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

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Page 1: UNIVERSIDAD CENTRAL DE VENEZUELA FACULTAD DE CIENCIAS Escuela de Biología Departamento de Biología Celular Unidad Docente de Genética Genética General

UNIVERSIDAD CENTRAL DE VENEZUELAFACULTAD DE CIENCIAS

Escuela de BiologíaDepartamento de Biología Celular

Unidad Docente de GenéticaGenética General Código1844

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La organización del material genético y la estructura del cromosoma

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Célula eucariota

Núcleo: cromatina,nucleoplasma,nucleolo,envoltura nuclear

Célula procariota

Nucleoide compacto,membrana plasmáticaEl material genético existe en una masa compacta organizada, delimitada en el área que ocupa en la célula

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¿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

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Griffith, J.D. (1976) Visualization of prokaryotic DNA in a regularly condensed chromatin-like fiber. Proc. Nat. Acad. Sci. 73, (2):563-567

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

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Se estiman 400 dominios, son estructuras cerradas

El cromosoma de E. coli bacteriano está organizado en asas o dominios

Curvatura del ADN

ARN polimerasa

ARN

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Formas de superenrollamiento

ARN polimerasa

ARN

Superenrollamiento toroidales,restringidos por empaquetamientoalrededor de proteínas

Superenrollamiento plectonémicos,sin restricciones

Curvatura del ADN

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Superenrollamiento plectonémico:ADN libre de proteínas

Tipos de superenrollamiento

El superenrollamiento toroidal y el plectonémico coexisten aproximadamente 50 %:50%

Proteínas tipo histonas muy abundantes ¿siempre asociadas con el ADN?

Superenrollamiento toroidal

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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

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Se estiman 400 dominios, son estructuras cerradas

El cromosoma de E. coli bacteriano está organizado en asas o dominios

ARN polimerasa

ARN

Superenrollamiento toroidales,restringidos por empaquetamientoalrededor de proteínasSuperenrollamien

to plectonémicos,sin restricciones

Curvatura del ADN

ADN Girasa

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Heinrich Wilhelm Gottfried Waldeyer, 1.888

El genoma eucariota se organiza en cromosomas

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Estructura del cromosoma Eucariota

3 millones de Kb23 cromosomas c/u una molécula lineal de ANDdc

Cromosoma 182 mm longitud (82x104 um)Metafasa 10 um x 1 um diámetro

Cromatina:ADN+proteínas en un agregado orderado

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•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

¿Cómo se ensambla un cromosoma?

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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.

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• 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

2 nm

10 nm

¿Cómo se ensambla un cromosoma?

Primer nivel de empaquetamiento

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Nucleosome

30 nm

• Los nucleosomas continúan enrollándose hacia otro nivel de empaquetamiento: la fibra de cromatina de 30 nm

¿Cómo se ensambla un cromosoma?

Segundo nivel de empaquetamiento

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• La fibra de 30 nm a su vez conforma dominios de lazos de unos 300 nm mediante interacción con proteínas de andamiaje

Protein scaffold300 nm

Tercer nivel de empaquetamiento

¿Cómo se ensambla un cromosoma?

Loops

Scaffold

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• En el cromosoma mitótico, los dominios tipo lazo se enrollansobre si mismos para conformar el cromosoma metafásico

700 nm

1,400 nm

Cuarto nivel de empaquetamiento

¿Cómo se ensambla un cromosoma?

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Los cromosomas durante la metafase

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- “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.

Estructura primaria

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Segundo orden de compactación del ADN

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Estructura secundaria• La histona H1 juega un papel esencial

para conformar la estructura del solenoide

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Tercer orden de compactación del

ADN

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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