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Introducción a la genética
Tema 1- La ciencia de la Genética
Es la ciencia de la herencia y su variación en los seres vivos.
Historia
Se dice que la Genética empieza en 1900. En el S.IX a.C. tenían claro que los caracteres se heredan y que además se pueden dirigir (gracias a estudios de plantas de la palmera). Con los griegos empieza a haber indicios de explicación genética: ESCUELA HIPOCRÁTICA ‘lo que se copian son tejidos de partes del cuerpo que van por la sangre hasta el semen y por eso si tiene una enfermedad, el hijo la tendrá (- la mujer no tienen ningún papel) ARISTÓTELES la mujer aporta materia EDAD MEDIA aceptaban la teoría de los griegos, por lo tanto la mujer no aporta nada de interés. SIGLOS XVII y XVIII se desarrolla el microscopio: dicen que hay un hombre pequeño en el espermatozoide y solo hace falta que la mujer aporte la materia (homúnculo), pero esa teoría tenia los dedos contados. Los embriólogos trabajaban paralelamente y había cosas que no se ajustaban: la reproducción genera un individuo y este va cambiando. Linneo es un profundo fijista, dice que las especies no cambian y no esta de acuerdo con los embriólogos. SIGLO XIX es el siglo de oro: aparece la teoría atómica, la molecular, lanmark, Darwin…
Lanmark rescata la teoría de los griegos de que la descendencia hereda. También explica lo de las jirafas que estiran el
cuello. Algunos experimentos tienen base lamarckiana en bacterias, porque sino no se podrían explicar.
Darwin es un lamarckiano convencido: un individuo adulto hace copias del cuerpo tanto en mujeres como en hombres
(génulas) y el descendiente es la mezcla de las dos génulas, por ejemplo de la oreja o del cuello de la jirafa. Y dice que tienen mas hijos y mas génulas las de cuello alto que pequeño.
Weisman intentó decir algo en contra de Darwin: cortaba los rabos de las ratas y seguían teniendo rabos las generaciones,
dice que existe el somatoplasma y el germoplasma, que son dos tipos de tejido. El germoplasma es el tejido reproductor, los cambios que ocurran ahí, se heredan, los del somatoplasma no. Estro esta derivado en tejido somático y el germinal, que es algo que consideramos correcto.
Mendel también quería decir algo en contra de Darwin. Estuvo Cruzando guisantes en un monasterio y en 40 años no se
le hizo caso, sobre todo porque iba contra Darwin, pues decía que los genes no se mezclaban, sino que se mantienen de forma discreta.
Dalton , primo de Darwin, investigador del daltonismo que el mismo padecía.
AÑO1900 hubo tres investigadores que llegaron a la misma conclusión que Mendel: Los botánicos Hugo de Vries, Carl Correns y Eric Von Tschermak redescubren el trabajo de Gregor Mendel y recordaron que el ya lo había descubierto, así que tuvieron en cuenta su trabajo. Todo en los humanos es genético. A partir de ese año comienza la revolución de los descubrimientos.
Conceptos básicos de Genética
¿Qué es la Genética? La Genética es la rama de la Biología que trata de la herencia y de su variación. La herencia se refiere a que la descendencia tiende a asemejarse a sus padres, basándonos en el hecho de que nuestro aspecto y función biológica, es decir, nuestro fenotipo , viene determinado en gran medida por nuestra constitución genética, es decir, nuestro genotipo. No obstante, hemos de tener en cuenta que la expresión de numerosos genes, y con ello, la manifestación de los fenotipos correspondientes, está condicionada por factores ambientales.Esta disciplina abarca el estudio de las células, los individuos, sus descendientes, y las poblaciones en las que viven los organismos. Los genéticos investigan todas las formas de variación hereditaria así como las bases moleculares subyacentes de tales características. Así pues la Genética se ha dividido en tres grandes ramas: Genética clásica (también llamada genética mendeliana o de la transmisión), Genética molecular y Genética de poblaciones. ¿Cuál es el centro de la herencia en la célula? Los organismos eucariotas se caracterizan por la presencia de un núcleo en el que se encuentra el material genético. En los procariotas, como las bacterias, el material genético se encuentra en un área no limitada, pero reconocible, de la célula denominada nucleoide. En los virus, el material genético está enfundado en una cubierta proteica denominada cabeza o cápsula viral.
