Profesor: Dr. Adam Aguirre Ducler.

Junio de 2008.

Cromatina y Cromosomas.

Universidad Iberoamericana

Enfermería

Biología Celular

DNA y cromosomas.

La función más importante de ADN es llevar los genes, la información que especifica todas las proteínas que componen un organismo, incluyendo información sobre cuándo, en qué tipos de células, y en qué cantidad de cada proteína se sintetizará. Los genomas de eucariontes se dividen en los cromosomas.

En eucariontes, el ADN en el núcleo se divide entre un conjunto de diferentes cromosomas. Por ejemplo, el genoma humano-aproximadamente 3,2 × 109 nucleótidos-se distribuye más de 23 diferentes cromosomas.

Cada cromosoma consiste en una sola, y enormemente larga molécula de ADN lineal asociada a proteínas que doblan y empaquetan el ADN en una estructura más compacta.

El complejo de ADN y proteínas se llama cromatina (del griego chroma, "color", debido a sus propiedades de tinción). Además de las proteínas implicadas en el empaquetamiento del ADN, los cromosomas se encuentran asociadas a las proteínas necesarias para muchos de los procesos de expresión génica, la replicación del ADN, y la reparación del ADN.

Un gen comúnmente se define como un segmento de ADN que contiene las instrucciones para hacer una proteína particular (o un conjunto de proteínas estrechamente relacionadas). Aunque esta definición es válida para la mayoría de los genes, varios ciento de los genes producen una molécula de ARN, en lugar de una proteína, ya que es su producto final. Al igual que las proteínas, las moléculas de ARN realizar una serie de funciones estructurales y catalíticas en la célula.

Cromosomas en las células:

Fotografía de una muestra de célula vegetal vista al microscopio de luz. El DNA se visualiza con una tinción fluorescente (DAPI).

EL DNA esta presente los cromosomas, el cual es visible sólo cuando está compacto (izq).

Las células de la derecha, que no se están dividiendo contienen cromosomas idénticos, pero no se pueden ver en el microscopio de luz debido a que están en una conformación más extendida (der).

Núcleo celular.

Cromosomas humanos. Estos cromosomas, de un hombre, fueron aisladas de una célula en división (mitosis) y, por tanto, altamente compactada. Cada cromosoma ha sido "pintado" un color distinto que permita su identificación inequívoca bajo el microscopio óptico. “Pintado” de cromosomas es realizado al exponer los cromosomas de una colección de moléculas de ADN humano que se han sumado a una combinación de tinciones fluorescentes.

Forma de los cromosomas

La forma de los cromosomas es para todas las células somáticas constante y característica de cada especie. La forma depende fundamentalmente de las constricciones que presente el cromosoma y de su localización en la cromátida.

El cromosoma se encuentra constituido básicamente por el centrómero que divide el cromosoma en un brazo corto o brazo p y un brazo largo o brazo q. Algunos cromosomas presentan satélites en el brazo corto.

Según la posición del centrómero, los cromosomas se clasifican en:

Metacéntricos

El centrómero se localiza a mitad del cromosoma y los dos brazos presentan igual longitud.

Submetacéntricos

La longitud de un brazo del cromosoma es algo mayor que la del otro.

Acrocéntricos

Un brazo es muy corto (p) y el otro largo (q).

Telocéntricos

Sólo se aprecia un brazo del cromosoma al estar el centrómero en el extremo.

Patrones de bandas de los cromosomas humanos.

Cromosomas 1-22 están numerados en el orden aproximado de tamaño. Una típica célula humana somática (no germinal) contiene dos de cada uno de estos cromosomas, más dos cromosomas sexuales - dos cromosomas X en las mujeres, un cromosoma X y un cromosoma Y en un varón.

(A) El cromosomas 22, uno de los cromosomas humanos más pequeños, contiene 48 × 106 pares de nucleótidos y representa aproximadamente el 1,5% de todo el genoma humano. La mayor parte del brazo izquierdo del cromosoma 22 corto consta de secuencias repetidas de ADN que se empaquetan en una forma particular compacta de cromatina (heterocromatina)

(B) Una ampliación de diez veces de una porción del cromosoma 22, con alrededor de 40 genes indicados. Los de color marrón oscuro se conocen los genes y los de color marrón claro son genes predichos.

(C) Una mayor parte de la muestra (B) a todo lo largo de varios genes.

La organización de los genes en un cromosoma humano.

(D) El arreglo de exón-intrón de un gen típico se muestra después de una ampliación diez veces más. Cada exón (rojo) codifica una porción de la proteína, mientras que la secuencia de ADN de los intrones (en gris), es relativamente poco importante.

