GENOMA HUMANO

Suma de genoma mitocondrial y nuclear

Ø GENOMA MITOCONDRIAL

ADN circular,

ADN optimizado por que tiene regiones codificantes 93%,

regiones de ADN que codifican para algo, se expresa y se transcribe.

Producto génico: ARN o proteína

Tiene 37 genes

Ø GENOMA NUCLEAR

46 moléculas lineales (diploides)

menos 5% regiones codificantes

95% ADN residual

mas del 50% secuencias repetidas: ADN no codificantes

secuencias únicas con una copia de ADN, corresponden con secuencias codificantes.

o ADN REPETITIVO: SECUENCIA REPETIDAS

- ADN altamente repetitivo secuencia repetida miles de veces.

- ADN moderadamente repetitivo tándem: se repite cientos de veces unas pegadas a otras, adyacentes

- ADN moderadamente repetitivo disperso: las secuencias repetidas se dispersan por el genoma

- Genes funcionales multicopia: ADN no codificantes, genes que están en varias copias.

o SECUENCIAS UNICAS

Repiten una vez

Genes funcionales

Corresponde con secuencias de speudogenes: copias de genes funcionales que han perdido la función o la estructura

GENOMA NUCLEAR

1. ADN ALTAMENTE REPETITIVO

El ADN absorbe luz ultravioleta a 260 de onda

contra mas luz absorba mas concentración ADN hay

valor absorbancia: concentración de ADN. Mas absorbancia mas concentración.

Por gradiente sal Cloruro de cesio, se utiliza para centrifugar una muestra de ADN, dependiendo de la densidad quedara mas arriba o mas abajo y si hay dos ADN de diferente densidad se separan.

En la grafica, hay dos picos se observa dos tipos de ADN con diferente densidad,

el principal tiene mas absorbancia por lo que hay mas concentración de ADN.

- ADN principal: la mayoría del ADN que tiene la mima densidad determina.

- ADN satélite: Un porcentaje pequeño que su densidad es diferente que le mayoritario, normalmente densidad menor. hay en todos los seres vivos. En procariotas no hay ADN satélite. La densidad puede se mas denso como en humanos por los pares GF o menos denso.

ADN satélite: secuencias cortas en tándem, repetitivo.

heterocromatina

asociado a centrómeros.

ADN satélite + colorante fluorescente: ADN satélite se pegaba en las zonas homologas.

· SECUENCIAS DE ADN CENTROMERICO

En humanos SECUENCIAS ALFOIDES

Secuencias de ADN centromerico en humanos

171 pares de bases

repetida miles de veces y en tándem.

Hasta completar regiones de hasta 3x106

no se transcriben por que no son codificantes, al estar secuencias en lugar del centrómero puedan tener alguna función que se asocia al centrómero (teoría).

· SECUENCIAS DE ADN TELOMERICO

- SECUENCIAS DE DN TELOMERICO:

están en el extremo justo en telómero.

ADN repetitivo. Esta secuencia es la que mas se repite en humanos,5`ttaggg3,

secuencia conservada evolutivamente, la función es estabilizar el cromosoma.

- SECUENCIAS DE ADN ASOCIADAS A TELOMEROS:

pueden estar en telomero pero están en zona adyacente mas hacia adentro. ADN repetitivo

no conservado evolutivamente

2. ADN MODERADAMENTE REPETITIVO EN TANDEM

microsatelites y minisalientes:

VNTR: repeticiones en tándem de numero variable, secuencia que se repite muchas veces, y variable por que depende del individuo.

2 TIPOS DE VNTR

MINISATELITES: la secuencia repetida es 6 y 100 pares de bases, repetidas cientos de veces en tándem.

MICROSATELITES: la secuencia repetida es corta entre 2y 5 pares de beses repetida cientos de veces en tándem

Forman agrupaciones y se diseminan por el genoma

Variabilidad entre individuos, huella dactilar de AND

HUELLA MOLECULAR DE ADN

El numero de copias varia por individuo

Humanos somos diploides: hereda nº de repeticiones del padre y la madre

Polimorfismo: muchos tipos de individuo diferentes por la variabilidad genética para identificar individuos.

