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Yolanda Loarce Tejada Universidad de Alcalá Patrimonio de la Humanidad GENOMA: conjunto de genes que llevan los organismos (1920) GENÓMICA: el estudio de los genomas Estructural Funcional Comparativa Universidad de Alcalá Patrimonio de la Humanidad El significado de una PALABRA depende de la secuencia de LETRAS El significado del GEN depende de la secuencia de 4 letras: A,G,T,C Universidad de Alcalá Patrimonio de la Humanidad Adenina El genoma esta constituído por dos cadenas sencillas enrolladas y unidas entre sí por las bases nitrogenadas La estructura del ADN permite la transmisión fidedigna de la información genética (replicación) Bases nitrogenadasCitosina Apareamiento: G:C A:T Timina Guanina Esqueleto Azúcar- Fosfato Universidad de Alcalá Patrimonio de la Humanidad NÚCLEO CITOPLASMA Universidad de Alcalá Patrimonio de la Humanidad CÓDIGO GENÉTICO Gen (ADN) ATG CCA ACG Transcripción (Núcleo) ARNm AUG CCA ACG Traducción (Ribosomas) Proteína Metionina-Prolina-Serina 3 Nucleótidos = codón 10-5000 aa 1 codón = 1 aa Universidad de Alcalá Patrimonio de la Humanidad Segunda letra Tercera letra •Es Universal •Es degenerado •No está solapado Universidad de Alcalá Patrimonio de la Humanidad El tamaño varía de unas especies a otras El número de cromosomas también varía El número de genes varía mucho menos que el tamaño y número cromosómico Tamaño del genoma (Mb) Número de genes 12,1 6.548 97 >20.000 Arabidopsis thaliana 120 ≈ 20.000 Drosophila melanogaster 170 ≈ 20.000 Zea mays 2500 ≈ 20.000 Homo sapiens 3300 ≈ 25.000 Organismo Saccharomyces cerevisiae Caenorhabditis elegans Universidad de Alcalá Patrimonio de la Humanidad Arabidopsis thaliana Sacharomyces cerevisiae Drosophila melanogaster Caenorhabditis elegans Zea mays Universidad de Alcalá Patrimonio de la Humanidad Densidad génica relativamente baja (28% del ADN son genes) Intrones (menos del 2% del ADN es exónico) Secuencias repetidas: junto con los intrones son la razón principal de de la amplia gama de tamaños del genoma (casi el 50% del genoma) Gen 1 Intrones Gen 2 Espacio intergénico Secuencias repetidas Universidad de Alcalá Patrimonio de la Humanidad Japoshfreidñlkehidpodhfoieñpaksduflasuif kdjhgfidelufklasjdxyfaproyecpoisdyfalkjdtof upaeshfsdfhhfdugfabbbcmshgsuyaoiieuah dksjdhigenouasdhsjsmayusdjdlaushudjfhlk ausdymanofiufhsduhfalkdcdsufdkjfysdufhj dhfdsiufhudfhkjdhfiudfhñapwjfufalsdjfhkjdfl kjfhdkjhfdjhdshfjhdfkiioalspoisdufoekfieoih Universidad de Alcalá Patrimonio de la Humanidad Japoshfreidñlkehidpodhfoieñpaksduflasuif kdjhgfidelufklasjdxyfaproyecpoisdyfalkjdtof upaeshfsdfhhfdugfabbbcmshgsuyaoiieuah dksjdhigenouasdhsjsmayusdjdlaushudjfhlk ausdymanofiufhsduhfalkdcdsufdkjfysdufhj dhfdsiufhudfhkjdhfiudfhñapwjfufalsdjfhkjdfl kjfhdkjhfdjhdshfjhdfkiioalspoisdufoekfieoih el proyecto genoma humano Universidad de Alcalá Patrimonio de la Humanidad Secuenciación: es la base para identificar y cartografiar todos los genes del genoma Compilación: el genoma se secuencia más de una vez Anotación: proceso de identificación de los genes y sus secuencias reguladoras Asignar funciones a todos los genes de la secuencia Universidad de Alcalá Patrimonio de la Humanidad Porque conociendo los genes podemos empezar a saber cómo funcionan Porque creemos que este conocimiento nos puede ser de utilidad en medicina Universidad de Alcalá Patrimonio de la Humanidad El avance del conocimiento ciéntífico y el gran desarrollo tecnológico en la década de los 80 del s. XX La PCR Secuenciación automática basada en fluorocromos Software de análisis de secuencias El gran esfuerzo económico de los paises más ricos (principalmente EEUU) Universidad de Alcalá Patrimonio de la Humanidad El consorcio público: PGH Lanzado en 1986-88 por el Ministerio de Energía y el Instituto de salud de EEUU (4000 millones de $) En 1990 se forma