El material genético se compacta en un área discreta de la célula formando los cromosomas. Éstos se encuentran en los virus, células procariotas, en el núcleo de células eucariortas y en cloroplastos y mitocondrias.
Bacteriófagos o fagos
La mayoría de los virus, presenta un sólo cromosoma formado por ADN o ARN que puede ser unicatenario,
bicatenario, lineal o circular.
Los fagos de bacterias o bacteriófagos son virus que atacan únicamente a bacterias y tienen mucho interés en la lucha contra la resistencia a antibióticos y ya se han utilizado en algunos casos para tratar a personas con infecciones causadas por bacterias multiresistentes o superbacterias. Estos están rodeados por una cubierta de proteínas e inyectan su cromosoma al interior de la bacteria. El cromosoma del virus puede seguir dos rutas dependiendo del tipo de fago que sea:
- FAGO VIRULENTO: siempre sigue la ruta lítica.
- FAGO TEMPERADO: pueden seguir la ruta lítica pero normalmente siguen la ruta lisogénica según la cual el fago está en la célula como un profago.
Ciclo lítico
El ciclo lítico conlleva la lisis (o muerte y destrucción) de las bacterias que son infectadas por los fagos que siguen este ciclo.
- Un fago se adhiere a la célula hospedadora e inyecta su ácido nucleico en la célula.
- Con la «maquinaria» de la bacteria, el fago replica su material genético y sintetiza sus proteínas mientras que el cromosoma del huésped se degrada.
- Los fagos se ensamblan en el interior de la célula huésped.
- La bacteria se lisa (se rompe) y los fagos quedan libres para infectar a otras bacterias.
Ciclo lisogénico
- El fago se adhiere a la célula hospedadora e inyecta su material genético.
- La célula, tiene, en estos momentos, dos ADN circulares (uno de ellos del fago).
- El ADN del fago se integra en el cromosoma de la célula huésped.
- Se produce entonces la lisogenia: la bacteria es portadora del ADN del fago pero es inmune a su acción lítica aunque sí que pueden infectar a otras bacterias no resistentes a estos virus y provocar su lisis.
Este tipo de virus pueden desencadenar el ciclo lítico bajo determinadas condiciones de estrés de las bacterias.
Integración del ADN del fago en el huésped
En el ADN del bacteriófago hay una región específica llamada sitio de integración y en la bacteria hay otra región en la que se integra este ADN y que se encuentra entre los genes gal y bio.
El fago integrado en el cromosoma bacteriano se conoce como profago. El profago es un factor no infectivo que se transmite de generación en generación y evita la infección por fagos libres. En algunos casos el profago se induce para producir fagos infectivos (ciclo lítico) que eliminan la protección de la célula contra el fago, lisándose y liberando fagos libres que infectan célula no lisogénicas.
El profago puede inducirse por luz UV, productos químicos…
Ensamblaje de los bacteriófagos
- Procabeza I: está formada por el núcleo protéico de lo que será la cabeza.
- Procabeza II: la cabeza está formada pero vacía.
- Comienza el empaquetamiento del ADN que va entrando a la célula conforme está empaquetándosse.
- La cabeza se expande cuando ya está parcialmente llena de ADN y se hace un poco más grande.
- La cabeza está completamente rellena y preparada para el enganche de la cola.
- La cola se engancha y el virus está completamente maduro.
Material genético en bacterias
El cromosoma bacteriano se compacta formando una estructura llamada NUCLEOIDE. Es un cromosoma circular y bicatenario formado por ADN, ARN y proteínas básicas. Se produce una interacción entre el ADN cargado positivamente y las proteínas cargadas negativamente.
Junto al cromosoma se pueden encontrar plásmidos.
Plásmidos
Son elementos extracromosómicos de ADN, es decir, moléculas pequeñas de ADN que están libres en el citoplasma. Los plásmidos llevan información genética y se replican dando lugar a nuevos plásmidos que se incorporan a las células hijas en la división celular. Algunos de ellos pueden integrarse en el cromosoma.
Los plásmidos pueden tener funciones diversas y algunos de ellos son plásmidos R, Col, y el factor F cuando está en estado citoplásmico. Los plásmidos F facilitan la transferencia de material genético entre bacterias durante la conjugación, los plásmidos R confieren resistencia a antibióticos y los plásmidos Col permiten a las bacterias producir colicinas para competir con otras bacterias en su entorno. Cada tipo de plásmido cumple una función específica en la biología de las bacterias.
