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[IVÁN LÓPEZ] 2010-2011 1 LAS LEYES DE MENDEL Ley de la Uniformidad Fenotipo : Son las variantes que puede presentar un carácter, el color violeta o blanco, alto o bajo… Mendel cruzó plantas de dos líneas puras, la denominada generación parental (P), las que tenían flores de color violeta, con las que las presentaban blancas. Los híbridos o descendientes de las dos líneas puras fueron todos 100% de color violeta, el color blanco había desaparecido. Constituía la primera generación filial (F1). De este modo, el color violeta lo denominó dominante, y al color blanco recesivo. Con estos resultados, Mendel extrae la primera ley de Mendel. Ley de la Segregación Con la F1, Mendel dejó que los híbridos se autofecundasen, obteniendo así la F2 ó segunda generación filial. En esta F2 aparecían plantas con flores blancas, el carácter recesivo volvía a surgir. Tuvo una proporción de 3:1 para las flores de color violeta. Esto demostraba que el carácter recesivo no desaparecía, sino que se ocultaba. Cada carácter era debido a un elemento hereditario, llamado gen. Para cada carácter existe en dos formas o variantes, la responsable del color violeta y la causante de que la flor sea blanca. A estos genes que presentan más de una variante se les llama alelos. Cada planta porta dos genes para cada carácter, uno materno y otro paterno. Las plantas de color violeta llevan dos alelos (AA ó Aa) en el caso de las que presentan flores de color blanco llevarán dos alelos recesivos (aa). Genotipo : Es la constitución genética en relación a un carácter o a todos los caracteres. Fenotipo : Es la manifestación externa del genotipo. El genotipo de un híbrido sería Aa y su fenotipo el color violeta. Genotipo homocigoto : Si los dos alelos son iguales aa, AA... Genotipo heterocigoto : Si los dos alelos son distintos Aa... Con todos estos resultados, Mendel extrae la segunda ley de Mendel. Ley de la Combinación Independiente Ya se han visto como se heredan las variables de un solo carácter. Mendel estudió la herencia simultánea de dos caracteres diferentes. Cruzó dos líneas puras, una de plantas con semillas amarillas y lisas y otra cuyas semillas eran verdes y rugosas. La F1 seguía cumpliéndose para cada rasgo, ya que todos los individuos tenían el mismo fenotipo, indicando además que la variante amarilla y lisa eran dominantes, mientras que la verde y rugosa eran recesivas. La autofecundación de las plantas de la F1 proporcionó una generación F2 constituida por las cuatro combinaciones posibles para los cuatro caracteres estudiados: semillas amarillas y lisas, amarillas y rugosas, verdes y lisas, y verdes y rugosas, con unas proporciones respectivas de 9:3:3:1. Cada carácter seguía presentándose en una proporción 3:1, es decir, se cumplía la ley de la segregación. De estos resultados se extrajo la tercera ley de Mendel. Comentario [ILF1]: Primera Ley de Mendel. Comentario [ILF2]: Cuando se cruzan dos líneas puras que difieren en las variantes de un carácter, todos los individuos de la F1 presentan el mismo fenotipo. Comentario [ILF3]: Segunda ley de Mendel. Comentario [ILF4]: La separación de cada pareja de homólogos en la anafase I de la meiosis, es la expresión citológica de la segregación de alelos postulada en la ley de segregación de Mendel. Comentario [ILF5]: Las variantes recesivas ocultas en la F1 reaparecen en la F2 en una proporción 3:1, debido a que los miembros de la pareja alélica del heterocigoto se separan sin experimentar alteración alguna durante la formación de los gametos. Comentario [ILF6]: Tercera ley de Mendel. Comentario [ILF7]: Los miembros de parejas alélicas diferentes se segregan o combinan independientemente unos de otros cuando se forman los gametos.
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LAS LEYES DE MENDEL
Ley de la Uniformidad
Fenotipo: Son las variantes que puede presentar un carácter, el color violeta o blanco, alto o bajo…
Mendel cruzó plantas de dos líneas puras, la denominada generación parental (P), las que tenían flores
de color violeta, con las que las presentaban blancas.
Los híbridos o descendientes de las dos líneas puras fueron todos 100% de color violeta, el color blanco
había desaparecido. Constituía la primera generación filial (F1).
De este modo, el color violeta lo denominó dominante, y al color blanco recesivo.
Con estos resultados, Mendel extrae la primera ley de Mendel.
Ley de la Segregación
Con la F1, Mendel dejó que los híbridos se autofecundasen, obteniendo así la F2 ó segunda generación
filial. En esta F2 aparecían plantas con flores blancas, el carácter recesivo volvía a surgir. Tuvo una
proporción de 3:1 para las flores de color violeta. Esto demostraba que el carácter recesivo no
desaparecía, sino que se ocultaba.
Cada carácter era debido a un elemento hereditario, llamado gen.
Para cada carácter existe en dos formas o variantes, la responsable del color violeta y la causante de que
la flor sea blanca. A estos genes que presentan más de una variante se les llama alelos. Cada planta porta
dos genes para cada carácter, uno materno y otro paterno.
Las plantas de color violeta llevan dos alelos (AA ó Aa) en el caso de las que presentan flores de color
blanco llevarán dos alelos recesivos (aa).
Genotipo: Es la constitución genética en relación a un carácter o a todos los caracteres.
Fenotipo: Es la manifestación externa del genotipo.
El genotipo de un híbrido sería Aa y su fenotipo el color violeta.
Genotipo homocigoto: Si los dos alelos son iguales aa, AA...
Genotipo heterocigoto: Si los dos alelos son distintos Aa...
Con todos estos resultados, Mendel extrae la segunda ley de Mendel.
Ley de la Combinación Independiente
Ya se han visto como se heredan las variables de un solo carácter. Mendel estudió
la herencia simultánea de dos caracteres diferentes.
