MATERIAL COMPLEMENTARIO DE BIOLOGÍA: GENÉTICA Historia de la genética: El concepto de gen ha ido variando a lo largo del tiempo, conforme ha avanzado la ciencia que lo estudia, la genética: Gregorio Mendel en sus experimentos propuso la idea original del gen, aunque él no los denominó genes, sino factores, y vendrían a ser los responsables de la transmisión de los caracteres de padres a hijos (lo que ahora llamamos genotipo). El gen mendeliano es una unidad de función, estructura, transmisión, mutación y evolución que se distribuye ordenada y linealmente en los cromosomas. La palabra gen fue acuñada por el botánico danés Wilhelm Johannsen, refiriéndose a la unidad física y funcional de la herencia biológica. Hacia 1950, se impuso el concepto de gen como la cadena de ADN que dirige la síntesis de una proteína. Este es un concepto que proporciona una naturaleza molecular o estructural al gen. El gen codifica proteínas y debe tener una estructura definida por el orden lineal de sus tripletes. Más tarde surge el concepto de gen como “la cadena de ADN capaz de dirigir la síntesis de un polipéptido”. Este concepto surge al comprobar que la mayoría de las proteínas están formadas por más de una cadena polipeptídica y que cada una de ellas está codificada por un gen diferente. Actualmente se sabe que algunos genes codifican más de un polipéptido y que una proteína puede ser codificada por el conjunto de diferentes genes. La existencia de genes solapantes y el procesamiento alternativo rebaten la hipótesis de un gen un polipéptido. Más bien debe proponerse la relación inversa, un polipéptido un gen. Además existen algunos genes que no codifican proteínas sino ARN con función propia (ARN transferencia y ARN ribosómicos, por ejemplo) y que no se traducen, por lo que no es necesaria la traducción para que un gen tenga una función determinada. El gen es, pues, la unidad mínima de función genética, que puede heredarse. La contribución de Mendel fue excepcional en razón del enfoque metodológico utilizado para definir el problema, el uso de variables claramente entendibles y la aplicación de las matemáticas (estadística) al resultado experimental. Usando plantas de arvejas y el método estadístico, Mendel fue capaz de demostrar que los caracteres pasan de los padres a los hijos a través de la herencia de los genes.
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La genética actual, a partir del trabajo de Mendel, ha desarrollado algunos conceptos que son clave para entender los mecanismos de la herencia: Fenotipo: Es la apariencia de un organismo, todo lo que podemos observar y que es la expresión de la información genética. Por ejemplo, el color de cabello, de la piel, ojos. La textura y color de las flores, la forma de las hojas, etc. Genotipo: Es la constitución genética de un ser vivo que determina su fenotipo. El Genotipo no es observable directamente, aunque sí se puede inferir a partir del análisis de las proporciones fenotípicas. Cuando un organismo tiene alelos iguales, se dice de el genotipo es homocigoto (homo = igual). Existen dos tipos de homocigotos, estos son los dominantes y recesivos. El primero tiene sólo genes alelos dominantes (AA), el segundo lleva sólo genes alelos recesivos (aa).Cuando el individuo porta genes alelos distintos (Aa), se dice que su genotipo es heterocigoto. 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 literalmente significa "forma alternativa". Locus: es el lugar específico de un gen en un cromosoma. Gen: (del griego genos = nacimiento) son segmentos específicos de ADN (cromosoma) responsable de un determinado carácter; son la unidad funcional de la herencia.
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Genotipo + Ambiente = Fenotipo
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Herencia intermedia: Experimentos posteriores realizados en la planta Mirabilis Jalapa, o "don Diego de noche", dieron resultados diferentes a los obtenidos por Mendel. Al cruzar una planta de la línea pura, que produce flores rojas, con una planta de línea pura que produce flores blancas, se obtiene en la primera generación plantas de flores rosadas, es decir, un rasgo intermedio al de los dos progenitores puros. Cuando las plantas de flores rosadas se cruzan entre sí, la F2 resultante produce 25% de plantas de flores rojas, 50% de flores rosadas y 25% de flores blancas, con lo que se obtiene una proporción del color de las flores fenotípica de 1:2:1. Estos resultados se producen si uno de los miembros del par alelo para el color de las flores ejerce una dominancia incompleta sobre el otro miembro del par alelo. Otros rasgos con dominancia incompleta es la anemia falciforme.
