DNA, genes y cromosomas DNA, genes y cromosomas

27
2010 Enrique Castro 1 DNA, genes y cromosomas DNA, genes y cromosomas Estructura del DNA Nucleótidos: estructura, nomeclatura y propiedades Estructuras secundarias Estructura supersecundarias Dinámica del DNA Estabilidad y desnaturalización del DNA Parámetros topológicos y estabilidad Topoisomerasas Estructura de cromatina y cromosomas Cromatina: organización nucleosómica Estructura de cromosomas: centrómeros y telómeros Organización genómica Genomas: DNA codificante y no codificante Estructura molecular del gen Para © Enrique Castro Los trabajos de terceros retienen su licencia original 2010 Enrique Castro 2 Base nitrogenada Azúcar fosfato ribosa desoxi-ri bosa enlace β-glucósido nucleósido nucleótido Estructura de nucleósidos y nucleótidos Estructura de nucleósidos y nucleótidos RNA DNA

Transcript of DNA, genes y cromosomas DNA, genes y cromosomas

2010 Enrique Castro 1

DNA, genes y cromosomasDNA, genes y cromosomas

➢ Estructura del DNA Nucleótidos: estructura, nomeclatura y

propiedades Estructuras secundarias Estructura supersecundarias

➢ Dinámica del DNA Estabilidad y desnaturalización del DNA Parámetros topológicos y estabilidad Topoisomerasas

➢ Estructura de cromatina y cromosomas Cromatina: organización nucleosómica Estructura de cromosomas: centrómeros y

telómeros

➢ Organización genómica Genomas: DNA codificante y no codificante Estructura molecular del gen

Para © Enrique Castro Los trabajos de terceros retienen su licencia original

2010 Enrique Castro 2

Base nitrogenada

Azúcarfosfato

ribosa

desoxi-ribosa

enlaceβ-glucósido

nucleósido

nucleótido

Estructura de nucleósidos y nucleótidosEstructura de nucleósidos y nucleótidos

RNA

DNA

2010 Enrique Castro 3

*Nucleósido y nucleótido son nombres genéricos que incluyen tanto las formas ribo- como las desoxirribo-

RNAuridilatouridinaUracilo

RNADNA

Timidilatodesoxitimidilato

Timidinadesoxitimidina

Timina

RNADNA

Citidilatodesoxicitidilato

Citidinadesoxicitidina

Citosina

Pirimidinas

RNADNA

Guanilatodesoxiguanilato

Guanosinadesoxiguanosina

Guanina

RNADNA

Adenilatodesoxiadenilato

Adenosinadesoxiadenosina

Adenina

Purinas

Ácido nucleicoNucleótido*Nucleósido*Base

RNADNA

Inosinatodesoxi-inosinato

inosinadesoxiguanosina

Hipoxantina

Nomenclatura de nucleósidos y nucleótidosNomenclatura de nucleósidos y nucleótidos

2010 Enrique Castro 4

Funciones de nucleótidosFunciones de nucleótidos

Constituyente de los ácidos nucleicos.

Acoplador en intercambios energéticos

Actúan como señales químicas.

Componente estructural de cofactores/coenzimas

cAMP

NAD+

ATP

2010 Enrique Castro 5

Estructuras de nucleobases mayoritariasEstructuras de nucleobases mayoritarias

Cafeína (1,3,7-trimetil-xantina)

2010 Enrique Castro 6

Estructuras de nucleobases minoritariasEstructuras de nucleobases minoritarias

Más frecuentes en DNA Más frecuentes en RNA

Cafeína (1,3,7-trimetil-xantina)

Uracilo en DNA (desaminación de C) ribo-Timidina en RNA

2010 Enrique Castro 7

N N

NN

NH2

R

N N

NNH

+

NH2

R

N N

NNH

O

NH2

R

N N

N N

O

NH2

R

N N

NH+

NH

O

NH2

R

N

NH

O

O

CH3

RN

N

O

O

CH3

R

N

N

O

NH2

R

N

NH+

O

NH2

R

Adenina

guanina

citosina

timina

pKa=3.8

pKa=2.4 pKa=9.4

pKa=9.5

pKa=4.5

N1

N7

N3

N3

Propiedades ácido­base de los ácidos nucleicosPropiedades ácido­base de los ácidos nucleicos

