Organización del genoma en eucariotas y estructura de la cromatina

Flashcards de repaso detalladas sobre la organización del genoma eucariota, niveles de compactación de la cromatina (nucleosomas, fibra de 30 nm, bucles y cromosomas) y la estructura funcional de centrómeros y telómeros.

¿Cuál es la distancia física entre dos pares de bases en la doble hélice de ADN?

La distancia entre dos bases consecutivas es de $0,34\,\text{nm}$.

¿Cuántos metros de ADN contiene cada núcleo celular diploide humano según las dimensiones de su genoma?

Contiene $2,18\,\text{m}$ de ADN, resultante de duplicar la longitud haploide de $1,09\,\text{m}$ ($3,2 \times 10^9\,\text{pb} \times 0,34\,\text{nm}$).

¿Cuántos centímetros de ADN contiene un núcleo celular diploide de C. elegans?

Contiene $6,82\,\text{cm}$ de ADN, resultante de duplicar la longitud haploide de $3,41\,\text{cm}$ ($100,2 \times 10^6\,\text{pb} \times 0,34\,\text{nm}$).

¿Por qué es estrictamente necesaria la compactación del ADN en forma de cromatina en eucariotas?

Porque el núcleo celular mide en promedio unos $5\,\mu\text{m}$ de diámetro y debe albergar una longitud de ADN mucho mayor (como los $2,18\,\text{m}$ en el caso humano).

¿Por qué componentes moleculares está constituida la cromatina?

Está formada por ADN que interacciona con ARN y proteínas.

¿En qué estados estructurales se encuentra el ADN durante la división celular frente al momento de replicación o transcripción?

Durante la división celular se encuentra altamente compactado en forma de cromosoma, mientras que durante la replicación y la transcripción se encuentra en forma de doble hélice con la cromatina ligeramente compactada.

¿Qué porcentaje de la cromatina celular corresponde a la eucromatina y cómo se relaciona su compactación con la expresión génica?

Constituye el $92\%$ de la cromatina; sufre procesos dinámicos de empaquetamiento y desempaquetado, donde su relajación permite la expresión génica y su condensación genera represión.

¿Qué porcentaje de la cromatina corresponde a la heterocromatina y cuáles son sus dos tipos?

Constituye el $8\%$ de la cromatina, no sufre desempaquetado (permanece condensada para represión) y se divide en heterocromatina constitutiva y heterocromatina facultativa.

¿En qué se diferencian la heterocromatina constitutiva y la heterocromatina facultativa?

La constitutiva está compactada en los dos cromosomas (copia materna y paterna) formando telómeros y centrómeros; la facultativa está compactada en solo uno de los dos cromosomas, como en la inactivación al azar de uno de los cromosomas X en mujeres.

¿Cuál es la función biológica de la inactivación de un cromosoma X en el estadio embrionario de las mujeres?

Compensar la dosis génica entre sexos mediante la condensación al azar de una de las copias (materna o paterna).

¿Cuáles son las 5 histonas principales que forman parte de la cromatina?

Son las histonas H1, H2A, H2B, H3 y H4, caracterizadas por ser pequeñas y muy conservadas.

¿Qué características químicas y de longitud presentan las colas de las histonas?

Son protuberancias lineales de 15 a 20 aminoácidos, con carga positiva, compuestas por aminoácidos básicos y especialmente ricas en lisina y arginina (Lys/Arg).

¿Qué elementos componen el nucleosoma basal (core) en el primer nivel de empaquetamiento?

Está compuesto por un octámero de histonas ($2\,\text{H2A} + 2\,\text{H2B} + 2\,\text{H3} + 2\,\text{H4}$) sobre el cual se enrollan $146\,\text{pb}$ de ADN.

¿Cuántas vueltas y en qué sentido da la doble hélice de ADN alrededor del octámero en el nucleosoma basal?

Da 1 vuelta y $3/4$ en sentido levógiro, lo que genera mayor tensión y permite un empaquetamiento superior.

¿Qué estructura forma el cromatosoma (nucleosoma completo) y cuántos pares de bases empaqueta?

Se forma cuando la histona H1 se une al exterior a modo de grapa compactando $20\,\text{pb}$ adicionales, totalizando $166\,\text{pb}$ de ADN junto al octámero de histonas.

¿Qué tamaño tiene el ADN linker o de enlace y cuál es la longitud total de la unidad nucleosómica en humanos?

El ADN linker mide de 8 a $114\,\text{pb}$ (en humanos mide $40\,\text{pb}$), sumando un total de $206\,\text{pb}$ y alcanzando un grado de compactación de 6 veces.

¿Cómo se diferencian los arreglos de la fibra de 30 nm observados in vitro frente a in vivo?

In vitro se forma una fibra regular de $30\,\text{nm}$ dependiente de H1 con modelo solenoide muy ordenado; in vivo se observan estructuras en zig-zag que agrupan 3 o 4 nucleosomas con el ADN linker recto, alcanzando una compactación global de 50 veces.

¿Qué dimensiones tienen los dominios en bucle y cuál es el grado de compactación que consiguen?

Poseen un ancho de 250 a $300\,\text{nm}$ y permiten alcanzar un grado de compactación 2000 veces mayor.

¿Qué papeles desempeñan las proteínas SMC y CTCF en la formación de los dominios en bucle?

La proteína SMC (Structural Maintenance of Chromosomes) se une a la cromatina y fuerza su extrusión para iniciar el bucle, mientras que dos proteínas CTCF (CCCTC binding Factor) interaccionan entre sí para delimitarlo, estabilizarlo e impedir su crecimiento indefinido.

¿Qué secuencias y componentes median la fijación de los bucles de cromatina al armazón o matriz nuclear (scaffold)?

La interacción se da mediante MARS/SARS (Matrix/Scaffold Anchor Regions), que son secuencias de ADN ricas en A y T, las cuales se anclan a proteínas del armazón, ribonucleoproteínas y proteínas reguladoras como Topoisomerasa II y condensina.

¿Qué complejos proteicos participan en la formación de bucles radiales para compactar la fibra de 700 nm en cromosomas?

Las condensinas I y II.

¿Qué tipo de secuencias y qué variante de histona particular se encuentran en el centrómero?

Contiene secuencias altamente repetitivas denominadas ADN satélite y presenta la variante CenH3 (denominada CENP-A en humanos) en reemplazo de la histona H3 ordinaria.

¿Cuál es la función esencial del centrómero durante la división celular?

Garantizar el reparto equitativo del cromosoma duplicado hacia las células hijas.

¿Cuál es la secuencia telomérica repetida conservada en humanos y cuántas repeticiones presenta?

La secuencia repetida es TTAGGG, presentándose en aproximadamente 2000 repeticiones bicatenarias seguidas de unas 30 repeticiones monocatenarias en el extremo.

¿Qué extremo de la hebra telomérica sobresale formando una región monocatenaria protuberante en humanos?

Sobresale el extremo 3' (extremo 3' protuberante).

¿Qué complejo multiproteico se une al extremo telomérico para evitar la degradación y fusión cromosómica?

El complejo POT o Shelterin, compuesto por hasta 6 proteínas, el cual facilita la formación de un bucle protector denominado bucle T (T-loop).

¿Qué función cumple el lncRNA TERRA en la regulación de los telómeros?

El lncRNA TERRA (telomeric repeat-containing RNA), transcrito desde la región subtelomérica, contribuye a mantener el estado de heterocromatina en el telómero.