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Asignatura: Genètica, Profesor: Bàrbara Terrasa Pont, Carrera: Biologia, Universidad: UIB
Tipo: Apuntes
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2n de Biología | Sara Noguero Villar
PROFESOR:
JOSÉ
Índice
Vocabulario
Unidad 1: Relación entre la estructura molecular y la función en los ácidos nucleicos Tema 1: Base molecular de la herencia. Los ácidos nucleicos como material genético. Estructura, propiedades y función de los ácidos nucleicos. Tema 2: El nucleosoma. El cromosoma eucariótico. Centrómeros y telómeros. Bandeo de cromosomas. Herencia extracromosómica. Tema 3: Replicación del DNA. Enzimología de la replicación. Replicación por círculo rodante. Replicación de los retrovirus. Replicación del DNA lineal. Significado genético de la mitosis y la meiosis.
Unidad 2: Los principios del mendelismo y del análisis genético Tema 4: Las unidades de la herencia. Los experimentos de Mendel. Monohibridismo. Dominancia y recesividad. Codominancia. Herencia intermedia. Principio de la segregación. Alelos múltiples. Fenocopias. Pleiotropia. Tema 5: Dihibridismo. Principio de la transmisión independiente. Polihibridismo. Extensiones del mendelismo: interacción y epítasis. Pruebas estadísticas: la xi-cuadrada. Tema 6: Determinación del sexo. Los cromosomas sexuales. Determinación sexual en Drosophila y mamíferos. Caracteres ligados al sexo.
Unidad 3: Mutación, recombinación y mapas genéticos. Tema 7: Conceptos de mutación. Tipos de mutaciones. La mutación como un fenómeno preadaptativo. Factores físicos y químicos que causan mutaciones. Distintas formas de reparación del DNA. Tema 8: Mutaciones cromosómicas. Mutaciones estructurales: tipos y efectos genéticos. Mutaciones por cambio en la ploidía: aneuploidías y poliploidía. Papel evolutivo y en la mejora. Tema 9: La recombinación: concepto, modelo y enzimas implicadas. Grupos de ligamiento. Elaboración de mapas genéticos a diploides. Mapeo a organismos haploides. Recombinación en procariotas. Mapas de conjugación, transformación y transducción. Recombinación entre genomas víricos. Tema 10: Elementos transponibles: dinámica. Transposición vía DNA: elementos Ac en el maíz y elementos P en Drosophila. Transposición vía RNA: Retrovirus y retrotransposones.
Unidad 4: Código genético, expresión, regulación genética y genética del desarrollo Tema 11: El código genético. Descripción. Universalidad y excepciones. Confirmación in vivo. Genes solapados. Concepto de gen. Expresión de la información genética. La transcripción de genes procariotas y eucariotas. Traducción. Tema 12: Regulación de la actividad genética en bacterias. Regulación de la actividad génica en eucariotas. Distintos niveles de regulación. Tema 13: Genética del desarrollo. Principios básicos de la diferenciación celular en eucariotas. Actividad genética diferencial e inducción celular. Totipotencia. Linajes celulares en Caenorhabditis. Mapas de destino en Drosophila.
