Unidad 2

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Gregor Mendel, revela la existencia de factores hereditarios responsables
de los caracteres biológicos, pero su naturaleza física era desconocida.
Las primeras investigaciones sobre ácidos nucleicos fueron realizadas
por Miescher en 1871, quién aisló núcleos de células de pus e identificó
una sustancia rica en fósforo a la que llamó “nucleina”
Hacia finales del siglo XIX, los biólogos reconocieron que los portadores
de la información hereditaria eran los cromosomas. Pero la evidencia se
obtuvo mucho más tarde, de que la sustancia que contienen los
cromosomas, es el ácido desoxirribonucleico (ADN) a partir de estudios
sobre bacterias. La idea de que el ADN contenía la información genética,
no fue aceptada de forma general, hasta principios de la década de 1950.
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El ADN y el ARN representan a las dos clases de ácidos nucleicos. Son
macromoléculas de suma importancia biológica presente en todos los
organismos vivos. El ADN o desoxirribonucleico es el polímero
fundamental de la información genética. Algunos virus sólo contiene ADN,
mientras que otros sólo poseen ARN o ácido ribonucleico.
La hidrólisis completa de los ácidos nucleicos pone de manifiesto tres
componentes principales: un azúcar, bases nitrogenadas y ácido fosfórico.
Las bases nitrogenadas pueden ser púricas o pirimidínicas. Los dos
ácidos nucleicos tienen las mismas bases púricas: adenina – guanina.
Existen además otras bases púricas que aparecen en menores
proporciones en determinados ácidos nucleicos como: hipoxantina,
xantina, 2 metil-adenina, 6 metil-aminopurina. Las bases pirimidínicas, son
la timina, el uracilo y la citosina. Ésta es común al ADN y ARN, mientras
que la timina solo aparece en el ADN y el uracilo en el ARN. En ocasiones
se encuentran también la 5-metilcitosina y la 5-hidroximetilcitosina.
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El azúcar es una pentosa, ribosa para el caso del ARN y desoxirribosa en 
el ADN.
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Las técnicas de difracción de rayos X aplicadas exitosamente en proteínas por
Linus Pauling, fueron utilizadas por William Astbury para analizar el ADN, en 1938.
Para ello la molécula de ADN se somete a un bombardeo de rayos X, los rayos se
dispersan en función de la estructura atómica de la molécula. El patrón de
dispersión puede capturarse sobre una película fotográfica en forma de manchas y
analizarse. Con estas investigaciones en 1947, se detectó la periodicidad de 3.4 Å
de las bases nitrogenadas dentro de la molécula, lo que sugirió que las bases
estaban apiladas unas sobre otras como moneda. Las investigaciones de Rosalind
Franklin que trabajaba en el laboratorio de Maurice Wilkins (1950-1953) permitieron
confirmar la periodicidad de 3,4 Å observadas por Astbury y sugirió que la
estructura del ADN era algún tipo de hélice.
Utilizando los datos químicos y los de difracción de rayos X, Watson y Crick (1953)
establecieron el siguiente modelo estructural del ADN donde se enuncian algunos
aspectos principales.
• La estructura tiene dos cadenas helicoidales enrolladas alrededor del mismo eje.
• Las dos cadenas son hélices dextrorsas, con direcciones opuestas.
• El plano del azúcar y la base unida a ella son aproximadamente perpendiculares.
• Hay un residuo sobre cada cadena cada 3,4 Å en la dirección del eje
• Dos residuos adyacentes de la cadena forman un ángulo de 36º, de modo que la
estructura se repite cada 10 residuos en cada cadena, es decir a los 34 Å.
• La distancia de un átomo de fósforo al eje de la hélice es de 10 Å.
• Las dos cadenas se mantiene juntas por las bases púricas y pirimidínicas, cuyos
planos son perpendiculares al eje.
• La unión se establece por enlaces H entre pares de bases, una de cada cadena.
Un miembro del par es una base púrica y la otra una pirimidínica.
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El polidesoxirribonucleótido (ADN) se forma por enlaces fosfodiéster entre 
monómeros nucleótidos. 
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Los enlaces H entre las bases complementarias son, dos para adenina-timina y
tres para guanina–citosina. La proporción relativa de A+T/G+C tiene importancia
como una de las propiedades físicas de la molécula de ADN. Por un lado el
mayor contenido de G+C implica una mayor estabilidad.
