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I.E.S. VALLE DEL ANDARAX (Canjáyar)
Departamento de Ciencias de la Naturaleza
LA BASE MOLECULAR DE LA HERENCIA.
LA GENÉTICA.
GENÉTICA.
1. Introducción.
2. GENÉTICA MOLECULAR:
2.1. El ADN como portador de la información genética.
2.2. Replicación o Autoduplicación:
-
Experimento de Meselson y Stahl.
Mecanismo de replicación: Etapas.
Replicación en eucariotas.
Corrección de errores.
2.3. Expresión del mensaje genético:
A) Transcripción.
-
B)
El proceso de transcripción:
• En Procariotas.
• En Eucariotas.
El código genético.
Traducción (=Síntesis de proteínas).
Etapas: Iniciación-Elongación-Finalización.
Regulación de la expresión génica.
2.4. Alteraciones del material genético: Las Mutaciones.
-
Tipos.
Agentes mutagénicos.
Consecuencias.
3. GENÉTICA MENDELIANA.
3.1. Conceptos básicos de genética.
3.2. Los experimentos de Gregor Mendel.
3.3. Las leyes de Mendel: formulación actual.
3.3.1. Ejemplos.
3.4. La Teoría Cromosómica de la Herencia:
3.4.1. Ligamiento y Recombinación.
3.5. La determinación del sexo.
3.6. Genética Humana:
3.6.1. Herencia autosómica: los grupos sanguíneos y factor Rh.
3.6.2. Herencia ligada al sexo: Daltonismo y Hemofilia.
3.6.3. Herencia influida por el sexo: La calvicie.
4. PROBLEMAS DE GENÉTICA.
ooooooooooOOOOOOOOOOoooooooooo
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1. INTRODUCCIÓN.
Hoy sabemos que la molécula que contiene la información de las características
biológicas de los seres vivos es el ADN. Sin embargo, la demostración de este hecho sólo
fue posible gracias a los experimentos llevados a cabo por un numeroso grupo de
investigadores durante la primera mitad del siglo XX.
Por entonces ya se sabía que los genes están en los cromosomas, y que éstos están
formados por ADN y proteínas. También se sabía que la molécula portadora debía reunir
una serie de requisitos:
Químicamente estable.
Con capacidad autorreplicativa, para así formar copias que pasaran a las células
hijas durante el proceso de división celular, asegurando así la pervivencia de la
información biológica.
Esa información debía transmitirse de una generación a otra, para que las
características biológicas pasaran a la descendencia.
A pesar de su estabilidad, debería poseer la capacidad de experimentar cambios
que permitieran la aparición de cierta variabilidad, para así poder explicar la
evolución de los seres vivos.
En 1869, Friedrich Miescher creía que eran las proteínas (y no el ADN) las
portadoras de la información genética. El descubrimiento de que los cromosomas se
dividían y transmitían durante la división celular, permitió comprobar que ambos
componentes cromosómicos (ADN y proteínas) cumplían los requisitos citados.
2. GENÉTICA MOLECULAR
2.1. EL ADN COMO PORTADOR DE LA INFORMACIÓN GENÉTICA.
La confirmación de que los genes se encuentran en el ADN y no en las proteínas se
debió a distintos tipos de experimentos. Los más importantes fueron los llevados a cabo
por:
A) Frederich Griffith. En 1928, este médico y genetista británico (1879-1941)
investigó varias cepas de la bacteria causante de la neumonía en humanos (Streptococcus
neumoniae). Al aplicarlas sobre ratones (sobre los que es letal) observó que había dos
cepas distintas: una virulenta (=capaz de causar la aparición y desarrollo de una
determinada enfermedad infecciosa) a la que denominó cepa S (S, smooth=liso) que
provocaba la muerte, y otra no virulenta a la que llamó cepa R (R, rough=rugoso).
Ambas cepas se diferenciaban en que las cepas S presentaban una cápsula de
polisacáridos que formaban una capa mucosa que protege a las bacterias de los fagocitos
del huésped, mientras que las cepas R carecían de dicha capa.
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Si inyectaba bacterias no virulentas vivas (R) junto con bacterias virulentas
muertas (S), comprobaba que los ratones morían y, además, contenían bacterias S vivas.
Dedujo que las bacterias S virulentas muertas podían transmitir un factor
transformante a las bacterias R, convirtiéndolas en patógenas. La presencia de este
factor daba lugar a que las bacterias R vivas pudieran sintetizar la cápsula polisacárida
convirtiéndose así en bacterias virulentas S.
B) Avery-McLeod-McCarthy. En 1944, al investigar las transformaciones
bacterianas observadas por Griffith, demostraron que solo los extractos de bacterias S
muertas que contenían ADN eran capaces de producir dicha transformación. Además,
comprobaron que cuando se añadían enzimas que destruían el ADN sobre cepas
virulentas, esta capacidad de transformación desaparecía. Con todo ello llegaron a la
conclusión de que es el ADN y no las proteínas, la molécula portadora de la información
biológica (en este caso, contendría los genes que codificaban para la cubierta mucosa
polisacarídica de las bacterias S , y que después pasarían a formar parte del genoma de
las bacterias R).
C) Alfred Hershey y Martha Chase. La prueba definitiva fue obtenida en 1952
por A. Hershey y M. Chase, quienes
demostraron de forma concluyente que era el
ADN y no una proteína, el material genético
del bacteriófago T2.
Reprodujeron
este
virus,
cuyos
aminoácidos cisteína y metionina de la cápsida
contenían azufre radiactivo S35, en bacterias y
obtuvieron virus con cápsidas proteicas
radiactivas. Realizaron otro cultivo de virus
marcados
con
fósforo
radiactivo
P32,
obteniendo virus con este isótopo en su ADN.
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Se comprobó que aparecía marcaje radiactivo en el interior o en la superficie
bacteriana. Más tarde se vio que los virus procedentes del cultivo originalmente marcado
con P32 estaban también marcados; sin embargo, esto no ocurría en ninguno de los virus
obtenidos tras la reproducción de los virus marcados con S35. De ello se dedujo que el
material genético reproducible es el ADN y no las proteínas.
Al año siguiente, James Watson y Francis Crick elaboraron conjuntamente su
famoso modelo de doble hélice para explicar la estructura secundaria de la molécula de
ADN.
No siempre es el ADN la molécula portadora de la información genética. En algunos
virus es el ARN el que desempeña esta función. Por otro lado, se cree que el ARN
constituyó el material genético de los primeros organismos vivos que aparecieron en la
Tierra, siendo reemplazado posteriormente por el ADN, más estable.
2.2. REPLICACIÓN O AUTODUPLICACIÓN DEL ADN.
El ADN portador de la información genética debe transmitirse fielmente a cada una
de las células hijas tras la división celular; por tanto, antes de producirse ésta, es
imprescindible que el ADN pueda formar réplicas exactas de sí mismo para poder disponer
de dos copias iguales. Este proceso se denomina replicación o autoduplicación, y resulta
fundamental para que todas las células de un organismo mantengan la misma identidad.
Se propusieron numerosas hipótesis para explicar este proceso, siendo las más
importantes:
Hipótesis Semiconservativa. Fue formulada por Watson y Crick en 1953.
Según ésta cada hebra sirve de molde para que se forme una hebra nueva,
mediante la complementariedad de bases, quedando al final dos dobles hélices
formadas por una hebra antigua (molde) y una hebra nueva (copia).
Hipótesis Conservativa. Tras la duplicación quedarían las dos hebras antiguas
juntas y, por otro, las dos hebras nuevas formando una doble hélice.
Hipótesis Dispersiva. Según esta hipótesis, las hebras resultantes estarían
formadas por fragmentos en doble hélice de ADN antiguo y ADN recién
sintetizado.
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EL EXPERIMENTO DE MESELSON Y STAHL
En 1957, Mathew Meselson y Franklin Stahl idearon un experimento para confirmar
la validez de la hipótesis semiconservativa. Para ello prepararon un cultivo de Escherichia
coli en un medio donde la única fuente de nitrógeno era un isótopo pesado de este
elemento, el 15N, por lo que este elemento se incorporó a las moléculas de ADN
sintetizadas por las bacterias. Así se mantuvo durante varias generaciones (14) para
garantizar que todo el ADN sólo contenía 15N.
Más tarde se extrajo ADN y se centrifugó en un medio que contenía una disolución
de cloruro de cesio (CsCl). Tras la centrifugación se observó una banda en el tubo de
ensayo que correspondía a la posición del ADN con 15N, comprobándose que dicha banda
estaba en un lugar distinto al que ocupaba la banda de ADN en el que tenía el isótopo de
nitrógeno normal (14N).
Posteriormente realizaron un cultivo de bacterias que sólo tenían 15N en un medio
en el que sólo existía 14N como fuente de nitrógeno. Así las mantuvieron hasta que se
produjera la duplicación del ADN (una media hora); ahora volvieron a realizar otra
centrifugación del ADN replicado, observando que la banda que se había originado de ADN
ocupaba una posición intermedia entre la del ADN con 14N y ADN con 15N.
Si el cultivo se hacía durante dos generaciones
aparecían dos bandas distintas: una igual a la anterior
y otra en la posición del ADN con 14N.
Tras estos experimentos se demostró que la
replicación
del
ADN
se
realiza
de
forma
semiconservativa (=cada hebra sirve de molde para
sintetizar dos nuevas hebras).
Si las bacterias se dejaban en 14N durante dos
divisiones, aparecían dos bandas de ADN en el tubo de
la centrífuga, uno híbrido y otro ligero. Si se dejaban
durante tres divisiones, la proporción de ADN híbrido
(14N-15N) era más pequeña. Esto descartaba la
hipótesis dispersiva y confirmaba la semiconservativa.
EL MECANISMO DE REPLICACIÓN DEL ADN
La precisión con la que se realiza implica un
mecanismo complejo para asegurar la obtención de dos
copias idénticas (en el ser humano se ha calculado que
se realizan del orden de unas mil billones de divisiones
celulares a partir del cigoto, con las consiguientes replicaciones previas del ADN, sabiendo
que cada molécula de ADN está formada por unos 3.500 millones de pares de bases).
El proceso se estudió en los organismos procariotas, pero se comprobó que en
eucariotas es similar, aunque con algunas diferencias. Se pueden diferencian tres etapas:
a) Etapa de Iniciación.
b) Etapa de Elongación.
c) Etapa de Finalización.
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ETAPA DE INICIACIÓN
La replicación comienza en ciertas zonas del ADN donde existen unas secuencias
determinadas de nucleótidos, denominadas “orígen de la replicación”, que actúan como
señales del inicio del proceso.
