TEMA 5: LAS BASES DE LA GENÉTICA

UN POCO DE HISTORIA • S XIX Hipótesis de la herencia por mezcla. Ej: cruzamos ratones blancos y negros los hijos serían grises. • Darwin (1809-1882) Teoría de la evolución. La selección natural no podía actuar sobre materiales que

se mezclan y diluyen. Postula la existencia de unas partículas (gémulas) que producían las células del organismo y que se transportaban a las reproductoras.

• A mediados del S XIX Mendel estableció las bases de la genética moderna. Las características heredables son transmitidas por factores individuales que pasan de generación a generación.

LOS EXPERIMENTOS DE MENDEL

Mendel comenzó sus experimentos estudiando cómo se transmitía un solo carácter entre la generación progenitora y la filial. Para ello se fijó en el carácter color de la semilla. Primero se cercioró de que las plantas que iba a cruzar eran de raza pura, es decir, que solamente contenían una de las dos variedades del color de la semilla. Lo hizo cruzando numerosas veces las plantas de guisantes amarillos entre sí hasta obtener únicamente guisantes amarillos. Igualmente, realizó la misma selección con los guisantes verdes. A la causa de la variedad del color de la semilla que se transmitía de una generación a otra la denominó factor

hereditario.

Seguidamente, cruzó las plantas de guisante de color amarillo con las de color verde. Llamó generación parental a estas plantas que cruzó, y las simbolizó con una P; y denominó primera generación filial (F1) al conjunto de descendientes. Esta es la primera ley de Mendel.

A continuación, Mendel cruzó entre sí los individuos de esta primera generación filial (F1), obteniendo una F2 (segunda generación filial) con un 75 % de guisantes de semilla amarilla y un 25 % de semilla verde. De este experimento se deduce la segunda ley de Mendel o ley de la segregación de los caracteres: al cruzar entre sí los híbridos obtenidos en la primera generación, los caracteres presentes en estos se separan y se combinan al azar en la descendencia.

EJEMPLOS DE CARACTERES HEREDITARIOS

Genotipo: conjunto de genes que tiene un individuo.

Fenotipo: manifestación externa del genotipo.

En los seres humanos existe una gran variedad de fenotipos. En la siguiente tabla puedes ver algunos caracteres hereditarios en el hombre. Observa el carácter de dominante o recesivo. Los distintos genotipos y fenotipos te pueden ayudar para realizar los problemas de genética.

LA DOBLE HÉLICE DE ADN La molécula que lleva la información genética es el ADN (excepto en algunos virus que es el ARN)

El ADN (Ácido desoxirribonucleico) es una molécula sencilla formada por unidades llamadas nucleótidos:

• 1 Grupo fosfato. • 1 azúcar (desoxirribosa) • 1 Base nitrogenada: A (adenina),T (timina),G (guanina),C (citosina).

La unión de nucleótidos no es aleatoria ⇒ código genético

MODELO DE LA DOBLE HÉLICE

En 1953, James Watson, Francis Crick, Maurice Wilkins y Rosalind Franklin propusieron un modelo para la estructura del ADN. Modelo de la doble hélice. • Los nucleótidos están unidos por enlaces entre el grupo fosfato de un nucleótido y el azúcar del

siguiente nucleótido. • Se forma una larga cadena de nucleótidos enlazados del fosfato al azúcar. • Las bases nitrogenadas se extienden hacia dentro desde la cadena azúcar-fosfato. En el ADN hay 4

bases: adenina (A), citosina (C), guanina (G) y timina (T).

• Una molécula de ADN se compone de dos cadenas de nucleótidos unidas por puentes de hidrógeno entre las bases nitrogenadas.

• Las cadenas de nucleótidos forman una espiral alrededor de un centro común.

• La forma espiral de la molécula es una doble hélice.

LA REPLICACIÓN DEL ADN

Es el proceso mediante el cual la molécula de ADN hace copias de sí misma (y, por tanto del cromosoma). El ADN contiene toda la información del individuo ⇒ tiene que transmitirse intacto ⇒ garantizar la continuidad de la información. En el núcleo hay muchos nucleótidos libres que son los bloques de construcción del nuevo ADN . Replicación del ADN ⇒ADN Polimerasas. Modelo semiconservativo.