Gen: Unidad de la herencia. Lleva información en cada característica. Unidad funcional del DNA. Región de DNA capaz de producir un RNA funcional en un momento y un lugar concreto. Cada forma concreta de un gen es un alelo. Cromosoma: Cada célula tiene una o dos copias de la dotación completa del DNA o genoma. Cada genoma está constituido por moléculas llamadas cromosomas. Genotipo: Dotación de alelos de un individuo. Base del fenotipo Fenotipo: Forma en la que se expresa un carácter. Mutaciones: Las mutaciones son cambios en la secuencia del DNA, pueden ser espontáneas o inducidas. Las mutaciones son la fuente primaria de la variación y generan nuevos alelos. Selección: Los diferentes fenotipos pueden tener una diferente capacidad de reproducción y supervivencia (eficacia biológica). La selección favorecerá la mayor eficacia. Gen: Factor genético que ayuda a determinar una característica (una región del DNA) Alelo: Una de las dos o más formas alternativas de un gen Locus: Lugar específico ocupado por un alelo en un cromosoma Genotipo: Conjunto de alelos que posee un organismo individual Heterocigoto: Un individuo que posee dos alelos diferentes en un determinado locus. Homocigoto: Un individuo que posee dos alelos iguales en un determinado locus Fenotipo o rasgo: Apariencia o manifestación de una característica Carácter o característica: Atributo o cualidad Dominancia: El fenotipo del heterocigoto es igual al de uno de los homocigotos Dominancia incompleta: El fenotipo del heterocigoto es intermedio entre los fenotipos de los dos homocigotos (cae dentro del espectro). Ej.: Color de flores. Codominancia: El fenotipo del heterocigoto incluye los fenotipos de ambos homocigotos. Ej.: Grupo sanguíneo. Exonucleasas: Enzimas que funcionan escindiendo nucleótidos uno a uno a partir del extremo terminal (exo) de una cadena polinucleotídica. Endonucleasas: Enzimas que catalizan la ruptura de enlaces fosfodiéster en diferentes regiones ubicadas en el interior de una cadena polinucleotídica. Esto las diferencia de las exonucleasas, que catalizan la escisión de enlaces fosfodiéster en los extremos de las cadenas.
Fenotipo = Genotipo + ambiente
Genética Ciencia que estudia los fenómenos de la herencia, la variación y la transmisión de las características de generación a generación. Vida basada en el DNA, molécula que sirva para transmitir los caracteres. (Todos lo tienen). Diagnóstico y tratamiento de enfermedades y trastornos. Evolución. Cambios en el DNA Diversidad genética. Estudio de los genes. Idea de lo que somos. Ni siquiera los gemelos univitelinos son iguales genéticamente pero casi. Biotecnología. Capacidad para cambiar el DNA.
La genética puede dividirse en tres áreas principales:
Las tres principales áreas de la genética y los temas que tratan Genética clásica Genética molecular Genética evolutiva Principios de Mendel Meiosis y mitosis Determinación del sexo Ligamiento al sexo Cartografía cromosómica Citogenética (alteraciones cromosómicas)
Estructura del DNA Química del DNA Transcripción Traducción Clonación del DNA Regulación de la expresión génica Mutación y reparación del DNA Herencia extracromosómica
Genética cuantitativa Equilibrio Hardy-Weinberg Supuestos del equilibrio Evolución Especiación
Preformaciones La teoría de preformaciones fue una idea popular de la herencia durante los siglos XVII y XVIII. El desarrollo de un embrión no es más que el crecimiento de un organismo que estaba ya preformado (homúnculo). El preformacionismo se opone al epigenetismo, según el cual el organismo no está preformado en el cigoto, sino que se desarrolla como resultado de un proceso de diferenciación a partir de un origen material relativamente homogéneo.
Pangénesis La pangénesis se piensa porque se desconocen las células ya que todavía no existía el microscopio.
Plasmática-germinativa moderna En comparación de la teoría de la pangénesis, la teoría plasmática-germinativa tiene un concepto más complejo de la herencia.
Todas las células tienen DNA Desconocen si son o no proteínas, pensaban que en las proteínas estaba la herencia genética.
La cantidad de DNA en la célula es constante. Observado mediante la reacción de Feulgen. En 1912, Feulgen descubrió que al hidrolizar el DNA (con ácido) y añadió el reactivo de Schiff, que da una reacción roja, debida al grupo aldehído del azúcar desoxirribosa, exclusiva del DNA. Solo los cromosomas presentan esta reacción. SI el DNA es degradado con enzimas, no hay reacción de Feulgen. Relación de DNA/proteínas Si bajas en la escala biológica hay más DNA que proteína. Valor C La cantidad de DNA por célula se incrementa en la escala evolutiva, ya que hay una mayor complejidad y por lo tanto necesita más información. Las excepciones se conocen como paradoja del valor C. Sensibilidad de radiaciones UV Trabajos de Caspersson. Correspondencia en la absorción ultraviolada En 1939, Knapp y Schreiber observan que irradiando la hepática Sphaerocarpos donnellii presentan más cambios hereditarios (mutaciones) que cuando se irradiaban a otras longitudes de onda. Hollander y Emmons demuestran hechos similares en hongos. Observaciones de duplicación Cicle celular y a la meiosis. No elimina problema con proteínas.
