BIOLOGÍATEMA 1: EL GENOMA

TAMAÑOS GENÓMICOS

ESTRUCTURA DEL ADN

El modelo de Watson y Crick establece que:

- La estructura del ADN tiene dos cadenas helicoidales enrolladas alrededor del mismo eje.

- Cada cadena consiste en grupos fosfato di-ester que se unen al complejo nucleósido.

- Las dos cadenas (no sus bases) están relacionadas por una díada perpendicular al eje y los planos del azúcar (la pentosa) y la base unida a ella son perpendiculares.

- Hay enlaces hidrógenos entre pares de bases, una de cada cadena.

Las dos cadenas polinucleicas son complementarias y antiparalelas

DESNATURALIZACIÓN Y RENATURALIZACIÓN

Existen ciertos límites de temperatura (80º- 90ºC), en los que se produce la separación de las cadenas polinucleotídicas del ADN, dando lugar a dos hélices simples. Este fenómeno se llama desnaturalización del ADN.

Este fenómeno está relacionado con las variaciones de capacidad de absorción de los UV de una longitud de onda determinada: la pérdida de la configuración helicoidal se refleja en un aumento de la capacidad al quedar libres las bases de cada hélice.

La desnaturalización implica una rotura de los enlaces hidrógenos presentes (A=T y C=G), se deduce que la temperatura de fusión será mayor cuanto mayor sea el contenido en C=G.

La desnaturalización puede producirse también por tratamientos químicos (NaOH, BaOH…), modificaciones de pH…

Cuando el ADN desnaturalizado se enfría, se vuelve a formar la doble hélice: es la renaturalización.

Si el enfriamiento es rápido, la formación de la doble hélice se produce al azar, en fragmentos cortos que resultan ser complementarios, pero no corresponden a la estructura del ADN inicial; en cambio, si el enfriamiento es lento se conduce a la auténtica renaturalización, es decir, con la misma estructura que el ADN inicial.

SECUENCIACIÓN DEL ADN.

Consiste en determinar la secuencia de nucleótidos de los ácidos nucleicos (ADN y ARN).

ESTRUCTURA DE LOS GENOMAS.

ADN COPIA SIMPLE.

o Regiones codificadas.

Contienen genes domésticos, del desarrollo, exclusivos (únicos de algunos organismos) y transposones (genes saltones que pasan de un cromosoma a otro).

o Regiones no codificadas.

Están formados por pseudogenes: genes que, por mutación han perdido la facultad codificadora. Las mutaciones afectan generalmente al codón iniciador, se produce un cambio de codón y el gen acaba degenerando.

Los intrones son zonas que no codifican nada.

Los espaciadores son zonas situadas entre dos genes que no codifican.

a) Genes en los procariotas.

ADN copia simple o baja copia (1 copia): codifica proteínas (ARNm), ARNr y ARNt.

El mensaje en los procariotas es continuo, es decir, que es una secuencia completa desde el ADN inicial hasta el codón final (codón stop). Esta secuencia carece de intrones y tiene pocos espaciadores.

Existe una región situada 16 nucleótidos hacia 5´ conocida como región +1, que marca la fijación del ribosoma y por tanto, el inicio de la transcripción.

Los genes procariotas, así como en los eucariotas, tienen dos promotores, aunque son diferentes en cada caso.

En el caso de los procariotas, hay uno situado en la posición -10 (secuencia TATAAT, que indica a la ARN polimerasa donde tiene que empezar la transcripción) y otro en la posición -35 (secuencia TTGACA).

Los genes tienen que tener siempre promotores para poder ser transcritos por la ARN polimerasa.

Los promotores bacterianos son diferentes de los eucariotas y además son fáciles de manipular.

Para la fabricación de transgénicos basta con introducir un gen eucariota detrás de un promotor bacteriano para que la bacteria lo reconozca como suyo y comience la transcripción de ese gen.

b) Genes en los eucariotas.

El mensaje en los eucariotas no es continuo: es una secuencia interrumpida por intrones no codificadores. Esta secuencia tiene también la región +1 y los promotores (Pr).

Existe también un punto de finalización de transcripción situada unos cuantos nucleótidos después. Esta sirve para asegurar que se ha transcrito la totalidad de la secuencia genética y para poder enganchar la zona de poliamidas.

Los genes eucariotas nucleares, presentan intrones y suelen estar duplicados (una copia).

Si en el primer exón se han sustituido 71 aminoácidos, estos corresponden a 71 codones (213 nucleótidos).

Se plantea un problema: porqué tanta diferencia entre los genes eucariotas y los procariotas:

1º hipótesis: los genes eucariotas son compuestos que antes eran genes bacterianos, los exones serían genes bacterianos y los intrones corresponderían a antiguos espaciadores. Los genes eucariotas serían el resultado de la suma de genes eucariotas.

2º hipótesis: los genes eucariotas son el resultado de una recombinación.

Esquema de una recombinación normal:

Creación de dos nuevos genes que pasaran a la descendencia.

A B C A B´ C´

A´ B CA´ B´ C´

Aplicación a este caso

La recombinación habría explicado la diferencia entre los genes procariotas y los eucariotas pero se plantea un nuevo problema: las mitocondrias y los cloroplastos, y, así como porque todas las eucariotas tienen intrones, sin embargo las bacterias no los tienen ¿porqué esta diferencia?

Hipótesis 1: los intrones han existido siempre, pero las bacterias los han perdido a lo largo de la evolución. Esta hipótesis resulta poco probable ya que las bacterias fueron los primeros organismos de la tierra.

Hipótesis 2: los intrones aparecieron en los eucariotas y los orgánulos (mitocondrias y cloroplastos) han intercambiado la información genética adquiriendo partes del genoma, como los intrones. La escala evolutiva sería el resultado de muchas recombinaciones y duplicaciones.

Origen de las duplicaciones.

Las duplicaciones son recombinaciones irregulares:

Las enzimas tienen las mismas funciones cuando están producidas por diferentes copias alélicas, pero los aminoácidos de las proteínas pueden ser ligeramente diferentes. Si las diferencias son muy grandes, acaban adoptando diferentes funciones.

Evolución de las globinas

MECANISMO DE LA TRANSPOSICIÓN

Los transposones son genes contenidos por todos los organismos que pasan de un organismo a otro (o de una región a otra del mismo cromosoma) y se transcribe. Cuando la transposición se hace dentro del mismo cromosoma se conoce como transposición intrínseca.

Tipos de transposones:

LTR (Long Terminal Repeat) (100bp->5Kb):o Ty1 copia: alto número de copias (10·6 copias por genoma)o Ty1 gypsy: alto número de copias (10·6 copias por genoma)o Pao BEL: menor número de copias (sólo animales): inferior número de

copias No LTR:

o LINES (Long Insterspersed Nuclear Elements): alto número de copias (se autocopian a si mismos, con transcriptasa reversa (+ polimerasa) que sirve para generar el ADN que servirá de modelo para las siguientes transcripciones).

o SINE (Short Insterspersed Nuclear Elements, <500bp): alto número de copias (sin transcriptasa reversa)

Consecuencias de las transposiciones:

Suelen iniciar la expresión de otros genes.

Si el sitio de inserción del trasposón es altamente repetitivo, no hay ningún problema porque no hay transcripción.

Si el sitio de inserción es una zona codificada, el trasposón puede inactivar la expresión de un gen al “partirlo”.

ADN moderadamente repetitivo.

Este tipo de ADN puede estar dispuesto en diferentes formas dentro del genoma: Intercalado con ADN copia simple por todo el genoma:

r cs r cs r cs r cs r

En unidades dispuestas en tándem:

r r r r r r r r r

En unidades de repetición intercaladas:

r1 r2 r3 r4 r5 r1 r2 r3 r4

Este ADN moderadamente repetitivo contiene genes ribosomales NOR. Estos genes son más grandes en el genoma de las eucariotas que en el de las procariotas.

a) Procariotas:

Genoma ribosoma ribosoma completo

ADN ARNGen 16s 16s + proteínas => subunidad menor Gen 23s 23s + proteínas => subunidad mayor

40sb) Eucariotas :

gen 18s 18s + proteína=> subunidad menorGen 25 28s 25 28s Gen 5s 5s + proteínas => subunidad mayor

60 70s

Estos genes están en el ADN moderadamente repetitivo, en miles de copias, los ribosomas necesitan sintetizarse continuamente ya que, una vez que sintetizan la proteína son degradadas.

Esquema del funcionamiento de los ribosomas.

Síntesis del ribosoma síntesis de la proteína degradación del ribosoma síntesis del nuevo ribosoma.

Los procariotas tienen un número de genes ribosomales muy pequeño (alrededor de 2 copias) en comparación con las eucariotas (miles de copias).

1. Los genes NOR.

Se encuentran dentro del nucleolo en tándem.

ITS: espaciador transcrito interno.IGS: espaciador intergénico.ETS: espaciador transcrito externo.Zona de transcripción: los genes se transcriben conjuntamente como si fueran un cistrón.

Cistrón: secuencia de ADN que tiene genes que se transcriben a la vez, dando un único ARN que contiene los mensajes seguidos: es la agrupación de varios codones que tienen bajo su dependencia la síntesis de una proteína, cada uno de ellos determina la elaboración de un amino-ácido de la proteína.

Operón: sistema de regulación de la expresión genética encontrado en procariotas que afecta a genes dedicados a un objetivo metabólico, que se encuentran situados de forma contigua en el ADN. Está compuesto por varios genes estructurales que se transcriben como una unidad.Son genes que van seguidos y que tienen un solo promotor.En células eucariotas los genes son individuales y no están en el operón.

En las zonas de transcripción hay espaciadores internos (ITS) y externos (ETS) que no transcriben y serán eliminados. Cuando se eliminan estos espaciadores, la secuencia de nucleótidos se repliega, formando bucles debido a la fijación de los nucleótidos complementarios (A=U C=G). Los bucles representan los nucleótidos que no se han fijado a sus complementarios.

La noción de emergencia evolutiva: Cuando se produce una mutación, ésta se propaga a todas las copias que hay del gen en ese locus del cromosoma.

2. Los genes 5s.

Estos también forman parte de los moderadamente repetitivos, pero se encuentran fuera del nucleolo. Están dispuestos en tándem = árbol de navidad. Su estructura es más sencilla que la de los genes NOR: sólo disponen de un espaciador.

ADN altamente repetitivo.

Recibe el nombre de satélite porque cuando se realizó el gráfico del espectro de absorción (ADN visible a 280nm con neón) se vio un segundo pico después del principal.

Este ADN tiene la tasa de mutación más alta ya que al no transcribirse no causa daños al individuo, y se van acumulando las mutaciones.

Las mutaciones en un codón que provocan cambios de amino-ácido, es decir, las mutaciones que resultan perjudiciales serán eliminadas, pero en esta región se acumulan.

Existen 2 familias dentro de este ADN:a. Minisatélites: 10 – 30 pares de bases en millones de copias.b. Microsatélites: 2 – 6 pares de bases.

Lo que cambia es el tamaño de las unidades de repetición, en ambos casos son muy pequeñas y repetidas muchas veces por el genoma.

También varían en la distribución del genoma, pueden ser:a. Locus único: en una sola parte del genoma.b. Múltiples loci: por todo el genoma.

La ventaja de estos mini y microsatélites es que acumulan muchas mutaciones que suceden a lo largo de la vida de un individuo, que componen la huella genómica que es única para cada individuo.

Región microsatélite de locus único:

Caracterización genética de individuos.

(1) individuo homocigótico porque los 2 alelos tienen el mismo tamaño de unidades de repetición (10 – 10).

(2) heterocigótico: los alelos tienen tamaño diferente (10 – 12).(3) homocigótico: tamaño 10 – 10.(4) heterocigótico: tamaño 10 – 6.

Estos microsatélites pueden estar ligados a un gen de interés y pueden servir para realizar estudios de herencia de estos genes.

Casos de un tetraploide:

Los alelos son de locus único pero se observan 4 en el genoma. Podemos deducir que el individuo tiene 4 cromosomas del mismo tipo.

Minisatélites de múltiple loci:

Hay una secuencia específica para cada individuo. Para detectar esa región se elabora una sonda: fragmentos de ADN que tienen la secuencia de esta unidad de repetición y se fijan a ella. Los fragmentos complementarios son los únicos que se marcan.

Los individuos que están relacionados (familiares) comparten algunas bandas de las huellas genómicas.

Si el patrón es idéntico, los dos individuos son clones.

Los minisatélites se utilizan en las pruebas de paternidad (el que más se parezca) y en las criminales (patrón idéntico).

GENOMAS ORGANULARES.

Existen dos tipos:- El genoma mitocondrial (mtADN)- El genoma plastidial o cloroplastidial (clADN)

Ambos son genomas de tipo bacteriano y sus características son:- Es haploide: cromosoma circular y con varias copias del cromosoma.- ADN recombinante (mitocondrial) o no (cloroplastidial).- ADN copia simple.- ADN relativamente conservado, hay pocas mutaciones y solo contiene algunas

regiones variables.

Los dos genomas se heredan maternalmente porque están contenidos en el citoplasma, aportado por el óvulo en la fecundación (el padre sólo aporta el espermatozoide que únicamente contiene información genética). Los orgánulos del citoplasma serán siempre de origen materno.

1. Genoma mitocondrial : se transcribe como un solo cistrón (de una sola vez). Se compone de dos círculos, uno interno y otro externo, compuestos de genes (en el interno están los genes que se van a transcribir).

a. En humanos : los tamaños son muy pequeños ya que la mayor parte de los genes originales de la mitocondria han sido transferidos al núcleo, los orgánulos sólo conservan una parte. Su tamaño es de 17 kbp y están compuestos por genes ribosomales y por genes sintetizadores de proteínas.

b. En mamíferos : se componen de 33 genes contenidos en 18 kbp. Son genes copia simple. Entre los 33 genes se encuentran:

- Dos genes que codifican ARNr (fabricación de ribosomas).- 22 genes transferentes de ARNt (fabricación de amino-ácidos).- 13 genes mensajeros de ARNm (fabricación de proteínas)

o 3 COXo 1 COBo 2 ATPasao 7 NADH red

Existe una única región conocida como bucle D, que es variable y no codifica nada. Los genes de este orgánulo se transcriben como un cistrón, todos a la vez y por completo.

