¿En qué se diferencian el genoma mitocondrial y el genoma nuclear?

Representación del genoma humano en tres dimensiones
Representación del genoma humano en tres dimensionesSISSA

El genoma es el conjunto de genes que tiene un organismo. Y como dices en tu pregunta, en un organismo hay dos tipos de genoma, el nuclear y el mitocondrial. El nombre ya hace referencia al lugar en el que se encuentra y esa es la primera diferencia, pero no la única. El ADN nuclear lo encontramos dentro del núcleo de las células eucariotas, que son las que nos conforman a los animales, las plantas o los hongos, entre otros. Nuestros organismos están constituidos por células que son la unidad estructural más básica. Y dentro de estas células hay un núcleo que es dónde está el ADN nuclear. Fuera del núcleo está lo que llamamos citoplasma y en él hay unos elementos a los que llamamos orgánulos. Las mitocondrias, que se encargan de las funciones de respiración de las células, son uno de esos orgánulos y dentro de ellas está el genoma mitocondrial.

El genoma mitocondrial es una molécula de pequeño tamaño que tiene solo entre 16.000 y 17.000 nucleótidos de media en animales vertebrados, aunque hay diferencias importantes de tamaño entre distintos organismos, especialmente en plantas y hongos. Los nucleótidos son las bases que componen el ADN, podríamos decir que son los ladrillos que lo forman. Estas bases son adenina (A), citosina (C), timina (T) y guanina (G). Y la combinación de estas cuatro bases es lo que nos da la secuencia del ADN. En el caso del genoma nuclear es una molécula mucho mayor que, por ejemplo, en el ser humano tiene más de 3.000 millones de nucleótidos o pares de bases. Como ves, es mucho mayor y su tamaño también varía significativamente de unos organismos a otros, desde unos pocos millones de nucleótidos en algunos hongos hasta más de cien mil millones en algunas salamandras, por poner solo un par de ejemplos. La variabilidad de tamaño es enorme y no hay relación directa entre el tamaño del genoma nuclear y la complejidad del organismo.

También hay mucha diferencia en el número de genes que forma cada uno de los genomas. Por ejemplo, en animales, todo el ADN mitocondrial generalmente acaba dando lugar a 37 genes diferentes, muchos de los cuales están implicados en el proceso de respiración celular. Por el contrario, en el ADN nuclear podemos encontrar miles de genes diferentes que se encargan de todas las funciones del organismo, en esencia, de que haya un ser vivo. En el ser humano son entre 20.000 y 25.000 genes. Además, en el genoma nuclear hay muchas regiones que no dan lugar a genes. Son regiones reguladoras y otras de las que todavía desconocemos su función

En cuanto a la estructura, el genoma mitocondrial es una doble cadena de ADN, dos hilos enrollados sobre sí mismos, que hacen una molécula circular, es decir, los extremos están cerrados. En el caso del nuclear, también es una doble cadena, pero lineal, con los extremos abiertos. Cuando la célula no se divide, el ADN nuclear forma la cromatina que es como una maraña de hebras de ADN en el núcleo. En el momento de dividirse la célula es cuando se forman los cromosomas. Los cromosomas son las estructuras organizadas que forma el ADN nuclear de un organismo.

Dentro de cada mitocondria puede haber entre 100 y 1000 copias de ADN que, generalmente, solo se heredan de la madre, aunque existen excepciones

También hay diferencia en el número de copias de ADN nuclear y mitocondrial que encontramos en las células. En general, los organismos tienen dos copias diferentes de ADN nuclear, una que se hereda de la madre y otra que se hereda del padre. Mientras que dentro de cada mitocondria puede haber entre 100 y 1000 copias de ADN que, generalmente, solo se heredan de la madre, aunque existen excepciones. Y es que en biología a menudo podemos decir que la excepción es la norma.

Una de las cosas de las que seguro que has oído hablar es de las mutaciones, que son los errores que aparecen cuando el ADN se duplica en las nuevas células. Existe una batería de proteínas que se encargan de arreglar el ADN cuando aparece uno de estos errores. Ese sistema de reparación consigue que la tasa de mutaciones en el ADN nuclear sea bastante baja. En el mitocondrial, esa maquinaria de reparación de mutaciones es mucho menos eficaz. Eso hace que el ADN mitocondrial tenga una tasa de errores mucho mayor.

Ainhoa Agorreta Calvo es doctora en Biología, investigadora del grupo de Biología Evolutiva y de la Conservación de la Universidad Complutense de Madrid

Pregunta enviada vía email por Diana Rivera

Nosotras respondemos es un consultorio científico semanal, patrocinado por la Fundación Dr. Antoni Esteve y el programa L’Oréal-Unesco ‘For Women in Science’, que contesta a las dudas de los lectores sobre ciencia y tecnología. Son científicas y tecnólogas, socias de AMIT (Asociación de Mujeres Investigadoras y Tecnólogas), las que responden a esas dudas. Envía tus preguntas a nosotrasrespondemos@gmail.com o por Twitter #nosotrasrespondemos.

Coordinación y redacción: Victoria Toro

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