Cruzó dos líneas puras, una de plantas con semillas amarillas y lisas y otra cuyas
semillas eran verdes y rugosas.
La F1 seguía cumpliéndose para cada rasgo, ya que todos los individuos tenían el
mismo fenotipo, indicando además que la variante amarilla y lisa eran dominantes,
mientras que la verde y rugosa eran recesivas.
La autofecundación de las plantas de la F1 proporcionó una generación F2
constituida por las cuatro combinaciones posibles para los cuatro caracteres
estudiados: semillas amarillas y lisas, amarillas y rugosas, verdes y lisas, y verdes y
rugosas, con unas proporciones respectivas de 9:3:3:1. Cada carácter seguía
presentándose en una proporción 3:1, es decir, se cumplía la ley de la segregación.
De estos resultados se extrajo la tercera ley de Mendel.
Comentario [ILF1]: Primera Ley de Mendel.
Comentario [ILF2]: Cuando se cruzan dos líneas puras que difieren en las variantes de un carácter, todos los individuos de la F1 presentan el mismo fenotipo.
Comentario [ILF3]: Segunda ley de Mendel.
Comentario [ILF4]: La separación de cada pareja de homólogos en la anafase I de la meiosis, es la expresión citológica de la segregación de alelos postulada en la ley de segregación de Mendel.
Comentario [ILF5]: Las variantes recesivas ocultas en la F1 reaparecen en la F2 en una proporción 3:1, debido a que los miembros de la pareja alélica del heterocigoto se separan sin experimentar alteración alguna durante la formación de los gametos.
Comentario [ILF6]: Tercera ley de Mendel.
Comentario [ILF7]: Los miembros de parejas alélicas diferentes se segregan o combinan independientemente unos de otros cuando se forman los gametos.
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Variación de la Dominancia e Interacciones Génicas
Codominancia
En algunos casos los híbridos pueden manifestar ambos fenotipos (el materno y el paterno)
simultáneamente. Los grupos sanguíneos humanos del sistema ABO son un buen ejemplo para
comprender este fenómeno. Hay cuatro fenotipos distintos en relación con los grupos sanguíneos del sistema ABO.
GENOTIPO FENOTIPO
AA – AO A ANTÍGENO A ANTICUERPO B
BB – BO B ANTÍGENO B ANTICUERPO A
AB AB ANTÍGENO A – B
OO O ANTICUERPO A – B
Fuera de la codominancia existe otro ejemplo de grupo sanguíneo, el representado por el sistema Rh, del
que existen dos alelos, el positivo y el negativo (Rh+ Rh-)
Los individuos Rh+Rh+ y los Rh+Rh- son fenotípicamente Rh+ y sólo los Rh-Rh- Son fenotípicamente
Rh-.
Este sistema está involucrado en
la enfermedad hemolítica del
recién nacido que aparece cuando
el feto es Rh+ y la madre es Rh-
Receptor universal – AB Rh+
Donante universal – O Rh-
Si cruzamos un individuo cuyo
genotipo es AB++ con un
individuo cuyo genotipo es OO- -
el resultado que obtenemos es el
siguiente:
Dominancia Intermedia
Cuando del cruce de dos líneas puras se obtiene una F1 con un fenotipo intermedio entre el de los dos
progenitores. El color de las flores del dondiego de noche representa un ejemplo de este hecho. Al cruzar
dos plantas de líneas puras una con flores rojas y otra con flores blancas, se obtiene una F1 con flores
rosas.
Si dejamos que en las plantas de la F1 se lleve a cabo la autofecundación, obtendremos una F2 con una
proporción fenotípica 1:2:1, se corresponde con la genotípica, pero difiere de la fenotípica prevista en la
segunda ley de Mendel para los casos de dominancia completa.
Esto es debido a que los mecanismos responsables de la coloración de las flores de esta planta difieren de
los de la del guisante.
Pleiotropismo
Existen genotipos que afectan a más de un fenotipo. Un ejemplo de este hecho lo representa el gen
responsable del albinismo en el ratón y la rata. En estas especies, el albinismo es causado por un alelo
recesivo que impide la pigmentación del cuerpo, pero además afecta al grado de emocionalidad del
animal.
Espistasia
En ocasiones la proporción fenotípica obtenida en la F2 parece contradecir la tercera ley de Mendel al
analizar la herencia simultánea de dos caracteres. La causa de esta falta de concordancia, es debida a la
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epistasia, que consiste en la interacción entre genes que determinan distintos rasgos de tal forma que un
gen enmascara el efecto de otro.
Por ejemplo, en la sordera congénita humana están involucrados dos genes (a y b) que presentan cada uno
dos alelos. Si uno de ellos aparece en homocigosis recesiva, la sordera se manifestará con independencia
de qué alelos presente el otro; pero si aparece, al menos un alelo dominante en cada gen, la sordera no se
manifestará. Es decir, cualquiera de los siguientes genotipos:
AAbb; Aabb; aabb, aaBB o aaBb manifestará la enfermedad.
AABB; AABb; AaBB o AaBb impedirá la sordera.
TEORÍA CROMOSÓMICA DE LA HERENCIA
Estableció que los genes ocupan un locus concreto dentro del cromosoma
y que están ordenados de forma lineal en el mismo.
Durante la división celular, los cromosomas se encuentran en parejas
(diploides). Cada miembro de la pareja cromosómica procede de un
progenitor. A los miembros de un mismo par cromosómico se les llama
cromosomas homólogos. Por su parte, las células que presentan un solo
juego de cromosomas reciben el nombre de haploides.