Las proteínas en naranja son los genes que se encuentran en el ADN mitocondrial.

Hay algunas proteínas de las mitocondrias cuyos genes sintetizadores se encuentran en el genoma nuclear. Para adquirir estas proteínas será preciso que el gen se transcriba en el núcleo, sea transportado por los mensajeros al citoplasma y fije su membrana con la de la mitocondria para ser absorbido.

Hay algunas enfermedades, como la esterilidad masculina, que tanto en animales como plantas se debe a errores o delecciones en parte del ADN mitocondrial. Estas enfermedades son hereditarias.

c. En plantas : el genoma es más grande, está compuesto de 570 kbp y contiene 90 genes de los cuales:

- 3 son ARNr.- 22 son ARNt- 60 son ARNm

En las plantas, y más concretamente en las angiospermas, se han observado transferencias de genes entre dos organismos que no están emparentados. El hecho de encontrar genes específicos de una especie en otra diferente ha llevado a plantear el efecto de transferencia horizontal, que se opone a la herencia vertical (parental).

Hipótesis:

1. Transferencia por vías.2. Parasitismo: las plantas parásitas que viven sobre otras han acabado

transmitiendo/intercambiando parte de su genoma.3. Polinización ilegítima: el polen de una planta que se posa sobre otra acaba

introduciendo parte de su material genético.

2. Genoma cloroplástico : está compuesto por 113 genes más las regiones espaciadoras. Es más grande que el genoma mitocondrial.

Al igual que las mitocondrias, estos orgánulos han intercambiado información genética con el núcleo de la célula.

La información genética para formar un ribosoma está dividida en dos grupos de genes:

- Los que codifican para la subunidad mayor están en el cloroplasto.- Los que codifican para la subunidad menor se encuentran en el núcleo.

Para que se forme el polímero completo, la parte contenida en el núcleo tendrá que ser transcrita, transportada al citoplasma y transportada al genoma cloroplástico para ser traducido.

Este genoma tiene dos regiones invertidas, el resto se compone de copia simple.

Los espaciadores, zonas que no codifican son las más variables.

TEMA 2: GENÉTICA MOLECULAR.

En la genética molecular existen tres procesos universales:

Replicación Transcripción Traducción

I.- REPLICACIÓN

La replicación del ADN tiene lugar cuando la célula madre se va a dividir en dos células hijas. Consiste en obtener dos copias idénticas del ADN. Tanto las células eucariotas como las procariota realizan este proceso.

Existen varias hipótesis para explicar este proceso:

La conservativa (de novo): la doble hélice original permanece intacta, y la doble hélice creada es totalmente nueva.

La dispersiva: la molécula vieja se rompe y destruye, y las dos nuevas moléculas contienen precursores nuevos y viejos.

La semiconservativa: la doble hélice tiene una hélice nueva y otra vieja.

Meselson y Stahl realizaron experimentos para saber cual era la hipótesis correcta; uno de estos experimentos fue el de cultivos bacterianos con isótopos de N (N15y N14).

ADN pesado 15N en el cual las bacterias sintetizan siempre 15N de densidad 1,80. (Tenemos un segundo tubo con ADN ligero 14N de densidad 1,65).

ADN de densidad 1,72 (media entre el ligero y el pesado).

Primera replicación

ADN de dos densidades diferentes 1,72 y 1,65.

Segunda replicación

La densidad media (1,72) sólo solo se explica con la hipótesis semiconservativa: resulta de la adición de una banda pesada a otra ligera.

Los resultados obtenidos demuestran que la hipótesis correcta es la semiconservativa.

Bucle de replicación .

Antes de que se efectúe la división celular, la célula madre tiene que replicarse, y se ha demostrado que este proceso es semiconservativo.

Durante el proceso de replicación, se forma un bucle de replicación cuando se separan las dos hebras de ADN. La replicación empieza en un punto de origen y avanza en dirección 5´ 3´, además la replicación es bidireccional.

A cada uno de los lados del bucle hay una horquilla de replicación.

Horquilla de replicación.

Hay un lugar de origen de la replicación que se muestra en la horquilla de replicación y que señala el avance de la copia.

La horquilla indica que se está realizando la separación y la replicación a la vez. El avance es bidireccional, lo que hace que se acorte el tiempo. En el lugar en el que empieza la replicación se organizan las proteínas en un complejo llamado replisoma.

En eucariotas la replicación es más compleja: grande y linear con varios orígenes de replicación.

La síntesis de las nuevas hebras se hace a partir de las hebras molde. Se distinguen la hebra conductora, donde la síntesis es continua, y la hebra retardada, que presenta un impedimento topológico y sintetiza las nuevas hebras de forma fragmentada; esto se debe a que la dirección es contraria a la de apertura de la hélice.

Los replisomas.

Son la maquinaria de replicación del ADN. Los diferentes mecanismos son:

- ADN polimerasa: complejo enzimático con 13 subunidades que se encarga de sintetizar nuevos polinucleótidos durante el proceso.

- Helicasas: son las responsables de la separación de las hebras rompiendo los puentes de hidrógeno.

- SSD (proteínas desestabilizadoras de la doble hélice): se sitúan entre las hebras para que no se cierren.

- ARN primasa: sintetiza el ARN cebador.- ARN cebador: pequeños segmentos de ADN (aproximadamente 10

nucleótidos) que sirve como punto de inicio de la replicación.

También existen unas enzimas llamadas topoisomerasas que rompen y vuelven a unir las hebras de ADN.

Actividad del replisoma:

Sabemos que en la horquilla de replicación existe una hebra retardada que sintetiza el ADN en fragmentos. Fue Okazaki el que lo descubrió: observó que cada cierta longitud había nucleótidos marcados con ARN cebador, lo que indicaba que se estaba sintetizando de forma fragmentaria ya que los cebadores marcan el inicio de replicación.

Cierre de los fragmentos de Okazaki: los fragmentos de ARN tienen que ser eliminados gracias a la ARN nucleasa. Sin embargo, la eliminación de esos fragmentos dejan huecos que es necesario rellenar con la acción de la ARN polimerasa. Después, las enzimas ligasas se encargaran de unir los extremos obteniendo así una cadena de ADN completa.

Hebra retardada completa

ADN polimerasa.

Propiedades:

- Enzima rápida: 1000 nucleótidos por segundo.- Enzima económica: la síntesis de nucleótidos no consume globalmente

energía porque coge nucleótidos en forma trifosfatizada, rompe el enlace liberando energía que aprovecharán en la polimerización el balance energético no cambia, no se consume energía.

- Enzima procesativa: cuando empieza la polimerización, ésta no se detiene hasta que no se termina la cadena, es decir, la polimerización es continua hasta el final.

Problemas en el proceso:

A. Fallo en la introducción de un nucleótido que no corresponde: existe una actividad correctora, diferente entre eucariotas y procariotas.

Procariotas EucariotasADN exonucleasa (3´ 5´). La enzima tiene la propiedad de retroceder, cortar el enlace del nucleótido

Sin ADN exonucleasa.Glucosilasas.Estas enzimas marcan el nucleótido mal

erróneo y seguir con la polimerización. introducido, las exonucleasas lo reconocen, lo cortan y lo eliminan. La ARN polimerasa rellena el hueco y la ligasa sella la huella.

Otras formas de marcaje: la metilación.

La metilación es la adición de un grupo metilo (-CH3) a una molécula. La metilación es el principal mecanismo epigenético. Aquí la metilación consiste en la transferencia de grupos metilos a algunas de las bases citosinas del ADN situadas previa y contiguamente a una guanina (G). Puesto que la26metilación es fundamental en la regulación del silenciamiento de los genes, puede provocar alteraciones en la transcripción genética sin necesidad de que se produzca una alteración en la secuencia del ADN. También pueden ser metilados los productos de los genes, es decir, las proteínas, regulándose así también su función.

B. Degradación del ADN

a. Por desaminación: este proceso es importante en la degradación de aminoácidos. Es una reacción química que se caracteriza por la ruptura de un grupo amino.

b. Por dimerización de timinas: se produce por la luz ultravioleta y es una de las causas del cáncer. Los rayos de luz UV impactan sobre el ADN y provocan una alteración estructural del ADN, que puede corregirse gracias a las glucosilasas y las topoisomerasas.

Dimerización actividad correctora

Las mutaciones son la consecuencia de estos errores.

Las sustituciones nucleotídicas son:- Una fuente de variabilidad genética.- La base de la evolución.

Las mutaciones pueden tener diferentes consecuencias dependiendo de la zona donde se produzcan:

a) Mutaciones en las regiones codificadoras (copia simple).

Estas mutaciones dependen mucho del nucleótido sustituido en el codón. El tercer nucleótido es siempre el más variable, las tasas que presentan son muy elevadas: 10-6-10-9b/100nts/año. En estas mutaciones, el nuevo codón sigue codificando el mismo aminoácido, por lo que quedan fijadas ya que no son problemáticas. Estas mutaciones son conocidas como sinódicas o silenciosas.

El primer y el segundo nucleótido son los más conservados en los codones. Si se efectúa un cambio en cualquiera de los dos automáticamente se produce un cambio de aminoácido, lo que supone un cambio en la proteína. Estas son las mutaciones no sinódicas y la tasa de mutación es muy pequeña: <10-9 b/100nts/año.

b) Mutaciones en las regiones no codificadoras (altamente repetitivas).

Estas mutaciones quedan fijadas porque los cambios no afectan al funcionamiento. La tasa de mutación es más elevada que en las regiones codificadoras: 10-4–10-5

b/100nts/año. Estas son las mutaciones que producen la huella genética.

Periodos de replicación .

En las procariotas, la replicación se efectúa continuamente en el citoplasma. Los dos procesos universales ocurren a la vez, transcripción y traducción. Esto se debe a que no hay separación temporal ni espacial.

En las eucariotas, la replicación solo tiene lugar durante la fase S, en el nucleoplasma. Existe, en este caso, separación espacial (traducción en el citoplasma) y temporal de los dos procesos.

Esquema del ciclo celular en eucariotas:

Solo transcripción. Solo transcripción.

Solo replicación.

Orígenes de la replicación.

En procariotas: un bucle único.

En eucariotas: múltiples bucles. Se necesitan más bucles para asegurar una replicación rápida ya que el genoma es muy grande.

Existen muchos orígenes de replicación; por ejemplo, la mosca tiene 50000.

¿Por qué en las eucariotas los dos procesos no se dan a la vez y en procariotas si?

En las procariotas la orientación de los genes es la misma en ambos sentidos del bucle, con lo cual, no hay colisión de las enzimas responsables de cada proceso (avanzan en el mismo sentido).

En las eucariotas los genes tienen orientaciones opuestas: la ADN polimerasa y la ARN polimerasa podrían colisionar. Por este motivo, los procesos no suceden al mismo tiempo.

La forma descondensada del ADN es la cromatina o nucleosoma.Cromatina = ADN + histona repetido muchas veces.Nucleosoma: unidad básica de la cromatina. En las eucariotas, cada origen de replicación forma un bucle, se necesita una hora para replicar todo el genoma.

El ADN se encuentra en la cromatina. Para que la ADN polimerasa pueda penetrar en la cromatina y empezar la replicación, esta cromatina debe estar en estado nucleosoma (formado por ADN e histonas), se tienen que separar las dos hebras de ADN. Las histonas son proteínas compuestas por seis subunidades proteicas.

Para replicar la hebra de ADN, se tiene que descondensar y pasar a cromatina. Una vez replicado, se forman las cromátidas hermanas (cromátidas idénticas que al separarse darán una célula hija con la misma información).

Durante la replicación, a través de los poros nucleares, deben penetrar al núcleo materiales proteicos procedentes del citoplasma para formar las histonas nuevas.

En la replicación, las histonas viejas se mantienen en la hebra conductora y las nuevas se asocian con la obra retardada (Okazaki). Al final, cada una de las copias tendrán la mitad de histonas viejas y la mitad de histonas nuevas.

II.- LA TRANSCRIPCIÓN.

La transcripción es el proceso por el cual se traslada la información desde el ADN al ARN (genoma intermediarios). Solo se transcriben determinadas zonas del ADN, los genes. Este proceso de transcripción, tiene lugar durante casi toda la vida celular, asegurando el metabolismo.

Un mismo gen puede ser transcrito a la vez por varios ARNs.

En eucariotas, la transcripción no tiene lugar durante todo el ciclo celular, ya que cuando hay replicación no se transcribe. Sin embargo, en procariotas, este proceso tiene lugar siempre, durante todo el ciclo celular, en continuo y a la vez que la replicación.

Este proceso está catalizado por ARN polimerasas:

- ARN polimerasa I: transcribe genes ARNr ribosomal (NOR).- ARN polimerasa II: transcribe genes ARNm mitocondriales.- ARN polimerasa III: transcribe genes ARNt transferentes y ADNr ribosomal 5s.

Estas enzimas presentan variaciones en su composición proteínica y se transcriben diferentes genes, de ahí su clasificación.

Modelo de transcripción en burbuja.

El crecimiento del ARNm se realiza en sentido 5´ 3´ (análogamente a la dirección de replicación).

A diferencia de la replicación del ADN, la transcripción no produce la separación total de las hélices de ADN. Se producen desenrollamientos parciales dentro del ADN, de manera que una vez realizada la transcripción vuelven a quedar unidas ambas hélices. Se forma así un modelo de transcripción en burbuja.

En este proceso solo una hebra sirve como molde para sintetizar sobre ella el ARN (hebra con sentido), la otra hebra es la hebra sin sentido. La síntesis de la nueva hebra es en dirección 5´ 3´.

Las uniones formadas son muy inestables: conforme va siendo sintetizado el ARN se suelta de la hélice (lo que produce la estructura en pluma) y las dos hebras de ADN complementario vuelven a cerrarse por atrás mientras la ARN polimerasa sigue avanzando y abriendo la hélice, de ahí la estructura en burbuja.

ADN ARN 5´------------------- 3´ (hebra con sentido)A U 3´------------------- 5´ (hebra sin sentido)C GG CT A El proceso de transcripción.

Es un proceso económico: la energía liberada al romper el enlace fosfoester es equivalente a la creación de un enlace, el balance global es neutro. La ARN polimerasa coge nucleótidos trifosfatados y los introduce monofosfatados.