Identificaciones forenses, análisis de minisatelites.

Correlación entre los padres y el individuo, secuencias variables.

Para cada cromosoma tiene un VNTR de la madre o del padre igual que los de ellos.

Huellas de ADN,

3. ADN MODERADAMENTE REPETIDO DISPERSO

Las secuencias se repiten cientos de veces

Disperso las secuencias se dispersan por que saltan y se mueven por eso se llaman transposones o elementos transponibles ( jumping genes) 45% total del ADN.

Se transponen poco y si pasa no es bueno

El problema es que se insertan donde quieren, como el 95% es residual no hay problemas pero si se inserta en el 5% del ADN funcional puede causar una patología o cáncer.

CLASIFICACION DE LOS ELEMENTOS TRSNSPONIBLES

- CLASE I O RETROTRANSPOSONES

42% genoma

se transponen a través de un intermediario de ARN. Están activos en el genoma humano.

Probable origen vírico

Secuencias parasito

ADN = ARN = cADN

zonas de ADN con promotoras para polimerasa ARN- II y III, zonas donde la enzima polimerasa y puede empezar a trabajar.

El ADN se transcribe cuando echa producido la unión y se forma ARN

ARN modificado o madurado actúa la transcriptasa inversa o reversa o retrotranscriptasa( sinónimos),

Retrotranscriptasa lee ARN y hace copia de ADN, hacen transcripción al contrario, pero la molécula de ADN no es idéntica al ADN original por que el ARN se ha madurado previamente, por lo que el ADN no es igual y se le llama cADN. ( cADN= copia de ARN por retrotrascripcion)

La copia de Cand se transponen en.

Todo esto significa que aumenta el ADN de un individuo por que se copia, no se corta, por lo que se aumenta la cantidad de ADN por fenómenos de transposición.

· 2 SUBTIPOS

ü transposones LTR

LTR: repeticiones largas terminales

Repeticiones largas en extremos

ü transposones no LTR

son los mas numerosos

- LINES: secuencias autónomas, autosuficientes, dentro de la secuencia esta el gen de la transcriptasa inversa. Secuencias largas que se dispersan por genoma

20% del genoma

se han repetido L veces y están repetidas

Humanos Familia L1 15 % del genoma

L1 se repite 6 kilo bases, pero solo unas 100 son activas y se mueven.

- SINES: no tiene gen de transcriptasa inversa y necesitan usar la transcriptasa inversa de la LINES

Secuencias parasito de ADN parasito.

Secuencias cortas que se dispersan con genoma

13% del genoma

Familia Alu: constituyen 10% del genoma

Son mas cortas

Se repiten 300 pares de bases repetidas y distribuidas por todo el genoma

La familia Alu se originan por retrotransposición del gen que codifica a la partícula 7s de la PRS.

PRS: Partícula de reconocimiento de la señal

SVA: contiene secuencia HERV, retrovirus endógeno humano, cuando se transponen hay incidencia oncológica.

SVA: secuencia de 3 componentes Sine + VNTR + Alu

L mayoría contiene el gen del retrovirus endógeno humano HERV

Estos son los mas activos

Malos por que si surgen retrotransposicion en secuencias SVA y que tengan HERV se asocian a cáncer.

2 kilo bases

- CLASE II O TRANSPOSONES DE ADN

3%

transposición directa: mecanismo de cortar y pegar

estos transposones es su secuencia tiene el gen de la transposasa y da lugar a la enzima transposasa que se encarga de corta y pegar.

En sus extremo tiene secuencias invertidas entre 9-40 pares de bases,

Tansposicion conservadora: no se copia o añade mas ADN, sino que se corta y se pega y se conserva.

