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BLOQUE A: INTRODUCCION
TEMA 1: INTRODUCCION
- 1.1INTRODUCCION A LA GENETICA Los seres humanos primitivos practicaban técnicas genéticas en la agricultura, pero no sabían lo que eran los genes. Se utilizaban especies o variedades con características adecuadas y se elegían y se obtenían descendientes con los rasgos que interesan. Existía una variación, los individuos de la misma especie no eran iguales pero también parecidos. La genética se establece en 1906, es la ciencia que estudia los fenómenos de herencia y variación, los caracteres y rasgos se heredan con variación. El objeto de estudio son los genes mediante la genética de transmisión, molecular y de poblaciones. La estructura primaria de los genes son los nucleótidos que forman parte de la genética molecular, pero que acaba afectan a la población mediante la transmisión de estos. Estas ramas por lo tanto están relacionadas. - 1.2LA HERENCIA Y LA VARIACION La genética de la transmisión y la genética de poblaciones depdenden de la transmisión de la información genética de célula a célula y de un individuo a sus descendientes. Leyes que explican como se hereda cada carácter. Los mapas genéticos son las localizaciones de los genes en los cromosomas (la secuenciación de genoma nos muestra el orden de los genes por lo que permite hacer los mapas). La transmisión de los genes dentro de una población (selección natural y evolución). La genética molecular y genética del desarrollo consta de dos partes: una estructural que nos muestra cual es la estructura del material hereditario, y otra funciona que muestra el mecanismo de expresión del material hereditario, acción genética diferencial y la expresión génica varia a lo largo del desarrollo de un individuo. La variación da sentido a la genética y al análisis genético propiamente dicho, realiza cruzamiento y analiza la descendencia (ley de Mendel). El origen de la variación procede de la mutación, la recombinación no produce la variación genética (en células germinales) y se da en la paquitene previa, y produce combinaciones nuevas. Con la mutación apareen nuevas
combinaciones alélicas y es la materia prima de la evolución. La evolución implica herencia con variación, por lo que tiene que haber variantes alélicas. Las nuevas formas alélicas permiten el análisis genético de un proceso biológico, alteran dicho proceso. Se obtienen mutantes de manera artificial y si se logra por mutación alterar un proceso se obtienen variantes, por último se observa que genes están alterados. A veces un mutante baja o suba los niveles de expresión, no solo es que se exprese o no se exprese. El alelo normal o silvestre es el que se considera mas normal en la población y el alelo raro es el que menos se expresa en la población. El estudio genético se basa en el método científico:
- Se define el problema que se desee analizar.
- Se plantea las hipótesis: una o mas explicaciones confortables de dicho problema.
- Se experimenta: intentos controlados que nos permiten rechazar una o mas hipótesis
- Conclusión: ¿se avalo o no la hipótesis? Si la hipótesis es rechazada: repetición de las etapas anteriores. Cuando una hipótesis soporta muchas experimentaciones sin ser rechazada finalmente se convierte en un principio o ley. Para el análisis genético es necesario elegir bien el material de estudio “organismos modelo”, es un organismo que tiene unas características que el hombre los usas desde el punto de vista experimental porque reúne unas características que le hace apto para unas series de estudios como por ejemplo Drosophila melanogaster, los bacteriofagos, las levaduras y E.coli , entre otros. Las razones básicas que justifican el estudio de la genética es que ocupa una posición integradora dentro de la biología, y tiene un protagonismo central en numerosos aspectos de la vida humana como la mejora genética, ingeniería genética molecular, y hay una gran cantidad de enfermedades humanas tiene un componente causal genético. Linea temporal del desarrollo de la genética:
Las semillas F2 germinaron y las plantas adultas se autofecundan obteniéndose la tercera generación filial F3. En la F3, las plantas del fenotipo recesivo se comportan como líneas puras, y en las plantas de fenotipo dominante se puede clasificar en dos grupos:
- Líneas puras de carácter dominante.