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Codominancia: Este tipo de interacción se dilucidó estudiando la herencia de los grupos sanguíneos en el hombre. En la especie humana se distinguen cuatro grupos sanguíneos: A, B, AB y O. Cuando uno de los progenitores es del grupo A y el otro del grupo B, el hijo puede ser del grupo AB, ya que los genes que determinan los grupos sanguíneos A y B se expresan de igual manera en el nuevo individuo, lo que se conoce como codominancia.
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Alteraciones cromosomicas: Las alteraciones cromosomicas estructurales se deben a rupturas cromosómicas que ocurren dentro de un cromosoma o entre cromosomas no homólogos. Una porción de un cromosoma puede perderse y sufrir una deleción, puede duplicarse, puede ser translocada a un cromosoma no homólogo, o puede invertirse. Los estudios hechos en los cromosomas gigantes de las larvas de Drosophila suministraron la confirmación visual de estos cambios, así como la evidencia final y concluyente de que los cromosomas son los portadores de las partículas de la herencia.
Alteraciones cromosómicas estructurales: a) Una porción de un cromosoma puede perderse, y sufrir una deleción; b) puede duplicarse; c) puede invertirse o d) puede ser translocada a un cromosoma no homólogo.
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Herencia ligada al sexo: La herencia ligada al sexo ocurre en aquellos organismos donde uno de los sexo contiene un par de heterocromosomas desiguales, como por ejemplo el X e Y que están involucrados en la determinación sexual. Los genes que llevan estos cromosomas van a codificar para características ligadas al sexo. Una de las primeras evidencias de la herencia ligada al sexo fue dada por Thomas H. Morgan cerca de 1920 durante sus estudios del color de ojos en Drosophila. En las moscas el color normal de los ojos es rojo y es dominante sobre el color blanco. Morgan en su trabajo estableció que el patrón de herencia del color de los ojos blancos era una característica ligada al sexo, es decir, el gen correspondiente se encontraba localizado en el heterocromosoma X. A diferencia de los resultados de un típico cruce monohibrido, cruces recíprocos entre moscas de ojos rojos y blancos no dieron resultados idénticos.
Cruces recíprocos realizados por Morgan donde se observan las diferencias entre los resultados de la F1 y la F2.
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En contraste con todos los cruces de monohíbridos realizados por Mendel, donde los resultados eran independientes del sexo del padre portador de la característica mutante, los resultados de sus cruces recíprocos entre moscas de ojos blancos con moscas de ojos rojos dieron fenotipos diferentes en ambas generaciones la F1 y F2. Los resultados obtenidos por Morgan lo llevaron a la conclusión que el locus para el color de ojos se encontraba en el cromosoma X. Las interpretaciones de Morgan mostraban que debido a que el macho carece de un cromosoma X, cualquier alelo presente en su único cromosoma X será directamente expresado en el fenotipo. Los machos no presentan homocigosis o heterocigosis para aquellos genes localizados en el heterocromosoma X pero ausentes en el Y, entonces se habla de hemicigosis. Herencia ligada al sexo en seres humanos: En la especie humana los cromosomas X e Y presentan diferencias morfológicas (el Y es mas pequeño que el X) y tienen distinto contenido génico. Están compuestos por un segmento homólogo donde se localizan genes que regulan los mismos caracteres y otro segmento diferencial, en este último se encuentran tanto los genes exclusivos del X , caracteres ginándricos, como los del cromosoma Y, caracteres holándricos. Los caracteres cuyos genes se localizan en el segmento diferencial del cromosoma X, como daltonismo, hemofilia, ictiosis están ligados al sexo.
