estructura del genoma humano

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DC. CARLOS CORTÉS PENAGOS

Estructura de los ácidos nucleicos

DNA y RNA como material genético

Estructura del cromosoma

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James Watson y Francis Crick publican en la revista NATURE la elucidación de la estructura molecular de los ácidos nucleicos, iniciando así, con la denominada MOLECULARIZACION DE LA BIOLOGIA.

RNA and DNA are polymers of nucleotides. The backbone of the polymer is a repeating chain of sugar-phosphate-sugar-phosphate- etc.

http://www.dnalc.org/resources/3d/25-basepairing.html


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NUCLEOSIDO

NUCLEOTIDO



ADENINA GUANINA

CITOSINA URACILO TIMINA

Cada cadena de DNA o RNA esta constituida de NUCLEOTIDOS. Estos son moléculas orgánicas compuestas por de un grupo fosfato, un monosacárido (ribosa o desoxiribosa) y una de las bases nitrogenadas (A-T-G-C para el DNA y A-U-G-C para el RNA)

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En enlace que se forma entre dos nucleotidos ocurre a través de uan reacción de condensación donde el grupo 3’OH de uno de ellos reacciona con el grupo fosfato ubicado en el C5 del azucar. Este enlace covalente (fosfodiester) se denomina ENLACE NUCLEOTÍDICO.

O

O Basen

O

3'

5'

DNA

O P O

O

O

P

O

O

O P

O

O

O

H

dNTP

:B

HO

O Basen+15'

3'

O

O Base

O

3'

5'

DNA

P

O

O

HO

O Base5'

3'

O

PPi


Los polímeros de nucleotido (POLINUCLEÓTIDOS) tienen una dirección determinada por los extremos 5’ fosfato y 3’OH (por convención se escriben de 5’ a 3’).

Puentes de Hidrógeno entre

las bases complementarias

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1. Single stranded 2. Stem 3. Interior loop

4. Junction multiloop 5. Bulge loop 6. Hairpin loop

E. coli 16S rRNA




La molécula de DNA presenta dos características importantes: sus cadenas son COMPLEMENTARIAS (interaccione entre las bases) y ANTIPARALELAS (posición de extremos 5’ y 3’).

http://www.dnalc.org/resources/3d/23-dna-unzip.html

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La interacción entre las dos cadenas que conforman el DNA se da a través de enlaces por PUENTES DE HIDRÓGENOS entre las bases (A-T y C-G).




La molécula de DNA puede adquirir diferentes estructuras, la mas común es la doble hélice B. Otras formas alternativa son: hélice A (11 pares de bases en un giro completo) y hélice Z (12 pares de bases en un giro completo y con dirección izquierda)

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La estructura de hélice del DNA crea dos surcos externos conocidos como SURCO MAYOR y SURCO MENOR, ambos son sitios de acceso a las las bases y son utilizados por proteínas asociadas con la replicación y transcripción del DNA

MAJOR GROOVE

MINOR GROOVE


PARTICULAS VIRALES

HUMANO

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double stranded DNA

single stranded DNA

Bacteriofago T1


double stranded RNA

positive single stranded RNA

negative single stranded RNA

Virus Ebola Virus Mosaico del Tabaco

Rotavirus

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Proteína verde fluorescente

TRANSFERENCIA DE MATERIAL GENETICO: ORGANISMOS TRANSGENICOS Aequorea victoria


P R I M E R A C É L U L A B A C T E R I A N A S I N T É T I C A A U T O - R E P L I C A T I VA

Mycoplasma mycoides JCVI-syn1.0

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Genoma Humano

1.  NUCLEOTIDOS 2.  POLIMERO DE NUCLEOTIDOS – DNA 3.  GENES 4.  CROMOSOMA 5.  NUCLEO CELULAR – CELULA 6.  ORGANISMO – HUMANO