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El modelo estructural de Watson y Crick corresponde a la denominada forma B
(ADN-B) considerada como la de mayor interés biológico y el que se encuentra
en el núcleo en interacción con las proteínas eucarióticas. Hay más formas
estructurales de ADN: A, C, Z, D, E y P cuyas características se muestran en las
diapositivas.
En el ADN–Z los segmentos de ADN en los que las bases han sido modificadas
por metilación, pueden sufrir cambios conformacionales mayores para adoptar la
forma. En este caso, las hebras giran alrededor del eje de la hélice en una
espiral hacia la izquierda, lo opuesto a la forma "B" más frecuente. El ADN-Z
requiere una concentración de cationes superior al ADN-B y como las proteínas
que interaccionan con el ADN suelen contener gran cantidad de residuos
básicos, podría ocurrir que algunas de estas proteínas convirtieran segmentos
de ADN–B en ADN-Z in vivo. No está claro el significado genético funcional del
ADN-Z. Se pudo determinar su distribución, utilizando anticuerpos específicos
para ADN-Z en Drosophila melanogaster, y se demostró su presencia en la
mayoría de las interbandas de los cromosomas politénicos.
ADN monocatenario: los virus de las familias de los fagos FX174 y M13 tienen
su información organizada en un único cromosoma constituido por una molécula
circular de ADN de hélice sencilla de 1,8m y 20m, respectivamente. Sin
embargo, el ADN puede formar algunos trozos dúplex de unos 20 pb. como si
fuera hélice doble en forma de horquilla, como consecuencia de una
complementariedad interna.
ADN palindrómico: se supone que la molécula bicatenaria tiene un diámetro
uniforme, pero en ocasiones presenta un relieve que le hacen perder su
uniformidad superficial. Un fragmento de ADN se llama palindrómico o
palíndromo de doble cadena, cuando la secuencia de bases se lee igual en
ambas direcciones. Ésta pérdida de uniformidad se interpreta en muchas
ocasiones como lugares de reconocimiento específicos para ciertas proteínas;
por ejemplo de regiones promotoras y operadoras para realizar la transcripción.
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ADN triple hélice o ADN-H: se ha detectado en cromosomas eucarióticos, pero el
significado es desconocido. Los telómeros también forman largas estructuras en
lazo, denominadas lazos teloméricos o lazos-T (T-loops en inglés). En este caso,
las hebras simples de ADN se enroscan sobre sí mismas en un amplio círculo
estabilizado por proteínas que se unen a telómeros.
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ADN cuadruplexo: es una estructura formada por un cuarteto de bases. La
estructura molecular de los telómeros de los cromosomas eucarióticos con un
extremo 3’ monocatenario rico en G, forman una estructura cuádruple-G estable.
Estas estructuras se estabilizan formando puentes de hidrógeno entre los
extremos de las bases
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Las primeras hipótesis sobre la estructura del ADN suponían que se trataba de
una macromolécula en la que se repetía un tetranucleótido equimolar para las
cuatro bases. Sin embargo Chargaff (1950) demostró:
•
• Las proporciones molares de las bases eran diferentes de un organismo a
otro.
• Sin embargo, se cumplía que las bases púricas (A +G) y pirimídicas (T + C)
aparecían en la misma cantidad.
• La relación de proporciones molares entre adenina y timina por un lado y
guanina y citosina por otro eran próximos a la unidad; es decir, A/T=G/C=1
• Hay ADN que puede tener además de las 4 bases, una quinta base, 5 metil-
citosina, que reemplaza a la citosina en una pequeña proporción.
• El fago T2 no tiene citosina , sino la 5 hidroximetilcitosina
• En todos los ADN expuestos en el cuadro, se cumplen las relaciones
equimolares de adenina - timina y guanina – citosina. A excepción del fago
FX174. Ello es debido a que el ADN de este fago es de hélice sencilla.
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En el ARN de los virus no se da la equimolaridad porque es de hélice simple a
excepción de los reovirus y el tumor de las heridas que al tener ARN de hélicedoble, muestran las igualdades A=U y G=C
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La separación de las dos cadenas polinucleotídicas de ADN para dar lugar a dos hélices
simples, se conoce con el nombre de desnaturalización del ADN o fusión del ADN y la
temperatura en la cual se produce la transición de hélice doble a hélice simple, se
llama temperatura de fusión. En condiciones fisiológicas normales, la temperatura entre
80 y 90ºC produce la separación de las dos cadenas. Al calentar una solución neutra de
ADN se producen cambios en algunas de sus propiedades físicas, tales como:
viscosidad, dispersión de la luz y densidad óptica. La desnaturalización, también puede
realizarse por métodos químicos, mediante el empleo de soluciones hidrolizadas
(NaOH, BaOH).
