Concepto de cromatina y su papel biológico
En los núcleos de las células somáticas de la mayoría de los eucariotas, incluido el ser humano, el material genético se encuentra en forma de complejos densos. La base de esta estructura es la DNP (desoxirribonucleoproteína), una unión de ácido nucleico con proteínas.
El término cromatina en sí designa un complejo específico de ADN y proteínas histonas. Debe su nombre a su marcada capacidad para teñirse intensamente con colorantes celulares especiales.
Las proteínas que componen la cromatina desempeñan simultáneamente varias funciones de importancia crítica:
- Llevan a llevar a cabo el empaquetamiento físico y la modificación conformacional de un filamento delgado de ADN en una estructura tridimensional compacta.
- Regulan los procesos de expresión génica, abriendo o cerrando el acceso a los mismos.
- Participan directamente en los procesos de replicación (duplicación) y reparación (restauración) del ADN.
Dinámica estructural durante el ciclo celular
El estado del material genético no es constante y depende directamente de la fase de vida de la célula:
- Durante la interfase, los cromosomas se presentan como filamentos de DNP largos, entrelazados y desespiralizados. Es precisamente en esta forma de cromatina «relajada» donde es posible la síntesis de nuevas moléculas: ocurre la replicación.
- Durante la división celular, la cromatina cambia su configuración, pasando a un estado altamente condensado (máximamente denso), y forma cromosomas claramente distinguibles. El objetivo principal de una condensación tan rígida es garantizar una separación estrictamente uniforme de los cromosomas duplicados entre las células hijas resultantes.
Conjunto cromosómico y tipos de cromosomas
En las células somáticas humanas se presenta el conjunto diploide (denominado como 2n), que cuenta con un total de 46 cromosomas. La mitad de este conjunto (50 %) se hereda del organismo materno y la otra mitad del paterno.
Los cromosomas del cariotipo se dividen en pares. Los cromosomas homólogos son estructuras pareadas que poseen los siguientes rasgos:
- Contienen un conjunto de genes absolutamente idéntico.
- Tienen similitud morfológica (misma estructura).
- Son capaces de conjugar (aproximarse y unirse) durante el proceso de meiosis.
- Al mismo tiempo, pueden portar diferentes formas alélicas de un mismo gen.
Se distinguen por separado los cromosomas sexuales. En los seres humanos, estos son los cromosomas X e Y, que son no homólogos entre sí.
Etapas de la compactación del ADN
El proceso de empaquetamiento del material genético se desarrolla de manera estrictamente secuencial. Cada etapa forma una estructura de un diámetro determinado e incrementa el grado general de compactación de la molécula.
- Cadena doble de ADN
El nivel básico, que representa una doble hélice libre con un diámetro de 2 nm. Una vuelta corta de la hélice contiene alrededor de 5 giros.
- Nivel nucleosómico («cuentas en un collar»)
El primer peldaño de la compactación incrementa la densidad de empaquetamiento de 6 a 7 veces, y el diámetro del filamento es de 11 nm.
- La unidad principal es el nucleosoma. Es un núcleo proteico compuesto por 8 histonas (un octámero que incluye dos moléculas de cada una de las proteínas H2A, H2B, H3 y H4).
- El ADN se enrolla alrededor de este octámero dando 1¾ de vuelta, lo que abarca una región de aproximadamente 146 pares de nucleótidos (p. n.).
- Entre los nucleosomas se encuentra el ADN espaciador (linker), un segmento libre de ADN de 50 a 70 p. n. de longitud que no está unido al núcleo proteico y sirve como puente de conexión.
- Nivel nucleomérico (solenoide)
El filamento de nucleosomas se enrolla en espiral (solenoide o nucleómero), formando una fibrilla de cromatina con un diámetro de 30 nm. El grado de empaquetamiento alcanza hasta 40 veces. Cada vuelta de la espiral contiene de 6 a 8 nucleosomas. La estructura se estabiliza rígidamente mediante una proteína histona adicional, la H1, cuya función es acortar el ADN espaciador.
- Nivel cromomérico (de bucles)
El diámetro alcanza los 300 nm y el grado de compactación llega a 700 veces. La fibrilla de cromatina se pliega en grandes bucles. Estos bucles se fijan a un armazón especial formado ya por proteínas no histonas. Cada uno de estos bucles representa un dominio que contiene varios genes (su longitud oscila entre 50 000 y 200 000 p. n.).
- Nivel cromonémico
Los dominios en forma de bucle experimentan una espiralización adicional. Se forma una estructura de cromatina filamentosa con un diámetro de 700 nm, que proporciona una compactación de 1500 veces. Externamente, esto se observa como regiones condensadas de una de las cromátidas metafásicas.
- Nivel cromosómico
La etapa final del plegamiento de los filamentos cromonémicos. Se forma un cromosoma metafásico completo con un diámetro de 1400 nm. En esta fase se alcanza el grado límite de compactación: el ADN se empaqueta 10 000 veces más denso que su estado original.
En resumen: respuestas a preguntas sobre el tema
¿Qué proteínas no histonas participan en la formación del nivel cromomérico de compactación?
En la formación del nivel cromomérico de compactación participan proteínas ácidas no histonas.
En este nivel:
- el filamento de cromatina forma bucles;
- los bucles se ensamblan en grupos — rosetas;
- las bases de los bucles en la roseta se anclan a un centro proteico común;
- los centros proteicos de las rosetas se fijan a la matriz nuclear;
- las fibrillas están unidas a proteínas no histonas que forman el armazón.
Para memorizar los tamaños de las estructuras en los diferentes niveles de empaquetamiento, aprenda la serie numérica de diámetros: 2 → 11 → 30 → 300 → 700 → 1400 nanómetros.
Preguntas de clases y exámenes
¿Cuál es la diferencia entre la cromatina y la DNP?
DNP (desoxirribonucleoproteína) es el término general para cualquier complejo de ADN y proteínas. La cromatina es un concepto más específico que designa el complejo particular del ADN precisamente con proteínas histonas.
¿Para qué sirve el ADN espaciador (linker)?
El ADN espaciador (linker) es un segmento de la cadena (de 50 a 70 pares de nucleótidos de longitud) que no se enrolla alrededor del octámero proteico. Es necesario para conectar los nucleosomas vecinos entre sí.
¿Qué función cumple la histona H1?
La histona H1 actúa en el nivel nucleomérico (solenoide). Se une al ADN y acorta los segmentos espaciadores, estabilizando la estructura de la fibrilla de cromatina.
¿Qué es un nucleosoma?
Es una estructura que recuerda a una cuenta, compuesta por un núcleo proteico (8 histonas: dos moléculas de H2A, H2B, H3 y H4 cada una) y un filamento de ADN enrollado a su alrededor (1¾ de vuelta o aproximadamente 146 pares de nucleótidos).
Qué más repasar sobre el tema
- Estructura de las proteínas histonas y su composición de aminoácidos
- Proteínas no histonas: funciones y participación en la formación del armazón cromosómico
- Mecanismos de conjugación de los cromosomas homólogos en la meiosis
- Regulación de la expresión génica mediante la modificación del grado de compactación de la cromatina
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