Éste se inicia con la intervención de una enzima helicasa, que se encarga de
separar las dos hebras, mediante la ruptura de los puentes de hidrógeno que unen a
ambas hebras. Esta ruptura y separación genera tensiones en ambas hebras, que son
eliminadas por la intervención de las topoisomerasas (que actúan cortando una de las
hebras –topoisomerasa I- o las dos hebras –topoisomerasa II o girasa-).
Una vez separadas las dos hebras, permanecen así gracias a las proteínas
estabilizadoras de cadena sencilla (SSB); ahora se inicia la formación de la horquilla
de replicación.
3’
5’
5’
3’
5’
3’
3’
5’
ETAPA DE ELONGACIÓN
Además de las enzimas anteriores, también intervienen las ARN-polimerasas y las
ADN-polimerasas.
En primer lugar, una ARN-polimerasa, llamada primasa, sintetiza un fragmento
corto de ARN formado por unos 40-50 nucleótidos, llamado primer, que va a actuar como
cebador (=ARN cebador).
Ahora la ADN-polimerasa III, partiendo del cebador, empieza a sintetizar una hebra
de ADN en sentido 5’3’, a partir de los nucleótidos trifosfato, ya que sólo puede añadir
nucleótidos sobre el extremo 3’ libre de una cadena polinucleotídica previa.
A medida que la doble hélice del ADN original se va separando (similar a una
cremallera que se abre), se forma la llamada burbuja de replicación, donde va a ir
actuando la ADN polimerasa III. Existe una burbuja en cada extremo, ya que el proceso
es bidireccional (=avanza en ambas direcciones).
Dado que la ADN polimerasa III recorre el ADN molde en sentido 3’5’, la síntesis
de una de las hebras es continua, ya que, a medida que se abre la doble hélice, esta
enzima va avanzando y añadiendo nuevos nucleótidos a la hebra en formación, que recibe
el nombre de hebra conductora.
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Sin embargo, como la otra hebra es complementaria, la ADN polimerasa III debería
recorrerla en sentido 5’3’, añadiendo nucleótidos a la hebra en formación en sentido
3’5’, lo cual no es posible. La síntesis, en este caso, es discontinua y se produce en
segmentos separados. Esta hebra se denomina hebra retardada, pues su síntesis es
más lenta que la de la hebra conductora.
Los segmentos de ADN sintetizados de este modo se denominan fragmentos de
Okazaki, y constan de unos 1000-2000 nucleótidos. Cada fragmento requiere de un ARN
cebador (=primer) para iniciar la síntesis de una secuencia de nucleótidos.
Posteriormente, tras la eliminación de los ARN cebadores por la ADN polimerasa I
(gracias a su acción exonucleasa –
rompe enlaces fosfodiéster a partir de
un extremo nucleotídico libre-), los
fragmentos de Okazaki se van uniendo
gracias a la acción de las enzimas
ligasas. La ADN polimerasa I gracias a
su
acción
polimerasa
puede
ir
rellenando el hueco dejado por cada
ARN cebador.
ETAPA DE FINALIZACIÓN
Al acabar el proceso, cada hebra recién sintetizada y la que ha servido de patrón,
aparecen enrolladas formando una doble hélice.
REPLICACIÓN DEL ADN EN EUCARIOTAS
En eucariotas el proceso es muy similar, aunque presenta algunas diferencias:
1. El ADN eucariótico presenta histonas, formando unas estructuras denominadas
nucleosomas. Durante la replicación, la hebra que sirve de molde a la hebra
conductora se queda con las histonas, y ambas se unen a los octámeros
antiguos, mientras que la hebra retardada y la que le sirve de patrón se enrollan
juntas sobre nuevos octámeros que llegan a los lugares de replicación.
2. La longitud del ADN eucariótico es mucho mayor que la del ADN procariótico
(unas cincuenta veces); además el proceso en eucariotas es también más lento
(seguramente debido a la presencia de las histonas).
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3. El número de burbujas de replicación es muy numeroso en eucariotas. A lo largo
del cromosoma se van a distribuir de forma irregular, por lo que habrá regiones
con muchas burbujas y regiones con muy pocas. Todas se activan de forma
coordinada. Cada unidad de replicación se denomina replicón y va a producir la
síntesis de fragmentos de unos 100 nucleótidos. La necesidad de numerosos
puntos de replicación es evidente, pues de lo contrario se necesitarían varios
meses para que todo el proceso se llevara a cabo.
4. Los fragmentos de Okazaki son más pequeños (100-200 nucleótidos) y el
proceso de replicación se lleva a término durante la fase S de la interfase, que
dura unas 6-8 horas.
5. En eucariotas el número de ADN polimerasas que intervienen es mayor, 5.
Por otro lado, los cromosomas eucarióticos son lineales y presentan en sus
extremos
unas
regiones
denominadas telómeros, formadas
por secuencias repetitivas del tipo
TTAGGGTTAGGGTTA…Cuando
se
replica el ADN lineal, los extremos 5’
de los telómeros no pueden ser
replicados. Esta imposibilidad da
lugar a que el telómero se vaya
acortando
en
cada
ciclo
de
replicación que sucede en la fase S
de la interfase. Este acortamiento de
los telómeros con la edad está
relacionado con el envejecimiento y
la
muerte
programada
celular
(=apoptosis). El acortamiento de los
telómeros puede ser neutralizado en
algunas células, como las células
madre y las células cancerosas,
gracias a la acción de una enzima
llamada telomerasa, que las convierte en células inmortales.
La telomerasa es una ribonucleoproteína que actúa como transcriptasa inversa, ya
que contiene una hebra de ARN con la secuencia apropiada para actuar como molde para
la síntesis de la secuencia telomérica de ADN, que se le añade a los extremos 3’ de cada
cromosoma para evitar su acortamiento en cada proceso de replicación.
CORRECCIÓN DE ERRORES
La replicación no concluye hasta que se comprueba que la copia de la secuencia
sintetizada es la correcta. El ADN es la única molécula capaz de efectuar una reparación
de sí misma. La replicación del ADN es un proceso más complejo que la transcripción, por
la necesidad de mantener la fidelidad de la copia; por ello intervienen más de cincuenta
proteínas diferentes agrupadas en un complejo multienzimático denominado replisoma.
La enzima principal de este complejo es la ADN pol-III.
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La ADN pol-III no une nucleótidos que no sean los complementarios, aunque a
veces se producen errores; en este caso son las nucleasas las enzimas encargadas de
eliminar el nucleótido mal colocado y situar el correcto.
Por ello, el número de errores es muy bajo. Se estima que se produce 1 error cada
107-108 bases incorporadas. Aunque no hay que olvidar el elevadísimo número de
nucleótidos que hay que colocar. Por eso existe un mecanismo post-replicativo de
corrección en el que participan varias enzimas:
a) Endonucleasas. Detectan errores y cortan la cadena errónea.
b) Exonucleasas. Eliminan el fragmento incorrecto.
c) ADN polimerasas. Sintetizan el fragmento correcto tras quitar al erróneo (esta
acción la realizan las ADN pol-I).
d) ADN ligasas. Unen el nuevo segmento al resto de la cadena.
Tras estas correcciones, la tasa de error desciende hasta 1 por cada 1010 bases
incorporadas.
Para que las moléculas puedan detectar los errores es necesario que éstas puedan
diferenciar la cadena nueva de la antigua. Esto se consigue mediante la metilación de las
adeninas, proceso que ocurre pasado un cierto tiempo. Así, las adeninas pertenecientes a
la hebra recién sintetizada no están aún metiladas y las de la hebra antigua sí, lo que
permite que las enzimas reparadoras la identifiquen.
A pesar de los mecanismos correctores de errores, la fidelidad en la replicación no
es absoluta, lo cual no es necesariamente negativo, ya que si los errores no tienen
consecuencias sobre la viabilidad de las células (o de los individuos) que las poseen, se
convierten en fuente de variabilidad genética, imprescindible para el desarrollo de los
procesos evolutivos.
2.3. EXPRESIÓN DEL MENSAJE GENÉTICO.
Hoy se sabe que la información genética de la célula es la causa de la síntesis de
proteínas específicas, entre ellas las enzimas, responsables de las características
estructurales y funcionales del organismo.
En 1902, cuando aún se ignoraba que el ADN fuera la molécula portadora de la
información biológica, el médico inglés Archibald Garrod descubrió que una enfermedad
metabólica, la alcaptonuria (enfermedad que se caracteriza por padecer artritis y
ennegrecimiento de los cartílagos y de la orina, cuando ésta entra en contacto con el aire)
era causada por una anomalía de tipo hereditario.
En la década de 1940, George Beadle, al estudiar mutantes para el color de los ojos
en la mosca del vinagre (Drosophila melanogaster), elaboró una hipótesis según la cual
las variaciones que aparecían se debían a cambios en distintas enzimas de una
determinada ruta sintética de pigmentos.
En 1942, junto con Edward Tatum, Beadle realizó después otros experimentos con
el moho rojo del pan, Neurospora crassa, para comprobar este hecho. Sometió este moho
a la acción de rayos X para inducir en él mutaciones; así obtuvieron mutantes que
presentaban alteraciones en las enzimas que participan en la síntesis del aminoácido
arginina. A partir de sus resultados dedujeron que la síntesis de arginina debía de seguir
la siguiente ruta metabólica:
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Sustrato Ornitina Citrulina Arginina Proteínas
Más adelante confirmaron que los diferentes mutantes carecían de determinadas
enzimas y que, en cada uno, aumentaba mucho uno de los componentes de la vía de la
arginina, es decir, la falta de una enzima bloquea el metabolismo en la sustancia sobre la
que actúa. Así, los mutantes podrían vivir si se añadía al medio la sustancia que no
podían sintetizar, o cualquiera de las sustancias derivadas de ésta, puesto que sí que
tenían las otras enzimas.
Esto llevó a la conclusión de que al alterar la secuencia de nucleótidos de un gen, se
provocaba la deficiencia de una enzima, y así se estableció el paralelismo entre genes y
enzimas y la teoría “un gen-un enzima”. La secuencia anterior se podría explicar de la
siguiente manera:
Gen 1
Enzima 1
Gen 2
Gen 3
Enzima 2
Enzima 3
Sustrato Ornitina Citrulina Arginina Proteínas
Más adelante esta hipótesis fue ampliada, ya que el gen podía codificar una
proteína cualquiera, no necesariamente enzimática, aunque estas últimas son las que
tienen efectos fisiológicos más notables. Además, como algunas proteínas tienen más de
una cadena polipeptídica, resultaba más apropiado decir que cada gen codifica solo una
cadena polipeptídica. Quedaba claro que la expresión del mensaje genético consiste en la
síntesis de proteínas específicas. Sin embargo, aún no se conocía el mecanismo por el
cual se llevaba a cabo esta síntesis.
