1. Introducción al genoma humano.
Cristina Martínez Bouzas
Burgos febrero de 2005

2. Introducción al genoma
EVOLUCION DEL CONCEPTO DE GEN
EL GENOMA DE LOS PROCARIOTAS
EL ADN DE LOS EUCARIONTES
ADN de copia única
ADN repetitivo
EL GENOMA DE LOS ORGANULOS
Mitocondrias
EL GENOMA VIRICO

3. Evolución del Concepto de Gen
Concepto primero
Los genes son secuencias de bases
del ADN que codifican proteínas.
Un gen un polipéptido
Después
Un gen ARNm, ARNt, ARNsn,
ARNsc, ARNi
Los genes son secuencias de bases
del ADN que codifican ARN.
También pueden ser segmentos de
ARN como en el caso de los RNA
virus.

4. Evolución del Concepto de Gen
Después
Además, se ha observado que los
genes pueden codificar una o varias
cadenas polipeptídicas
Concepto actual
Los genes se definen como unidades
de transcripción que sirven de molde
para la síntesis de ARNs.
Los productos de los genes
Son moléculas de ARN, copiadas de la secuencia de
nucleótidos del gen, capaces de transmitir información
biológica.
La información del gen es, por tanto, un conjunto de
instrucciones para la síntesis de ARN que, a su vez, puede
dirigir la síntesis de cadenas polipeptídicas, o bien actuar por
sí mismo en la célula.

5. Genoma de los Procariotas
CROMOSOMA BACTERIANO
• único cromosoma circular
• ADN bicatenario
• superenrrollamiento
generado por proteínas no
histonicas
•carece de secuencias no
informativas
• la transcripción y la
traducción son simultaneas

6. Genoma de los Eucariotas
Características del ADN en la células somáticas humanas.
Nuclear Mitocondrial
Tipo de ADN Lineal, bicatenario Circular, bicatenario
Tamaño 3,3 109 pb 16.5 kb
Cromosonas 23 distintos Uno, con docenas de
x2copias=46 copias por célula
Nucleosomas si No
Proteínas asociadas Histonas y no histonas Libre de proteínas
ADN codificante 3-5% ~93%
ADN repetitivo abundante Casi inexistente
Número de genes 30.000-40.000 37
Densidad de genes 1 gen cada 30-50kb 1 gen cada 0,45kb
Presencia de intrones En casi todos los ausente
genes

7. Genoma de los Eucariotas
ADN nucleosómico
El ADN de los eucariotas
no se encuentra libre en el
núcleo.
Siempre está enrrollado
alrededor del core de las
histonas.

8. Genoma de los eucariotas.
Engrosamiento
El ADN bicatenario
muestra 4 niveles de
condensación:
Fibra nucleosómica 6x
Solenoide 15x
Eucromatina-
Heterocromatina hasta
350x
Cromosoma metafásico
700x.

9. Genoma de los eucariotas.
Grados de condensación
El estado de condensación
varia según la etapa del
ciclo celular:
•Núcleo interfásico
contiene eucromatina y
heterocromatina.
•La célula en mitosis
contiene ADN más
condensado, hasta llegar
al máximo grado en el
cromosoma metafásico.

10. Genoma de los eucariotas.
Tamaño relativo del ADN
nuclear
La correlación entre
cantidad de ADN y
escala evolutiva es válida
entre virus, procariotas y
eucariotas.
La correlación no existe
entre especies de
animales y plantas.

11. Genoma de los eucariotas.
Cromosomas y tamaño
del genoma
No existe correlación
entre el tamaño del
genoma y el número
de cromosomas.
pb Homo> pb Gallus
46 Homo < 78 Gallus

12. Genoma de los eucariotas.
Organización del genoma Estructural
Codificante
(genomico) Regulador
DNA de
copia única Intragenico
No codificante
(extragénico) Intergenico
Genoma Estructural
Codificante
(genomico) Regulador
DNA Moderadamente
repetitivo repetitivo y Disperso
No codificante Altamente repetitivo
(extragenico) y Agrupado

13. Genoma de los eucariotas.
Estructural
Organización del genoma
Codificante
(genomico) Regulador
DNA de
copia única Intragenico
No codificante
(extragénico) Intergenico
Genoma
Estructural: codifica polipéptidos o ARNs
Codificante: genes
Regulador: controla la expresión del gen
DNA de
copia única Intragénico: intercalado dentro de los
genes
No codificante
Intergénico: separa los genes