¿Qué es el material genético? Tanto en eucariotas como en procariotas el DNA ( ácido desoxirribonucleico ) es la molécula que almacena la información genética. El RNA ( ácido ribonucleico ) constituye el material genético de algunos virus. Éstos son los dos tipos de ácidos nucleicos que se encuentran en los organismos. Los ácidos nucleicos, juntamente con hidratos de carbono, lípidos y proteínas, forman las cuatro clases principales de biomoléculas orgánicas que caracteriza la vida en nuestro planeta. ¿Qué es un gen? En términos sencillos, el gen es la unidad funcional de la herencia. En términos químicos es una cadena lineal de nucleótidos (los bloques químicos que constituyen el DNA y el RNA). Una definición más conceptual es considerarlo como una unidad de almacenamiento de información capaz de sufrir replicación, mutación y expresión. ¿Qué es un cromosoma? El material genético se encuentra empaquetado en unidades discretas , denominadas cromosomas. Aunque algunos virus poseen varios cromosomas, la mayoría presentan sólo uno, constituido por una molécula única de DNA o RNA. Según el tipo de virus, la molécula puede ser unicatenaria o bicatenaria, lineal o circular. El cromosoma bacteriano consiste en una estructura integrada por una molécula circular y bicatenaria de DNA asociada a proteínas y RNA. Algunas bacterias poseen elementos genéticos adicionales denominados plásmidos , de pequeño tamaño y también de DNA bicatenario y circular.En las células eucariotas, cada cromosoma consiste en una molécula de DNA bicatenario asociada con proteínas básicas denominadas histonas, y con otras proteínas no histónicas. La función de las histonas es la de constituir el soporte estructural del DNA en una fibra de estructura compleja, la cromatina , cuya subunidad básica es el nucleosoma. ¿Cuándo y como puede visualizarse un cromosoma? En eucariotas, los cromosomas son visualizables más fácilmente con el microscopio óptico cuando están en mitosis o en meiosis. Después de la división, este material, llamado cromatina, se desespiraliza en la interfase y se puede estudiar más fácilmente con el microscopio electrónico. ¿Cuántos cromosomas tiene un organismo? Aunque hay muchas excepciones, los miembros de muchas especies tienen un número específico de cromosomas, denominado número diploide ( 2n ), presentes en cada célula somática. Mediante un cuidadoso análisis, se ve que estos cromosomas están en parejas y cada miembro del par, cuando son visibles en la división celular, comparte casi la misma apariencia. Los miembros de cada par, denominados cromosomas homólogos , son idénticos en cuanto a su longitud y a la localización del centrómero, el punto en el que se unen las fibras del huso en la división. También tienen la misma secuencia de lugares génicos o loci y se aparean en la meiosis. El número de tipos diferentes de cromosomas de cualquier especie diploide es igual a la mitad del número diploide, que se denomina el número haploide ( n ). Otros organismos, especialmente muchos vegetales, se caracterizan por ser poliploides , en este caso, el número de tipos diferentes de cromosomas se llama número monoploide ( n ). ¿Qué se consigue durante los procesos de mitosis y meiosis? En células eucariotas existe un ciclo celular , dividido en dos fases: interfase y mitosis. La interfase se compone a su vez de tres fases: G1, S, G2. La replicación del DNA de los cromosomas tiene lugar durante la fase S al término de la cual cada célula presenta 2n cromosomas y 4n cromátidas. La mitosis (fase M) o división celular se compone a su vez de cuatro fases: profase (durante la cual los cromosomas se hacen visibles como estructuras con dos cromátidas); metafase (durante la cual los cromosomas se disponen en el plano ecuatorial de la célula unidos al huso acromático); anafase (durante la cual tiene lugar la separación de cromátidas); telofase (fase de reconstitución del núcleo). Al final de la mitosis cada célula hija presenta 2n cromosomas y 2n cromátidas. La meiosis es un proceso especial de división celular que da lugar a la aparición de cuatro gametos haploides, los cuales, reciben uno de los miembros de cada una de las parejas de cromosomas homólogos, a partir de una célula diploide. Este proceso consta de dos mitosis sucesivas, denominadas primera y segunda división meióticas. Durante la primera profase tiene lugar el apareamiento de cromosomas homólogos y el intercambio de material genético (entrecruzamiento). Durante la primera anafase cada cromosoma homólogo migra hacia un polo (n cromosomas, 2n cromátidas) y durante la segunda anafase tiene lugar la separación de cromátidas (n cromosomas, n cromátidas). Al final de la meiosis cada célula hija presenta n cromosomas y n cromátidas. ¿Cuáles son las causas de la variación genética? Hay dos causas de variación genética: las alteraciones cromosómicas estructurales y alteraciones cromosómicas numéricas. Entre las primeras, también llamadas aberraciones cromosómicas , se encuentran la duplicación, la delección y la reordenación de segmentos de cromosomas (inversiones, translocaciones, fusiones y fisiones o cambios robertsonianos). Las formas alternativas de un gen, que se producen como consecuencia de la mutación, se denominan alelos. Frecuentemente, aunque no siempre, la variación genética da lugar al cambio de alguna característica del organismo. Una vez que forma parte del repertorio genético del organismo, tal variante puede extenderse por toda la población mediante diversos mecanismos reproductivos.
