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TEMA 3: GENÉTICA
1 Genes y cromosomas
1.1 GENES
La genética es el estudio de la variación y la herencia. La unidad básica de la herencia es el
gen. Un gen es un factor hereditario que controla una característica específica. Un núcleo de
una célula típica animal o vegetal contiene cientos de genes. El número total de genes en los
humanos no ha sido conocido aún, pero probablemente es entre 30.000 y 40.000. Todos los
genes de un organismo son conocidos colectivamente como genoma. Un genoma es toda la
información genética de un organismo.
1.2 CROMOSOMAS
Los genes están hechos de ADN. Ellos son parte de las inmensas moléculas de ADN llamadas
cromosomas. En los eucariontes, las proteínas siempre están asociadas con el ADN de los
cromosomas. Un cromosoma típico animal o vegetal contiene cerca de 1.000 genes, los cuales
están ordenados en una secuencia lineal. En cualquier tipo particular de cromosoma los genes
se encuentran ordenados en la misma secuencia. La posición de un gen en un cromosoma es
llamada locus.
1.3 ALELOS
Aunque un tipo específico de cromosoma siempre tiene los mismos genes en la misma
secuencia, los genes pueden variar. Se puede encontrar diferentes formas de genes. Estos son
llamados alelos de un gen. Un alelo es la forma de un gen, diferenciándose de otros alelos al
menos en unas pocas bases y ocupando el mismo locus como los otros alelos de ese gen.
1.4 REPLICACIÓN DE CROMOSOMAS
Si un núcleo se va a dividir mediante mitosis o meiosis, se replica todo el ADN en el núcleo.
Cuando la mitosis o la meiosis comienzan, cada cromosoma es visible como una estructura
doble (Fig. 1). Las dos partes son llamadas cromátidas y están conectadas mediante un
centrómero. Algunos tipos de cromosomas tienen un centrómero en el centro y otros tienen un
centrómero más cerca a un extremo.
1.5 HAPLOIDE Y DIPLOIDE
En la mayoría de las células el núcleo contiene dos cromosomas de cada tipo (Fig. 2). La célula
por lo tanto tiene dos juegos completos de cromosomas. Esto es llamado diploide . Algunas
células sólo contienen un cromosoma de cada tipo y por ende tienen un solo juego. Esto es
llamado haploide .
En las células diploides cada par de cromosomas tiene los mismos genes, ordenados en la
misma secuencia. Sin embargo, ellos usualmente no tienen los mismos alelos de todos estos
genes. Ellos por lo tanto no son idénticos, pero si son homólogos. Los cromosomas homólogos
tienen los mismos genes, en la misma secuencia, pero no necesariamente los mismos alelos.
El número de cromosomas en una célula puede ser reducido desde diploide a haploide
mediante el proceso de meiosis. La meiosis está descrita como una división reductora. Los
organismos vivos que se reproducen sexualmente tienen la mitad de su número cromosómico
en alguna etapa del ciclo de vida, porque la fusión de los gametos durante la fecundación la
dobla.
BIOLOGÍA BI
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Fig. 1. Cromosomas visibles.
Fig. 2. Cariotipo de hembra humana.
Fig. 3. Cariotipo con Down.
1.6 CARIOTIPOS Y CARIOTIPEO
El número y apariencia de los cromosomas en un organismo es llamado cariotipo. Los
organismos vivos que son miembros de la misma especie, usualmente tienen el mismo
cariotipo. El cariotipo de una hembra humana se muestra más arriba. Una pequeña proporción
de humanos tiene un cariotipo diferente. Un procedimiento llamado cariotipo es usado para
probar esto. Una ejemplo es la prueba en bebes antes de su nacimiento (fetos), para averiguar
si tienen el síndrome de Down.
?Se remueve una muestra del fluido amniótico desde la madre. Contiene células desde el feto.
?Las células son incubadas con químicos que simulan dividirlas por mitosis.
?Otro químico usado detiene la mitosis en la metafase. Los cromosomas son en su mayoría
visibles fácilmente en la metafase.
?Se usa un fluido para reventar a las células y liberar a los cromosomas.
?Las células reventadas se examinan usando un microscopio y se tom a una fotografía de los
cromosomas de una célula.
?Los cromosomas en la fotografía son extraídos y ordenados en pares. Esto es llamado
cariotipo.
En la Fig. 3 se muestras los cromosomas de un niño con síndrome de Down. Hay un
cromosoma extra en el par 21. Hay tres presentes en vez de los dos usuales.
2 Meiosis
2.1 LOS MOVIMIENTOS CROMOSÓMICOS EN LA MEIOSIS Y LA VARIACIÓN GENÉTICA
Durante la primera división de la meiosis un cromosoma de cada par se mueve a un polo y el
otro cromosoma al otro polo de la célula. La posición de cada par de cromosomas en el núcleo
es al azar cuando los microtúbulos se adhieren a ellos. Esto se llama orientación aleatoria.
