“Año de las cumbres mundiales en el Perú”

Universidad Nacional Mayor de San MarcosFacultad de Farmacia y Bioquímica

INFORME Nº 8 : CARIOTIPO HUMANO

Asignatura:Biología (Práctica)

Semestre:

Primer ciclo

Año: 2008

Facultad de Farmacia y Bioquímica, 16 de julio del 2008

Introducción

Los principios de la genética son, por supuesto, los mismos para los seres humanos que para los miembros de cualquier otra especie eucariótica diploide. En la práctica, sin embargo, hay algunas diferencias importantes. El número diploide normal de cromosomas en la especie humana es 46: 44 autosomas y 2 cromosomas sexuales, XX en las mujeres y XY en los varones.

Es posible determinar el número, el tamaño y la forma de los cromosomas de una célula somática de un organismo determinado. El ordenamiento sistematizado de los cromosomas de un organismo determinado constituye su cariotipo.

Numerosos estudios sobre la determinación del sexo llevó a concluir que en muchas especies esa determinación tiene una base genética. Este concepto, a su vez, llevó a identificar un gen de la iniciación de la determinación del sexo en los machos. Esta función ha sido asignada al gen SRY (Región determinante del Sexo del cromosoma Y) localizado en el cromosoma Y de los seres humanos. También se postula la existencia de otros genes implicados en la determinación del sexo.

En el momento del nacimiento de un individuo se presentan alteraciones estructurales o funcionales que pueden manifestarse tanto en distintas etapas de la vida y se denominan defectos congénitos. Estos defectos pueden tener una base genética o no. Los que no son hereditarios pueden ser consecuencia de la acción de factores ambientales que alteren el desarrollo embrionario.

La tecnología del DNA recombinante está aportando nuevos medios para el diagnóstico precoz de las enfermedades hereditarias. Entre las herramientas más importantes para este diagnóstico están los RFLPs (polimorfismos de longitud de fragmentos de restricción) y las sondas radiactivas.

El DNA también se está usando en forma terapéutica, en la denominada terapia génica. La administración del DNA como medicamento puede, al menos teóricamente, corregir enfermedades genéticas, enlentecer la progresión de tumores, enfrentar infecciones virales y detener enfermedades neurodegenerativas. Es decir, puede dirigirse tanto a enfermedades hereditarias como a afecciones adquiridas.

Muchos laboratorios de todo el mundo están sumando sus esfuerzos para mapear y secuenciar el genoma humano completo. Se espera que este proyecto pueda responder muchas preguntas desconcertantes. Si la experiencia pasada sirve de guía, también es probable que haga surgir muchas preguntas nuevas.

MARCO TEÓRICO

Cariotipo

El cariotipo es el ordenamiento de los cromosomas de una célula metafásica de acuerdo a su tamaño y morfología. El cariotipo es característico de cada especie y, el ser humano tiene 46 cromosomas o 23 pares de cromosomas, organizados en 22 pares autosómicos y un par sexual. (Hombre XY) (Mujer XX). El brazo corto de cada cromosoma se llama p, y el brazo largo, q. Cada brazo ha sido dividido en zonas y cada zona, a su vez, en bandas e incluso las bandas en subbandas, gracias a las técnicas de marcado.

Cariotipo de un linfocito de un humano mujer.

No obstante puede darse el caso, en humanos, de que exista otros patrones en los cariotipos, a lo cual se le conoce como aberración cromosómica.

Mediante el cariotipado se pueden analizar anomalías numéricas y estructurales, cosa que sería muy difícil de observar mediante genética mendeliana.

Cariotipado clásico

Existen varios métodos para la visualización mediante microscopía óptica de los cromosomas humanos. Los procedimientos más clásicos consisten en la tinción con sustancias como la mostaza de quinacrina, que permite la observación de las bandas Q, giemsa, que permite la observación de las bandas G, R o C (dependiendo del tratamiento que se realice con el ADN). Este bandeo característico de cada uno de los cromosomas está relacionado con regiones de eucromatina (bandas R), heterocromatina facultativa (bandas G), heterocromatina constitutiva (bandas C). El cariotipo de alta resolución, basado en la tinción de los cromosomas en profase o prometafase, permite distinguir más de ochocientas bandas. No obstante existen distintas visiones del motivo por el cual se pueden hacer estas correlaciones.