Gen (del griego genos = nacimiento) son segmentos específicos de ADN (cromosoma) responsable de un determinado carácter; son la unidad funcional de la herencia. En eucariotas un 5% son genes, el resto son secuencias intergénicas. El 50 % del genoma son frecuencias repetidas y en procariotas los genomas son circulares donde la mayor parte son secuencias codificantes muy poco repetidas y las no codificantes. En un virus prácticamente todo es codificante. Alelo : Formas alternativas de un gen en un mismo locus. Por ejemplo 2 posibles alelos en el locus v de la cebada son v y V. El término de alelo ó alelomorfo fue acuñado por William Bateson; literalmente significa "forma alternativa". Locus : es el lugar específico de un gen en un cromosoma Homocigoto : organismo que tiene dos copias o alelos iguales de un gen en los dos homólogos, también llamado raza pura. Heterocigoto: cuando los dos alelos son diferentes, en este caso el alelo dominante es el que se expresa.
☺ HERENCIA Y FENOTIPO
DIVISIÓN CELULAR, CROMOSOMAS Y PRINCIPIOS BÁSICOS DE LA HERENCIA DE UNO O
VARIOS GENES
Tema 2- División celular y cromosomas
El ciclo celular y su regulación
El ciclo celular es el proceso ordenado y repetitivo en el tiempo mediante el cual las células crecen y se divide dando lugar, en la mayoría de los casos, a dos células hijas. Las células que se encuentran en el ciclo celular se denominan «proliferantes» y las que se encuentran en fase G 0 se llaman células quiescentes.^1 Todas las células se originan únicamente de otra existente con anterioridad.^2 El ciclo celular se inicia en el instante en que aparece una nueva célula, descendiente de otra que se divide, y termina en el momento en que dicha célula, por división subsiguiente, origina dos nuevas células hijas. Interfase Es el período comprendido entre divisiones celulares. Es la fase más larga del ciclo celular, ocupando casi el 95% del ciclo, trascurre entre dos mitosis y comprende tres etapas:^4
← Fase G 1 (del inglés G rowth 1 ): Es la primera fase del ciclo celular, en la que existe crecimiento celular con síntesis de
proteínas y de ARN. Es el período que trascurre entre el fin de una mitosis y el inicio de la síntesis de ADN. Tiene una duración de entre 6 y 12 horas, y durante este tiempo la célula dobla su tamaño y masa debido a la continua síntesis de todos sus componentes, como resultado de la expresión de los genes que codifican las proteínas responsables de su fenotipo particular.
← Fase S (del inglés S ynthesis ): Es la segunda fase del ciclo, en la que se produce la replicación o síntesis del ADN, como
resultado cada cromosoma se duplica y queda formado por dos cromátidas idénticas. Con la duplicación del ADN, el núcleo contiene el doble de proteínas nucleares y de ADN que al principio. Tiene una duración de unos 6-8 horas.
← Fase G 2 (del inglés G rowth 2 ): Es la segunda fase de crecimiento del ciclo celular en la que continúa la síntesis de
proteínas y ARN. Al final de este período se observa al microscopio cambios en la estructura celular, que indican el principio de la división celular. Tiene una duración entre 3 y 4 horas. Termina cuando los cromosomas empiezan a condensarse al inicio de la mitosis. Fase M (mitosis y citocinesis)
Es la división celular en la que una célula progenitora (células eucariotas, células somáticas -células comunes del cuerpo-) se divide en dos células hijas idénticas. Esta fase incluye la mitosis, a su vez dividida en: profase, metafase, anafase, telofase; y la citocinesis, que se inicia ya en la telofase mitótica. Si el ciclo completo durara 24 h, la fase M duraría alrededor de media hora (30 minutos). REGULACIÓN DEL CICLO CELULAR Las ciclinas y las quinasas dependientes de ciclina, las principales moléculas que regulan el ciclo celular, que son universales en todos los organismos eucariotas), puede contemplarse desde la perspectiva de la toma de decisiones en puntos críticos, especialmente en la mitosis.