Los microtúbulos desde cada polo se adhieren a cualquier cromosoma del par más cercano.
Debido a la orientación aleatoria, cada polo podría recibir a un cromosoma de cada par. Hay
dos posibilidades iguales. Todas las células tienen al menos dos pares de cromosomas. El
segundo par también está orientado al azar, dando dos posibilidades y por lo tanto cada polo en
total podría recibir cuatro (2 x 2) posibles combinaciones para dos cromosomas (Fig. 4).
Con tres pares de cromosomas hay ocho combinaciones posibles (2 x 2 x 2). Si el número de
pares de cromosomas es n, el número de combinaciones posibles de cromos omas que se
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puede formar debido a la orientación aleatoria durante la meiosis es 2n. En los humanos por
ejemplo, donde n es 23, hay más de 8 millones de posibles combinaciones. Cada una de éstas
es genéticamente diferente, de modo que los movimientos de los cromosomas en la meiosis
generan una gran variedad genética.
Fig. 4. Posibles combinaciones para dos cromosomas.
2.2 ETAPAS DE LA MEIOSIS
Se aparean los
cromosomas. Los
cromosomas en
cada par son
homólogos.
Los
microtúbulos
del huso
crecen desde
los polos
hacia el
ecuador como
en la mitosis.
La célula se ha
dividido para
formar dos
células
haploides.
Estas
inmediatamente
se dividen de
nuevo – la
meiosis
involucra dos
divisiones.
La membrana
nuclear
desaparecerá
pronto.
Los
microtúbulos
del huso,
desde
los
polos, se
adhieren a
los diferentes
cromosomas
de cada par;
asegurando
que cada uno
sea empujado
hacia un polo.
Crecen nuevos
microtúbulos del
huso desde los
polos hacia el
ecuador.
Los pares de
cromosomas se
alinean en el
ecuador.
Cada
cromosoma
formado aún por
dos cromátidas.
Los
cromosomas
homólogos son
empujados
hacia polos
opuestos. Esto
divide el
número
cromosómico.
La membrana celular
alrededor del ecuador
pronto será empujada
hacia el interior para
dividir la célula.
Cada núcleo ahora
tiene la mitad de
cromosomas que los
del núcleo de una
célula madre.
La membrana
celular
nuevamente es
empujada hacia
dentro para dividir
a la célula.
Ambas células se han
dividido nuevamente
para formar células
haploides.
2.3 LA NO DISYUNCIÓN Y EL SÍNDROME DE DOWN
Algunas veces los cromosomas que deberían separarse y moverse a los polos opuestos
durante la meiosis, no lo hacen; y por el contrario, se mueven al mismo polo. Esto puede
suceder en la primera (izquierda) o la segunda división meiótica (derecha) (Fig. 5).
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Fig. 5. La no-disyunción en la primera (izquierda) o la segunda división meiótica (derecha).
La no separación de cromosomas es llamada no-disyunción. El resultado es que los gametos
son producidos con demasiados o muy pocos cromosomas.
Los gametos con muy pocos cromosomas usualmente mueren rápido. Los gametos con
muchos cromosomas algunas veces sobreviven. Cuando ellos son fecundados, se produce un
cigoto con tres cromosomas de un tipo en vez de dos. Esto es llamado trisomía. El síndrome
de Down usualmente es causado por la trisomía del cromosoma 21. Esto puede deberse a la
no-disyunción durante la formación del semen u óvulo. La probabilidad del síndrome de Down
aumenta con la edad de los padres.
3 La Ley de Segregación de Mendel
3.1 LOS CRUCES DE MONOHÍBRIDOS DE MENDEL
Gregor Mendel in vestigó la herencia mediante plantas de arvejas que tenían características
diferentes. Por ejemplo, él cruzó una variedad de semillas lisas con una de semillas rugosas. El
encontró que toda la descendencia (llamada la generación F1) tenía la misma característica que
las progenitoras. Él permitió que la generación F1 se autofertilizara. Cada planta produjo
descendencia fertilizando sus gametos femeninos con sus propios gametos masculinos. La
descendencia (llamada generación F 2) contenía ambos tipos progenitores originales. La
característica que desapareció en la generación F1 reapareció en un cuarto de la generación F2.
Desde los resultados de los cruces de monohíbridos, Mendel descubrió la Ley de Segregación.
La Fig. 6 muestra un ejemplo de los cruces de monohíbridos de Mendel.
3.2 DEFINICIONES O TÉRMINOS USADOS POR GENETISTAS
Hay dos pares de términos que son usados a menudo por los genetistas:
Homocigoto: Tiene dos alelos idénticos de un gen. Todos los gametos de un homocigoto
tienen el mismo alelo.
Heterocigoto: Tiene dos alelos diferentes de un gen. Una mitad de los gametos de un
heterocigoto tiene uno de los alelos, y la otra mitad, el otro alelo.
