UNIDAD # 3. ORGANIZACIÓN DEL MATERIAL GENÉTICO

3.1 Organismos procarióticos

Los genomas bacterianos tienen un tamaño inferior a 5 Mb, que es igual a 5,000 pares de bases (pb), aunque en el caso de Bacillus megaterium el genoma tiene un tamaño de 30 Mb. 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. Existen excepciones, cuyo cromosoma es una cadena lineal. Los genes bacterianos están muy agrupados, con distancias intergénicas muy pequeñas, y los intrones son muy escasos. En algunas regiones, varios genes están relacionados y se organizan en un grupo, y solo se forma una molécula de RNA de todo el grupo (a esta unidad se le llama Operón.) 3.1.2 Proteínas asociadas El DNA en bacterias se  organiza en un nucleoide Que se forma por un superenrrollamiento. En E.coli existen una serie de proteinas relacionadas con el empaquetamiento del DNA que reciben el nombre de proteinas similares a histonas p.e. histone-like nucleoid structuring protein (H-NS), integration host factor (IHF) etc. 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 (a excepción de las proteinas HU). 3.1.3 ADN extracromosómico. 3.1.3.1 Plásmidos. Genomas plásmidicos Las células bacterianas contienen comúnmente pequeños elementos de DNA que no son esenciales para las operaciones básicas de la célula. Estos componentes se denominan plasmados. Los plásmidos no pueden vivir fuera de la célula. Los plásmidos bacterianos contienen a menudo genes que son útiles para la célula huésped, p.e. 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. Los fagos pueden generar el ciclo lítico o el ciclo lisogénico, aunque muy pocos son capaces de llevar a cabo ambos. En el ciclo lítico, las células hospedadoras del fago son lisadas (destruidas) tras la replicación y encapsulación de las partículas virales, de forma que los nuevos virus quedan libres para llevar a cabo una nueva infección. Por el contrario, en el ciclo lisogénico no se produce la lisis inmediata de la célula. El genoma del fago puede integrase en el ADN cromosómico de la bacteria hospedadora, replicándose a la vez que lo hace la bacteria o bien puede mantenerse estable en forma de plásmido, replicándose de forma independiente a la replicación bacteriana. En cualquier caso, el genoma del fago se transmitirá a toda la progenie de la bacteria originalmente infectada. El fago queda así en estado de latencia hasta que las condiciones del medio se vean deterioradas: disminución de nutrientes, aumento de agentes mutagénicos, etc. En este momento, los fagos endógenos o profagos se activan y dan lugar al ciclo lítico que termina con la lisis celular. 3.1.3.3  Transposones Transposición Su presencia la demostró Bárbara McClintock en los años 50, pero se la ignoró por ir contra la ortodoxia genética del momento: los genes están en un orden determinado e inmutable. 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 nucleo), la mayoría de algas y hongos son haploides y el resto de eucariotas (incluyendo plantas y animales) son diploides. La letra n se utiliza para designar el número de cromosomas de un genoma nuclear de un organismo, la condición diploide es 2n y la haploide n.  Las condiciones 3n, 4n, 5n, etc.  Se conocen como poliploides. 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 nucleososmas. 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 nucleosoma es una forma distendida, de una forma muy enrollada denominado solenoide (30 nm) , 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 Enrollamientos de orden superior. 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. 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 eucarioticos contienen segmentos de DNA, llamados intrones, que se encuentran intercalados en la región transcrita del gen. Los intrones no contienen información para al formación del producto génico correspondiente. (p.e proteína). Se transcriben junto con las regiones codificantes (llamadas exones) pero luego son eliminados del transcrito inicial. La correcta secuencia de nucleótidos de los intrones, de la región reguladora y de la región codificante es necesaria para crear un trascrito del tamaño adecuado, en el momento y lugar adecuado y estas tres partes deben considerarse como una unidad funcional completa, en otras palabras como parte de un gen. 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. Las mitocondrias  se encuentran en todos los seres eucariotas aerobios; contienen las enzimas para la mayor parte de las reacciones oxidativas que generan energía para las funciones celulares. Estas enzimas incluyen a la piruvato-deshidrogenasa, a las involucradas en el transporte de electrones, en la fosforilación oxidativa, en el ciclo del Krebs, y en la oxidación de los acidos grasos. 3.3 Organización genómica viral. Un virus es una partícula no viva que solo puede reproducirse a si misma infectando una célula viva y modificando la maquinaria celular de la huésped para general una descendencia de partículas virales. Los virus están formados por una cubierta proteica y un núcleo central que contiene su genoma. 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) contiene 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.