^5 De este modo, se plantean algunas preguntas:^1 ¿Cómo se replica el ADN una única vez? Una pregunta interesante es cómo se mantiene la euploidía celular. Sucede que, en la fase G 1 , la Cdk(ciclina) promueve la adición a los complejo de reconocimiento del origen de replicación del ADN de unos reguladores llamados Cdc6, los cuales reclutan a Mcm, formando un complejo prerreplicativo del ADN, que recluta a la maquinaria de replicación genética. Una vez que se inicia la fase S, la Cdk-S produce la disociación de Cdc6 y su posterior proteólisis, así como la exportación al citosol de Mcm, con lo que el origen de replicación no puede, hasta el ciclo siguiente, reclutar un complejo prerreplicativo (las degradaciones proteolíticas siempren conllevan irreversibilidad, hasta que el ciclo gire). Durante G 2 y M se mantiene la unicidad de la estructura de prerreplicación, hasta que, tras la mitosis, el nivel de actividad Cdk caiga y se permita la adición de Cdc6 y Mdm para el ciclo siguiente. ¿Cómo se entra en mitosis? La ciclina B, típica en la Cdk-M, existe en todo el ciclo celular. Sucede que la Cdk(ciclina) está habitualmente inhibida por fosforilación mediante la proteína Wee, pero, a finales de G2, se activa una fosfatasa llamada Cdc25 que elimina el fosfato inhibidor y permite el aumento de su actividad. Cdk-M inhibe a Wee y activa a Cdc25, lo que produce una retroalimentación positiva que permite la acumulación de Cdk-M. ¿Cómo se separan las cromátidas hermanas? Ya en mitosis, tras la formación del huso acromático y superación del punto de restricción de unión a cinetocoros, las cromátidas han de eliminar su esqueleto de cohesinas, que las unen. Para ello, Cdk-M favorece la activación de APC, una ligasa de ubiquitina, por unión a Cdc20. Esta APC ubiquitiniza y favorece la ulterior degradación en el proteasoma de la segurina, inhibidor del enzima separasa que debe escindir las cohesinas. ¿Cómo se sale de mitosis? Una vez que los niveles de Cdk-M son altos, parece difícil detener la dinámica de mitosis y entrar en citocinesis: pues bien, esto ocurre porque la APC activada por la Cdk-M, y tras un lapso cuyo mecanismo de control es aún desconocido, ubiquitiniza a la ciclina B, produciendo el cese absoluto de actividad Cdk-M. ¿Como se mantiene el estado G 1? En la fase G 1 , la actividad Cdk está muy disminuida porque: APC-Hct1 (Cdc20 sólo actúa en mitosis) elimina toda ciclina B; se acumulan inhibidores de Cdk; la transcripción de ciclinas se ve disminuida. Para escapar de este reposo, se deben acumular ciclinas de G 1. Esto se controla mediante factores de proliferación celular, señales externas. Los mecanismos moleculares de activación de transcripción de genes de las fases S y G 2 necesarios para proseguir el ciclo son apasionantes: éstos genes están regulados por la proteína reguladora E2F, la cual se une a promotores de ciclinas G 1 /S y S. E2F está controlada por la proteína del retinoblastoma (Rb), la cual, en ausencia de factores tróficos, inhibe la actividad promotora de la transcripción de E2F. Cuando existen señales de proliferación, Cdk-G1 fosforila Rb, que pierde afinidad por E2F, se disocia de éste y permite que se expresen los genes de la fase S. Además, como E2F acelera la transcripción de su propio gen, las Cdk-S y G 1 /S fosforilan también a Rb y a Hct1 (activador de APC, que degradaría estas ciclinas), se produce una retroalimentación positiva. El ciclo celular es controlado por un sistema que vigila cada paso realizado. En regiones concretas del ciclo, la célula comprueba que se cumplan las condiciones para pasar a la etapa siguiente: de este modo, si no se cumplen estas condiciones, el ciclo se detiene.Existen cuatro transiciones principales: Paso de G 0 a G 1 : comienzo de la proliferación. Transición de G 1 a S: iniciación de la replicación. Paso de G 2 a M: iniciación de la mitosis. Avance de metafase a anafase Los genes que regulan el ciclo celular se dividen en tres grandes grupos:^6
- Genes que codifican proteínas para el ciclo: enzimas y precursores de la síntesis de ADN, enzimas para la síntesis y ensamblaje de tubulina, etc.
Sólo está involucrado un órgano, siendo normales los otros tejidos. El paciente tiene cáncer en el órgano afectado. Dentro de las "Anomalías adquiridas" se incluyen los tumores malignos. El término "constitucional" y "adquirido" son términos bastante generales, En el contexto de este artículo, el término de Anomalía Adquirida se utilizará exclusivamente en los casos de procesos malignos --------------------------------------------------- o también
HOMOGÉNEA:
Cuando todas las células (estudiadas) poseen la misma anomalía. ejemplo 1: en un gameto parental ocurre una anomalía constitucional (ejemplo + 21) que se encontrará en cada una de las células del hijo (trisomía 21 homogénea). ejemplo 2: en una leucemia, podemos encontrar una anomalía adquirida en todas las células de la médula ósea estudiadas (cuando el crecimiento de las células normales es inhibido por el proceso maligno (ejemplo la t(9;22) en la leucemia mieloide crónica (LMC)). Nota: En la práctica, se dice que una anomalía adquirida es homogénea cuando que no se observan células normales en el cariotipo.