Problemas: los sobreenrollamientos negativos y positivos:

Existen unas enzimas llamadas girasas, que desenrollan los extremos de la hélice para que vuelva a recuperar su tamaño normal y para que no se produzca un sobreenrollamiento. De esta forma el gen puede seguir transcribiéndose.

Orientación de los genes.

Los genes pueden estar orientados de forma distinta en los eucariotas, pueden estar en dirección contraria. Hay que saber en que dirección está la hebra con sentido para saber como se realiza la transcripción.

En el caso de las procariotas, siempre tienen la misma orientación.

Orientación contraria de los genes.

ARN polimerasa.

La ARN polimerasa es una enzima rápida (1000 nts/seg), económica (no consume energía) y procesativa (polimerización completa y continua hasta el final). Esta enzima no es capaz de localizar el promotor por si sola, necesitan ayuda.

1. iniciación de la transcripción.

Procariotas: factor sigma (σ):

La ARN polimerasa no es capaz de localizar el promotor por si sola.

La ARN polimerasa está formada por cuatro cadenas polipeptídicas (2 α, β, β´), el factor σ no forma parte de la enzima.

La unidad α tiene como función unirse al promotor. La unidad β se une al nucleótido que se va a incorporar a la molécula. La unidad β´ se une a la hélice de ADN que sirve de molde. El factor σ reconoce sobre el ADN el lugar correcto de iniciación de la transcripción, es decir, orienta a la ARN polimerasa hacia el promotor. Una vez que comienza la transcripción, el factor σ es liberado para unirse de nuevo a otra enzima e iniciar otro nuevo proceso de transcripción, ya que este factor no tiene función catalítica.

Eucariotas: factores de transcripción.

Carecen de factor σ pero tienen factores de transcripción mucho más numerosos. Su función es similar: orientar a la ARN polimerasa hacia el promotor, y cuando se inicia la transcripción en la posición +1 se liberan. Son necesarios para que la ARN polimerasa pueda encontrar el promotor e iniciar la transcripción.

2. Terminación.

La terminación de la síntesis viene determinada por lugares específicos del ADN molde. La lectura de dichas señales no es realizada por la ADN polimerasa, sino por una proteína específica llamada factor p.

3. Maduración de transcritos.

Por lo general, el ARN que se sintetiza no lo hace en su forma molecular definitiva: el transcrito es un ARN precursor que dará lugar al ARN definitivo tras una etapa de maduración.

Como en las eucariotas el mensaje no es continuo y presenta una separación espacial entre el lugar de transcripción (núcleo) y el de traducción (citoplasma), necesita protección durante el transporte del mensaje para evitar la degradación.

Los ARN son monocatenarios y al poseer únicamente una hebra son mucho más fáciles de degradar a diferencia del ADN que tiene doble hélice.

Los ácidos nucleicos pueden ser degradados por las ADN exonucleasa, que rompen la cadena por los extremos 5´ y 3´, las ADN endonucleasas (enzimas de restricción), que atacan por el centro de la hélice a secuencias específicas, y las ARN exonucleasas. Estas enzimas están presentes en las células; los transcritos necesitan una protección para no ser degradados. Es lo que se conoce como maduración de los transcritos.

Cola poliadenilada 3’.

La mayoría de los ARN poseen una secuencia de ácido polialélico (poli A) en su extremo 3´. Esta cola de 30 adeninas se añade después de la transcripción y será alargada por las ARN exonucleasas y evitarán que estas enzimas lleguen hasta el transcrito.

Caperuza 5´.

Otra característica en el proceso de maduración es la protección o encapsulamiento de su extremo 5´ que queda bloqueado por la formación de un tapón constituido por un enlace 5´-5´ pirofosfato y un conjunto de grupos metilo añadidos a esta estructura. El extremo 5´ se vuelve inaccesible. Este tapón sirve para ser reconocido por los ribosomas.

Splicing de intrones en eucariotas.

En el proceso de transcripción, se transcribe el gen en su totalidad. Esto incluye intrones y exones. Sin embargo, la secuencia definitiva de ARNm no puede contener regiones no codificadas.

Existe un mecanismo de eliminación de intrones (splicing), atribuido a enzimas especiales capaces de reconocer las regiones exón-intrón-exón para romper (splitting) y empalmar (splicing) los extremos exón-exón, a través del spliceosoma, complejo proteico encargado de llevar a cabo el splicing.

Esta eliminación tiene que ser exacta para que no cambie la parte de lectura de los codones y no den lugar a una proteína diferente.

Etapas del splicing.

El ARN tiene secuencias complementarias a los extremos inicial y final de los intrones.

Los intrones son cortados del ARNm inmaduro por un sistema específico que reconocen secuencias cortas dentro de él y que se encuentra cerca de los límites con exones.

El trabajo del corte y empalme está catalizado por una estructura pequeña, compuesta por ribonucleoproteínas nucleares llamadas snRNPs, constituidas por pequeños ARN nucleares (snARNs) asociados a proteínas. Su nombre es spliceosoma.

Ejemplo de gen ovoalbúmina.

El gen cuenta inicialmente con 7000 BP nucleótidos. El ARNm solo tiene 1872 nucleótidos

Otros genes que pueden sintetizar splicing:

ARNs ribosomales eucariotas (NOR).

ARNs transferentes: la maduración conlleva plegamientos.

4. Periodos de transcripción.

En procariotas, los procesos universales se efectúan de forma continua, no hay maduración de los transcritos: ensamblan con los ribosomas y se transcriben a la vez.

En eucariotas la transcripción tiene lugar en los periodos G1 y G2 de la interfase. La diferencia de orientación de los genes hace que la simultaneidad de los procesos sea imposible.

5. La retrotranscripción.

La retrotranscripción o transcripción inversa es el proceso inverso a la transcripción: consiste en sintetizar el ADN a partir de un molde de ARN.

Se fabrica un cADN a partir de la hebra monocatenaria de ARN, después la ADN polimerasa fabrica la hebra complementaria cogiendo como molde el cADN.

Este tipo de transcripción inversa es característica de los virus, como el SIDA y se da también en algunos casos de cloroplastos y mitocondrias.

Las secuencias del genoma viral serán reconocidas por la célula como propias y se iniciará su transcripción y su traducción.

ARN viral AGCUACCGUAA

Transcriptasa inversa

ADNc TCGATGGCATT

ADN polimerasa

ADN bacteriano TCGATGGCATTAGCTACCGTAA

Integrasa

GENOMA LT4

Transcripción + traducción

Proteínas virales

Virus infecta nueva célula

Una célula puede ser atacada por miles de células a la vez.

Es difícil crear fármacos contra estos virus ya que presentan tasas de mutación muy elevadas.

III.- TRADUCCIÓN

La traducción es el tercer proceso universal. Consiste en la síntesis de cadenas polipeptídicas siguiendo las instrucciones contenidas en el ARNm. La síntesis de ribosomas se realiza sobre proteínas.

Se ha establecido que el código genético almacena la información en forma de ADN, que a través del proceso de transcripción se expresa en un ARNm. El producto final de la expresión genética es una cadena polipeptídica formada por una serie linear de aminoácidos.

La traducción del ARNm es la polimerización de aminoácidos en cadenas polipeptídil-cas. Este proceso solo se produce en asociación con los ribosomas (no son específicos).

Principio de economía genética.

Un solo gen puede recibir a la vez miles de mensajes, lo que quiere decir que una sola copia del gen puede generar hasta un millón de proteínas.

Los genes de copia simple (una sola copia) representan de este modo una economía genética: solo hay una copia pero se pueden obtener muchas proteínas.

El código genético .

Propiedades:

- La información está codificada en tripletes de nucleótidos (codones).- El código genético es universal: todas las cadenas de diferentes organismos

codifican para las mismas proteínas (UAU siempre codifica para Tyr). Hay excepciones de esta universalidad en el genoma mitocondrial.

- Es degenerado: un determinado aminoácido puede ser especificado por más de un codón (es el caso para 18 de los 20 aminoácidos). Esto se debe a que el tercer nucleótido es muy variable en los codones, pero en general, sea cual sea el tercero, se sintetiza el mismo aminoácido. Los que no pueden ser modificados en ningún caso porque modificarían un aminoácido diferente son el primero y el segundo nucleótido de los codones.

- El código no tiene ambigüedades: un codón sintetiza un aminoácido.- No tiene pausas: una vez que empieza la traducción del ARNm los tripletes se

leen por orden y sin interrupciones.- Se necesita un codón iniciador y uno stop para traducir.- Existen 64 codones diferentes de los cuales:

Uno es iniciador (AUG): codifica al aminoácido metionina. Tres son codones stop (UAA, UAG, UGA). 60 codifican a los 19 aminoácidos restantes. Deducimos que hay aminoácidos codificados por más de un codón.

Se considera que un gen empieza en el codón iniciador y termina en el stop (cualquiera de los tres, ya que son comunes en todas las especies), por marcaje de estos codones se puede secuenciar el genoma y determinar el número de genes de un organismo, sin embargo, no se puede determinar las proteínas que codifican.

Código genético en ARNm

Cada aminoácido está codificado por cuatro codones diferentes (difieren en el último nucleótido). Sin embargo hay excepciones:

- la metionina y Trp están codificadas por un único codón.- Ile está codificada por tres codones.- Leu y Arg por 6 codones…

Código genético en el ADN.

Es el mismo que el del ARNm pero los uracilos se cambian por las timinas.

Conservación de las posiciones en el codón.

- 1ª posición: bastante conservada.- 2ª posición: muy conservada.- 3ª posición: muy variable.

Pauta de lectura del ARNm y alteraciones.

La sucesión de codones marca la pauta de lectura, desde el codón iniciador hasta el codón stop.

Puede haber alteraciones en estas pautas debido a inserciones y/o delecciones de uno o varios nucleótidos, que provocan el desplazamiento de los nucleótidos siguientes y un cambio de codones, que codifican nuevos aminoácidos y proteínas diferentes. Si estas alteraciones tienen lugar en el primer o segundo nucleótido del codón, la proteína creada no será viable, ya que el codón stop aparece antes de lo debido, creando un mensajero no funcional.

Sin embargo, puede haber inserciones y delecciones en estas dos posiciones compensatorias: la inserción de un nucleótido en un codón y luego deleción de otro nucleótido en el codón siguiente solo implica el cambio de dos aminoácidos de la proteína, el resto sigue igual.

Si el número de inserción y delección es impar, vuelven a formarse proteínas no viables.

Estas mutaciones causan:

- Proteínas más cortas porque el codón stop aparece antes.- No funcionales.- Pseudogenes (si afectan al codón iniciador en el ADN) la región génica no llega

a transcribirse ni a traducirse.

Bacterias: mensajes solapados.

Un mensaje se inicia con un codón iniciador. Puede haber en la secuencia varios codones iniciadores, aunque solo el primero sería el único que tuviese esa función, el resto solo serviría para fabricar aminoácidos.

Reconocimiento codón-anticodón.

Durante la síntesis proteica, los aminoácidos son transportados por ARNt hasta el ribosoma. Para que se ensamblen, se establece una unión de codones ARNr y ARNt. Este enlace es débil y temporal (solo dura el tiempo del traslado). Como la tercera posición en los codones es variable, la tercera posición de los anticodones también es variable.

En procariotas se dan los tres procesos a la vez en el citoplasma. En eucariotas los procesos son independientes y se hacen en distintos lugares. La traducción también se da en el citoplasma.

Código no estándar: el genoma mitocondrial. Se da en el citoplasma.

Lugar de traducción: el ribosoma.

La subunidad menor y la subunidad mayor se sintetizan independientemente en el nucleolo (eucariotas) o en el citoplasma (procariotas) y se juntan en la traducción. El ARNm se une a la subunidad menor, después se ensambla la subunidad mayor para formar el ribosoma completo.

Se crean dos regiones:- El surco P, donde se introduce la elongación de la cadena polipeptídica.- El surco A, donde se introduce el nuevo aminoácido.

Polirribosoma.

Cada mensaje puede ser recorrido por varios ribosomas a la vez. La dirección de traducción es 5´-3´.

La síntesis proteica empieza siempre con NH2- y el último aminoácido que se incorpora lleva el extremo terminal –COOH.

RELACIÓN ENTRE LOS TRES TIPOS DE ADN Y SUS FUNCIONES.

Dentro del núcleo hay tres tipos de cromatinas:

- Eucromatina : copia simple de ADN que se está descondensando para ser transcrito.

- Nucleolo : ADN moderadamente repetitivo en grado de condensación medio, que sirve para sintetizar ribosomas.

- Heterocromatina : zona totalmente condensada situada alrededor del nucleolo. Este ADN no se transcribe porque la ARN polimerasa no puede penetrar en ella debido a la condensación. Existen dos tipos de heterocromatina:

o H. constitutiva: ADN altamente repetitivo, permanentemente condensado que no contiene genes.

o H. facultativa: ADN copia simple (representa una pequeña fracción de la cromatina). Este ADN puede cambiar su estado de H. facultativa a eucromatina y viceversa.

Mecanismo de regulación: cuando la célula necesita transcribir los genes presentes en la H. facultativa los descondensa y los convierte en eucromatina, cuando no los necesita los vuelve a condensar.

Ejemplo: La hemoglobina.

Estado fetal. El ADN contiene los tres genes simples.

Β α Ε

Estado adulto.

Las proteínas del grupo HEMO- se ocupan de la fijación del CO2 y O2. Ε fija más fuertemente el O2 que β madre, las concentraciones son bajas.

En estado fetal, el niño solo recibe O2 de su madre, las concentraciones son bajas y necesita Ε para fijarlo mejor. Cuando nace, consigue el O2 del aire (respiración) y no necesita una fijación tan fuerte el gen E se condensa y la proteína E deja de sintetizarse.

Interpretación.

Para los genomas sencillos, existe una correlación entre el tiempo de reasociación y el tamaño del genoma.

Si en el caso de los eucariotas hay tres asíntotas es porque hay zonas del genoma que se reasocian más rápido que otras (el genoma eucariota es más complejo).

Existen tres tipos de ADN:

- ADN copia simple (1 a 5 copias) que codifican proteínas ARNm.- ADN moderadamente repetitivo (103 copias), que codifican ARNr y ARNt.- ADN altamente repetitivo (secuencias repetidas 106 veces), no codifica (ADN

basura/satélite) pero tienen una función citológica (es necesario para el apareamiento de los cromosomas).

Explicación paradoja.