Los avances en bioquímica y el descubrimiento de los distintos tipos de ARN
permitieron a Francis Crick enunciar en 1970 el dogma central de la biología
molecular, hoy completamente demostrado:
Estudios posteriores permitieron realizar alguna modificación a la propuesta de F.
Crick, ya que hay algunos virus (retrovirus) que poseen ARN como material genético y
cuando se introducen en una célula son capaces de sintetizar ADN usando como molde su
ARN; para ello les resulta imprescindible la enzima denominada transcriptasa inversa o
retrotranscriptasa.
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LA TRANSCRIPCIÓN
Este proceso consiste en copiar una parte del mensaje genético desde su forma
original (ADN) a otra (ARN) que se puede utilizar directamente para su síntesis de
proteínas específicas.
De esta manera se va a formar una cadena de ARN cuya secuencia de bases
nitrogenadas es la misma que la de una de las hebras de la doble hélice de ADN.
La síntesis de ARN se produce gracias a la acción de la ARN polimerasa ADN
dependiente, que presenta las siguientes características:
Une nucleótidos mediante enlaces fosfodiéster
siempre en dirección 5’3’.
Utiliza nucleótidos trifosfato.
Necesita una molécula de ADN como molde o
patrón para poder establecer la secuencia
específica de bases de ARN. Esta especificidad se
consigue gracias a la complementariedad que
existe entre los desoxirribonucleótidos y los
ribonucleótidos (A-U y G-C).
Se fija a regiones específicas del ADN
(regiones o genes promotores) para comenzar su
acción a partir de ese punto.
El proceso, en líneas generales, es el mismo
en todas las células, aunque con algunas diferencias
entre procariotas y eucariotas.
La velocidad de transcripción es elevada y los
errores cometidos son más numerosos que los que
ocurren en la replicación del ADN, aunque se puede tolerar, ya que no se transmiten a la
descendencia.
El proceso de transcripción consta de cuatro etapas: iniciación, elongación,
terminación y maduración.
A) TRANSCRIPCIÓN EN CÉLULAS PROCARIOTAS.
Existe una única ARN polimerasa, formada por dos subunidades α, una β y
una β’. Para reconocer la región promotora del ADN (donde se fijará y empezará la
transcripción) es necesario que se una al llamado factor σ (factor sigma); una vez fijado a
él estará en condiciones de poder reconocer a la región promotora (se trata de una región
rica en bases A y T).
Una vez fijada la ARN polimerasa, el factor sigma se libera, para poder ser utilizado
por otras polimerasas. Esta ARN polimerasa produce el desenrollamiento de una vuelta de
la doble hélice; a continuación comienza la actividad sintetizadora del ARN (en sentido
5’3’), que recorre la cadena de ADN (=hebra molde) en sentido 3’5´.
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La formación de la cadena de
ARN finaliza cuando la polimerasa
llega a una zona del ADN llamada
señal de finalización, que posee una
secuencia con muchas G y C. en esta
etapa
participa
otra
proteína
denominada factor ρ (factor rho),
capaz de reconocer dicha secuencia de
finalización.
La transcripción es necesaria
para obtener los tres tipos de ARN. En
el caso del ARNm, la cadena formada
se puede utilizar directamente para la
síntesis proteica. Sin embargo, los
ARN transcritos que originarán los
ARNt y ARNr requieren un proceso
adicional de maduración para ser
funcionales.
B) TRANSCRIPCIÓN EN CÉLULAS EUCARIOTAS
Es más complejo que en procariotas, ya que intervienen más factores proteicos y
existen hasta tres ARN polimerasas diferentes:
• ARN pol-I: Transcribe la información correspondiente a los ARN ribosómicos
(menos el 5S).
• ARN pol-II: Transcribe los genes origen de los ARN mensajeros.
• ARN pol-III: Es responsable de la producción de los ARN de transferencia, del ARN
ribosómico 5 S y realiza la transcripción de los genes que llevan la información
para las histonas.
También se produce la transcripción de los genes presentes en las mitocondrias y
cloroplastos mediante una polimerasa con solo una subunidad.
Cuando el proceso de transcripción está en marcha y ya se han unido los primeros
30 ribonucleótidos, se añade al extremo 5’ una “caperuza” formada por 7-metilguanosina
trifosfato, la cual permitirá la identificación de este extremo en el proceso de traducción
posterior.
Al igual que en los procariotas, también existe una secuencia en el ADN (TTATTT)
que indica el final de la transcripción. A continuación sobre el extremo 3’ del ARN formado
se van a añadir unos 200 ribonucleótidos de adenina (=cola poli-A) gracias a una poli-Apolimerasa, que al parecer interviene en los procesos de maduración y transporte del
ARN fuera del núcleo.
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El proceso de maduración del ARN
Una característica de la transcripción en eucariotas es que es preciso un proceso de
maduración. Como sabemos, en células eucariotas los genes constan de fragmentos con
sentido (exones) y fragmentos sin sentido (intrones) que serán posteriormente cortados
y eliminados.
En este proceso van a intervenir las ribonucleoproteínas pequeñas nucleares
(RNPpn), conocidas también como espliceosomas. Están formadas por una parte
proteica y por ARN. Éste posee secuencias complementarias a las que se encuentran en
los extremos de los intrones, por lo que pueden aparearse con ellas y provocar su
extracción. Tras ésta, los exones se van a unir entre sí gracias a las enzimas ligasas,
obteniéndose así un ARN definitivo que se traducirá en una proteína.
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En cuanto a los ARNt sintetizados por la ARN pol-III, se produce la modificación de
algunas bases nitrogenadas para formar las que son características de estas moléculas
(dihidrouracilo, pseudouracilo, dimetilguanina …). También se añade el triplete CCA en el
extremo 3’.
La formación de los ARNr es compleja. La región del ADN que codifica para estos
ARN se denomina organizador nucleolar. Por acción de la ARN pol-I se sintetiza el ARN
nucleolar 45 S, el cual se fragmenta originando ARN 28S+18S+5’8S. Todos ellos, unidos
al ARNr 5S sintetizado por la ARN pol-III y a varias proteínas, formarán las subunidades
ribosómicas. Todo este proceso ocurre en el nucléolo.
Los intrones no existen en procariontes y no se sabe qué función cumplen en los
eucariontes. Lo que sí se sabe es que, a veces, un mismo gen puede madurar de
diferentes maneras, dependiendo de cómo se eliminen los intrones. De este modo, a
partir de un solo gen se pueden obtener diferentes proteínas.
Actualmente se piensa que los genes del primitivo antecesor común a procariotas y
eucariotas debían de tener intrones. Las bacterias los habrían perdido por selección
natural, pues para ellas es crucial dividirse rápidamente. Se habrían conservado en las
eucariotas porque presentan ventajas evolutivas. Las levaduras, que son eucariotas con
un modo de vida similar al de muchas bacterias, no presentan intrones; sin embargo, las
mitocondrias, que se cree descienden de bacterias endosimbiontes, sí tienen intrones en
su ADN, pues no están sometidas a la misma presión.
EL CÓDIGO GENÉTICO
Una vez obtenida una copia del mensaje genético en forma de cadena de ARNm,
ésta dirige la síntesis de proteínas en los ribosomas. Para ello, estos orgánulos interpretan
la secuencia concreta de nucleótidos existente en la molécula de ARNm como la
información necesaria para la unión de los aminoácidos precisos para constituir la proteína
específica.
El código genético es, en definitiva, la clave que permite la traducción del mensaje
genético a su forma funcional, las proteínas. Se trata, pues, de la relación que existe
entre la secuencia de nucleótidos del ARNm y la secuencia de aminoácidos que forman una
proteína.
Consiste, pues, en una equivalencia entre dos polímeros específicos. Uno de ellos,
el ARN, tiene dispuestas sus bases nitrogenadas en una secuencia concreta que contiene
la información que determina el orden en que han de engancharse los sucesivos
aminoácidos que forman la cadena polipeptídica. Por tanto, los ARNm con secuencias de
bases nitrogenadas distintas llevan información para la síntesis de proteínas diferentes.
Como sólo hay cuatro bases nitrogenadas distintas, las señales codificadoras para
los 20 aminoácidos proteicos deben estar constituidas por más de una base. Si cada señal
estuviera formada por dos bases nitrogenadas, sólo codificarían 42 = 16 aminoácidos, por
la que aún quedarían aminoácidos sin codificar.
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Por tanto, cada señal que codifica para un aminoácido está constituida por tres
bases nitrogenadas consecutivas (un triplete), es decir, 43 = 64 tripletes de bases
distintas. George Gamow, creador de la teoría del big-bang sobre el origen del universo,
fue el primero en formular este razonamiento teórico.
Los tripletes de bases del ARNm reciben el nombre de codones. Los tripletes del
ADN correspondientes, que hallan sido transcritos, se denominan codógenos. Existen 61
codones codificadores de aminoácidos y 3 (UAA, UAG y UGA, llamados sin sentido) que
señalan el final del mensaje y no especifican ningún aminoácido. Hay también un codón
(AUG) que, además de codificar para el aminoácido metionina, es la señal de comienzo.
Este código genético presenta unas características que ayudan al cumplimiento de
su función:
- Está formado por una secuencia lineal de bases nitrogenadas; hecho que resulta
evidente una vez conocida la estructura de los ácidos nucleicos.
- Es unidireccional. El mensaje se lee en un único sentido, desde el codón de iniciación
hasta el de terminación. Entre los sucesivos codones no hay espacios ni separaciones de
ningún tipo, ya que entre el tercer nucleótido y el siguiente existe la misma separación
que entre el segundo y el tercero de un mismo triplete.
- Es universal. El código es compartido por todos los organismos conocidos, incluyendo
los virus; así, por ejemplo, el codón UUG codifica para el aminoácido leucina tanto en los
procariontes como en los eucariontes, lo mismo que ocurre con todos los codones. Este
hecho es una prueba más a favor del origen de todos los seres vivos a partir de un
precursor común.
Debido a esta universalidad, los ribosomas de una célula pueden traducir cualquier
ARNm sea cual sea su procedencia. De esta forma, un organismo puede sintetizar
proteínas que no le son propias, siempre que se le introduzca el mensaje genético
correspondiente.
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Gracias a la genética molecular, recientemente se ha descubierto que esta
universalidad tiene excepciones: concretamente, las mitocondrias, en algunos protistas
ciliados, en micoplasmas y algunos protozoos, como Tetrahymena, utilizan un código
genético ligeramente diferente.
- Es degenerado. Este término indica que la mayor parte de los aminoácidos, a
excepción de la metionina y el triptófano, están codificados por más de un codón.
Los distintos codones que codifican para un mismo aminoácido se denominan
codones sinónimos; esto supone una ventaja, ya que en el caso de que se produzcan
cambios en algún nucleótido, es decir, que haya mutaciones, no se tiene por qué alterar el
orden de los aminoácidos que forman una proteína.