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Daltonismo: Consiste en la incapacidad de distinguir determinados colores, especialmente el rojo y el verde. Es un carácter regulado por un gen recesivo localizado en el segmento diferencial del cromosoma X. Los genotipos y fenotipos posibles son:
MUJER
HOMBRE
XDXD: visión normal
XD Y : visión normal
XDXd: normal/portadora Xd Y : daltónico XdXd: daltónica
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Hemofilia: Se caracteriza por la incapacidad de coagular la sangre, debido a la mutación de uno de los factores proteicos. Igual que en el daltonismo, se trata de un carácter recesivo, y afecta fundamentalmente a los varones ya que las posibles mujeres hemofílicas (Xh Xh) no llegan a nacer, pues esta combinación homocigótica recesiva es letal en el estado embrionario. Los genotipos y fenotipos posibles son: MUJER
HOMBRE
XHXH: normales
XH Y : normal
XHXh: normal/portadora
Xh Y : hemofílico
XhXh: hemofílica (no nace)
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Herencia influida por el sexo: Algunos genes situados en los autosomas, o en las zonas homologas de los cromosomas sexuales, se expresan de manera distinta según se presenten en los machos o en las hembras. Generalmente este distinto comportamiento se debe a la acción de las hormonas sexuales masculinas. Como ejemplo de estos caracteres, podemos citar en los hombres la calvicie, un mechón de pelo blanco, y la longitud del dedo índice. Si llamamos A al gen de pelo normal y a al gen de la calvicie. El gen a es dominante en hombres y recesivo en mujeres. Según esto tendremos los siguientes genotipos y fenotipos para el pelo. Genotipo
Hombres
Mujeres
AA
Normal
Normal
Aa
Calvo
Normal
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aa
Calvo
Calva
Preservación y promoción de la variabilidad: Sin duda, el mecanismo más importante por el cual se promueve la variabilidad de la progenie en los organismos eucarióticos es la reproducción sexual y lo hace de tres modos: 1) por distribución independiente de los cromosomas en la meiosis; 2) por crossingover con recombinación genética en la meiosis y 3) por la combinación de los dos genomas parentales en la fecundación. En cada generación, los alelos son distribuidos en combinaciones nuevas. En contraste con esto, los organismos que se reproducen sólo asexualmente mediante procesos en los que intervienen la mitosis y la citocinesis, pero no la meiosis excepto en el caso de que haya ocurrido una mutación durante el proceso de duplicación el organismo nuevo será exactamente igual a su único progenitor. Con el tiempo se formarán muchos clones ; cada uno de los cuales podrá llevar una o más mutaciones pero, a menos que las mismas mutaciones ocurran en los mismos clones, las combinaciones potencialmente favorables nunca se acumularán en un mismo genotipo . En cuanto a las desventajas, los organismos que se reproducen sexualmente sólo pueden hacerlo a la mitad de la velocidad que los organismos que se reproducen asexualmente. La única ventaja para el organismo que se reproduce sexualmente es la promoción de la variabilidad, la producción de nuevas combinaciones de alelos entre la progenie. Por qué esta variabilidad
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resulta ventajosa para el organismo individual es objeto de una antigua y larga discusión que aún sigue abierta En las poblaciones que se reproducen sexualmente se han desarrollado muchos mecanismos que promueven nuevas combinaciones genéticas. Estos mecanismos incluyen la presencia de alelos de autoesterilidad y de adaptaciones anatómicas que inhiben la autofecundación en las plantas y de diversas estrategias del comportamiento que inhiben la cruza entre organismos emparentados, en los animales. La variabilidad es también preservada por la diploidía, que protege a los alelos recesivos raros de la selección natural. La selección natural también puede promover y preservar la variabilidad. En los casos de superioridad de los heterocigotos, por ejemplo, se selecciona al heterocigoto con preferencia a cualquier homocigoto, manteniendo así a ambos alelos en la población. La heterosis, o vigor híbrido, es el resultado de la superioridad del heterocigoto o bien del enmascaramiento en heterocigosis de los posibles efectos perjudiciales de alelos recesivos. El origen de la variabilidad genética: Las nuevas técnicas de análisis del DNA de los cromosomas de los organismos eucarióticos ha permitido comprobar que grandes segmentos de DNA los transposones tienen la capacidad para producir duplicados de sí mismos y dispersar estos duplicados en otros sitios del mismo cromosoma o de otros cromosomas. Estos genes duplicados son entonces libres para transitar su propio camino evolutivo, dejando que sus funciones sean desempeñadas por los genes parentales originales. Los genes duplicados están libres, por lo tanto, de restricciones selectivas, permitiendo que se acumulen las mutaciones. Los biólogos evolutivos proponen que los genes estructurales existentes actualmente tuvieron sus comienzos en muy pocos protogenes, que luego se duplicaron y modificaron por la acumulación de mutaciones durante los últimos 4.000 millones de años. Más importante aun es que existen evidencias claras de que este proceso de duplicación y subsiguiente mutación continúa en el presente. La duplicación y la modificación génica han desempeñado indudablemente un papel muy importante en la evolución. Es probable que, a medida que se incremente nuestra comprensión acerca de estos procesos, se requerirá una revisión de algunos aspectos de la teoría evolutiva.