El uso de técnicas de bandeo junto al estudio del cariotipo ha sido utilizado para la detección de aberraciones cromosómicas a gran escala. Es decir, aberraciones que afectan a regiones de un cromosomas o al propio cromosoma. Estas aberraciones cromosómicas o anomalías cromosómicas se pueden dividir en numéricas y estructurales.

Cariotipo espectral

El análisis espectral de los cariotipos (o SKY) se trata de una tecnología de citogenética molecular que permite el estudio y visualización de los 23 pares de cromosomas en forma simultánea. Los cromosomas se marcan con diferentes colores fluorescentes. El análisis espectral de la señal fluorescente consigue la discriminación. Este tipo de técnicas mejorará la identificación y diagnóstico de las aberraciones cromosómicas en citogenética prenatal así como en células cancerosas.

El idiograma

La dotación cromosómica normal de la especie humana es de 46,XX para las mujeres y de 46, XY para los varones.En el cariotipo humano los cromosomas se ordenan de mayor a menor. Hay cromosomas grandes, medianos y pequeños. Al ordenar los comosomas se constituyen 7 grupos atendiendo no sólo al tamaño sino también a la forma de las parejas cromosómicas, dentro del cariotipo humano podemos encontrar cromosomas metacéntricos (tienen los dos brazos aproximadamente iguales en longitud), submetacéntricos (con un brazo más pequeño que otro) y acrocéntricos (con un brazo corto muy pequeño).

Concretamente en el cariotipo humano hay 7 grupos de cromosomas. Dentro de cada grupo vamos a ordenar y reconocer los cromosomas con la ayuda de un idiograma:

Un idiograma es la representación esquemática del tamaño, forma y patrón de bandas de todo el complemento cromosómico, los cromosomas se sitúan alineados por el centrómero, y con el brazo largo siempre hacia abajo.Los grupos que comprende el cariotipo humano son los siguientes: Cromosomas grandes

Grupo A, (cromosomas 1, 2 y 3), meta y submetacéntricosGrupo B, (cromosomas 4 y 5), submetacéntricos Cromosomas medianos

Grupo C, (cromosomas 7, 8, 9, 10, 11, 12 y además los cromosomas X), submetacéntricosGrupo D, (cromosomas 13, 14 y 15) acrocéntricos

Cromosomas pequeños

Grupo E, (cromosomas 16, 17 y 18) submetacéntricos Grupo F, (cromosomas 19 y 20) metacéntricos Grupo G, (cromosomas 21 y 22) acrocéntricos

Por acuerdo los cromosomas sexuales X e Y se separan de sus grupos correspondientes y se ponen juntos aparte al final del cariotipo.

Anormalidades cromosómicas humanas

Una anormalidad común es la causada por la no disyunción ( la falta de segregación) de un cromosoma durante la anafase II de la meiosis. Un gameto al cual le falta un cromosoma no puede producir un embrión viable pero ocasionalmente un gameto con n+1 cromosomas puede producir un embrión viable. En humanos la no disyunción esta generalmente asociada al cromosoma 21, que produce una enfermedad genética conocida como síndrome de Down (o trisomía 21). Algunos casos son el resultado de una translocacíon en el cromosoma de uno de los padres. La incidencia del Síndrome de Down se incrementa con la edad de la madre, sin embargo un 25% de los casos son el resultado de un cromosoma extra de origen paterno.

Anormalidades en los cromosomas sexuales pueden ser causadas por la no disyunción de uno o más cromosomas sexuales. Cualquier combinación (tipo XXXXY) produce machos con deficiencias. Hombres con mas de un comosoma X son generalmente deficientes mentales y estériles. Se conocen mujeres XXX y XO, siendo en su mayor parte estériles.

Las deleciones en cromosomas se asocian también a otros sindromes como el tumor de Wilm.

Desordenes alélicos en humanos (recesivos)

El primer caracter Mendeliano en humanos, la braquidactilia se describió en 1905. Actualmente se conocen mas de 3500 .

El albinismo es un caso de herencia Mendeliana . Los individuos homocigotos recesivos (aa) no fabrican melanina, y por lo tanto tiene su cara, cabello, y ojos

que son blancos o amarillos. Los padres heterocigotos con pigmentación normal (Aa), producen dos tipos de gametos: A o a. De la cruza de dos heterocigotos 1 de 4 hijos puede resultar albino.