LOS CROMOSOMAS

Si pusiéramos en línea las dobles hélices de ADN de una cél ⇒ +2m largo. ⇒ Se empaquetan (condensan) en cromosomas. El nº de cromosomas varía con la especie: Hombre 46, Chimpancé 48, Drosophila 8, caballos 64. Nosotros tenemos 46 cromosomas en 23 parejas. Un juego de cromosomas proviene del padre y el otro de la madre. Los cromosomas de cada pareja se llaman homólogos ⇒ mismo tipo de información genética (luego la mayoría de la información está duplicada). Cariotipo: conjunto de cromosomas de un organismo. Es el conjunto de características cromosómicas de una especie. En el cariotipo quedan reflejados número, tipo y estructura de los cromosomas. El cariotipo humano:

22 parejas de cromosomas homólogos ⇒ autosomas. 1 pareja de cromosomas sexuales: Mujeres iguales XX y hombres diferentes XY. El cromosoma Y es mucho más pequeño y lleva información distinta que el X.

Idiograma: la representación gráfica del genotipo.

LA HERENCIA DEL SEXO

Cuando se forman los gametos (gametogénesis), los dos cromosomas sexuales se separan, de tal forma que sólo irá un cromosoma sexual a cada gameto. En el caso de los espermatozoides, la mitad tendrá el cromosoma X y la otra mitad el cromosoma Y. Todos los óvulos tendrán un cromosoma X.

Al producirse la fecundación, si es el espermatozoide que lleva el cromosoma X el que se une al óvulo, dará origen a una niña. Si el espermatozoide que interviene en la fecundación es el que lleva el cromosoma Y, será un niño el que se origine.

Observa estos dos detalles:

• El sexo del hijo está determinado por el padre. • Existe la misma probabilidad 50% de tener un niño o una niña.

LA HERENCIA LIGADA AL SEXO

El cromosoma X es portador de una serie de genes responsables de otros caracteres además de los que determinan el sexo. La herencia de estos caracteres decimos que está ligada al sexo. Dos ejemplos bien conocidos son: el daltonismo y la hemofilia. En el siguiente cuadro están representados los distintos genotipos en relación con la hemofilia.

MUJERES HOMBRES XX Mujer sana XY Hombre sano XXh Mujer portadora XhY Hombre hemofílico XhXh Mujer hemofílica

EJERCICIO: La hemofilia es una enfermedad hereditaria que se debe a un gen recesivo situado en el cromosoma X. ¿Cuál será la proporción de hemofílicos en la descendencia de un matrimonio formado por una mujer portadora del gen (XhX) y un hombre normal (XY)?

ENFERMEDADES HEREDITARIAS

De las enfermedades hereditarias, unas son puramente genéticas porque dependen de un solo gen, como hemofilia y otras influidas por diferentes genes que hacen que las personas sean más o menos susceptibles de padecerlas como la mayoría de los cánceres. Autosómicas, cuando el gen causante se encuentra en los autosomas y dominantes o recesivas según tipo de gen que la produce. Ligadas al sexo, cuando el gen causante se encuentra en los cromosomas sexuales. En el cuadro tienes ejemplos de enfermedades transmisibles por herencia con la indicación de su localización en cromosomas autosómicos o sexuales.

LOS GENES Gen: cada fragmento de ADN que codifica para una proteína. Unidad de información genética. Ej. Una palabra codifica una idea “perro”. Cada gen codifica para una determinada proteína que necesita el organismo para funcionar ⇒ Dogma central de la biología. Y lleva una determinada secuencia ⇒ código genético. Genotipo: constitución genética de un organismo respecto a un carácter concreto ⇒ lo que codifican los genes: uno de cada homólogo. Fenotipo: no todos los genes se manifiestan. Es la manifestación del genotipo, lo que podemos observar.

LAS PROTEÍNAS

Son moléculas fundamentales para los seres vivos. Formadas por la unión de aminoácidos. Hay 20 aminoácidos distintos, en función del orden ⇒ distintas proteínas con distintas funciones:

• Proteger el organismo y dar consistencia e impermeabilidad. Colágeno, queratina. • Transporte de sustancias. Hemoglobina. • Defensa: inmunoglobulinas. • Producir movimiento: actina y miosina musculares. • Empaquetar el ADN: histonas. • Recibir señales: receptores celulares. • Favorecer y acelerar reacciones: enzimas.

EL CÓDIGO GENÉTICO El ADN contiene la información para que se puedan construir miles de proteínas diferentes. Viene a ser como un manual de instrucciones para formar un ser vivo. El código que utiliza este manual se conoce como "código genético". Las letras de este código son los cuatro nucleótidos del ADN. Pero para que se pueda leer y sintetizarse las proteínas hay que pasarlo a ARN. Cada tres nucleótidos sucesivos forman un "triplete o codón" que equivale a una palabra con la que se puede nombrar un aminoácido.

