Genoma 1: definiciones

Análisis de la Estructura del Genoma Humano

Introducción al Genoma

• José Tort presenta el tema del análisis de la estructura del genoma humano, dividiendo la discusión en tres partes: definiciones y conceptos sobre genes y genomas, estructura del genoma humano, y secuencias repetidas que contribuyen a la variabilidad genética.

Definición de Genoma

• El genoma se define como el contenido total de ADN de una célula. En organismos eucariotas, hay dos tipos principales: el genoma nuclear (organizado en cromosomas) y los genomas de organelos como mitocondrias y plástidos.

Componentes del Genoma

• Al hablar de genoma, no solo se consideran las porciones codificantes (genes), sino también las regiones intergénicas y secuencias repetidas. La genómica es la ciencia que estudia estos aspectos.

Historia y Desarrollo de la Genómica

• La genómica surge gracias a herramientas moleculares que permitieron el desarrollo de métodos de secuenciación. Margaret Dayhoff es reconocida como pionera en bioinformática por crear bases de datos iniciales para secuencias proteicas.

• Fred Sanger fue fundamental en el descubrimiento de métodos para secuenciar ADN, ganando dos premios Nobel por sus contribuciones a este campo.

Objetivos y Tamaño del Genoma

• Los objetivos principales de la genómica incluyen obtener la secuencia completa de todos los genes, comparar estructuras entre diferentes organismos y analizar funciones génicas.

• Se discute que no existe correlación directa entre el tamaño del ADN en un organismo y su complejidad; algunos organismos simples tienen menos ADN que otros más complejos.

Comparación entre Organismos

• Ejemplos muestran que organismos como cebollas o sapos tienen más ADN que humanos, lo cual desafía nociones preconcebidas sobre complejidad genética basada únicamente en tamaño.

• Se presentan datos sobre cantidad de genes en diferentes organismos; por ejemplo, la uva tiene 30,000 genes pero un tamaño menor comparado con el humano (20,000 genes).

Definición Operacional del Gen

• Un "gen" se define operativamente como una secuencia nucleotídica necesaria para sintetizar un polipéptido o ARN funcional. Esto incluye tanto regiones codificantes como señales adyacentes para transcripción.

Estructura Génica: Procariotas vs Eucariotas

Organización Genómica en Procariotas y Eucariotas

Estructura de los Genes en Procariotas

• Los genes funcionalmente vinculados se agrupan en operones, que son unidades reguladoras con una única región reguladora y genes estructurales adyacentes.

• Estos operones producen un ARN mensajero policistrónico, que codifica para diferentes productos proteicos.

Diferencias en Eucariotas

• En eucariotas, los genes se regulan de manera independiente y generan ARN mensajeros monocistrónicos.

• La presencia de intrones interrumpiendo las secuencias codificantes requiere un proceso de maduración para eliminar estos intrones.

Complejidad Genómica

• Los genomas procariotas son compactos y pequeños, mientras que los eucariotas presentan mayor tamaño y complejidad debido a la dispersión del ADN entre los genes.

• Ejemplo: el cromosoma bacteriano de E. coli es circular y contiene aproximadamente 4600 genes contiguos.

Comparación entre Procariotas y Eucariotas

• En eucariotas, como el ser humano, hay un genoma nuclear grande (46 moléculas lineales), además de un pequeño genoma mitocondrial (16,000 pares de bases).

• El cariotipo humano muestra 23 pares de cromosomas; sin embargo, otros organismos tienen características cromosómicas distintas.

Evolución Cromosómica

• A pesar de tener 46 cromosomas, parientes cercanos como los grandes simios poseen 48 cromosomas debido a fusiones evolutivas.

• Las características del genoma son importantes para entender la organización genética a lo largo de la evolución.

Características Específicas de Genomas Eucariotas

• Los genomas eucariotas presentan baja densidad génica con muchas secuencias repetidas intercaladas entre los genes.

Estudio de la complejidad del genoma

Mecanismos de estudio del ADN

• Se menciona que el estudio de la cinética de reasociación del ADN es un mecanismo antiguo, anterior a la secuenciación de genomas, basado en propiedades físico-químicas del ADN.

• La cinética de asociación implica romper el ADN en fragmentos pequeños (aproximadamente 300 pares de bases) y desnaturalizarlo mediante aumento de temperatura para separar las hebras.

• Este proceso permite que las secuencias busquen su complementaria y se asocien progresivamente, lo cual puede ser medido a través de fluorescencia.

Análisis de la velocidad de asociación

• La probabilidad de que las hebras encontradas sean complementarias aumenta con la repetición; secuencias repetidas tienen mayor velocidad de asociación comparado con secuencias únicas.

• Esto significa que las secuencias repetidas (que pueden aparecer miles de veces en el genoma) se reasocian más rápidamente que aquellas presentes una sola vez.

Gráficos y fracciones del genoma eucariota

• Se presentan gráficos sobre la cinética de reasociación, mostrando tres grandes fracciones en los genomas eucariotas: ADN altamente repetido, moderadamente repetido y copia única.

• El ADN altamente repetido representa entre un 10% y un 15%, mientras que el moderadamente repetido abarca entre un 15% y un 40% dependiendo de la especie.

Clasificación del ADN en humanos

• En humanos, aproximadamente la mitad del genoma está compuesta por secuencias únicas, donde se encuentran los genes codificantes para proteínas.

• Las regiones codificantes son pequeñas comparadas con otras regiones como intrones o reguladoras dentro del mismo grupo.

Elementos móviles y su evolución

• Dentro del ADN repetido hay elementos móviles como transposones y retroelementos que han evolucionado para movilizarse dentro del genoma.