Alelo dominante : Es un alelo que tiene el mismo efecto en el fenotipo de un individuo
heterocigoto (donde es combinado con un alelo recesivo) que en un individuo homocigoto
(donde hay dos copias del alelo dominante).
Alelo recesivo: Es un alelo que solamente tiene un efecto en el fenotipo de individuos
homocigotos (donde hay dos copias del alelo recesivo). En individuos herterocigotos el alelo
recesivo está oculto por el alelo dominante.
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3.3 CRUCE MOMOHÍBRIDO ENTRE SEMILLAS DE ARVEJA LISAS Y RUGOSAS
Fig. 6. Ejemplo de cruce de monohíbridos de Mendel.
P = generación
parental.
Genotipo =
los alelos
poseídos por
un organismo.
Fenotipo =
las características
de un organismo.
F1 =
La primera
generación
filial. La
descendencia de la
generación P.
P genotipo
ss
SS
fenotipo
semilla lisa
semilla rugosa
gametos
Los gametos son producidos por
meiosis, por tanto son haploides
y sólo tienen una copia de cada
gen.
Genotipo F1
fenotipo
Las plantas F1
son heterocigotas,
pero todas tienen
semillas lisas
debido a que S es
el alelo dominante
y s es el alelo
recesivo.
La grilla muestra lo
denominado
cuadrado de
Punnett. Es usado
para mostrar todas
las posibles
resultantes
de un cruzamiento.
En este caso
los gametos
masculinos y los
femeninos pueden
ser “S” o “s”, dando
cuatro posibles
genotipos F2.
BIOLOGÍA BI
La forma de la semilla es
determinada por un solo gen.
Un alelo de este gen (S) da
semillas lisas y el otro (s) da
semillas rugosas. Las plantas de
arvejas son diploides, por tanto
ellas tienen dos copias de cada
gen. Ambas variedades
parentales son homocigotas.
semilla lisa
gametos
genotipo F2
y fenotipos
Cuando las plantas híbridas F1
producen gametos, los dos alelos
se separan. Esto es llamado
segregación. La Ley de
Segregación de Mendel establece
que dos alelos de cada gen se
separan en gametos diferentes,
cuando el individuo produce
gametos . La segregación ocurre
durante la meiosis. Los dos alelos
de un gen son ubicados en
cromosomas homólogos que
desplazan hacia polos opuestos,
causando la segregación (Fig. 7).
Fig. 7. Segregación.
Hay una proporción 3:1 de semillas F2 lisas y rugosas. Los
cruzamientos entre los individuos heterocigotos dan una
proporción de 3:1 si uno de los alelos es dominante y el
otro es recesivo.
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4 Herencia de Grupos Sanguíneos
Los principios de la herencia descubiertos por Mendel en plantas de arveja también operan en
otras plantas y animales. Hay, sin embargo, algunas diferencias y dos de estas son
demostradas mediante la herencia de los grupos sanguíneos ABO en los humanos.
4.1 CRUZAMIENTO INVOLUCRANDO ALELOS CODOMINATES
Fenotipo P
Grupo A
Grupo B
X
A A
B B
genotipo
I I
I I
gametos
I
A
I
IA es el alelo del grupo
sanguíneo A y IB es el alelo
para el grupo sanguíneo B.
Ningún alelo es recesivo, tal
como lo muestran sus
superíndices.
B
Si IA y IB se presentan juntos,
ambos afectan al fenotipo
debido a son codominantes.
Los alelos codominates son
pares de alelos que afectan al
fenotipo cuando se presentan
juntos en el heterocigoto.
A B
Genotipo F1
I I
fenotipo
Grupo AB
4.2 CRUZAMIENTO INVOLUCRANDO ALELOS CODOMINATES
Fenotipo P
genotipo
Grupo A
Grupo B
A
I i
B
I i
IA
El gen que controla los grupos
sanguíneos ABO tiene un tercer alelo: i .
Si hay más de dos alelos de un gen,
ellos son llamados alelos múltiples.
IB
A B
I I
Gametos
(en círculo)
En el cuadrado
de Punnett se
muestran los
genotipos y
fenotipos F1
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Grupo AB
i
i
I i
B
IA i
Grupo B
Grupo A
i es recesivo para IA y IB , de
modo que IA i da sangre grupo A
y IB i da sangre grupo O.
ii
Grupo O
Los individuos que son homocigotos
para i están en el grupo sanguíneo O.
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4.3 DEDUCCIÓN DE GENOTIPOS A PARTIR DE GENEALOGÍAS
Una genealogía muestra a los miembros de una familia y cómo se relacionan unos con otros.
Los machos se muestran como cuadrados y las hembras como círculos. Si se conocen los
fenotipos de los miembros de la familia, se pueden deducir los genotipos . La figura es una
genealogía que muestra el grupo sanguíneo de cada individuo. Se pueden deducir todos los
genotipos. También es posible deducir la probabilidad del primer niño de los padres en la
tercera generación, siendo grupo sanguíneo A, B, AB y O.