Al mismo tiempo que las pruebas indirectas. Demuestran que la base de la herencia está en el DNA. Transformación bacteriana Las capsulas que engloban la pared celular de la bacteria Streptococcus pneumoniae consiste en polisacáridos específicos: Las de tipo II, determinan la formación de anticuerpos en el conejo que diferencia de los formados con la capsula del tipo III. Pueden aparecer mutaciones donde las bacterias no presentan capsulas, son rugosas e inofensivas. Al contrario, las bacterias con capsulas tienen aspecto liso y son virulentas.
El DNA es el suporte de las proteínas
Experimento pragmático: Deja claro lo que quiere explicar sin dejar ninguna duda.
Experimento de Griffith , en 1928, demostró que las bacterias muertas por calor se podían transformar.
Experimentos de Avery, MacLeod y McCarty , en 1944, se demuestran que el principio transformante era el DNA.
Watson y Crick no descubrieron el DNA sino que descifraron la estructura del DNA. Se basaron para descubrir la doble hélice en: Regla de Chargaff Medico norteamericano que gracias a que examino las vendas del pus de sus pacientes descubrió que el pus eran los glóbulos blancos que contenían DNA. Solución de DNA viscosa que al proporcionar calor se volvía una solución de DNA no viscosa. El calor causa un cambio en las propiedades físicas del DNA sin romper los enlaces covalentes. Rayos X Watson y Crick purificaron el DNA y pasaron rayos X obteniendo una difracción de los rayos X producido por la fibra del DNA.
Los cristales de una substancia se bombardean con rayos X, el esparcimiento entre los átomos dentro del cristal determina el patrón de difracción, que aparece como puntos sobre una película fotográfica. LA interpretación del patrón de difracción producido por el DNA proporciona información acerca de la estructura molecular (su doble hélice).
Los nucleótidos están unidos por enlaces diéster fosfóricos
Características: Autoreplicable: DNA: cadenas antiparalelas Los pares T-A tienen dos puentes de hidrógeno Los pares G-C tienen tres puentes de hidrógeno RNA: cadena única (5’ 3’) El uracilo remplaza la timina
El DNA y el RNA consisten en dos cadenas de polinucleótidos y tienen una unión fosfodiéster conecta el grupo fosfato 5’ con el grupo 3’-OH de los nucleótidos adyacentes.
Varias estructuras del DNA: DNA B: (típica) en presencia de agua y una secuencia usual. DNA A: (+ pequeña) aparece cuando las condiciones fisiológicas son anormales o hay poco agua. (dextrógira) DNA Z: (DNA con alta concentración de sal)
Bases de la herencia: azúcar, ácido fosfórico y una base nitrogenada Bases puricas: Adenina y Guanina Bases pirimidínicas: Citosina, Timina y Uracilo
Desoxirribosa: sin oxigeno Ribosa: grupo OH
La columna vertebral del DNA son las desoxirribosas ligadas por fosfatos.
La naturalización requiere dos reacciones reguladas: En la reacción de la nucleación se forman enlaces de hidrógeno entre dos filamentos sencillos complementarios: ésta es una reacción bimolecular de segundo orden. En la reacción de ziperización (“cremallerización”) se forman los enlaces de hidrógeno entre todas las bases de los filamentos complementarios. Ésta es una reacción unimolecular de primer orden.
Curvas de renaturalización. Todas las secuencias son únicas y tienen la misma probabilidad de encontrar a su complementaria para formar la doble hélice.
PROPIEDADES FUNDAMENTALES DEL MATERIAL HEREDITARIO Ser capaz de dar gran cantidad de información o El modelo de Watson y Crick supone que la información se codifica en la secuencia de las bases. Poder replicarse de una forma fiel o Las cadenas complementarias lo hacen posible Capacidad de traducirse sus instrucciones al fenotipo o Se puede hacer mediante la transcripción y la traducción Las proteínas de los cromosomas sirven de anclaje
Calor Desnaturalización Unión con un mínimo contacto es más fácil la unión
El DNA es una molécula muy larga y un ácido de carga negativa que contiene la información genética. Éste se condensa hasta formar la cromatina. Cuando se une a proteínas básicas, como lo son las histonas o las protaminas, la estructura se compacta mucho.