- No presenta imperfección. Ningún codón codifica más de un aminoácido; lo contrario
conllevaría problemas considerables, pues a partir de un gen se sintetizarían proteínas
diferentes.
- No es ambiguo. Pues cada codón o triplete siempre tiene el mismo significado.
- Todas las combinaciones de bases tienen sentido. Se leen en el ARNm de izquierda
a derecha, en sentido 5'3’
- Carece de solapamiento. Los tripletes de bases se hallan dispuestos de manera lineal
y continua, sin que entre ellos existan comas ni espacios y sin que compartan ninguna
base nitrogenada. Su lectura se hace en un solo sentido (5'3'), desde el codón que
indica el comienzo de la proteína hasta el que indica su final. Sin embargo, existe la
posibilidad de que un mismo ARNm contenga varios codones de iniciación. Esto significaría
que se podrían realizar varias fases de lectura y se sintetizaría más de un polipéptido.
LA TRADUCCIÓN
Una vez transcrito el ADN, la molécula de ARNm formada contiene la información
necesaria para la síntesis de la proteína correspondiente. El proceso de biosíntesis de
proteínas recibe el nombre de traducción, ya que se utilizan otros mecanismos químicos
diferentes para pasar de una secuencia específica de nucleótidos a una secuencia
específica de aminoácidos.
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Este importante proceso se realiza en los ribosomas. Estos orgánulos están
formados por varios tipos de ARNr y proteínas y, además, presentan gran dinamismo lo
que les permite realizar correctamente todo el proceso en sus distintas etapas.
Los ribosomas bacterianos están formados por un 65% de ARNr y un 35% de
proteínas (70 S). Los ribosomas eucarióticos son más grandes y complejos (80 S).
El proceso es casi idéntico tanto en procariotas como en eucariotas, aunque en
éstas presenta algunas particularidades que se mencionarán más adelante. El proceso de
traducción que se describe ahora se refiere a organismos procariotas.
-ACTIVACIÓN DE LOS AMINOÁCIDOSAntes de que se inicie el proceso, los aminoácidos que van a participar en él deben
“activarse”; para ello cada uno se va a unir a una molécula de ARNt específica, gracias a la
enzima aminoacil-ARNt sintetasa, para lo cual es necesario el
gasto energético obtenido por la hidrólisis del ATP, que pasa a
AMP y dos grupos fosfato. De esta manera, el aminoácido va a
quedar unido por su extremo carboxilo al extremo 3’ del ARNt.
Las moléculas de ARNt tienen cuatro brazos: brazo D, brazo
T, brazo aceptor de aminoácidos y brazo anticodón.
El extremo 3’ siempre lleva la secuencia CCA, y el
aminoácido siempre se une a la Adenina. El brazo anticodón
llevará un triplete de bases específico (=anticodón) de cada ARNt,
siendo su función la de unirse al codón correspondiente en el
ARNm.
Ahora, una vez activados los aminoácidos por la formación
de los aminoacil-ARNt, comienza la síntesis propiamente dicha,
que se lleva a cabo en tres fases: Iniciación, Elongación y
Terminación.
1. INICIACIÓN
El ARNm se va a unir a los ribosomas, cuyas dos subunidades deberán acoplarse.
Este proceso necesita de unas moléculas o factores de iniciación. El mecanismo es
este:
• El ARNm se une por su extremo 5’ a la subunidad menor del ribosoma, gracias al factor
de iniciación 3 (IF-3).
• Ahora se produce la fijación del primer aminoacil-ARNt gracias a los puentes de
hidrógeno que se establecen entre las bases del anticodón y las del codón del ARNm. El
primer codón o codón de iniciación siempre es 5’ AUG 3’ y, por tanto, su anticodón
será el UAC. El primer aminoácido unido a este primer ARNt es la formilmetionina, por lo
que todas las cadenas proteicas deberían empezar por él, pero no es así porque es
eliminado.
• Ahora se produce el acoplamiento de la subunidad mayor del ribosoma, para lo que se
necesita otro factor de iniciación, el IF-1, así como la presencia de iones Mg2+.
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• Así se forma el complejo de iniciación. El
fragmento de ARNm cubierto por el
ribosoma corresponde a seis nucleótidos
(es decir, dos codones). Sobre el primero
de ellos, AUG, ya se encuentra el
aminoacil-ARNt correspondiente, el en
lugar llamado sitio P (de peptidil, ya que
es el lugar donde está el ARNt que lleva
unida la cadena peptídica en formación). La
zona donde está el segundo codón es el
sitio A (de aminoacil, ya que es donde se
acoplará cada nuevo aminoacil-ARNt). Todo
este proceso requiere energía, que se
obtiene por la hidrólisis de GTP, que se
degrada a GDP y P.
2. ELONGACIÓN O ALARGAMIENTO
Se va sintetizando la cadena peptídica por la unión de los sucesivos aminoácidos,
que se van situando en el ribosoma transportados por sus correspondientes ARNt; para
ello el ribosoma se desplaza a lo largo de la cadena de ARNm. Podemos diferenciar las
siguientes etapas:
a) Unión de un aminoacil-ARNt al
sitio A. Esto ocurrirá siempre que el anticodon
del ARNt sea complementario al codón del ARNm
que se encuentra allí. Se necesita aporte
energético por parte del GTP así como dos
factores de elongación: EF-Ts y EF-Tu.
b) Formación del enlace peptídico.
Una vez anclados los dos aminoacil-ARNt en sus
lugares correspondientes (P y A), se va a
producir la unión entre los dos aminoácidos
gracias a la acción de la peptidiltransferasa,
que está en la subunidad mayor del ribosoma.
Al
unirse
el
primer
aminoácido
(formilmetionina) al segundo, se desprende de
su ARNt, el cual sale del ribosoma. Se forma así
un dipéptido que permanece unido al ARNt que
está en el sitio A.
c) Traslocación del dipéptido al sitio P. Ahora se produce un desplazamiento del
ribosoma sobre el ARNm en sentido 5’3’. Así, el segundo codón con el ARNt fijado sobre
él, pasa al sitio P, quedando libre el sitio A, que será ocupado por el tercer codón del
ARNm. Sobre éste se fija un nuevo aminoacil-ARNt, con la participación de otro factor de
elongación, EF-G.
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3. TERMINACIÓN
Existen tres codones de terminación en el ARNm, UAA-UAG y UGA, para los que no
hay ARNt con los correspondientes anticodones. Por ello, cuando el ribosoma llega a uno
de ellos, no se sitúa ningún aminoacil-ARNt en el sitio A y la cadena peptídica se acaba. En
esta fase intervienen dos factores de terminación: R1F para los codones UAA y UAG, y
R2F para los codones UAA y UGA. Al situarse sobre el sitio A, estos factores hacen que la
enzima peptidiltransferasa libere el péptido formado del ARNt al que está unido. Se
necesita energía, que la aporta una molécula de GTP.
Como consecuencia del proceso de traducción se liberan:
• La cadena proteica, que ha ido adquiriendo durante el proceso estructura
secundaria y terciaria característica.
• Las dos subunidades ribosómicas por separado.
• El ARNm, que puede volver a ser utilizado, aunque generalmente es destruido
inmediatamente después o, incluso, mientras es leído.
El proceso es muy rápido (hasta 1400 aa/minuto). Las cadenas de ARNm pueden
ser leídas por más de un ribosoma, generándose una estructura denominada polisoma o
polirribosoma, lo cual supone un gran ahorro tanto energético como de tiempo.
La traducción en eucariotas
Se encuentran las siguientes diferencias con respecto al proceso llevado a cabo en
procariotas:
• El lugar de transcripción (núcleo) y el de traducción (citoplasma) son distintos y
están separados por una membrana (membrana nuclear). En procariotas ocurren
ambos en el citosol de la célula.
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• Los ARNm son más estables que en procariotas.
• Los ARNm son monocistrónicos, es decir, cada uno de ellos solo contiene
información para una proteína. Los procarióticos suelen ser policistrónicos.
• El extremo 5’ de los ARNm tiene metilguanosinatrifosfato para poder ser
identificada por los ribosomas.
• Los ribosomas tienen ARNr diferentes y su coeficiente de sedimentación es
ligeramente diferente (80 S en eucariotas y 70 S en procariotas).
• El primer ARNt no lleva formilmetionina, sino metionina.
• Este primer ARNt se une antes a la subunidad menor que al ARNm, a diferencia de
lo que pasa en procariotas.
• Los factores de iniciación y el EF-1 difieren de los de los procariotas.
2.4. ALTERACIONES DEL MATERIAL GENÉTICO: LAS MUTACIONES
En 1901, Hugo de Vries acuñó el término mutación para referirse a los cambios
repentinos aparecidos en individuos de la especie vegetal Oenothera lamarckiana, en la
que estaba trabajando. Sin embargo, no fue hasta 1943 cuando se empezaron los
verdaderos estudios sobre mutaciones, gracias a Salvador Luria y Max Delbrück.
El material genético, tanto de células como de virus, puede sufrir alteraciones al
azar, las cuales, normalmente, comportan deficiencias que pueden llegar a ser letales
(=cáncer). Estos cambios en el material genético reciben el nombre de mutaciones.
Las mutaciones son una fuente de variación para la población, es decir, hace que
existan diferencias entre los individuos que la forman. Así, cuando las condiciones
ambientales cambian, es posible que individuos con alguna mutación determinada se vean
favorecidos y tengan una mayor probabilidad de sobrevivir que otros. En esto consiste la
Selección natural. Las mutaciones, como fuente de variabilidad genética, permiten la
evolución de las especies.
TIPOS DE MUTACIONES
Las mutaciones se pueden clasificar atendiendo a diferentes criterios: células
afectadas, efectos, causa, etc. Todos ellos quedan reflejados en el siguiente cuadro:
CRITERIO
CÉLULA AFECTADA
CAUSA
EFECTOS
TIPO DE MUTACIÓN
• Somáticas. No se transmiten a la descendencia.
• Germinales. Sí se transmiten a la descendencia.
• Naturales o espontáneas.
• Inducidas por agentes mutágenos.
• Neutras.
• Beneficiosas.
• Perjudiciales:
Letales: Producen la muerte, al menos del 90% de la población.
Sub-letales: Mueren menos del 10% de los individuos que las poseen.
Patológicas: Producen alguna enfermedad.
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TIPO DE EXPRESIÓN
GENÉTICA
• Dominantes: Respecto al alelo normal no mutado, que será recesivo.
• Recesivas: Respecto al alelo normal no mutado, que será dominante.
ALTERACIÓN
GENÉTICA
PROVOCADA
• Génicas: Afectan a la secuencia de nucleótidos de un gen.
• Genómicas: Afecta al número de cromosomas.
• Cromosómicas: Altera la integridad de la estructura del cromosoma.