La dotación cromosómica haploide se representa mediante la letra n. La
dotación cromosómica diploide se representa mediante 2n. Por ejemplo, el número de cromosomas de las
células de la planta del guisante es de 14; esto quiere decir que 2n = 14, por tanto n = 7, o viceversa, si la
dotación de un gameto es de 23 cromosomas (n = 23), la dotación de
cualquier otra célula que no sea un gameto será 2n = 46 cromosomas.
El cariotipo es el conjunto de todos los cromo somas de una célula.
En cada cromosoma se halla un número concreto de genes que guarda la
información acerca de todas las características del organismo, desde el
color de su piel hasta los tipos de estímulos a los que puede responder.
En los organismos diploides los genes están duplicados en los
cromosomas homólogos.
Cromosomas Sexuales
Los dos juegos de cromosomas de las células diploides están formados por parejas que tienen el mismo
aspecto, sin embargo nuestros cromosomas sexuales X e Y son my diferentes. Al resto de cromosomas se
les llama autosomas.
Las mujeres presentan dos cromosomas XX
Los hombres presentan uno X y otro Y: XY
Hemicigosis: En el caso de los varones, los loci situados en los cromosomas X e Y no se pueden
presentar ni en homocigosis ni heterocigosis. Es la causa de que haya más varones en las enfermedades
relacionadas con el cromosoma X.
Meiosis
Las células gonadales se dividen para formar dos células semejantes mediante la meiosis, el resto de
células del organismo (somáticas) lo hacen a través de la mitosis.
Comentario [ILF8]: Células diploides.
Comentario [ILF9]: Los gametos son haploides.
Comentario [ILF10]: En nuestra especie son 22 pares de este tipo de cromosomas.
Comentario [ILF11]: Sexo homogamético, sólo producen gametos que contienen el mismo cromosoma sexual.
Comentario [ILF12]: Sexo heterogamético, pueden formar gametos que contienen el cromosoma X y otros con el cromosoma , pueden formar gametos que contienen el cromosoma X y otros con el cromosoma Y.
Comentario [ILF13]: No son homólogos.
Comentario [ILF14]: Diploides.
Comentario [ILF15]: Se lleva a cabo durante la formación y mantenimiento de los tejidos de un organismo. La mitosis no es reduccional, sino conservativa.
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La reproducción sexual representa varias ventajas de cara a la variabilidad genética.
Este tipo de reproducción implica la unión de dos células procedentes de dos individuos de distinto sexo.
Si estas células fueran diploides (2n), el individuo formado sería tetraploide (4n), tendría cuatro juegos de
cromosomas, mediante la meiosis se consigue formar los gametos (n) y reducir la dotación cromosómica
diploide a haploide.
La meiosis se lleva a cabo en dos etapas:
Meiosis I: La primera consiste en dividir la célula (2n), así cada célula hija recibe un único y completo
juego de cromosomas de la célula madre (n).
Meiosis II: Una división normal, equivalente a la mitosis, de las células obtenidas en la primera etapa.
MEIOSIS I
Profase I: Los cromosomas homólogos se aparean dos a dos, punto por punto, a lo largo de toda su
longitud, formando bivalentes o tétradas.
Tiene lugar el sobrecruzamiento o entrecruzamiento, mediante el cual se lleva a cabo el intercambio de
genes de un cromosoma homólogo a otro (recombinación génica). Aparecen entre las cromátidas de los
bivalentes unos puntos de cruce en forma de “x”, denominados quiasmas.
Metafase I: Los bivalentes, mediante sus centrómeros, se insertan en las fibras del huso adoptando una
ordenación circular sobre la placa ecuatorial.
Anafase I: En la meiosis se separan los cromosomas de los bivalentes, emigrando n cromosomas (con sus
dos cromátidas) a cada polo, cada componente del par pasa a formar parte de una célula distinta.
Telofase I: Los cromosomas se sitúan en ambos polos de la célula, se desespiralizan y se produce la
citocinesis dando lugar a dos células hijas con n cromosomas. Por haberse reducido el número de
cromosomas a la mitad, a esta división meiótica se le denomina división reduccional.
Recordatorio del orden de la meiosis o mitosis: PROMETANTE
La meiosis II es igual que la mitosis, salvo por el hecho de que la célula que entra en división es
haploide, ya no hay cromosomas homólogos y, por tanto, tras ella se obtienen dos células hijas con
n cromátidas.
La principal consecuencia de la meiosis es que genera células con combinaciones genéticas diferentes de
las de los progenitores.
Recombinación y Ligamiento
El sobrecruzamiento producido en la Profase I, hace que los loci de uno y otro cromosoma homólogo
aparezcan, tras este proceso, con una combinación nueva de alelos, recombinación génica.
Por ejemplo, en el cromosoma número cuatro de la planta del guisante, se
halla el gen responsable de la longitud del tallo (A) y el gen que determina
la forma de la legumbre (B). Esta información está en ambos homólogos
del par 4, aunque no necesariamente se encuentran en ambos los mismos
alelos, es decir, en uno de los homólogos puede estar el alelo del tallo alto
(A) y el de la forma comprimida de la legumbre (b), mientras que en el otro
pueden estar los alelos que determinan el tallo corto (a) y legumbre
hinchada (B).
La consecuencia de la recombinación génica es la aparición, en un mismo cromosoma del gameto, de
alelos de cada uno de los progenitores. La gran importancia es la variabilidad que genera. Se estima
que en nuestra especie se pueden formar 23350
gametos distintos, esto explica el porqué de nuestra
individualidad biológica, ya que es imposible que existan, hayan existido, o vayan a existir dos personas
iguales.
En ocasiones no es posible efectuar intercambios entre los loci de los cromosomas homólogos mediante el
sobrecruzamiento. Dado que se produce a través de quiasmas, cuando más juntos estén los loci, menos
Comentario [ILF16]: Gametos.
Comentario [ILF17]: Poliploidía.
Comentario [ILF18]: Entrarían en división las células resultantes de la primera fase meiótica.
