UAQ

Facultad de Medicina

Cromosomas

Biología Molecular

ProfesoraDra. Adriana Jheny Rodriguez Mendez

AlumnoMariana Fuentes Juvera

Fecha16 de septiembre de 2015

Introducción

La principal función del ADN es contener el material genético y en este, la información necesaria para

interpretar cuándo, dónde y qué cantidad se producirán proteínas. Y todo esto, está contenido dentro de los

cromosomas. Se debe tener en cuenta, que también existen genes que en lugar de proteínas, producen RNA

con funciones estructurales y catalíticas.

Si se extendiera el DNA dentro de una célula, este mediría aproximadamente 2 metros, pero logra

empaquetarse de manera que logra ser contenido en un núcleo de 6µm gracias a proteínas especializadas

que pliegan el ADN, facilitando que se enrolle y forme bucles, de manera que se encuentra compactado, pero

ordenado de una manera que resulta accesible para su replicación, reparación y utilización.

El genoma humano, se compone de 3,2 x 109 nucleótidos, distribuidos en 24 cromosomas, cada uno

compuesto por una sola molécula de DNA y proteínas que se encargan de compactarla. El complejo que se

forma a partir de ambos elementos, se conoce como cromatina.

Dentro de cada célula, existen dos copias de cada cromosoma, donde cada copia proviene de uno de los

padres, formando una pareja conocida como cromosomas homólogos. La única excepción, son los

cromosomas sexuales, que pueden emparejarse como XY en hombres, y XX en mujeres. Cada célula

contiene 46 cromosomas, donde 22 parejas son autosomas homólogos, y 2 cromosomas son sexuales,

emparejados entre ellos.

Los cromosomas tienen un aspecto particular durante la mitosis, conocido como cariotipo, que puede

observarse al teñirlos usando la técnica de hibridación del DNA durante su fase de mayor condensación

(cromosomas mitóticos). Otro método utiliza colorantes para formar un patrón de bandas a lo largo de cada

cromosoma, el cual resulta ser distinto en cada uno, de manera que permite su identificación.

Cromosomas

Existe una relación entre la complejidad de un organismo y el número de genes que tiene, pero no con el

número de cromosomas que posee. En la especie humana, llama la atención que a pesar de la gran cantidad

de genes que tiene, pocos de ellos codifican proteínas o RNA, mientras que los genes restantes, en su

mayoría se componen de fragmentos de secuencias cortas de DNA. A estos últimos, se les conoce como

intrones, que son los genes no codificantes, mientras que a los genes codificantes se les conoce como

exones. Ambos se encuentran intercalados a lo largo del código genético, donde además se encuentran

secuencias de DNA reguladoras, responsables de asegurar que un gen se exprese en el tiempo, célula y nivel

requerido.

Se han encontrado diversas regiones dentro de los genes que son idénticas aún entre diferentes especies,

estas se conocen como regiones conservadas, que constituyen los exones que son importantes

funcionalmente y secuencias de regulación. Existen también regiones no conservadas, que se componen de

secuencias prescindibles.

Los cromosomas deben ser capaces de replicarse y heredar su información durante el ciclo celular, para esto

existen tres secuencias de DNA. El primero de es llamado origen de replicación del DNA, que como su

nombre lo dice, indica el lugar donde inicia la replicación. La mayoría de las eucariotas cuentan con varios

orígenes de replicación para acelerar el proceso. La segunda secuencia, centrómero, permite que cuando la

célula se duplica, cada una contenga una copia del cromosoma. Ahí se forma además un complejo proteico

conocido como cinetocoro, que une los cromosomas al huso para facilitar su separación. Finalmente, la

tercera secuencia se conoce como telómero, se encuentra en los extremos del cromosoma, y contienen

secuencias repetidas que permiten la replicación de dichos extremos. Por otro lado, las secuencias repetidas

y las regiones colindantes protegen los extremos para no ser reconocidos como una molécula rota.

Como se dijo anteriormente, la cromatina es el complejo formado por la unión de DNA y proteínas. Dichas

proteínas, pueden ser histonas, las cuales son responsables de la formación del nucleosoma, que es el

primer nivel de organización cromosómico. Cada nucleosoma, está formado por un octámero de histonas y un

DNA de doble cadena que se enrolla alrededor de este, dando aproximadamente 1.65 vueltas hacia la

izquierda. Y cada uno de los nucleosomas, se separa del otro por una región DNA espaciador.