Veamos con más detalle éstas últimas:
a) MUTACIONES GÉNICAS (=PUNTUALES)
Son las mutaciones propiamente dichas. Consisten en cambios químicos del ADN,
por lo que resulta imposible observarlas al microscopio, por eso también se denominan
mutaciones puntuales. Van a afectar a la secuencia nucleotídica de un gen, y pueden
provocar cambios en un par de bases (microlesiones) o en un segmento génico completo
(macrolesiones).
Aparecen debidas a dos causas principalmente:
•
•
Por errores no corregidos producidos durante el proceso de replicación del ADN.
Por la acción de determinados agentes físicos o químicos (=agentes mutagénicos).
Podemos distinguir varios tipos de mutaciones génicas:
MUTACIONES POR SUSTITUCIÓN DE UNA BASE POR OTRA DISTINTA
Constituyen el 20% de las mutaciones génicas espontáneas. Éstas, a su vez,
pueden ser:
- Transiciones. Son sustituciones de una base púrica o pirimidínica por otra del
mismo tipo.
-
Transversiones. Cuando se produce la sustitución de una base púrica por una
pirimidínica, o a la inversa.
Este tipo de mutaciones provocan la alteración de un único triplete del gen
afectado. En ocasiones, el triplete afectado codifica el mismo aminoácido o un aminoácido
distinto que el triplete sin afectar, pero que no altera la función de la proteína, con lo que
la mutación no tendrá consecuencias perjudiciales. En otras ocasiones, puede afectar al
aminoácido del centro activo del enzima, por lo que sí tendrá un efecto perjudicial.
Todas estas sustituciones son posibles porque se producen cambios en la posición
de algunos átomos de hidrógeno, originando formas tautoméricas, diferentes a las
originales pero con la misma distribución espacial (=isómeros), con lo que se van a
producir apareamientos erróneos en la doble hélice y, por consiguiente, errores durante el
proceso de replicación del ADN.
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MUTACIONES POR PÉRDIDA (=DELECIÓN) O INSERCIÓN DE BASES
Son más graves que las anteriores, ya que a partir del punto en el que se han
perdido o añadido las bases, todos los tripletes estarán cambiados y, por tanto, el
mensaje genético será diferente.
Se originan por un emparejamiento defectuoso durante el proceso de replicación
entre la hebra molde y la que se está sintetizando, o cuando ciertos compuestos (como la
acridina) se intercalan entre las cadenas de nucleótidos.
En definitiva, las consecuencias son graves y constituyen el 80% de las mutaciones
génicas espontáneas.
MUTACIONES POR VARIACIONES DE LUGAR DE ALGUNOS SEGMENTOS DEL ADN (=
TRANSPOSICIONES)
Se producen como consecuencia del desplazamiento de secuencias de ADN, lo que
implica la aparición de nuevos tripletes y, por tanto, la modificación del mensaje genético.
La reparación de errores cometidos durantes la replicación se lleva a cabo gracias a
la corrección de errores que realiza la ADN-polimerasa, gracias a la actividad exonucleasa
de la misma. Esta enzima, antes de añadir un nucleótido, comprueba si el que se ha
añadido anteriormente es el correcto. Si no lo es, lo retira y lo sustituye por el correcto.
b) MUTACIONES CROMOSÓMICAS
Son las que provocan cambios en la estructura interna de los cromosomas, es decir,
afectan a la secuencia de los genes dentro del cromosoma. Debido a esto, sí son
detectables al microscopio. La secuencia nucleotídica no se altera pero sí lo hace el
número de genes que forman el cromosoma o el orden que guardan dentro del mismo.
Según esto, podemos distinguir:
Alteraciones por la existencia de un número incorrecto de genes. Se producen por
un fallo ocurrido durante el apareamiento meiótico, que puede producir un
sobrecruzamiento erróneo, quedando un cromosoma con un fragmento extra y el otro
con una falta de éste. Los gametos resultantes, tras la fecundación, originarán diversas
anomalías, como las siguientes:
-
Deficiencias y Deleciones. Consisten en la pérdida de un fragmento de
-
Duplicaciones. Existe un segmento de cromosoma repetido, por lo que existe un
cromosoma, bien en el extremo (=deficiencia) o en otro lugar (=deleción).
exceso de genes. Este hecho puede tener una gran importancia evolutiva,
debido a que sobre el fragmento duplicado se pueden realizar otras mutaciones,
con lo que pueden aparecer nuevos genes sin que se modifiquen los antiguos.
Alteraciones en el orden de los genes. No perjudican a los individuos que los portan,
aunque causan la producción de gametos anormales, originando una descendencia con
déficit o exceso de genes. Se distinguen dos tipos:
Los genes de un determinado fragmento cromosómico aparecen
invertidos. Si el fragmento invertido incluye el centrómero, la inversión se
denomina pericéntrica, si no lo incluye se denomina paracéntrica.
1. Inversiones.
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2. Translocaciones. Un fragmento cromosómico cambia de posición, trasladándose a
otro lugar del mismo cromosoma, a su homólogo o a otro cromosoma cualquiera. Si
la translocación
se produce de
un cromosoma
a
otro
no
homólogo
(lo
más frecuente)
y de éste al
primero,
se
denomina
translocación
recíproca; si el
fragmento
simplemente se
sitúa en otro
cromosoma diferente sin que exista reciprocidad, se denomina transposición.
Las
mutaciones
cromosómicas se pueden
detectar mediante bandeo
cromosómico, que consiste
en teñir los cromosomas
con determinadas tinciones
que hacen que aparezca un
patrón
de
bandas
transversales. Comparando
el patrón de bandas de un
cromosoma con el patrón
conocido
de
dicho
cromosoma, es posible detectar si se ha producido alguna modificación.
También es posible detectarlas estudiando como se emparejan los cromosomas
homólogos durante la meiosis:
-
Las deleciones y duplicaciones dan lugar a la formación de bucles (afectan a una
sola hebra de la doble hélice) y terminaciones escalonadas.
Las inversiones provocan la aparición de asas de inversión (afectan a las dos
cadenas de la doble hélice)
Las translocaciones dan lugar a “formas en cruz” cuando afectan a cromosomas
homólogos, o a “anillos” si ha habido una translocación múltiple.
c) MUTACIONES GENÓMICAS O NUMÉRICAS
Son las que afectan al número de cromosomas propio de una especie, ya sea
por exceso o por defecto. Por eso se pueden detectar fácilmente al estudiar el cariotipo
del individuo. Producen siempre alteraciones graves en los individuos que las padecen.
Las causas parecen estar relacionadas con una separación anormal de los cromosomas o
de las cromátidas durante la división meiótica. Se distinguen dos tipos: Aneuploidías y
Euploidías.
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ANEUPLOIDÍAS
No existe alteración del número de juegos cromosómicos completos, solamente
falta o sobra algún cromosoma. Se distinguen varios tipos:
a) Nulisomías (2n-2): Falta una
pareja
de
cromosomas
homólogos. Esta alteración tiene
efectos letales.
b) Monosomías (2n-1): Falta un
solo cromosoma.
c) Trisomías (2n+1): Existe un
cromosoma de más.
d) Tetrasomías (2n+2):
Existen
cuatro ejemplares del mismo
cromosoma.
Las aneuploidías se producen
mediante la fusión de un gameto
normal (n cromosomas) con otro que
posee n+1, n-1 o n+2 cromosomas.
Las alteraciones más tolerables son
las que afectan a cromosomas pequeños o a los sexuales.
EUPLOIDÍAS
Se trata de una alteración en el número de juegos cromosómicos (=conjunto
formado por un cromosoma de cada tipo, por lo que los individuos normales tendrán en
sus células somáticas dos de ellos). Pueden ser:
a) Monoploidías (=Haploidía). Únicamente existe un juego cromosómico
completo, es decir, n cromosomas. Esta es la situación habitual en algunas fases de los
ciclos vitales de los seres vivos (ej. gametos).
b) Poliploidías. La anomalía consiste en la existencia de más de dos juegos
cromosómicos. Pueden ser triploidías (3n cromosomas), tetraploidías (4n cromosomas),
etc.
Estas mutaciones originan un aumento del tamaño celular, que puede ir
acompañada de un aumento del tamaño corporal (muy frecuente en vegetales, de hecho
el 47% de las plantas angiospermas usadas para consumo humano lo son).
En animales, a pesar del aumento del tamaño las células no se produce un
significativo aumento de los órganos internos, alterando la funcionalidad de éstos.
Podemos distinguir dos modalidades de poliploidía:
-
Autopoliploidía. Cuando todos los juegos cromosómicos proceden de la misma
especie.
Alopoliploidía. Cuando los juegos cromosómicos proceden de dos especies
diferentes.
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El empleo de colchicina (una sustancia extraída del azafrán), inhibe la formación de
los husos acromáticos durante la división. Como consecuencia, los cromosomas no migran
a los polos celulares y permanecen juntos en una única célula; así, a partir de una célula
2n se pueden obtener células 4n y gametos 2n, cuya unión originará individuos 4n
(tetraploides).
AGENTES MUTAGÉNICOS
Son factores que aumentan sensiblemente la frecuencia de mutación en los seres
vivos. Actúan alterando o dañando la composición y la estructura del ADN. Los podemos
clasificar en tres grupos: físicos, químicos y biológicos.
1. Agentes Mutagénicos Físicos. Los más importantes son las radiaciones, que
podemos clasificarlas en no ionizantes e ionizantes.
- Radiaciones No Ionizantes. Son
los rayos ultravioleta (UV), un tipo
de radiación electromagnética, como
la luz, pero de menor longitud de
onda (160-400 nm), por tanto son
más energéticas que la luz.
-
Al absorber la luz ultravioleta el ADN celular, provoca la formación de enlaces
covalentes entre bases pirimidínicas contiguas, de modo que se forman dímeros de
timina.
- Radiaciones Ionizantes. Son radiaciones electromagnéticas de longitud de
onda inferior a los UV, tales como los rayos X y los rayos gamma (γ), las
partículas α y las β, así como los neutrones emitidos durante el proceso. Van
a provocar la pérdida de electrones en algunos átomos de ADN, que quedan
en forma de iones muy reactivos. Rompen los anillo de las bases
nitrogenadas, e incluso los enlaces fosfodiéster, con la consiguiente ruptura
del ADN y, por tanto, de los cromosomas.
Los efectos de las radiaciones ionizantes sobre los organismos pueden ser:
- Fisiológicos: Pueden producir cambios enzimáticos que alteren el metabolismo.
- Citogenéticos: Provocan alteraciones en la propia estructura de los cromosomas.
- Genéticos: Producidos por ionizaciones directas sobre la molécula de ADN,
originando radicales libres muy reactivos, que provocaran mutaciones en el ADN.
