Capítulo 17. La genética molecular de los eucariotas

El genoma eucariótico

El examen del DNA § de las células eucarióticas § reveló cuatro sorpresas principales. En primer lugar, con algunas pocas excepciones, en una misma especie, los individuos tienen la misma cantidad de DNA en cada una de sus células diploides § (lo cual no es sorprendente), pero las variaciones entre las diferentes especies son enormes.

En segundo lugar, en cada célula eucariótica parece haber un gran exceso de DNA, o por lo menos de DNA cuyas funciones son desconocidas. Se estima que en las células eucarióticas menos del 10% de todo el DNA codifica para proteínas §; en los seres humanos, esta cifra puede disminuir hasta el 1%. Por contraste en los procariotas § y más aun en los virus §, excepto por las secuencias reguladoras o secuencias señal, virtualmente todo el DNA se expresa.

En tercer lugar, casi la mitad del DNA de la célula eucariótica consiste en secuencias de nucleótidos § que se repiten centenas, o hasta millones de veces. Esto fue un descubrimiento particularmente sorprendente. En E. coli, que ha sido por largo tiempo el modelo para los genetistas moleculares, cada molécula de DNA cromosómico contiene típicamente sólo una copia de cualquier gen § dado; las principales excepciones son los genes que codifican los RNA ribosómicos §. Además, este hallazgo fue sorprendente porque, de acuerdo con la genética mendeliana, un gen está presente solamente dos veces por cada célula encariótica diploide, no en una multitud de copias. Los estudios de hibridación y secuenciación han mostrado tres clases de DNA eucariótico. Las repeticiones múltiples de secuencias de nucleótidos cortas, dispuestas característicamente en tándem, se conocen como DNA de secuencia simple. El DNA de secuencia simple está asociado con la heterocromatina § fuertemente condensada en la región del centrómero §. Las repeticiones más largas, habitualmente dispersas en el cromosoma, se conocen como DNA de repetición intermedia. El DNA de repetición intermedia incluye múltiples copias de los genes que codifican para los RNA ribosomal §, RNA de transferencia § e histonas §. La tercera clase, el DNA de copia única, constituye hasta el 70% del DNA cromosómico en los seres humanos y dentro de esta fracción se encuentra el DNA que codifica para la mayor parte de las proteínas. Los datos actuales indican que sólo un 1% del genoma humano puede traducirse a proteína.

La cuarta sorpresa, y tal vez la más inesperada de todas, fue que las secuencias de genes eucarióticos que codifican para proteínas habitualmente no son continuas, sino que están interrumpidas por secuencias no codificadoras.

Las secuencias no codificadoras que producen interrupciones dentro de un gen se conocen como secuencias interpuestas o intrones §, y las secuencias codificadoras, aquellas que se expresan, son llamadas exones §.

Aunque los intrones se transcriben a RNA en el núcleo, no están presentes en el mRNA en el citoplasma y, así, no se traducen a proteínas. Los exones son los segmentos que están presentes en el mRNA citoplásmico y que se traducen a proteína.

Algunos genes estructurales, como los que codifican para las cadenas polipeptídicas de las moléculas de hemoglobina §, forman familias génicas. Los genes individuales de la familia difieren ligeramente en sus secuencias de nucleótidos; en consecuencia, las proteínas que ellos codifican difieren ligeramente en estructura y en propiedades biológicas. Algunos miembros de las familias génicas no se expresan, supuestamente a raíz de mutaciones deletéreas; estas secuencias de DNA se conocen como pseudogenes. Se cree que las familias génicas tienen sus orígenes en duplicaciones génicas que ocurrieron como resultado de “errores” de recombinación, seguidos por diferentes mutaciones en diferentes copias del gen.

El cromosoma eucariótico

La regulación de la expresión génica en los eucariotas

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