La fenilcetonuria (PKU) es un desorden hereditario recesivo en los que el individuo sufre por su incapacidad para transformar el aminoácido fenilalanina en tirosina. Los individuos homocigotas recesivos para este alelo tienen un exceso de fenilalanina y productos de su metabolismo en sangre y en la orina. Estos metabolitos pueden ser dañinos para el sistema nervioso que se está desarrollando y producen retardo mental. Uno de cada 15.000 recién nacidos sufre este problema. La detección de esta enfermedad en el recién nacido es hoy parte de la rutina bioquímica. Si usted examina con detalle un producto que contenga Nutra-Sweet (un endulzante artificial que, bioquímicamente, es un péptido) verá que existe un aviso para aquellos que sufren de PKU dado que la fenilalanina es unos de los aminoácidos que forma parte de Nutra-Sweet. Los enfermos de PKU se someten a dietas restringidas en fenilalanina, suficiente para las necesidades metabólicas pero no para producir intermediarios dañinos.

La enfermedad de Tay-Sachs es autosómica y recesiva, su evolución lleva a la degeneración del sistema nervioso. Los síntomas se manifiestan luego del nacimiento. Los niños homocigotas para el alelo recesivo raramente superan la edad de cinco años. Los enfermos no tienen capacidad para fabricar una enzima (la N-acetil-hexosaminidasa), que elimina un lípido (conocido como gangliósido GM2). Este lípido se acumula en los lisosomas de las células cerebrales y, eventualmente las mata. Si bién es rara en la población general (1 de 300.000 nacimientos), fue (hasta hace poco) alta (1 en 3600 nacimientos) entre los descendientes de judios de Europa central. Se piensa que uno de cada 28 entre los judíos americanos es un portador dado que el 90% migró de esa área. La mayor parte de los bebés que nacen actualmente con Tay-Sachs se originan de padres no judíos que no entran en los programas de control genético por no estar prevenidos debido a su baja incidencia en poblaciones no judías.

La hemocromatosis hereditaria es autosómica y recesiva, se caracteriza por un exceso de depósitos de hierro principalmente en el hígado y páncreas (hasta 100 veces la concentración normal) que conducen a cirrosis, diabetis, artritis..., responde a una terapia clásica: la sangría, por esta razón la mayoría de las mujeres estan a salvo hasta la menopausia dado que la menstruación elimina el exceso de hierro. Se suele darse entre los Amish.

La anemia drepanocítica, autosómica y recesiva, es un ejemplo al que se recurre varias veces en este curso. El 9% de los negros norteamericanos son heterocigotos para esta mutación, y un 0,2% homocigotos para ella. El alelo recesivo causa la sustitución de un solo aminoácido en la cadena beta de la hemoglobina. Debido a la mutación, cuando la concentración de oxígeno es baja la hemoglobina se vuelve insoluble por lo cual los glóbulos rojos se deforman (falciforemes o en forma de hoz) tornándose muy frágiles (también ocurre el parásito que produce la malaria, no puede desarrollarse en ellos. Aparentemente esta mutación se originó en África, y resulta un interesante ejemplo de como la selección natural puede mantener caracteres a primera

vista desfavorables. Los heterocigotos fabrican suficiente cadenas beta normales de hemoglobina como para no sufrir los síntomas, mientras la concentración de oxígeno se mantenga alta como ocurre a nivel del mar. La drepanocitosis ofrece un buen ejemplo de las dificultades del empleo en ciertos casos de los términos mendelianos de dominante y recesivo, pues en este caso si hablamos del fenotipo de la drepanocitosis como una enfermedad, estamos ante una enfermedad autosómica recesiva ya que es necesario que el individuo sea homocigoto para tener la enfermedad (el heterocigoto es asintomático). Sin embargo si se examina desde el punto de vista de la hemogloblina que posee (analizada cromatográficamente) la clasificación correcta sería decir que la herencia de la hemoglobina S es codominante autosómica (como los grupos sanguíneos) ya que ambas hemoglobinas se detectan en los heterocigotos.