➢ El grupo fosfato es fuertemente ácido• Fosfatos totalmente ionizados a pH fisiológico

(pKa=1.0)• Carga neta negativa• Repulsión entre cadenas dependiendo de I

Ionización afecta a la estabilidad de

la doble hélice

➢ Las bases pueden ionizarse• Carga neta depende del pH• Carga aumenta solubilidad• Capacidad de formar pdh depende del pH

Protonación en N cíclico sp2

Desprotonación formas enol

2010 Enrique Castro 8

Formas tautómeras de las nucleobasesFormas tautómeras de las nucleobases

Formas mayoritarias(99:1)

Formas minoritarias

citosina

guanina

adenina

timina

Sólo éstas forman pares Watson-Crick

Nuevas ionizaciones alternativas

Devlin 7e Fig. 2.12

Apareamientos NO Watson-Crick: mutaciones

2010 Enrique Castro 9

Espectros de absorción de luz por nucleótidosEspectros de absorción de luz por nucleótidos

➢ Absorción característica en UV• Máximo a 260 nm (diferencial de proteínas 280 nm)• Identificación y cuantificación

2010 Enrique Castro 10

Conformaciones de ribosa en nucleótidosConformaciones de ribosa en nucleótidos

➢ Rotación del anillo furanosa• C de ribosa tetraédricos• Separación fosfatos C3'-C5'• Proyección de -OH en C2'

➢ Rotación del enlace glucosídico• Impedimentos estéricos en syn

(prefieren anti)• GMP prefiere syn (P5'-NH

2)

Impedimento estérico base-ribosa

Distancia entre fosfatos

Proyección del -OH

2010 Enrique Castro 11

P

3’

5’

P

3’

5’

P

3’

5’P

3’

5’P P

OH

P

3’

5’

P

3’

5’

P

3’

5’

P

3’

5’

P

3’

5’

P P

H2O

hidrólisis

Extremo 5’

polimerización

5’

3’

NTP + H2O NMP+ PPi

ΔG0= -31 kJ/mol

DNAn + NMP DNAn+1 + H20

ΔG0= +25 kJ/mol

DNAn + NTP DNAn+1 + PPi

ΔG0= -6 kJ/mol

PPi + H2O 2 Pi

ΔG0= -31 kJ/mol

Química de la polimerización de DNAQuímica de la polimerización de DNA

Enlace fosfodiéster

3'-5'

Extremo 3’

Enlace fosfodiéster 3'-5'

2010 Enrique Castro 12

Estabilidad del esqueleto fosfodiésterEstabilidad del esqueleto fosfodiéster

➢ Hidrólisis espontánea• Muy lenta en DNA (t

½ 200 Ma)

• Rápida en RNA (-OH nucleófilo)

➢ Hidrólisis enzimática: nucleasas• Exonucleasas 3' o 5'• Endonucleasas• Endonucleasas de restricción

2'NMP+

3'NMP

Lehninger 5e Fig. 8.8

-OH en 2' actúa como nucleófico en reacción

de desplazamiento intramolecular

P

3’

5’

P

3’

5’

P

3’

5’

OHP

3’

5’

A T G G Corte en 5' 3' NMP

Corte en 3' 5' NMP

2010 Enrique Castro 13

P

3’

5’

P

3’

5’

P

3’

5’

OHP

3’

5’

P

3’

5’

P

3’

5’

3’

5’

3’

5’

3’

5’

3’

5’

3’

5’

3’

5’

OH

A T G C T G

A T G C T G

pApTpGpCpTpG

( ApTpGpCpTpGp )

ATGCTG

5’ 3’

5’ 3’

Convenios de escritura de secuencias (nucleótidos)Convenios de escritura de secuencias (nucleótidos)

a)

b)

c)

d)

Siempre 5'→3'• Replicación• Transcripción • Traducción

Forma más comúnsiempre 5'3'

2010 Enrique Castro 14

Plegamiento en doble hélice de oligonucleótidosPlegamiento en doble hélice de oligonucleótidos