El fenómeno de desnaturalización del ADN se puede analizar con las variaciones
detectadas en la capacidad de absorción de la luz ultravioleta de 2.600 Å. Cuando se
compara la absorbancia de la luz por una molécula de ADN con la de una mezcla de
nucleótidos libres que están en la misma proporción, se observa que el ADN intacto
tiene una capacidad de absorción menor (un 40% menos) Este fenómeno se llama
hipocromicidad o efecto hipocrómico y es atribuido a las diferentes interacciones de los
electrones de las bases nitrogenadas. De esta manera, la perdida de la configuración se
refleja en un aumento de la cromicidad. Es lógico esperar, que un ADN con gran
contenido de bases G-C unidas por triple enlace de H, requerirá mayor temperatura de
fusión para separar las cadenas
Cuando el ADN desnaturalizado se enfría, la absorbancia vuelve a disminuir como
consecuencia de la renaturalización de la hélice doble, no obstante, queda con un 12%
por encima de la capacidad del ADN inicial. Si el ADN renaturalizado se vuelve a
calentar, el comportamiento es distinto, según el proceso de enfriamiento en la
renaturalización se hiciera lento o rápido. En el primer caso, la desnaturalización
observa un comportamiento normal con igual curva de fusión, con efecto hipercrómico
drástico. Pero si el enfriamiento fue rápido, el efecto hipercrómico es gradual, lo que se
debería a la formación al azar de la doble hélice en segmentos cortos, pero no
corresponden a la estructura inicial
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La cinética de la renaturalización del ADN se refleja en las curvas cot. El valor
cot se utiliza como medida de la organización del genoma. El valor cot se define
como C0 x t, donde C0 es la concentración inicial de ADN, medida en moles de
fósforo de ADN por litro, o en moles de nucleótidos por litro y t, el tiempo de
renaturalización en segundos. La curva cot ideal, es aquella que presupone que
el ADN que se renaturaliza no tiene secuencias repetidas, o sea que todos los
fragmentos tiene las mismas probabilidades de encontrar el fragmento
complementario y reasociarse. En procariontes y en virus, hay pocas secuencias
repetidas.
El genoma de los organismos eucariontes, puede estar organizado en forma de secuencias
únicas, repetidas y repetitivos.
Secuencias o genes de copia única: son aquellas que en general codifican para polipéptidos.
Son genes estructurales, cuyos loci no están repetidos en el genoma.
Secuencias repetidas: corresponden a duplicaciones en loci individuales seguidas de una
evolución divergente hacia funciones distintas.
Secuencias de ADN repetitivo: presenta dos grandes categorías 1) secuencias de ADN
moderadamente repetitivo y 2) secuencias de ADN altamente repetitivo.
1) En eucariotas del ADN medianamente o moderadamente repetitivo, han surgido los genes
por duplicación de los loci ancestrales. Estas secuencias se encuentran principalmente en dos
formas: dispersas (probablemente ADN que no se transcribe, como es el caso de la familia Alu)
y en tándem (multicopias, minisatélites y microsatélites)
--El ADN moderadamente repetitivo disperso está representado por los elementos transponibles,
que son secuencias capaces de insertar copias de ellas mismas en otras regiones del genoma.
En eucariotas, las familias de transposones pertenecen a dos grupos, llamados clase I y clase
II. Los elementos móviles de clase I, se movilizan a través de ARN, y los de clase II saltan
directamente a través del ADN.
En muchos mamíferos, una gran proporción de este ADN está compuesto por muchas copias de
una corta secuencia dispersa por el genoma. Considerando el tamaño de la unidad de
repetición, se clasifican en: SINES, secuencias repetitivas dispersas cortas y LINES, secuencias
repetitivas dispersas largas. SINES y LINES fueron descritas originalmente como secuencias
que evolucionaron por mecanismos de transposición, intercambio desigual y conversión génica.
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Generalmente se localizan flanqueando genes, formando parte de intrones, en
lugares intragénicos no codificantes etc.
