Base química de la cromatina
Desde el punto de vista estructural, la cromatina es una desoxirribonucleoproteína, un complejo complejo formado por una molécula de ADN y proteínas específicas asociadas a ella (junto con una pequeña cantidad de ARN).
Las proteínas de la cromatina se dividen en dos grandes grupos según sus propiedades físico-químicas:
- Histonas (proteínas básicas). Constituyen la mayor parte de las proteínas de la cromatina. Su composición es rica en arginina y lisina, aminoácidos con radicales cargados positivamente. Precisamente esta «carga positiva» les permite unirse firmemente a los grupos fosfato del ADN, que tienen carga negativa. La interacción entre las propias histonas se ve facilitada por radicales hidrófobos (por ejemplo, la valina).
- Proteínas no histonas (ácidas). A pesar de tener una masa menor, son sumamente diversas. Se distinguen las proteínas estructurales (para los niveles superiores de compactación), las enzimáticas (que se unen temporalmente al ADN para la replicación o reparación) y las reguladoras, que controlan el acceso de las enzimas a regiones específicas del genoma.
Primer y segundo nivel de empaquetamiento
El empaquetamiento del ADN es un proceso estrictamente secuencial.
El primer nivel de compactación se denomina nucleosómico. Visualmente, bajo un microscopio electrónico, se asemeja a un «collar de cuentas» con un grosor de aproximadamente 10 nm. La unidad estructural básica aquí es el nucleosoma. Su núcleo (core) consiste en un octámero proteico: dos moléculas de cada una de las histonas H2A, H2B, H3 y H4. La molécula de ADN da aproximadamente dos vueltas alrededor de este «barrilete» globular de proteínas. Los nucleosomas vecinos están conectados por una región de ADN de enlace (linker), a la cual está asociada la histona H1. Este nivel es característico de la eucromatina, está presente casi de manera constante y no interfiere con la transcripción (el ADN es capaz de liberarse de la globula durante fracciones de segundo). La longitud lineal de la molécula se reduce 6,2 veces.
El nivel nucleomérico (segundo) se forma cuando las moléculas de histona H1 de los nucleosomas vecinos comienzan a interactuar entre sí. El filamento se enrolla en una superespiral (nucleómero) que agrupa de 5 a 8 nucleosomas en una «supercuenta». El grosor de dicha fibrilla alcanza los 30 nm. Es importante comprender que en esta etapa el ADN ya se vuelve inaccesible para las enzimas, por lo que este nivel está ausente en la eucromatina activa.
Niveles superiores de compactación
Un mayor empaquetamiento requiere un cambio en el mecanismo de estabilización: en lugar de las histonas, las proteínas no histonas (ácidas) asumen el papel principal.
En el nivel cromomérico (tercer nivel), el filamento comienza a formar múltiples bucles. Estos bucles se agrupan en estructuras complejas llamadas rosetas. Las bases de los bucles en la roseta están fijadas por un centro proteico común que se une a la matriz nuclear. En la heterocromatina durante la interfase, las rosetas se disponen de manera bastante laxa y en este punto se detiene su compactación.
Durante la preparación de la célula para la división (en la mitosis), el empaquetamiento alcanza su máximo, formando los cromosomas metafásicos:
- Nivel cromonémico. Los bucles y rosetas se aproximan al máximo, formando un filamento denso con un grosor de 300 nm.
- Nivel cromatídico (cuarto nivel). La cromonema se espiraliza o se pliega en bucles, formando segmentos de cromátida unidos por conectores cortos (cuando hay daño, el cromosoma se rompe precisamente en estas regiones). El grosor de la cromátida resultante es de 700 nm.
El cromosoma metafásico final, compuesto por dos cromátidas hermanas, tiene un grosor de 1400 nm. En esta etapa final, la longitud lineal de la molécula de ADN original se reduce 10 000 veces.
En resumen: respuestas a preguntas sobre el tema
¿Qué tipos de modificaciones de las histonas (acetilación, metilación) influyen en la compactación de la cromatina?
La compactación de la cromatina se ve afectada por los procesos de metilación, acetilación y fosforilación de ciertos aminoácidos en las proteínas histonas.
- Metilación y acetilación: se llevan a cabo en los grupos amino de los radicales de lisina (Lys) y arginina (Arg).
- Fosforilación: afecta a los residuos de serina (Ser).
Estas modificaciones enzimáticas reducen la carga positiva total de las histonas. Esto debilita su enlace electrostático con los grupos fosfato con carga negativa del ADN en los nucleosomas, lo que favorece la formación de eucromatina (estado descondensado) y garantiza el acceso de las enzimas para la transcripción.
¿Cuál es la estructura y cuáles son las funciones de la región centromérica del cromosoma metafásico?
La región centromérica del cromosoma metafásico comprende el centrómero y los cinetocoros.
Estructura de la región centromérica:
- Centrómero: constricción primaria que divide el cromosoma en brazos; en el cromosoma metafásico, une las dos cromátidas.
- El centrómero es una región específica de ADN situada en la parte central del cromosoma.
- Cinetocoros: estructuras proteicas especiales ubicadas en la región del centrómero.
Funciones:
- El centrómero es necesario para la correcta disyunción de las cromátidas.
- Los cinetocoros unen entre sí a las cromátidas hermanas.
- Los cinetocoros sirven como sitio de anclaje para los microtúbulos del huso mitótico.
- En la metafase, los cinetocoros de los cromosomas se adhieren a las fibras del aparato mitótico y los centrómeros se sitúan en el plano ecuatorial.
- En la anafase, se produce la división de los centrómeros y el desplazamiento de las cromátidas hacia los polos opuestos del aparato mitótico.
Para recordar la composición del octámero de histonas (el núcleo del nucleosoma), utilice la regla: «dos veces dos, tres, cuatro», es decir, dos moléculas de cada una de las histonas H2A, H2B, H3 y H4.
Preguntas de clases y exámenes
¿Cómo se unen las histonas al ADN?
La unión se debe a la atracción electrostática. Los radicales cargados positivamente de los aminoácidos de las histonas (arginina, lisina) interactúan con los grupos fosfato cargados negativamente del ADN.
¿Tiene lugar la transcripción a nivel nucleomérico?
No. A nivel nucleomérico (filamento de 30 nm de grosor), el ADN está empaquetado de manera demasiado densa y no está accesible para las enzimas. La transcripción solo es posible a nivel nucleosómico (eucromatina).
¿Qué mantiene unidos los bucles cromoméricos en el tercer nivel?
A partir del tercer nivel (cromomérico), la compactación es llevada a cabo por las proteínas ácidas no histonas. Estas agrupan los bucles en rosetas y fijan sus centros proteicos a la matriz nuclear.
Qué más repasar sobre el tema
- El papel de las proteínas reguladoras no histonas en la expresión génica
- Mecanismos de liberación temporal del ADN de las histonas durante la transcripción
- La unión dinámica de las proteínas enzimáticas con el ADN
- La organización segmentaria de las cromátidas y su significado clínico
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