DECODIFICANDO LA MOLÉCULA DE DNA HUMANO

DECODIFICANDO LA INFORMACION CONTENIDA EN EL DNA

T T T TG G A C C C T G A C A C T T G A A A C T C C C C T G A C A C T T G A C A T

Genoma Humano

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Enero 1990. Inicia el proyecto como un esfuerzo conjunto del U.S. Department of Energy y el National Institutes of Health. Junio 2000. Se termina el primer borrador del genoma humano. Febrero 2001. Se publica el primer análisis del genoma humano (SCIENCE –NATURE) Abri l 2003. El HGP es declarado terminado con la liberación de la secuancia completa

Genoma Humano


T T T TG G A C C C T G A C A C T T G A A A C T C C C C T G A C A C T T G A C A T C C C C T G A TG G A C C C T G A C A C C T G A C A T T T TG G A C G A C A T G A C A T G A C A C T T G A C A T C C C C T G A TG G A C C C T G A C A C C T C C C C T G C C C C T G C C C C T G G A C G

El Genoma Humano contiene 3000 millones de pares de bases.

Genoma Humano

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Genoma Humano

Li et al., 2011

Colicorto gris o doméstico (Monodelphis domestica)

Genoma Humano

Haeckel 1874

La comparación de secuencias genómicas o genomas completos, permite establecer con mayor precisión las RELACIONES FILOGENÉTICAS entre organismos.

Bacteria Eukaryota

Archaea

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Genoma Humano

La molécula de DNA contenida en el núcleo de las células eucariotas es el MATERIAL HEREDADO y representa la fuente de INFORMACIÓN que determina las funciones celulares.

Genoma Humano

El GENOMA es la suma de todo el DNA contenido en una célula. Las células somáticas al ser diploides contienen un genoma condensado en 23 pares de cromosomas.

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Genoma Humano

Genoma Humano

Genoma Humano

TRANSCRIPCIÓN

DNA cadena molde

TRADUCCIÓN

RNAm

Proteína

La INFORMACIÓN en el genoma e s t á d e t e r m i n a d a p o r l a posición de los 4 diferentes nucleótidos en la cadena de DNA. Parte de esta información puedes ser interpretada por el CODIGO GENETICO

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Genoma Humano

TRADUCCION

TRANSCRIPCION

CTGACACTTGAAACTCCCCTGACACCTTGAGAGAGACCCTGACTTGACAACTCCTCTGACCTGAGACCTCGATGATGATGATCTCGACTGACATGATGACAAAACTCTGCCTACTGGATAGATAGATAGATAACTCCTGCCTGATAGACACATATATAACTCTGACCTGAGACCTGATGACCGATACGATACGATACGATACCTTTAGGGTTAGGGTTAGGGTTAG

El 25% de la secuencia del DNA humano esta relacionada con genes. Secuencias que codifican para la síntesis de una PROTEINA. En humanos se han identificado 25,000 genes aproximadamente.

Genoma Humano

TRADUCCION

TRANSCRIPCION

CTGACACTTGAAACTCCCCTGACACCTTGAGAGAGACCCTGACTTGACAACTCCTCTGACCTGAGACCTCGATGATGATGATCTCGACTGACATGATGACAAAACTCTGCCTACTGGATAGATAGATAGATAACTCCTGCCTGATAGACACATATATAACTCTGACCTGAGACCTGATGACCGATACGATACGATACGATACCTTTAGGGTTAGGGTTAGGGTTAG

Los GENES en organismo EUCARIOTES se encuentran interrumpidos por secuencias de DNA no codificante denominadas INTRONES. Las regiones codificantes de un gen se denominan EXONES.

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Genoma Humano

Exon 1 Exon 2 Exon 3 Exon 4 Exon 5

Alternative Splicing

Protein A Protein B Protein C

Translation Translation Translation

DNA

RNA

mRNA 1 2 3 4 5

A schematic representation of alternative splicing. ALTERNATIVE SPLICING refers to the process by which a given gene is spliced into more than one type of mRNA molecule.

