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ESTRUCTURA DEL ADN Y
CLASIFICACION DE LAS
SECUENCIAS DEL GENOMA
HUMANO
Estructura del ADN
•1953 James Watson y Francis Crick
Descubriendo la estructura del ADN
Imagen del ADN de Rosalind Franklin
“Regla de Chargoff”
A=T & C=G
Descubriendo la estructura del ADN
Experimento de Avery, McLeod y McCarty (1944)
Descubriendo la estructura del ADN
Experimento de Avery, McLeod y McCarty (1944)
EXTRACTO
EL PRINCIPIO
TRANSFORMADOR
ERA EL ADN, QUE
CONTIENE LA
INFORMACION
GENÉTICA
NECESARIA PARA LA
SÍNTESIS DE LA
CÁPSULA
BACTERIANA.
Estructura del ADN
• ADN = Acido DesoxiriboNucleico
• azúcar
• fosfatos
• base nitrogenada
4 BASES:
ADENINA
GUANINA
CITOSINA
TIMINA
AZUCAR:
DESOXIRIBOSA
GRUPO FOSFATO
(CARGA -)
BASES NITROGENADAS
PIRIMIDINAS:
1 ANILLO
PURINAS:
2 ANILLOS
UNIÓN PUENTE DE HIDRÓGENO
AZÚCARES
RNA VS. DNA
RNA
AZÚCAR = RIBOSA
DNA
AZÚCAR = DESOXIRIBOSA
GRUPOS FOSFATOS
ENLACE DE
ALTA ENERGÍA
Cadenas
polinucleotídicas
Puentes de hidrógeno
DECODIFICANDO EL GENOMA HUMANO:
LA ENCICLOPEDIA DE LA VIDA
El 14 de abril de 2003
se anunció la
terminación exitosa
del Proyecto
Genoma Humano
4 bases o «letras»
(A, T, C y G)
4 bases o «letras»
repetidas 3 mil millones de veces y
agrupadas en libros o «cromosomas»
CLASIFICACION DE LAS SECUENCIAS
DEL GENOMA HUMANO
Clase
Longitud
GENES QUE CODIFICAN PROTEINAS
1.Genes solitarios
2.Genes duplicados o divergentes en familias
génicas
Nro. de
copias en el
genoma
% genoma
1
2-1000
≈15%
≈15%
30%
GENES QUE CODIFICAN ARNr, ARNt E HISTONAS
REPETIDOS EN TANDEM
Variable
20-300
0,3%
ADN REPETITIVO
1. ADN de secuencia simple
1-500 pb
Variable
3%
2-3 Kb
100-8000pb
300.000
~1 millon
3%
40%
Variable
1-100
≈0,4%
Variable
No aplica
≈25%
2. Repeticiones intercaladas
a) Transposones
b) Retrotransposones
70%
3. Pseudogenes procesados
ADN ESPACIADOR NO CLASIFICADO
EL NÚMERO DE GENES
ENCONTRADO FUE MENOR AL
ESPERADO
50.000 a 140.000
20.500
Variaciones entre el contenido de
genes y el tamaño del genoma
Tamaño del
genoma (Mb)
Número
de genes
0,15
182
Streptococcus pneumoniae
2,2
2300
Escherichia coli
4,6
4.400
Saccharomyces cerevisiae
12
5.800
Caenorhabditis elegans
97
19.000
Arabidopsis thaliana
125
25.500
Drosophila melanogaster (mosca)
180
13.700
Oryza sativa (arroz)
466
45-55.000
Mus musculus (ratón)
2500
29.000
Homo sapiens (ser humano)
2900
27.000
Especie
Candidatus Carsonella ruddii
DE ACUERDO A SU FUNCIÓN
CODIFICANTES
NO CODIFICANTES
De elementos propios
Proteínas, ARNr, ARNt
De elementos accesorios
Transposones,
Retroposones
De función estructural
ADN satélite y telomérico
De función regulatoria
Promotores, enhancer, etc.