En humanos hay muy pocos activos,

Fósiles humanos de transpososnes por que no tiene capacidad para transponerse por que esta truncado y no se forma adecuadamente la enzima.

Están en plantas, moscas y procariotas con una alta actividad

En humanos:

Secuencias MER1 / 2, secuencias HSmar 2 se asocian con patologías.

4. GENES MULTICOPIA MODERADAMENTE REPETIDOS

MUY POCAS SECUENCIAS REPETIDAS SON GENES FUNCIONALES

gen que codifica para el arnr 45s: es el gen precursor de ARNr 5,8s, 18s y 28s.

Copias en tándem

Están en brazo corto de cromosomas 13, 14, 15, 21 y 22.

Este gen fabrica cromosomas.

5. SECUENCIAS UNICAS: GENES FUNCIONALES

Secuencias únicas son los genes: 30%,

en su estructura hay regiones que se pierden cuando se transcribe

y lo que queda al final es 1,5% ( lo rojo).

Solo un 1,5% de nuestro genoma su función es dar proteína.

GEN: región del ADN que puede transcribirse en una molécula de ARN funcional

La mayor parte de las secuencias únicas son genes

Menos del 5% del genoma son zonas codificantes.

ESTRUCTURA DE UN GEN

- Unidad transcripcional: zona central del gen. Dos tipos de secuencias que se combinan.

Exones: zonas verdes, tienes tripletes o codones, que llevan información útil.

Intrones (zonas que no formarán parte de la proteína final): zonas de ADN , pero cuando se transcriben en el ARN se cortan y se pierden.

- Regiones UTR (untranslated regions): una región a cada lado de la unidad transcripcional. Regiones que se transcriben pero no se traducen.

- Zonas reguladoras (de unión a proteínas y ARN): por fuera en mas hacia los extremos. Forman parte del gen. Zonas necesarias para que el gen pueda funcionar y tenga actividad. Por ejemplo en posición 5`hay PROMOTOR: esta en zona 5`, donde se una ARN polimerasa para que el gen se pueda transcribir. Si no hay promotor no se transcribe. Y también se une a otras moléculas de ADN.

las secuencias de los genes siempre va de 5`a 3.

ORF: MARCOS DE LECTURA ABIERTA. Open Reading frame. Secuencia del ADN que tiene estructura parecida al del gen, que al menos tenga un promotor. Buscar genes. La mayoría eran genes, pero lo llamaban así.

GENES HUMANOS Y GRAN DIVERSIDAD

También diversidad en la organización exón-intrón: genes grandes suelen tener intrones grandes, no exones grandes: por muy grande que sea, los intrones se penden y queda al final poco exones y por lo tanto poca proteína.

- Gen Apolipoproteína B: 45 kb; proteína 4.563 aas, gen pequeño pero muchas proteínas

- Gen Distrofina: 2,4 Mb (2.400 kb); proteína 3.685 aas. Gen muy grande, pero da menos proteína que el anterior.

Los genes muy grandes tienen intrones muy grandes y viceversa.

Los exones tienen tamaño parecido en todos los genes.

- 1kb: mas de 10.000 pares de bases.

Genes de menos de 10kb pequeños, gen para la insulina, para histonas

Genes entre 10 y 100 kb: medianos, gen para albumina, LDL,

Genes + 100 kb: muy grandes. Genes que codifican para factor 8, CFTR, Dystrofina

COMO SE ORGANIZAN Y DISTRIBUYEN LOS GENES HUMANOS QUE CODIFICAN POLIPEPTIDOS

1. Genes con funciones similares pueden estar agrupados: familias génicas

2. Superfamilias génicas

3. Pseudogenes, genes truncados y fragmentos génicos internos

4. Genes superpuestos: típico en bacterias

1. GENES CON FUNCIONES SIMILARES PUEDEN ESTAR AGRUPADOS: FAMILIAS GÉNICAS

No son frecuentes, pero se dan.

