T7 Cromosomas: Estructura y función

Introducción a los cromosomas

• Los cromosomas son la forma más compacta del ADN, esencial para la manipulación y distribución del material genético durante la división celular.
• El estudio de los cromosomas es clave en la citogenética.

Niveles de complejidad del ADN

• Los cromosomas son visibles durante la división celular debido a la condensación de la cromatina.
• Representan el sustrato morfológico del ADN y las proteínas asociadas.
• Existen cromosomas somáticos (autosomas u homólogos) y cromosomas sexuales (heterocromosomas o gonosomas).
• En humanos, hay 46 cromosomas: 22 pares de autosomas y un par de cromosomas sexuales que determinan el sexo.
• En células eucariotas, el ADN se compacta alrededor de histonas formando nucleosomas y luego cromatina, lo cual es esencial para que quepa en el núcleo.
• La cromatina se condensa al máximo para formar los cromosomas durante la división celular.

Componentes y estructura de los cromosomas

• Los cromosomas se forman por la condensación del ADN junto a histonas.
• Tienen una estructura característica en forma de "X" con dos pares de brazos a cada lado de un centro.
• La longitud de los brazos puede variar entre cromosomas.
• Cromátidas: Son cada una de las dos mitades longitudinales de un cromosoma.
• Cromátidas hermanas: Copias idénticas de una cromátida, unidas por el centrómero.
• Brazo corto (p): Es la extremidad menor de un cromosoma.
• Brazo largo (q): Es la extremidad mayor de un cromosoma.
• Centrómero: Lugar que une los diferentes brazos de un cromosoma.
• Cinetocoro: Une los microtúbulos al cromosoma, permitiendo su desplazamiento durante la división celular.
• Telómero: Es el extremo de cada brazo del cromosoma, ya sea largo o corto.

Clasificación de los cromosomas

• Se clasifican según la posición de su centrómero.
• Metacéntrico: El centrómero está aproximadamente en la mitad, dando brazos de igual longitud.
• Submetacéntrico: El centrómero está desplazado, resultando en brazos desiguales.
• Subtelocéntricos o acrocéntricos: El centrómero está muy desplazado, con brazos muy largos y otros muy cortos, pudiendo presentar estructuras como tallos y satélites.
• Telocéntricos: El centrómero está en un extremo, dejando solo un par de brazos.

Autosomas y cromosomas sexuales

• Los autosomas son todos los cromosomas excepto los sexuales (X e Y).
• Son similares en individuos de la misma especie y se numeran del 1 al 22 en humanos.
• Los cromosomas sexuales determinan la sexualidad, siendo X e Y los tipos.
• El cromosoma Y es una versión más pequeña del cromosoma X.
• Varón: Tiene un cromosoma X y uno Y (heterogamético).
• Mujer: Tiene dos cromosomas X (homogamética).
• Síndrome de Turner: Monosomía del cromosoma X (45,X).
• Síndrome de Klinefelter: Trisomía de los cromosomas sexuales (47,XXY).

Heterocromatina y eucromatina

• La cromatina es la condensación del ADN con histonas y proteínas no histónicas.
• Heterocromatina: Es la forma más condensada e inactiva, ubicada principalmente alrededor de la membrana nuclear y el nucléolo.
• Heterocromatina facultativa: Puede descondensarse y convertirse en eucromatina según las necesidades de la célula.
• Heterocromatina constitutiva: Permanece siempre en su grado de condensación.
• Eucromatina: Es la forma laxa y activa, donde ocurre la transcripción.

El ciclo celular

• Comprende las fases y procesos por los que pasa una célula antes y después de la división celular.
• Fases:
  • G1: Procesos de transcripción y traducción, duplicación de orgánulos y preparación para la síntesis de ADN. La fase previa a G1, tras la división celular, se llama G0.
  • S: Replicación del material genético, resultando en cromosomas con dos cromátidas idénticas.
  • G2: Crecimiento celular y desarrollo de elementos para la mitosis.
  • División celular: Mitosis o meiosis, seguida de citocinesis (reparto del citoplasma).
• Las fases G1, S y G2 corresponden a la interfase.
• Las células tienen un ciclo vital que prepara para la multiplicación.

Cariotipos

• Es el complemento cromosómico de un individuo, definido por las características morfológicas y numéricas de los cromosomas en la metafase mitótica.
• Se obtiene tiñendo los cromosomas, generalmente con Giemsa, y observándolos al microscopio.
• Requiere células en mitosis detenidas con colchicina.
• Cariograma: Organización de los cromosomas en parejas ordenadas por tamaño y posición del centrómero.
• Ideograma: Representación gráfica de los cromosomas con técnicas de bandeo.
• Fórmula cromosómica: Descripción del cariotipo, incluyendo número de cromosomas y cromosomas sexuales, más cualquier aberración.
• Idiograma es un dibujo, mientras que el cariograma muestra imágenes reales.