La cromatina tiene una estructura muy compleja con varios niveles de organización. Es un conjunto de DNA, histonas y proteínas no histónicas que se encuentran en el núcleo y constituye el genoma de las células eucariotas.
El nucleosoma es la unidad fundamental de compactación con proteínas histonas , aminoácidos con carga positiva, que se repite para formar la cromatina. Cada nucleosoma está compuesto por una estructura voluminosa llamada core seguida por un “Linker” (eslabón).
El core está compuesto por un octámero de histonas contiene dos copias de H2A, H2B, H 3 y H4. (Los 4 tipos). Esta estructura está rodeada por un tramo de DNA. El Linker está formado por un tramo de DNA que une un nucleosoma con otro y una histona H 1.
En el caso de los espermatozoides, el DNA se une a las proteínas de carácter más básico, las protaminas. El DNA se enrolla sobre las protaminas formando una estructura muy compacta (estructura cristalina del DNA).
El sobre enrollamiento que sufre el conjunto del nucleosoma recibe el nombre de solenoide. Los solenoides, un mecanismo de compactación, se enrollan formando la cromatina del núcleo. Cuando la célula entra en división, el DNA se compacta más, formando cromosomas.
La saliva sería un ejemplo de cromosomas politécnicos, es decir, cromosomas que se han replicado pero no se han separado. En las bacterias, el DNA es circular ( “lo que funciona sigue ”)
El engrosamiento cromosómico ( puffs ) son regiones de cromatina relajada donde hay una transcripción activa. La cromatina se ha despiralizado y ese gen se puede expresar.
Fibras de cromatina = 100Å Fibra empaquetada = 300Å 10pb = 3,4nm
El centrómero es la región del cromosoma formado por DNA altamente repetitivo más el cinetocoro. Un DNA corto, con secuencias muy repetitivas, no codificante (DNA satélite). En el centrómero se enganchan los brazos del cromosoma y se usa para separarlas.
El cinetocoro es una estructura proteica que sirve como un lugar de unión de los microtúbulos durante la mitosis y la meiosis.
Los telómeros son extremos estabilizadores del cromosoma, formados por DNA satélite por eso no se pierde información por los 4 o 5 nucleótidos que no se codifican. La telomerasa es una enzima que alarga los telómeros.
La cadena rica en G es más larga que la cadena rica en C. En los mamíferos, la cadena rica en G se pliega sobre sí misma y se empareja con una secuencia corta del DNA para formar un bucle en t (t-loop)
Característica del cromosoma Al teñirlo con pigmentos básicos para que se unan al DNA aparecen bandas.
Tiñe las regiones más condensadas. Podemos identificar las parejas de cromosomas gracias a su tinción. Se llaman BANDAS G por el tinte. La misma tinción de Giemsa tratada con sosa (NaOH), muestra el DNA de protección y las bandas se llaman BANDAS C. Representa la heterocromatina constitutiva (DNA satélite) La tinción inversa de las bandas G, se llaman BANDAS R.
HERENCIA EXTRACROMÓSOMICA Efecto materno Conchas de caracoles: El fenotipo está en la función del genotipo de la madre. En los caracoles el alelo autosómico dominante es el dextrógiro. En el caso de que el caracol que hace de macho es dextrógiro y el caracol que hace de hembra es levógiro, los descendientes serán levógiros, si estos se autofecundan, los descendientes de la segunda generación serán dextrógiros. Todo depende de la información genética de la madre y no del individuo.
Conservativa: El DNA se copia igual al original. Dispersiva: Se copia a trozos. Hay una mezcla de DNA original y DNA nuevo Semiconservativa: La doble hélice del DNA se abre y se replica, dejando una cadena con DNA original y otra con DNA nuevo. En las bacterias, el DNA original desaparece.
REPLICACIÓN SEMICONSERVATIVA: Experimento de Meselson y Stahl (1958) Meselson y Stahl hicieron un experimento para descubrir qué tipo de modelo de replicación del DNA se desarrolla. Cogieron la E. coli y lo pusieron en un medio con N marcado (N^15 ). Centrifugaron y vieron que el DNA de las bacterias cultivadas en un medio N^15 aparece como una banda única.