A
B
O
A
B
A
A
AB
AB
O
A
B
A
A
5 Los Genes y el Género
5.1 LOS CROMOSOMAS DEL SEXO Y EL GÉNERO
? Dos cromosomas determinan el género de un niño (si es macho o hembra). Estos son
llamados los cromosomas sexuales.
? El cromosoma X es relativamente grande y lleva muchos genes.
? El cromosoma Y es mucho más pequeño y lleva solo unos pocos genes.
? Si dos cromosomas X se presentan en un embrión humano y no hay cromosomas Y, se
desarrolla una niña.
? Si se presentan un cromosoma X y un cromosoma Y, el embrión humano se desarrolla en un
niño.
? Cuando las mujeres se reproducen, pasan un cromosom a X en el huevo.
? Cuando los hombres se reproducen, pasan un cromosoma X y uno Y en el semen, de modo
que el género de un niño depende de si el semen que fecunda al óvulo está llevando un
cromosoma X o un cromosoma Y (Fig. 8).
5.2 HERENCIA LIGAD A AL SEXO
Si un gen es llevado por el cromosoma X, el patrón de herencia es diferente para machos y
hembras. Hay herencia ligada al sexo. El gen ligado al sexo es la asociación de una
característica con género, debido a que el gen que controla la característica está ubicado en un
cromosoma sexual. Los genes ligados al sexo están casi siempre ubicados en el cromosoma X.
Las hembras tienen dos cromosomas X y además tienen dos copias de genes ligados al sexo.
Los machos sólo tienen un cromosoma X y además sólo tienen una copia de genes ligados al
sexo. En los humanos, la hemofilia (Fig. 9) y el daltonismo son ejemplos de características de
genes ligados al sexo.
BIOLOGÍA BI
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Fig. 8. Herencia del género en los humanos.
Hembra
Macho
Fig. 9. Ejemplo de un cruzamiento involucrando genes ligados al sexo.
La madre es heterocigoto, pero
no es una hemofílica debido a
que H es dominante y h es
recesivo. Ella es un portador
del alelo de la hemofilia.
El diagrama más abajo cómo dos padres
quienes no tienen hemofilia, podrían tener
un hijo hemofílico.
XH Xh
XH Y
KEY
XH El cromosoma X porta el
alelo de una coagulación
sanguínea normal.
Xh El cromosoma X porta el
alelo de la hemofilia.
Un portador tiene un alelo
recesivo de un gen, pero no
afecta al fenotipo debido a que
el alelo dominante también está
presente.
Xh
XH
XH
H
Y
El cromosoma Y no porta al
alelo del gen.
H
X
X
H
H
X X
h
normal
X
Ninguno de la descendencia
de la hembra es hemofílico,
debido a que todos ellos
heredaron el cromosoma X
del padre que porta el alelo
para una coagulación
sanguínea normal (H), pero
hay un 50% de probabilidad
que una hija sea portadora.
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H
Y
h
H
X X
X Y
portador
normal
h
X Y
hemofílico
Hay un 50% de probabilidad de
un hijo hemofílico como la mitad
de los huevos producidos por la
madre portadora de Xh.
La probabilidad de una hija
hemofílica es 0%, por lo tanto la
probabilidad de la descendencia
de hemofílicos es 25%.
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6 Análisis de la Descendencia
6.1 EL USO DE LAS GENEALOGÍAS
Los gráficos de descendencia pueden ser usados para estudiar la herencia de una
característica:
?Si es causada por un alelo dominante o recesivo
?Si es o no ligada al sexo
Las figuras más abajo son gráficos de descendencia que muestran un patrón diferente de
herencia. Se puede deducir el patrón más probable de herencia en cada caso. Los cuadrados
representan a los machos y los círculos a las hembras. Los símbolos negros representan a los
individuos afectados por la condición y los símbolos blancos representan a los individuos sin
afección. En la base del gráfico los símbolos grises representan los individuos que son
parcialmente afectados. La probabilidad de los fenotipos diferentes en la descendencia de
alguna de las parejas en las descendencias (marcada con un asterisco*) también puede ser
determinada.
DISTROFIA MUSCULAR
ALBINISMO
BIOLOGÍA BI
ENFERMEDAD DE HUNTINGTON
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TEMA 3: GENÉTICA
6.2 LA ELECCIÓN DE SÍMBOLOS PARA LOS ALELOS
Estas reglas usualmente son como sigue:
Alelos dominantes y recesivos de un gen
Se escoge una letra del alfabeto. El alelo dominante es representado por la letra mayúscula y el
alelo recesivo por la minúscula (e.g. A y a).
Alelos codominantes
Se escoge una letra del alfabeto. Esta letra y una letra en subíndice representan a cada alelo
(e.g. CW y CR ).
Alelos dominantes y recesivos ligados al sexo
La letra X es usada para simbolizar al cromosoma X. Cada alelo se muestra en subíndice (e.g.