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Clonación: En genética, la clonación es el proceso de hacer copias de un fragmento específico de ADN, generalmente un gen. Para ello se aísla la secuencia de ADN que se va a clonar y se implanta en un microorganismo, usado como vector de clonación (normalmente algún tipo de bacteria), para obtener gran número de copias del fragmento insertado, como por ejemplo en el caso de la insulina para uso humano. En este caso particular, se extrae del ADN humano la secuencia de aminoácido que sintetiza la insulina y se inserta en una bacteria, de forma que quede como un nucleoide de la misma. Si se inyectan estas bacterias a un diabético producirán la proteína de insulina humana. En Biología, un clon es un organismo multicelular que es genéticamente idéntico a otro organismo. Un ejemplo en la naturaleza son los hermanos gemelos procedentes de un mismo cigoto, también llamados univitelinos. El hito en los experimentos de clonación animal tuvo su representante en la oveja Dolly.
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Oveja Dolly
El proceso de clonación es bastante simple y sencillo de realizar, primero se recoge el núcleo de una célula adulta (en este caso de las glándulas mamarias de la madre de Dolly) y se introduce en un óvulo sin fecundar, ese óvulo empieza a dividirse sucesivas veces hasta formar un embrión y un nuevo individuo con la misma dotación genética del individuo que donó la célula. Sin embargo, el proceso ha reportado algunos inconvenientes: la oveja Dolly murió por problemas similares a una vejez prematura, por lo que, a nivel científico aún se debate sobre su aplicabilidad en los seres humanos. Recientes descubrimientos parecen indicar que el problema de la muerte prematura de Dolly se debe a los telómeros de la célula utilizada para clonarla. Un telómero es el trozo final de un cromosoma, cada alelo pierde un trozo (unos cuantos genes sin utilidad práctica) después de cada división, esto hace que una célula tenga tan solo un número determinado de divisiones mitóticas. En el caso de Dolly la célula que utilizaron para clonarla era adulta y tenía un gran número de divisiones ya realizadas, por lo tanto al utilizarla para recrear un individuo, la longitud de los telómeros es la misma que en la célula adulta original por lo que tendrá menos esperanza de vida. Cuando un cromosoma pierde totalmente sus telómeros la célula deja de reproducirse ya que estos son vitales para la reproducción celular. Desde el punto de vista ético, la futura clonación humana destinada a producir otro ser humano (clonación reproductiva), es objeto de controversia, dado que desde diferentes planteamientos éticos de partida, muchos lo consideran como algo éticamente reprobable. La clonación terapéutica se lleva a cabo a partir del material genético de una célula adulta para obtener un embrión en el estado de "blastocisto" o "blástula", (también llamado "embrión preimplantatorio (no preembrión)" por ser éste el estado en el que se implanta en el endometrio en la reproducción). En éste estado se disgrega el blastocisto para obtener células madre embrionarias destinadas a producir diferentes tejidos u órganos con fines terapéuticos.