MOSAICO:
Cuando sólo algunas células poseen una anomalía mientras que otras células son normales (o poseen otra anomalía). Así, podemos encontrar clones de células con un cambio particular, derivado de una célula original con una anomalía primaria. Ejemplo 1: Después de varias divisiones en el cigoto, ocurre un fenómeno de no-disyunción (ejemplo + 21). Sólo algunas células del embrión (y más tarde de las células del niño) poseerán la anomalía (46, XY/47, XY, +21). Ejemplo 2: Cambios cromosómicos muy comunes en leucemias y otros cánceres. Sólo un porcentaje de las mitosis poseen la anomalía, mientras que las otras células son normales. Pondremos un ejemplo de la leucemia linfoblástica aguda con un clon normal, un clon con un cambio específico, y un tercer clon con cambios adicionales (46, XY / 46, XY, t(4;11) / 46, XY, t(4;11), i(7q) ). ---------------------------------------- o también
NUMÉRICA :
Cuando existen uno (o más) cromosoma(s) en exceso (trisomía) (ejemplo +21) o pérdida (monosomía) (ejemplo XO si se pierde un gonosoma, o - 5). Nota: En los casos de anomalías numéricas el cariotipo está siempre desequilibrado.
ESTRUCTURAL :
Cuando existen cambios estructurales en los cromosomas, no necesariamente acompañado por un cambio numérico.
oSi no hay pérdida o ganancia de material genético el cambio está balanceado,
oSi hay deleción y/o duplicación de segmento(s) cromosómicos(s) el cambio está desequilibrado.
Tema 3- Principios básicos de la herencia de un único gen
Herencia Mendeliana
Las Leyes de Mendel son un conjunto de reglas básicas sobre la transmisión por herencia de las características de los organismos padres a sus hijos. Se consideran reglas más que leyes, pues no se cumplen en todos los casos, por ejemplo cuando los genes están ligados, es decir, se encuentran en el mismo cromosoma. Estas reglas básicas de herencia constituyen el fundamento de la genética. Las leyes se derivan del trabajo realizado por Gregor Mendel publicado en el año 1865 y el 1866 , aunque éste fue ignorado por largo tiempo hasta su redescubrimiento en 1900. Mendel publicó sus experimentos con guisantes en 1865 y 1866. A continuación se describen las principales ventajas de la elección de Pisum sativum como organismo modelo: su bajo coste, tiempo de generación corto, elevado índice de descendencia, diversas variedades dentro de la misma especie (color, forma, tamaño, etc.). Además, reúne características típicas de las plantas experimentales, como poseer caracteres diferenciales constantes. Pisum sativum es una planta autógama, es decir, se autofecunda. Mendel lo evitó emasculándola (eliminando las anteras). Así, pudo cruzar exclusivamente las variedades deseadas. También embolsó las flores para proteger a los híbridos de polen no controlado durante la floración. Llevó a cabo un experimento control realizando cruzamientos durante dos generaciones sucesivas mediante autofecundación para obtener líneas puras para cada carácter. Mendel llevó a cabo la misma serie de cruzamientos en todos sus experimentos. Cruzó dos variedades o líneas puras diferentes respecto de uno o más caracteres. Como resultado obtenía la primera generación filial (F1), en la cuál observó la uniformidad fenotípica de los híbridos. Posteriormente, la autofecundación de los híbridos de F1 dio lugar a la segunda generación filial (F2), y así sucesivamente. También realizó cruzamientos recíprocos, es decir, alternaba los fenotipos de las plantas parentales: ♀P1 x ♂P ♀P2 x ♂P
Analisis de Pedigríes
Como en cualquier otra especialidad médica, en genética adquiere enorme importancia el interrogatorio del individuo enfermo y sus familiares, pero, adicionalmente, es vital establecer los lazos de parentesco entre los individuos afectados y los supuestamente sanos, por eso se utiliza el llamado árbol genealógico o pedigree en el que mediante símbolos internacionalmente reconocidos se describe la composición de una familia, los individuos sanos y enfermos, así como el número de abortos, fallecidos, etc.
Definiciones:
Locus/loci lugar/es donde se localiza un gen particular en un cromosoma Alelo Uno de los posibles estados mutacionales, se distingue de otros por sus efectos fenotípicos.
