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Estructura del genoma humano
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•
Definiremos genes y genomas.
•
Analizaremos los tipos de
secuencias presentes en el
genoma humano.
•
Analizaremos su distribución y
función.
•
Describiremos algunas
aplicaciones del conocimiento
derivado de la estructura
genómica.
El genoma
El genoma es el contenido total de ADN de la célula.
Incluye no sólo la porción codificante (genes) sino
también las regiones intergénicas y los ADN repetidos.
Los eucariotas tienen 2 o 3 genomas:
Genoma nuclear
Genoma mitocondrial
Genoma plastido
Generalmente “genoma”
se utiliza para referirse al
genoma nuclear.
La genómica se dedica al estudio de los genomas.
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El tamaño del genoma
Valor C= Cantidad de ADN por genoma haploide
PARADOJA DEL VALOR C : No existe correlación entre la cantidad de ADN
de un organismo y su complejidad
Distintos organismos tienen genomas de distinto tamaño
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El genoma de cada especie se organiza en cromosomas
con forma, tamaño y cantidad carácterísticos
La cantidad, morfología y
tamaño de los cromosomas de
cada especie es característico
Es independiente del tamaño
del genoma.
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Tamaño de los genomas y número de genes
No existe correlación entre el tamaño del genoma y la cantidad de genes
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ORGANISMO
Tamaño del
genoma
(millones de
pares de base)
Genes
genes de
función
desconocida
Fecha de
finalización
Escherichia coli
4.6
4289
720
(16%)
1996
Neisseria
meningitidis
2.3
2025
Vibrio cholerae
4.0
3885
Saccharomyces
cerevisiae
13.5
6241
1997
Caenorhaditis
elegans
97
18891
1998
Drosophila
melanogaster
137
13601
7600
(55%)
2000
Homo sapiens
3300
35000
???
2000
2000
1163
(29%)
2000
Genómica comparada: la evolución de la función
grupos
funcionales
de genes
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El camino por delante
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Estructura de un gen
DEFINICION MOLECULAR
Un gen es una secuencia
de nucleótidos que
contiene la información
necesaria para la síntesis
de un polipéptido o un
ARN funcional.
Se incluyen en esta
definición operacional, la
secuencia codificante del
gen y las secuencias señaI
adyacentes que indican el
comienzo y fin de la
unidad transcripcional.
En procariotas y
eucariotas la estructura de
los genes es levemente
diferente.
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Las unidades transcripcionales procariotas y eucariotas
tienen organizaciones diferentes
En los procariotas genes
funcionalmente vinculados están
fisicamente asociados en
operones.
Un operón es
una unidad reguladora
formada por genes
estructurales adyacentes
que se transcriben como un
ARNm policistrónico,
que luego es procesado
para dar lugar a productos
proteicos diferentes.
En los eucariotas los ARNm son
monocistrónicos, pero están
interrumpidos por secuencias no
codificantes, denominadas
intrones.
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En los genomas eucariotas se encuentran unidades
transcripcionales simples o complejas
En los genomas eucariotas
pueden existir unidades
transcripcionales simples o
complejas.
La complejidad está dada por
el procesamiento diferencial
de intrones.
Es posible obtener varios
polipéptidos diferentes a partir
de un mismo gen.
Si bien existen 35000 genes en
el genoma humano, se
pueden generar muchas más
proteínas diferentes.
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Distintos organismos tienen diferente estructura genómica
Los genomas procariotas son
muy pequeños y compactos
casi sin espacio entre los
genes.
El genoma de las levaduras
contiene 6000 genes y es
compacto.
Los genomas de algunas
plantas son muy grandes pero
dominados por secuencias de
ADN repetidas no funcionales.
El genoma humano contiene
aproximadamente
35.000
genes pero las regiones
codificantes de estos genes
ocupan solo un 3% del
genoma.
Existen
muchas
secuencias repetidas.
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En eucariotas superiores abunda el ADN no funcional
El contenido de ADN celular no se correlaciona con la filogenia.
La cantidad de genes tampoco guarda relación.
En eucariotas superiores existe abundante ADN no codificante.
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Complejidad del genoma
La cinética de reasociación del ADN permite analizar la complejidad de un
genoma
Rotura del ADN en fragmentos de 300 pb
Desnaturalización por temperatura
Incubación a distintos tiempos para permitir la reasociación
Medida del ADN no reasociado
proceso lento limitante
Reacción de 2° orden
K2
encontrar secuencias
complementarias
10,000
proceso rápid zippering
formación de cadenas
largas de doble
cadena
1
Secuencias repetidas reasocian rápidamente.
k2 >>>>>>>>> k2
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Secuencias únicas reasocian lentamente.
Cinética de reasociación del ADN genómico humano
Cot1/2 = 1 / k2
k2 = constante de segundo orden
Co = concentración de ADN
t1/2 = tiempo medio de reacción
% DNA reasociado
0
rápido(repetidos)
- reasociación rápida
- reasociación intermedia
intermedio
(repetido)
50
100
- reasociación lenta
Cot1/2
Cot1/2
lento (copia única)
Cot1/2
I
I
I
I
I
log Cot
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Fracciones obtenidas:
I
I
I
I
Tres fracciones principales en el genoma eucariota
Co x t1/2
Reasociación lenta
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•
ADN altamente repetido
ADN de secuencia simple
ADN satélite
(10-15%)
•
ADN moderadamente repetido
repetidos intermedios (15-40%)
•
ADN copia única (50-75%)
Contiene la mayoría de los
genes codificantes para
proteínas
Tipos de ADN Repetido
Repetidos dispersos
Repetidos en tandem
Unico que
contiene genes
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Usados en identificación
ADN Satélite
Largos trechos de ADN altamente repetido.
Consiste en secuencias cortas repetidas muchas veces, localizado en la región
del centrómero de los cromosomas.
Demonstrable por hibridización sobre cromosomas (FISH).
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ADN telomérico
ADN Telomérico consiste en 100-1500 copias de repetidos cortos en tándem
GGGATTGGGATT…
Mantenido por un tipo especial de polimerasa, la telomerasa.
La actividad
telomerasa es
necesaria para
prevenir el
acortamiento de
los cromosomas.
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Minisatelites y Microsatelites: Fingerprinting
Ambas son útiles para identificar individuos por DNA fingerprinting,
puesto que la longitud de la región repetida es muy variable entre
individuos.
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VNTRs e identificación
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Marcadores moleculares: mapeo de genes de
enfermedades
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Los repetidos dispersos son elementos transponibles
Son elementos transponibles
(móviles) en el genoma.
Las secuencias son copiadas y
se insertan en nuevos sitios del
genoma por el proceso de
transposición.
Existen dos tipos básicos:
Transposones
(ADN como intermediario)
Retrotransposones
(intermediario de ARN)
Algunos contienen las
enzimas que median su
propia transposición
(autónomos).
Otros dependen de las
enzimas producidas en otra
parte (no autonomos).
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Distintos tipos de repetidos dispersos en el genoma
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Panorama General del Genoma Humano
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