Todas las procariotas (bacterias) tienen el ADN copia simple, su ADN es homogéneo.

Las eucariotas, en concreto las plantas, tienen un genoma muy grande, pero la mayoría es altamente repetitivo; no es tan complejo como el humano.

El ADN copia simple tarda más en reasociarse porque solo existe un complementario de cada cadena en todo el genoma (del ADN altamente repetitivo hay millones de copias).

Síntesis de proteínas.

Es un proceso que requiere energía: 4 ATP por residuo (Aa) que se añade a la cadena en crecimiento.

En el mismo intervienen varias enzimas:Aminoacil – ARNt sintasas.Peptidiltranslocasa.Factores de iniciación, elongación y finalización.

Las proteínas solubles (eucariotas) se sintetizan en el citoplasma.

Las proteínas hidrofóbicas se sintetizan en la membrana plasmática (procariotas) ya que no hay orgánulos de membrana; o en el retículo endoplasmático (eucariotas).

Etapas de la síntesis proteica.

1. Activación de los aminoácidos: cuando los aminoácidos se fijan al ARNt son transportados a los ribosomas. Este proceso cuesta energía (dos ATP), y se realiza por la enzima Aminoacil – ARNt - sintetasa.

2. Iniciación: la enzima peptidil - translocasa crea enlaces peptídicos entre aminoácidos. Cada enlace cuesta dos ATP (la adición de cada aminoácido cuesta cuatro ATP).

3. Elongación: crecimiento de la proteína.4. Terminación.5. Plegamiento y proceso postraducción: proceso de maduración en la proteína.

Hay otras proteínas que ayudan a estas fases: los factores de iniciación, de elongación y de terminación.

Cuando los aminoácidos están cerca, la peptidotranslocasa rompe los enlaces con los ARN transferentes y crea otro péptidos, lo que cuesta otros dos ATP.

El primer ARNt que lleva Met se libera, permitiendo al ribosoma avanzar una posición (se transloca). Es el proceso de elongación.

Hay un surco P donde crece la cadena y un surco A donde entra el nuevo aminoácido. El surco A pasa a ser surco P conforme van avanzando los ribosomas, hasta que alcanza el codón-stop. En este momento se rompe el último enlace del último aminoácido que ha entrado y se añade una molécula de agua. Después, las subunidades se separan.

EXPLICACIÓN DE LAS ESTAPAS DE SÍNTESIS.

Se caracteriza por la unión de un aminoácido a la molécula ARNt adecuada mediante un enlace rico en energía derivada del ATP. El proceso lo cataliza una enzima específica, diferente para cada aminoácido denominada aminoacil – ARNt - sintetasa.

Aa1 + ARNt + ATP sintetasa Aa1—ARNt1 +AMP + Pp1

Se unen por el extremo 3´.

La energía del ARNt “cargado” se invierte en la formación de un enlace peptídico entre el aminoácido del ARNt y otro aminoácido en el ribosoma.

Aa1 - ARNt1 + Aa2 - ARNt2 peptidil-transferasa Aa1-Aa2 - ARNt2 + ARNt1 (liberado)

Los nuevos aminoácidos se unen a la cadena naciente mediante el enlace peptídico.

Aa3 – ARNt3 + aa1 – aa2 aa3 – aa2 – aa1 – ARNt3 + ARNt2 (liberado).

El proceso continúa hasta que se añade el aan.

El proceso se divide en varias etapas:

a) Activación de los aminoácidos: se unen el ARNt y un aminoácido para formar el aminoacil- ARNt-sintasa.

b) Iniciación: además del ARNm, los ribosomas y las moléculas específicas del ARNt, la traducción requiere de la participación de varios factores de iniciación (IF1, IF2, IF3), que ayudan a la unión de las dos subunidades.

El primer paso consiste en la unión del ARNm a la subunidad 30s. El factor IF3 estimula dicha unión. El ensamblaje de las subunidades ocurre como resultado del proceso.

El factor de iniciación IF2 se une al GTP y al indicador Met-ARNt y estimula su unión al complejo de iniciación guiando al Met – ARNt, hasta el surco P.

Una de las proteínas ribosómicas hidroliza el GTP uniendo al IF2, promoviendo así el ensamblaje de las dos subunidades ribosómicas. En este momento se disocian los factores IF2 e IF3.

c) Elongación: en este proceso los factores de elongación aseguran que los nuevos aminoácidos introducidos en el surco A se colocan en su sitio.

El factor de elongación EF - TU media la entrada de los aminoacil - ARNt al sitio A.

Es necesario que EF-TU se fije primero al GTP. El complejo EF-TU-GTP se une al ARNt y a continuación la hidrólisis del GTP a GDP favorece la unión del aminoacil-ARNt al sitio A. En ese momento se disocia el factor EF-TU dejando el nuevo ARNt en el sitio A.

El factor EF-Ts media la liberación de EF-TU-GDP del ribosoma y la regeneración de EF-TU-GTP.

Durante la translocación se transfiere la cadena polipeptídica del peptidil-ARNt al aminoacil ARNt que ocupa el sitio A en una reacción catalizada por la enzima peptidil – transferasa. Es entonces cuando el ribosoma avanza un codón en el ARNm, dirección 5´ 3´. Este paso está mediado por el factor EF-G y activado por la hidrólisis de GTP a GDP. En el proceso se libera el ARNt descargado del sitio P y se transfiere el peptidil-ARNt recién formado desde el sitio A al P. mirar diapositiva

d) Terminación: estos factores participan en la rotura del enlace y la liberación del radical carbonílico (los tres codones de terminación son UAG, UGA y UAA, y son reconocidos por los factores RF1, RF2 y RF3.

Cuando el peptidil ARNt ocupa el sitio P, los factores de liberación se unen al sitio A en respuesta a la presencia de los codones stop. El polipéptido se libera del sitio P y las subunidades se disocian, listas para volver a empezar.

Cuando termina este proceso, se obtiene una proteína bruta que no es la definitiva. Va a haber procesos de maduración postraducción: plegamientos (lamina beta y hélice alfa) proteólisis (eliminación del aminoácido que la proteína no necesita) antes de que las proteínas estén listas para trabajar en la célula.

Plegamientos : la función de una proteína depende de su forma, y esta de como se pliega. El plegamiento comienza durante la elongación. Aunque es un proceso espontáneo que no requiere energía, se ve acelerado por la acción de las proteínas chaperonas moleculares.

Las proteínas en las eucariotas pueden ser modificadas por la adición de pequeños grupos químicos en su paso por el retículo endoplasmático y el aparato de Golgi. Algunas reciben una señal de acortamiento que sirve de dirección y asegura que la proteína sea llevada a una buena localización de la célula. Otras son aumentadas con grupos de azúcares o lípidos.

Muchas proteínas son modificadas por enzimas que les quitan un grupo fosfato. La adición (fosforilación) o deleción (desfosforilación) de fosfatos tienen mucha influencia en la actividad de las proteínas, pudiendo llevarles a un estado activo o inactivo.

Proteolisis parcial : pueden eliminarse secuencias de aminoácidos en ambos extremos o en el interior de la proteína.

Glicosilación : proceso químico por el cual se añaden glúcidos que son necesarios para el reconocimiento celular.

EJEMPLO DE LA INSULINA

La insulina necesita ser plegada para hacer los enlaces (puente de sulfuro, hidrógeno). Es sintetizada en el retículo endoplasmático (porque estas proteínas solubles luego serán transferidas al exterior), y será madurada en el aparato de Golgi; los receptores del hígado solo reconocen la proteína madura.

El péptido de señalización es el primer aminoácido de la preinsulina, se necesita para poder entrar en el retículo. Después de ser sintetizada la proteína, el péptido señalizador se liberará.

Péptido señalizador mitocondria. Péptido señalizador cloroplasto.

Hay un proceso de marcaje y selección de proteínas (glucosilación) que les permitirá fusionar a la membrana y penetrar en el aparato de Golgi, donde madurarán. La proteína madura será vertida al corriente sanguíneo para ser transportada al hígado.

Diabetes mellitus (insulino – dependiente) : el 15% con respecto al total de las diabetes, aparece en torno a los 20 años, se tienen que tratar con inyecciones regulares de insulina. Es una enfermedad autoinmune, ya que destruye las células β, encargadas de la fabricación de insulina: el individuo se ve incapaz de regular una hiperglucemia.

Diabetes no insulino – dependiente : el 85% con respecto al total, aparece a partir de los 40 años, se tienen que tratar con medicación y régimen. Es una enfermedad que tiene por origen un fallo en los receptores de la insulina, no la detectan. A largo plazo, la tasa de fabricación de insulina disminuye.

Esquema explicativo (sin diabetes) : en la síntesis proteica se necesita un péptido señalizador que dirige a las mitocondrias y cloroplastos. La única función es permitir el paso, después se eliminan por proteolisis. Pasa lo mismo en el núcleo con las histonas.

La vida media de las proteínas depende de su composición de aminoácidos:

- unos desestabilizan y acortan la vida }- otros estabilizan y alargan la vida } depende de la proporción de ambos.

TEMA 3: REGULACIÓN DE LA EXPRESIÓN GÉNICA.

Las células contienen todos los genes del organismo, pero no expresan todos. Son muy selectivos a la hora de expresar genes, así como en la cantidad y el momento de hacerlo.

Mecanismos de regulación.

La expresión génica puede ser regulada en cualquier paso comprendido entre la síntesis de ARN y la activación del producto génico final. Hay tres mecanismos posibles:

- Evitar la producción de ARNm para determinadas enzimas, evitando la adición ribosómica. Control transcripcional.

- Aunque se haya producido la transcripción, hay modos de evitar la traducción: alteración del tiempo de vida del ARNm, factores de elongación. Control de traducción.

- Control postraducción.

Existen unas proteínas reguladoras, que pueden ser inhibidoras (-) y activadoras (+), que están reguladas a su vez por otras moléculas señalizadoras.

- Las inhibidoras se sitúan sobre el promotor, bloqueando la entrada de polimerasa y pueden funcionar solas, con ayuda de un cofactor, que es necesario para su acción y las que se vuelven no funcionales en presencia de un cofactor.

- Las activadoras se sitúan corriente arriba del promotor. Las hay de tres tipos: las que funcionan solo con cofactores, las que funcionan solas y las que se desactivan/liberan en presencia de un cofactor.

I.- REGULACIÓN EN PROCARIOTAS.

a) Cascada de factores σ: esporulación bacteriana.

Las bacterias se enquistan en forma de espora cuando les faltan nutrientes, entran en fase esporular.

Durante la mitosis, la división de las células es desigual y asimétrica: una de las dos células recibirá la mayor parte del citoplasma, y la que se queda con el citoplasma pequeño formará la espora, que no necesitará los nutrientes al no tener que mantener su metabolismo. La espora se rodea de capas proteicas cada vez más gruesas.

A las 8 – 10 horas se ha formado por completo la capa, se produce la lisis de la proteína vegetativa, por falta de nutrientes, la espora sobrevive.

Cuando el medio vuelve a tener nutrientes, se produce la lisis de la capa protectora y aparece una nueva bacteria vegetativa.

¿Cómo se regula?

Gracias a la cascada de factores σ, hay proteínas que se unen a la ARN-polimerasa para orientarla hacia el promotor.

Existen varios factores σ, con lo cual varios promotores y varios genes:

- genes tempranos, genes intermedios: cuando hay nutrientes solo se expresan el σA. Si faltan nutrientes no se expresa el σA sino el σB y el σC (promotores para genes intermedios) responsables de la forespora. Una vez que se forma la forespora, los factores σB y σC desaparecen. Cuando las condiciones son favorables vuelve a aparecer σA, iniciando el crecimiento vegetativo.

b) Operones: genes que se transcriben conjuntamente.

Ejemplo: operón de la lactosa (lac).

La Escherichia Coli es una bacteria que vive en nuestra flora intestinal y se alimenta de lactosa.

Los mamíferos sintetizan lactasa, que degrada el enlace Glu-O-Gal. Esto es necesario para asimilar la glucosa. Si la concentración de lactasa es pequeña o insuficiente, se produce una intolerancia a la lactosa, al ser incapaz de degradarla. Esta capacidad se pierde en estado adulto, excepto para los humanos, especialmente los europeos, a causa de las mutaciones.

Para asimilar la lactosa existen tres proteínas clave:

Lactosa permasa: transportador que permite absorber lactosa al citoplasma. Una vez dentro, necesita ser hidrolizada por la enzima B-galactosidasa. La glucosa liberada en esta reacción se emplea directamente vía glucólisis, aunque quedan restos que no pueden metabolizarse, y deberán ser eliminados. Para esto, es necesario que previamente sean transformados en B-galactósidos por la enzima tiogalactosido-transacetilasa. Una proteína transmembrana se encarga de eliminarlas.

Los genes que codifican estas enzimas están ligados, tienen un único promotor y las tres enzimas se fabrican a la vez, se conoce como Operón Lac. Se sabe que el gen LacA codifica la enzima transacetilasa (cataliza las reacciones que permiten que ciertos tipos de azúcares puedan ser exportados desde la célula cuando estos son abundantes). Este gen estaría ligado a LacY y LacZ.

Esquema del Operón Lac

La expresión de los genes está regulada por una proteína represora que se coloca sobre el promotor para que no se transcriba. Este recibe el nombre de represor Lac, y tiene dos puntos de unión al promotor (O1 y O2).

El mecanismo de regulación depende de la concentración de lactosa:

- Si hay, se inhibe la expresión del represor y el operón se transcribe (no se expresa el gen).

- Si no hay, se activa la expresión del gen del represor lac, impide la burbuja de transcripción de ARN polimerasa y no hay transcripción de proteínas.

Influencia de la glucosa: Si hay, activa la transcripción de los genes del operón, si no hay la inhibe.

II.- REGULACIÓN EN EUCARIOTAS

No existe el operón ni la cascada de factores σ, sin embargo, existe la heterocromatinización, que consiste en la condensación y la descondensación de la cromatina. La constitutiva es altamente repetitiva y la facultativa copia simple.

Ejemplo de la hemoglobina.Genes de las globinas humanas

Hay un proceso de heterocromatinización que afecta a un cromosoma entero (solo en las células de los mamíferos), es el cromosoma X de la hembra. Se cree que es para compensar el exceso de genes entre hombres y mujeres.