Genoma Humano

Bacteria

Levadura

Drosophila

Human

Note that prokaryotic bacteria lack introns. The human genome is about ten-fold larger than that of Drosophila. However, humans do not have a substantially larger number of coding genes than Drosophila: humans genes are more spread out in the chromosomes, and typically have a higher proportion of introns.

Segmento de cromosoma

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Genoma Humano

Genoma Humano

NUMERO DE CROMOSOMAS NUMERO DE GENES BASES NUCLEOTÍDICAS

23 26,185 3,079,843,747

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Genoma Humano

http://www.dnalc.org/resources/3d/09-how-much-dna-codes-for-protein.html

The figure provides a summary of the different components of the human genome. Less than 1.5% of the genome consists of the suspected 20,000–25,000 protein-coding sequences. By contrast, a large majority is made up of non-coding sequences such as introns (almost 26%) and (mostly defunct) transposable elements (nearly 45%).

Genoma Mitocondrial

Genoma Humano

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Nuclear DNA is inherited from all ancestors

Mitochondrial DNA is inherited from a single lineage

Human Sperm-Oocyte interaction

Because mitochondrial DNA is passed through the maternal line, from mother to child, it contains information about a person’s direct MATERNAL ANCESTORS (mother, mother’s mother, etc.). Since it also passes from generation to generation with very little change, mitochondrial DNA is a rich source of information for deep ancestry, going back hundreds or thousands of years.

Genoma Mitocondrial

Con base en DNA mitocondrial heredado por la madre, los individuos pueden ser HOMOPLÁSMICOS si el DNA mitocondrial de todas las células es idéntico o HETEROPLÁSMICOS si hay mas de un tipo de DNA mitocondrial. Así la HERENCIA HETEROPLÁSMICA genera una dosis génica que esta relacionada con defectos en el funcionamiento de la mitocondria.

Genoma Mitocondrial

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Genoma Humano

Genoma Mitocondrial

Ancestral photosynthetic eukaryote

Ancestral heterotrophic eukaryote

Ancestral prokaryote

La MITOCONDRIA es un organelo esencial para entender la evolución de las células eucariotas. Su origen ha sido asociado con formas de vida procariota, lo que explicaría la presencia de una doble membrana y de material genético en forma de DNA circular.

Genoma Mitocondrial

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Características de mtDNA humano:

dsDNA Circular/superenrrollado No asociado a HISTONAS Presente en multicopias

2 a 10 por mitocondria

1 célula humana contiene en promedio 1000 mitocondrias Las mitocondrias representan el 40% del volumen de las CÉLULAS DEL MÚSCULO CARDIACO

Genoma Mitocondrial

El genoma humano mitocondrial contiene 16,569 pares de bases de DNA con información para 2 moléculas de RNA ribosomal (rRNA) 22 RNA de transferencia (tRNA) 13 polipéptidos El mtDNA esta constituido de una cadena pesada (H) rica en guanina y una cadena ligera (L) rica en citosina. La cadena L contiene la información para 12 de los 13 polipéptidos, 14 de los 22 tRNA y los dos rRNA.

Genoma Mitocondrial

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Esquema comparativo de los DNAs mitocondriales de Humanos y Levaduras (S. cerevisiae)

Genoma Mitocondrial

Esquema comparativo de los DNAs mitocondriales de Humanos y Levaduras (S. cerevisiae)

Genoma Mitocondrial

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Comparat ivo de la est ructura del GENOMA MITOCONDRIAL en diferentes organismos incluyendo al Humano.

Genoma Mitocondrial

El mtDNA codifica para 7 subunidades del complejo I, 1 subunidad del complejo III, 3 subunidades del complejo IV y dos subunidades del complejo V. El complejo II es codificado por el DNA nuclear.

Genoma Mitocondrial

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La única región no codificante dentro del mtDNA es un segmento denominado D-loop que comprende 1121pb. Esta región contiene el orígen de replicación para la cadena H y los promotores para ambas cadenas (H y L).