La fibrosis quística o mucovicidosis del pancreas es la enfermedad hereditaria autosómica y recesiva mas frecuente en las poblaciones de raza blanca (*uno por cada 2000 nacidos vivos). Se caracteriza por la producción de un mucus espeso, insuficiencia pancreática exógena y electrolitos altos en el sudor. En ausencia de tratamiento es mortal y con tratamiento rara vez superan la adolescencia. La causa es un defecto en un único gen que se encuentra en el brazo largo del cromosoma 7. La proteína alterada es una proteína de transporte de membrana que forma un canal iónico para el Cl. La causa mas frecuente es una deleción de tres bases: CTT, que provocan la falta de fenilalanina en la posición 508 de la proteína de transporte, lo cual le impide fijar ATP. Bibliografía. Una vez más necesitamos recurrir a hipótesis evolutivas para explicar la alta incidencia de un alelo tan terrible en la naturaleza, pareciera ser en este caso, que los heterocigotas son resistentes a la tifoidea, enfermedad que en otros tiempos tenía una alta tasa de mortalidad, lo cual explicaría esta "anómala selección".

Desórdenes alélicos en humanos (dominantes)

Los casos son raros, a pesar de que por definición se expresan siempre, la razón es su dificultad para reproducirse de los gravemente afectados.

El enanismo acondroplástico es uno de los trastornos autosómicos dominante mas comúnes.

La enfermedad de Huntington es autosómica y dominante, su resultado es la destrucción progresiva de la células del cerebro. Si uno de los padres es heterocigoto (lo cual por supuesto implica que es enfermo) el 50% de los hijos tendrá el caracter y la enfermedad. Si es homocigota el 100%. La enfermedad no se manifiesta hasta la edad de 30 años, aunque algúnos fenómenos relacionados con la enfermedad pueden presentarse a los 20 años.

Polidactilia es la presencia de seis dedos en manos o piés. Actualmente a menudo el dedo extra se extirpa quirurgicamente al nacer y el individuo no conoce que es portador del caracter. Una de la mujeres de Enrique VIII tenía un dedo extra . En ciertas familias del sur de USA es mas común. El dígito extra raramente es funcional y sin ninguna duda causa problemas en el momento de comprar guantes.......

Caracteres ligados al sexo

El daltonismo o ceguera a los colores aflije al 8% de los hombres y al 0,04 % de las mujeres. La percepción del color depende de tres genes, cada uno de los cuales produce compuestos sensibles a diferentes partes del espectro visible. Los genes para la detección del rojo y el verde se encuentran en el cromosoma X. La detección del azul es autosómica.

Por hemofilia se conoce a un grupo de enfermedades en las cuales la sangre no coagula normalmente. Diferentes factores sanguineos intervienen en la coagulación. La hemofília tipo A (la mas común) es aquella en la que falta el factor VIII. Hasta recientemente el factor VIII se obtenía de donantes sanguíneos con el consiguiente riesgo para la salud (SIDA, hepatitis...), actualmente se prepara por biotecnología a partir de bacterias que lo sintetizan merced a las técnicas de ADN recombinantes. La Reina Victoria de Inglaterra era portadora de la enfermedad, el alelo fue pasado a dos de sus hijas y un hijo. Dado que las familias reales de Europa generalmente se casaban entre sí, el alelo se desparramó entre la realeza y pudo haber contribuido a la caida de los zares rusos y a la llegada del comunismo al poder (el zarevich Alexei hijo del zar Nicolas sufría de hemofilia A heredada de su madre, que portaba el gen secreto de la reina Victoria , la influencia de Gregor Efimovic Novy, Rasputín "el monje negro" en este reinado, era debida a que los zares pensaban que tenía poderes curarativos )

La distrofia muscular es un término que se aplica a una gran variedad de enfermedades del músculo. La mas común es Distrofia Muscular de Duchenne (DMD), afecta los musculos cardíaco y esqueléticos, como así también a algunas funciones mentales. DMD es un factor recesivo ligado al X que tiene una frecuencia de 1 en 3500 nacimientos. Los que la sufren mueren generalmente antes de los 20 año. En 1987, Louis Kunkel informó el aislamiento de una proteína, la distrofina, presente en individuos normales (cerca del 0,002 % de la proteína muscular) pero ausente en dos individuos con DMD. La falta de distrofina se acompaña con un proceso a nivel muscular conocido como fibrosis, que restringe el suministro de sangre al músculo que por lo tanto muere. La tecnología genética, se utilizó para secuenciar y clonar el gen de la distrofia, que es el mas grande que se conoce en humanos (alrededor de 2 a 3 millones de pares de base), con 60 exones e intrones muy grandes.