La secuencia SINE más conocida es la secuencia Alu de los monos del Viejo
Mundo. En humanos, la familia Alu se presenta en aproximadamente 300.000
copias de una secuencia de 300 pares de bases, rica en Guanina-Citosina,
mientras que la secuencia LINE más estudiada es la L1, presente en, al menos,
100.000 copias, y dispersas en muchos lugares cromosómicos.
SINES y LINES representan el 10% o más de los genomas de mamíferos. No se
conoce la función de estos tipos de secuencias en el genoma, pero se cree que
estas secuencias o sus transcritos están implicados en la regulación de la
expresión génica o bien que no tienen función alguna dentro del genoma. Algunos
miembros posiblemente sean transcritos en ARN 7S pequeños, los cuales están
implicados en la secreción de polipéptidos recién sintetizados a través del RE.
También se cree que la secuencia Alu pueda estar implicada en los numerosos
orígenes de replicación del ADN a lo largo del cromosoma.
--ADN moderadamente repetido en tándem: en este grupo de secuencias se
puede distinguir:
a) Genes multicopias.
Las secuencias más destacadas de esta categoría comprenden repeticiones en
tándem no codificantes y secuencias dispersas. Los genes que se transcriben
prácticamente idénticas, están representados tanto por el ARNr, como por el
ARNt. Sin embargo, los genes de las proteínas ribosómicas son genes de bajo
número de copias: 1 a 10 copias por genoma de genes funcionales de las
proteínas ribosómicas individuales. El ADNr que codifica para el ARNr en E. coli
tiene de 5 a 10 copias, en Drosophila hay 130 copias por genoma haploide y en
Xenopus laevis de 400 a 500 copias por genoma haploide.
Los genes de los ARNr 18S, 5.8S y 28S están agrupados en una única unidad de
transcripción. El transcrito de mayor longitud, es el precursor a partir del cual, por
medio de un proceso de maduración, se generan los tres ARNr. La unidad de
transcripción completa contiene dos segmentos de ADN espaciadores, no
codificantes, llamados espaciadores transcritos internos (ITS), que separan a las
tres regiones codificantes unas de otras. Los ITS difieren muchísimo en
secuencia y en organización de una especie a otra. Existen, también,
espaciadores transcritos externos (ETS), que preceden al primer gen (el de ARNr
18S) y siguen al último (el de ARNr 28S). Estas características hacen de los ITS y
ETS, unos excelentes marcadores moleculares para poder realizar, entre otros,
estudios filogenéticos. Separando las unidades de transcripción de los ADNr de
cada una de estas agrupaciones, se encuentran los espaciadores intergénicos
(IGS).
Los genes que codifican para el ARNr 5S no se encuentran ligados a los del 18S,
5'8S y 28S (excepto en los hongos y en los protozoos). Están repetidos muchas
veces y organizados en tándem. En el caso de D. melanogaster existen 160
unidades repetidas agrupadas e ininterrumpidas. En las distintas especies de
Xenopus, en otros anfibios y en peces, existen 2 familias de genes ARNr de 5S.
Una de las familias contiene miles de copias génicas que sólo se expresan
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durante la oogénesis y la otra contiene muchas menos copias y se expresa tanto
en los oocitos como en las células somáticas a lo largo del proceso de desarrollo.
Los genes de ARNt muestran una organización desordenada, aparentementealeatoria: pueden estar agrupados o dispersos en los cromosomas. En
Saccharomyces (levadura) se presenta de 5 a 7 copias para cada uno de los
ARNt diferentes; en Drosophila se han detectado unos 50 loci diferentes en los
que existen varios genes agrupados. Cada uno de estos loci contiene genes que
codifican para varios tipos de ARNt.
El ADNh que codifica las histonas está repetido en núcleos que incluyen los 5
genes, decenas (Xenopus) o centenas (erizos de mar) de veces.
-- Microsatélites y Minisatélites.
No se ha atribuido ninguna función a estas secuencias. Las repeticiones en
tándem en número variable (VNTR) pueden tener entre 15 y 100 pb y se
encuentra entre genes o dentro de ellos. Estas secuencias dispersas por todo el
genoma se las denomina minisatélites. El número de copias en una localización
concreta varía entre individuos formando regiones localizadas de 1.000 a 20.000
pb. Otro grupo de secuencias repetidas en tándem, denominadas microsatélites,
son di, tri, tetra o pentanucleótidos. Se encuentran diseminados por todo el
genoma y el número de repeticiones presentes en un sitio también varía entre
individuos.