14. Genoma de los eucariotas.
Organización del genoma Estructural
Codificante
Genoma (genomico) Regulador
DNA Moderadamente
repetitivo repetitivo y Disperso
No codificante Altamente repetitivo
(extragenico) y Agrupado
Agrupado: genes repetidos en tándem,
familias multigénicas agrupadas
DNA Codificante
repetitivo Disperso: familias multigénicas dispersas
Repeticiones en tándem: minisatélite y
No codificante microsatélite
SINE: Alu
Repeticiones dispersas
LINE: Kpn

15. Genoma de los eucariotas.
Organización del genoma
ADN repetitivo codificante: familia génica
agrupada en tándem

16. Genoma de los eucariotas.
Organización del genoma
ADN repetitivo codificante: familia multigénica
dispersa

17. Genoma de los eucariotas.
Organización del genoma
ADN repetitivo no codificante

18. Genoma de los eucariotas.
Organización del genoma

19. Genoma de los orgánulos
Genoma mitocondrial
El ADN mitocondrial
La mitocondria es un
tiene un tamaño de
orgánulo muy abundante en
el citoplasma celular aproximadamente
16,5kb.
Es bicatenario,
circular y se
encuentra repetido
decenas de veces en
cada mitocondria.
Cada célula tiene
muchas mitocondrias.

20. Genoma de los orgánulos
Genoma mitocondrial
El ADN mt contiene información
para:
•13 polipéptidos
•Subnidaddes 1-6 de NADH
•Subunidades 1-2-3 de COX
•Subunidades 6 y 8 de
ATPsistetasa
•Cytb
•2 ARNr
•RNA 12S
•RNA 16S
•22 ARNt

21. Genoma de los orgánulos
Genoma mitocondrial
mitocondria
Transmisión matrilineal
El ADNmt se transmite por vía de herencia matrilineal.
Las mitocondrias del cigoto
procedentes del gameto
materno.
Las mitocondrias del gameto
paterno en caso de llegar al
cigoto suelen ser degradadas.
Por este motivo, los hijos
heredan el ADN mitocondrial de
la madre.
Sólo en casos excepcionales se
ha observado ADNmt de origen
paterno.

22. Genoma de los Orgánulos
Al igual que ocurre con el
genoma nuclear, no existe
correlación entre tamaño de
ADNmt y escala evolutiva.
El ADNmt de levadura es
mucho mayor que el ADNmt
humano.
Este tamaño mayor del ADNmt
de levadura puede ser debido
a la menor distancia que
separa las levaduras de las
bacterias cuyo ADN dio lugar
al ADNmt.

23. Genoma vírico
Tipos de genomas virales
•ADN o ARN
•Circular o lineal
•Número de genes oscila entre unos pocos y cientos

24. Genoma vírico
Carácteristicas
Genoma altamente empaquetado y plegado en el interior de una
cubierta protéica.
Relación longitud / volumen muy elevado
Origen vírico:
-pequeños fragmentos de ADN que desarrollaron la
capacidad de multiplicarse independientemente de sus
células huésped.
- probablemente surgieron a partir de un plásmido que
adquirió los genes que codifican las proteínas de la
cápside.
No se posee ADN intergénico.
En ocasiones, ambas hebras de un mismo segmento son
codificantes.

25. Nociones Básicas sobre el gen
•Genes e Información Biológica
•Elementos del gen

26. Genes e Información Biológica
•Un gen es un segmento de ADN de la molécula de ADN (75 pb a
2.300 kb) que constituye una unidad de transcripción.
•La información biológica del gen está contenida en su secuencia
nucleotídica y consiste en un conjunto de instrucciones para la
síntesis de una molécula de RNA, que a su vez:
•Dirige la síntesis de una molécula polipeptídica.
•O bien es funcional por sí misma
•Cada gen es portado por sólo una de las dos hebras del ADN
que lo contiene. Esta hebra se llama hebra codoficante o
hebra molde.