➢ Estructura• Helicoidal• Micelar: fosfato-ribosa exteriores,

bases interiores• Hebras no opuestas: surcos

➢ Topología• Hélice doble• Dextrógira• Antiparalelas• Complementarias

Surco mayor

Surco menor

5' 3' 5' 3'

3' 5' 3' 5'

Fosfatos cargados exteriores

Bases hidrófobas interiores

Dextrógira

antiparalela

Reglas de Chargaff%A = %T , %G = %C% Purinas = % Pirimidinas

Autoreplicativa

2010 Enrique Castro 15

● Puentes de hidrógeno de Watson-Crick:

● Autoreplicativa:

ATGCATGCATGCTACGTACGTACG

ATGCATGCATGCTACGTACGTA

ATGCATGCATTACGTACGTACG

5’

5’

3’

3’

5’ 3’

5’3’

Puentes de hidrógeno

[purinas] = [pirimidinas][A] = [T][G] = [C]

Complementariedad entre basesComplementariedad entre bases

● Reglas de Chargaff:

2010 Enrique Castro 16

surco menor surco

mayor

Grupos superficiales y surcos en el DNA dúplexGrupos superficiales y surcos en el DNA dúplexFosfatos:interacciones electrostáticas inespecíficas

Surco mayor:lectura de secuencia (pdh específicos)

2010 Enrique Castro 17

Estructuras secundarias de polinucleótidosEstructuras secundarias de polinucleótidos

➢ Estructuras interconvertibles • Monocatenarios: hélice - ovillo• Bicatenarios: A – B - Z• Tricatenarios: H

Estructura secundaria: Configuración local, repetitiva, del esqueleto de una macromolécula

Las estructuras secundarias están matenidas por interacciones débiles locales

Esqueleto DNA es flexible

2010 Enrique Castro 18

B-DNA A-DNA Z-DNA H-DNA2

dextrógira

2.37 nm

0.34 nm

36o

1o

3.4 nm

10

C2’ endo

anti

Ancho y profundo

Estrecho y profundo

DNA normal

Cadenas

Sentido

Diámetro

Elevación

Rotación

inclinación

Paso

Residuos

Ribosa

Base

S. Mayor

S. Menor

Condiciones

2

dextrógira

2.55 nm

0.25 nm

33o

19o

2.8 nm

11

C3’ endo

anti

Estrecho y profundo

Plano

DNA deshid. DNA/RNARNA/RNA

2

levógira

1.84 nm

0.37 nm

-30o

9o

4.56 nm

12

CT C2’, AG C3'

CT anti, AG sin

Plano

Estrecho y profundo

AlternandoPur Pir (GCGC)

3

dextrógira

2.5 nm

---

---

---

---

---

---

---

---

---

2 Hebras Pir y1 Pur

DNA: conformaciones en héliceDNA: conformaciones en hélice

2010 Enrique Castro 19

H­DNA: triples hélices dextrógirasH­DNA: triples hélices dextrógiras

Funciones:?● Relajamiento superhelicoidal● Recombinación

Hebra suelta↓Lk

DNA dúplex

DNA dúplex

H-DNA triple

● Hélice triple dextrógira● Apareamientos de Hoogsteen● Hebras asimétricas: sólo Pur / sólo Pir

2010 Enrique Castro 20

H­DNA: apareamientos de HoogsteenH­DNA: apareamientos de Hoogsteen

Apareamiento Watson-Crick

Hebra Pur

Hebra Pur

Hebra Pir

Hebra PirHebra

Pir'

Hebra Pir'

Apareamiento Hoogsteen

Apareamiento Hoogsteen

Apareamiento Watson-Crick

Unión de 3ª hebra (Pir')a grupos expuestos en surco mayor del dúplex

2010 Enrique Castro 21

Formación de H­DNAFormación de H­DNANo sige

Hebra Pir' Vuelve sobre dúpexEncajando en surco mayor

2010 Enrique Castro 22

Variaciones locales y supersecundarias en la doble hélice

Variaciones locales y supersecundarias en la doble hélice

palíndromo(secuencia repetida invertida)

Estructura cruciformeGC

GC

AT

AT

● Variaciones localesdiámetrotorsiónsurcos

Dependientes de secuencia local

● Estructuras en horquillasecuencias autocomplementarias

rep. palindrómicasrep. Directas (en tándem)rep. en espejo

Variación en forma molecular:•Interacción específica con proteína•Bloqueo de función

