ORGANIZACIÓN DEL MATERIAL GENÉTICO

3.1 Organismos procarióticos

El material genético se compacta en un área discreta de la célula formando los cromosomas. Éstos se encuentran en los virus, células procariotas, en el núcleo de células eucariotas y en cloroplastos y mitocondrias.  Los genomas procariontes tienen un tamaño inferior a 5 Mb, que es igual a 5,000 pares de bases (pb). La mayor parte del genoma bacteriano  corresponde a genes.

3.1.1 ADN circular

El genoma de la mayoría de los procariontes esta formado por un único cromosoma. Normalmente es una molécula de DNA de doble cadena cerrada y circular. Los genes bacterianos están muy agrupados, con distancias intergénicas muy pequeñas, y los intrones son muy escasos. El cromosoma bacteriano se compacta formando una estructura llamada NUCLEOIDE. 3.1.2 Proteínas asociadas Existen una serie de proteinas relacionadas con el empaquetamiento del DNA bacteriano  que reciben el nombre de proteinas similares a histonas, (H-NS), (HU), Dichas proteinas tienen un bajo peso molecular y los genes que las codifican existen en múltiples copias, sin embargo su similitud con las histonas de los eucariotas es muy baja. 3.1.3 ADN extracromosómico. 3.1.3.1 Plásmidos. Genomas plásmidicos  Los plásmidos no pueden vivir fuera de la célula. Los plásmidos bacterianos contienen a menudo genes que son útiles para la célula huésped. Confieren resistencia a  antibióticos, promueven la fusión o producen toxinas. Ocasionalmente se encuentran plásmidos en hongos y células vegetales. La mayor parte de ellos se encuentran en mitocondrias y cloroplastos, pero algunos aparecen en el núcleo y citoplasma. A diferencia de los plasmados bacterianos, estos no confieren beneficio alguno y subsisten solo para copiarse a si mismos. 3.1.3.2 Bacteriófagos. Son virus que infectan exclusivamente a bacterias.  Los fagos están constituidos por una cubierta proteica o cápside en cuyo interior está contenido su material genético. El virus puede seguir dos rutas dependiendo del tipo de fago que sea: Fago Virulento: siempre sigue la ruta lítica, y Fago Temperado: pueden seguir la ruta lítica pero normalmente siguen la ruta lisogénica según la cual el fago está en la célula como un profago. CICLO LÍTICO 1._ Un fago se adhiere a la célula hospedadora e inyecta su ácido nucleico en la célula. 2._ Con la "maquinaria" de la bacteria, el fago replica su material genético y sintetiza sus proteínas mientras que el cromosoma del huésped se degrada. 3._ Los fagos se ensamblan en el interior de la célula huésped. 4._ La bacteria se lisa y los fagos quedan libres. CICLO LISOGÉNICO 1._ El fago se adhiere a la célula hospedadora e inyecta su material genético. 2._ La célula, tiene, en estos momentos, dos ADN circulares (uno de ellos del fago). 3._ El ADN del fago se integra en el cromosoma de la célula huésped. 4._ Se produce entonces la lisogenia: la bacteria es portadora del ADN del fago pero es inmune a su acción lítica aunque sí que pueden infectar a otras bacterias no resistentes a estos virus y provocar su lisis. 3.1.3.3 Transposones Su existencia fue propuesta por Bárbara McClintock en el maíz, sin embargo, su existencia no se demostró hasta mucho más tarde en bacterias. Por ello fue laureada con el Premio Nobel en 1983. Hoy se sabe que hay transposones en todos los organismos y que condicionan enormemente la evolución.  La transposición es el fenómeno por el cual un elemento de DNA cambia de ubicación física en el cromosoma sin aprovechar ningún tipo de homología de secuencia, sino a través de una proteína específica denominada transposasa. 3.2 Organismos eucarióticos Genomas nucleares eucarióticos En los organismos eucarióticos, la mayoría de los genes se encuentra en los cromosomas del núcleo. Las especies eucarióticas se clasifican como diploides (dos series de cromosomas en el núcleo), o son haploides (1 sola serie de cromosomas en el núcleo).   