27. Genes e Información Biológica
•La información biológica de la hebra molde se lee en
dirección 3´-5´.
•Los genes situados en un mismo cromosoma están
separados por espaciadores o ADN intergenico.
•No todos los genes de un cromosoma son codificados por
la misma hebra.

28. Genes e Información Biológica
Los genes de eucariotas no suelen mostrar solapamiento.
El solapamiento es común en los genomas virales.

29. Genes e Información Biológica
Algunas puntualizaciones
•La hebra codificante se
orienta de 3´a 5´.
•El ARN copiado comienza en
5´y crece en dirección 3´.
•Las secuencias del ADN de
la hebra no codificante y del
ARN transcrito son iguales
(salvo T/U).
•Por este motivo, se ha
adoptado el convenio de
escribir los genes en sentido
5´a 3´, aunque la hebra
codificante sea la otra de 3
´a 5´.

30. Elementos del Gen
Estructura general
•Elementos reguladores: promotor o lugar de enlace de
factores de transcripción y RNA polimerasa.
•Secuencia estructural: exones codificantes e intrones que
serán eliminados
•Señal de terminación: zona donde termina la copia a
ARN.

31. Elementos del Gen
Región promotora
Consta de dos tipos: promotor basal y promotor proximal.
Promotor Basal
•Comprende las secuencias que defines el punto de inicio de la transcripción.
•Se suele localizar de 100 a 110pb del lugar de inicio de la transcripción.
•Puede contener la caja TATA de Hogness y la secuencia iniciadora Inr.
•En algunos promotores se encuentran ambas secuencias, en otros sólo una
de ellas y en ocasiones pueden ser de otros tipos.
N: cualquier nucleótido
Y: bases pirimidínicas
punto de inicio de la síntesis de ARN

32. Elementos del Gen
Región promotora: promotor proximal
•La presencia del promotor basal no suelen ser suficiente para iniciar la
síntesis del ARN.
•Se requiere un promotor proximal situado entre -30 y -200 pb
corriente arriba del inicio de la transcripción.
•El promotor proximal determina la frecuencia con la que se produce el
inicio de la transcripción.
•Las secuencias más habituales son la caja CAAT y la caja GC que
aparece en copias múltiples y en cualquier orientación a ambos lados de
la caja CAAT
punto de inicio de la
síntesis de ARN

33. Elementos del Gen
Región promotora: secuencias promotoras dístales.
•Se corresponde con genes inducibles.
•Estas secuencias pueden estar a varios miles de pb corriente arriba o
corriente abajo del gen.
•Pueden ser potenciadores (enhancers) o silenciadores (silencers).
•También se conocen como elementos específicos de regulación,
módulos de control o elementos de respuesta.

34. Elementos del Gen
Factores de transcripción que se unen a las secuencias promotoras
Unión a caja TATA: factores de transcripción generales.
•TFIID formado por TBP general + TAFs específicos, de 9 a 12.
•THIIH helicasa y quinasa de RNApolII
•El molde de unión puede ser holoenzima o escalonado.
Unión a CAAT y GC: factores de transcripción proximales
•CTF o NF1 y SP1.

35. Elementos del Gen
Lugares de inicio y terminación de la secuencia codificante.
La región del gen que se transcribe a ARN es más larga que la
secuencia que contiene los exones codificantes ya que el lugar de
inicio está precedido por un segmento leader y en el extremo
final se encuentra un segmento trailer.

36. Elementos del Gen
Lugares de inicio
El lugar de inicio es siempre un triple ATG que corresponde al
aminoácido metionina.
Varios intrones (secuencias
intercaladas no codificantes)
y varios exones (secuencias
codificantes que son parte
de un solo gen)

37. Elementos del Gen
Lugares terminación
Terminación de la secuencia codificante.
El lugar de terminación es uno de los tripletes stop que pueden
ser TAA, TAG, TGA.
Varios intrones (secuencias
intercaladas no codificantes)
y varios exones (secuencias
codificantes que son parte
de un solo gen)
Terminación de la transcripción
El extremo final del gen es el lugar donde se termina la transcripción
debido a que se une una proteína de pausa o terminadora que impide
el avance de la ARN polimerasa.
Antes del final se encuentra la secuencia consenso AATAAA de
poliadenilación a la que se une el factor de poliadenilación por
escisión CPSF que rompe el ARN para que después actúa la poli(A)
polimerasa.