Comentario [ILF19]: Un número superior al de átomos existentes en el universo.
Comentario [ILF20]: Salvo gemelos monocigóticos.
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probabilidad habrá de que exista sobrecruzamiento entre ellos. Cuando dos genes tienen nula o muy baja
tasa de recombinación entre ellos, se dice que existe ligamiento entre esos dos genes. De este modo, la
ley de la combinación independiente de Mendel queda enmascarada, al igual que ocurría en el fenómeno
de la epistasia, pero en este caso ocurre fenotípica y genotípicamente.
TIPOS DE TRANSMISIÓN GÉNICA
Los caracteres mendelianos son los monogénicos, es decir, aquellos que están determinados por un
único gen. En el siguiente tema veremos los caracteres poligénicos, los cuales están determinados por
varios genes, como la altura, la inteligencia, etc.
En la población humana no se pueden realizar cruces experimentales para poner de manifiesto qué genes
pueden estar involucrados en distintos rasgos fenotípicos, de modo que se recurre al estudio del patrón de
transmisión del carácter. Este patrón se establece a través de la información recogida de la familia en la
que se detecta el carácter a estudiar. La información recogida de la familia se resume en una genealogía o
pedigrí.
Los patrones de transmisión de un carácter mendeliano, dependen de dos factores:
a) localización del sitio que ocupa (o locus) el gen implicado en el cromosoma. Esta localización puede
ser autosómica cuando el locus se halla en un autosoma, o ligada a los cromosomas sexuales.
b) la expresión fenotípica del carácter en cuestión. Esta expresión puede ser diversa, pero el principal
número de loci estudiados responden a una relación de dominancia y recesividad.
Por tanto, se establecen tres tipos de patrones de transmisión en la herencia monogénica:
Autosómica dominante, autosómica recesiva y ligada al sexo
Transmisión Autosómica Dominante
En este tipo de expresión, tanto los homocigotos (AA) como los heterocigotos (Aa) manifestarán el
carácter.
Enfermedad o corea de Huntington: Causada por un único gen dominante, situado en el cromosoma 4.
Se caracteriza por su carácter heredable, por un deterioro del sistema nervioso central que conduce a la
pérdida del control motor, apareciendo movimientos rápidos y continuos de las extremidades, demencia
progresiva y muerte tras 20 años después de la manifestación de la enfermedad.
George Huntington estudió la genealogía de esta enfermedad en las familias de los pacientes aquejados,
comprobó que siempre uno de los progenitores del paciente estaba afectado, de este modo se ponía en
evidencia su carácter dominante. Puesto que afectaba a tantos hombres como mujeres era evidente que no
estaba ligada al sexo y que era autosómica.
El gen responsable ha sido identificado y esto permite el diagnóstico de la enfermedad antes de su
aparición.
Transmisión Autosómica Recesiva
Tan sólo los homocigotos (aa) manifiestan el carácter. De esta manera, cada uno de sus progenitores debe
tener en su genotipo al menos un alelo para este locus. Los heterocigóticos (Aa) no manifestarán el
carácter, pero serán portadores del mismo, que sus descendientes manifiesten el carácter dependerá de la
pareja.
Este tipo de alelos está asociado a familias en las que el alelo se mantiene durante muchas generaciones
sin que se manifieste la enfermedad, es poco probable que ambos progenitores sean portadores del alelo
Comentario [ILF21]: 3ª ley de Mendel.
Comentario [ILF22]: Denominación que se da a los cromosomas que no son los sexuales.
Comentario [ILF23]: Plural de locus.
Comentario [ILF24]: Incidencia: 5/100.000 Su manifestación comienza después de la edad reproductora, por lo que los afectados transmiten a sus descendientes el alelo causante de la enfermedad antes de padecerla.
Comentario [ILF25]: Corea.
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causante de la enfermedad. Sin embargo, cuando existe consanguinidad (enlaces entre parientes), las
probabilidades de que ambos miembros de la pareja porten el alelo son mayores.
Enfermedad de Tay-Sachs: Es muy común entre la población judía de Norteamérica. Provoca una
carencia enzimática que hace que se acumule un metabolito en las neuronas, impidiendo su correcto
funcionamiento. Se manifiesta a partir de los seis meses de edad, provocando ceguera, retraso mental y
físico y termina con la vida del paciente antes de que alcance los tres o cuatro años.
Transmisión Ligada al Sexo
La mayoría de los trastornos asociados a los cromosomas sexuales suelen localizarse en el cromosoma X
y son, normalmente, de carácter recesivo.
Las variantes fenotípicas causadas por alelos recesivos situados en el cromosoma X sólo se manifestarán
en las mujeres cuando los alelos implicados estén en homocigosis, sin embargo, en los varones aparecerán
en el momento en que los porte su único cromosoma X, puesto que ellos son hemicigóticos para todos los
loci de este cromosoma.
La presencia de un cromosoma X normal enmascara los efectos del cromosoma X con el gen anormal.
Casi todas las hijas de un hombre afectado parecen normales, pero son portadoras y sus hijos tienen un
50% de posibilidades de manifestar la enfermedad.
Esta peculiaridad hace que aparezca el fenómeno llamado alternancia de generaciones, consiste en que
tanto el abuelo como el nieto presentan la variante fenotípica en cuestión pero no la generación
intermedia, siempre que la abuela no la
manifestase ni fuese portadora.
Daltonismo o ceguera a los colores:
Su desigual incidencia en varones
(8%) y mujeres (0.04%) pone de
manifiesto que se trata de un rasgo
ligado al sexo. La ausencia de un
pigmento visual hace que las personas
afectadas son incapaces de distinguir el
color rojo o el verde.
Hemofilia A: El alelo responsable
causa una deficiencia que impide que
la sangre coagule con normalidad.