- Híbridos como los de la F1. En la proporción numérica encontramos ¼, 2/4, y ¼. Los cuadros de Punnet se utilizan para dos genes. Por un lado se colocan los gametos femeninos y por otro los masculinos de la P. Las líneas parentales, el gen que determina el color de la vaina tiene dos alelos, pero hay muchas posibilidades distintas. El alelos que determina el color verde viene determinada por un gen con dos alelos A y a. El verde tendrá los alelos AA (en líneas puras), A>a (domina A sobre a), y las amarillas serán aa, recesivo, homocigotas. El individuo homocigoto tiene los dos alelos iguales. Si los cruzamos, cada gameto de las plantas verdes llevará un A cada uno, lo mismo ocurre en el recesivo aa, el individuo producido será heterocigoto Aa. La apariencia externa del F1 será verde. El locus es el sitio físico que el gen ocupa en el cromosoma. Por vía femenina los gametos serán la mitad A y otra mitad a, por vía masculina ocurre los mismo, se tiene la mitad A y otra mitad a. Fenotípicamente se aprecian que son verde, pero genotípicamente pueden ser AA o Aa. En el caso del recesivo solo hay un fenotipo y un genotipo aa. Tenemos ¼ AA, ¼ Aa, ¼ Aa y ¼ aa. Por lo tanto tenemos ¼ AA, 2/4 Aa y ¼ aa. Por lo tanto hablamos de proporción fenotípica y genotípica. En la fenotípica tenemos ¾ verde y ¼ amarillo.
En el principio de segregación, los dos miembros de una pareja alélica se separan (segregan) cuando un individuo heterocigoto forma los gametos. El resultado es que el 50% de esos gametos lleva uno de esos alelos y el 50% restante será portador del otro alelo. Por lo tanto, los dos miembros de una pareja alélica se separan uno de otro al azar (sin sufrir modificación) cuando un individuo heterocigoto forma los gametos. Predicciones del modelo de la herencia mendeliana y su comprobación experimental se hacen mediante:
- Retrorecruzamiento : es el cruce entre los individuos de la F1 con alguno de sus parentales.
- Cruzamiento prueba : es el cruce entre un individuo heterocigoto con otro homocigoto recesivo. Si cruzamos individuos Aa con aa, tendremos individuos ½ Aa y ½ aa. Permite ver como es el individuo que estoy cruzando a partir de la descendencia que se obtiene. La descendencia prueba depende de los gametos que forme el individuo heterocigoto, así como de sus frecuencias. Cruzamiento dihibrido: se toman líneas puras diferentes para dos caracteres. Encontramos los caracteres liso-amarillo (dominante, AA y BB) y rugoso-verde (recesivo, aa y bb). AAbb sería una linea pura fenotipicamente. Se obtiene un F1 que va a ser siempre lisa-amarilla, uniforme. En la F2 aparecen individuos en distintas proporciones 9:3:3:1 (3 amarillo: 1 verde; 3 liso: 1 rugoso). Se establece el principio de combinación independiente, durante la formación de los gametos de un individuo doble heterocigoto, las dos parejas alélicas segregaran independientemente una de la otra. La formación de los gametos de un individuo diheterocigoto AaBb según el principio de combinación independiente seria ½ de cada uno. Al cruzarse tendríamos ¼ de AB, Ab aB y ab.
La segregación fenotípica de la descendencia permite conocer la constitución genética de los gametos formados por el individuo cuyo genotipo desconocemos. Polihidrido-herencia multifactorial: la generación parental es que cruzo una línea parental para “n” genes. Lo que le da un carácter para línea pura es que sea homocigota. Para calcular la probabilidad de un fenotipo, se usa una segregación fenotípica que es el término general de una binomial. El polinomio fenotípico sería el siguiente: La primera parte de la formula indica el numero de clases que cumplen esa condición. La segunda parte de la formula indica la probabilidad de una clase determinada. Para calcular la probabilidad de un genotipo, tenemos un polinomio genotípico: La primera parte de la formula indica el número de individuos que hay en un genotipo. La segunda parte de la formula indica la probabilidad de un genotipo determinado.