Una enfermedad genética de gran heterogeneidad

Con el nombre de retinosis pigmentaria se agrupa a una gran cantidad de trastornos degenerativos de la retina causada por problemas en los fotorreceptores, afecta a todos los grupos raciales en alrededor de 1 en 7000 personas, la "ceguera nocturna" y el "efecto túnel" son algunos de sus síntomas. Se debe a la mutación de alguno de los numerosos genes que codifican las proteínas de la fototransducción y dependiendo de cual puede ser: autosómica dominante, recesiva o ligada al sexo.

Diagnóstico de las enfermedades genéticas humanas | Contenidos

En la anemia drepanocítica se usaron para su estudio enzimas de restricción, como la Hpa I . El ADN normal y patológico se sometió a la enzima. Los fragmentos resultantes se sometieron a una sonda radioactiva para el gen de la beta hemoglobina. La sonda hibridiza en la hemoglobina normal con dos fragmentos de 7.000 a 7.600 nucleotidos de longitud. En la anemia drepanocítica la hibridación ocurre con una sola secuencia de 13.000.

Un resultado similar se obtiene de los estudios de células obtenidas por amniocentésis, lo cual provée una herramienta para la detección prenatal de la anemia drepanocítica. Los marcadores en los que ocurre la hibridación se conocen como RFLPs . El fragmento grande en la anemia drepanocítica se interpreta como evidencia de una mutación en la secuencia de reconocimiento. Dos secuencias nucleotídicas en la misma molécula de ADN tienden a estar juntas (ligamiento). En el ADN de la anemia drepanocítica la cadena beta de la hemoglobina quedo ligado con otro gen que de alguna manera altera el reconocimiento de la secuencia en la cual actúa la Hpa. Los heterozigotos tienen fragmentos largos y cortos pero en los homocigotos dominantes y recesivos se encuentra un solo tipo (corto o largo respectivamente) o sea:

Homocigotos normales: fragmentos cortos Homocigotos para la anemia drepanocítica: fragmentos largos Heterocigotos: fragmentos largos y cortos

La enfermedad de Huntington fue estudiada por James F. Gusella y sus colaboradores, que usó RFLPs (se pronuncia rif-lips) para identificar un marcador. Realizando pruebas en una gran "librería" de fragmentos de ADN humano, encontraron la aguja en el pajar. La enzima usada fue la Hind III. Se identificaron cuatro fragmentos (A,B,C y D) en una famila norteamericana cuyos miembros sufren la enfermedad. La presencia de un fragmento A se identificó en individuos que sufren o sufrirán la enfermedad. El estudiode la genealogía de una familia venezolana de 3.000 miembros que desciende de un marinero alemán que tenía la enfermedad de Huntington llevó a encontrar una estrecha correlación entre el Fragmento C y la enfermedad. Muchos individuos no desean saber si ellos desarrollaran la enfermedad.

La fibrosis quística también se estudió por la tecnología RFLPs . Esta es la enfermedad genética mas común entre los caucásicos. Francis S. Collin ( director del proyecto Genoma Humano desde 1993, entre sus logros se debe considerar su participación en la identificación de los genes implicados en raras enfermedades como la ataxia-telangestacia y la neoplasia endócrina múltiple tipo I ), descubrió, en 1989 junto con sus colaboradores, el gen humano que al mutar provoca la fibrosis quística.

PARTE EXPERIMENTAL

MATERIALES:

Tijera Goma

Cariotipo fotografiado Papel

PROCEDIMIENTOS:

1. La figura siguiente representa un cariotipo humano.

2. Recorta cada uno de los cromosomas. 3. Agrúpalos de acuerdo con su tamaño, forma y bandas de tinción. 4. Identifica cada pareja de homólogos ayudándote del cariotipo

ordenado de la figura.

5. Pega cada pareja en una plantilla vacía como la de la figura anterior.

BIBLIOGRAFÍA

http://es.wikipedia.org/wiki/Cariotipo

http://www.ucm.es/info/genetica/AVG/practicas/cariotipo/carioP.htm

http://images.google.com.pe/imgres?imgurl=http://www.joseacortes.com/practicas/cariotipo_desordenado.jpg&imgrefurl=http://www.joseacortes.com/practicas/cariotipo.htm&h=393&w=456&sz=16&tbnid=yi6Rnb7JVOOwmM:&tbnh=110&tbnw=128&prev=/images%3Fq%3Dcariotipo%2Bhumano%26um%3D1&start=1&sa=X&oi=images&ct=image&cd=1

http://www.whfreeman.com/life/update/.