Tema 4- Principios básicos de la herencia de varios genes independientes
Principio de la segregación independiente
El Principio de la Segregación o Primera Ley de Mendel, propone la separación de los factores apareados durante la formación de los gametos, donde cada gameto recibe uno u otro factor durante su formación. Los organismos portan dos factores (alelos) por cada carácter. Estos factores se separan durante la formación de los gametos. Una versión en hipertexto (en Alemán o Ingles) del trabajo original de Mendel en 1865 se consigue siguiendo este enlace. Consecuencias de la segregación Alelos : se sabe ahora que cualquier gen presenta dos formas diferentes o alelos Homo- y Heterocigosis: determinada por la combinación de los dos alelos de un gen.. Fenotipo: expresión de las características genéticas o genotipo. Cuadro de PUNNET Es un mecanismo muy útil a la hora de considerar las posibles combinaciones de gametos. Por ejemplo, en la F1 todas las plantas del cruzamiento monohíbrido entre plantas altas y bajas dieron altas. El cuadro de Punnett permite calcular el resultado de la F2:
Cruce dihibrido y polihibrido
Mendel entendió que era necesario realizar su experimento en una situación más compleja y realizó experimentos siguiendo dos caracteres de las semillas: forma y color. Un entrecruzamiento concerniente a dos caracteres se conoce como cruzamiento dihíbrido en oposición al cruzamiento de una sola característica o, monohíbrido. La generación F2 resultante no muestra la característica relación fenotípica 3:1 dominante: recesivo. Los dos caracteres, si consideramos que se heredan independientemente, "calzan" dentro del principio de la segregación. En vez de los 4 posibles genotipos de un monohíbrido, el cruzamiento dihíbrido tiene 16 posibles genotipos. Cruzamientos con dos caracteres Las semillas lisas (S) son dominantes respecto a la semillas rugosos (s). El color amarillo (Y) es dominante sobre el verde (y). Una vez más, la meiosis nos ayuda a entender el comportamiento de los alelos. Mendel partió de razas puras que tenían plantas con semillas lisas y amarillas, y las cruzó con razas puras de plantas con semillas verdes y arrugadas. Todas las semillas de la generación F1 tenían semillas lisas y amarillas. Las plantas de la generación F2 se obtuvieron por autofertilización, y produjeron cuatro fenotipos:
- 315 lisas y amarillas
- 108 lisas verdes
Teoría cromosomica de la herencia
Cuando Mendel realizó sus experimentos, no se conocía la existencia de la molécula de ADN ni, por tanto, que esta se encontrara en los cromosomas. Los investigadores de finales del siglo pasado y principios del actual elaboraron la teoría cromosómica de la herencia mendeliana, según la cual los genes residen en los cromosomas. En 1902, Sutton, en EEUU, y Boveri, en Alemania, observaron que había un paralelismo entre la herencia de los factores hereditarios y el comportamiento de los cromosomas durante la meiosis y la fecundación, por lo que dedujeron que los factores hereditarios residían en los cromosomas. Esta afirmación sirvió de base para la formulación de la teoría cromosómica de la herencia unos años más tarde. Más tarde, Morgan descubrió que muchos caracteres hereditarios se transmiten juntos, como por ejemplo, el color del cuerpo de la mosca, el color de los ojos, el tamaño de las alas, etc. Después de efectuar numerosos cruces comprobó que había cuatro grupos de genes que se heredaban ligados. Se llegó a la conclusión de que los genes estaban en los cromosomas y que estos se encontraban en el mismo cromosoma tendían a heredarse juntos, por los que se denominó genes ligados. Posteriormente, Morgan determinó que los genes se localizan sobre los cromosomas de forma lineal y que el intercambio de fragmentos de cromosomas se corresponde con el fenómeno de la recombinación. También afirmó que los cromosomas conservan la información genética y la transmiten de generación mediante la mitosis. Todas estas observaciones permitieron a Morgan elaborar la teoría cromosómica de la herencia.
Tema 5- La herencia de genes ligados
Ligamiento vs segregación independiente
Los genes segregan independientemente si están en diferentes cromosomas pero muestran ligamiento si están en el mismo cromosoma. Los genes que están en el mismo cromosoma tienden a segregar juntos. Debe diferenciarse entre heteocigosis en cis y en trans GRUPO DE LIGAMIENTO = CROMOSOMA
Ligamiento completo o parcial de genes situados en el mismo cromosoma
LIGAMIENTO ABSOLUTO O TOTAL → solo se producen gametos de tipo parental porque no suceden entrecruzamientos entre los genes de interés. LIGAMIENTO PARCIAL → Ocurren entrecruzamientos entre os genes ligados y se obtienen gametos parentales y gametos recombinantes. LIGAMIENTO, PERO SEGREGACIÓN EQUIVALENTE A GENES INDEPENDIENTES → Entre lo genes se producen siempre entrecruzamientos por lo que se obtienen tantos gametos parentales como recombinantes.
Recombinación meiótica y mapeo genético
La recombinación en la meiosis se da en Citología. Mapeo Genético Objetivo : determinar la frecuencia con que 2 loci son separados por recombinación meiótica.
- Fracción de recombinación: es la proporción de recombinantes entre 2 loci.
- Genes localizados en distintos cromosomas segregan independientemente >>> 50% de recombinantes >>> 0.
- Genes sinténicos: genes localizados en el mismo cromosoma.
- Haplotipo: conjunto de alelos localizados en una pequeña región que tienden a ser transmitidos en bloque.