Agentes Mutagénicos Químicos. Numerosas sustancias químicas presentan
acciones mutagénicas (hidrocarburos policíclicos, aminas aromáticas, agentes
alquilantes, pesticidas, etc.). A diferencia de las radiaciones, los efectos son más
retardados. Los cambios que pueden provocar son de tres tipos:
2.
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a) Modificaciones de las bases nitrogenadas. Se producen reacciones de
desaminación, alquilación e hidroxilación que provocan emparejamientos erróneos.
El ácido nitroso (HNO2) provoca la eliminación de grupos amino; la hidroxilamina
añade grupos hidroxilo y el etilmetanosulfonato (EMS) y el gas mostaza añaden
grupos alquilo (metilo, etilo, etc.)
b) Sustituciones de bases. Están provocadas por análogos de bases nitrogenadas,
que provocan un emparejamiento erróneo durante la replicación. Entre ellos están
el 5-bromouracilo (que sustituye a una timina) y la 2-aminopurina (que se coloca
en lugar de una adenina).
c) Intercalación de moléculas en la cadena del ADN. Esto va a provocar un exceso de
nucleótidos en la hebra de nueva formación a partir del lugar de inserción, lo que
provocará la alteración de los tripletes que hay en ese lugar. Entre estas sustancias
están la acridina o la proflavina.
3. Agentes Mutagénicos Biológicos. Entre ellos destacan ciertos virus (retrovirus,
adenovirus, o el virus de la hepatitis B) y los transposones (=segmentos de ADN
móviles, pudiendo variar su posición dentro de un mismo cromosoma o incluso
trasladándose a un cromosoma distinto). Los transposones se han encontrado en
todo tipo de organismos, y pueden provocar la activación o inactivación de genes
no deseados al insertarse sobre genes que controlan el proceso de transcripción.
CONSECUENCIAS DE LAS MUTACIONES
1.- Mutaciones y Evolución.
La evolución es el proceso de transformación de unas especies en otras mediante
una serie de variaciones que se han ido sucediendo, generación tras generación, a lo largo
de millones de años. Según Darwin y Wallace, la evolución se produce por tres factores:
a) Elevada tasa de natalidad: Todas las especies tienen un potencial reproductor muy
alto, produciendo más descendientes de los que el ecosistema soporta, no llegando todos
a la edad adulta.
b) Variabilidad de la descendencia: Entre los descendientes de una misma pareja de
progenitores se pueden observar variaciones morfológicas y estas características se
transmiten a los descendientes.
c) Selección Natural: Los individuos más aptos sobreviven, transmitiendo sus
características a los descendientes.
Darwin y Wallace propusieron este mecanismo, pero no supieron explicar cómo se
originaba esa variabilidad sobre la que actúa la Selección Natural, ni como se mantenía
generación tras generación.
Hoy se sabe que los principales agentes de esa variabilidad son: la recombinación
genética y las mutaciones. Mediante la primera se consigue reordenar los genes que
ya existen en una población, mientras que con la segunda se produce la aparición de
genes en una población que antes no existían, ampliándose en gran medida las
posibilidades biológicas.
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Las mutaciones beneficiosas suelen pasar desapercibidas, por lo que las ventajas que
aportan se manifiestan lentamente. Se produce una sustitución lenta del gen original por
el gen mutado que proporciona ese beneficio, con un incremento en el número de
individuos que lo portan.
Se considera que las mutaciones génicas se acumulan en las poblaciones a un ritmo
constante, por lo que se pueden establecer diferencias entre secuencias de aminoácidos
de proteínas homólogas de distintas especias y el tiempo transcurrido. Evolutivamente,
las mutaciones más importantes son las que actúan de forma repetida sobre un
determinado gen y favorecen la aparición de cambios rápidos (a escala evolutiva).
La importancia de las mutaciones se pone de manifiesto durante el proceso de
adaptación de una población a un ambiente nuevo. En este caso, la presión del ambiente
aumenta progresivamente sobre cada individuo y favorece la supervivencia de aquéllos
que porten mutaciones adaptativas más favorables.
Las mutaciones cromosómicas poseen también gran interés en los procesos
evolutivos; como ejemplo, la mutación sufrida por fragmentos cromosómicos y su
posterior duplicación han hecho posible la aparición de diversas cadenas de hemoglobinas
y de la mioglobina humana y de los primates, a partir de una única globina ancestral.
Las mutaciones genómicas contribuyen a la evolución, fundamentalmente de
especies vegetales, que las toleran mejor que los animales.
También se ha comprobado que las uniones cromosómicas, como las producidas en
el cromosoma 2 humano, que procede de la fusión de dos cromosomas telocéntricos, que
aún se encuentran en primates superiores.
2. Mutaciones y cáncer
El cáncer es causado por un proceso de división celular sin control que provoca una
multiplicación rápida y desorganizada de las células (=tumor). Esta multiplicación conduce
a la destrucción del tejido afectado e, incluso, a la invasión de otros órganos
(=metástasis).
En el inicio de este proceso intervienen múltiples factores, pero no hay duda de la
relación que existe entre determinados cambios en el material genético y la aparición de
células cancerosas (que suelen presentar alteraciones cromosómicas, como deleciones,
translocaciones y roturas o uniones cromosómicas). Por otro lado, ciertos agentes
mutagénicos también son cancerígenos (radiaciones ionizantes y no ionizantes, ciertos
virus y determinados agentes químicos).
Aún no se conoce completamente el proceso por el que una célula normal se
convierte en cancerosa. Básicamente se producen defectos en determinados genes que
participan en la regulación y control de la división celular, por lo que ésta se descontrola y
se vuelve caótica. En este proceso intervienen dos tipos de genes:
a) Oncogenes. Provocan un aumento de las señales que estimulan la división celular,
sin que estén presentes los estímulos normales. Así se produce una proliferación continua.
La introducción de ADN de células cancerosas en células sanas provoca su transformación
en cancerosa. Hasta la fecha se han descubierto más de cincuenta oncogenes en varias
especies, incluida la humana.
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Actualmente se cree que estos genes proceden de otros, denominados
protooncogenes, los cuales codifican proteínas implicadas en determinadas etapas de la
división celular. La alteración de éstos por acción de agentes mutagénicos originaría a los
oncogenes activos.
b) Genes supresores de tumores. La mutación de estos genes (que codifican
proteínas inhibidoras de la división celular) estimula un aumento del ritmo reproductor de
las células. Los agentes mutagénicos podrían actuar en ambos sentidos y es probable que
para que se produzca un tumor sena necesarias varias mutaciones en diversos genes.
Además, la mutación en los genes implicados en codificar proteínas que intervienen
en la corrección de errores del ADN evitaría la reparación de éstos tras la actuación del
agente mutagénico y contribuiría en el desarrollo del tumor.
3. GENÉTICA MENDELIANA
3.1. CONCEPTOS BÁSICOS DE GENÉTICA
Carácter hereditario. Cada una de las particularidades morfológicas, fisiológicas o
moleculares que se pueden reconocer en un individuo y transmisible a la
descendencia.
Gen. Segmento de ADN que contiene información para determinar un carácter
biológico. Corresponde a lo que Mendel denominó “factor hereditario”. En los virus
sin ADN, los genes son segmentos de ARN.
Locus. Lugar que ocupa un gen en el cromosoma. Plural: loci.
Alelo. Cada una de las diferentes variedades que puede presentar un gen.
Haploide. Organismo en cuya dotación genética existe un solo gen para cada
carácter. En sus células solo se encuentra un ejemplar de cada tipo de cromosoma.
El número total de cromosomas distintos por célula constituye un juego de
cromosomas y se representa por “n”. Los gametos humanos son haploides.
Diploide. Organismo que posee dos genes para cada carácter en su dotación
genética. En las células somáticas existen dos copias para cada uno de los diferentes
cromosomas. Se representan por “2n”, siendo “n” el número de cromosomas
diferentes.
Cromosomas homólogos. Pareja de cromosomas que contienen los genes que
regulan un mismo grupo de caracteres. Cada miembro de la pareja procede de uno
de los progenitores.
Genes homólogos. Son los que controlan un mismo carácter y ocupan el mismo
locus en los cromosomas homólogos. En los organismos diploides se habla de “par de
alelos”.
Gen o alelo dominante. Gen cuya presencia impide que se manifieste la acción de
otro alelo distinto para el mismo carácter.
Gen o alelo recesivo. Gen que solo manifiesta su acción en ausencia de un alelo
dominante, es decir, solo manifiesta su fenotipo cuando se encuentra en
homocigosis.
Genes o alelos codominantes. Son alelos para el mismo carácter que poseen
idéntica capacidad para expresarse; cuando se encuentran juntos en el mismo
individuo se manifiesta la acción de ambos.
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Genotipo. Conjunto de alelos presentes en un organismo.
Fenotipo. Conjunto de manifestaciones de caracteres de un organismo. Depende del
genotipo y de la acción ambiental.
Homocigoto o Raza pura. En organismos diploides, aquel que, para un carácter,
posee ambos alelos iguales. Puede ser homocigoto dominante o recesivo.
Heterocigoto o Híbrido. En organismos diploides, aquel que, para un carácter,
posee ambos alelos diferentes. Si lo presentan en dos pares de genes se denominan
dihíbridos. Si se da en muchos genes se denominan polihíbridos.
Herencia dominante. Herencia en la cual hay alelos dominantes y alelos recesivos.
Los alelos dominantes se expresan aunque estén en heterocigosis. Los recesivos solo
se expresan cuando están en homocigosis.
Herencia intermedia. Herencia en la cual los alelos no presentan una dominancia
completa, de forma que los híbridos (heterocigotos) muestran un fenotipo intermedio
entre las dos razas puras.
Herencia codominante. Herencia en la cual los alelos se expresan con la misma
dominancia, de forma que los híbridos presentan las características de las dos razas
puras a la vez.
Retrocruzamiento y Cruzamiento prueba. Es el cruzamiento entre un individuo y
uno de sus parentales. Cuando el padre utilizado es homocigótico recesivo, se
denomina cruzamiento prueba. Se utiliza en los casos de herencia dominante para
averiguar si un individuo es homocigótico dominante o heterocigótico.
3.2. LOS EXPERIMENTOS DE GREGOR MENDEL
Siempre se ha observado que los hijos comparten algunas características en común
con sus padres y que solían transmitirse durante generaciones. Además, también son
antiguas las prácticas agrícolas y ganaderas para seleccionar aquellas razas o variedades
que presentan mayor interés para el consumo humano.
Todos estos hechos no se estudiaron de forma sistemática hasta la segunda mitad
del siglo XIX, cuando el monje agustino Gregor Mendel realizó una serie de experimentos
que desvelaron los fundamentos básicos de la transmisión de las características
biológicas.