Genoma Mitocondrial

Genoma Mitocondrial

D-Loop Control Region

HVS 2 HVS 1

Central conserved

region

La región D-Loop tiene una tasa de mutación mas alta que el resto del mtDNA. La secuencia HVS1 de 360pb presenta 240 variantes que van de 0 a 20pb. La secuencia HVS2 de 268pb tiene 117 variantes de 0 a 10pb. Un conjunto de estas variantes representan un HAPLOGRUPO.

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Genoma Mitocondrial

Variaciones en la secuencia HVS1 y HVS2 en combinación con otros cambios en la secuencia del mtDNA han permitido generar 18 HAPLOGRUPOS y algunos subgrupos.

Genoma Mitocondrial

Evolutionary tree of Human mitochondrial DNA (mtDNA) haplogroups

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Genoma Mitocondrial

mtDNA analyses provided our first genetic window into the past, detailing the history of maternal lineages across human populations. The oldest mtDNA haplogroups are found in Africa (L1, L2 and L3). The pan-African haplogroup L3 radiated to form MACROHAPLOGROUPS M and N. Haplogroups H, I, J, N1b, T, U, V, W and X are mainly derived from macrohaplogroup N and make up almost all of the mtDNA types found in Europe. In Asia, macrohaplogroups N and M radiated to generate mtDNA lineages A, B, C, D, F and G. Native Americans are known to have Asian ancestry because only five haplogroups (A, B, C, D and X) encompass all of the mtDNA variation in the New World, four of which came from Asia.

Genoma Mitocondrial

Testing your mtDNA uncovers the deep ancestral origin of your direct maternal line (your mother, your mother’s mother, etc.) and connects you with genetic cousins. Because your mtDNA has been passed on to you generation after generation by your direct maternal ancestors, it offers the most exact information possible for this line.

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Genoma Mitocondrial

Tsarina Alexandra

Tsar Nicholas II

16111T 16357C 263G 3151C

16126C 16169T 16294T 16296T

73G 263G 3151C

Genealogía de la Familia Romanov

Genoma Mitocondrial

Tsarina Alexandra

Tsar Nicholas II

Anna Anderson supuesta Anastasia Romanov

Genealogía de la Familia Romanov

16111T 16357C

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Variaciones del Genoma

Genoma Humano

El DNA de una célula humana contiene 3000 MILLONES DE NUCLEÓTIDOS. La posición de cada uno de ellos es similar entre individuos en un 99.9%.


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CTGACACTTGAAACTCCCCTGA

CACCTTGACAACTCTGACCTGA

CTTGACAACTCCTCTGACCTGAGACCTGATGACAACTCTGCTCTGACCTGACATGATGACAAAACT

CTGCCTGATGACAACTCTGCTCTGACACTCTGCCTGATGACAACT

CTGCTCACAACTCCTCTGACCT

GAGACCTGATGACCAACTCCTCTGTGCTCTGATCCTCTGATGATG

VARIACIONES DE NUCLEOTIDO UNICO SNP

El genoma humano puede variar en secuencia debido a cambios en la posición de los nucleótidos. Se estima que esta variación de un solo nucleótido es de 1:1000 pb. Los polimorfismos de nucleótido único (SNPs) se consideran como tal cuando se encuentran presentes en al menos el 1% de la población.


CTGACACTTGAAACTCCCCTGA

CACCTTGACAACTCTGACCTGA

CTTGACAACTCCTCTGACCTGAGACCTGATGACAACTCTGCTCTGACCTGACATGATGACAAAACT

CTGCCTGATGACAACTCTGCTCTGACACTCTGCCTGATGACAACT

CTGCTCACAACTCCTCTGACCT

GAGACCTGATGACCAACTCCTCTGTGCTCTGATCCTCTGATGATG

VARIACIONES DE NUCLEOTIDO UNICO SNP

CTGACACTTGAAACTCCCCTGACACCTTGACAACTCTGACCTGA


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THE HAPMAP PROJECT. Chart genetic variation within the human genome


Haplotype: a set of closely linked genetic markers present on one chromosome which tend to be inherited together


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EUR AMI

AFR AS


estructura del genoma humano

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