● DNA curvadosecuencias poli-A

4-6 repetidas

2010 Enrique Castro 23

DNA curvado: TATA­binding proteinDNA curvado: TATA­binding protein

TBP reconoce secuencia poli-A en promotor Se une al DNA en conformación agudamentemente curvada

2010 Enrique Castro 24

DNA, genes y cromosomasDNA, genes y cromosomas

➢ Estructura del DNA Nucleótidos: estructura, nomeclatura y

propiedades Estructuras secundarias Estructura supersecundarias

➢ Dinámica del DNA Estabilidad y desnaturalización del DNA Parámetros topológicos y estabilidad Topoisomerasas

➢ Estructura de cromatina y cromosomas Cromatina: organización nucleosómica Estructura de cromosomas: centrómeros y

telómeros

➢ Organización genómica Genomas: DNA codificante y no codificante Estructura molecular del gen

Para © Enrique Castro Los trabajos de terceros retienen su licencia original

2010 Enrique Castro 25

Estabilidad de la doble héliceEstabilidad de la doble hélice

Fuerza iónica, I

Especificidad: pdhEstabilidad: apilamiento

Transiciónhélice-ovillo

reversible

➢ Término entálpico, ΔH • Repulsión electrostática de Pi

• Puentes de hidrógeno intercatenarios

• Interacción π-π por apilamiento de bases

ΔG = ΔH - TΔS

➢ Término entrópico, ΔS • Restricción en rotación de enlaces

• Liberación de agua por apilamiento(Efecto hidrofóbico)

➢ Factores que afectana la estabilidad

• Temperatura• Fuerza iónica• pH• Formadores de pdh • Detergentes• Solventes orgánicos

pH

ureaformamida

Calor, T

ΔHapilamiento ≈ 16-65 kJ/molΔHpdh ≈ (2,3) · 8-12 kJ/mol

detergentessolventes org.

2010 Enrique Castro 26

1.5

1.0

0.5

A26

0

Desnaturalización del DNA: efecto hipercrómicoDesnaturalización del DNA: efecto hipercrómico

nativo(frio)

Desnaturalizado(caliente)

250200 300Longitud de onda, nm

Ab

sorb

anci

a

1.5

1.0

0.5

El apilamiento interfierecon absorción UV: A

260

Efecto hipercrómico:Aumento A

260 al calentar

Desapilamiento de bases

2010 Enrique Castro 27

Desnaturalización térmica del DNADesnaturalización térmica del DNA

Tm: temperatura

de fusión

El DNA se funde al calentar

Rehibrida la enfriar

Tm= H S

Transición fuertemente cooperativa

Tm= T

0 + k·log(I) + α·(%GC) + β·(%F)

Tm aumenta

con %(G+C)

2010 Enrique Castro 28

El DNA se desnaturaliza en medio fuertemente básico (o ácido)El DNA se desnaturaliza en medio fuertemente básico (o ácido)

La ionización de las bases afecta a los puentes de hidrógeno de Watson-Crick

2010 Enrique Castro 29

Hibridación Hibridación 

Devlin 4e Fig. 2.19, 2.22

Asociación por secuencia complementaria local

Extensión del apareamiento

Identificación mediante sonda de hibridación

Calentado: todo en hebra simple

Sonda: Segmento corto marcado

Enfriado: híbrido nativo-sonda

Filtrado: Eliminar sondas no unidas (cortas)

2010 Enrique Castro 30

Superenrollamiento del DNASuperenrollamiento del DNA●Propiedad topológica

● Sin rotura de enlaces covalentes● Invariable a deformaciones

●Extremos fijos● DNA circular● Puntos de anclaje inmóviles

Topoisómeros de DNA circular

Densidad superenrollamiento, σ →

plectonémico

solenoidal

En solución

En la célula(más compacto)

interconvertibles

2010 Enrique Castro 31

Topología del superenrollamientoTopología del superenrollamiento

Lk = T

w + W

r

Link Twist Writhe

enlace giro torsión (Stryer)

ligamiento torsión retorcimiento (Lehninger)

ligazón torsión retorcimiento (Mathews)

enlace torsion retorcimiento (Devlin)

ligazón giro Superenrollamiento

Diapositivas

W: superenrollamiento

T: giro de hélice

L: nº de cruces del plano

Lk: Parámetro topológicoNº enteroConstante (extremos fijos)

