3.2.1 ADN LINEAL Y EMPAQUETAMIENTO
Estructura tridimensional de los cromosomas nucleares.
Una célula humana contiene alrededor de 2 metros de DNA (1 metro por cada serie cromosómica). El cuerpo humano está constituido por unas 1013 células y cada célula es diploide, por lo que contiene en total unos 2x1013 metros de DNA.
La distancia de la tierra al sol es 1,5 x 1011 metros…
Ello significa que el DNA de nuestro cuerpo podría extenderse hasta el sol y volver casi 100 veces!!!!Este hecho significa que el DNA de las eucariotas debe estar empaquetado de una forma muy eficaz.
En la siguiente tabla se muestran las diferencias más importantes:
El ADN nuclear de los eucariotas es linear. Cada cromosoma contiene solamente una sola molécula de ADN, donde cada extremidad esta protegida por un telómero. De manera que un ser humano tiene 46 moléculas de ADN. Los cromosomas humanos suman en total 4.000.000.000 BP, con lo que se puede calcular que una molécula de ADN mide aproximadamente 3 cm de longitud total.
Los pasos a seguir para realizar una extracción sencilla de ADN son: se parte de una suspensión celular, las células se lisan (SDS) para liberar el ADN, se añade alcohol y el DNA precipita en la interface. Con la ayuda de una barrilla de vidrio se retira el DNA que se transfiere a otro tubo, ésta solución acuosa se trata con RNAasas para eliminar el RNA, las proteínas se eliminan usando fenol (las proteínas pasan a la fase orgánica y el DNA a la fase acuosa). Repitiendo éstos procedimientos varias veces puede conseguirse DNA puro. La solución de DNA así obtenida nunca tiene la misma longitud como de las moléculas nativas en la célula; la manipulación provoca roturas aleatorias del DNA. Si el DNA se ha manipulado con cuidado, la longitud de los fragmentos serán aproximadamente la centésima parte de la longitud total del cromosoma.
Las largas moléculas de ADN son bien asembladas dentro de los organismos. Pero así mismo existen en éste, sistemas de reparación del mismo que permiten la reparación en permanencia de éstas moléculas. Todos los métodos de manipulación de ADN de una manera ó otra ocasionan su ruptura en fragmentos. Es de ésta manera que los investigadores utilizan métodos de purificación que permitan obtener los pedazos de ADN los más largos posibles., como por ejemplo la electroforesis en campo pulsátil.
Las eucariotas en cambio poseen un núcleo. El lugar donde la traducción y la transcripción se realiza son independientes. Estos sitios están separados por la pared nuclear. Los transcriptos son enviados del núcleo al citosol a través del poro nuclear.
En los eucariotas el empaquetamiento es más complejo y compacto y para esto necesita la presencia de proteínas, como son las histonas y otras de naturaleza no histona (en los espermatozoides las proteínas son las portaminas). A esta unión de ADN y proteínas se conoce como cromatina, en la cual se distinguen diferentes niveles de organización.
El ADN humano contiene a 6 mil millones de pares de bases de nucleótidos. Esto hace por lo menos dos metros de cadenas de ADN. Aquellas cadenas tienen que ser almacenadas dentro de ± 6 µ el núcleo clasificado de m de cada célula.: Claramente demasiado grande para caber en el núcleo. Hace falta pues un mecanismo que permita almacenar todo. Este mecanismo debería permitir a ciertas proteínas para tener acceso a las partes específicas del ADN y el puesto en otras partes. Los eucariotas utilizan los nucleosomas. Un nucleosomas está constituido de:
± 200 pb de DNA
2 moléculas de histona H2a
2 moléculas de histona H2b
2 moléculas de histona H3
2 moléculas de histona H4
1 molécula de histona H1
2 moléculas de histona H2a
2 moléculas de histona H2b
2 moléculas de histona H3
2 moléculas de histona H4
1 molécula de histona H1
El empaquetamiento del DNA eucarístico en nucleosomas, y estos a su vez en estructuras de mayor complejidad, representa un obstáculo para la transcripción así como para otros procesos del metabolismo del DNA como la replicación, la reparación y la recombinación. La activación, la represión y el silenciamiento transcripcional conllevan cambios en la estructura de la cromatina de promotores y regiones reguladoras. Estas remodelaciones cromatínicas son llevadas a cabo por dos grandes familias de modificadores de la cromatina:
i) enzimas que modifican covalentemente las histonas (acetiltranferasas y deacetilasas de histonas, metilasas, quinasas y fosfatasas de histonas) y
ii) Maquinarias de remodelación de la cromatina con gastos de ATP.