Se produce en el inicio del estado embrionario, cuando se tienen solo 16 células. El cromosoma que se heterocromatiniza es elegido al azar en cada una de las células.

Si un hombre tiene cromatina sexual es porque es XXY y si una mujer no puede heterocromatinizar es porque es XO.

Ejemplo de heterocromatinización: el pelaje de los gatos.

Los machos son hemicigóticos (solo un alelo), solo pueden tener un fenotipo, sin embargo, las hembras pueden llegar a expresar tres fenotipos:

PP}pP } podrán tener varios colores de pelaje dependiendo de la heterocromatinización pp } en cada célula.

Ejemplo de la hemofilia

Es un efecto de las proteínas que se encargan de la coagulación de la sangre. Está relacionada con el cromosoma X.

Es un alelo recesivo, pero en el caso de los hombres basta con recibirlo para padecer la enfermedad ya que solo tienen ese alelo. En las hembras, para que se de la hemofilia tienen que tener ambos alelos recesivos, las posibilidades son muy pocas. Sin embargo, puede haber hembras portadoras que lo transmitan a los hijos. Aunque una hembra heterocigótica no sea hemofílica, la heterocromatiniza (aproximadamente 50% de las células Xp y 51% de las Xm), por lo tanto tendrá células hemofílicas y normales, que serán responsables de la coagulación, aunque el proceso será más lento.

III.- MECANISMOS DE REGULACIÓN POST-TRADUCCIÓN.

- Proteolisis : se elimina una porción de proteínas para producir otras maduras.

- Virus: fago lambda (λ): ataque bacteriano ciclos lítico y lisogénico.

- Transducción bacteriana vía fagos : transferencia de material genético de una bacteria a otra o un virus a una bacteria (transferencia horizontal). El virus destruye la bacteria, vuelve a crear su genoma pero coge fragmentos del material genético que ha infectado.

- Función editora del ARNm : tiene capacidad de eliminar nucleótidos y cambiar el mensaje final de:

Virus Plastos mitocondrias

TEMA 4: EL CICLO CELULAR Y LAS DIVISIONES.

Tipos de células:

- Células de vida larga, como las neuronas, que se conservan hasta la muerte.- Células de vida media , como son los hepatocitos, que cuando se llega al

estado adulto ya no se regeneran. Los hepatocitos son células específicas del hígado. Se pueden regenerar en algún caso de extirpación de una parte del mismo.

- Células de vida corta : como las células endoteliales (interior de los vasos sanguíneos), epiteliales y meristemáticas.

Fases del ciclo celular:

- Interfase : periodo G1, Periodo S y periodo G2. las células de vida corta pasan por estos periodos rápidamente, mientras que las de vida larga no pasan del periodo S.

- División (mitosis): en el que se obtienen dos células hijas.

Duración del proceso:

- Durante el periodo G1 (6 – 12 h) y G2 (3 – 4 h) se lleva a cabo la transcripción.- Durante el periodo S (6 – 8 h) tiene lugar la replicación.

La duración de los procesos depende del tipo de células. En el G1 se transcriben los genes universales, y en el G2 el conjunto de genes que tienen que ver con la división celular que se efectúa después. Las células largas permanecen en estado estacionario (periodo G0).

Las ciclinas son proteínas disparo que necesitan unirse a una quinasa (enzima que cataliza la transferencia de un grupo fosfato de un ATP a una proteína objetivo) y activa los genes de la ARN-polimerasa.

La S-ciclina desencadena la transición de la fase G1 a la S. Las células largas no alcanzan a formar el complejo activado porque tienen concentraciones de S-ciclinas muy bajas, y por consiguiente, no pasan del periodo G1. Para el resto, se alcanza la concentración necesaria de enzimas y se pasa al periodo S. Esta enzima empieza a formarse desde el inicio de la mitosis y su concentración va aumentando hasta que alcanza el máximo al final del periodo G1.

S-ciclina

La M-ciclina es la responsable del paso a la mitosis, uniéndose a otro complejo quinasa y activando los genes responsables de la mitosis.

M-ciclina

En la interfase la cromatina es nuclear (descondensada) y en la división se condensa denominándose cromatina cromosómica, ya que está en forma de cromosomas.

Las cromátidas hermanas de un mismo cromosoma son idénticas. Cada cromosoma tiene otro homólogo que tiene genes a la misma altura, pero puede haber diferentes alelos. Los genes no solo se sitúan en cromosomas especiales.

Hay diferencias celulares entre las divisiones de los eucariotas y los procariotas.

Las procariotas se dividen por bipartición, y las eucariotas sufren dos tipos de división, la mitosis y la meiosis.

Bipartición.

EUCARIOTAS.

En la mitosis, una célula somática (2n) da dos células hijas iguales (2n). En la meiosis, una célula germinal (2n), da cuatro células hijas, que son los gametos (n).

Mitosis:

- Profase : los cromosomas se han replicado en la fase anterior (interfase) y en esta fase se condensan a estructuras compactas (cada cromosoma se condensa individualmente).

En el citoplasma se forma el huso mitótico, estructura que produce fuerzas mecánicas que empujan al conjunto de cromosomas hacia las células hijas durante la mitosis. Consiste en la formación de microtúbulos, que se unen a los cromosomas y son llamados fibras del huso. El centro organizador es el centrosoma, que contiene una pareja de centríolos.

Durante la profase, las fibras del huso mitótico comienzan a moverse a los lados opuestos de la célula.

- Prometafase : cuando los cromosomas se han condensado, el nucleolo desaparece y la membrana nuclear se fragmenta. Los centríolos han terminado de emigrar.

La desaparición de la membrana tiene lugar porque se añade fosforilo a las proteínas de la lámina nuclear, que se desensamblan: ya no hay unión de la estructura nuclear, y la membrana será reabsorbida por el retículo. Las fibras del huso contactan con los cromosomas en el cinetocoro durante esta fase.

- Metafase : los cromosomas se asocian a los microtúbulos y se dirigen a la placa ecuatorial, disponiéndose en forma individual.

La formación del huso mitótico se completa. Cada cromátida se une a las fibras del huso que discurren desde su cinetocoro a uno de los polos de la célula. Cada cromosoma es sostenido por fibras del cinetocoro que alcanzan polos opuestos.

- Anafase : las cromátidas hermanas se separan debido a la tensión a la que estaban sometidas. Las fibras del huso empiezan a acortarse, lo que provoca el arrastre de los cromosomas a los polos opuestos de la célula.

Cuando la anafase se completa cada polo de la célula tiene la misma dotación cromosómica.

- Telofase : la membrana nuclear se vuelve a formar alrededor de cada juego de cromosomas. El huso mitótico se desintegra y los cromosomas empiezan a desordenarse. Es el final de la mitosis cuando los núcleos independientes han dejado de formarse.

- Citocinesis : el citoplasma se divide para formar dos células hijas: el anillo actina – miosina hace que la membrana plasmática empiece a estrecharse, hasta que el citoplasma se divide.

En animales, hongos y mohos este proceso empieza en la formación del surco de división, que aparece debido a un anillo de actina que se forma en el interior de la membrana. La miosina (proteína) se une a estos filamentos. Cuando se une ATP o ADP, la miosina y la actina se deslizan. El anillo de filamentos se contrae y estrecha, empujando a la membrana con el: la membrana se introduce hacia dentro, hasta que se divide en dos.

En plantas, el mecanismo es diferente: el citoplasma se divide por una placa celular que se forma por la mitad de la pared celular.

Análisis cromosómicos: bandeos cromosómicos.

Es un método de identificar cromosomas: colorante que tiñe las zonas de heterocromatina (altamente repetitivo) y servirá posteriormente para elaborar el cariotipo que permite determinar el sexo y detectar anomalías cromosómicas.

Anomalías cromosómicas:

- Autosomas : pueden afectar a todos los cromosomas menos a los sexuales. Ej. Trisomía 21 (síndrome de Down).

- Cromosomas sexuales : trisomía XXY (síndrome de Klinefeler) y monosomía XO (síndrome de Turner).

El origen de la trisomía o la monosomía es un error en la meiosis (generalmente en mujeres de edad avanzada).

Meiosis.

La meiosis consiste en dos divisiones celulares, llamadas meiosis I y meiosis II. Solo se dan en células germinales y se caracteriza por ser una división reduccional que implica variabilidad genética.

La meiosis es un tipo particular de división nuclear eucariota en la que se producen dos divisiones consecutivas, haciendo que las células diploides pasen a ser haploides.

Meiosis I reduccional.

- Profase I : es el periodo más prolongado, se divide en varias subetapas:

o Leptotena: los cromosomas se presentan como largas fibras, delgadas y en forma de espiral. Las cromátidas no son visibles.

o Cigotena: los cromosomas homólogos se alinean y aparean. Este proceso se llama sinapsis. El apareamiento comprende la formación del complejo sinaptonémico, donde hay proteínas asociadas con la heterocromatina a lo largo de los cromosomas homólogos. Este complejo permite la asociación y el apareamiento de los bivalentes.

o Paquitena: los homólogos se aparean íntegramente (en toda su longitud). Se crea la tétrada, compuesta por dos homólogos (4 cromátidas) durante esta etapa es común el crossing-over, que puede tener lugar en muchos puntos a lo largo de la estructura apareada.

o Diplotena: los cromosomas empiezan a separarse, permaneciendo muchos en los puntos de sobrecruzamiento. Empieza la condensación.

o Diacinesis: la concentración de los cromosomas llega a su máximo, los puntos de unión (quiasmas) se ubican en los extremos, lo que se conoce como terminalización de los quiasmas.

El sobrecruzamiento siempre tiene lugar entre homólogos. El punto de sobrecruzamiento se caracteriza por regiones de ADN, por lo que solo se produce en ciertos puntos.

Este proceso aumenta la variabilidad genética, ya que ningún gameto tiene la misma información genética.

Genes ligados: son aquellos que se encuentran en un mismo cromosoma y en consecuencia se transmiten juntos. Estarán menos ligados cuando más separados estén. Para que dos genes sean independientes tienen que estar en diferentes cromosomas.

- Metafase I : los homólogos unidos se asocian por sus características a las fibras del huso, ubicándose en el plano ecuatorial de la célula. Se produce la orientación de los bivalentes. Las combinaciones son al azar, lo que favorece la variabilidad genética. Los gametos son todos genéticamente diferentes.

- Anafase I : los homólogos se separan y migran hacia los polos de la célula, que se produce al azar. Al final de esta etapa puede observarse el comienzo de la citocinesis (división del citoplasma).

- Telofase I: los cromosomas en los polos se reagrupan y se completa la citocinesis.

Meiosis II ecuacional: es similar a la mitosis, solo que no está precedida de una duplicación de ADN.

- Profase II : se forma el huso mitótico en ambas células hijas. Las fibras del huso se amarran a cada lado de los cromosomas (una a cada cromátida) y comienza el movimiento de los cromosomas hacia el centro de la célula. La membrana nuclear se ha roto previamente.

- Metafase II: los cromosomas están alineados en la placa metafísica.

- Anafase II. Las cromátidas hermanas se separan y se mueven hacia células hijas diferentes.

- Telofase II. Se forma la membrana nuclear. Una vez que las cromátidas están separadas se considera un cromosoma independiente.

La meiosis da lugar a la formación de cuatro células hijas por cada célula parental: una célula diploide con cromosomas replicados da lugar a cuatro células haploides.

TEMA 5: LA REPRODUCCIÓN EN ANIMALES.

REPRODUCCIÓN ASEXUAL.

La reproducción asexual aparece en los procariotas. Es mucho más rápida y produce elementos idénticos.

En la mayoría de los casos los óvulos partenogenéticos se producen por mitosis o por meiosis que se realiza sin recombinación.

Los descendientes serán genéticamente idénticos a la madre, no existirán individuos machos.

REPRODUCCIÓN SEXUAL.

El aparato reproductor es indiferenciado (idéntico) en ambos sexos hasta la 7ª semana de gestación. La diferenciación se caracterizará por la evolución de las gónadas (órgano sexual) hacia los testículos y los ovarios.

Es la presencia del cromosoma Y la que determina el sexo del individuo, más específicamente el gen SRY que codifica la proteína TDF (factor de determinación testicular) será el responsable de la aparición de los testículos y el desarrollo del canal de Hoff. En ausencia de ese gen se crearán los ovarios y se desarrollará el canal de Miller.

ESPERMATOGÉNESIS.

La espermatogénesis es el proceso mediante el cual se desarrollan los gametos masculinos. Se inicia en la adolescencia y se lleva a cabo en los tubos seminíferos. Las células en los tubos seminíferos se disponen alrededor del lúmen, las espermatogonias se encuentran en la base del epitelio y proliferan por mitosis. Existen dos tipos de espermatogonias, las tipo A y B. Las de tipo A se encargan de dividirse y dan origen a espermatogonias tipo B que son las que van a diferenciarse en espermatozoides. Las descendientes de las espermatogonias tipo B son las que entran a la primera división meiótica duplicando su material genético y son los espermatocitos primarios. Cuando se completa la primera división meiótica el resultado son dos espermatocitos secundarios. Por cada espermatocito secundario que entra a meiosis II se obtienen dos espermátidas, que madurarán para formar espermatozoides.

Las células de Sertoli se encuentran también en los tubos seminíferos y se encargan de dar sostén y nutrir a los gametos en diferenciación, de igual manera forman la barrera hematotesticular, necesaria para proveer un sitio de inmunoprivilegio para los gametos. Desde los espermatocitos primarios hasta los espermatozoides en el proceso de diferenciación tienen proteínas antigénicas diferentes a las del resto de las células corporales, por lo que necesitan estar en un lugar fuera del alcance del sistema inmunológico para no ser víctimas del mismo.

La maduración de las espermátidas en espermatozoides es un proceso denominado espermiogénesis. Los eventos más importantes de éste proceso son:

1. Reducción del tamaño nuclear.2. Condensación del material genético por la sustitución de las histonas por

protaminas.3. Formación de la vesícula acrosómica a partir del aparato de Golgi.4. Crece un flagelo a partir de la región centriolar.5. Las mitocondrias se acomodan en la parte proximal del flagelo.6. El citoplasma se reduce y se separa formando el cuerpo residual.

El tiempo total de duración del proceso de espermatogénesis y espermiogénesis es de 64 días. La maduración bioquímica se lleva a cabo en el epidídimo y posteriormente cuando los espermatozoides entran en contacto con el líquido seminal y el prostático.