· GENES CON FUNCIÓN IDÉNTICA

-Adyacentes: origen por duplicación: α globinas: se duplica gen, quedan adyacentes, las dos copias quedaron pegadas.

-En distintos cromosomas:

*histonas (10 crom ≠): los genes de las histonas están hasta en 10 cromosomas diferentes, no están pegados.

*ubiquitina: estructura cuaternaria, necesita varios poli péptidos. Los genes que expresan los diferentes polipeptidos están en cromosomas diferentes, se tiene que expresar diferentes genes para que se de ubiquitina.

· GENES CON FUNCIÓN SIMILAR PERO NO IDÉNTICA

-Adyacentes: origen por duplicación: α y β globinas, tiene funciones similares. Quedan adyacentes, normalmente por duplicación por error de la polimerasa que copia dos veces, al final se forma hemoglobina.

-En distintos cromosomas: genes para isozimas, genes con función similar no idéntica situados en diferentes cromosomas.

· GENES CON FUNCIÓN RELACIONADA

-En distintos cromosomas: genes de misma ruta; receptor ligando…: genes en distintos cromosomas, con una función relacionada en común pero cada uno una diferentes. Por ejemplo las enzimas de la glucolisis.

2. SUPERFAMILIAS GENICAS

· Genes que codifican para una serie de moléculas importantes relacionadas con el sistema inmune.

· Superfamilia del receptor acoplado a proteína G: conjunto de genes que codifican para receptores que están acoplados a proteína G en su respuesta celular

3. PSEUDOGENES, GENES TRUNCADOS Y FRAGMENTOS GÉNICOS INTERNOS

genes que han perdido función

Son copias defectuosas de genes que son frecuentes en las familias de genes

adyacentes

Ø PSEUDOGEN: copias de genes que han mutado y se han convertido en inservibles.

Copias de gen truncadas,

- Codón fin extra: polipéptido más corto no funcional, tiene un codón fin antes mutado. Por lo que No es funcional.

- Pseudogenes procesado: origen por Retrotransposición. Copias defectuosas de un gen, genera por Retrotransposición, (aumenta el ADN madurado de un individuo por que se copia, no se corta, da copia cADN por lo que se aumenta la cantidad de ADN por fenómenos de transposición), y la copia cADN se inserta donde quiere, y depuse por replicación la polimerasa la copia normal. Por lo que es una copia de gen pero no es funcional, por que no tiene intrones que aunque no se necesitan para funcionar si para expresarse.

“RETROGEN”: si se inserta junto a promotor, speudongen procesado pero cuando se inserta en genoma lo hace delante de un promotor, por lo que puede transcribirlo una polimerasa, se transcribiría pero no daría gen funcional por que es una mutación.

Ø GEN TRUNCADO → carece de extremo 5´y 3´, si le quitas un promotor no es funcional. Carece de uno de los dos extremos

Ø FRAGMENTO GÉNICO INTERNO → le falta los extremos 5`y 3`y es muy corto. Genes que le faltan los dos extremos, a veces queda un gen muy pequeño por que se corta mucho extremos, no es funcional no puede transcribirse.

4. GENES SUPERPUESTOS

Son genes que se superponen. No suelen ser frecuentes en humanos porque nuestro genoma es muy extenso y el 95% es no codificante con lo cual los genes suelen estar separados no superpuestos. Aquellas especies cuyo genoma es pequeño sí que tienen genes superpuestos como es el caso de los virus.

Están los genes superpuestos con organización génica bidireccional como son los genes del complejo HLA (se utilizan en los trasplantes para averiguar la compatibilidad) en los cuales hay un gen cada 15kb y tienen una organización génica bidireccional (los genes se transcriben de hebras distintas del ADN). Cuando se va a transcribir una zona, se transcribe una de las dos hebras. Otro tipo de genes superpuestos son los genes dentro de genes como es el caso del intrón 26 del gen NF1 (gen de la neurofibromatosis tipo I). Se ha visto que coincidiendo justo en la secuencia del intrón 26 hay tres genes pequeños (OGMP (glucoproteína de la mielina del oligodendrocito), EV12A y EV12E (relacionados con la leucemia)).