3.2.1 ADN lineal y empaquetamiento 3.2.1.1 Histonas  La mezcla completa de materiales  de los que se compone el cromosoma se conoce como cromatina. Se trata de DNA y proteínas. Las histonas son proteínas asociadas al DNA en los nucleosomas. Los nucleosomas (10 nm) están formados por un octamero compuesto por dos unidades de cada una de las histonas (H2A, H2B, H3 Y H4). 3.2.1.2 Solenoides El enrollamiento que sufre el conjunto de nucleosomas recibe el nombre de solenoide.  Los solenoides se enrollan formando la cromatina del núcleo interfásico de la célula eucariota. Cuando la célula entra en división, el ADN se compacta más, formando los cromosomas. El solenoide mantiene su forma mediante otra histona H1. Para conseguir el primer nivel de empaquetamiento el DNA se enrolla alrededor de las histonas, que actúan, como bobinas de un hilo, un nuevo enrollamiento genera la conformación del solenoide. 3.2.1.3 Cromosomas  Los cromosomas se encuentran muy enrollados, si un solenoide tiene de diámetro 30 nm, un cromosoma condensado tiene 700 nm. Para esto el solenoide se enrolla sobre un esqueleto proteico compuesto de la enzima topoisomerasa II, que es capaz de pasar una cadena de DNA a través de otra. 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 nucleosoma está formado por un octamero de histonas en el que hay dos subunidades de las histonas H2A, H2B, H3 y H4. Alrededor de este octamero se arrolla el ADN con dos vueltas. El espaciamiento entre las cuentas está formado por ADN que se llama ADN puente. El nucleosoma mide 6 nm. Los nucleosomas se vuelven a organizar con la ayuda de la histona H1 habiendo una por cada nucleosoma. SEGUNDO NIVEL: FIBRA DE 30 nm. El nucleosoma 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. Desde este esqueleto se proyectan lazos de ADN que comienzan y acaban en el esqueleto. Este esqueleto central está compuesto por la enzima topoisomerasa II (enlazan o desenlazan nudos o lazos en una cadena) en el que parece haber regiones especiales llamadas regiones de unión al esqueleto. CUARTO NIVEL: CROMOSOMA Se produce por el arrollamiento de la fibra de 200 nm sobre sí misma. 3.2.2 Complejidad del genoma Los genes se diferencian unos de otros por su función y por su tamaño, pero en la mayoría de ellos puede observarse una serie de rasgos topológicos comunes. El hecho de definir con precisión que es un gen puede dificultarse ya que muchos genes eucarióticos contienen segmentos de DNA, llamados intrones y exones. 3.2.3 ADN mitocondrial. Los cromosomas de mitocondrias y cloroplastos son de DNA de doble cadena. Los cromosomas de los orgánulos contienen genes específicos de las funciones que lleva cabo el orgánulo, sin embargo la mayoría de funciones del orgánulo están codificadas en el núcleo. Las mitocondrias y cloroplastos probablemente se originaron por endosimbiosis de una procariota. 3.3 Organización genómica viral. Los genomas virales son muy distintos entre si, muchos están compuestos de ADN, que cuando están empaquetados puede ser de cadena sencilla y cadena doble. Algunos virus como el HIV (retrovirus) contienen genomas de RNA, algunos de cadena sencilla y otros de cadena doble. Algunos genomas virales contienen DNA y RNA circulares. Independiente del genoma del virus hay siempre una fase intracelular del ciclo infectivo, en la cual este genoma se convierte en DNA de cadena doble. En los pequeños genomas de plásmidos, orgánulos y virus, los genes se encuentran cercanos unos  a otros, casi sin espacio intergenico (también en bacterias) y es completamente distinto al genoma de animales y plantas, donde estos espacios son mucho mayor.