XH y Xh).
DEFICIENCIA DE FOSFATO GLUCOSA DESHIDROGENASA
7 El Rastreo Genético
El rastreo genético es la prueba en un individuo para determinar la presencia o ausencia de un
gen. Los productores vegetales y animales pueden probar la presencia de un alelo recesivo
usando la prueba de cruzamiento. El rastreo genético para los humanos involucra más técnicas
analíticas modernas, pero es más bien un procedimiento controvertido.
7.1 CRUZAMIENTOS DE PRUEBA
No siempre es posible descubrir si un individuo tiene o no un gen buscando en su fenotipo. Si
un alelo de un gen es dominante y el otro es recesivo, un individuo con dos copias del alelo
dominante tiene el mismo fenotipo que un individuo con un alelo dominante y uno recesivo.
Estos dos genotipos pueden ser identificados realizando la prueba de cruzamiento. Por lo tanto,
en esta prueba de cruzamiento, un individuo que debería ser heterocigoto se cruza con un
individuo homocigoto recesivo.
7.2 UN EJEMPLO DE UNA PRUEBA DE CRUZAMIENTO
Un ganadero no está seguro si su toro es un Hereford pura sangre o un híbrido Hereford x
Aberdeen Angus. El ganado Hereford tiene una cabeza blanca causada por un alelo dominante
(H). El ganado Aberdeen Angus tiene cabeza negra causada por un alelo recesivo del mismo
gen (h). El ganadero cruza su toro con 100 vacas Aberdeen Angus. La figura (a la izquierda)
muestra los resultados si el toro es Hereford pura sangre y la figura (a la derecha) muestra los
resultados si el toro es un híbrido Hereford x Aberdeen Angus.
BIOLOGÍA BI
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TEMA 3: GENÉTICA
Toro de cabeza blanca
WW
Vacas de cabeza negra
ww
W
w
Toro de cabeza blanca
Ww
W
Ww
Toda la descendencia
tiene cabezas blancas
Vacas de cabeza negra
ww
w
w
Ww
ww
1:1 proporción de cabezas
blancas y negras
7.3 EL RASTREO GENÉTIC O EN LOS HUMANOS
La pregunta de si las técnicas de rastreo genético deberían ser usadas en las poblaciones
humanas ha sido ampliamente discutida. Hay ventajas potenciales, pero también posibles
desventajas. Algunas de éstas se muestran en la siguiente tabla.
Ventajas de la proyección genética
Desventajas de la proyección genética
Nacen pocos niños con enfermedades genéticas
La frecuencia del aborto puede aumentar
Los hombres o mujeres que sean portadores
de un alelo que causa una enfermedad
genética podrían impedir tener niños con la
enfermedad mediante la elección de un padre
que ha sido proyectado y encontrado no ser un
portador del mismo alelo.
Si la enfermedad genética es diagnosticada en
un niño antes de su nacimiento, los padres
pueden decidir abortarlo. Hay gente que
considera que esto es antiético.
Se puede reducir la frecuencia de los alelos que
causan enfermedades genéticas
Efectos sicológicos nocivos
Las parejas que saben que son portadores de
un alelo recesivo que causa una enfermedad
genética, podría usar fertilización in vitro (FIV)
para producir embriones y tener embriones
proyectados para el alelo. Entonces, el embrión
que no porta el alelo podría ser seleccionado
para la implantación.
Las enfermedades genéticas pueden
encontradas y tratadas más eficientemente
ser
Si algunas enfermedades genéticas son
diagnosticadas cuando un niño es muy joven,
se pueden dar tratamientos que prevengan
algunos o todos los síntomas de la
enfermedad. La fenilcetonuria es un ejemplo.
BIOLOGÍA BI
Si una persona descubre mediante la
proyección genética que tiene una enfermedad
genética o que desarrollará una enfermedad
cuando sea más viejo, este conocimiento puede
causarle depresión.
Creación de una infraclase genética
Si se sabe que cierta gente porta una
enfermedad genética, podría ser rechazada en
trabajos, seguro de vida y seguro de salud y
tener menos posibilidad de encontrar pareja.
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TEMA 3: GENÉTICA
8 Enfermedad Genética y Terapia Génica
8.1 MUTACIÓN Y ENFERMEDAD GENÉTICA
Los genes son casi siempre traspasados de padres a hijos sin ser cambiados. Ocasionalmente
los genes cambian y esto es llamado mutación genética.
La mutación genética es un cambio en la secuencia de bases de un gen. El cambio posible más
pequeño es cuando una base en un gen es reemplazada por otra base. Este tipo de mutación
genética es llamada substitución de base. Aunque sólo se cambia una base, las
consecuencias pueden ser muy significativas. Muchas mutaciones genéticas causan una
enfermedad genética. Más de 4.000 enfermedades genéticas han sido descubiertas. Un
ejemplo es la anemia de células falciformes.