En el caso general de un cruce entre individuo heterocigotos para “n” loci bialélicos (n=1, 2,… n) el número de gametos implicados serán igual a 2^n y sus frecuencias por la primera y la segunda ley de Mendel, se pueden calcular como: Las segregaciones genotípica y fenotípica son el resultado de elevar a la enésima potencia la segregación del monohíbrido. La segregación fenotípica se obtiene mediante la ecuación: Donde la d y r son, respectivamente, el número de caracteres dominantes y recesivos que exhibe el fenotipo. Por su parte, la segregación genotípica se obtiene mediante la ecuación: Donde D, H y R son, respectivamente, el número de genes en homocigosis para el alelo dominante en heterocigosis o en homocigosis para el alelo recesivo que exhibe el genotipo. Análisis estadístico aplicado al mendelismo es necesario porque los resultados obtenidos son una muestra de un proceso biológico, es muy difícil que coincidan exactamente con los esperados. Es imprescindible emplear un método estadístico que permita conocer si los resultados obtenidos se ajustan o no al modelo teórico. Se utiliza el chi-cuadrado de ajuste, que mide cuanto se desvía cada uno de los datos respecto a lo que ese espera de cada uno de ellos. Se miran los resultados numéricos observados y los resultados numéricos esperados según un modelo teórico. El chi-cuadrado será un sumatorio de: Para saber el grado de libertad, se le resta uno a las clases que tenemos. Se buscan los resultado es una tabla de chi-cuadrado. Si P>0.05 los resultados observados y esperados no difieren significativamente, la desviaciones se deben al azar. Los resultados obtenidos se ajustan a los esperados según la hipótesis de trabajo. Si P<0.05 los resultados observados y esperados difieren significativamente, puede rechazarse la hipótesis. Las consideraciones a tener en cuenta al aplicar la prueba chi-cuadrado son:
- Solo se puede aplicar a frecuencias absolutas no a frecuencias relativas.
- No puede aplicarse correctamente cuando la frecuencia esperada de alguna de las clases es menor de cinco.
Codominancia: ambos alelos de un locus heterocigoto se expresan en el fenotipo. Los alelos codominantes son ambos activos e independientes. Cada alelos del heterocigoto condiciona la formación de un proteína o enzima funcional. El tipo de dominancia que se infiere depende del nivel fenotípico en el que se realicen las observaciones. Los términos dominancia, dominancia incompleta y codominancia pueden considerarse en alguna medida arbitrarios.
- 2.3ALELISMO MULTIPLE Las series alelicas surgen por mutación. En un determinado locus pueden existir mas de dos formas alelicas, alelismo múltiple. La serie alelica es el conjunto de alelos que pertenecen a ese locus. Un individuo diploide solo tiene dos alelos, uno de cada parental aunque el locus puede tener la opción de 100 distintos. En 1912, Morgan describió en Drosophila melanogaster aproximadamente 100 alelos distintos para el color de llos ojos de la mosca. El alelo silvestre se menciona con un +. En una serie alelica, el compotamiento de sus alelos 2 a 2 obedece a las reglas de transmisión establecidas por Mendel. Como representar una serie alelica: A>A1>A2>A3>………………… Ai> Aj>a La formulación para ello es: En el sistema sanguíneo ABO, los genes se sitúan en un locus del cromosoma 9. Hay tres alelos A, B, O. Los fenotipos sanguíneos son A, B, AB, O. Genotípicamente pueden ser AA, AO, BB, BO, AB y O. El individuo del grupo sanguíneo A tiene antígeno tipo A pero el B ataca su sangre porque tiene anticuerpo B. Y así sucesivamente. El O es donante universal y AB receptores universales.
No hay dominancia completa en AB, es codominancia. Hay en total 4 fenotipos. Cada individuo tiene dos alelos, pero tienen tres alternativas. En plantas hay series alelicas en incompatibilidad polen-estilo. Cuando se autofecundan muchas veces, las plantas tienden a que los genes sean iguales o lineas puras, pero cualquier cambio externo hay menos variabilidad para poder responder y pueden desaparecer, la naturaleza ha hecho esta incompatibilidad para evitar la autofecundación. estas series alelicas, cuando los alelos por vías masculinas y femeninas son iguales no produce línea de descendencia, en otra ocasión, hay semicompatibilidad con los alelos distintos y hay descendencia, por último, los alelos son totalmente diferentes y hay descendencia. Las series alelicas surgen por mutación pero da una ventaja al individuo que la posee. Prueba del alelismo permite saber si un carácter esta controlado por n genes. Solo se hace con mutantes recesivo. Si tenemos dos mutantes recesivos que afectan de manera semejante a un carácter ¿ambos alelos pertenecen al mismo locus?. Supongamos que tenemos homocigotos para dichos alelos recesivos. El fenotipo silvestre es morado, y el blanco es el recesivo. Los mutantes 1 y 2 producen una F1 con fenotipo silvestre. Los mutantes 1 y 2 se encuentran en genes distintos, se complementan. Ambos mutantes aceptan a distintos genes. El 1 le da al 2 una cosa, y el 2 al 1 otra cosa, por eso la descendencia sale azul, afectan a genes distintos. Sabemos que son lineas homocigotas (flor blanca) y al cruzarlo con el silvestre (flor azul) obtenemos flores azules, por lo que es dominante. El color de la flor esta determinado por varios genes no por un único gen, de ahí a que el cruzamiento de mutantes de un fenotipo silvestre. El mutante 1 se cruza con mutante 3 aparece un fenotipo mutante, las mutaciones se encuentran en el mismo gen, no se complementan. Lo vemos con letras: En el mutante 1, lo que hace que sea blanca es a 1 a 1 y en el mutante 2 bb, el cruzamiento da Aa 1 Bb. El fenotipo silvestre puesto que A>a 1 y B>b. Si en el mutante 1 es a1a1 y el mutante 3 es a2a2, el cruzamiento da un fenotipo mutante a1a2, y vemos que no se complementa.