La espermatogénesis se lleva a cabo bajo influencias hormonales. La LH, secretada por la hipófisis, estimula a las células de Leydig induciendo la síntesis de testosterona. La testosterona se distribuye en todos los tejidos del cuerpo, se convierte en deshidrotestosterona y es la encargada de desarrollar las características sexuales secundarias. Las células de Sertoli tiene receptores para FSH, cuando reciben este estímulo convierten parte de la testosterona en estrógenos. La inhibina, producida por las células de Sertoli, actúa como regulador negativo de la secreción de FSH.

OVOGÉNESIS U OOGÉNESIS.

Proceso por el que se forman los óvulos, a partir de unas células (oogonias) que se multiplican dando lugar a muchas oogonias. Éstas crecen y dan lugar a los oocitos primarios. Comienza la meiosis: una niña nace con los oocitos primarios en sus ovarios en esta situación. El proceso se detiene aquí y continua en la pubertad transformándose un oocito primario en un oocito secundario cada 28 días (ciclo ovárico o ciclo menstrual); el oocito primario se divide en dos (primera parte de la meiosis) dando lugar a una célula grande (el oocito secundario) y una célula pequeña (el primer corpúsculo polar o polocito) que salen del ovario (ovulación) el día 14 del ciclo ovárico y son recogidos por el oviducto o trompa de Falopio.

Ya en la trompa este oocito se puede unir a un espermatozoide (fecundación), en cuyo caso el oocito secundario y el polocito se dividen (segunda parte de la meiosis) dando lugar el oocito secundario al óvulo y a un polocito, y el polocito a otros dos polocitos.

Si no se produce la fecundación, el oocito secundario degenera y a los 14 días de la ovulación (y por tanto el día 28 del ciclo ovárico) las paredes del útero que habían engrosado durante el ciclo para albergar al óvulo fecundado se desprenden, produciendo una hemorragia (menstruación) que durará unos pocos días, a la vez que se inicia el desarrollo de un nuevo oocito primario (comienza un nuevo ciclo).

Desarrollo del oocito primario.

Estructura del óvulo

- Gránulos corticales, con enzimas hidrolíticas que se vierten al exterior y eliminan el resto de espermatozoides (capa de cortes).

- En el exterior de la membrana plasmática hay capas proteicas de protección del óvulo.

Regulación hormonal.

Los estrógenos y la progesterona (no solubles) son los que activan la ovogénesis, el estradiol surge durante la fase folicular y la progesterona durante la fase lútea y ayuda a la maduración y engrosamiento de las paredes del útero.

El estradiol ejerce control en los niveles de LH, a niveles altos aumenta su liberación y a niveles bajos la suprime.

La progesterona inhibe al LH y al FSH.

Mientras los niveles de estradiol son relativamente bajos, la progesterona detiene la secreción de LH. Una vez el folículo ha crecido lo suficiente para producir grandes cantidades de estradiol, se ejerce una retroacción positiva en la secreción de LH, que desencadena la ovulación y pone fin a la fase folicular.

A medida que el cuerpo lúteo se desarrolla a partir de los restos del folículo roto, se segregan grandes cantidades de progesterona y pocas de estradiol, y por lo tanto, la producción de LH y FSH disminuye: tiene lugar el recubrimiento de la pared del útero con un suministro de sangre.

Si la fecundación no se produce, en los siguientes 12 días los niveles de progesterona disminuyen, lo que hace que las paredes del útero degeneren y se produzca una hemorragia (menstruación). Después, el ciclo volverá a empezar.

FECUNDACIÓN.

Consiste en la unión de dos gametos, uno masculino (móvil) y uno femenino (inmóvil), para dar lugar a un nuevo individuo.

Cuando el óvulo y el espermatozoide se encuentran, lo primero que halla la cabeza del espermatozoide es la capa gelatinosa del óvulo. Para alcanzar la membrana la cabeza tiene que ir dirigiendo su camino a través de la capa gelatinosa y de la membrana vitelina.

Este proceso empieza con la reacción acrosómica, desencadenada con el primer contacto entre los gametos. Hay varias partes en esta reacción:

- Las enzimas digestivas contenidas en el cromosoma se liberan. Éstas se diferencian y crean un camino a través de la capa gelatinosa para que el espermatozoide pueda llegar a la membrana vitelina.

- Prolongación acrosómica: una protuberancia sale de la cabeza del espermatozoide y se alarga hasta que hace contacto con la membrana vitelina.

- Las membranas de los gametos se unen, y el espermatozoide inyecta su material genético en el óvulo. Para que la fusión tenga lugar, necesita haber un reconocimiento que se lleva a cabo por las proteínas de reconocimiento intraespecífico de bindinas (específicas de cada especie). Estas proteínas están en el espermatozoide e interaccionan con los receptores de fertilicina, también específicos de la especie, presentes en el óvulo.

Como resultado, rara vez se producirá una fecundación cruzada de especies.

Caso de los híbridos.

La hibridación supone el salto de las barreras interespecíficas debido al parentesco entre especies. Las proteínas son parecidas y las barreras serán más débiles por lo que hay posibilidad de que se produzca la fecundación.

Los híbridos (como los mulos) son estériles porque reciben una dotación cromosómica de cada padre y los cromosomas no serán homólogos: la meiosis fallará porque no tienen los mismos genes ni hay recombinación y por lo tanto, tampoco hay gametos.

Competencia espermática.

Si ocurre la fecundación múltiple o polispermía, el cigoto resultante tendría más de dos copias de cada cromosoma y morirían.

Existen una serie de mecanismos que son los responsables de evitar la polispermía: cuando el primer espermatozoide inyecta su núcleo desencadena una serie de procesos:

- Los iones de calcio se liberan de sus lugares de almacenamiento, aumentando su concentración en el óvulo. Los gránulos corticales responden a esta señal fusionándose con la membrana y liberando su contenido (proteasas que impiden la unión de cualquier otro espermatozoide a la superficie).

- Aumenta el pH citoplasmático.- Desporalición de la membrana, que hace que ningún otro espermatozoide

pueda unirse al óvulo.- Aumento de la permeabilidad a Na y cationes.

Formación del córtex: el óvulo ha vertido al exterior enzimas hidrolíticas que destruirán todos los espermatozoides, incluso el que ha penetrado (las membranas se van fusionando y el espermatozoide que ha penetrado forma parte del óvulo). Este córtex recibe el nombre de membrana plasmática.

Después de la fusión, hay una redistribución de los componentes citoplasmáticos, donde se forman un polo vegetal y un polo animal. Esto recibe el nombre de semiluna gris.

TEMA 6: REPRODUCCIÓN EN LAS PLANTAS.

Diferencias con el reino animal

En los vegetales, las células obtenidas (esporas) tienen que sufrir divisiones postmeióticas: una célula con n cromosomas se divide en dos células con n cromosomas.

En la primera división se produce una célula vegetativa y otra generativa de polen, esta última sufre una segunda división y da lugar a dos espermátidas.

En ambos casos, el citoplasma se recibe del gameto femenino.

En el caso del gameto femenino, de cada célula madre solo prospera una: la megaespora, las otras tres degeneran. La megaespora tendrá tres divisiones postmeióticas, cuando hay ocho núcleos se establece la compartimentación.

Estructura de los órganos reproductores

El gineceo es el conjunto de órganos femeninos de la flor, que se ubican en el centro de la misma. Se distinguen tres partes:

- Estigma : donde se fijan los granos de polen y germinan.- Estilo : tubo que conecta los estigmas con el ovario y por donde pasa el grano

de polen.- Ovario : base ensanchada donde se encuentra el primordio seminal, que dará

lugar al saco embrionario.

El androceo es la parte masculina de la flor, en la que se diferencian dos partes:

- Filamento : donde se encuentran las anteras.- Anteras : contienen los sacos polínicos encargados de producir polen. Tienen

estructuras llamadas microesporocitos, células diploides que se someterán a la meiosis para dar lugar a la microspora.

La mayoría de las flores son hermafroditas y contienen los dos tipos de órganos.

GAMETOGÉNESIS MASCULINA: MICROESPOROGÉNESIS.

El tapetum sintetiza calosa, que sirve de alimento a la célula mientras crece, y a las microsporas posteriormente.

El endotelio que se engrosa hacia su parte basal, es la capa interna de los microsporangios (saco polínico). Se compone de una capa débil hacia el exterior, que se romperá para liberar el polen.

Las microsporas haploides no se liberan, sino que germinan en el saco polínico y dan lugar cada una a un grano de polen, que en realidad es una planta (microgametofito) cuya parte vegetativa (raíz, tallo…) está representada por un núcleo y la parte reproductora por los núcleos germinativos o espermáticos.

La formación del polen requiere nutrición aportada por el tapetum.

La pared externa del polen protege al gametofito y tiene la función de ser reconocida por el estigma de las flores de la misma especie, para lo cual tendrá una tipología superficial característica.

La célula generativa no se divide hasta que el grano de polen no se disemina (esparcir con el viento). El polen está rodeado de unas capas protectoras (externas e internas); la intina, blanda, formada por celulosa que luego formará el tubo polínico, y la exina, capa dura lipídica, responsable de evitar daños por parte de cualquier agente externo.

Los granos de polen son específicos de las especies y pueden servir para detectar alergias y de la reconstrucción del paleopaisaje.

La exina está formada por esporapolenina que da dureza al grano y por dos capas, la sexina (capa externa), responsable de la forma característica y por la nexina (capa interna).

Cemento polínico (polen kit): sustancia que une a los granos de polen para su dispersión conjunta.

Proteínas de reconocimiento: presentes en el gametocito y en el estigma. Estas dependen de cada planta y facilitan la autofecundación si esta es autógama, la impiden si es alógama.

Autogamia: asegura la fecundación, las plantas anuales tienen la flor poco abierta para evitar la diseminación. El problema es que no hay variabilidad genética. Son homocigóticas.

Alogamia: estas plantas tienen vida larga ya que no están obligadas a asegurar la reproducción cada año, y aumentan la variabilidad genética. Son heterocigóticas.

GAMETOGÉNESIS FEMENINA: MEGASPOROGÉNESIS.

El estigma tiene unas células llamadas papilas estigmáticas encargadas de recibir el polen, que si es el adecuado pasará al estilo por donde bajará al ovario.

El ovario contiene una o más estructuras llamadas óvulos. Cada uno contiene un megasporofito, que se encuentra dentro del megasporangio. Nacen sobre las placentas situadas en la cara interna del carpelo.

En el proceso de producción del gametofito femenino hay que señalar que:

- El megasporocito se divide por meiosis, de la cual resultan cuatro células haploides llamadas megasporas, aunque tres de ellos degeneran.

- La megaespora superviviente se divide por mitosis hasta convertirse en una estructura multicelular haploide. Este gametofito femenino con 8 núcleos haploides recibe el nombre de saco embrionario. Los núcleos se colocan en posiciones diferentes, se forma una pared celular que dará lugar a 7 células. Dos de los núcleos permanecen juntos dentro de una misma célula central. Son los núcleos polares.

Se conocen tres formas básicas de ovulos:

- Ortótropo (recto): donde el micrópilo, la calaza y el óvulo se disponen en línea recta.

- Anátropo (ascendente): el cuerpo del óvulo se inclina 180º, el funículo se alarga y la calaza queda en posición opuesta al óvulo y el micrópilo. Son los más frecuentes en las angiospermas.

- Campilótropo (curvo): el núcleo se arquea de tal manera que la calaza y el micrópilo quedan casi a la misma altura, cerca del óvulo.

Ontogenia del óvulo.

El óvulo se inicia como una protuberancia en la placenta. A medida que se desarrollan las partes del óvulo se forma en su interior el saco embrionario. Primero aparece el tegumento interno y después el externo. Como crecen más rápido que la porción central, estos terminan por rodearla, formando el micrópilo. Completa su desarrollo cuando el saco embrionario está listo para la fecundación.

La antesis corresponde al periodo de florescencia de las plantas: el gametofito está completamente formado y listo para la polinización.

POLINIZACIÓN.

Consiste en la transferencia de granos de polen de una antera a un estigma. No es exclusiva de las angiospermas; las gimnospermas guardan también en los granos de polen a los gametofitos masculinos.

Se llama polinización cruzada al desplazamiento de polen desde una antera de una flor hasta el estigma de otra flor.

La autopolinización se produce cuando el polen cae desde una antera de una flor sobre el estigma de ella misma. Esta da lugar a la autofecundación. La autofecundación llevará a un empobrecimiento de la variabilidad genética, y sería perjudicial para la evolución de las angiospermas (plantas con flor). Estas han desarrollado una serie de estrategias reproductoras para promover la fecundación cruzada. El más distribuido en la naturaleza es el de las barreras interespecíficas. También existen proteínas de reconocimiento específico e individual.

El grano de polen consiste en dos células haploides, producto de una mitosis asimétrica que dio lugar a una célula vegetativa y otra generativa completamente inmersa en la primera. Para el pistilo, el polen será una unidad celular. El grano de polen una vez maduro, obtenido a partir de la célula germinativa, se encuentra rodeado de dos paredes celulares (intina y exina).

Una eficiente fecundación se basa en una serie de interacciones entre el grano de polen y los tejidos del pistilo: primero el grano hace contacto con las células del estigma, que permitirán la adhesión e hidratación de éste. Este proceso es selectivo

desde el punto de vista de la especie, pero también individual, ya que precisa de un reconocimiento específico.

- Compatibilidad autogamia (entre flores de la misma planta)-Incompatibilidad heteromórfica alogamia-Incompatibilidad homomórfica alogamia

Después de la introducción del grano, germina, extendiendo su intina generando un tubo polínico cuya función es transportar las células espermátidas al óvulo. El tubo polínico penetra en la pared celular de las células del estigma y luego crece a través del pistilo en su camino hacia el ovario. En el ovario, el tubo polínico entra al saco embrionario y descarga sus dos células dando lugar a una doble fecundación, típica de angiospermas. Si el tubo es hueco, el tubo polínico emitirá enzimas hidrolíticas para poder abrirse camino hasta el saco embrionario.

La vida media del polen es de dos días, pero se puede congelar.

FECUNDACIÓN.

La fecundación empieza con el contacto del estigma y el polen, con todo el proceso de germinación y transporte del espermatozoide descrito anteriormente.