T, W: Parámetros geométricosvariables (interconvertibles)no enteros

2010 Enrique Castro 32

Interconversión tensión­giro­superhéliceInterconversión tensión­giro­superhéliceDNA relajadoL

0 = 8

DNA tensoL

k = 7

T = 8W = 0

-1 vueltaTensión ΔG >0

ΔLk = ΔT

w + ΔW

r

L ≠ T + W

T = 7W = 0 T = 8

W = -1

ΔWr

Superenrollamiento

ΔTw

Fusión local

ΔLk=-1

30% 70%

2010 Enrique Castro 33

Relajación de tensiones superhelicoidalesRelajación de tensiones superhelicoidales

● Cambios conformacionales:

● Mecanismos enzimáticos: Topoisomerasasreclutamientoactivación

Cambio topológico Características de lasecuencia

Fusión local (ΔT= -1/10 pb) Ricas en AT

Paso a Z-DNA (ΔT= -2/10 pb) Alternando Pur-Pir

Paso a H-DNA Δ L Hebras Pur/Pir

Estructurascruciformes

Δ L palíndromos

G SC=k⋅2 Superenrollamiento

requiere energía= LkL0

DNA celular σ ≈ -0,06

2010 Enrique Castro 34

Topoisomerasas: catálisis de cambios en Lk Topoisomerasas: catálisis de cambios en Lk 

• Tipo I: Corte monohebra ΔL = ±1

• Tipo II: Corte de doble hebra ΔL = -2

Eucariotas: antitumorales (camptotecina)

procariotas: antibióticos (ác. Nalidíxico)

Topoisomerasas cromosómicasTopoisomerasas replicativas (novobiocina)

―P | Tyr

P―|Tyr

Intermediario covalente

Intermediario covalenteATPasas

ATPasas

2010 Enrique Castro 35

DNA, genes y cromosomasDNA, genes y cromosomas

➢ Estructura del DNA Nucleótidos: estructura, nomeclatura y

propiedades Estructuras secundarias Estructura supersecundarias

➢ Dinámica del DNA Estabilidad y desnaturalización del DNA Parámetros topológicos y estabilidad Topoisomerasas

➢ Estructura de cromatina y cromosomas Cromatina: organización nucleosómica Estructura de cromosomas: centrómeros y

telómeros

➢ Organización genómica Genomas: DNA codificante y no codificante Estructura molecular del gen

Para © Enrique Castro Los trabajos de terceros retienen su licencia original

2010 Enrique Castro 3611 nm

5.5 nm

DNA empaquetado: cromatinaDNA empaquetado: cromatina

I normal(0.15 M KCl)

I baja

Fibras de cromatina

(30 nm)

Cuentas en rosario

(10 nm)

Fibra de DNA

Núcleo de histonasoctámero

DNA ligado≈ 146 pbcompacto, estable

DNA de conexión≈ 15-55 pbsensible a nucleasa

Nucleosoma

Histona H1mantiene el DNA conector

2010 Enrique Castro 37

Estructura del nucleosomaEstructura del nucleosoma

Histonas: Básicas (20-30% R,K)muy conservadasPliege de histona (3 hélices)regulables

DNA unido: •Int. Electróstáticas, pdh

(surco menor, rico AT)•superenrollamiento negativo

(ΔL=-1/nucleosoma)

Solenoide levógiro 1.7 vueltas

Acetilación KMetilación K

Fosforilación SUbiquitinación K

“pinzas” para atrapar DNA

octámeroTetrámero + Tetrámero

2 H32 H4

2 H2A2 H2B

2010 Enrique Castro 38

Ensamblaje del octámero de histonasEnsamblaje del octámero de histonas

Un

Pliegue de histona:3 hélices conectadas por 2 lazos

Dímero H3-H4encaje recíproco

Dímero H2A-H2Bencaje recíproco

Colas N-terminales

2010 Enrique Castro 39

30 nm

Fibra de cromatina de 30 nm

H1 fija DNAH1 enrollamiento solenoidal(6 n/vuelta)