8.2 TERAPIA GÉNICA
La terapia génica es el tratamiento de una enfermedad genética mediante la alteración del
genotipo. Puede ser posible en el futuro eliminar una enfermedad genética mediante el cambio
de una secuencia de bases del alelo que causa la enfermedad. Una técnica más fácil, si el alelo
que causa la enfermedad es recesivo, es insertar el alelo dominante para que prevenga la
enfermedad al interior de las células afectadas. Esto podría ocurrir en varias etapas en el ciclo
de vida humano: en el semen, óvulos , embriones tempranos o células somáticas. Las mejores
células somáticas son las células troncales. Las células troncales pueden dividirse una y otra
vez para reemplazar a las células somáticas que se han perdido.
Terapia génica para el DISC
El rastreo génico antes del nacimiento
muestra que Andrew tiene DISC
Se obtiene el alelo que codifica
el ADA. Este gen es insertado
en un retrovirus.
La sangre removida desde la placenta y
el cordón umbilical de Andrew
inmediatamente después del nacimiento
contiene células madre. Éstas son
extraídas desde la sangre
Los retrovirus son mezclados con
células madres. Ellas los
introducen e insertan el gen en los
cromosomas de las células madre.
Las células madre contienen el gen trabajador ADA que son
inyectadas en el sistema sanguíneo de Andrew vía venosa.
Los mayores esfuerzos a la
terapia génica no han sido
exitosos. Hay algún éxito en
el tratamiento de pacientes
con
deficiencia
inmune
severa combinada (DISC)
causada por la carencia de
una enzima llamada ADA. Si
la enzima no está presente,
los linfocitos sanos no
pueden ser producidos por la
médula ósea y el sistema
inmunológico
no
puede
luchar
contra
las
enfermedades. El que causa
la DISC es un alelo recesivo
de un gen en el cromosoma
20. La mayoría de la gente
tiene un alelo diferente de
este gen y puede usarlo para
hacer ADA. Un caso famoso
de terapia génica involucró a
un bebé llamado Andrew.
Por cuatro años las células T (glóbulos blancos), producidos por
las células madre, hace enzimas ADA, usando el gen ADA.
Después de cuatro años más tratamiento fue necesario.
BIOLOGÍA BI
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TEMA 3: GENÉTICA
Anemia falciforme – Las consecuencias de una mutación por substitución de base
Hb es un gen que codifica a un
polipéptido de 146
aminoácidos que forman parte
de la hemoglobina
Parte de
HbA
Substitución
de base
Desde A a T
en el triplete
que codifica
al sexto
aminoácido.
La mutación
cambia a Hb A
en un nuevo
alelo, Hb S
Parte
de HbS
Transcripción
Transcripción
Un codón en
el ARNm es
diferente y
además se
altera un
aminoácido
en el
polipéptido
El alelo HB S que causa la
anemia falciforme ha llegado a
ser común en algunas partes
del mundo afectadas por
malaria. En estas regiones lo
que causa la resistencia a la
malaria es una ventaja.
BIOLOGÍA BI
Traducción
Traducción
Efecto sobre el fenotipo
Efecto sobre el fenotipo
En algunas
condiciones los
glóbulos rojos
contienen la
hemoglobina
alterada que los
desforma
Los glóbulos rojos
normales que
transportan oxígeno
eficientemente, pero
que son afectadas
por la malaria
Las células
falciformes pueden
transportar oxígeno
en forma menos
eficiente, pero dan
resistencia a la
malaria
13
TEMA 3: GENÉTICA
9 Modificación Genética
9.1 LA MODIFICACIÓN GENÉTICA Y SUS USOS
El código genético es universal, de tal modo que los genes pueden ser transferidos desde un
organismo a otro, sólo si ellos son miembros de especies diferentes. Un gen codifica al mismo
polipéptido si es en una célula humana, una bacteria o cualquier otra célula. Los organismos a
los cuales se les han transferidos genes son llamados organismos genéticamente
modificados (OGM) u organismos transgénicos. El proceso de transferencia de genes es
llamado modificación genética. Un ejemplo es el transmisor de un gen desde el ganado a las
gallinas para hacer crecer una hormona. Otro ejemplo es el transmisor del gen para hacer
insulina humana a bacteria (ver Figura).
Técnicas usadas para transferir genes en una bacteria
Los plásmidos son pequeños
anillos de ADN que se
encuentran en las bacterias.
El ARNm que codifica la
insulina es extraído
desde las células del
páncreas humano para
hacer insulina.
Las copias de ADN del
ARNm son hechas
usando la enzima
transcriptasa.
Las terminaciones
pegadas son hechas
agregando nucleótidos
extra G a las
terminaciones
del gen.
Se mezclan el gen de la
insulina y el plásmido. Ellos se
unen mediante el par de bases
complementarias (C-G), entre
las terminaciones pegajosas.
Los plásmidos
se rompen
usando la
restricción
enzimática.
