Página de inicio, Gobierno de México
  • Trámites
  • Gobierno
  • Búsqueda
Avance y Perspectiva
  • Secciones
    • Covid-19
    • Zona Abierta
    • Ciencia en el Mundo
    • Columnas
    • Cuartil Uno
    • Esporas
    • Esquina cultural
  • Libros
  • Noticias
  • Números Impresos
  • Año cero
  • Editorial
  • Colabora con nosotros
  • Contacto
  • Lineamientos de publicación
  • Criterios de aceptación
  • Archivo
    • Volumen 10 – Número 2
    • Volumen 10 – Número 1
    • Volumen 9 – Número 3
    • Volumen 9 – Número 2
    • Volumen 9 – Número 1
    • Volumen 8 – Número 4
    • Volumen 8 – Número 3
    • Volumen 8 – Número 2
    • Volumen 8 – Número 1
    • Volumen 7 – Número 4
    • Volumen 7 – Número 4
    • Volumen 7 – Número 3
    • Volumen 7 – Número 2
    • Volumen 7 – Número 1
    • Volumen 6 – Número 4
    • Volumen 6 – Número 3
    • Volumen 6 – Número 2
    • Volumen 6 – Número 1
    • Volumen 5 – Número 4
    • Volumen 5 – Número 3
    • Volumen 5 – Número 2
    • Volumen 5 – Número 1
    • Volumen 4 – Número 4
    • Volumen 4 – Número 3
    • Volumen 4 – Número 2
    • Volumen 4 – Número 1
    • Volumen 3 – Número 4
    • Volumen 3 – Número 3
Facebook Page
  • Año Cero
  • Números Impresos
  • Envía tu colaboración aquí
Avance y Perspectiva
Avance y Perspectiva
  • Inicio
  • Zona Abierta
    • ZONA ABIERTA
    • Ciencias Exactas
    • Ciencias Naturales y de la Salud
    • Ciencias Sociales y Humanidades
    • Ingeniería y Computación
    • Ciencias Interdisciplinarias
  • Ciencia en el mundo
    • CIENCIA EN EL MUNDO
    • Ciencias Exactas
    • Ciencias Naturales y de la Salud
    • Ciencias Sociales y Humanidades
    • Ingeniería y Computación
    • Ciencias Interdisciplinarias
  • Cuartil Uno
    • CUARTIL UNO
    • Ciencias Exactas
    • Ciencias Naturales y de la Salud
    • Ciencias Sociales y Humanidades
    • Ingeniería y Computación
    • Ciencias Interdisciplinarias
  • Punto y Aparte
    • PUNTO Y APARTE
    • Ciencias Exactas
    • Ciencias Naturales y de la Salud
    • Ciencias Sociales y Humanidades
    • Ingeniería y Computación
    • Ciencias Interdisciplinarias
  • Libros
  • Noticias
  • Archivo
    • Volumen 10 – Número 2
    • Volumen 10 – Número 1
    • Volumen 9 – Número 3
    • Volumen 9 – Número 2
    • Volumen 9 – Número 1
    • Volumen 8 – Número 4
    • Volumen 8 – Número 3
    • Volumen 8 – Número 2
    • Volumen 8 – Número 1
    • Volumen 7 – Número 4
    • Volumen 7 – Número 3
    • Volumen 7 – Número 2
    • Volumen 7 – Número 1
    • Volumen 6 – Número 4
    • Volumen 6 – Número 3
    • Volumen 6 – Número 2
    • Volumen 6 – Número 1
    • Volumen 5 – Número 4
    • Volumen 5 – Número 3
    • Volumen 5 – Número 2
    • Volumen 5 – Número 1
    • Volumen 4 – Número 4
    • Volumen 3 – Número 3
    • Volumen 4 – Número 3
    • Volumen 4 – Número 2
    • Volumen 4 – Número 1
    • Volumen 3 – Número 4
Sección Inicio Zona Abierta De bacterias y humanos: compactación del DNA
  • Ciencias Naturales y de la Salud
  • Zona Abierta

De bacterias y humanos: compactación del DNA

Yersaín Ely Keller de la Rosa
  • Karina Galache
  • 22 marzo, 2022
  • 18.5K vistas
  • 5 minutos de lectura
Total
0
Shares
0
0
0

Unidades básicas en la organización del DNA cromosómico en bacterias y eucariontes. Imagen basada en Verma, 2019.