Quiso comprobar si esta transmisión estaba determinada por algunas reglas. Para
ello llevó a cabo una serie de experimentos con plantas de guisante (Pisum sativum), que
cultivó en el huerto de su monasterio. La elección de esta especie resultó ser muy
adecuada, ya que:
Presenta un conjunto
de caracteres cualitativos muy bien definidos, que se
manifiestan de forman diferenciada y son fácilmente observables.
Tienen un tiempo de generación corto y, por tanto, la posibilidad de poder estudiar
varias generaciones sucesivas en poco tiempo.
Se obtienen numerosos individuos en cada generación, lo que permite realizar
estudios estadísticos fiables.
La posibilidad de reproducción por autofecundación, lo cual permite el conocimiento
preciso de los progenitores.
Su cultivo es sencillo y barato. Además se pueden conseguir fácilmente las distintas
variedades.
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Uno de los aciertos de Mendel consistió en centrar sus investigaciones en un solo
carácter en cada experimento, sin preocuparse de los otros. Este carácter estudiado fue
seguido durante varias generaciones.
Por otro lado, Mendel aplicó en su estudio el método científico: formulación de
hipótesis, elaboración de experimentos controlados y empleo de plantas control. Además
empleó las matemáticas en la expresión de los resultados, obteniendo frecuencias de
aparición de diferentes individuos. Este método en la actualidad resulta imprescindible en
cualquier estudio genético.
Resultados de sus experimentos
Mendel cruzó dos plantas diferentes de razas puras para la forma de la semilla
(semillas lisas y rugosas) y observó que todos los descendientes (F1 o primera generación
filial) tenían las semillas lisas.
En otra serie de experimentos, Mendel dejó que estas plantas se autofecundaran,
obteniendo una nueva generación en la que aparecían individuos de las dos variedades
originales: 1 de cada cuatro (25%) era de la variedad que había desaparecido en la F1, y
el 75% restante eran iguales al parental autofecundado.
Era evidente que el factor responsable del carácter estaba presente, aunque no se
manifestaba, en los híbridos de la F1 y que se transmitía a la F2.
Así demostró Mendel que cada carácter está determinado por dos factores
hereditarios y que los híbridos de la F1 debían haber recibido un factor de cada uno de los
progenitores. Además, estos factores se pueden separar al formarse los gametos y, tras la
fecundación, originar distintas combinaciones, incluida la que produce el parental
desaparecido en la F1.
3.3. LA FORMULACIÓN ACTUAL DE LAS LEYES DE MENDEL
Sus descubrimientos pueden resumirse en tres leyes, aunque fue otro investigador,
Carl E. Correns (1864-1933) quien las estructuró.
1ª Ley de Mendel o de la Uniformidad de los híbridos de la F1
Al cruzar dos individuos diferentes
homocigóticos, todos los descendientes de la
primera generación filial son idénticos entre
sí, con el mismo genotipo y fenotipo. Su
fenotipo es igual a uno de los progenitores.
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2ª Ley de Mendel o de la Segregación de los caracteres antagónicos en la
segunda generación filial (F2)
Ahora Mendel cruzó entre sí individuos de la
primera generación filial (Aa), obteniendo una
descendencia (F2) de individuos no uniforme,
debido a la separación (=segregación) de los alelos
implicados en el carácter estudiado, al formarse los
gametos.
Se produce la aparición del genotipo y
fenotipo del individuo de la generación parental que
había desaparecido en la F1 (aa).
Hay, por tanto, tres genotipos distintos: los
dos homocigóticos (con una frecuencia del 25%) y
el heterocigótico (con una frecuencia del 50%). En
cuanto a los fenotipos, hay dos posibilidades. Si un
alelo es dominante, existirá un 75% del fenotipo
correspondiente a él y un 25% del que corresponde
al recesivo. Si existiera codominancia entre ambos
alelos, las frecuencias fenotípicas corresponderían a las genotípicas.
Mendel no expresó sus resultados en porcentajes, sino en forma de razón. Así, la
existencia de un 25% de un tipo de individuos y de un 75% de otro tipo correspondería a
la razón 1:3.
3ª Ley de Mendel o de la Independencia de los caracteres.
Tras estudiar la herencia de un carácter,
Mendel estudió lo que sucedía para dos
caracteres (forma y color de las semillas). Volvió
a escoger dos razas puras (semillas lisas y de
color amarillo, y otra de semillas rugosas y de
color verde). Tras el cruce obtuvo una primera
generación uniforme, de semillas lisas y de color
amarillo. Dedujo que el factor amarillo es
dominante sobre el factor verde. Al cruzar ahora
plantas de la F1 entre sí obtuvo una F2 con
cuatro fenotipos distintos: lisas amarillas,
rugosas amarillas, lisas verdes y rugosas
verdes, así como dieciséis combinaciones
genotípicas.
Las
proporciones
obtenidas
siguientes:
Nº total de semillas: 566
Semillas lisas y amarillas: 315
Semillas lisas y verdes: 108
Semillas rugosas y amarillas: 101
Semillas rugosas y verdes: 32
fueron
las
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Ahora dividió todos los resultados por el menor, obteniendo:
315/32 ~ 9
108/32 ~ 3 101/32 ~ 3 32/32 ~ 1 (9:3:3:1)
Resultados similares se obtuvieron con otras parejas de caracteres, como el color de
las flores y la posición que ocupan en el tallo. Sin embargo, esta tercera ley tiene
excepciones, ya que en numerosos casos los caracteres no se transmiten de forma
independiente.
Las excepciones a la tercera ley
La transmisión independiente de los caracteres no siempre se cumple, es decir, que
muchos de ellos se transmiten juntos en la herencia. La explicación a esta excepción de la
tercera ley de Mendel, se comprende fácilmente considerando que al estar localizados los
genes en los cromosomas puede ocurrir que dos alelomorfos que rigen sendos caracteres
se hallen situados en la misma pareja de cromosomas homólogos. Esto es muy fácil que
ocurra si se tiene en cuenta que las parejas de genes son bastante más numerosas que
los pares de cromosomas homólogos, por lo que cada una de estas parejas forzosamente
debe contener un gran número de alelos.
3.4. LA TEORÍA CROMOSÓMICA DE LA HERENCIA.
Cuando Mendel realizó sus experimentos, se desconocía lo que eran los genes (ni
existía el término), así como su localización en los cromosomas y el papel de la meiosis y
de los gametos en la transmisión hereditaria. Mendel publicó sus resultados en 1866 en
una revista de poca difusión y en un momento en el que el interés científico estaba
dirigido hacia otros temas como: la identificación de especies procedentes del Nuevo
Mundo, los experimentos de Pasteur sobre la no existencia de lageneración espontánea, o
la controversia entre las teorías evolucionistas de Lamarck y las de Darwin.
En 1900, pasados treinta y cuatro años de la publicación de los experimentos de
Mendel, en una de las coincidencias más sorprendentes de la investigación científica, tres
autores, De Vries, Correns y Tschermak, por separado y sin conocer previamente los
trabajos de Mendel, llegaron a las mismas conclusiones que él con sus experimentos.
Estos autores, al revisar la bibliografía científica existente, descubrieron la
publicación de los trabajos de Mendel, al que reconocieron sus descubrimientos y
publicaron las conclusiones de su estudio como meras confirmaciones de las Leyes de
Mendel.
En 1900, la comunidad científica ya estaba preparada para entender determinados
aspectos de la Biología. En 1902, Walter Sutton y Theodor Boveri, al observar el
paralelismo que había entre los “factores hereditarios” mendelianos y el comportamiento
de los cromosomas durante la meiosis y la fecundación, propusieron que dichos factores
se debían encontrar en los cromosomas. Esto se conoce actualmente como la teoría
cromosómica de la herencia de Sutton y Boveri.
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En 1909, William Bateson introdujo el término “genética” para designar la ciencia que
estudia los caracteres biológicos. Asimismo, Wilhem Johannsen propuso el término de
“gen” como sustitutivo del concepto de “factor hereditario” de Mendel. Así, un gen es un
factor que determina una característica biológica. Las diferentes variedades que existen
del gen que controla un determinado carácter se conocen como alelos.
LIGAMIENTO Y RECOMBINACIÓN
Según la tercera ley de Mendel, los diferentes caracteres hereditarios se transmiten
de forma independiente unos de otros. En realidad Mendel tuvo suerte al elegir caracteres
en los que esto se cumple siempre. En 1908 se descubrió una excepción clara a la tercera
ley. El color de las flores y la forma del grano de polen del guisante de olor Lathyrus
odoratus, se transmitían de tal forma que las frecuencias de la F2 eran muy diferentes a
las esperadas.
Fue Morgan, en 1910, el que encontró una explicación basada en su teoría
cromosómica de la herencia. En este año, Thomas Hunt Morgan inició sus trabajos con la
mosca del vinagre (Drosophila melanogaster). Este insecto solo tiene 8 cromosomas, uno
de ellos muy pequeño.
Experiencias de Morgan
Morgan encontró que había cuatro grupos de caracteres que tendían a heredarse
juntos, por lo que supuso que si los genes estaban en los cromosomas, entonces aquéllos
que están en el mismo cromosoma se heredarían juntos, proponiendo para ellos el
término de genes ligados. Cada especie animal o vegetal tiene muchos más pares de
genes que pares de cromosomas. Obviamente, debe haber muchos genes en cada
cromosoma. Así, por ejemplo, el hombre tiene 23 pares de cromosomas, algunos grandes
y otros pequeños, pero millares de genes. Los cromosomas se heredan como unidades y,
por tanto, los genes de cualquier cromosoma tienden a ser heredados juntos.
La existencia de genes ligados fue demostrada por Morgan en el año 1911,
investigando la herencia del color del cuerpo (gris b+>negro b) y de cierta anomalía de las
alas, denominadas alas vestigiales o reducidas (normales vg+>vestigiales vg), de la
mosca de la fruta Drosophila
melanogaster. Realizó el siguiente
cruzamiento:
Todos los individuos de la F1,
eran iguales (por lo que se cumplía
la 1ª ley de Mendel), de genotipo
heterocigoto (b+b vg+vg) y de
cuerpo gris y alas normales, lo cual
significa que estos caracteres (color
del cuerpo gris y alas normales) son
dominantes.
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A continuación permitieron el cruzamiento entre dos individuos pertenecientes a la
F1, esperando obtener una segregación fenotípica mendeliana (9:3:3:1), tal y como
postulaba la 3ª ley de Mendel; sin embargo, el resultado obtenido no se correspondía con
el esperado para una herencia independiente, y tampoco para el caso de que estos genes
se heredases ligados.