En humanos, por ejemplo, minisatélites y microsatélites aparecen entre 2-3 x l04
copias (microsatélite) y 3 x l06-107 copias (minisatélite)
--Las secuencias altamente repetitivas son secuencias cortas de ADN repetidas a
veces millones de veces en el genoma. Se encuentran dispuestas en tándem
formando grandes clusters (ADN satélite), o dispersas a lo largo del ADN. La
gran variabilidad de ADN satélite se atribuye al número de copias, localización y
tipo de secuencia. El ADN satélite puede contener unos pocos pares de bases
(Drosophila) o varios miles (Cetáceos). Se sugiere que el tamaño medio de los
monómeros oscila entre 100 y 300 pares de bases. En levadura el ADN altamente
repetidos constituye el 20% del genoma, en mamíferos es del orden del 60% y en
plantas y anfibios está representado por más del 80%. Las secuencias de ADN
satélite dispuestas en tándem se localizan generalmente en las regiones
centromérica y telomérica de los cromosomas (zonas de heterocromatina
constitutiva), mientras que las secuencias dispersas de ADN altamente repetitivo
se localizan en intrones (secuencias intercalares), flanqueando otros genes,
formando parte de genes no codificantes (pseudogenes) o de genes en copias
múltiples.
En lo que se refiere a la variabilidad a nivel de secuencia hay que distinguir entre
variabilidad intraespecífica y divergencia interespecífica.
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El valor C, es la cantidad de ADN por genoma haploide en estado de un
cromatidio de una célula eucariota. Al examinar el contenido de ADN de muy
diversos organismos, se ha llegado a comprobar que no hay correlación entre la
complejidad evolutiva y dicho contenido, lo que llevado a definirse la paradoja del
valor C.
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Ambas diapositivas muestran la cantidad de ADN presente en diversos
organismos. Procesos moleculares produjeron un aumento del contenido de
ADN, sin que se produzcan cambios sustanciales en el patrón de desarrollo.
En relación a la cantidad de ADN hay que destacar tres hechos 1) el aumento de
contenido de ADN por célula pueden explicarse por pequeños incrementos o
duplicaciones, en donde no varía el Nº cromosómico. 2) Hay una correlación
positiva entre el contenido total de ADN y el volumen cromosómico. 3) No hay
correlación entre el Nº cromosómico y la cantidad de ADN, ni con la complejidad
evolutiva.
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Sin embargo el tamaño mínimo del genoma parece aumentar correlativamente
con la complejidad evolutiva. Esto se interpreta como que existe una información
genética mínima desde el punto de vista cualitativo, necesaria para que los
organismos pertenecientes a un cierto taxón se desarrollen como tales.
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Los ARN, son polinucleótidos química y funcionalmente diferentes. Hay tres tipos
principales de ARN: ARNm, ARNr y ARNt. El ARN tiene la información de la
secuencia del ADN del que ha sido copiado y mantiene las propiedades de
apareamiento de bases. Las moléculas de ARN se sintetizan por un proceso
conocido como transcripción del ADN. Las moléculas de ARN tienen una sola
hebra, son relativamente cortas en comparación con el ADN. La transcripción en
los eucariontes se realiza en el núcleo y da como resultado la formación de un
ARN de gran tamaño, que recibe el nombre de transcripto primario. Estos luego
de experimentar un proceso de maduración, abandonan el núcleo como ARN
maduro.
La diapositiva muestra al ARNt que será descripto detalladamente en otra
unidad.
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Esta diapositiva muestra una microfotografía y el esquema correspondiente de
una sección de ADN donde ocurre el proceso de transcripción del ARNr. Se
puede observar dos genes que se encuentran ubicados a muy corta distancia
transcribiendo cientos de moléculas de ARNr. No olvidemos que estos genes en
el genoma, se identifican como secuencias repetidas en tándem con alta
producción, por lo que se denominan genes de amplificación génica
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Los ARNr forman parte de los ribosomas. Los ribosomas son partículas
compactas que aseguran la síntesis de proteínas. La diapositiva muestra al
ribosoma procarionte y eucarionte.
El ARNm es el tipo de ácido nucleico que dirige la síntesis de las moléculas de
proteínas.