Cada célula humana compacta 2 metros de DNA en su interior. ¿Cómo sabemos esta longitud? El genoma humano contiene aproximadamente 3 mil millones de pares de bases empaquetados dentro de 23 cromosomas, y la mayoría de las células en el cuerpo humano son diploides, por lo cual hay dos copias de cada cromosoma y eso significa que en cada célula hay 6 mil millones de pares de bases.

Cuando Watson y Crick postularon el modelo de doble hélice del DNA, explicaron que en cada vuelta existían 10 pares de bases en una longitud de 3.4 nanómetros, por lo tanto, cada par de bases tendría una longitud de 0.34 nanómetros.  Siguiendo estos datos se obtiene:

Según algunas estimaciones, el cuerpo humano contiene aproximadamente 30 billones de células (Sender, 2016). En total, cada ser humano contendría 60 billones de metros de DNA (de manera lineal, descompactado).  Comparando esta longitud con la distancia de la Tierra al Sol -150 millones de kilómetros-  el DNA de cada individuo podría recorrer esa distancia aproximadamente 200 veces de ida y vuelta.

¿Cómo podemos compactar tanto nuestro DNA?

El DNA en las células eucariotas está empaquetado en el núcleo como cromatina (Figura 1), y se ha determinado que se encuentra en un modelo jerárquico de compactación, comenzando por las unidades fundamentales, los nucleosomas, que están compuestos de proteínas histonas y DNA.

A las proteínas histonas se les asignó inicialmente un papel pasivo en la compactación del DNA, sin embargo, con posterioridad se demostró que participan de forma relevante en la regulación génica, es decir, cuando se activan o desactivan los genes. Las histonas predominantes son H2A, H2B, H3 y H4, proteínas que se asocian en pares de cada una para conformar octámeros de histonas y posteriormente con el DNA, modelando los nucleosomas.  Las histonas también pueden presentar modificaciones posteriores a la traducción (postraduccionales), las cuales tienen efectos en los procesos biológicos, por ejemplo; la división celular y la regulación génica (Zhou, 2019).

Figura 1. La compactación del DNA en la célula eucarionte sigue un modelo jerárquico de compactación. El DNA es compactado por proteínas histonas, formando nucleosomas, los cuales son los componentes principales de la cromatina. Imagen modificada de Pierce, 2004.

A diferencia del conocimiento temprano sobre la arquitectura de la cromatina en eucariontes, la organización del DNA en el interior de las bacterias permaneció desconocida durante más tiempo. Se creía que el DNA bacteriano no se encontraba organizado en la compactación y que presentaba una distribución aleatoria. En décadas recientes, algunos estudios han cambiado esa visión sobre la estructura del cromosoma bacteriano, así como de los elementos moleculares presentes.

El nucleoide bacteriano

Los cromosomas bacterianos son moléculas normalmente circulares cerradas covalentemente, de una sola copia por célula, aunque el género Streptomyces (Figura 2) presenta cromosomas lineares y en algunas etapas de su crecimiento muestran más de una copia dentro de sus compartimentos celulares.

Figura 2. Colonias de Streptomyces coelicolor. Imagen tomada por Yersaín Keller.

El DNA del cromosoma bacteriano se compacta aproximadamente 1,000 veces en una estructura análoga a la cromatina (Wang, 2013), llamada nucleoide, la cual comprende el DNA cromosomal, RNA y proteínas asociadas (Figura 3.a).