Recesiva: tiene que estar los dos alelos que los produce. , se produce cuando el alelo recesivo de una pareja alelica inhibe o suprime la accion de otra pareja alelica. El precursor (blanco) si tenemos N produce una sustancia intermedia que produce el color rojo E o producto rosa ee. El producto epistatico es nn.
- Doble : un alelo de un gen actúa sobre otro de otra pareja, pero el alelo de la otra pareja también afecta al anterior. Puede ser: Dominante: cuando el alelo dominante de un pareja alelica inhibe o suprime la acción de otra pareja y viceversa. La presencia de uno cualquiera de los miembros dominante es suficiente, por si mismo para originar el producto final. También se habla de genes duplicados porque se alcanza el mismo fenotipo con que al menos exista uno de los alelos dominantes de la dos parejas.
Recesiva: cuando el alelor recesivo de una pareja alelica inhibe o suprime la accicon de otra pareja alelica y viceversa. Para que se manifieste un determinado carácter es necesaria la presencia simultánea de los dos miembros dominantes de cada pareja. Se les llama genes complementario. Dominante y recesiva: cuando el alelo de una pareja alelica y el recesivo de la otra suprimen, respectivamente, la accion de los otros miembros. Se les conoce como genes supresores, un alelo elimina el efecto de una mutación ocurrida en oro gen, dando lugar al fenotipo normal. La interacción génica mas sencilla es cuando en dos genes sin epistasia hay dominación. En general, cuando el producto de un gen actúa en una posición anterior en alguna ruta bioquímica deberíamos esperar que un alelo suyo “defectuoso” tuviera un efecto epistatico sobre los alelos de los genes que actúan posteriormente en la ruta.
- Porfiria verlegada : autosomica dominante, no pueden degradar porfiria de la hemoglobina. El fenotipo asociado a dolores abdominales, fiebre, debilidad muscular, aceleración del pulso, insomnio, dolor de cabeza, problemas de visión, delirio y convulsiones. Un gen produce a nivel fenotípicos efectos múltiples aparentemente no relacionados entre si. La anemia falciforme es un ejemplo de gen pleitrópico. La expresión de fenotipo no siempre es el reflejo directo del genotipo. La penetrancia es el porcentaje de individuos que muestran el fenotipo esperado según su genotipo. La expresividad es el grado de intensidad con el que se expresa un rasgo controlado genéticamente. Un ejemplo es el Corea de Huntington (hereditaria) presenta una penetrancia incompleta, no todos los individuos manifiestan el fenotipo, y la expresividad es variable, el fenotipo no se manifiesta en todos los individuos de idéntica forma ni a la misma edad. La penetrancia incompleta y la expresividad variable son el resultado de la influencia de otros genes y de los factoresambientales sobre el fenotipo. El fondo genético, es la expresión de otros genes de genoma que puede tener efecto en el fenotipo producido por un gen. En la supresión genética, el gen supresor da lugar a la reversión completa de la expresión fenotípica esperada de la mutación original. El efecto de posición es la localización física de un gen en relación con otro material genético puede influir en su expresión. El gen dependiendo de la posición que ocupe en el genoma si se inactiva siendo recesivo, no afecta al fenotipo, pero si se inactiva el dominante si que afecta al fenotipo. Esto determina que individuos de un mismo genotipo no tengan el mismo fenotipo. El efecto de la temperatura también afecta al genotipo haciendo que se produzca distintos fenotipos. Los mutantes afectados por la temperatura son condicionales y se denominan sensibles a la temperatura. Otro efecto que puede haber es el efecto de la nutrición. Los mutantes auxotróficos en algun paso de la ruta metabólica esta alterada y no pueden crecer en un medio mínimo. En la especie humana la presencia o ausencia en la dieta de determinadas sustancias puede afectar a individuos con constituciones genéticas anormales. La fenocopia es la modificación fenotípica, no heredable, provocada por un cambio ambiental, que mimetiza a otro genotipo. Un ejemplo son los diabéticos con suministro de insulina que tiene fenocopia de individuos sanos. En el inicio de la expresión génica, no todos los genes se expresan al mismos tiempo a lo alargo de la vida de un organismo. Los productos génicos pueden jugar papeles más esenciales en ciertos momentos. Ademas, es probable que el ambiente fisiológico interno de un organismo varíe con la edad. La norma de reacción es la relación compleja de un genotipo con un ambiente. Un mismo genotipo, dependiendo del ambiente en el que se desarrollan los organismos, puede producir diferentes fenotipos. Diferentes genotipos, dependiendo del medio ambiente, pueden producir el mismo fenotipo.
