El empaque de ADN

Visión general

Los eucariotas tienen grandes genomas en comparación con los prokaryotes. Con el fin de encajar sus genomas en una célula, los eucariotas deben empacar su ADN firmemente dentro del núcleo. Para ello, el ADN se enrolla alrededor de proteínas llamadas histonas para formar nucleosomas, la unidad principal de empaque de ADN. Los nucleosomas luego se enrollan en fibras compactas conocidas como cromatina.

Tienes suficiente ADN para estirarte al sol y volver cientos de veces

La mayoría de las células en el cuerpo humano contienen alrededor de 3 mil millones de pares de bases de ADN empaquetados en 23 pares de cromosomas. Es difícil imaginar exactamente cuánto ADN representan estos números. Entonces, ¿cuánto empacado tiene que pasar para encajar el genoma en una célula?

Podemos obtener información expresando el genoma en términos de longitud. Si tuviéramos que organizar el ADN de una sola célula humana, como una célula de la piel, en una línea recta, sería de dos metros de largo, más de 6,5 pies. El cuerpo humano contiene alrededor de 50 billones de células humanas. Esto significa que cada persona tiene un total de unos 100 billones de metros de ADN. En otras palabras, ¡cada persona tiene suficiente ADN para extenderse de la Tierra al Sol 300 veces!

Y los seres humanos no tienen genomas particularmente grandes, los de muchos peces, anfibios y plantas con flores son mucho más grandes. Por ejemplo, el genoma de la planta con flores Paris japonica es 25 veces más grande que el genoma diploides humano. Estas figuras enfatizan la asombrosa tarea que los eucariotas deben realizar para empacar su ADN dentro de las células.

Los nucleosomas son actores centrales en el empaquetado de ADN

Cada nucleosoma consiste en ADN envuelto alrededor de un núcleo de ocho proteínas histonas. Cada núcleo se compone de cuatro tipos diferentes de histonas (H2A, H2B, H3 y H4) que están presentes en dos copias. Otro tipo de histona—H1— se une tanto al nucleosoma como al ADN del vinculador, estabilizando la estructura.

El ADN se vuelve más compacto a medida que los nucleosomas y la bobina de ADN del vinculador se transforman en fibras de cromatina. Las fibras de cromatina sin consensa, o eucrotina, tienen aproximadamente 10 nm de diámetro. Los nucleosomas se asemejan a las cuentas en una cuerda en estas fibras. A medida que el ADN continúa condensando, las fibras de 10 nm se enrollan en hebras que tienen aproximadamente 30 nm de espesor, que a su vez forman bucles que hacen fibras gruesas de 300 nm. Cuando la cromatina está completamente compactada se conoce como heterocromattina.

La estructura de eucrotina, empaquetada libremente, permite a las enzimas, como la ARN polimerasa, acceder al ADN. La transcripción, por lo tanto, tiende a ocurrir predominantemente en regiones eucromáticas del genoma, que son ricas en genes. Por el contrario, la estructura apretadamente empaquetada de la heterocromattina bloquea el acceso al ADN, evitando la transcripción. Predomina la heterocromtina en los centromeros y telómeros de los cromosomas, donde las secuencias de ADN altamente repetitivas son mucho más comunes que los genes. Además, los organismos pueden ajustar dinámicamente el nivel de empaquetado de ADN en respuesta a señales ambientales celulares y externas, des condensando el ADN cuando los genes necesitan ser activados y re-condensándolo para desactivarlos.