Durante la formación del nucleosoma, las histonas se unen por medio de sus pliegues y forman dímeros H3-

H4 y H2A-H2B, y H3-H4 que se combinan y forman tetrámeros, que se combinan más tarde con dos dímeros

H2A-H2B y forman el octámero. Este último forma el núcleo en el cual se enrollará más tarde el DNA. Cada

núcleo forma también colas N-terminales, que se ven afectadas por modificaciones covalentes.

Existen dos factores que determinan la posición del nucleosoma. El primero es la dificultad de doblar la hélice

de DNA alrededor del octámero. Facilitándose cuando las secuencias son ricas en A-T, de manera que se

busca que en el surco menor de la hélice, se concentre la menor cantidad de G-C.Y el segundo factor, es la

presencia de más proteínas unidas al DNA, que pueden favorecer u obstaculizar el ensamblaje.

Las células eucariotas tienen complejos remodeladores de cromatina que funcionan a partir de ATP y

modifican la estructura de los nucleosomas de manera que se relaja la unión de DNA al núcleo de histonas.

Se cree que se presenta debido al desplazamiento de H2A-H2B, ya que H3-H4 es difícil de reordenar debido

a su alta estabilidad. Posteriormente, el nucleosoma puede volver a su estado normal de manera gradual.

La remodelación da como resultado el acceso de proteínas al DNA, de manera que implica a su vez la

expresión, replicación y reparación del material genético. Por otro lado, pueden efectuarse cambios

posicionales, o transferir un núcleo de histonas de una molécula de DNA a otra.

Las colas N-terminales también están expuestas a distintas modificaciones covalentes, como son la

acetilación o metilación de lisinas, y la fosforilación de serinas. La mayoría ocurre después de que el

nucleosoma se haya ensamblado, y son llevadas a cabo por enzimas nucleares. Estas modificaciones afectan

la estabilidad de la fibra de cromatina, pero también sirven para atraer proteínas específicas a la región

modificada, de manera que ayuden al empaquetamiento o faciliten su acceso al DNA.

En los años treinta, se realizaron estudios con microscopio óptico que permitieron distinguir dos tipos de

cromatina, una de estas se encontraba altamente condensada, denominada heterocromatina, se concentra

especialmente en regiones como los centrómeros y telómeros. El segundo tipo, es la llamada eucromatina,

que casi no está condesada, y se compone por fibras de 30 nm y dominios en bucles.

La mayoría del DNA empaquetado en heterocromatina, no contiene genes, pero aun cuando los tiene, estos

no pueden ser expresados debido a su alto empaquetamiento. Pero por otro lado, su función reside en el

funcionamiento de los telómeros y centrómeros, y en la protección del genoma de parásitos. Además, tiene la

capacidad de silenciar genes si se desplazan hacia su zona de manera experimental.

Los reguladores silenciosos de información, evitan que genes que se encuentran cerca de los telómeros sean

silenciados. Una de estas puede afectar Colas N-Terminales de las histonas, de manera que sean menos

propensas a la remodelación. El Sir2 es quien realiza esta acción, y se sabe que requiere NAD como cofactor,

y que los niveles de este aumentan cuando faltan nutrientes a la célula, provocando que la heterocromatina

telomérica se expanda, silenciando la expresión de genes, pero volviéndose a retraer cuando las condiciones

mejoran.

En los centrómeros, no existen secuencias de DNA específicas, si no que se compone de secuencias cortas y

repetidas conocidas como DNA satélite alfa. Se ha propuesto que para la síntesis de novo de centrómeros, se

requiere un marcaje inicial, que ocurre más rápidamente en presencia de DNA satélite alfa, pero sin que esta

llegue a ser esencial. Su síntesis, así como su inactivación son poco usuales, pero logran ser estructuras

estables que facilitan el proceso evolutivo.

La eucromatina contiene grandes cantidades de genes, con secuencias cortas y repetidas que podrían ser

una señal para formar heterocromatina, debido a una característica conocida como silenciado de genes

inducido por repetición, que es un mecanismo de protección contra la proliferación de elementos invasores.

Conclusión:

La importancia de conocer las características de los cromosomas, tanto estructurales como funcionales, así

como su proceso de empaquetamiento, es que nos permite entender mejor cómo funciona la herencia, y

cómo es que algunos genes se expresan mientras que otros son silenciados a pesar de estar presentes, por

qué sucede esto, o cómo pude afectar o ser afectado por otros eventos. Del mismo modo, nos puede permitir,

en un futuro, modificar la expresión de genes, por ejemplo, silenciando aquellos que causan enfermedades o

por el contrario, expresando aquellos que pudieran ser beneficiosos para nosotros.

Albert et al. Biología Molecular de la célula, 5 ed. Barcelona: Omega; 2008.