el consorcio entre unas 20 Universidades y Centros de Investigación públicos. La mitad de EEUU y el resto de Europa (Inglaterra, Francia y Alemania), Japón y China La empresa Celera Genomics (1998) Universidad de Alcalá Patrimonio de la Humanidad En febrero de 2001 se publica el primer borrador de la secuencia En octubre de 2004 se publica el 99% del genoma con una precisión del 99,999% y con sólo 340 huecos “imposibles” Universidad de Alcalá Patrimonio de la Humanidad El genoma se fragmenta en trozos pequeños (150-200 kb) AATTGGGCATCGGCCATGAAACCCTT Los trozos de ADN se clonan Se secuencian Universidad de Alcalá Patrimonio de la Humanidad Ensamblaje de secuencias mediante ordenador FRAGMENTO CROMOSÓMICO SECUENCIADO Universidad de Alcalá Patrimonio de la Humanidad Contiene mas de 3000 millones de nucleótidos. Sólo el 1,5% codifican proteínas. El 50% son secuencias repetidas Contiene unos 25.0000 genes Muchos de los genes identificados no tienen una función molecular conocida Los genes no se distribuyen uniformemente por los cromosomas El número de intrones en los genes humanos varía desde 0 (en los genes de las histonas) hasta 234 (el gen de la titina) 3 millones de bases de la secuencia varía entre individuos (0,1%) Universidad de Alcalá Patrimonio de la Humanidad Gen 1 Gen 2 Espacio intergénico Intrones Secuencias repetidas Proyecto ENCODE (Encyclopedia of DNA Elements): o Regiones no codificantes donde proteínas se unen par regular la expresión de genes cercanos o distantes o Regiones que se transcriben a ARN que no se traduce a proteínas o Regiones que afectan al modo en cómo se curva y se empaqueta el ADN o Los intrones participan en la regulación de la expresión génica Universidad de Alcalá Patrimonio de la Humanidad Los cambios epigenéticos son consecuencia de la metilación del ADN y de la reorganización de la cromatina Ratones agouti genéticamente idénticos Universidad de Alcalá Patrimonio de la Humanidad Cromosoma metafásico Núcleo del nucleosoma 1400 nm Cromátida (700 nm de diámetro) Fibra de cromatina (300 nm de diámetro) Dominios enrollados Histona H1 Solenoide (30 nm de diámetro) La cromatina está formada por ADN e histonas (nucleosomas) y presenta distintos grados de compactación ADN espaciador Histonas Octámero de histonas ( 10nm de diámetro) ADN (2 nm de diámetro) Nucleosoma Universidad de Alcalá Patrimonio de la Humanidad Histona Dominio globular ADN El grado de acetilación de las histonas y la metilación del ADN intervienen en la reestructuración de la cromatina La cromatina compactada (ADN metilado e histonas acetiladas) se relaciona con la inactivación génica Cola cargada positivamente Acetilación (HAT) Desacetilación (HDAC) Colas acetiladas (neutralizadas) Universidad de Alcalá Patrimonio de la Humanidad Modificaciones epigenéticas son las responsables de la Inactivación del cromosoma X de las hembras de los mamíferos (efecto compensación de dosis) machos hembras La inactivación de uno de los cromosomas X determina la expresión de los genes localizados en ese cromosoma Universidad de Alcalá Patrimonio de la Humanidad La impronta o sellado génico es un ejemplo de modificación epigenética y describe una diferencia en el comportamiento de los alelos heredados de cada padre En mamíferos hay unos 100 genes sellados, para los que cualquier embrión se encuentra en estado hemicigoto Las modificaciones epigenéticas son responsables de que los híbridos de los felinos sean fenotípicamente distintos dependiendo de la dirección del cruzamiento Universidad de Alcalá Patrimonio de la Humanidad La comparación de la secuencias de los genomas también nos da información acerca de la función de los genes Comparación de secuencias cromosómicas entre humano y chimpancé 0.8 % Comparación de secuencias de aa de las proteínas entre humano y chimpancé ? Universidad de Alcalá Patrimonio de la Humanidad