Histona H1Brazo de unión

15-55 pb

Estructura de las fibras de cromatina 30 nmEstructura de las fibras de cromatina 30 nm

Compactación DNA: x100

2010 Enrique Castro 40

Estructura de cromosomas en interfaseEstructura de cromosomas en interfase

➢Cromosoma interfásico• 1 molécula DNA• Bucles cromatina 30 nm• Anclados a andamiaje por MAR• Transcripcionalmente activo

Andamiaje del cromosoma

Secuencias específicas de unión(MARs, SARs)

1-3·108 pb ≈ 3-10 cm

6,4·109 pb / 46 cromosomas

≈ 2.2 m

DNA: una única molécula lineal

Bucles: •Ricos H1, HMG, TopoII•Descondensables•Expresables

Topo IIH1

2010 Enrique Castro 41

Estructura de cromosomas mitóticosEstructura de cromosomas mitóticos

➢Cromosoma mitótico• 1 molécula DNA• Altamente condensado• Condensinas• Transcripcionalmente inactivo. No expresable

Condensinas• Grandes complejos proteínas SMC • ATPasas.

• Unen DNA por extremos globulares• hidrolizan ATP • forman bucles dextrógiros de DNA

2010 Enrique Castro 42

Estructura de los elementos funcionales básicosdel cromosoma

Estructura de los elementos funcionales básicosdel cromosoma

telómero telómerocentromero

ARS

Múltiples (1/3-300 kpb)Ricas en AT (fácil fusión)

Inicio de replicación

Unión al uso mitóticosegregación mitótica

Prevenir degradaciónanclaje de reparadores

Hebra rica en TG

Extensión 3'≈1 kpbHebra rica en AC

Repeticiones teloméricas1-50 kpb

Repeticiones de secuencias TEL Repeticiones de

secuencias CEN

ACAAACT ACAAACT70-80pb

Reiterado >10 kpb

5' AGGGTT AGGGTT AGGGTT AGGGTT AGGGTT AGGGTT AGGGTT 3'3' TCCCAA TCCCAA TCCCAA TCCCAA 5'

2010 Enrique Castro 43

Telómeros de mamíferosTelómeros de mamíferos

Protección de la degradación

anclaje de reparadores

5'TTAGGG 3'AATCCC

dímero TRF1 liga a cada repetición telomérica

Dímeros TRF1 se unen entre si: plegado

Bucle TPARP

TRF2 estimula invasión de hebra 3'

5'AGGGTT AGGGTT AGGGTT AGGGTT AGGGTT AGGGTT AGGGTT 3'3'TCCCAA TCCCAA TCCCAA TCCCAA 5'

Alineamiento de DNA dúplex

Invasión por extensión 3'(D-loop)

2010 Enrique Castro 44

Visualización molecular de bucles­T Visualización molecular de bucles­T 

Voet 4ª Ed. 2011

2010 Enrique Castro 45

DNA, genes y cromosomasDNA, genes y cromosomas

➢ Estructura del DNA Nucleótidos: estructura, nomeclatura y

propiedades Estructuras secundarias Estructura supersecundarias

➢ Dinámica del DNA Estabilidad y desnaturalización del DNA Parámetros topológicos y estabilidad Topoisomerasas

➢ Estructura de cromatina y cromosomas Cromatina: organización nucleosómica Estructura de cromosomas: centrómeros y

telómeros

➢ Organización genómica Genomas: DNA codificante y no codificante Estructura molecular del gen

Para © Enrique Castro Los trabajos de terceros retienen su licencia original

2010 Enrique Castro 46

telómero telómerocentromero

Repeticiones de secuencias TEL Repeticiones de

secuencias CEN

Otras repeticiones

Organización génica en procariotas y eucariotasOrganización génica en procariotas y eucariotasProcariotas Eucariotas

Cromosomas 1 (+ plásmidos) muchos

Topología circular lineal

mRNAs Policistrónicosin procesamiento

Monocistrónicogran procesamiento

Intrones No Si

DNA no-codificante No Si

Empaquetamiento ligero Muy compacto

(histonas)