PROYECTO GENOMA HUMANO Y GENÓMICA

Genómica es una ciencia que estudia el genoma completo a nivel de estructura y función. Existe una genómica estructural y otra funcional. La primera que se desarrolló fue la estructural.

El proyecto genoma humano comienza en EEUU en 1990 y se puso en marcha la búsqueda de “marcadores de ADN” que son secuencias de ADN con posición cromosómica conocida (micro y minisatélites, SNPs (single nucleotide polymorphims). Con esto se hicieron estudios de ligamientos para encontrar patologías.

En 1998 se inicia la revisión de objetivos en la cual se propuso: elaborar un primer borrador de la secuencia completa (2003), continuar el desarrollo de tecnologías de secuenciación, estudiar la variación y polimorfismos del genoma humano, desarrollar la tecnología genómica funcional (Craig Venter desarrolló los estudios EST (estudios de ADN de bibliotecas de tejido)), comparar genomas de distintas especies, introducir implicaciones éticas, legales y sociales y desarrollar herramientas bioinformáticas.

En 2003 aparece el primer borrador del genoma humano. Los resultados más relevantes fueron; menos del 2% de ADN codificante, tenemos entre 20.000- 25.000 genes, más o menos el 50% del ADN es ADN repetitivo, tenemos 1gen cada 100kb, el tamaño medio de un gen humano es de 20-30kb, más o menos hay 7-8 exones por gen, un exón tiene más o menos 150 pb, los intrones varían en tamaño, la secuencia G+C supone el 41% del ADN (49% A+T) y los genes suelen aparecer en las zonas ricas en pares G+C.

Después de este proyecto, se observó que hay una gran variabilidad genética entre los individuos que origina que exista una susceptibilidad a enfermedades distinta igual que a los fármacos. También hay diferencias dentro y entre grupos étnicos. La variabilidad genética dentro de un grupo de población es mayor que la que puede haber entre grupos étnicos. Con todos estos resultados, aparece el proyecto HapMap que estudiaba los SNPs más frecuentes entre los distintos grupos étnicos.

GENOMICA, PROTEOMICA, TRANSCRIPTOMICA

Genómica: ciencia que se desarrollo primero, estudia el conjunto de secuencias de ADN, el genoma.

Poteomica: ciencia que estudia el proteoma, conjunto de proteínas.

Transciptomica: ciencia que estudia el transcriptoma, conjunto de secuencias y patrones de expresión de todos los transcritos. Estudia el transcriptoma q es el conjunto de todos los transcriptos

Interactomica: ciencia estudia el interractoma, conjunto de interacciones entre proteínas- protina- ADN…

Omica: ciencia que estudio….

Oma: conjunto de…

Para el estudio hay chips de ADN, o microrrays, estudia el genoma, trsnpcirtoma, proteoma. Tiene un soporte de cristal o plástico, y se fijan secuencias de ADN mutadas.

A través de este chip se puede estudiar genes con muchas mutaciones, ejemplo citocromo tiene 33 genes mutados para en cáncer de mamam, cundo pones el ADN y esta mutado este se pegara al cristal y a las pre mutaciones, se pegan por homología. Valen para estudiar muchos genes a la vez en poco tiempo y ver si el fármaco es factible o no.

LO ULTIMO EN GENOMICA

Aparato que permite secuenciar completamente el genoma humano de una persona en 24h y bajo coste. Para investigación.

GENETICA MITOCONDRIAL

Mitocondrias: en el proceso de evolución

- la mayor parte de los genes de protomitocondria con la evolución se fueron transfiriendo al núcleo.

- La mitocondria ( genes ) fuentes de síntesis de energía. Sistema OXPHOS ( fosforilacion oxidativa). Genes que participan en la principal función.