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Cuadro sinóptico
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Guía de ejercicios: 1. Un individuos que presenta un par de genes Aa es: a) Homocigoto dominante b) Homocigoto recesivo c) Heterocigoto d) Codominante e) Dominante incompleto 2. En un retrocruce los individuos F1 son apareados con individuos: a) Homocigotos recesivos b) Homocigotos dominantes c) Heterocigotos recesivos d) Heterocigotos dominantes e) F2 3. El resultado fenotípico de F2 en un cruzamiento monohibrido es: a) 9:3:3:1 b) 9:3 c) 100% expresada la característica recesiva d) 100% expresada la característica dominante e) 3:1 4. La proporción fenotípica de la generación dihibrida F2 es: a) 3:1 b) 3:3:1 c) 9:3:3:1 d) 9:3:3:9 e) 100% expresada la característica dominante 5. El daltonismo y la hemofilia son enfermedades relacionadas al: a) Cromosoma Y b) Cromosoma X c) Par cromosomal 21 d) Par cromosomal 1 e) Par cromosomal 5 6. El grupo sanguíneo AB es un ejemplo de: a) Herencia intermedia b) Cruzamiento de prueba c) Dihibridismo d) Codominancia e) Homocigotos recesivos
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7. Si los individuos parentales son rojo y blanco cada uno, en F2 aparece el color rozado, esto se explica por un(a): a) Codominancia b) Herencia intermedia c) Dihibridismo d) Cruzamiento de prueba e) Todas las anteriores 8. Cuando los cromosomas presentan más de un gen, se denomina: a) ADN maduro b) ADN abierto c) ADN cerrado d) Ligamiento genético e) ADN degenerado 9. Mendel se caracterizo por trabajar principalmente con: a) Bacterias b) Protozoos c) Nemátodos d) Artrópodos e) Vegetales 10. La genética clásica se origina en el: a) Siglo XX b) Siglo XIX c) Siglo III d) Siglo XV e) Siglo X 11. Para obtener descendientes homocigotos recesivos se debe cruzar: I) 2 heterocigotos II) 2 homocigotos recesivos III) Un heterocigoto y un homocigoto recesivo IV) Dos homocigotos dominantes a) I, II, III b) I, IV c) I, II d) I, III, IV e) Sólo IV 12. ¿Qué es un fenotipo? a) El conjunto de caracteres observables que son determinados solamente por el genotipo b) El conjunto de caracteres observables que son determinados solamente por el ambiente c) El producto de la interacción entre cromosomas durante la división celular 21
d) El conjunto de alelos que dan origen a los caracteres observables en un organismo e) El conjunto de caracteres observables determinados por el ambiente y el genotipo
13. La relación correcta entre genes y alelos es: a) Un alelo, un gen b) Un alelo esta formado por diferentes tipos de genes c) Las variantes de los genes son los alelos d) 2 alelos se ubican en un mismo gen e) 2 genes se ubican en un mismo alelo 14. Si un individuo heterocigoto se reproduce con otro individuo heterocigoto, entonces el hijo: a) Debe ser heterocigoto b) Debe ser homocigoto c) Puede ser homocigoto o heterocigoto d) Presentara un fenotipo dominante e) Presentara un fenotipo intermedio a los padres 15. Si en un cruzamiento dihibrido se obtiene la siguiente descendencia: AaBB, AABB, aaBB. ¿Cuál de los siguientes cruzamientos es el correcto? a) AaBB x aaBb b) AaBB x AaBB c) AABB x AaBb d) AaBb x Aabb e) AaBb x aabb 16. En relación a los genes ligados al sexo, es correcto afirmar: I) Están ubicados en el cromosoma X II) Alteran las proporciones Mendelianas clásicas III) Actúan solo cuando están en condiciones recesivas a) Sólo I b) Sólo II c) I, II d) I, III e) I, II, III 17. Los genes holandricos son transmitidos en un: a) 100% a las mujeres b) 100% a los hombres c) 50% a los hombres y 50% a las mujeres d) 75% a los hombres y 25% a las mujeres e) 75% a las mujeres y 25% a los hombres
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18. Los rasgos hereditarios que se transmiten ligados al sexo se manifiestan con mayor frecuencia en los hombres, porque el cromosoma: a) Y no aporta genes b) X no aporta genes c) X en estado homocigoto es letal d) Y no aporta genes ligados e) Y no tiene alelos de caracter ligado 19. ¿Qué animal nacerá si el núcleo de una célula somática de oveja se introduce en un ovulo sin núcleo de una vaca, el que una vez iniciado su desarrollo embrionario se implanta en el útero de una cabra? a) Una cabra b) Un hibrido vaca cabra c) Un hibrido cabra oveja d) Una vaca e) Una oveja 20. Un gen es: a) Un carácter que se observa b) Un carácter no observable c) Son alternativas que puede tener un alelo d) El factor hereditario que controla un caracter determinado e) Todas son correctas
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Alternativas correctas: 1 C 2 A 3 E 4 C 5 B 6 D 7 B 8 D 9 E 10 B
11 A 12 E 13 C 14 C 15 B 16 C 17 B 18 E 19 E 20 D
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