SEMINARIO 11

1. Defina genómica estructural y funcional.

GENÓMICA ESTRUCTURAL

La genómica estructral se ocupa de la organización y de la secuencia de la información genética contenida en un genoma. A menudo, uno de los primeros pasos para caracterizar un genoma es preparar mapas genéticos y físicos de sus cromosomas. Estos mapas aportan información sobre la ubicación relativa de los genes, los marcadores moleculares y los segmentos cromosómicos, que suelen ser esenciales para ubicar segmentos de los cromosomas y alinear partes del DNA secuenciado para formar el genoma completo.

GENÒMICA FUNCIONAL

La Genómica funcional se ocupa de describir la función biológica de los genes mediante el conocimiento de su actividad en:

• Los rasgos que determinan.
• La regulación a la que se ven sometidos.
• La interacción con otros genes.
• La identificación de un patrón de comportamiento en un gen, dependiendo de las condiciones que le circundan.
• La actividad que desarrolla el gen cuando está alterado en relación a su actividad normal.
• La genómica funcional permite conocer con mayor detalle las funciones biológicas de la totalidad del genoma mediante el procesamiento de alto rendimiento del análisis de la expresión de manera automatizada
• Enfoque basados en secuencias

2. El gen que codifica la calcitonina en la tiroides y a la proteína relacionada con la calcitonina en el cerebro (CGRP) es el mismo. ¿Cómo es posible que un mismo gen pueda codificar estas 2 proteínas diferentes? (emplee el siguiente dibujo para su análisis)

Vias de procesamiento alternativo

Otro  hallazgo que implica la visión de un gen como una  secuencia de nucleótidos que especifica la secuencia de aminoácidos de una proteína es la existencia de las vías de procesamiento alternativo, en las que una única molécula de pre-mRNA se procesa de diferente forma para producir tipos alternativos de m RNA que conducen a la producción de diferentes proteínas a partir de una  misma secuencia e DNA

Un tipo de procesamiento alternativo es el cote y empalme alternativo en el cual la misma pre-m RNA   puede cortase  y empalmarse de más de una manera para dar como resultado múltiple m RNA que se traducen a proteínas con diferentes secuencias de aminoácidos.

En el ejemplo  se observa que el gen de la calcitonina de los  mamíferos, el cual contiene seis exones y cinco intrones. La totalidad del gen se transcribe  a un pre-m RNA. Hay dos sitios de corte 3’ posibles. En las células de la glándula tiroides, el corte en 3’ y la poliadenilacion se producen después del cuarto exón, y los primeros tres intrones, por lo tanto, se eliminan para producir un m RNA  maduro formado por exones 1, 2, 3 y 4. Este m RNA se traduce a la hormona calcitonina. En las células del cerebro, un pre-m RNA idéntico se transcribe a partir de DNA pero se procesa en forma distinta. El corte y la poliadenilacion ocurren después del sexto exón, lo que da como producto  un transcrito inicial que incluye los seis exones. durante el corte y empalme, el exón 4 (parte del m RNA de calcitonina) se elimina junto con todos los intrones; de modo tal que en la molécula madura de m RNA solo están presentes los exones 1, 2, 3, 5 y 6. Al ser traducido, este m RNA produce una proteína llamada péptido relacionado con el gen de la calcitonina (CGRP), que tiene una secuencia de aminoácidos bastante distina a la de la calcitonina

Importante:El corte y empalme alternativo puede producir combinaciones distintas de los exones de un m RNA, pero el orden de estos exones, por lo general, se mantiene sin cambios. Diferentes vías de procesamiento contribuyen a la regulación de los genes.

El secuenciamiento completo de los genomas de un número de organismos ha llevado a la conclusión  de que el número de genes procesados por un organismo no se relaciona con la complejidad de este.

3.- Una enzima presente en el hígado de rata tiene una cadena polipeptídica de 452 aminoácidos y esta codificada por un gen de 1896 pares de bases. Interpretar la relación existente entre el número de residuos de aminoácidos de la proteína y el número de pares de bases del gen. 

Como sabemos el código genético está formado por tripletes de bases nitrogenadas (A; U; C; G) que a partir de estas se forma los 20 aminoácidos esenciales para la vida.

Cada codón codifica a un aminoácido en específico dependiendo de su conformación. En este caso como tenemos solo 1896 pares de base, estos van a formar un total de 632 codones, es decir habrá un total de 632 aminoácidos siendo codificados. Sin embargo tenemos que la cadena polipeptídica solo está formada por 452 aminoácidos. Lo que sucedería con el resto de aminoácidos residuales resulta en un agrupamiento que deriva en una mutación silenciosa que no afectara a la proteína porque su hidrofilidad o fobidad se mantiene por una sustitución equivalente de aminoácidos.

4. La Hb de las células falciformes tiene un residuo Val en la posición 6 de la cadena de globina, en vez de un residuo de Glu encontrado en la Hb A normal ¿Qué cambio se produce en el codón que codifica para el aminoácido en cuestión?