Comparación de la cromatina extendida interfásica con la cromatina en un cromosoma mitótico. (A) Una microfotografia electrónica de barrido de un cromosoma mitótico: un cromosoma duplicado condensado en el que los dos nuevos cromosomas están todavía unidos entre sí. La región contraída indica la posición del centromero. (B) Una microfotografia electrónica mostrando una enorme “maraña” de cromatina extendida en núcleo interfásico.

Nucleoplasma.

Es el contenido nuclear indiferenciado. Se trata de un gel de estructura y composición similar al citoplasma, pero no tiene ni microtúbulos ni microfilamentos. Está formado por agua, proteínas, ARN e iones. En él se encuentra inmersa la cromatina y se dan los procesos de síntesis del ARN (transcripción) y la replicación del ADN.

Cromatina.

En función del grado de condensación se distinguen:

Eucromatina, corresponde al conjunto de zonas donde la cromatina está poco condensada. Generalmente, estas zonas transcriben su información genética.

Heterocromatina, es una forma inactiva condensada localizada sobre todo en la periferia del núcleo, que se tiñe fuertemente con las coloraciones. La heterocromatina puede ser de dos tipos diferentes: la constitutiva, idéntica para todas las células del organismo y que carece de información genética, y la facultativa, diferente en los distintos tipos celulares y que contiene información sobre todos aquellos genes que no se expresan.

La cromatina está compuesta por ADN y proteínas de dos tipos:

- Histonas:

De carácter básico y bajo peso molecular. Se encuentran en la misma proporción en peso que el ADN.

- No histonas:

Grupo muy heterogéneo y numeroso que, en su mayor parte, son enzimas que intervienen en la transcripción y replicación del ADN.

El nucleosoma 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 enrolla el ADN con dos vueltas. El espaciamento entre las cuentas está formado por ADN que se llama ADN puente. Los nucleosomas ademas se asocian con la histona H1 habiendo una por cada nucleosoma.

Desde el punto de vista estructural, la cromatina está formada por unas unidades repetitivas llamadas nucleosomas, cada una de las cuales está compuesta por 8 histonas y ADN.

Histona H1

Nucleosomas como se ve en el microscopio electrónico. (A) cromatina aislada directamente desde un núcleo interfásico aparece en el microscopio electrónico como un hilo de 30 nm de grosor. (B) Este micrografía electrónica muestra una longitud de la cromatina que ha sido experimentalmente desempacada, o descondensada, después del aislamiento para mostrar los nucleosomas.

Organización estructural del nucleosoma.

Un nucleosoma contiene un core de proteínas básicas de ocho moléculas de histonas.

Como se ha indicado, el nucleosoma se libera de la cromatina por la digestión de ADN “linker” con una nucleasa, una enzima que rompe el ADN. (La nucleasa pueden degradar el ADN linker expuestos, pero no puede atacar al ADN unido al nucleosoma).

Después de la disociación del nucleosoma aislado en su núcleo de proteínas y ADN, la longitud del ADN que estaba unido puede determinarse.

Esta longitud de 146 pares de nucleótidos es suficiente para envolver alrededor de 1,65 veces el núcleo de histonas.

La estructura de la organización general del núcleo de histonas. Cada una de las histonas contiene una cola N-terminal, que está sujeto a varias formas de modificación covalente, y una región de plegamiento, como se indica.

El número 1 corresponde a la molécula de ADN (fibra de DNA)

En el número 2 , vemos el ADN unido a proteínas globulares (histonas), formando una estructura denominada "collar de perlas", formado por la repetición de unas unidades que son los nucleosomas, que corresponderían a cada perla del collar. (fibra nucleosomica)

En el número 3 se pasa a una estructura de orden superior formando un "solenoide” (fibra de 30nm)

En el número 4, se consigue aumentar el empaquetamiento, formando la fibra de cromatina, nuevos "bucles".

En el número 5, llegamos al grado de mayor espiralización y compactación, formando un denso paquete de cromatina, que es en realidad, un cromosoma.

1

2

3

4

5

Compactación de la cromatina.

Por lo tanto podemos decir que cromatina y cromosomas es lo mismo, y el cromosoma sería un paquete de cromatina muy compacto.

NÚCLEO MITÓTICO-CROMOSOMAS.

Los cromosomas corresponden al máximo grado de empaquetamiento o condensación de la cromatina en el momento de la división.

Los cromosomas aparecen individualizados en la metafase y anafase. En la metafase, cada cromosoma está formado por dos cromátidas, estructuras simétricas que contienen una molécula de ADN y que se mantienen unidas mediante una constricción primaria llamada centrómero.

Un típico cromosoma en metafase. Cada cromatida hermana contiene una de las 2 moléculas de DNA hijas 2, generadas al inicio en el ciclo celular por replicación del DNA.