De función desconocida
ADN intergénico
DE ACUERDO AL GRADO DE
REPETICION
Tipo
Denominación
Características
De alta repetición
ADN satélites
106 copias
Retroposones
LINEs, SINEs, Pseudogenes procesados
10-104 copias o más
Transposones
10-102 copias
Familias génicas
ARNr18S, ARNr28S, ARNt, etc: 102 copias
ADN telomérico
(TTTAGGG)n: 104 copias
ADN minisatélite
Muy polimórfico: 102-103 copias
ADN microsatélite
(CA)n; (TG)n
Muy polimórfico: 105 copias
Genes de proteínas
Copia única = estructura génica
ADN intergénico no repetido
Función desconocida
De moderada repetición
De secuencia única
LAS REPETICIONES
PUEDEN ESTAR…
• EN TÁNDEM
• INTERDISPERSAS
En Tándem…
CLASE
NÚMERO DE
BASES
REPETIDAS
NÚMERO DE
COPIAS O
REPETICIONES
LOCALIZACION
ADN satélite
5 a 171
106
Centrómero
ADN telomérico
6
104
Telómero
ADN minisatélite
6 a 24
102- 103
Telómeros, En
todos los
cromosomas
ADN
microsatélite
1a4
105
En todos los
cromosomas
Repeticiones
interdispersas:
Transposones y
Retroposones
ADN móvil
• Moderadamente repetidas.
• Dispersas a lo largo del genoma de
procariotas y eucariota.
• Tamaño variable (100 - 1000000 pb).
• Transposición.
• Inútiles para el organismo huésped.
Elementos transponibles o
móviles
• Aprox. 40% del genoma humano.
• Amplificación permanente.
• Su transposición pueden contribuir al desarrollo de
enfermedades.
• Todos los genomas eucariotas tiene elementos
móviles.
• Mutagénico por su capacidad de insertarse y generar
recombinaciones homólogas desiguales.
En 1950 Barbara McClintock descubre
los elementos transponibles
Ac controla la transposición de Ds y si Ds
no está presente, se expresa el color de la
aleurona del maíz.
Unidades de control, o elementos reguladores.
Activator (Ac)
Dissociator (Ds)
Tipos de ADN repetitivo
interdisperso
Transposones
y
Retroposones
Transposones
o genes saltarines:
“Los elementos transponibles que se
mueven a través de un
intermediario de ADN se conoce
como transposones”.
Transposones
o genes saltarines:
 Aprox. 0,3 Kb.
 Extremos con secuencias denominadas ITR (Inverted Terminal
Repeats).
Codifica para una enzima transposasa.
Existen 20 secuencias de inserción diferentes.
Clasificación:
Simples
Compuestos
Transposones
Simples, Elementos o
secuencias de inserción (IS):
Transposones
Compuestos (Tn):
Poseen información en la zona central para resistencia a antibióticos como
el cloranfenicol, kanamicina, o la tetraciclina. Sirven para la transferencia de
información entre bacterias.
2 MÉTODOS DE TRANSPOSICIÓN
Transposones
Retroposones:
“Los elementos transponibles que se
mueven a través de un
intermediario de ARN se denomina
retroposones” por su similaridad
con el mecanismo de replicación de
retrovirus.
Retroposones
 LTR (Long Terminal Repeats)≈ virus
 No LTR:
– LINE
– SINE
Retroposones
Elementos LINEs (Long
Interspersed Elements)
• Tienen 6,4kb y se repiten 10.000 veces.
• Se encuentran en zonas del genoma ricas en A + T.
• Transcritos por ARNpol. II.
• 2 Marcos de lecturas abiertos (ORF):
ORF1: Proteína de unión al ARN.
ORF2: Transcriptasa y endonucleasa.
• Numerosas mutaciones y truncamientos llevaron a
que solo el 0,01% de los LINEs sean funcionales.
• En humanos hay 3 tipos de LINEs: L1, L2, L3.
