CONTROL GENÉTICO DE LA FUNCIÓN CELULAR Y HERENCIA

Sánchez Cardel Alfonso

Introducción• Nuestra información genética se encuentra almacenada en

la estructura del acido desoxirribonucleico (DNA).

• El gen es la unidad de herencia que se transmite de generación en generación.

• La formación de un nuevo organismo a partir del huevo monocelular fertilizado, se denomina cigoto.

• El gen es la porción de la molécula de DNA que contiene la información para codificar los diversos tipos de proteínas y enzimas requeridas para el funcionamiento de las células corporales.

Control genético de la función celular• El acido ribonucleico (RNA) participa en la síntesis de enzimas y

proteínas celulares.

• Los diversos tipos de RNA son:

mRNA, contiene las instrucciones de transcripción para la síntesis de proteínas derivada de la molécula de DNA.

rRNA, proporciona la infraestructura necesaria para la síntesis de proteínas.

tRNA, lee las instrucciones y aporta los aminoácidos apropiados del ribosoma, en donde son incluidos a la proteína en via de síntesis.

Estructura genética• El DNA esta compuesto por nucleótidos, que están

formados por acido fosfórico, un azúcar desoxirribosa y una de 4 bases nitrogenadas.

• Las bases de purina (adenina y guanina) que poseen dos estructuras anulares de nitrógeno, y las bases de pirimidina (timina y citosina) , que poseen una sola estructura anular.

• La molécula de DNA se combina con varios tipos de proteína y pequeñas cantidades de RNA para formar la cromatina.

Código genético• El código triplete fundamental que se utiliza en la

transmisión genética necesaria para la sintesis de proteínas.

• Los codones que codifican un mismo aminoácido se denominan sinónimos, por lo general tienen las mismas dos primeras bases y difieren en la tercera.

Sintesis de proteínas• La estructura general del RNA, se diferencia de la del

DNA en tres aspectos:

El RNA es una molécula de cadena única en lugar de doble en el DNA.

El RNA posee uracilo en lugar de timina. El azúcar presente en cada nucleótido de RNA ribosa en

lugar de desoxirribosa.

RNA mensajero• Durante la transcripción, una enzima nuclear

especializadas denominada RNA polimerasa se una al DNA bicatenario y copia la cadena con sentido para formar una cadena única de RNA a medida que transcurre a lo largo del gen.

• Al llegar a la señal de detención, la enzima abandona el gen y libera la cadena de RNA.

• Las secuencias del RNA retenidas se conocen con el nombre de exones, mientras que las secuencias eliminadas se denominan intrones.

RNA de transferencia• Contiene solo 80 nucleótidos, lo cual la convierte en la

molécula de RNA de menor tamaño.

• La función del tRNA consiste en aportar la forma activada de los aminoácidos a moléculas de proteína en los ribosomas.

• Se conocen por lo menos 20 tipos distintos de tRNA, cada uno de los cuales reconoce y fija un solo tipo de aminoácido.

RNA Ribosómico• El ribosoma es la estructura física en el citoplasma en la

que tiene lugar la sintesis de proteínas.

• El rRNA se sinteriza en una estructura nuclear especializada denominada nucléolo.

• El rRNA formado se combina con proteínas ribosómicas del núcleo para producir el ribosoma, el cual es transportado al citoplasma mas tarde.

• Las proteínas se sintetizan a partir de un conjunto estándar de aminoácidos que se unen en forma terminoterminal para formar largas cadenas polipeptídicas de las moléculas proteicas.

• Cada cadena polipeptídica puede contener entre 100 y mas de 300 aminoácidos. El proceso de sintesis de proteínas se denomina traducción.

• Los ribosomas implicados activamente en la sintesis de proteínas a menudo se agrupan en racimos llamados polirribosomas.

Regulación de la expresión génica• El grado de actividad de un gen se conoce con el nombre

de expresión génica.

• La expresión génica puede ser incrementada mediante un importante proceso llamado inducción, es promovida por influencias externas.

• La represión génica es un proceso mediante el cual un gen regulador actúa para reducir o abolir la expresión genética.

• Los genes estructurales, los cuales determinan la secuencia de aminoácidos especifica para una cadena polipeptídica.

• Los genes reguladores que cumplen una función reguladora sin especificar la estructura de las moléculas proteicas.

• La regulación de la sintesis de proteínas es controlada por una secuencia de genes, denominada operón, localizada en sitios vecinos de un mismo cromosoma.

Mutaciones genéticas• En raros casos se producen errores accidentales en la

duplicación del DNA, estos se denominan mutaciones.

• Las mutaciones son consecuencia del reemplazo de un par de bases por otro, la sustracción o la adición de uno o mas pares de bases o reordenamiento de las bases.

• Las mutaciones somáticas que no ejercen repercusiones sobre el estado de salud funcional de una persona se denominan polimorfismos.

Cromosomas• La mayoría de la información genética de una célula se

organiza, almacena y recupera en estructuras intracelulares pequeñas denominadas cromosomas.

• El ser humano posee 23 pares de cromosomas, es decir, 46 cromosomas.