La hemoglobina (Hb) es una hemoproteína de la sangre de color rojo característico, que transporta el oxígeno desde los órganos respiratorios hasta los tejidos, el dióxido de carbono desde los tejidos hasta los pulmones que lo eliminan y además participa en la regulación de pH de la sangre. Dentro de este informe observaremos el caso de la Hb en células falciforme donde se pueden presentar algunas alteraciones en comparación a la Hb A o normal siendo la Hb A llamada también hemoglobina del adulto o hemoglobina normal, que representa aproximadamente el 97% de la hemoglobina sintetizada en el adulto, formada por dos globinas alfa y dos globinas beta. La alteración en la hemoglobina S es debido a la alteración del gen que codifica a la cadena β de la hemoglobina. De las cuatro cadenas polipeptídicas que forman la hemoglobina (dos alfa y dos beta), las alfa son idénticas a las de la hemoglobina normal, pero existe una alteración en las cadenas beta. Éstas tienen un aminoácido ácido glutámico en el lugar que normalmente ocupa una valina en el puesto (aminoácido) número 6 (β6 Glu→Val). El intercambio es consecuencia de una mutación puntual en la mencionada posición 6 Una de las consecuencias de estas alteraciones se da cuando existe en gran cantidad la hemoglobina falciforme (S), ocasiona que los glóbulos rojos pueden perder su forma redondeada, quedándose alargados, finos y rígidos, e inclusive lo que se conoce anemia falciforme. Finalmente lo que se busca en este informe es el reconocimiento de ambos tipos de hemoglobina y el efecto en el codón que se emplea para el momento de la codificación

5. Mediante que mecanismo se explica que la apolipoproteína B (Apo-B) en el hígado no tenga el mismo tamaño que la apolipoproteína B en el intestino.

Una apolipoproteína es una proteína que contiene y transporta lípidos en la sangre. Se trata de una heteroproteínaanfipática con un grupo prostético lipídico oteínasignifca que es la parte fundamental y proteica de las lipoproteínas, pero no se debe confundir la apolipoproteína con la apoproteína de la misma, que es la parte proteica. Dado su carácter anfipático, se encuentra junto a fosfolípidos formando la envoltura de las lipoproteínas, las cuales son estructuras macromoleculares solubles en cuyo interior hay un núcleo de grasas (triglicéridos y colesterol) Gracias a este fenomeno estructural (formación de lipoproteínas) y deunión con (receptores celulares), las apolipoproteínas pueden unir las lipoproteínas a receptores que activarán una función enzimática, la cual permitirá la degradación de las grasas contenidas en la lipoproteína. Tienen un papel fundamental en el metabolismo lipídico. Existen dos formas de apo ,la B-100 y la B-48, que proceden del mismo gen. En la especie humana existe una disociación en cuanto al lugar de síntesis de estas proteínas, la B-100 se sintetiza en el hígado mientras que la B-48 lo es en intestino. En la rata, por el contrario, el hígado puede sintetizar ambas. Centrándonos en la especie humana y en el hígado, el mARN se traduce normalmente para sintetizar una proteína de 4.536 aminoácidos, la apo B-100; mientras se va sintetizando, se asocia con triglicéridos y otros lípidos por acción de la proteína microsomal transferidora de lípidos (MTP) para constituir una partícula de VDL. En intestino existe una enzima que actúa sobre aquel mARN, desaminando una citosina del codon 2.153 y dando lugar a un codon de parada, de manera que al traducirse se sintetiza una proteína de 2.152 aminoácidos, la apo B-48, con un peso molecular del 48 por ciento aproximadamente de la B-100. Análogamente a lo que ocurría en hígado, la apo B-48 se asocia con lípidos para constituir ahora un quilomicrón. La apo B-48 se encuentra únicamente en los quilomicrones y en las lipoproteínas denominadas remanentes, que son productos del catabolismo de los primeros. La apo B-100 se encuentra en VLDL y también en las lipoproteínas de densidad intermedia (IDL) y en las LDL, productos ambas del catabolismo en el plasma de las VLDL. Tanto la apo B como la MTP son esenciales para la síntesis de estas lipoproteínas: si la apo B que se sintetiza está truncada debido a una mutación y dispone de menos del 40 por ciento de la secuencia total, las lipoproteínas que se sintetizan son inestables y el paciente manifesta la enfermedad denominada hipobetalipoproteinemia, si la MTP no es funcional, no se sintetizan quilomicrones ni VLDL y el paciente manifesta la abetalipoproteinemia, muy grave en su condición homocigótica. Aparte de este relevante papel en la estructura de las lipoproteínas, la apo B-100 es el ligando del receptor LDL. El dominio de reconocimiento se sitúa en torno al aminoácido 3.360, de manera que la apo B-48 carece de esta propiedad. La estructura de la apo B-100 es flexible y el extremo C-terminal puede plegarse ocultando aquel dominio de reconocimiento; esto ocurre fisiológicamente en las VLDL pudiéndose decir que en ellas la apo B-100es inactiva, pero no en las LDL. La mutación denominada apo-B 3.500, que afecta al aminoácido de esa posición, determina que la apo B-100 esté permanentemente replegada, impidiendo también la interacción de las LDL con el receptor LDL. Esta alteración retrasa la eliminación de las LDL del plasma y produce una hipercolesterolemia (deficiencia de apo-100)