Con los 4 nucleótidos (A,U,G,C) se pueden formar 64 tripletes distintos, pero sólo hay 20 aminoácidos: un mismo aminoácido puede codificarse por varios tripletes ⇒ código está degenerado. Hay codones especiales de «stop» TAA, TAG y TGA) y uno que determina el inicio de traducción (ATG). Ver Tabla de correspondencia. Pág. 105. Ver tabla formas de nombrar los aminoácidos. Pág. 105

SÍNTESIS DE PROTEÍNAS (ARNM Y ARNT)

La síntesis de proteínas a partir del ADN es un proceso complejo ⇒ grandeza de la naturaleza. Los ribosomas son los encargados de su síntesis pero el ADN es valioso y se protege en el núcleo. El ADN se va a copiar «a modo de fotocopia» a una molécula de ARN (ácido ribonucleico), que lleva 4 bases A,U (uracilo),G,C. Transcripción: Concepto: síntesis de ARNm a partir de una cadena de ADN que sirve como molde. Pasos:

• Se abre el ADN • Se sitúan los nucleótidos complementarios enfrente de la cadena molde. • Se obtiene una cadena de ARN con una secuencia de bases complementaria a la del ADN

El ARN sale al citoplasma donde los ribosomas van a leer los tripletes e ir uniendo los correspondientes aminoácidos. Traducción: Construcción de una secuencia de aminoácidos (polipéptido) con la información proporcionada por la molécula de ARN. Intervienen: Ribosomas, ARNr y ARNt que transportan los aminoácidos hasta su lugar de unión a la cadena. Los ARNt llevan un anticodón para evitar errores.

Cuando se termina la unión se separa la cadena de aminoácidos (proteína) que a veces tiene que sufrir un proceso de maduración postraducional.

MUTACIONES Y POLIMORFISMOS Mutación: cambio en la secuencia de nucleótidos del ADN. Cualquier cambio puede generar problemas graves para el organismo pueden ser: Perjudiciales, Neutras, Beneficiosas. Mutaciones patogénicas: producen cambios importantes en proteínas y pueden causar enfermedades. Tipos: deleciones (pérdida de un segmento cromosómico) o inserciones. Para que una mutación sea heredable tiene que producirse en las células sexuales: óvulos o espermatozoides. Polimorfismos: mutación en zona del ADN que no codifica ningún gen o en un gen pero con pocos cambios en la proteína. Todos tenemos polimorfismos, los heredamos y pasamos a hijos ⇒ medicina forense, en pruebas policiales o pruebas de paternidad para identificar a los individuos. Huella genética. Humanos: compartimos 99,7% de información genética, y el resto 0,3% son polimorfismos y variantes que nos diferencian a unos de otros.

MUTACIONES Y EVOLUCIÓN Evolución puede deberse a varias causas una de ellas mutaciones. Pero no es la única fuente de variabilidad. Pueden proporcionar una ventaja adaptativa y entonces fijarse por selección natural. Ej: mutación pez + resistente a cambios de temperatura en el agua.

DERIVA GENÉTICA Y EFECTO FUNDADOR

Alelos: formas alternativas de un gen que ocupan el mismo lugar en uno o ambos cromosomas homólogos. Los alelos nuevos aparecen con las mutaciones, la posibilidad de que la mutación sobreviva y se herede depende del azar y de la selección natural. Si la población es pequeña la frecuencia alélica funciona por azar: deriva genética se aplica al establecimiento de genes mutados y a la formación de pequeñas subpoblaciones aisladas. Efecto fundador: se produce cuando el fundador de una pequeña población lleva un alelo raro. Ej. Afrikáners o bóeres (Holandeses) que se trasladaron a África del sur. Se establecieron y aumentó su población rápidamente, uno de estos colonizadores era portador del gen de la Porfiria variegata enfermedad autosómica dominante de aparición tardía. Hoy los Afrikáners son la población con mayor incidencia de esta enfermedad en el mundo. (Ver libro pág. 108) Ej. Amish: consanguíneos, polidactilia, fibrosis quística. (Ver libro pág. 108)

FLUJO GÉNICO EN EL HOMBRE

Es la difusión de genes a través de la barrera racial. En poblaciones grandes. Cambios graduales. Los genes de las poblaciones migrantes con sus frecuencias génicas características se fusionan gradualmente en el fondo génico de la población hacia la que han migrado.

Por tanto: la deriva génica es fruto del azar y el flujo génico es fruto de la migración de la población.