Entonces, trasfirieron y replicaron las bacterias cultivadas en un medio N^14 y volvieron a centrifugar. Después de un ciclo de replicación, el DNA aparece como una banda única de peso intermedio.
Después de un segundo ciclo de replicación en el medio N^14 , el DNA revela dos bandas, una ligera y otra de peso intermedio. Las muestras tomadas después de ciclos adicionales de replicación revelan dos bandas, tal como en el proceso anterior (el segundo ciclo), una banda intermedia y una banda superior del DNA mezclado con N^14
Finalmente, se llegó a la conclusión de que la replicación del DNA de E. coli es semiconservativa. Si la replicación fuera conservativa habría dos bandas al final y si fuera dispersiva, en vez de dos bandas, habría una banda intermedia por la mezcla de DNA original y el nuevo o habría una banda intermedia envuelta con más bandas.
REPLICACIÓN DEL DNA Kornberg y sus colaboradores, en 1957, aislaron un DNA polimerasa a partir de E. coli que podía sintetizar DNA in vitro. Cogieron 4 nucleótidos fosfatos de un DNA molde y le añadieron la enzima de Kornberg más Mg2+, para estabilizar el DNA y dio como resultado el DNA molde, su cadena complementaria y pirofosfato.
La adición del nucleótido se hacía añadiendo un nucleótido al grupo hidroxilo en el carbono 3’ de la desoxirribosa en un extremo de la cadena. También demostraron la polaridad opuesta de las dos cadenas, cadenas antiparalelas unidas por puentes de H.
Componente Función Componente Función Proteína de iniciación Se une al origen y separa las cadenas de DNA para iniciar la replicación
DNA primasa
Sintetiza cebadores cortos de RNA para proporcionar un grupo 3’-OH para la unión de los nucleótidos de DNA DNA helicasa Desenrolla el DNA en la horquilla de replicación
DNA polimerasa III
Alarga una nueva cadena de nucleótidos a partir del grupo 3’-OH provisto por el cebador. Proteínas de unión a la cadena simple
Se une al DNA de cadena simple y evita la formación de estructuras secundarias
DNA polimerasa I
Elimina los cebadores cortos de RNA y los sustituye por moléculas de DNA
DNA girasa (tipo de topoisomerasa)
Se mueve proximal a la horquilla de replicación y corta y vuelve a unir el DNA de doble hélice para liberar la tensión que se produce como resultado del desenrollamiento en la horquilla de replicación.
DNA ligasa
Une fragmentos de Okazaki por medio del sellado de las muescas en la estructura de azúcar-fosfato del DNA recién sintetizado.
Replicación de E. coli Las proteínas de iniciación se unen a oriC, el origen de replicación y producen el desenrollamiento de un segmento corto de DNA. El desenrollamiento permite que la helicasa y otras proteínas de unión a la cadena simple se unan al DNA de monocatenario.
Replicación por el círculo rodante Se hace un pequeño corte en una de las cadenas El extremo 5’ de la cadena se puede unir a la membrana celular La otra cadena, aunque de forma circular, serviría de molde para generar cadenas complementarias, girando y alejándose del punto de anclaje. De esta manera, se genera una cadena larga que está unidad a la membrana y que puede servir de molde para generar la doble hélice. o Aplicaciones: Crecimiento del fago Lambda Transferencia del factor F de E. coli Replicación de secciones particulares de DNA a Xenopus (anfibios)
Síntesis de la cadena complementaria rica en C en los extremos: Replicación convencional: la DNA polimerasa sintetiza un primer de RNA complementario al extremo 3’ de la cadena extendida rica en G y alarga la cadena (5’3’). La eliminación de este primer vuelve a dejar un espacio al extremo 5’ del cromosoma pero no se pierde información ya que la telomerasa ya la había alargado antes muchas veces. La estructura de las telomerasas están formadas por RNA y DNA, se coloca en los extremos del DNA tomando como molde RNA para alargar el DNA (propiedad de transcripción inversa) Automáticamente se hace la cadena complementaria que necesita un primer. Para que no se acorte el DNA Formar una especie de tampón La cadena rica en G del extremo del telómero se puede doblar sobre sí mismo y actuar como un primer. Retrovirus Un retrovirus utiliza la transcripción inversa para incorporar su RNA al DNA del huésped. Estructura de un retrovirus típico. Se observan dos copias del genoma del RNA de cadena simple y de la enzima transcriptasa inversa encerrada dentro de la cápside proteica. La cápside está rodeada por una cubierta viral que contiene glicoproteínas virales incrustadas Ciclo de vida del retrovirus.
