¿Hay alguna ventaja para los cromosomas lineales?

Las enzimas que copian el ADN tienen dificultades para trabajar hasta el final de un cromosoma. Para los cromosomas circulares esto no es un problema, ya que no hay un 'extremo' afilado. Sin embargo, para un cromosoma lineal, sin mecanismos adicionales, se pierde un poco de ADN al final del cromosoma después de cada replicación. Debido a esto, los eucariotas tienen un telómero para rematar sus cromosomas.

En la mayoría de las células de un organismo multicelular, este telómero se desgasta lentamente después de cada reproducción, lo que lleva a la apoptosis . Las células que necesitan reproducirse indefinidamente, como las células germinales y las células madre, tienen que invertir en mecanismos adicionales para reponer los telómeros. Para eucariotas multicelulares, puedo ver cómo esto podría ser útil (por ejemplo, como un mecanismo de lucha contra el cáncer). Sin embargo, los organismos multicelulares evolucionaron a partir de eucariotas unicelulares.

No puedo ver una razón para querer la apoptosis en un organismo unicelular. Sin embargo, los eucariotas de una sola célula (por ejemplo, la levadura) todavía tienen cromosomas lineales con tapas de telómero. ¿Qué ventaja proporcionaron los cromosomas lineales a los eucariotas unicelulares para compensar la inversión adicional en reparar el telómero?

Preguntas relacionadas

Fuera de mi cabeza, diría almacenamiento. Sería increíblemente difícil enrollar un genoma circular alrededor de las histonas y continuar condensándolo hasta alcanzar la densidad de información necesaria. Sin embargo, dado que no he hecho el trabajo preliminar adecuado, no voy a "Responder" todavía. :)
@MCM esa también fue mi primera conjetura... especialmente con la otra gran diferencia entre pro y euk que es el espacio reducido del núcleo. Sin embargo, no podía pensar por qué doblar un genoma circular muy largo sería fundamentalmente más difícil que uno lineal (de hecho, haría que ciertos tipos de nudos fueran más difíciles, evitando daños potenciales). También sé una cantidad negativa de biología, así que no podía pensar en cómo comenzar la búsqueda de literatura yo mismo: D.
Estoy casi convencido de que es un simple problema de Torque. Condensar un genoma lineal no es tan difícil para el ADN real, sino que simplemente se envuelve alrededor de las histonas y las histonas se congregan. El Torque se cuida porque los dos extremos quedan libres. En un genoma de circuito cerrado, en el momento en que comienzas a envolverlo alrededor de algo o condensarlo, el Torque se va a construir y construir. Es posible que pueda dispersarlo entre todo el genoma, pero pronto tendrá mucho estrés con el que lidiar. Podría ser que los genomas circulares se rompan si se condensan.
@MCM si pudiera convertir eso en una respuesta, creo que sería decente y disfrutaría leyéndola en detalle. Esperaba respuestas más sutiles (tal vez relacionadas con historias de vida), pero también estoy feliz con esto: D.
Número de enlace? Creo que esto va con el problema de torsión de @MCM.
Es posible aislar cepas de levadura en las que el cromosoma III forma un anillo. La circularización está impulsada por los componentes del mecanismo de conmutación de tipo de acoplamiento heterotálico. Las secuencias que están involucradas en el evento de recombinación que causa la circularización se encuentran cerca de los telómeros y no se pierde ningún gen esencial durante la formación del anillo. Dado que las cepas haploides que tienen esta forma de cromosoma III son viables, deduzco que la estructura de la cromatina correspondiente no está lo suficientemente desordenada como para interferir con el crecimiento. He buscado datos reales sobre esto, pero me he quedado en blanco.
¿Permitiría una mejor recombinación y/o una mejor distribución del material genético? Cuando la conjugación ocurre en bacterias, la secuencia que se copia y transmite es lineal (incluso cuando solo se transmite el plásmido F+ si no me equivoco). Si recombinas 2 líneas, obtienes 2 líneas, si recombinas 2 círculos, ¡obtienes una tira de Möbius!
No creo que el problema sea el torque. principalmente porque a nivel de ADN, el agua es muy viscosa. Y siendo el ADN de un cromosoma una molécula muy larga (decenas de centímetros de largo), una molécula lineal se comportaría como una circular, sería muy difícil eliminar el torque. Mi suposición es que los organismos con cromosomas lineales tienden a ser los que experimentan meiosis. Los cromosomas se aparean, forman quiasmas e intercambian segmentos cromosómicos. En un cromosoma lineal, tanto los eventos de intercambio pares como los impares se resuelven bien. En los cromosomas circulares, el intercambio impar conduce a la fusión cromosómica. Incluso los quiasmas se resuelven en dos cromosomas

Respuestas (2)

Creo que es la pregunta equivocada. Asumes que los eucariotas se desarrollaron a partir de un organismo unicelular con ADN circular. Entonces, claramente, debe haber una ventaja de (recientemente) desarrollar un genoma lineal. Pero los eucariotas también podrían haberse desarrollado a partir de un organismo con ADN lineal. Todavía hay algunas especies de bacterias con cromosomas lineales, por lo que esto no es improbable. Sin embargo, no lo sabemos.

Por otro lado, si la linealización se desarrolló de forma independiente, puede aprender de las bacterias por qué podría haber ocurrido:

JN Volff, J. Altenbuchner: Un nuevo comienzo con nuevos fines: linealización de cromosomas circulares durante la evolución bacteriana. En: Cartas de microbiología FEMS. 186, 2, mayo de 2000, 143–150, PMID 10802162. (Revisión).

Resumen:

Los cromosomas circulares bacterianos se han linealizado esporádicamente durante la evolución procariota. Las bacterias no relacionadas, incluida la espiroqueta Borrelia burgdorferi y el actinomiceto Streptomyces, tienen cromosomas lineales. Los cromosomas lineales pueden haberse formado a través de la integración de plásmidos lineales. Los cromosomas lineales utilizan estrategias de plásmidos lineales para resolver el "problema del final de la replicación", pero generalmente han conservado de sus ancestros circulares un origen central de replicación. Los cromosomas lineales de Streptomyces son muy inestables y, con alta frecuencia, sufren amplificaciones y grandes deleciones, a menudo eliminando los telómeros. Al menos en Streptomyces, la linealidad cromosómica es reversible: los cromosomas circulares surgen espontáneamente como productos de inestabilidad genética o pueden generarse artificialmente mediante recombinación dirigida. Los cromosomas circularizados de Streptomyces también son muy inestables, lo que indica que la inestabilidad genética no se limita a los cromosomas linealizados. Los cromosomas lineales bacterianos pueden contener regiones unidas a telómeros de mayor plasticidad genómica, que experimentan intercambios y reordenamientos genéticos más frecuentes y permiten la evolución diferencial de los genes, dependiendo de su ubicación cromosómica.

Creo que está relacionado con la estructura, ya que el ADN no codificante (basura) contribuye a la estructura. Supongo que el genoma lineal "simplemente sucedió" y no había forma de volver atrás.

Eso podría deberse a la depredación de fagos/virales. Los cambios radicales en la estructura del genoma harán que sea muy difícil que los virus se adapten. Entonces, en los primeros días de los eucariotas, el genoma diferente habría brindado una protección muy fuerte contra la depredación viral y, por lo tanto, habría permitido que esos organismos se reprodujeran casi obstaculizados por la presión selectiva de los virus. Lo que permitió que la evolución tuviera lugar, se desarrollaron estructuras que imposibilitan dar un paso atrás.

pero sí, esas son solo conjeturas SALVAJES

¡Una teoría interesante! ¿Podría ampliar con las fuentes?
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