeños segmentos a los segmentos mayores ya sintetizados restableciendo la continuidad en la cadena nueva de ADN.

Mecanismo de Síntesis

• Las ADN pol de las dos hebras se encuentran unidas formando un complejo único que va en la misma dirección. • La cadena discontinua que sirve de molde, forma un lazo en la horquilla de replicación para que la ADN pol se desplace en la misma dirección que la cadena continua.

SSBP se une a las cadenas simples del ADN

la cadena adelantada se sintetiza continuamente en dirección 5’-3’

Helicasa rompe los puente de H cadena retrasada se sintetiza en forma discontinua. La primasa sintetiza primers de ARN a partir de los cuales la polimerasa forma los fragmentos de Okasaki

Los primers de ARN son cambiados por ADN.

La ligasa une los diferentes fragmentos de Okasaki

Características de la Replicación

• Anabólica: es un proceso de síntesis, endergónico. • Bidireccional: la burbuja de replicación crece hacia ambos lados. • Semi-conservativa: cada molécula hija posee una cadena nueva proveniente de la molécula madre, molde.

Procariotas • la replicación se inicia en un único origen de replicación • en Escherichia coli este origen es una secuencia de 245 pb llamada oriC • la helicasa y la primasa se encuentran unidas formando un primosoma

• la topoisomerasa II es necesaria también para separar las dos moléculas circulares replicadas

Eucariotas • la replicación se inicia en muchos origenes de replicación, existen a lo largo del cromosoma

que

• la replicación se produce en unidades pequeñas llamadas replicones, que tienen entre 15 y 100 µm de longitud (50-300 kb) • cada replicón o unidad de replicación tiene su propio origen de replicación a partir del cual se produce la síntesis bidireccional del ADN • los diferentes replicones de un cromosoma tienden a replicarse de manera simultánea y coordinada. • la topoisomerasa II está involucrada también en la condensación mitótica de los cromosomas y se cree que es necesaria para la separación de las cromátidas hermanas durante la división celular.

ADN polimerasa

Replicación de los Nucleosomas • Para la replicación del ADN es necesario por un lado que las moléculas del nucleosoma se desorganicen a medida que avanza la horquilla replicación. • Por otro lado es necesario que se sinteticen nuevas moléculas de histonas para la replicación de las hebras de ADN. • Un gran número de estudios indica que las moléculas de histona recién sintetizadas y las histonas preexistentes no se mezclan para la formación de los nucleosomas. • Es decir, los octámeros nuevos y viejos se distribuyen al azar entre las dos hebras hijas. • A medida que se bifurcan las cadenas el octámero de histonas paterno pasa al azar a una de las doble hélices sintetizadas. • Los nuevos octámeros de histonas se unen a la otra doble hélice sintetizada.

Replicación de los Telómeros • Las ADN polimerasas solo extienden primers en sentido 5’ – 3’, por lo cual son incapaces de copiar los extremos 5’ de las moléculas lineares de ADN.

• Los telómeros son replicados por la acción de una enzima única llamada telomerasa, la cual es capaz de producir síntesis de ADN en ausencia de una hebra molde de ADN. • El complejo enzimático que forma la telomerasa lleva consigo un molde de ARN complementario con la secuencia repetitiva del telómero.

• El uso de este ARN como molde, le permite a la telomerasa generar múltiples copias de las secuencias teloméricas. • Eso permite replicar los telómeros en ausencia de un molde de ADN. • El molde de ARN le permite a la telomerasa extender el extremo 3’ del ADN una repetición más de su longitud original. • La hebra complementaria al ARN es sintetizado por la ADN polimerasa usando como iniciador al primer de ARN convencional.