- La fracción de recombinación es una medida de la distancia entre 2 loci >>> distancia genética se mide en cM, centimorgan) >>> 1% de recombinación = 1 cM » No es igual a distancia física La recombinación como medida de distancia El grado de entrecruzamiento de dos loci cualesquiera sobre un cromosoma es proporcional a la distancia entre ellos. La recombinación sirve para estimar la ‘distancia genética’ entre dos loci (frecuencia de gametos recombinantes x 100 = distancia genética). Un entrecruzamiento altera el ligamiento entre dos genes solo si sucede entre esos dos genes. La frecuencia de entrecruzamiento entre dos gene es el doble de la frecuencia de los gametos recombinantes que se producen. Cuando dos genes están a mas de 50 um, teóricamente s espera que ocurran entrecruzamientos entre ellos en el 100% de las tétradas. La fracción de recombinación nunca excede de 0,5.
I= 1- (DR obs / DR esp)
Recombinación en genes situados en la región par de los cromosomas sexuales
Los genes alejados de la región diferencial tienen comportamiento de autosómicos. Genes con ligamiento parcial a la región diferencial. Recombinación mitótica
Intercambios entre cromátidas hermanas
El mecanismo de inducción de intercambios de cromátidas hermanas y de aberraciones cromosómicas es distinto. Los intercambios entre cromátidas hermanas son la manifestación citológica de la rotura de la doble hélice del ADN y la reorganización entre sitios homólogos de las dos cromátidas de un cromosoma. Estos cambios, no alteran la polaridad, la estructura de la doble hélice del ADN ni la morfología de los cromosomas.
Tema 6 – Genes situados en cromosomas sexuales y determinación del sexo
Autosomas y cromosomas sexuales
AUTOSOMAS es cualquier cromosoma que no sea sexual. En el humano, los cromosomas del par 1 al 22 son autosomas. CROMOSOMAS SEXUALES el par 23 de cromosomas, correspondiente a los cromosomas sexuales X e Y, también llamados heterocromosomas o gonosomas. Se dan los caracteres ligados al sexo que a veces son independientes de X o de Y.
Ligamiento completo o parcial al sexo
Recordar que los cromosomas sexuales o alosomas son el X y el Y en mamíferos y Z y W en aves. Los cromosomas sexuales X e Y son diferentes en tamaño y en información genética, sin embargo son un par de homólogos. En realidad son parcialmente homólogos para poder sufrir entrecruzamientos y migrar correctamente en la placa ecuatorial.
Esa porción de los cromosomas X e Y homóloga es pequeña y allí se encuentran los genes PARCIALMENTE LIGADOS AL SEXO, existiendo iguales o diferentes alelos de los mismos genes. Quiere decir que sea el individuo macho o hembra esos genes se heredan tal como cualquier par de genes. Por eso se denomina a esa región homóloga del X e Y región pseudoautosómica. Tanto machos como hembras en el caso de un gen dominante sería XA XA, XA Xa y Xa Xa. En el caso de los machos es igual XA YA, XA Ya y Xa Ya. Esa pequeña región homologa está en el brazo p de ambos cromosomas. GENES LIGADOS AL SEXO → Se Denominan así a los genes ubicados en la región diferencial del cromosoma X , pero no poseen el alelo en el Y en los machos. Quiere decir que las hembras al tener dos cromosomas X tiene las tres posibles combinaciones genotípicas pero los machos solo dos ya que tienen un solo X. El alelo que posean se expresará. Serían en este caso los genes ubicados en el esquema en el X esquematizado en rojo.
GENES UBICADOS EN EL X
Como el gen de la hemofilia, el daltonismo, la distrofia muscular de Duschene … Daltonismo → Enfermedad que hace que se confundan el color rojo y el verde. El daltonismo ceguera cromática interfiere en la percepción de los colores, aunque hay diferentes grados. Hemofilia → Tanto en animales como humanos.
Los machos normales no pueden ser naranjas y negros salvo que posean dos cromosomas XX o sea sean Klinefelter. Un ejemplo es el gen Barrado en las gallinas pero recordemos que en las gallinas las hembras son XY (sexo que da dos clases de gametas: X e Y o heterogamético) y el macho es XX o sea monogamético. Se ve claramente que el cruce recíproco no da los mismos resultados y que además en el caso de la derecha la F1 no es uniforme. Esto se utiliza hoy en día en un tipo de linea comercial de pollos para detectar a primera vista el sexo de los pollitos ya que se descartan las hembras pero el trabajo de determinar el sexo es complejo y lleva mucha mano de obra, por eso se diseñan cruzamientos para distinguir rápidamente si el pollito es liso o es barrado y por lo tanto si es hembra o macho.Cruzando un Macho liso (XbXb ) por una Hembra barrada XBY, se obtendrían 2/3 de Machos XBXb (barrados) y hembras XbY (solo pueden ser lisas) Las características ligadas al sexo se presentan mayormente en machos. Eso no quiere decir que no lo presenten las hembras.