La fecundación consiste en la fusión de las células espermátidas con la ovocélula para formar un cigoto diploide.

Fecundación simple.

En las angiospermas hay una doble fecundación: uno de los núcleos espermáticos se une con el óvulo para formar el cigoto; el otro se desplaza por el gametofito femenino hasta fusionarse con el núcleo polar de la célula central. En la mayoría de los casos hay dos núcleos polares, y se forma una célula triploide (3n). Esta célula se denomina núcleo primario del endosperma y se ve sometido a una serie de divisiones mitóticas que producen un tejido llamado endospermo, triploide, cuya función es almacenar nutrientes (almidón…) que necesitará el embrión cuando germine.

DESARROLLO DEL EMBRIÓN.

La célula cigota diploide formará por sucesivas mitosis el embrión. Cuando la semilla madura, los tres tejidos principales están claramente diferenciados en el embrión. Ya se han formado los sistemas de raíces y tallos junto con las primeras hojas. Cuando esto ocurre los tejidos seminales se secan y el embrión deja de crecer.

Se desarrolla también un fruto que puede ser:- Simple : desarrollo a partir de una sola flor con uno o varios carpelos fusionados.- Agregado : desarrollado a partir de una sola flor con muchos carpelos separados.- Múltiples : desarrollados a partir de muchas flores y muchos carpelos.

Cuando la fruta madura, las paredes del ovario forman el pericarpio, que es la parte de la fruta que rodea y protege a las semillas de daños físicos y depredadores.

Desarrollo de las semillas.

Dicotiledónea.

Monocotiledónea.

Síndromes de polinización.

- Polinización abiótica (por factores externos):o Anemófila (aire).o Hidrófila (agua).

- Polinización biótica (animales):o Insectos.o Aves.o Mamíferos.

Reclamos florales.

- Reclamos.o Color floral.o Tamaños y forma.o Esencias.

- Recompensas.o Néctar.o Polen.o Tejidos alimenticios.o Materiales de construcción.o Hábitats de apareamiento…

Decepción floral.

- Mimetismo mülleriano : incremento de la densidad efectiva de recursos y de probabilidades de polinización sin engaño.

- Mimetismo batesiano : coexistencia de al menos tres especies y una (o más) que no ofrecen recompensa.

TEMA 7: HERENCIA MENDELIANA.

Conceptos genéticos:

Gen: secuencia de ADN que regula la expresión de un carácter (fenotipo) un gen una proteína.Fenotipo: cualquier manifestación de un carácter que pueda ser observado.Genotipo: dotación alélica de un gen que determina la expresión de un fenotipo concreto.Alelos: variantes de un gen.Dominancia: manifestación o expresión de un fenotipo sobre otro para un carácter concreto.Recesividad: manifestación enmascarada de un fenotipo.Codominancia: manifestación de fenotipos diferentes al mismo tiempo.Homocigosis: individuo que posee los mismos alelos para un determinado gen.Heterocigosis: individuo que posee distintos alelos para un determinado carácter.

En el siglo XIX, un gen era una región del cromosoma que determinaba la expresión de un carácter. Las preguntas sobre la herencia eran tema de ganaderos y horticultores. Mendel se dispuso a abordar el tema de la herencia: ¿cuáles son los patrones básicos de la transmisión de rasgos a la descendencia?

Las hipótesis en esa época eran dos:

- Herencia de combinación : los rasgos observados en el padre y la madre se combinan para formar los de la descendencia, con rasgos intermedios (oveja negra + oveja blanca = oveja gris).

- Herencia de los caracteres adquiridos : los rasgos presentes se modifican con el uso y se transmiten a la descendencia de forma modificada.

Requerimientos del Mendelismo.

- Siempre biparental (genoma nuclear): caracteres controlados por genes nucleares localizados en cromosomas autosómicos (distintos cromosomas), o sin ligamento cromosómico. Si están en el mismo cromosoma tienen que estar

muy separados para que haya recombinación, y se puedan considerar independientes.

La especie modelo escogida por Mendel fue el guisante, porque los individuos son pequeños, viven poco, resulta barato cuidarlos y producen mucha descendencia.

Esta planta es autógama y con mucha descendencia, lo que le ayudó en la investigación. Además, es una planta diploide, y su estudio resulta mucho más fácil que el de una poliploide.

Estudios de Mendel.

Mendel basó su estudio en siete caracteres fácilmente observables en líneas puras:

- Semilla: color, textura y cola cubierta.- Tallo: altura y posición de las vainas.- Fruto: forma y color.

Realizó miles de cruzamientos para obtener un valor estadístico, y realizó cruzamientos bidireccionales para que no hubiera herencia materna (si siempre se aporta un fenotipo del padre y otro de la madre puede haber influencia de la madre).

En condiciones normales, los guisantes se autofecundan, ya que el polen de otras plantas rara vez alcanza la flor. Mendel eliminó los órganos reproductores masculinos de la flor antes de la formación del polen para evitar la autopolinización. Después podía transferir polen de otra flor con pincel. Es lo que se denominó polinización cruzada, con la que Mendel podía controlar las fecundaciones de su organismo modelo.

La ventaja de trabajar con líneas puras es que sabía que descendientes iba a obtener y compararlos con los de los cruzamientos (híbridos).

Proceso de cruzamiento.

P x P

F1 x F1

F2HERENCIA DE UN RASGO ÚNICO.

P

F1

El resultado fue sorprendente, ya que desmentía la hipótesis de que los rasgos se mezclaban para dar un fenotipo intermedio. Además, el determinante de las semillas rugosas parecía haber desaparecido. Mendel realizó un segundo grupo de cruces recíprocos para ver si la forma de las semillas estaba influenciada por el progenitor materno. El resultado volvió a ser el mismo: todas las F1 eran lisas.

Al realizar la autopolinización de las F1 las semillas rugosas aparecían en la F2, aunque en menor cantidad que las lisas (proporción ¾, ¼). Se introdujo la noción de dominancia y recesividad para identificar el fenotipo que se observa cuando hay dos determinantes genéticos diferentes.

Primera ley de Mendel: principio de la uniformidad en la F1.

Cuando se cruzan dos razas puras que presentan distinto fenotipo para un determinado carácter, todos los descendientes de la F1 presentan el mismo fenotipo, independientemente de la dirección de cruzamiento. Ese fenotipo coincide con el de uno de los progenitores y se denomina “dominante” y el que queda enmascarado “recesivo”.

Para explicar estos resultados Mendel propuso la herencia particular: los determinantes hereditarios no se mezclan ni reproducen características nuevas o modificadas por el uso, mantienen su integridad generación tras generación. Funcionan como partículas separadas.

También introdujo la noción de alelo, que le permitió explicar la dominancia de algunos genes. Para explicar la proporción 3:1, Mendel dijo que los alelos deben segregarse (separarse) durante la formación de gametos; cada una tendrá una alelo del gen.

Segunda ley de Mendel: principio de la segregación.

Los caracteres recesivos enmarcados en la F1 de un cruzamiento entre dos razas puras reaparecen en la segunda generación filial (F2) con una proporción específica (3:1) debido a que los componentes se segregan uno de otro sin sufrir modificación alguna cuando los individuos de la F1 forman los gametos.

Para explicar la proporción basta con hacer una tabla de Punnett:

3 lisos y 1 rugoso.EXPERIMENTOS DE MENDEL CON DOS RASGOS: DIHIBRISMO.

Mendel realizó cruces de dihíbridos había dos posibilidades para explicar la transmisión de estos dos alelos de genes diferentes.

- El alelo de la forma y el alelo del color se separan y se transmiten de forma independiente (hipótesis de combinación independiente).

- El alelo de la forma y del color se transmiten juntos a los gametos; la transmisión de uno dependerá de la del otro.

La F1 tendrá los fenotipos dominantes, sea cual sea el modo de transmisión (individuos heterocigóticos).

Para la segunda generación F2, los resultados serán diferentes según el modo de transmisión.

Proporciones 3:1

Proporciones 9:3:3:1.

Cuando se realizaron los experimentos, los resultados coincidieron con la primera hipótesis. Se estableció el principio de la combinación independiente.

Tercera ley de Mendel: principio de la combinación independiente.

Los componentes de cada carácter se distribuyen o cambian independientemente del uso de otros cuando se forman los gametos del doble heterocigoto (dihíbrido) para los fenotipos correspondientes.

AB ab

AB

AABB AaBbab

AaBb aabb

Retrocruzamiento o cruzamiento prueba.

El cruzamiento prueba emplea un progenitor que adopta alelos recesivos a su descendencia para ayudar a determinar el genotipo del segundo progenitor: si este tiene un fenotipo dominante pero genotipo desconocido, el retrocruzamiento permite determinar si es homocigótico o heterocigótico.

Cruzamiento prueba: RyRy x rryy

Proporción ¼:1:1:1:1

Esto confirmó el principio de la combinación independiente.

Cuando se cruza un híbrido heterocigótico con su progenitor recesivo todos los fenotipos descendientes están en las mismas proporciones.

Polihíbrido.

Es el resultado del cruzamiento de progenitores que difieren en “n” caracteres (generalización del principio de combinación independiente).

Para saber cuantos genotipos y fenotipos diferentes hay:

Para un gen:

2 genotipos3 genotipos

Fórmula general:

Nº fenotipos = 2 n con n = nº de genes estudiados.

Nº genotipos = 3 n solo si es herencia mendeliana

En el caso de que haya codominancia:

Nº fenotipos = 3 n

Nº genotipos = 3 n

RY Ry rY RyRy RyRy Rryy rrYy rryy

Ejemplo:Bb / Dd codominantes

AaBbCcDdEeFf conAa / Cc / Ee / Ff mendelianos

Genotipo = 36

Fenotipo 24 x 32

Dominancia intermedia.

Cuando el híbrido muestra un fenotipo dividido entre los de sus progenitores, o se manifiestan ambos o aparece uno nuevo (flor blanca + flor roja = flor rosa)

Otro ejemplo de codominancia son los grupos sanguíneos.

Alelismo múltiple.

Cuando un gen dispone de numerosas variantes alélicas codominantes en una población se manifiestan muy diversos fenotipos.

TEMA 8: HERENCIA NO MENDELIANA.

Existen varios tipos de herencia no mendeliana:

- Interacción genética: los alelos de dos o más genes intervienen en la manifestación de los fenotipos de un mismo carácter.

- Ligamento al sexo: los genes están situados en los cromosomas sexuales y son diferentes para machos y para hembras y están en diferente proporción, esta herencia es diferente a la de los genes autosómicos de Mendel.

- Ligamento genético: los genes están situados en el mismo cromosoma, sin haber entre ellos recombinación total.

- Pleiotropía (o poligenes): caracteres, generalmente cuantitativos, regulados por múltiples genes.

- Herencia citoplasmática: caracteres controlados por genes mitocondriales o plastidiales, de herencia usualmente materna.

INTERACCIONES GENÉTICAS.

Sin epistasia : (epistasia: la acción de un gen se ve modificada por la de otro).

Ej.: estudio en gallinas con 4 fenotipos diferentes de cresta. En este caso dos genes participaban en la manifestación de un solo carácter, mientras que en el caso de Mendel cada gen correspondía a un carácter.

Al cruzar dos razas puras, se obtiene una F1 con un fenotipo distinto del parental, por lo tanto no es herencia mendeliana. En la generación F2, las proporciones coinciden con las de Mendel 9:3:3:1.

Simple nuez rosa guisante

Con epistasia : hay varios tipos de epistasia (dominancia de un alelo de un gen sobre otro alelo de otro gen):

Simple dominante o recesiva. Doble dominante, recesivo o dominante y recesivo.

Epistasia simple dominante.

Carácter en estudio: presencia y color de los ojos de la Drosophila.

Gen 1: alelos A, a (sin ojos, con ojos). A>a, B>b, A>B,bGen 2: alelos B, b (pardos, incoloros).

3 fenotipos

El alelo dominante de un gen domina sobre los de los alelos del otro gen.

Epistasia simple recesiva.

Carácter de estudio: color de pelo de roedores.

Gen 1: alelos A, a (síntesis precursor de melanina, no síntesis).Gen 2: alelos B, b (color negro, color amarillo –enzima menos eficiente-).

A>a, B>b, a>B,b

Estos genes controlan enzimas sucesivas. El alelo “a” no forma precursor, por lo tanto la primera enzima no se sintetiza y la segunda, que controla el color con más o menos pigmento, no tendrá efecto.

Ocurre lo mismo con el color de la corola de Anthirrinum (rojo, rosa y blanco).

Si F1 saliera rosa, significa que la herencia ha sido con codominancia o sin epistasia.

Epistasia doble dominante (genes duplicados).

Carácter en estudio: color verde de la planta del guisante.

Gen 1: alelos A,a (síntesis clorofila, no síntesis). A> a,b, B> a, bGen 2: alelos B,b (síntesis clorofila, no síntesis)

Los alelos de ambos tienen los mismos efectos, de ahí que se diga que están duplicados.

Epistasia doble recesiva (genes complementarios).

Carácter en estudio: color de la corola del guisante dulce.

Gen A: púrpura A>a>B Gen a: blanco B>b>AGen B: púrpuraGen b: blanco

Los alelos recesivos que dominan sobre el otro gen están tapados por sus propios alelos dominantes

Epistasia doble dominante recesiva.

Carácter en estudio: color del plumaje de las gallinas.

Gen 1: alelos C,c. CI: albinoGen 2: alelos I,i. Ci: pigmentado

cI: albinoci: albino

DETERMINISMO SEXUAL.

El segundo sistema de regulación genético es el de los genes ligados al sexo.

El cromosoma X es más grande que el Y, y se ha demostrado que contiene genes diferentes, aunque tiene regiones lo suficientemente parecidas para poder emparejarse en la meiosis II.

Hay diferentes sistemas de determinismo sexual:

- XY: para mamíferos y algunos insectos.- ZW: reptiles anfibios y aves.- XO: para insectos comunales.

Sistema XY.

El cromosoma X es de mayor tamaño, por lo que habrá una fracción de X que no estará en Y.

Las hembras tendrán un sexo homocigótico XX Los machos tendrán un sexo heterocigótico XY

Por esta razón las hembras podrán ser homocigóticas (dominantes o recesivas) o heterocigóticos y los machos hemicigóticos, porque al faltar una región habrá solo un alelo.