LA NATURALEZA DEL MATERIAL HEREDITARIO
Las propiedades que debe cumplir el material hereditario son las siguientes:
Guardar información.
Permitir copiar fielmente dicha información.
Permitir cierta capacidad de cambio (mutaciones).
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El ácido desoxirribonucleico o ADN cumplía estas propiedades. Compuesto por tres tipos de
componentes químicos: fosfato, un azúcar llamado desoxirribosa y cuatro bases nitrogenadas (adenina,
guanina, citosina y timina) organizados en grupos llamados nucleótidos.
El ADN está compuesto por dos hebras o cadenas de nucleótidos entrelazadas mediante puentes de
hidrógeno que se establecen entre las bases púricas de una cadena y las pirimidínicas de la otra.
La Adenina se aparea únicamente con la Timina. A-T
La Guanina se aparea únicamente con la Citosina. G-C
Son las únicas asociaciones que pueden existir en cualquier peldaño de la escalera de doble hélice.
Si en una molécula de ADN la timina representa el 17% de todas las bases nitrogenadas de ese ADN,
dado que esta base únicamente se aparea con la adenina, la cantidad de ésta también representará el 17%.
El porcentaje restante, 66% estará repartido a partes iguales entre la otra pareja de bases
complementarias: 33% citosina y 33% guanina.
LAS COPIAS PARA LA HERENCIA: DUPLICACIÓN DEL ADN
La complementariedad mencionada anteriormente hace posible la duplicación
o replicación del ADN.
Esta replicación es semiconservativa, es decir, a partir de una molécula de
ADN se obtienen dos, cada una de las cuales porta una hebra del ADN que se
ha duplicado (ver figura).
Cada hebra funciona como un molde fidedigno para la síntesis de su cadena
complementaria. Una cadena con la secuencia 5’ – 3’ AAGGCTGA tendrá una
cadena complementaria 3’ – 5’ TTCCGACT
La replicación se basa en esta regla tan básica, las dos hebras del ADN se separan, y cada una sirve como
molde para la formación de una nueva cadena complementaria.
LA EXPRESIÓN GÉNICA: LA INFORMACIÓN EN ACCIÓN
Desde la aparición de las leyes de Mendel, varios científicos intentaron averiguar el camino que
conectaba el genotipo con el fenotipo. Una de las primeras teorías afirmaba que los genes eran los
encargados del metabolismo. Posteriormente otros estudios trataron la hipótesis de un gen una enzima.
Esta hipótesis fue confirmada con posterioridad, estableciéndose que un gen es la secuencia de
nucleótidos del ADN en que se halla codificada la naturaleza y el orden en que se ensamblan los
aminoácidos de una enzima. Esta definición se tuvo que ampliar al comprobarse que un gen no solo
guarda la información referente a la secuencia de aminoácidos de las enzimas, sino de todos y cada uno
de los polipéptidos que se sintetizan en una célula. Estos genes se denominan genes estructurales para
diferenciarlos de aquellas otras secuencias de ADN que portan otro tipo de información como, por
ejemplo, la secuencia de nucleótidos de los distintos ácidos ribonucleicos.
Comentario [ILF26]: Púricas.
Comentario [ILF27]: Pirimidínicas.
Comentario [I28]: Uno de los trabajos pioneros en la genética del ADN fue el demostrar que no hay diferencias en las proporciones de las bases nitrogenadas entre los miembros de una especie.
Comentario [ILF29]: Cada nueva hebra contiene una hebra parental y otra sintetizada de nuevo.
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En 1970, Francis Crick, propone el denominado dogma central de la Biología, en el que establece el
flujo que sigue la información genética.
Se inicia en el ADN, donde se puede duplicar
(replicación) para transmitir a otra célula, o ser
transferida a una molécula de ARN, mediante
transcripción. Desde el ARN mediante
traducción, la información se expresa en una secuencia polipeptídica.
Además de estos caminos, el flujo de
información génica puede seguir otros. Es lo
que ocurre con los virus que transportan la
información génica en forma de ARN2
(Ejemplo, virus del sida). En un tipo de ellos, el
primer paso de la transmisión de la información es su copia a una molécula de ADN. Otros sin embargo
no necesitan este paso y la información se expresa directamente desde el ARN.
Este era el primer paso del flujo de de la información hereditaria, la replicación del ADN, pero en
eucariotas y procariotas esa información tiene que dar dos pasos más para llegar a expresarse.
Transcripción y Traducción
Propiedades del ARN
1. El ARN está constituido por una sola cadena de nucleótidos, no es una doble hélice como el ADN. Esto
le permite adoptar una gama mucho mayor de estructuras tridimensionales complejas.
2. El ARN tiene un azúcar ribosa en lugar de una desoxirribosa.
3. Los nucleótidos del ARN pueden tener las bases adenina, guanina, citosina y uracilo el sustituto de la
timina. No obstante el uracilo establece puentes de hidrógeno con la adenina, al igual que hace la timina.
La Transcripción
En los eucariotas, el ADN está en el núcleo, mientras que la maquinaria necesaria para la síntesis de
proteínas se encuentra en el citoplasma. Cada vez que es necesaria la producción de un polipéptido, la
información de su secuencia de aminoácidos es copiada desde el correspondiente gen a un ácido
ribonucleico (ARN). El ARN formado es el que viaja hasta el citoplasma transportando la información
para sintetizar el polipéptido, este ARN es denominado ARNm mensajero.
El proceso de transcripción es catalizado por una enzima que pertenece al grupo de las ARN
polimerasas, siguiendo las mismas reglas de complementariedad con la salvedad de que en vez de añadir
un nucleótido de adenina, se añade un nucleótido de uracilo en la cadena de ARN en crecimiento. La
ARN polimerasa se une a una región situada por delante del gen que se va a transcribir que se denomina
promotor y desde aquí se inicia la síntesis del ARNm. Esta transcripción finaliza cuando el ARN
polimerasa alcanza la secuencia del fin, una señal de parada de la transcripción.