Insulina humana
La bacteria E. coli
comienza a hacer insulina
humana., la cual es
extraída, purificada y
usada para la diabetes.
La restricción
enzimática corta el
ADN en secuencia
de bases
específicas
Se crean terminaciones
agregando nucleótidos
C extras a las
terminaciones del
plásmido cortado.
El ADN ligasa
cierra los
espacios en el
ADN haciendo
enlaces azúcarfosfato.
La E. coli genéticamente
modificada es cultivada
en un fermentador.
Los plásmidos
recombinates se
mezclan con las
células. Las
células huésped
las absorben.
Se escoge una célula
huésped apropiada
para recibir al gen, en
este caso una hebra
de la bacteria E. coli.
El plásmido con
el gen de insulina
humana inserto
es llamado
plásmido
recombinante.
9.2 BENEFICIOS Y RIESGOS DE LA MODIFICACIÓN GENÉTICA
La producción de insulina humana usando bacterias tiene enormes beneficios y sin efectos
nocivos evidentes. Hay otros ejemplos de modificación genética que son más controvertidos.
Las cosechas de maíz son a menudo seriamente dañados por los insectos perforadores de
trigo. Un gen de una bacteria (Bacillus thuringiensis ) ha sido transferido al maíz. El gen codifica
a una proteína bacteriana llamada toxina Bt que mata a los perforadores de trigo que se
alimentan del maíz.
BIOLOGÍA BI
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TEMA 3: GENÉTICA
Beneficios potenciales del maíz Bt
Posibles efectos nocivos del maíz Bt
Menor daño de pestes y además grandes
campos de cosechas para ayudar a reducir los
alimentos escasos.
Los humanos o animales de granja que comen
el maíz genéticamente modificado puede ser
dañado por el ADN bacteriano, o por la toxina
Bt.
Menos tierra necesaria para la producción de
cosechas, de modo que algunos podrían llegar a
ser áreas para la conservación de vida silvestre.
Podrían morir los insectos que no constituyen
peste. El polen del maíz que contiene la toxina
es inflado en las plantas silvestres que crecen
cerca del maíz. Los insectos que se alimentas
de las plantas silvestres, incluyendo a las orugas
de las mariposas Monarca, también son
afectados a pesar que ellos no se alimenten del
maíz.
Menor uso de aerosoles insecticidas, que son
caros y pueden dañar a los granjeros y a la vida
silvestre.
Las poblaciones de plantas silvestres pueden
cambiar. Las polinización cruzada propagará al
gen Bt en algunas plantas silvestres, pero no en
otras. Las plantas después producirían la toxina
Bt y tendrían una ventaja sobre otras plantas
silvestres en la lucha por sobrevivir.
10 Clonación
10.1 LA MODIFICACIÓN GENÉTICA Y SUS USOS
La clonación es la producción de copias idénticas de genes, células u organismos. Los
productos de la clonación son llamados clones. Un clon es un grupo de organismos
genéticamente idénticos o un grupo de células genéticamente idénticas derivadas de un solo
progenitor. La clonación es muy útil si un organismo tiene una combinación deseable de
características, y más organismos con las mismas características son queridos. La mayoría de
las plantas pueden ser clonadas fácilmente desde pedazos de raíz, tallo u hoja. Los animales
no pueden ser clonados en la misma forma desde partes de sus cuerpos. Si embriones
animales en una etapa temprana son divididos en varias partes, cada parte puede desarrollarse
en un animal a parte. (Esto ocurre naturalmente cuando se forman gemelos idénticos). Sin
embargo, es difícil predecir qué embrión se desarrollará en animales con características
deseables y debería además ser clonado. La primera clonación exitosa de un adulto con
características conocidas produjo a la oveja Dolly (ver más abajo).
10.2 EL PROYECTO GENOMA HUMANO
Se ha estimado que el proyecto genoma humano consiste entre 30.000 y 40.000. El Proyecto
Genoma Humano ayuda a encontrar la ubicación de todos estos genes en los cromosomas
humanos y en la secuencia de base de todo el ADN que los forma. El proyecto es una
corporación internacional, con laboratorios en muchos países involucrados.
La secuencia del genoma humano completa se hará más fácil para estudiar cómo los genes
influyen en el desarrollo humano. Esto permitirá una identificación más fácil de las
enfermedades genéticas. Permitirá la producción de nuevas drogas basadas en secuencias de
genes de bases de ADN o en la estructura de proteínas codificadas mediante estos genes. Nos
dará nuevas visiones de los orígenes, evolución y migraciones de humanos.
BIOLOGÍA BI
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TEMA 3: GENÉTICA
Técnicas para la clonación usando células diferenciadas
Los óvulos sin núcleo
fueron fusionados con
las células donantes
Las células
usando un impulso
fusionadas se
eléctrico.
desarrollaron como
cigotos y llegaron a
ser embriones.
Las células de ubre fueron
tomadas desde una oveja donante.