Compactar 104 veces las dobles cadenas de DNA y aún ser compatible con los procesos celulares de la molécula, sugería a científicos que el DNA se organizaba estructuralmente de una manera no aleatoria.

Por lo tanto, diversos estudios en uno de los modelos bacterianos más empleados en los laboratorios, Escherichia coli, demuestran que la forma final del nucleoide surge de una organización jerárquica del DNA (Macvanin, 2012).  En la escala más pequeña (~ 1 kilobases), proteínas asociadas al nucleoide compactan el DNA curvándolo, envolviéndolo o formando puentes de regiones distantes (Hołówka, 2020. Figura 3b).

Figura 3. Esquema de la célula bacteriana. (A) El nucleoide es una estructura conformada por DNA, RNA y proteínas asociadas. (B) Las proteínas asociadas al nucleoide pueden compactar al DNA curvándolo, envolviéndolo o formando puentes de regiones distantes. Imagen modificada de Pul Ü., Wagner R., 2010 & Shen B., 2019.

 

En una escala superior (~ 10 kb), el DNA forma estructuras plectonémicas (Figura 4.c), las cuales son formas trenzadas inducidas por el superenrollamiento, que se han llamado dominios superenrollados (SDs, por sus siglas en ingles). Posteriormente se configuran estructuras denominadas dominios de interacción cromosómica (CIDs, por sus siglas en ingles. Figura 3.b). Existe una interacción preferencial entre los elementos que se localizan dentro de un mismo CID.

Los CIDs son los constituyentes de los macrodominios (Figura 4.a), los cuales se encuentran aislados físicamente entre sí. E. coli presentan 4 macrodominios (Ter, Ori, Left, y Rigth) y otras 2 regiones no estructurales adyacentes al macrodominio Ori (Shen, 2019).  Por lo tanto, las bacterias también cuentan con análogos de la cromatina e histonas: el nucleoide y las proteínas asociadas, respectivamente.

Figura 4. Dominios del cromosoma bacteriano. 4 macrodominios con alta interacción interna han sido propuestos: ori, right, ter, y left (a). Dentro de ellos se encuentran dominios de interacción cromosomal (CIDs, b) y dominios superenrollados (SDs, c). Imagen modificada de Shen B., 2019.

 

Proteínas asociadas al nucleoide

A las proteínas asociadas se les llamó inicialmente proteínas tipo-histonas porque realizan tareas análogas a las histonas en la cromatina eucarionte, sin embargo, después, el término se consideró inapropiado porque estos dos grupos de proteínas no comparten relación. Por lo tanto, se les denominó proteínas asociadas al nucleoide (NAPs, por sus siglas en inglés), el cual es un término más adecuado, ya que indica la localización celular sin sugerir relación con las histonas (Stojkova, 2019).

Las NAPs son algunas de las proteínas más abundantes en la célula bacteriana. Hasta el momento las proteínas más estudiadas son: HU, IHF, H-NS, Fis, Lrp y Dps. Una característica distintiva de ellas, es su habilidad de unión al DNA de manera específica (a una secuencia o estructura) como de manera no especifica; debido a ello, las NAPs presentan una función doble.  La interacción especifica al DNA está mayoritariamente comprendida en procesos celulares tales como transcripción (H-NS), replicación (HU, IHF, FIS), recombinación (HU). Además, se considera que la unión inespecífica es crucial en la compactación del cromosoma. Las proteínas asociadas al nucleoide pueden unirse en homodiméros, es decir, diferentes copias de la misma proteína o en heterodiméros, entre proteínas diferentes (Dorman, 2020)

Al no presentar histonas, se consideraba que las bacterias carecían de la opción reguladora que ocurre en las modificaciones postraduccionales, sin embargo, estudios recientes muestran que las NAPs también pueden presentar modificaciones postraduccionales las cuales generarían efectos análogos.  Normalmente estas modificaciones (adición de un grupo acetilo o fosfato) se encuentran en los aminoácidos relacionados con la interacción con el DNA (Dilweg, 2018).