- Formación de OXPHOS: se necesita genomas nuclear y genoma mitocondrial. Por si sola no es capaz.

- Proteína de la mitocondria sintetizadas en citoplasma importadas y procesadas en el interior, codificadas por genes nucleares que los genes hacen transcripción en núcleo, traducción en citosol, y la proteína sintetizada se transloca y viaja el interior de la mitocondria.

- Genoma mitocondrial: polipéptido del sistema oxphos

ARNs

CARACTERISTICAS DEL GENOMA MITOCONDRIAL

- Utilización de un código genético ligeramente modificado: cuando la mitocondria hace código genetito hay 4 diferencias con el código universal.

- Alta velocidad de mutación (muy polimórfico): ADN diferentes de unas personas a otras.

- Presente en poliploidia ( ADNmt/ mitocondria): hay mas de dos copias hasta 10.

- Organización y expresión muy específicas: concreta

- Herencia exclusivamente por vía materna: el ovulo y esperma se une, ovulo tiene orgánulos y citoplasma al contrario que el esperma. El citoplasma del cigoto es el del ovulo, con sus orgánulos. Además hay un mecanismo de destrucción de mitocondrial paterna. la herencia se transmitirá por igual a todos los hijos mujeres y hombres.

- No recombinación de genomas parentales: no combina ADN mitocondrial de la misma mitocondria

ESTRUCTURA DEL GENOMA MITOCINDRIAL

ADNm: circular, cerrada, helicoidal, doble cadena. Uperenrrolada.

Contenido GC: ADN diferente a ADN nuclear.

Separación de ADNnuclar y ADNm por gradiente dendo

Contenido en pares GC diferentes: densidades distintas: se pueden separar por cloruro de cesio por gradientes desos.

El numero de moléculas d ADNm por célula es variable:

Hepática 1000 mitocondrias, y en cada mitocondria 5-10 ADNm: 1 célula hepática entre 5000 y 10000 copias.

Las moléculas de ADNm dentro de la mitocondria se agregan en regiones NUCLEOIDES:

- ADNm

- Factor de transcripción: mt TF A

- Proteínas de unión a ADN hebra única: mt SSB, duples de ADn se abre a sencilla para transcribir o replicar. Facilita la separacion de la doble hélice en algunos momentos.

- Helicasa Twinkle: abren las hebras rompiendo los puentes de hidrogeno.

- ADN polimerasa gamma: polimeriza ADN, copia ADN y saca 1 molécula: replicación.

- Otras proteínas

ORGANIZACIÓN DEL GENOMA MITOCONDRIAL

Genoma mitocondrial mas pequeño que el nuclear

ADNm: 17000 pb y 37 genes, muy pocas pares de bases

37 genes:

13 son ARNmensajeros traducidos mas tarde para dar proteínas

22 ARN de transferencia

2 ARN ribosómicos

si separas en el dúplex circular las dos hebras una es mas pesada, que es la H, tiene mas nucleótidos de guanina, púrica y la hebra L mas cantidad de nucleótidos de citosina pirimidimica. Y además la cadena pesada H tiene mas genes que la cadena ligera L.

cadena H ( ntG): 2 ARN, 14 ARNt, 12 proteínas ( polipéptido): 28 genes

cadena L ( ntC): 8 ARNt, 1 proteínas: 9 genes

por fuera esta la hebra H, mas ancha y mas coloreada por dentro la hebra L

no hay genes superpuestos nunca.

Estos 13 genes que codifican para proteínas relacionadas con el metabolismo mitocondrial y la fosforilación oxidativa

Los 13 genes son:

- 7 NDH deshidrogenada subunidad 1, 2, 3, 4, 5 y 6

- 1 gen para citocromo B

- 3 genes codifican para 3 subunidades para citocromo oxidasa COI;II;III

- 2 genes que codifican para dos subunidades ATP sintetasa 6 y 8

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