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La existencia de elementos genéticos que pueden movilizarse, ha dado origen al
término elementos genéticos transponibles. El término transposición, se utiliza
para describir la transferencia de segmentos cromosómicos de una posición a
otra en las reorganizaciones estructurales. Los estudios genéticos en el maíz,
realizados por Bárbara McClintock y por Marcus Rhoades han proporcionado
resultados que echan por tierra, la imagen genética clásica de genes, que sólo
residen en loci fijo en el cromosoma. Han sido detectados en fagos, bacterias,
hongos, plantas superiores, virus e insectos. Estos elementos transponibles,
tienen una longitud media que oscila, desde unos cientos a varios miles de pares
de bases y normalmente en cada célula, hay múltiples copias de ellos. Este
proceso, llamado transposición, es catalizado por su propia enzima, denominada
transposasa. Las enzimas a menudo están codificadas en el ADN del propio
elemento de transposición. La mayoría se desplazan muy raramente, por lo que
a menudo resulta difícil identificarlos de las partes no móviles del cromosoma
McClintock 20 años antes del descubrimiento de los transposones en las
bacterias ha determinado elementos genéticos móviles en el maíz, cuando
investigaba las mutaciones Ds y Ac (mutaciones que se expresaban con
deficiencias en los granos de maíz). Corroboró estas observaciones con el
examen citológico de los cromosomas y determinó que Ds se encontraba en el
cromosoma 9 y si Ac estaba en el genoma, Ds producía rupturas en los
cromosomas en un lugar cercano a él. Se comprobó que As y Ds se movía a
otras localizaciones, pero Ds se movía si Ac estaba presente, mientras que Ac es
autónomo. Ds cuando está presente provoca la ruptura del cromosoma o inhibe
la expresión de un gen. Pero también puede ubicarse dentro del gen y en ese
caso provoca la mutación del gen, pero puede saltar desde su residencia y el
gen vuelve a su estado salvaje.
El elemento Ds es muy similar al Ac (de 4563 pb) pero difiere por una deleción
de 194 pb. correspondiente al gen de la transposasa. La deleción de parte de
este gen explica porque Ds depende de Ac para su transposición.
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La transposición se puede producir por varios mecanismos. Muchos elementos
transponibles, parecen no poder existir libres fuera del cromosoma, las
transposasas que catalizan sus desplazamientos, pueden actuar sobre el ADN
del elemento transponible siempre que esté integrado en el cromosoma del
huésped. La transposasa se une a una corta secuencia que está repetida en una
orientación invertida, en cada extremo del elemento, permitiendo que estos
extremos se puedan unir, mientras se cataliza el posterior proceso de
recombinación.
La molécula lineal de ADN que se va a integrar, ha de ser eliminadade una
molécula de ADN más larga, dejando una muesca en el cromosoma vacante.
Posteriormente esta muesca se vuelve a soldar, pero a menudo la secuencia de
ADN es alterada, lo cual produce una mutación en el lugar del cromosoma que
abandonó. Este mecanismo recibe el nombre de transposición no replicativa.
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Otros elementos transponibles se replican cuando se desplazan. En 1º lugar se
genera una conexión covalente entre el elemento transponible y un lugar diana
seleccionado al azar, ésta conexión dispara la síntesis localizada de ADN, que
genera una copia del elemento transponible; ya replicado, se inserta en un nuevo
lugar del cromosoma, mientras que la otra copia permanece en el lugar original.
Siempre se presentan las dos secuencias repetidas invertidas de ADN, que
flanquean los dos extremos de los elementos transponibles.
Además de desplazarse por sí mismos, los elementos transponibles, pueden de
forma ocasional, desplazar o reordenar secuencias de ADN vecinas del genoma
en la célula huésped. La presencia de elementos transponibles, hacen que las
reordenaciones de las secuencias de ADN de los cromosomas, sean mucho
menos estables de lo que se habría creído y probablemente los elementos
transponibles, son responsables de muchos cambios importantes del genoma.
Las bacterias presentan dos tipos de elementos transponibles: las secuencias de
inserción (IS) y los transposones bacterianos. Las secuencias de inserción han
sido caracterizadas por primera vez en 1970. Estos elementos son relativamente
cortos, no exceden los 2000 pb, la primera caracterizada IS1 tiene 800 pb. Se
presentan muchas copias IS (7 - 8 o algo más) en el genoma bacteriano de cada
IS (IS2, 3, 4, etc). Presentan dos características que son fundamentales:
contienen el gen que codifica la enzima transposasa y además presenta los
extremos con repeticiones terminales invertidas (ITR). Los ITR son secuencias
cortas con las mismas secuencias nucleotídicas pero orientadas en direcciones
opuestas.