LINEs: Mecanismo de transcripción e
integración
Elementos SINEs (Short
Interspersed Elements):
Secuencias Alu
• Secuencias de aprox. 300 nt.
• Transcriptos por RNApol III.
• Denominadas Alu porque son reconocidas por esta
enzima de restricción.
• Se ubican en regiones ricas en G + C.
• El total de las secuencias Alu ocupan el 5% del
genoma humano.
• Comparten homología con la secuencia de 7SL ARN,
componente de la “Partícula de Reconocimiento
Señal”.
• No codifica proteínas.
Consecuencias de las
secuencias Alu en el genoma
humano
• Inserción de Alu en el intrón 5 del gen NF1 =
Neurofibromatosis I.
• Inserción de Alu en genes factor VIII y IX =
Hemofilia A y B
• Inserción de Alu en el gen CLCN5 =
enfermedad de Dent (alteración del canal de
Cloro).
nueva copia Alu
La recombinación de
secuencias repetitivas Alu
es causante de:
•Hipercolesterolemia familiar,
•Enfermedad de Fabry (insuficientes cantidades de una enzima llamada alfagalactosidasa A),
•Enfermedad de Sandhoff (de la flia. de gangliosidosis 2: almacena y
sobrecarga el organismo en gangliósidos),
•Enfermedad de Tay-Sachs (alteración de metabolismo lipídico),
•Deficiencia ADA (cataliza la deasaminación irreversible de adenosina y 2'deoxyadenosina a inosina),
•Hyperlipoproteinemia tipo I, etc
LOS PSEUDOGENES
Genes incompletos y -aparentemente- no funcionales.
- Presentes en
familia de genes
α y β-globinas
humanas.
- Se parecen a las
secuencias LINEs.
- Presentes en
genes de
inmuglobulinas y
β-tubulina.
NO TAN «ADN BASURA»
El pseudogen PTENP1 protege a su homólogo PTEN de la degradación,
permitiendo que realice su función como gen supresor de tumores.
Gen egoísta??...
…o fuente de
variabilidad genética??
Probablemente los “elementos de
ADN” tuvieron influencia
significativa en la Evolución…
VARIABILIDAD DEL GENOMA
• Polimorfismos
Cambios en la secuencia del ADN que ocurre con una
frecuencia relativamente elevada, en general en más
del 1% de la población. Existen distintos tipos de
polimorfismos, y si bien originan una variabilidad
genética normal, algunos de ellos pueden afectar la
estructura o expresión de una proteína, y por ende,
tener una consecuencia biológica. Es allí donde radica
la importancia médica del estudio y comprensión de
los polimorfismos genéticos.
• Polimorfismos de secuencia: Genes HLA
• Polimorfismos de longitud: Mini y Microsatélites
• Polimorfismos de nucleótido único (SNPs)
Son los más frecuentes y
pueden
asociarse
a
determinadas enfermedades
o respuestas a fármacos.
VARIABILIDAD DEL GENOMA
• Mutaciones
Cambios en la secuencia del ADN que ocurre en
general en menos del 1% de la población. Son
producto de errores, es decir, no originan una
variabilidad genética normal.
CONSECUENCIAS DE LAS MUTACIONES EN
LA SÍNTESIS PROTEICA
• Mutación Silenciosa: Tripletes que codifican el mismo aminoácido.
Ej: AAG(Arg)
CGG (Arg)
• Mutación Cambio de Sentido: Tripletes que codifican para aminoácidos
de distinto tipo. La proteína pierde su función.
• Mutación Sin sentido: Aparece un triplete de STOP.
Ej: CAG(Gln)
UAG (STOP)
• Mutación Cambio de marco de lectura: Adición o deleción de un
único par de nucleótidos o de varios pares de nucleótidos, siempre que no sean
múltiplos de tres.
• Mutación sin Cambio de marco de lectura: Adición o deleción de
un único par de nucleótidos o de varios pares de nucleótidos, siempre que sean
múltiplos de tres.
• Mutación de Terminación retrasada: Se pierde un triplete de STOP.