Ninguna proteína asociada al nucleoide presenta similitud estructural (forma) ni en su secuencia de aminoácidos (fondo) con las proteínas histonas, por lo tanto, son proteínas sin relación con su historia evolutiva. Sin embargo, presentan similitudes físicas y químicas: un bajo peso molecular (∼11 kDa- 15 kDa), alto número de  copias de las proteínas en la célula modulan la compactación del DNA, tienen un rol importante en otros procesos celulares (por ejemplo, la replicación) y además pueden presentar modificaciones postraduccionales que influyen en la expresión génica  de las células.

 

Referencias:

Dilweg, I. W., & Dame, R. T. (2018). Post-translational modification of nucleoid-associated proteins: an extra layer of functional modulation in bacteria?. Biochemical Society transactions, 46(5), 1381–1392.

Dorman, C. J., Schumacher, M. A., Bush, M. J., Brennan, R. G., & Buttner, M. J. (2020). When is a transcription factor a NAP?. Current opinion in microbiology, 55, 26–33.

Hołówka, J., & Zakrzewska-Czerwińska, J. (2020). Nucleoid Associated Proteins: The Small Organizers That Help to Cope With Stress. Frontiers in microbiology, 11, 590.

Macvanin, M., & Adhya, S. (2012). Architectural organization in E. coli nucleoid. Biochimica et biophysica acta, 1819(7), 830–835.

Pierce, B. A. (2004). Genetics: A conceptual approach. W.H. Freeman, New York.

Pul, Ü., Wagner, R. (2010) Nucleoid-Associated Proteins: Structural Properties. In: Dame R.T., Dorman C.J. (eds) Bacterial Chromatin. Springer, Dordrecht.

Sender, R., Fuchs, S., & Milo, R. (2016). Revised Estimates for the Number of Human and Bacteria Cells in the Body. PLoS biology, 14(8), e1002533.

Shen, B. A., & Landick, R. (2019). Transcription of Bacterial Chromatin. Journal of molecular biology, 431(20), 4040–4066.

Stojkova, P., Spidlova, P., & Stulik, J. (2019). Nucleoid-Associated Protein HU: A Lilliputian in Gene Regulation of Bacterial Virulence. Frontiers in cellular and infection microbiology, 9, 159.

Verma, S. C., Qian, Z., & Adhya, S. L. (2019). Architecture of the Escherichia coli nucleoid. PLoS genetics, 15(12), e1008456.

Wang, X., Montero Llopis, P., & Rudner, D. Z. (2013). Organization and segregation of bacterial chromosomes. Nature reviews. Genetics, 14(3), 191–203.

Zhou, B. R., & Bai, Y. (2019). Chromatin structures condensed by linker histones. Essays in biochemistry, 63(1), 75–87.

Total
0
Shares
Share 0
Tweet 0
Share 0
  • Volumen 7 - Número 4
Yersaín Ely Keller de la Rosa

Biólogo y Maestro en Ciencias Bioquímicas por la Universidad Nacional Autónoma de México.

Artículo anterior
  • Ciencias Naturales y de la Salud
  • Zona Abierta

Envejecimiento

Francisco Alejandro Lagunas Rangel
  • Karina Galache
  • 22 marzo, 2022
Ver Publicación
Siguiente artículo
  • Cuartil Uno
  • Ciencias Exactas

Difusión restringida por electrostática

Javier Francisco Guevara Pantoja
  • Karina Galache
  • 23 marzo, 2022
Ver Publicación
Te puede interesar
Ver Publicación
  • Ciencias Naturales y de la Salud
  • Zona Abierta