Transcriptasa inversa RNA como molde sintetiza el DNA complementaria que se mete en el DNA de la célula. Se transcribe el RNA del virus se va a los ribosomas crea una capsula y se va a otra célula a infectarla.
Mitosis: Clonación celular. La célula original se divide en dos células iguales. Fases: Profase: El material cromosómico llamado cromatina se condensa y aparece gradualmente como barras cortas. La membrana del núcleo y una porción contenida en él llamado nucléolo se desintegran y aparece una nueva estructura llamada huso mitótico. Consiste de microtúbulos que se extienden por la célula. Metafase: Los pares de cromátidas se mueven hacia el centro o ecuador de la célula. Las cromátidas se disponen en una fila. El centrómero de cada par de cromátidas se pega a una fibra del huso mitótico. Anafase: El centrómero de cada par se divide y los cromosomas separados son tirados hacia los polos del huso mitótico por las fibras del huso que se han pegado al cinetocoro. Telofase: Los cromosomas toman la forma de hilos, se alargan y quedan como estaban al comienzo de la profase. El huso mitótico se rompe, reaparece el nucléolo y se forma una membrana nuclear alrededor de los cromosomas, los cuales pasan a un estado no condensado o cromatina. Se forman dos núcleos hijos (cariocinesis) y el citoplasma también completa su división (citocinesis) mediante un pegamento de la membrana que comienza desde la periferia en la parte media y progresa hacia el centro de la
En los adultos, las telomerasas dejan de funcionar
Parásitos: Mata al huésped poco a poco porque lo necesita para vivir.
Recombinación del DNA Entrecruzamiento Son lo mismo pero la recombinación genética es un proceso genético y el entrecruzamiento es un proceso físico citológico.
célula, de tal manera que finalmente se obtienen dos células hijas con igual dotación cromosómica y citoplasmática. Meiosis: Reducción de cromosomas Después de la meiosis, la célula sufre una mitosis para duplicar las células n. En vez de dos células tenemos 4, ya que no hay gasto energético. A diferencia de la mitosis, los cromosomas se entrecruzan produciendo una recombinación genética, que otorga variabilidad genética, se produce en la profase, para la adaptación del medio ambiente.
Los cromosomas se rompen y se vuelven a unir, este es un proceso muy difícil y complicado.
Fases: Meiosis I Profase I: Los cromosomas se condensan y establecen sinapsis. Se produce el entrecruzamiento y se rompe la envoltura nuclear y se forma el huso mitótico. Metafase I: Los pares de cromosomas homólogos se alinean sobre el plano ecuatorial Anafase I: Los dos cromosomas de cada par homólogo se separan y se mueven hacia los polos opuestos Telofase I: Los cromosomas alcanzan los polos del huso. Citocinesis: El citoplasma se divide para producir dos células, cada una con la mitad del número original de cromosomas. Intercinesis: En algunas células, el huso se rompe, los cromosomas se relajan y se forman una envoltura nuclear nueva, pero no hay síntesis de DNA. Meiosis II: Profase II: Los cromosomas se condensan, se forma el huso y la envoltura nuclear se desintegran. Solo las células en las cuales el huso se ha roto, los cromosomas se han relajado y la membrana nuclear se ha formado nuevamente en la telofase I. Otros tipos de células pasan directamente a la metafase II después de la citocinesis. Metafase II: Los cromosomas individuales se alinean sobre el plano ecuatorial Anafase II: Las cromátidas hermanas se separan y migran como cromosomas individuales hacia los polos del huso Telofase II: Los cromosomas alcanzan los polos del huso, el huso se rompe y la envoltura nuclear se forma nuevamente. Citocinesis: Se divide el citoplasma.