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Los transposones bacterianos llamados Tn, pueden contener algunos de ellos,
un gen relacionado con la resistencia a ciertos antibióticos, además del gen de la
transposasa. O sea que lleva más genes implicados en otras funciones no
relacionadas con la transposición. Los plásmidos llamados factores R pueden
contener muchos elementos Tn que confieren simultáneamente resistencia a
antibióticos u a otros medicamentos.
En Drosophila melanogaster se han identificado elementos ADN llamados copia.
Estos elementos presentan de 10 a 100 copias en el genoma y cada elemento
tiene de 5000 a 8000 pb que incluyen largas repeticiones terminales derechas
(DTR) de 267 pb. En cada una de estas repeticiones hay una secuencia repetida
Terminal invertida (ITR). Algunas mutaciones como el color de ojos o en la
formación de los segmentos, se deben a inserciones de elementos copia. Los
elementos copia son una de las aproximadamente 30 familias de elementos
transponibles en Drosophila, cada una de las cuales presenta de 25 a 50 copias
por genoma. En conjunto todas estas familias constituyen el 5% del genoma de
Drosophila y más de la mitad del ADN medianamente repetido. Un estudio
sugiere que el 50% de las mutaciones visibles en este organismo son debidas a
la inserción de transposones en los genes silvestres.
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Las principales familias de transposones humanos son los elementos dispersos largos y
cortos (LINES Y SINES respectivamente). Los LINES son elementos de 6kb de longitud
y hay hasta 850.000 copias. En total justifican el 21% del ADN genómico. Los SINES
tienen entre 100 y 500 pb y hay aproximadamente 1,5 millones de copias en las células
humanas. Los SINES comprenden aproximadamente el 13% del ADN genómico. Otras
familias de elementos transponibles justifican otro 11% del genoma humano.
La distrofia muscular se debe a ausencia o deficiencia de la proteína distrofina. Se ha
encontrado que la distrofina no se produce cuando elementos LINE se insertan en los
exones 48 o 44 del gen de la distrofina. También inserciones LINE son probablemente
responsables de mutaciones que pueden haber contribuido a cánceres de mama y
colon. Inserciones SINE también son responsables de enfermedades humanas. Los
elementos Alu al integrarse a un gen supresor de tumores, condujeron a un caso de
cáncer de mama
Los elementos transponibles también contribuyen a la diversidad del genoma de otro
modo. Cuando dos elementos transponibles reconocidos por la misma enzima, la
transposasa, se integran en puntos vecinos del cromosoma, el ADN entre ellos puede
ser un sustrato para transposición de la transposasa. De este modo los mecanismos de
transposición pueden usar los extremos de dos elementos diferentes, en lugar de los
dos de un mismo elemento y de ésta forma de desplazará el ADN que había entre ellos
a un nuevo sitio del cromosoma. Es frecuente la inserción de un exón en el interior de un
intrón, por ser éstos más largos que los exones.
Los efectos sobre la regulación génica son comunes, en parte debido a que el
movimiento de un elemento transponible, suele arrastrar con él nuevas secuencias, que
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actúan como lugares de unión para proteínas de unión a ADN, como por ejemplo
las que regulan la transcripción del ADN. Por lo tanto, estas secuencias pueden
actuar como secuencias reguladoras, denominadas incrementadores o
activadores y afectan la transcripción de genes localizados en las proximidades.
Estos efectos pueden ser la causa de la evolución de las células cancerosas, en
las que se pueden crear oncogenes por la transposición de secuencias
reguladoras en las proximidades de un proto-oncogen.
Los elementos transponibles se pueden catalogar como mutágenos, por la
tendencia a sufrir largos períodos de quiescencia, durante los cuales los
elementos permanecen fijos en sus posiciones cromosómicas, seguidos por un
período de intenso movimiento.
Las redistribuciones de las secuencias de ADN por transposones alteran el
momento, el nivel, o el patrón espacial de expresión de los genes cercanos, sin
afectar las secuencias de la proteína, o del ARN que codifica el gen.
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