Las células fueron cultivadas en un
medio de bajo nutriente para
hacerlas desconectarse de sus
genes y llegar a estar dormidos.
El núcleo fue
removido desde
cada óvulo
usando una
micropipeta.
Una oveja nació
exitosamente y fue
llamada Dolly. Dolly es
genéticamente idéntica
a la oveja de la cual se
usaron las células
de ubre.
Los óvulos sin fertilizar fueron
tomados desde otra oveja.
Los embriones fueron implantados en otra
oveja que llegó a ser la madre substituta.
10.3 LA CLONACIÓN EN HUMANOS
Los experimentos han mostrado que es posible clonar humanos, pero hay muchos asuntos
éticos y la clonación humana ha sido prohibida en muchos países.
Argumentos para la clonación en humanos
Argumentos contra la clonación en humanos
Sucede naturalmente cuando se forman
gemelos idénticos, de modo que no es un
fenómeno nuevo.
Grupos de gente genéticamente idénticos
pueden sufrir problemas fisiológicos de identidad
o individualidad.
La clonación de embriones pronosticaría más
fácil las enfermedades genéticas en embriones.
La clonación usando células diferenciadas a
menudo causaría sufrimiento debido a que
conlleva un alto riesgo de anormalidades fetales
y una alta taza de aborto.
Las parejas infértiles podrían tener más
oportunidad de tener éxito con FIV si sus
embriones fueran clonados.
El ADN tomado de las células diferenciadas ya
ha comenzado a envejecer y los humanos
clonados desde él, por lo tanto pueden
envejecer más rápido que lo usual.
BIOLOGÍA BI
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TEMA 3: GENÉTICA
11 EL Perfil del ADN
11.1 LA REACCIÓN EN CADENA DE LA PCR POLIMERASA
En la reacción en cadena de la polimerasa, el ADN es copiado una y otra vez para producir
nuevas copias de las moléculas originales. Millones de copias del ADN pueden ser producidas
en unas pocas horas. Esto es muy útil cuando pequeñísimas cantidades de ADN son
encontradas en una muestra y grandes cantidades son necesarias para análisis. El ADN desde
pequeñísimas muestras de semen, sangre u otro tejido o desde especimenes muertos pueden
ser amplificados usando PCR.
11.2 LA ELECTROFORESIS EN GEL
La electroforesis en gel es un método de separación de mezclas de proteínas, ADN u otras
moléculas que sean cargadas. La mezcla es ubicada sobre una delgada lámina de gel, la cual
actúa como un tamiz molecular. Un campo eléctrico es ampliado al gel mediante electrodos
pegados a ambos lados. Dependiendo de si las partículas son cargadas positivamente o
negativamente, ellos se mueven hacia uno de los electrodos o el otro. El tipo de movimiento
depende del tamaño o carga de las moléculas – las moléculas pequeñas y altamente cargadas
se mueven más rápido que las más grandes y menos cargadas.
11.3 EL PERFIL DE ADN
Los humanos y otros organismos tienen secuencias cortas de bases que son repetidas muchas
veces, llamado ADN satelital. Este ADN satelital varía ampliamente entre individuos diferentes
en el número de repeticiones. Si es copiado usando PCR y luego se corta en pequeños
fragmentos usando enzimas de restricción, las longitudes de los fragmentos verían
enormemente entre individuos. La electroforesis gel puede ser usada para separar las piezas
fragmentadas de ADN de acuerdo a su carga y tamaño. Es muy improbable que el patrón de
bandas sobre el gel, sea el mismo para dos individuos cualquiera. Esta técnica, llamado perfil
de ADN o impresión digital de ADN tiene muchas aplicaciones. Estas incluyen investigaciones
criminales, indagación de la variación en poblaciones y rastreo de individuos en poblaciones
tales como migración de ballenas. Las figuras más abajo muestran dos ejemplos del perfil de
ADN.
BIOLOGÍA BI
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TEMA 3: GENÉTICA
Probando si las muestras de ADN
muestran diferencias usando perfil
de ADN
Más arriba se muestran los resultados del
perfil de ADN de la oveja Dolly.
U = las células de ubre desde la oveja
donante.
C = células en el cultivo derivado desde la
células de ubre.
D = células sanguíneas de la oveja Dolly.
1 – 12 = resultados de otras 12 ovejas en
comparación.
Los resultados confirman que Dolly es un
clone de las células de ubre donantes.
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Probando PORCENTAJE
perfil de ADN
usando
Los perfiles de ADN de una familia de
dunnocks
(Prunella modularis )
se
muestran más arriba. Las dunnocks son
pequeñas aves que se encuentran en
Europa, norte de África y Asia. Las
marcas desde izquierda a derecha son: la
hembra, dos machos residentes que
pueden haber sido el padre de la
descendencia y cuatro descendientes.
Los resultados muestran que el macho ?
engendró a tres de los cuatro
descendientes (D, E y F), a pesar de ser
menos dominante que el macho ? .
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