Cromosoma lineal

Cromosoma circularorigen

2010 Enrique Castro 47

DNA genómico y tamaño del genomaDNA genómico y tamaño del genoma

virus

hongos

aves

103 104 105 106 107 108 109 1010 1011 1012

DNA genómico (pb por genoma haploide)

haba

E. coli

levadura

tiburón

Drosophila

Xenopus

Hombre3.2·109 pb

Procariotas

Eucariotas

Peces cartilaginosos

bacterias

plantas

insectos

moluscos

Peces óseos

reptiles

mamíferos

anfibios

C. elegans19.000

H. sapiens21.500

Genoma:•Conjunto de genes del organismo

Valor C:•DNA total por célula haploide

Paradoja de C:•Ausencia de correlaciónC <―> complejidad

•DNA no codificante

2010 Enrique Castro 48

Tipos de DNA eucariótico: por función Tipos de DNA eucariótico: por función 

DNA repetitivo

DNA copia única

Moderadamente reiterado

Altamente reiterado

Genes RNA

Expresión de genesRegulación génica

Rol estructural ?

Rep. CENRep TEL

transcrito

Gag, pol env

2010 Enrique Castro 49

Tipos de DNA eucariótico: por repeticiónTipos de DNA eucariótico: por repetición➢DNA de copia única longitud copias % genoma humano

•Genes únicos de proteínas variable 1 ~1.5%

•Pseudogenes (1:4) variable 1 ~0.4%

• Intrones y señales de control variable 1 ~28%

•Espaciadores (“junk”) ~25%

➢DNA moderadamente reiterado•Genes en tándem proteínas variable 3-30 ~0.5%

•Genes en tándem RNA variable 10-100 ~0.5-1%

•Repeticiones intercaladas

•Transposones de DNA 2-3 kb 3·105 ~3%

•Retrotransposones con LTR 6-11 kb 4·105 ~8%

•Retrotransposones sin LTR•LINES 6-8 kb 8.6·105 ~21% L1•SINES 100-300pb 1.6·106 ~13% Alu

➢DNA altamente reiterado•DNA secuencia simple, SSR 1-500 pb 105-106 ~1-15% DNA satélite

•Repeticiones invertidas SD 0.2-1 kb 2·106 ~5-%

Rep. CENRep TEL

Rol estructural ?

Rep. CENRep TEL

6 kb, 0.6·106 copias

300 pb, 106 copias

5 -10 - 20 pb >100 en tándem

y reiterado

DNA móvil

Virus integrados

2010 Enrique Castro 50

Estructura molecular del genEstructura molecular del gen

promotor

potenciadores

intronesexones

adenilación

5' 3'

No funcional

Señales de control 5'

Señales de control 3'

Gen: secuencia completa de DNA necesaria para dirigir la síntesis de un producto funcional

Secuencia que es transcrita en un producto funcional

Región codificante

●Señales de control:puntuación: inicio y fin de transcripción/traducciónregulación de la expresiónExtremos 5', 3' cromosómicosSecuencias de anclaje (estructura, topología) Señales en intrones

●DNA codificante:exones (minoritario)

●DNA no codificante:señales de control

IntronesPseudogenes, transposones, retrovirusDNA intergénico no funcional

junk (morralla)

2010 Enrique Castro 51

Genes eucarióticosGenes eucarióticos

2010 Enrique Castro 52

Organización del DNA codificanteOrganización del DNA codificante

Lisozima15 kB no mRNAno mRNA

60 kB

Secuencias Alu

● Genes simples: Lisozima de pollo

● Grupos génicos (clusters): β-globina

ψβ2 ψβ1 βδε Gγ Aγ

codificante

pseudogenes(no funcional)

Secuencias Alu

● Repeticiones en tándem: histonas y RNAs

RNA 18S

H1 H3 H4H2A

H2B H1 H3 H4H2A

H2B H1 H3 H4H2A

H2B

6 kB

13 kB

RNA 6S RNA 28S

rRNA, n>100tRNA, n=10-100

Histonas, n = 3-30

en ambos sentidos (hebras)

2010 Enrique Castro 53

Clusters de las globinas: LINES y SINESClusters de las globinas: LINES y SINES

Voet 4ª Ed. 2011

Secuencias Aluen ambas direcciones

Elementos L1en ambas direcciones