El ARN se sintetiza siempre en la dirección 5’ – 3’, esto significa que la cadena molde debe estar
orientada en la dirección contraria.
Comentario [ILF30]: Sólo se encuentra en el ARN. Se aparea con la adenina.
Comentario [ILF31]: Vistas anteriormente donde las bases púricas se aparean con las pirimidínicas (G-C; A-T).
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Maduración del ARN
Al final de la transcripción, el ARNm que
produce la ARN polimerasa se denomina
transcrito primario. Esta secuencia está mal
organizada, separada por segmentos no
codificantes denominados intrones, que se
diferencian de los exones (los que sí guardan
información). A través de un proceso de corte y
empalme denominado maduración o
procesamiento del transcrito primario, se
eliminan los intrones y se colocan
secuencialmente los exones, obteniéndose un
ARNm maduro que porta la secuencia lineal de
un polipéptido funcional.
El Lenguaje de la Vida: El Código Genético
El código genético es el conjunto de reglas mediante las cuales se establece la relación entre la
ordenación lineal de nucleótidos de la molécula de ADN y la ordenación lineal de aminoácidos de
los polipéptidos.
El ADN contiene la información acerca de las secuencias de aminoácidos de todos los polipéptidos del
organismo. Dado que la naturaleza del ADN y la de los polipéptidos es distinta, esa información debe ser
guardada de forma cifrada de acuerdo al siguiente código:
La base del código genético es el triplete o codón. Está constituido por una secuencia cualquiera de los
tres nucleótidos de los cuatro posibles. Las distintas ordenaciones en que pueden aparecer los nucleótidos
sirven para especificar los distintos aminoácidos de un polipéptido. Por tanto, un triplete especifica un
aminoácido.
El código genético cuenta con las siguientes propiedades:
Comentario [ILF32]: Intrusos. Se eliminan.
Comentario [ILF33]: En el ADN triplete.
Comentario [ILF34]: En el ARN codón. Es el triplete de nucleótidos que codifica un aminoácido.
Comentario [ILF35]: Adenina, guanina, citosina, timina/uracilo.
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a) Es redundante o degenerado: Un aminoácido puede ser codificado por más de un codón. Por
ejemplo, el aminoácido arginina es codificado, tanto por el codón AGA, como por el AGG. Además,
algunos codones no codifican aminoácidos, sino que son señales de paro que hacen finalizar la
traducción, es el caso de los codones UAA, UAG y UGA.
b) Es un código sin superposición: Un nucleótido sólo pertenece a un codón y no a varios. Por ejemplo,
en la secuencia AUG-CAUA-AG, los codones serían: AUG, CAU, AAG y no UGC, AUA, GCA o UAA.
c) La lectura es lineal y sin comas: La lectura del ARNm se inicia en un punto y avanza de codón en
codón, sin separación entre ellos.
d) Es universal: Prácticamente todos los seres vivos, utilizan el mismo código para traducir el mensaje
del ADN a polipéptidos.
La Traducción
Es el proceso mediante el cual la información contenida en el ARNm, en un alfabeto de cuatro letras, es
convertida, siguiendo las reglas del código genético, al alfabeto de 20 letras de los polipéptidos.
En este proceso, participan los ribosomas, el ARNm, los ARNts y el aparato enzimático que cataliza la
formación del correspondiente polipéptido.
Luego, las moléculas de ARN de transferencia (o ARNts) transportan los aminoácidos hacia el
ribosoma (orgánulo donde se sintetizan las proteínas). En ese momento al codón del ARNm se le acopla
el anticodón del ARNts correspondiente, añadiendo el aminoácido que estaba unido al ARNts a la
proteína que está sintetizándose.
Por ejemplo: El codón "AUG" se le acopla el anticodón "UAC" del ARNts, y de esta forma se añade la
metionina (que antes estaba unida al ARNts) a la nueva proteína. Luego el ARNts vuelve al citoplasma
para buscar unirse a otra metionina.
Cada nucleótido tiene un solo complemento, "A" y "U" son complementos, y también "G" y "C". De esta
forma cada codón tiene un solo anticodón, y cada anticodón tiene un solo codón. Sin embargo, algunos
aminoácidos tienen varios codones (y por lo tanto anticodones) asociados.
LOS ERRORES QUE NOS MATAN Y NOS HACEN EVOLUCIONAR: LA MUTACIÓN
Una mutación hace referencia a cualquier cambio permanente en el material génico no debido a la
segregación independiente de los cromosomas o a la recombinación que ocurre durante el proceso de
meiosis.
Se producen al azar y son generalmente perjudiciales, generan la variabilidad necesaria para que la
selección natural actúe.
Su carácter beneficioso o perjudicial es ajeno al origen de la propia mutación.
Ante un determinado ambiente, el organismo NO sería capaz de desencadenar cambios en su ADN para
adaptarse mejor a dicho ambiente.
Son uno de los factores de alteración de las frecuencias alélicas de una población.
Comentario [ILF36]: Tiene sinónimos.
Comentario [ILF37]: Exceptuando las mitocondrias, algunas levaduras y en algunas especies del género Paramecium.
Comentario [ILF38]: De transferencia.
Comentario [I39]: Una diferencia entre el ARNm y el ARNts es que el de transferencia se une a los aminoácidos y el mensajero no.
Comentario [I40]: Es la base fundamental para la evolución y diferenciación de las especies.
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Las fuentes de mutación pueden ser: - La propia replicación del ADN, mutaciones espontáneas que ocurren como consecuencia de la
naturaleza del ADN.
- Agentes mutágenos, agentes químicos y físicos distribuidos en el ambiente.
o Tipo electromagnético
Radiaciones ionizantes – Rayos X, rayos gamma. Mayor poder de penetración.