Usos del cariotipo

• Exponer de forma clara y ordenada los cromosomas para verificar su normalidad.
• Es un método diagnóstico para detectar alteraciones en el número o estructura de los cromosomas.
• Permite identificar carencias o repeticiones de cromosomas o alteraciones en sus brazos.
• Se utiliza en laboratorios de citogenética para diagnosticar aneuploidías (alteraciones cromosómicas).
• Técnicas de fluorescencia, tinciones y bandeos ayudan a destacar regiones concretas.

Caso práctico 1: Observación de cromosomas metafásicos

• Objetivo: Observar cromosomas metafásicos al microscopio para elaborar un cariotipo.
• Protocolo dado: Cultivar la muestra con estimulantes de la mitosis y añadir colchicina.
• Finalidad de los productos:
  • Estimulante de la mitosis: Iniciar la división celular.
  • Colchicina: Detener la división en metafase, cuando los cromosomas están completamente formados.
• El ADN se encuentra formando la eucromatina y la heterocromatina en el núcleo, esto permite teñir y visualizar los cromosomas al microscopio.

Diferencias entre cromosomas X e Y

• X e Y son los cromosomas sexuales que definen el sexo: XX para mujeres y XY para varones.
• Los madres siempre heredarán un cromosoma X, mientras que los padres pueden heredar un X o un Y, con un 50% de probabilidad.
• El cromosoma Y es mucho más pequeño que el X, lo que implica que existen genes en el cromosoma X que no están presentes en el cromosoma Y.
• A los genes del cromosoma X que no existen en el cromosoma Y se les denomina genes ligados al cromosoma X.
• Los genes recesivos ligados al cromosoma X se expresan como dominantes en hombres, ya que no hay otro cromosoma X que contrarreste su expresión.
• El cromosoma Y contiene los genes que determinan el sexo masculino, además de otros.

Caso práctico 2: Reparación de los daños en el ADN

• Planteamiento: Durante la síntesis de ADN, a veces se aparean bases no complementarias, generando errores.
• Ejemplo: Una A se enfrenta a una G, lo cual debe corregirse para evitar errores en la codificación de proteínas.
• ¿Cómo se resuelve este error?
  • Desenlace:
    • La ADN Polimerasa elimina nucleótidos incorrectos durante la revisión gracias a su actividad exonucleasa.
    • Un grupo de proteínas reconoce y elimina los nucleótidos mal colocados y bases adyacentes.
    • La ADN Polimerasa rellena el hueco y las ADN ligasas sellan el nuevo fragmento.

Mitosis

• Proceso de división celular que reparte equitativamente el material genético entre dos células hijas.
  • Interfase: Período entre mitosis.
  • Profase temprana: Comienza la condensación del ADN.
  • Profase: Se condensa el ADN en cromatina y cromátidas; los centrosomas se separan y forman el huso mitótico.
  • Prometafase: La envoltura nuclear se rompe y los cromosomas se unen al huso mitótico por el cinetocoro.
  • Metafase: Los cromosomas se alinean en el ecuador, unidos al huso mitótico.
  • Anafase: Se retraen los husos mitóticos, repartiendo una cromátida a cada polo.
  • Telofase: Se reconstruyen los núcleos celulares y se descondensan los cromosomas.
  • Citocinesis: Se reparte el citoplasma y los orgánulos, dividiendo la célula original en dos hijas idénticas.

Meiosis

• Es una división celular exclusiva de las gónadas.
• A diferencia de la mitosis, genera diversidad genética entre generaciones.
• Hay una primera división donde los cromosomas homólogos intercambian información y se reparte el material genético.
  • Profase I:
    • Leptoteno: Los cromosomas homólogos comienzan a emparejarse.
    • Zigoteno: Los cromosomas homólogos se aparean (sinapsis).
    • Paquiteno: Intercambio de fragmentos de ADN (entrecruzamiento cromosómico).
    • Diploteno: Los cromosomas homólogos se separan ligeramente, unidos por los quiasmas.
    • Diacinesis: Los cromosomas se siguen condensando.
  • Metafase I, Anafase I, Telofase I y Citocinesis I.
• Tras la primera división meiótica, las células hijas tienen la mitad de la dotación cromosómica original.
• La segunda división meiótica es similar a la mitosis y genera células hijas con la misma dotación cromosómica.

Resumen

• Los cromosomas son ADN condensado con proteínas, destacando las histonas para formar la cromatina.
• Según la ubicación del centrómero, los cromosomas tienen diferentes nombres.
• Los seres humanos tienen 23 pares de cromosomas, 22 autosomas y un par sexual (XX para mujeres y XY para varones).
• La cromatina se divide en heterocromatina (compacta) y eucromatina (laxa).
• La célula crece y se desarrolla, duplica su ADN, y se divide nuevamente en las fases del ciclo celular.
• El cariograma o idiograma representan la dotación cromosómica de un individuo, siendo herramientas útiles para el diagnóstico de cromosomopatías.