Composición proteica de la cromatina
Todas las proteínas asociadas al ADN nuclear se dividen en dos grandes categorías: histonas y proteínas no histonas.
Las histonas son proteínas de baja masa molecular (de 11 a 22 kDa). Su composición de aminoácidos está dominada por aminoácidos básicos: lisina y arginina. Son precisamente estos radicales los que confieren a las moléculas una carga positiva pronunciada, lo cual es fundamental para su función.
Las proteínas no histonas constituyen una fracción extremadamente heterogénea que incluye:
- Enzimas que participan en los procesos de síntesis de ácidos nucleicos (ADN y ARN polimerasas, helicasas).
- Proteínas reguladoras específicas de la transcripción y la replicación.
- Proteínas adicionales responsables de los niveles superiores de compactación del ADN.
Organización nucleosómica
La unidad estructural básica de la cromatina es el nucleosoma. Se forma mediante interacción electrostática: los residuos de aminoácidos cargados positivamente de las histonas son atraídos por los grupos fosfato cargados negativamente del esqueleto azúcar-fosfato del ADN.
La estructura del nucleosoma incluye los siguientes elementos:
- Núcleo nucleosómico (core): un octámero proteico. Consiste en ocho moléculas de histonas (dos moléculas de cada uno de cuatro tipos diferentes).
- ADN del core: un segmento de doble hélice de unos 146 pares de nucleótidos de longitud, que se enrolla firmemente alrededor del núcleo proteico formando aproximadamente 1,75 vueltas.
- Segmento espaciador (linker): un tramo libre de ADN de unos 30 pares de nucleótidos de longitud que conecta nucleosomas adyacentes. A este eslabón de unión se asocia una histona especial, la H1.
Heterocromatina y mecanismos de represión
La heterocromatina representa regiones densamente empaquetadas de material genético. En esta forma, los genes son transcripcionalmente inactivos (establemente reprimidos).
La inactividad persistente de los genes en la heterocromatina está garantizada por tres factores clave:
- Un nivel inicialmente alto de condensación (compactación) de la cadena de ADN.
- La formación de nucleosomas (unión firme de la hebra a las histonas, lo que bloquea físicamente el acceso a los genes).
- La metilación de la desoxicitidina en las llamadas secuencias CpG. La adición de grupos metilo altera la conformación local de la cromatina, creando un obstáculo insuperable para las enzimas de transcripción.
Eucromatina y actividad génica diferencial
La eucromatina son las regiones de la cromatina desespiralizadas y activas (o potencialmente listas para ser activadas) donde se localizan los genes activos de la célula. Estas áreas se distinguen por una mayor sensibilidad a las enzimas ADNasas.
La transición al estado activo requiere el debilitamiento de los enlaces iónicos en el nucleosoma. Esto se logra mediante modificaciones químicas de las histonas:
- Acetilación o metilación de los grupos amino en los radicales de lisina y arginina.
- Fosforilación de los residuos de serina.
Estas reacciones disminuyen la carga positiva neta del octámero de histonas, lo que resulta en una retención menos firme del ADN cargado negativamente.
> Ejemplo clínico: El conjunto de genes es idéntico en todas las células del organismo (con la única excepción de los linfocitos y sus reordenamientos). Sin embargo, su actividad es estrictamente específica de cada tejido. Por ejemplo, el gen de la $\beta$-globina en las células precursoras de eritrocitos (reticulocitos) se encuentra en la zona de eucromatina y se transcribe activamente, mientras que en el tejido muscular el mismo gen está oculto en la heterocromatina y completamente desactivado.
En resumen: respuestas a preguntas sobre el tema
¿Qué tipos específicos de histonas forman el núcleo nucleosómico (octámero)?
El núcleo nucleosómico (octámero) está formado por ocho moléculas de histonas de cuatro tipos. La composición de este núcleo proteico incluye los siguientes tipos de histonas:
- Histona H2A: 2 moléculas.
- Histona H2B: 2 moléculas.
- Histona H3: 2 moléculas.
- Histona H4: 2 moléculas.
Estas proteínas forman una estructura globular alrededor de la cual se enrolla la hebra de ADN, creando la unidad estructural de la cromatina: el nucleosoma.
¿Cuáles son los niveles de compactación de la cromatina, desde el nucleosoma hasta el cromosoma?
Se distinguen los siguientes niveles de compactación de la cromatina, desde el nucleosoma hasta el cromosoma:
- Nivel nucleosómico: el ADN está enrollado alrededor del octámero de histonas; los nucleosomas forman una fibra de nucleosomas.
- Nivel fibrilar: los nucleosomas están empaquetados en una fibra de cromatina, es decir, una superspiral de 30 nm de diámetro, con la participación de la histona H1.
- Nivel de bucles: la fibra forma bucles unidos a la matriz nuclear.
- Nivel cromonémico: estructura de cromatina filamentosa; regiones condensadas de una de las cromátidas metafásicas.
- Nivel cromosómico: el grado más alto de compactación en metafase; en la secuencia de empaquetamiento se forma el cromosoma mitótico.
Para recordar los aminoácidos que confieren una carga positiva a las histonas, utiliza la frase: «Las LISinas y ARGentininos están cargados en POSITIVO» (LISina y ARGinina).
Qué más repasar sobre el tema
- El mecanismo de acción de las ADN y ARN polimerasas, así como de las helicasas en la cromatina
- El proceso de metilación de las islas CpG y la regulación epigenética
- Tipos y funciones de proteínas reguladoras de la transcripción específicas
- Mecanismos de los reordenamientos genéticos en los linfocitos (excepción a la regla de la identidad del genoma)
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