El factor de fertilidad (Factor F)
Antes que nada hay que aclarar el concepto de conjugación. La conjugación bacteriana es un proceso mediante el que unas células transfieren ADN a otra célula con la que entran en contacto.
La capacidad para transferir el ADN depende de la presencia del factor F que es un pequeño elemento de ADN circular que funciona como un minicromosoma de aproxima- damente 100 genes. Las células que portan el factor F se conocen como F+ y las que no son F-. Las propiedades del factor F son las siguientes:
- El factor F puede replicarse por lo que se mantiene en una población celular que se esté dividiendo.
- Las células F+ producen pili que son túbulos proteicos que les permiten ponerse en contacto y adherirse a otras células.
- Las células F+ pueden transmitir el factor F a células F- pero no a células F+. Siempre permanece una copia en la célula donante.
- Ocasionalmente el factor F se integra en el cromosoma de la célula hospedadora.
Cuando esto ocurre, al transferirse el factor F, se transfiere también el ADN de la célula hospedadora, así se transfieren marcadores cromosómicos de la célula hospedadora a la célula nueva.
En principio, el factor F se integra en una pequeña proporción de células con lo que éstas células puede transferir marcadores cromosómicos a una nueva estirpe. Se pueden aislar las células con el factor F integrado en el cromosoma y cultivar especies puras derivadas de estas células. En estas estirpes, cada célula transmite marcadores cromosómicos durante la transferencia de F, de modo que la frecuencia de recombinantes es mucho mayor que en las células de la población original donde el factor F está en el citoplasma. Por esta razón a las estirpes con el factor F integrado se les llama Hfr (high frequency of recombination). La integración del factor F en E. coli se produce entre regiones homólogas del factor F y de su ADN.
Episomas
Un episoma es un factor genético bacteriano que puede encontrarse como elemento aislado en el citoplasma o como parte integrante del cromosoma. El factor F es un episoma porque lo encontramos tanto como plásmido (en el citosol) como integrado en el cromosoma.
Superenrollamientos
Los superenrollamientos se producen en los plásmidos, los ADN circulares y los ADN lineales que no pueden girar sobre uno de sus extremos. Existen dos tipos de superenrollamientos, los positivos y los negativos. Los positivos enrollan más el dúplex, con lo que las bases están más apretadas (hay más pares de bases por vuelta )(el dúplex se gira a la derecha). Los negativos desenrollan más el dúplex, las bases están por tanto más separadas (hay menos pares de bases por vuelta) (el dúplex se gira a la izquierda).
Dos formas de un ADN circular que difieran únicamente en una propiedad topológica (como es que esté más o menos superenrollado) son topoisómeros ya que no cambia su composición en pares de bases.
Los superenrollamientos cumplen funciones como:
- Compactación: permite compactar más el ADN y aprovechar mejor el espacio en el interior de la célula.
- Estabilización: los superenrollamientos pueden servir para estabilizar las moléculas de ADN.
- Regulación de la replicación: dependiendo del superenrollamiento puede facilitar o dificultar la replicación del ADN.
Cromosomas bacterianos
Los cromosomas bacterianos son dobles hélices que pueden ser circulares con superenrollamientos y organizado en dominios o lazos para conseguir el empaquetamiento. Se ha detectado la presencia en algunos casos de proteínas similares a las histonas eucariotas que sugieren que pueda existir una especie de cromatina primitiva.
En el caso de los virus, se pliegan ayudándose de proteínas de bajo peso molecular o mediante proteínas de la cápside. En ocasiones pueden utilizar las histonas del huésped para organizarse en nucleosomas.
Diferencias entre eucariotas y procariotas
La diferencia fundamental está en la cantidad de ADN que es inferior en procaioras que en procariotas como por ejemplo: en E. coli el ADN mide 1.3 mm y tiene 4.2 Mb mientras que una célula humana tiene 1.8 mm y 6000 Mb pero si hay 1013 células, el ADN humano mide 2 x 1013 m.
En la siguiente tabla se muestran las diferencias más importantes:
Fuente de la imagen: http://lipe2000.blogspot.com.es/2011_06_01_archive.html
Cuadro de elaboración propia.