GENES UBICADOS EN EL Y
Los genes propios del cromosoma Y se denominan HOLANDRICOS en el caso de los mamíferos donde el macho es el que da dos tipos de gametos (X e Y) o heterogamético y se llaman HOLOGiNICOS cuando están en el Y pero en las aves por ejemplo donde son las hembras las heterogaméticasEl gen o genes que determinan el sexo masculino en los embriones ( como el SRY ) sería el ejemplo más claro de este tipo de genes ya que determinan que las gónadas indiferenciadas desarrollen a testículos. Por lo tanto es lógico que solo se hallen en el cromosoma Y y no en el X, de lo contrario también lo tendrían las hembras. Otro ejemplo es la hipertricosisis en las orejas que se transmite de padre a hijos. Hay genes alelos homologos a su X y otros no. sry está en la región diferencial. Se cogieron embriones de ratones hembras y se les inyectaron sry, al ser hembra XX mas el gen sry, el resultado es un fenotipo meramente masculino. Los individuos con sry negativo es que son XY, pero con Y mutado y tiene desarrollo femenino. Sry esta muy cerca de la zona de homología y es muy pequeño, el punto de unión puede llegar a interceptarlo.
GENES INFLUENCIADOS POR EL SEXO
En este caso los genes se expresan de manera diferente en machos y hembras probablemente por la influencia de las hormonas en su expresión. Uno de los ejemplos clásicos son los genes que determinan el plumaje en algunas aves, donde el color es mucho más llamativo en los machos que en las hembras. Otro ejemplo muy conocido es el de los Cuernos en las Ovejas. El gen que codifica para la presencia de cuernos es Dominante en Machos pero recesivo en hembras. Por ello solo las hembras homocigotas podrás ser astadas (con cuernos) en cambio los machos tendrán cuernos sean Homocigotas o heterocigotas.
GENES LIMITADOS POR EL SEXO
Son aquellos que están en ambos sexos pero solo pueden expresarse o en machos o en hembras o sea por las características propias de cada sexo. Por ejemplo el criptorquidismo o ausencia del descenso de los testículos en los machos solo lo pueden expresar los machos y no las hembra pero como los genes se hallan en ambos sexos las hembras pueden portarlos y no lo presentarán nunca fenotipicamente. Otro ejemplo es la producción lechera en las vacas , donde es sabido que se seleccionan machos por la capacidad productiva de sus hijas, sin embargo en el macho no puede evaluarse cuantos litros de leche produce.
Compensación de la dosis génica
Las mujeres tienen doble dotación, los hombre la mitad; pero en realidad no es asi, la cantidad de proteínas sintetizadas es la misma en todas las especies, pues existe el mecanismo de compensación de dosis como inactivar un cromosoma X en las hembras, por ejemplo. En etapa fetal temprana femenina, de los dos cromosomas XX de cada célula se inactiva uno de ellos y las hijas llevaran inactivo el mismo pero es aleatorio. Esto ocurre solo en células somáticas ya que en las otras funcionan los dos. Por ejemplo el gato calicó de tres colores, los machos no lo tienen debido a la inactivación aleatoria de esos alelos. O las hembras mosaico, que no tienen un funcionamiento homogéneo de las glándulas sudoríparas y el daltonismo “raro” de las mujeres, que hay una parte de la retina que distingue colores y otra no. Clon → Un conjunto de células con la misma organización genética porque se ha producido por división mitótica.
Alteraciones cromosómicas
47 XXY Síndrome de Klinefelter→ fenotípicamente será un varón; funcionan como si fuera una mujer XX,el X sobrante puede s 47 XXX → Serán mujeres. Hay dos cromosomas X que se inacivan, normalmente no da ningún fenotipo indiferenciable, solo uno queda activo. 45 XXO Síndrome de Turner→ Mujeres. No hay ningún corpúsculo de Bar. Aunque en teoría siempre hay solo un cromosoma activado siguen teniendo diferencias, pues no se inactiva todo el cromosoma X hermano. Hay muchos genes que afectan al desarrollo cerebral, del pensamiento y la evaluación de la inteligencia. XX XY XXY XO Drosophila ♀ ♂ ♀ ♂ Human ♀ ♂ ♂ ♀ En Drosophila , el Y no determina el sexo. La relación entre el número de cromosomas de cada individuo y el número de juego de cromosomas autosómicos es la siguiente: Nº cromosomas X : Nº juegos cromosomas autosómicos = = 0,5 ♂ macho ; = < 0,5 ♂ super (meta)-macho ; = 1 ♀hembra ; > 1 ♀ super (meta)-hembra
Tema 7 – Otras situaciones