ADN Cromosómico y su empaquetamiento:
Cada molécula de ADN se empaqueta en un cromosoma el total de la información genética contenida en los cromosomas de un organismo, constituye su genoma.
Los cromosomas de una célula, en mitosis o fase M, se encuentran muy condensados y son transcripcionalmente activos.
En la interface, están mucho menos condensados y son activos dirigiendo continuamente la síntesis de RNA.
Cada molécula de ADN que forma un cromosoma ha de contener un centromero, dos telómeros y varios orígenes de replicación.
Para que una molécula de ADN forma un cromosoma funcional ha de ser capaz de dirigir la síntesis de ARN y de propagarse, transmitiéndose eficazmente de una generación a otra.
* Fibra de cromatina de 100 Å o collar de perlas: Se encuentra en el núcleo en reposo. Está constituido por una sucesión de partículas de 100 Å de diámetro, enlazadas por una doble hélice. El conjunto que continuamente se va repitiendo formado por dicha partícula más el ADN espaciador se denomina nucleosomas. Estas partículas están constituidas por un grupo de histonas denominado octámero y un segmento de ADN de 146 pares de bases que describe 1, 7 vueltas alrededor del octámero. El ADN espaciador tiene una longitud de 54 pares de bases. Se puede asociar al nucleosomas una nueva histona, la H1 y al conjunto formado se llama cromatosoma.
Existe otro tipo de empaquetamiento que se da en el núcleo de los espermatozoides, donde el ADN se asocia a unas proteínas, las portaminas; formando una estructura denominada cristalina.
· Fibras de cromatina de 300 Å: Es el enrollamiento sobre sí misma de la fibra de 100 Å. Se invierten unos 6 nucleosomas por vuelta y las histonas H1 se agrupan entre sí formando el eje central de la fibra formada.
PRIMER NIVEL: NUCLEOSOMA
Esta estructura vista al microscopio se ve como si fuera un collar de perlas del que las cuentas son los nucleosomas.
El nucleosomas está formado por un octámero de histonas en el que hay dos subunidades de las histonas H2A, H2B, H3 y H4. Alrededor de este octámero se arrolla el ADN con dos vueltas. El espaciamiento entre las cuentas está formado por ADN que se llama ADN puente. El nucleosomas mide 6 nm. Los nucleosomas se vuelven a organizar con la ayuda de la histona H1 habiendo una por cada nucleosomas.
SEGUNDO NIVEL: FIBRA DE 30 nm.
El nucleosomas que contiene H1 se pliega en una conformación en zigzag cuya apariencia sugiere que los nucleosomas interaccionan mediante contactos entre sus moléculas H1. Esta fibra que se forma tiene 30 nm de espesor, en el que se aprecian los nucleosomas. Las histonas H1 se disponen de manera que forman el eje central sobre el que se arrollan los nucleosomas. Por cada vuelta de la espiral que forma esta fibra hay seis nucleosomas. A este arrollamiento de los cromosomas sobre sí mismos se le llama solenoide.
TERCER NIVEL: FIBRA DE 200 nm.
Si eliminamos las histonas del cromosoma en metafase mitótica se puede ver que los cromosomas tienen un esqueleto central densamente teñido. Desde este esqueletos proyectan lazos de ADN que comienzan y acaban en el esqueleto. Este esqueleto central está compuesto por la enzima toposiomerasa II (enlazan o desenlazan nudos o lazos en una cadena) en el que parece haber regiones especiales llamadas regiones de unión al esqueleto o SAR.
CUARTO NIVEL: CROMOSOMA
Se produce por el arrollamiento de la fibra de 200 nm sobre sí misma .
No hay comentarios:
Publicar un comentario