La norma de reacción es el rango de variantes fenotípicas atribuibles a un genotipo determinado, motivadas por variaciones ambientales. Hay dos tipos de reacción: estrecha y amplia, lo mas normal es que sea intermedio. Existe una relación compleja entre el genotipo y el fenotipo. No podemos escoger ni el mejor genotipo ni el mejor ambiente para el crecimiento. Los gemelos monocigoticos, son genéticamente iguales, diferencias debidas ala ambiente. Los gemelos dicigotico, difieren genéticamente y ambientalmente. El par concordante, si ambos miembros presentan o carecen del caracter considerado. Si los dos tienen labio leporino o no. El par diccordante, solo un miembro del par presenta el carácter. Uno de ellos presenta labio leporino, el otro no. Los principio de la herencia en el hombre son los mismos que en otros organismos. El estudio de la herencia humana se ve limitado por:
- Imposibilidad de realizar cruzamientos dirigidos.
- Tiempo de generación prolongado.
- Numero reducido de descendientes. Por ellos se usa el análisis de pedigríes. La figura de cuadrado representa el sexo masculino, el circulo el sexo femenino y el rombo, es desconocido. Si aparecen en blanco, no están afectadas por los rasgos que se estudia. Cuando presentan coloración en toda la figura es que presentan ese rasgo. Cuando tiene un punto en el interior son portadores que tienen el gen pero no presentan el rasgo. Los que tiene una raya vertical son portadores asintomáticos, en algún momento pueden padecer el rasgo. A veces para abreviar se agrupan los individuos colocando un numero dentro de los símbolos. Cuando una persona fallece se traza una recta diagonal. El probando es el primer individuo que es objeto de estudio para el rasgo, es objeto de estudio. Se le señala con una flecha o una cruz. Con números romanos se señalan las generaciones. La numeración se hace en orden de nacimiento. También en las genealogías puede haber hijos adoptados y es importante poner la genealogía los datos de los padres biológicos. En la genealogía, los gemelos se les une por una linea. A los primos se les
- Rasgo recesivo ligado al X : XX es el sexo homogametico y el XY es el sexo heterogametico. La hemicigosis se da en el sexo XY. En el caso del varón con que haya un alalo afectado ya pacede ese rasgo. Aparecen con mass frecuencia en varones. Los varones afectados no transmiten el rasgo a sus hijos pero si a sus hijas. Las mujeres portadoras transmiten el rasgo a sus hijos y a sus hijas.
- Rasgos dominante ligado al X : el rasgo no salta generaciones. Aparecen con mas frecuencia en mujeres. Los varones afectados no transmiten el rasgo a sus hijos pero si a todas sus hijas. Las mujeres afectadas transmiten el rasgo a la1/2 de sus hijos e hijas. Este tipo de herencia no es demasiado común.
- Rasgo ligado al cromosoma Y : el rasgo no salta generaciones. El rasgo parece solo en varones. Todos los descendientes de un varón afectado estarán afectados. El gen SRY (factor determianate de los testículos) tiene un papel primordial en la determinación de la masculinidad.