Radiaciones no ionizantes – Rayos ultravioletas. Menor poder de penetración.
o Naturaleza química
Ácido nitroso, gas mostaza y los colorantes de acridina.
Al afectar al material hereditario la mutación es transmitida a las células hijas. Si la mutación afecta a las
células que producen los gametos o a ellos mismos (germinales), el cambio en la información guardada
en el material genético se transmitirá a los descendientes. En cambio, si afecta al resto de células
(somáticas), las que constituyen y dan lugar a los tejidos y órganos de un individuo, se le denomina
mutación somática y el cambio se transmitirá a las células hijas que se originen tras el proceso de
mitosis y citocinesis. El que afecte en mayor o menor medida al individuo depende de la naturaleza de la
mutación, del tejido afectado y del momento del desarrollo ontogénico en que se produzca la alteración.
El mosaicismo somático: Es la aparición, en un individuo o en un tejido, de dos líneas celulares que
difieren genéticamente, el resultado es el envejecimiento del organismo y su muerte.
Las mutaciones pueden ser de varios tipos:
- Mutaciones genómicas: Afectan a cromosomas enteros*
- Mutaciones cromosómicas: Ocurren en una parte del cromosoma e involucra a varios genes*
*Estas dos primeras las veremos en el próximo tema
- Mutaciones génicas: Afectan a un solo gen
De las mutaciones génicas es importante decir que en los humanos la presencia de esas mutaciones
puntuales y su mantenimiento a través de generaciones explican el 90% de la variabilidad genética
entre individuos de una misma raza, generando nuevos alelos en las poblaciones.
NIVELES DE ORGANIZACIÓN DEL ADN: EL CROMOSOMA EUCARIÓTICO
El ADN es la mayor de las moléculas que portan los seres vivos. Dada su longitud, debe experimentar un
importante empaquetamiento o condensación, sobre todo en el momento de la división celular, donde sus
2 metros de longitud, se convierten en una extensión diez mil veces menor.
En la actualidad el cromosoma es la molécula de ácido nucleico que actúa como portadora de la
información hereditaria, es el ARN de algunos virus, la molécula de ADN de procariotas y cada una de
las que se encuentran en el núcleo de la célula eucariota.
Comentario [I41]: Puede aparecer el mosaicismo somático.
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En eucariotas, el aspecto del material
hereditario varía desde la estructura claramente
definida que representa el cromosoma
metafásico, a una estructura amorfa y
disgregada durante la interfase celular,
cromatina. El ADN tiene diferentes niveles de
organización.
Sin embargo, la cromatina tampoco presenta un
estado homogéneo de compactación y se
distinguen, a este respecto, dos tipos de
cromatina, la eucromatina con un
empaquetamiento menor, y la
heterocromatina, que es la porción de
cromatina más condensada. Los diferentes
niveles de organización de la cromatina están
relacionados también con el grado de expresión
génica.
Cada cromosoma está constituido por una sola
molécula de ácido desoxirribonucleico unido a
unas proteínas denominadas histonas cuya
misión es permitirá que le ADN se condense de una forma ordenada alcanzando los diferentes
niveles de organización.
El nivel de organización más elemental es el nucleosoma, de la unión de varios tipos de histonas con el
ADN.
Sin embargo, en el cromosoma metafásico el nivel de condensación del ADN es todavía 1.400 veces
mayor que el de los nucleosomas. Ese mayor grado de compactación se consigue por sucesivos procesos
de plegamiento de unos niveles de organización para alcanzar otros superiores. El nucleosoma representa
el primer nivel y el cromosoma metafásico el último.
Los sucesivos niveles se consiguen gracias a que los nucleosomas se pliegan unos sobre otros de manera
ordenada formando una fibra que representa el siguiente nivel de organización, haciendo que la longitud
del ADN sea 100 veces menor. Los siguientes niveles de compactación no son bien conocidos.
Los genes guardan la información sobre las características biológicas de los organismos. Son secuencias
concretas de nucleótidos en los que está codificada la secuencia y orden en que se ensamblan los
aminoácidos de cualquier polipéptido o los nucleótidos de los ácidos ribonucleicos del organismo. Sin
embargo, en el ADN hay muchas secuencias de nucleótidos que no forman parte de los genes:
Un 10% del cromosoma eucariótico está compuesto por ADN altamente repetitivo: Son segmentos
cortos de menos de 10pb que se repiten millones de veces. Su función es desconocida y no hay pruebas de
que transcriba.
Un 20% del cromosoma eucariótico está compuesto por ADN moderadamente repetitivo: Una
porción está formada por secuencias que no se transcriben y sólo sirven como zonas de reconocimiento
para la actuación de determinadas enzimas. Otra parte está constituida por genes que se encuentran en
múltiples copias, tales como las del ARNr o los genes de las histonas. El resto está formado por genes de
los que existen múltiples copias pero no idénticas, es el caso de los genes de los anticuerpos.
El 70% restante son segmentos de copia única o escasamente repetidos: Son en su mayoría genes
estructurales. No obstante no todo el segmento asociado a un gen es traducido a proteínas. La mayor parte
de los genes de eucariotas tienen intrones, los cuales no se transcriben. En humanos, sólo entre un 1 y un
5% del ADN es transcrito y traducido a cadenas polipeptídicas.
Comentario [I42]: Ambas estructuras representan distintos aspectos del mismo material hereditario.
Comentario [I43]: Sólo se encuentran en el núcleo celular.
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Parte de los segmentos no codificadores que no son intrones están relacionados con la regulación de la
expresión génica y se denominan secuencias reguladoras, su función es diversa, marcar el comienzo de
la replicación y recombinación del ADN; identificar el inicio y el final de los genes estructurales por parte
de las enzimas encargadas de la transcripción; intervenir en la regulación de la expresión génica, etc.