¿Cómo se produce herencia de caracteres ligados al sexo?

Ejemplo de la mosca del vinagre: ojos rojos (dominante), ojos blancos (recesivo).

Sistema ZW.

En este sistema, Z es el cromosoma grande y W el pequeño.

En este caso, las hembras son hemicigóticas ZW y los machos homocigóticos ZZ.

Caso de las gallinas:

Sistema XO.

En este sistema no existe el segundo cromosoma. Las hembras son homogaméticas XX, y los machos son hemigaméticos X-.

En plantas hay poco determinismo sexual aunque encontramos algunas con sistema XY.

LIGAMEINTO GÉNICO.

El ligamiento génico consiste la asociación de loci genéticos que tienden a heredarse juntos. Si entre dos loci que están en el mismo cromosoma no existen puntos de recombinación, estos tienden a heredarse juntos.

El grado de ligamento se mide por la frecuencia de recombinación:

- Si no hay recombinación nunca (ligamiento total), se crearán dos segregaciones alélicas en un 50% cada una.

- Si los genes están separados en el cromosoma y hay recombinación en el 100% de los casos (recombinación total como si fueran genes independientes), se crearán cuatro segregaciones alélicas con proporción 25% (50% recombinaciones y 50% no recombinaciones).

La situación normal es un punto intermedio, ya que el sobrecruzamiento no se produce en el 100% de los casos. Las proporciones más bajas son las de los genes recombinantes (<50%). Cuanto menos recombinación mayor ligamiento, lo que significa que los genes están más cerca entre si, y la suma de recombinantes será cada vez más baja.

¿Cómo se inicia la recombinación?

El centimorgan (Cm) es la unidad de los mapas genéticos de ligamiento realizados por recombinación en eucariotas diploides.

Sturtevant, alumno seguidor de Morgan, estableció un método de localización en los genes los unos con respecto a los otros: la posibilidad de recombinación entre dos genes es más elevada cuando éstos están distanciados.

El porcentaje de recombinación se calculó: total recombinantes/total descendientes x 100.Este aumentaba a medida que se alejan los genes y puede ser utilizado para construir mapas genéticos. Un 1% de recombinación = 1 Cm. 0%<frecuencia recombinación<50%.

PLEIOTROPIA (POLIGENES).

En este caso, la expresión de un carácter fenotípico cuantitativo se ve afectado por la expresión de más de un gen.

Ej. Carácter: color de los pimientos (tres genes).

Y: momento de la eliminación de la clorofila: Y pronto, y normal.R: color de los carotenos: R rojo, r amarillo.C: la regulación de la deposición de carotenos: C normal, c1 y c2 menor concentración.

Posibles fenotipos:

Y- rr c1c2 amarillo pálidoY- rr Cc2 amarillo oscuroYy rr CC verdeY- R- CC rojo Yy Rr CC moradoY- Rr Cc2 amarillo pálido

HERENCIA CITOPLASMÁTICA.

Consiste en la transmisión de la información que existe en el ADN de las mitocondrias y, en el caso de los vegetales, también en los cloroplastos, ya que en las células eucariotas la información del ADN nuclear no es la única que existe. Cuando se da la fecundación, los gametos femeninos aportan, además de la información nuclear la herencia citoplasmática.

Genes mitocondriales de resistencia a estreptomicina (saccharomyces).

Genes plastidiales de herencia de variegación en hojas.

TEMA 9. AUTOINCOMPATIBILIDAD EN PLANTAS.

Principalmente se compone por las barreras (dos barreras dentro de la flor) que evitan la alogamia y los mecanismos que evitan la autogamia o autofecundación:

- Casmiogamias: las flores se abren y los estambres se separan del pistilo para evitar la autofecundación.

- Cleistogamias: se cierran las flores para evitar la fecundación (alogamia).

Alogamia: consiste en la fecundación de una planta por otra diferente, es característico de plantas perennes. La ventaja es que se obtiene una gran variabilidad genética, pero hay riesgo de no tener descendientes en algunos años que no haya fecundación. Esto no supone un problema para las plantas duraderas y evita la sobreexplotación.

Autogamia o autofecundación: es común en plantas anuales, por esta razón siempre hay polinización y así se evita su extinción. Además en caso de darse condiciones desfavorables, detienen el proceso y permanecen en estado embrionario y esto ayuda a su supervivencia. Hay menor variabilidad genética.

BARRERAS DE ESTERILIDAD INTERESPECÍFICAS.

Interacción polen – estigma.

Modelo de funcionamiento de alelos y interacción de proteínas polen –pistilos.proteínas de la autoincompatibilidad.

o Proteínas de reconocimiento. Compatibilidad autogamia. Incompatibilidad heteromórfica alogamia Incompatibilidad homomórfica alogamia (regulan la tasa de alogamia)

Incompatibilidad heteromórfica: sistemas basados en la diferente longitud de estilo y estambres o autoincompatibilidad de estilos dimórficos.

Heterostilia : dos o más tipos de plantas hermafroditas con diferentes longitudes de estilo coexisten en la misma población (distilia, tristilia…).Los estambres son siempre más largos o más cortos que el estilo y el sistema de incompatibilidad esporofítico suele estar asociado con esas diferencias morfológicas.

o Distilia : los individuos tienen flores con estambres largos y estilos cortos o estambres cortos y estilos largos (Primulaceae, Linaceae).

Apareamiento entre dos especies (individuos fenotípicamente distintos).

Heterostilia en Primula:- Flores THRUM: estambres largos y estilos cortos Ss.- Flores PIN: estambres cortos y estilos largos ss.

Las flores TRHUM fecundan a las PIN y las PIN a las THRUM para evitar la autofecundación.

PIN THRUM favorece la heterocigosis.

o Tristilia : individuos con estilos largos, medianos o cortos en relación con la longitud de los estambres (Lythraceae, Oxalidaceae).

Enantiomorfía : se da en individuos que presentan el estilo de la flor orientado bien a la izquierda o bien hacia la derecha del eje floral.

Incompatibilidad homomórfica: sistemas basados en individuos con estilos o estambres de las mismas longitudes pero genéticamente polimórficos, de forma que las polinizaciones que impliquen a polen y estigmas que comparten los mismos alelos no producen frutos. Estas incompatibilidades dependen de proteínas y están controladas genéticamente.

- sistema gametofítico.- sistema esporofítico.

Incompatibilidad gametofítica : el tipo de incompatibilidad de los granos de polen está determinado por el genotipo haploide del propio gameto. Se evita la autofecundación y se favorece la heterocigosis.

Incompatibilidad esporofítica : el tipo de incompatibilidad de los granos de polen está determinado por el genotipo diploide de su progenitor (esporofito). En el sistema esporofítico los alelos se pueden expresar independientemente o mostrar dominancia uno sobre otro en polen y/o pistilo.

TIPOS SEXUALES EN PLANTAS.

Hermafroditas: un solo tipo de flor con órganos de ambos sexos.Monoicas: flores masculinas y femeninas están en la misma planta pero separadas.Dioicas: plantas que presentan únicamente flores masculinas o femeninas.

DETERMINISMO SEXUAL EN PLANTAS. (cromosomas sexuales Silene)

DETERMINACIÓN POR CRUZAMIENTOS ENTRE FORMAS MONOICAS Y DIOICAS(Bryonia, Ecballium).

DETERMINACIÓN POR SERIE ALÉLIA X, Xm, Y. (Spinacia).

REPRODUCCIÓN ASEXUAL.

La apomixis implica la fecundación del saco embrionario (gametofito). En la embrionia adventicia se forma el gametofito y da lugar a semillas.

Aposporia: proceso de formación de una semilla sin la intervención de gametos, en la cual, el saco embrionario tiene su origen en una célula somática de las múltiples que rodean la célula madre del saco embrionario (nucela). En ambos casos se desarrolla un gametofito pero la meiosis o no existe o en el caso de que se produzca no tiene consecuencias observables.

Diplosporia: la célula madre del saco embrionario o gametofito femenino se desarrolla directamente en un embrión.

Poliembrionía: es el fenómeno por el cual se forman en la semilla más de un embrión, independientemente del origen de los mismos. Los embriones se pueden originar en el cigoto, de las sinérgidas, la nucela o del tegumento. Por lo tanto, pueden ser haploides, diploides o triploides en distintas combinaciones. Se dice que la poliembrionía es simple cuando en un mismo saco embrionario se desarrollan varios embriones, y múltiple cuando éstos se forman en varios sacos embrionarios. Esto puede ocurrir en las angiospermas y en los cítricos y en algunas otras especies.

Nuclear.

integumentaria.

TEMA 10: VARIACIONES DE LA HERENCIA.

MUTACIONES GENOTÍPICAS.

Consisten en un cambio del material genético detectable y heredable, no debido a la segregación o recombinación, y que se transmite a las células hijas y a generaciones sucesivas, dando lugar a células o individuos mutantes.

Hay tres tipos de mutaciones:

Genómicas : el cambio del genotipo afecta a algún segmento del cromosoma que incluye más de un gen.

Delección Duplicación Inserción Traducción

Cromosómicas : el cambio del genotipo afecta a un cromosoma completo. Poliploidias Aneuploidias

Génicas : la variación afecta a genes simples.

Mutaciones genómicas: variaciones cromosómicas estructurales. Reordenamiento de la disposición lineal de los genes sobre los cromosomas con pérdida, ganancia o sin variación en el contenido total de la información genética.

Las delecciones, duplicaciones e inversiones afectan a un solo cromosoma, mientras que las translocaciones afectan a dos o más cromosomas.

- Translocaciones: Intercambio de posición de segmentos cromosómicos en el genoma o de fragmentos entre dos cromosomas, modificando los grupos de ligamiento. Cambia la expresión de los genes en los segmentos translocados. Transposición y translocaciones. Fusiones y segregaciones.

- Deleciones: Pérdida de un segmento cromosómico y de la información contenida en él. Desequilibrio mayor en diploides, es más tolerado en poliploides. Efecto deletéreo dependiente de la importancia de los genes perdidos: si el gen es esencial la delección no será viable, por el contrario, si el gen no es esencial, la delección será silenciosa (el individuo sobrevive y se puede acumular en las generaciones siguientes).

- Duplicaciones: Repetición de un segmento cromosómico de mayor o menor extensión. Sobrecruzamientos desiguales, pseudoalelos, duplicaciones génicas.

- Inversiones: Cambio de orientación de los genes de un segmento en el cromosoma. Inversiones paracéntricas (cerca del centro) y pericéntricas (en los extremos).

Las inversiones a priori no suponen un problema, ya que se conservan los mismos genes, aunque en orden diferente. Podrá haber problemas en las meiosis para el emparejamiento cromosómico. Sin embargo, habrá problemas si se parte un gen.

Mutaciones cromosómicas: variaciones cromosómicas numéricas: consisten en la ganancia o pérdida de cromosomas o dotaciones cromosómicas.

Las variaciones que afectan al número de cromosomas son las aneuploidías, y las que afectan a dotaciones cromosómicas son las haploidías y las poliploidías.

Aneuploidía .

Se dice que un organismo es aneuploide cuando el número de cromosomas somático es distinto de un múltiplo entero de un número básico.

Un individuo aneuploide puede tener cromosomas de más o de menos, lo que supone un desequilibrio que generalmente los animales soportan peor que las plantas. La aneuploidía es frecuente en la naturaleza y dependiendo de los cromosomas afectados es más o menos viable. (Ej. Síndrome de Down) los que afectan a los cromosomas señales son los que menos alteraciones producen.

El origen de las aneuploidías es la no disyunción gamética (error en la meiosis) se distinguen varios tipos de aneuploidías:

- Nulisómicas (2n – n): individuo al que le falta una pareja cromosómica. En meiosis forma (n – 1) bivalentes.

- Monosómicos: (2n – 1): individuo al que le falta un cromosoma completo. En meiosis forma (n – 1) bivalentes y un univalente.

Monoisosómico : el cromosoma es un isocromosoma. Molotelosómico : el cromosoma es telocéntrico.

- Trisómico (2n + 1): individuos con un cromosoma extra. Primario : un cromosoma adicional. En meiosis forma (n – 1) bivalente

y un trivalente. Secundario : el cromosoma extra es un isocromosoma. En meiosis

forma un trivalente que podrá estar cerrado (anillo). Terciario : el cromosoma extra se ha formado por translocación. Sus

dos brazos se corresponden a cromosomas distintos. En meiosis serán (n – 2) bivalentes y un peubavalente cuyo cromosoma central será el crítico.

- Tetrasómico (2n + 2): tienen cuatro cromosomas iguales. En meiosis formará (n – 1) bivalente y un tetravalente.

Las aneuploidias se utilizan en estudios citogenéticos y de expresión génica (localización de genes) ya que sus segregaciones difieren de las mendelianas.

Disploidía.

Serie descendiente (o creciente) del número básico cromosómico de una especie o un taxón supraespecífico. Una misma especie puede tener más de un número básico debido a una fusión o una fisión cromosómica, hibridaciones y poliploidizaciones, además de no realizar una disyunción gamética.

Poliploidía.

Un individuo diploide es aquel cuya dotación cromosómica está compuesta por dos juegos del mismo tipo de cromosomas (2x).

Un individuo haploide es aquel cuya constitución cromosómica es equivalente al complemento cromosómico equivalente.

Un individuo poliploide es aquel cuya dotación contiene más de dos juegos de cromosomas.

- Autoploide: los genomios tienen el mismo origen.- Aloploides: los genomios tienen el distinto origen.

Si denominamos x al número básico de cromosomas que posee, vendrá expresado por 2n = nx = número de cromosomas que posee, siendo n el número de genomios completos que posee.

Los individuos poliploides pueden ser:

- Autopoliploides: Originados por la misma planta o población autofecundada. Los juegos cromosómicos son homólogos. Autosíndesis con múltiples posibles combinaciones de apareamientos cromosómicos y segregaciones gaméticas.

- Alopoliploides: Origen híbrido y posterior duplicación de los genomios. Los juegos cromosómicos son heterólogos. Alosíndesis con segregación disómica (anfidiploides). Éxito evolutivo (70% angiospermas).

- Alopoliploides segmentales: Origen híbrido entre especies próximas entre sí. Los juegos cromosómicos son homeólogos. Auto-y alosíndesis y distintas segregaciones gaméticas posibles. Se desconoce su extensión real.