MiARNs, exosomas y un viejo enemigo, el cáncer

José Roberto Estupiñan Jimenez, Vianey González-Villasana y Diana Reséndez-Pérez
  • Liliana Quintanar
  • 30 junio, 2025
Ver Publicación
  • Ciencias Naturales y de la Salud
  • Zona Abierta

Combatiendo el cáncer quimiorresistente mediante reposicionamiento de fármacos

Jorge Arturo Hernández Valencia y Martiniano Bello Ramírez
  • Liliana Quintanar
  • 30 junio, 2025
Ver Publicación
  • Ciencias Exactas
  • Zona Abierta

Trazando Caminos y Colores: Un Viaje a Través de la Teoría de Grafos

Reynold Osuna González y Vianey Marín Cevada
  • Karina Galache
  • 30 junio, 2025
Ver Publicación
  • Ciencias Exactas
  • Zona Abierta

El origen del Universo

Omar Gallegos Santiago y Tonatiuh Matos Chassin
  • Karina Galache
  • 31 mayo, 2025
Ver Publicación
  • Ciencias Exactas
  • Ciencias Naturales y de la Salud
  • Zona Abierta

Tecnología PROTAC de moléculas pequeñas: diseño de medicinas de próxima generación

Martha S. Morales Rios, Isai Jonatan Perales Carrillo, Gilberto Castañeda Hernández y Nadia Azucena Pérez Rojas
  • Karina Galache
  • 31 mayo, 2025
Ver Publicación
  • Ciencias Naturales y de la Salud
  • Zona Abierta

El potencial oculto del café: la cafeína y sus propiedades anticancerígenas

Rosa Patricia Cruz Nieves, Sara María Zárate Soto y Mario Alberto Garay López
  • Karina Galache
  • 31 mayo, 2025
Ver Publicación
  • Ciencias Naturales y de la Salud
  • Zona Abierta

El increíble olfato de los perros: un superpoder para la detección de enfermedades

Lilia Catherinne Soler-Jiménez y Víctor Manuel Vidal-Martínez
  • Karina Galache
  • 31 mayo, 2025
Ver Publicación
  • Ciencias Naturales y de la Salud
  • Zona Abierta

Antibióticos y resistencias bacterianas: mecanismos de acción, estrategias de resistencia y la importancia de Una Salud

Gerardo Ruiz Amores y Gabriela Olmedo Álvarez
  • Karina Galache
  • 31 mayo, 2025
Facebook Page
Siguenos
Facebook
Twitter
Instagram
Noticias
  • Reseña de los simposios de XPS y Sincrotrón en las ediciones 2023 y 2024 del International Materials Research Congress en Cancún, México
    • 30 abril, 2025
  • Celebrando 25 años de Biomedicina Molecular
    • 31 enero, 2025
  • Creación de un Nuevo Mundo
    • 30 noviembre, 2024
  • Quinto aniversario luctuoso del Profesor Bogdan Mielnik
    • 31 marzo, 2024
  • Alonso Fernández González y la fundación de la Unidad Mérida del Cinvestav
    • 30 marzo, 2024


Avance y Perspectiva
  • Secciones
  • Libros
  • Noticias
  • Números Impresos
  • Año cero
  • Editorial
  • Colabora con nosotros
  • Contacto
  • Lineamientos de publicación
  • Criterios de aceptación
  • Archivo
Revista de difusión y divulgación del CINVESTAV



Volumen 11 - Número 2
Av. Instituto Politécnico Nacional 2508, Col. San Pedro Zacatenco, Delegación Gustavo A. Madero, México D.F. Código Postal 07360, Apartado Postal: 14-740, 07000 Tel: +52 (55) 5747 3800
Aviso de privacidad y manejo de datos personales.
Términos de Uso.
Lineamientos de Publicación

Consejo Editorial
Directorio
CINVESTAV
Registro Legal
Contacto
Cinvestav © 2025, Algunos Derechos Reservados

Ingresa las palabras de la búsqueda y presiona Enter.