• De estos 23 pares, 22 se denominan autosomas y son iguales en hombres y mujeres, presentan el mismo aspecto, los cromosomas restantes determinan el sexo de la persona.

División celular• La meiosis esta ligada a la replicación de las células

germinativas y tiene lugar una cola vez cada estirpe celular, conduce a la formación de gametos o células reproductoras.

• La meiosis se divide en dos fases denominadas meiosis I y meiosis II.

• Durante la metafase I puede producirse un intercambio de segmento de cromatidas, este proceso se conoce con el nombre de entrecruzamiento.

• El entrecruzamiento permite una nueva combinación de genes que aumenta la variabilidad genética.

• La meiosis tiene lugar exclusivamente en las células productoras de gametos de los testículos u ovarios y su resultado final es diferente en ambos sexos.

Estructura de los cromosomas• La citogenética es el estudio de la estructura y las

características numéricas de los cromosomas celulares.

• Los cromosomas humanos se dividen en 3 tipos dependiendo de la posición del centrómero:

Metacéntrico, si el centrómero se localiza en el centro y los brazos poseen una longitud similar.

Submetacéntrico, si no esta centrado y los brazos tienen una longitud claramente distinta.

Acrocéntrico, si el centrómero se encuentra cerca de un extremo.

Definiciones• El genotipo de una persona es la información genética

almacenada en la secuencia de bases del código triplete.

• El fenotipo se refiere a los rasgos físicos o bioquímicos reconocibles asociados con un genotipo especifico

• Expresividad se refiere a la forma en la que se expresa un gen en el fenotipo y este espectro puede variar de leve a grave.

• Penetrancia designa la capacidad de un gen de expresar su función.

• La posición de un gen en el cromosoma se denomina locus

• Las formas alternas de un gen en un mismo locus se denominan alelos.

• En aquellos casos en donde la información genética es transmitida por un solo par de genes se utiliza el termino rasgo monogénico.

• Epistasia, interacción en la que un gen enmascara los efectos fenotípicos de otro gen no alélico.

• Alelos múltiples, donde mas de un alelo afecta a un mismo rasgo

• Genes complementarios, cada gen depende mutuamente del otro

• Genes colaboradores, dos genes distintos que afectan un mismo rasgo interactúan para generar un fenotipo que ninguno de ellos puede producir por si solo.

Impronta genética• Ciertos genes se asocian con un tipo de transmisión

“parental de origen” en la que los genomas parentales no siempre contribuyen de igual manera al desarrollo de una persona.

Disomía uniparental, se produce cuando dos cromosomas con la misma designación numérica se heredan de un solo progenitor.

Leyes de Mendel

• Los individuos en quienes los dos alelos de un par dado son iguales se denominan homocigotos.

• Los heterocigotos poseen distintos alelos en un locus genético.

• Un rasgo recesivo es un rasgo expresado solo en un apareamiento homocigótico

• Rasgo dominante es un rasgo expresado en un apareamiento homocigótico o heterocigótico

• Un portador es un heterocigoto para un rasgo recesivo que no expresa este rasgo.

Estudios de ligamento• Cuando dos rasgos heredados se observan con una

frecuencia mayor que la atribuible exclusivamente al azar.

Estudios de hibridación• La hibridación de células somáticas consiste en la fusión

de células somáticas humanas con las de una especie diferente para obtener una célula que contenga los cromosomas de ambas especies.

• La hibridación in situ consiste en la utilización de secuencias especificas de DNA o RNA, para localizar genes que no se expresan en el cultivo celular.

Técnicas de terapia recombinante• Cada molécula hibrida produce una población

genéticamente idéntica denominada clon que refleja su ancestro común.

• La clonación genética consiste en la sección de una molécula de DNA para modificar y reordenar sus fragmentos y producir copias del DNA modificado, su mRNA y su producto genético.

Terapia genética• Este tipo de modalidad terapéutica representa uno de los

métodos mas prometedores para el tratamiento de trastornos genéticos, algunos procesos malignos, la fibrosis quística y numerosas enfermedades infecciosas.

Se basa en dos enfoques principales:

• Los genes transferidos pueden reemplazar a los genes defectuosos o pueden inhibir en forma selectiva genes deletéreos.

• La genoterapia en general se basa en la utilización de secuencias de DNA clonadas o ribosomas clonados.

• La introducción del gen clonado en el organismo multicelular puede afectar solo a escasas células que incorporan el gen.

Fingerprinting de DNA• Se emplean endonucleasas restrictivas que permiten

clivar el DNA en regiones especificas.

Los fragmentos de DNA se separan mediante electroforesis y se transfieren a una membrana de nailon.

Los fragmentos se separan y se lleva a cabo el apareamiento con una seria de sondas radiactivas especificas para cada fragmento

Una autorradiografía revela los fragmentos de DNA sobre las moléculas

Bibliografía• C.M. Porth, Fisiopatología, Salud enfermedad: un

enfoque conceptual, Editorial Medica Panamericana, 7 edición, paginas 119- 134.