UNIVERSIDAD CENTRAL DE VENEZUELA FACULTAD DE CIENCIAS Escuela de Biología Departamento de Biología Celular Unidad Docente de Genética Genética General Código1844

La organización del material genético y la estructura del cromosoma

Célula eucariota Núcleo: cromatina, nucleoplasma, nucleolo, envoltura nuclear Célula procariota Nucleoide compacto, membrana plasmática El material genético existe en una masa compacta organizada, delimitada en el área que ocupa en la célula

¿Cómo es la organización de la molécula de ADN en la célula? El ADN bacteriano es una doble hebra circular altamente enrollada El ADN bacteriano forma un nucleoide compacto. El ADN es compactado 1000X

Evidencias que sugieren la presencia de dominios definidos en el nucleoide procariota Microscopía electrónica de células de E. coli lisadas Fibras de 120 Å en diámetro unidas a la membrana celular, con estructura de cuentas repetidas Griffith, J.D. (1976) Visualization of prokaryotic DNA in a regularly condensed chromatin-like fiber. Proc. Nat. Acad. Sci. 73, (2):563-567

El cromosoma de E. coli bacteriano está organizado en asas o dominios Se estiman 400 dominios, son estructuras cerradas Curvatura del ADN ARN polimerasa ARN

Formas de superenrollamiento Superenrollamiento plectonémicos, sin restricciones Superenrollamiento toroidales, restringidos por empaquetamiento alrededor de proteínas ARN Curvatura del ADN ARN polimerasa

Tipos de superenrollamiento Superenrollamiento plectonémico: ADN libre de proteínas El superenrollamiento toroidal y el plectonémico coexisten aproximadamente 50 %:50% Superenrollamiento toroidal Proteínas tipo histonas muy abundantes ¿siempre asociadas con el ADN?

El problema a considerar sigue siendo la compactación del ADN en la célula ¿Cómo es esa organización que permite las funciones la molécula? La forma y la conformación espacial de la doble hélice debe dar cuenta de : Replicación Transcripción Recombinación

El cromosoma de E. coli bacteriano está organizado en asas o dominios Se estiman 400 dominios, son estructuras cerradas Superenrollamiento toroidales, restringidos por empaquetamiento alrededor de proteínas Superenrollamiento plectonémicos, sin restricciones ADN Girasa ARN Curvatura del ADN ARN polimerasa

El genoma eucariota se organiza en cromosomas Heinrich Wilhelm Gottfried Waldeyer, 1.888

en un agregado orderado Estructura del cromosoma Eucariota 3 millones de Kb 23 cromosomas c/u una molécula lineal de ANDdc Cromosoma 1 82 mm longitud (82x104 um) Metafasa 10 um x 1 um diámetro Cromatina: ADN+proteínas en un agregado orderado

¿Cómo se ensambla un cromosoma? Altamente compactado vía asociación con proteínas Las moléculas individuales se empaquetan en cromosomas con diferentes niveles de organización del empaquetamiento Cada cromosoma representa una molécula lineal de ADN 13

Estructura del cromosoma Eucariota El genoma eucariótico se encuentra altamente empaquetado en sucesivos niveles de organización. Esta organización es dinámica y su replicación y patrón de expresión genética deben responder eficientemente a los cambios de su entorno.

¿Cómo se ensambla un cromosoma? La cromatina suelta, vista a través del microscopio electrónico, tiene la apariencia de un “rosario” Cada cuenta del “rosario” se denomina nucleosoma, la unidad basica de empaquetamiento del ADN Primer nivel de empaquetamiento 2 nm 10 nm 15

¿Cómo se ensambla un cromosoma? Los nucleosomas continúan enrollándose hacia otro nivel de empaquetamiento: la fibra de cromatina de 30 nm Segundo nivel de empaquetamiento 30 nm Nucleosome 16

¿Cómo se ensambla un cromosoma? La fibra de 30 nm a su vez conforma dominios de lazos de unos 300 nm mediante interacción con proteínas de andamiaje Tercer nivel de empaquetamiento Protein scaffold 300 nm Loops Scaffold 17

¿Cómo se ensambla un cromosoma? En el cromosoma mitótico, los dominios tipo lazo se enrollan sobre si mismos para conformar el cromosoma metafásico Cuarto nivel de empaquetamiento 700 nm 1,400 nm 18

Los cromosomas durante la metafase 19

Estructura primaria - “Core DNA” = 146 pb - “Linker DNA” = 8-114 pb (generalmente 55bp) - El ADN gira una vuelta y tres cuartos (1 ¾) alrededor del octámero de histonas. 20

Segundo orden de compactación del ADN 21

Estructura secundaria La histona H1 juega un papel esencial para conformar la estructura del solenoide 22

Tercer orden de compactación del ADN 23

El superenrrollamiento del ADN en los tres reinos de la vida: Eubacteria superenrrollamiento negativo Archaebacteria superenrollamient positivo En eucariotas el ADN esta, en promedio, empaquetado alrededor proteinas y no está muy superenrollado - /toroidal - +