REGULACIÓN DE LA EXPRESIÓN GÉNICA
Todas las células de un individuo portan la misma información, tienen idénticos genes en sus núcleos. No
obstante, a lo largo de la vida, las células toman distintos caminos formando tejidos y órganos
(organogénesis y morfogénesis).
Por otro lado, dentro de la célula ya diferenciada, el metabolismo celular varía continuamente a lo largo
de su ciclo vital. Dependiendo del momento en que analicemos el contenido celular, encontraremos unos
u otros tipos de polipéptidos, porque la economía celular obliga a que la expresión génica no sea continua
ni simultánea para todos los genes, sino que se activa sólo cuando los correspondientes polipéptidos se
necesitan.
La expresión génica está regulada de forma precisa, tanto durante las sucesivas etapas del desarrollo del
organismo, como a lo largo del ciclo vital celular.
Regulación de la Expresión Génica a Corto Plazo
Está relacionada con el control del metabolismo celular y produce alteraciones pasajeras de la expresión
génica. Están implicados los genes reguladores, que codifican la secuencia de las proteínas reguladoras
o factores de transcripción, los cuales impiden la expresión de los genes estructurales. Para ello se unen
de forma selectiva a la secuencia reguladora, situada en el ADN al inicio de los genes estructurales. De
esta manera impide la unión de la ARN polimerasa.
Los correpresores son moléculas a las que necesitan acoplarse algunas proteínas reguladoras para
adoptar la conformación espacial adecuada que les permita unirse a una secuencia reguladora concreta del
ADN e impedir la expresión de un gen. Un caso especial de correpresores parece constituido por el ARN
de interferencia.
Los inductores son moléculas que al unirse a las proteínas reguladoras hacen que éstas experimenten un
cambio en su estructura tridimensional que les impide unirse al ADN,
permitiendo que el gen pueda ser transcrito.
El modelo del operón es un ejemplo claro para entender este tipo de
regulación de la expresión génica. Cerca de los genes lac, se encuentra
el gen regulador, que codifica una proteína reguladora (represor).
Esta proteína reconoce y se une a la secuencia reguladora de ADN
denominada operador, situada inmediatamente después del promotor
de los genes lac. La unión del represor al operador impide que la ARN
polimerasa pueda acoplarse al ADN, por tanto la transcripción de los
genes lac no se lleva a cabo.
Cuando en medio hay lactosa, unas moléculas actúan como inductor,
provocando que se rompa su unión con el operador. Al quedar éste
libre, la ARN polimerasa se puede acoplar al promotor y comenzar la
Comentario [I44]: Impiden de forma transitoria la expresión de determinados genes.
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transcripción de los genes lac. A medida que se degrade la lactosa desaparecerá el inductor, aparecerán
represores libres que se unirán al operador y se bloqueará la transcripción de los genes lac.
Regulación de la Expresión Génica a Largo Plazo
Se desconocen los mecanismos implicados, aunque bastantes datos apuntan a complejas interacciones
entre diferentes grupos de genes y distintos tipos de moléculas durante el desarrollo embrionario. Entre
estos genes se encuentran los homeogenes. El desarrollo y diferenciación del sistema nervioso humano
depende de estos genes.
En la diferenciación celular están involucrados también otros mecanismos de inactivación génica
permanente, como la metilación y la condensación del ADN.
La metilación es una reacción catalizada enzimáticamente mediante la cual se inserta un grupo de metilo
en la base nitrogenada de los nucleótidos, provocando un cambio que impide la unión de la enzima ARN
polimerasa y, por tanto, evita la transcripción del gen afectado.
La condensación la vimos anteriormente, diferenciando varios grados. Impide que la ARN polimerasa
pueda acceder a los respectivos promotores, existiendo una relación inversa entre el grado de
condensación del ADN y el proceso de transcripción.
Un ejemplo de estos mecanismos lo representa la inactivación del cromosoma X.
¿Por qué las hembras al presentar dos cromosomas X no producen mayor cantidad de proteínas
codificadas en los genes de ese cromosoma?
En las hembras y en los machos que anormalmente presentan más de un cromosoma X aparece en el
núcleo una masa de cromatina denominada corpúsculo de Barr o cromatina sexual.
No es más que un cromosoma X condensado y, por tanto, inactivo. Esta inactivación ocurre al azar, puede
ocurrir en el cromosoma materno o en el paterno.
Las mujeres que son heterocigóticas (Aa) para algún locus situado en el cromosoma X, presentan dos
poblaciones celulares atendiendo a qué cromosoma X esté activo. A esto lo llamamos mosaicismo.
Por ejemplo, el genotipo de una mujer para un locus situado en el cromosoma X es Aa, un cromosoma
llevará el alelo A y otro el a. Al inactivarse al azar un cromosoma X en cada célula, éstas sólo podrán
expresar el fenotipo del alelo del cromosoma activo. La distrofia muscular de Duchenne es una
enfermedad de este tipo. El color del pelo de las gatas barcinas es otro ejemplo.
Estos procesos bloquean la transcripción de los genes, otros procesos pueden hacer el efecto contrario,
desbloquearlos. Estos mecanismos son los que parecen estar implicados en los experimentos de la
clonación.
Comentario [I45]: El gen regulador codifica una proteína represora. El gen estructural codifica un polipéptido o proteína, es la secuencia de nucleótidos del ADN en la que se halla codificada la naturaleza y el orden en el que se ensamblan los aminoácidos de un polipéptido.
Comentario [I46]: La compleja organización pluricelular que da lugar a los distintos órganos del cuerpo y hace que adopte su forma tridimensional es consecuencia de estos procesos a largo plazo.
Comentario [I47]: Una células tendrán el fenotipo dominante y otras el recesivo.