Para tratar de explicar la causa de esta desviación, realizaron un retrocruzamiento
entre una hembra dihíbrida (b+b vg+vg) de la F1 con un macho homocigótico recesivo (bb
vgvg). Este cruzamiento que nos permite fijarnos en el progenitor dihíbrido, ya que el otro
produce únicamente gametos que portan el alelo recesivo y, por tanto, no determinan el
fenotipo de la descendencia. Los resultados obtenidos en este cruzamiento tampoco
correspondían a los esperados.
La
explicación
dada
por
Morgan fue “sencilla”: los genes
implicados en la transmisión de estos
caracteres se encuentran en un
mismo cromosoma, es decir, están
ligados, pero este ligamiento no es
total.
Esto
significa
que
los
resultados obtenidos son posibles
siempre que los cromosomas en los
que se encuentran situados los genes implicados intercambien fragmentos, lo que se lleva
a cabo como resultado del sobrecruzamiento realizado durante la Profase I. El resultado
del sobrecruzamiento es el intercambio de genes (=recombinación genética), que conduce
a la formación de nuevas combinaciones de genes.
COMPARACIÓN ENTRE LOS RESULTADOS ESPERADOS Y OBTENIDOS EN EL CRUZAMIENTO PRUEBA
Resultados
Esperados si la
herencia fuese
independiente
Esperados si el
ligamiento es
total
Fenotipos
+
+
%
Cuerpo gris, alas normales.
b b vg vg
25
Cuerpo gris, alas vestigiales.
b+b vgvg
25
Cuerpo negro, alas normales.
bb vg+vg
25
Cuerpo negro, alas vestigiales.
bb vgvg
25
Cuerpo gris, alas normales.
Cuerpo gris, alas vestigiales.
Cuerpo gris, alas normales.
Obtenidos
Genotipos
b+b vg+vg
bb vgvg
b+b vg+vg
+
Cuerpo gris, alas vestigiales.
b b vgvg
Cuerpo negro, alas normales.
bb vg+vg
Cuerpo negro, alas vestigiales.
bb vgvg
50
50
41’5
8’5
8’5
41’5
Explicación
La hembra debería producir cuatro
tipos
de
gametos
(b+vg+,b+vg,bvg+,bvg)
que
se
combinarán al azar con los del
macho (todos bvg), dando como
resultado una descendencia con
segregación fenotípica 1:1:1:1
Si los genes se encuentran en el
mismo cromosoma, tienden a
heredarse juntos. La hembra
producirá solo dos tipos de
gametos (b+vg, bvg), que tras la
fecundación
con
el
gameto
masculino (bvg) darían origen a
una
descendencia
cuya
segregación fenotípica sería 1:1
En el 83% de los descendientes
no ha existido recombinación,
apareciendo las características de
los progenitores, y sólo en el 17%
existe recombinación y aparecen
combinaciones fenotípicas nuevas.
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En el caso descrito, los alelos dominantes (b+-vg+) están en
el mismo cromosoma, y los recesivos (b-vg) en el cromosoma
homólogo. Se dice, en este caso, que los genes se encuentran en
fase de acoplamiento, y se representan b+vg+/bvg. Puede darse
el caso contrario: que el alelo dominante de una pareja alélica y
el recesivo de la otra se encuentren en el mismo cromosoma. Se
dice entonces que están en fase de repulsión (b+vg/bvg+).
Según la distancia existente entre los loci de ambos genes, se consideran dos
posibilidades: que haya ligamiento absoluto o que sea un ligamiento relativo.
El ligamiento es absoluto cuando la distancia entre ambos loci es tan pequeña que
no es posible un entrecruzamiento entre ellos. Ambos caracteres se heredan juntos y, en
caso de presentar una relación de dominancia, las proporciones fenotípicas de la F2 son
3:1, como si se tratase de un monohíbrido (del tipo Aa).
El ligamiento entre los genes responsables de dos caracteres es relativo cuando la
distancia entre los dos loci es tal que permite un entrecruzamiento entre ambos. En este
caso, la F2 de un dihíbrido (AaBb) que presenta ligamiento relativo dará lugar a cuatro
fenotipos distintos, pero en proporciones diferentes a las mendelianas (9:3:3:1); los
fenotipos parentales aparecerán en una proporción mayor a la esperada, mientras que los
fenotipos recombinantes lo harán en menor proporción.
Estas experiencias confirmaron plenamente la teoría cromosómica de la herencia,
haciendo compatible la tercera ley de Mendel con la agrupación de miles de genes ligados
en un solo cromosoma.
Los mapas cromosómicos muestran el orden lineal de los genes en los
cromosomas. En la especie humana se está llevando a cabo gracias al denominado
Proyecto Genoma Humano, uno de cuyos objetivos es determinar la ubicación exacta de
todos y cada uno de los miles de genes que posee el hombre.
Con estos resultados Morgan afirmó que:
Los factores que determinan los caracteres hereditarios (genes) se localizan en
los cromosomas.
Cada gen ocupa un lugar determinado en un cromosoma concreto, denominado
locus.
Los loci (plural de locus) para los distintos genes se encuentran situados
linealmente a lo largo de los cromosomas.
Los alelos se encuentran en los loci de los cromosomas homólogos; por esta
razón existe un para cada carácter.
La Teoría Cromosómica de la Herencia aportó una explicación citológica a los
resultados de los experimentos de Mendel.
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3.5. LA DETERMINACIÓN DEL SEXO.
Se consideran organismo con sexo a aquellos capaces de producir células sexuales
(gametos), que originan un nuevo individuo cuando se unen dos de diferente tipo. Los
individuos que generan gametos móviles (espermatozoides y anterozoides) son machos, y
los que generan gametos sésiles o inmóviles (óvulos y oosferas) son hembras. Los que
producen gametos de los dos tipos son hermafroditas.
El sexo de los individuos puede estar determinado de diferentes maneras, entre
ellas:
a) Determinación Cromosómica.
En este mecanismo, el sexo del individuo está determinado por una pareja de
cromosomas, llamados cromosomas sexuales o heterocromosomas: Cromosoma X y
Cromosoma Y.
La presencia de una pareja XX determina el sexo homogamético, todos los gametos
que producen los individuos de este sexo son iguales (X). La presencia de una pareja XY
determina el sexo heterogamético, cuyos individuos producen dos tipos de gametos, uno
con el cromosoma X y otro con el cromosoma Y. Dependiendo de que el sexo
heterogamético corresponda al macho o a la hembra, se distinguen dos tipos:
Machos heterogaméticos.
Corresponde a especies (equinodermos, moluscos,
dípteros, peces, anfibios y mamíferos, incluida la especie humana) en que el macho es
XY y la hembra XX, y a otras especies como los saltamontes, en las que el macho tiene
un solo heterocromosoma (XO) y la hembra tiene dos (XX). Dado que las hembras
tienen doble cantidad de genes del cromosoma X que el macho, para compensarlo
desactivan uno de ellos (impidiendo que se desespirilice), por eso aparece en forma de
corpúsculo que se tiñe intensamente (=corpúsculo de Barr).
Machos homogaméticos. Corresponde a especies, como en muchas aves y reptiles,
en las que el macho es XX y la hembra es XY. Para no confundir esta situación con la
anterior, la pareja de cromosomas sexuales del macho se simboliza como ZZ, y la
pareja de cromosomas sexuales de la hembra, como ZW. También se puede dar el
caso, como pasa en los lepidópteros, que la hembra solo tiene un heterocromosoma
(ZO) y el macho tiene dos (ZZ).
Podemos resumirlos en
tres grupos:
a)
Sistema
XX/XY,
donde el sexo femenino es
homogamético y el masculino
heterogamético. Ej. Humanos.
b)
Sistema
ZZ/ZW,
igual al anterior, excepto que
el sexo homogamético es el
individuo macho.
c)
Sistema
XX/XO,
donde el sexo heterogamético
solo tiene un cromosoma X, y el sexo homogamético puede corresponder tanto al macho
como a la hembra.
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b) Determinación por equilibrio genético (=relación entre cromosomas X y
autosomas).
En la mosca de la fruta (D.melanogaster) la determinación del sexo dependerá de
la relación que exista entre sus cromosomas X y el número de juegos de autosomas.
En las hembras ese cociente es igual a 1, mientras que en los machos es 0’5. Si el
cociente es diferente, los individuos serán intersexos (entre 0’5-1), supermachos
(menor de 0’5) o superhembras (mayor de 1).
Se denomina juego cromosómico, al conjunto formado por un cromosoma de cada
tipo; por tanto, cada juego cromosómico presenta n cromosomas.
c) Determinación por haplodiploidía.
Se da, por ejemplo, en las abejas. La reina puede
poner dos tipos de huevos: unos que proceden de
óvulos fecundados y, por tanto, son diploides, y otros
que proceden de óvulos sin fecundar, haploides. De los
primeros se pueden originar larvas que darán lugar a
hembras estériles (obreras) o larvas que darán hembras
fértiles (reinas), según sean alimentadas con miel o con
jalea real. De los huevos haploides surgen, por
partenogénesis, los machos (zánganos).
En este tipo de determinación, los machos tienen la
mitad de cromosomas que las hembras y producen sus
espermatozoides por mitosis y no por meiosis.
d) Determinación Génica.
En casos poco frecuentes, no hay diferencias cromosómicas entre macho y hembra,
y la determinación del sexo se produce con en cualquier otro carácter. Una o más
parejas alélicas determinan el sexo de las gónadas y otras son imprescindibles para el
correcto desarrollo de las características sexuales fenotípicas de los individuos.
Un ejemplo bien estudiado es el de la avispa Bracon hebetor, en el que las hembras
son siempre heterocigóticas, mientras que los machos son homocigóticos respecto de
una determinada pareja alélica.
e) Sexualidad en las plantas
En el caso de las plantas con flores hermafroditas y de las plantas monoicas (=con
flores masculinas y femeninas en el mismo pie), no hay determinación genética del
sexo de los individuos ni de sus células reproductoras (anterozoides y oosferas). Todas
ellas proceden por meiosis de idénticas células diploides.
En las plantas unisexuales o dioicas (=con individuos masculinos y femeninos
separados en pies distintos), como las palmeras, la determinación del sexo depende
generalmente de una pareja de genes.
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f) Determinación por inversión sexual
Se denomina inversión sexual al proceso por el que algunos organismos, durante
una época de su vida son de un sexo y después son del sexo contrario. Por ejemplo,
las gallinas (ZW) que han sufrido una destrucción de los ovarios a causa, por ejemplo,
de una enfermedad, carecen de hormona sexual femenina, desarrollan testículos y
adquieren espolones, cola con largas plumas, etc. Estos nuevos machos continúan
siendo ZW.
g) Determinación no genética del sexo
Aunque el sexo viene determinado fundamentalmente por mecanismos genético,
existen algunos casos en los que se encuentran implicados factores ambientales.
Entre ellos:
El gusano marino Bonelia viridis depende del destino de las larvas. Si caen en
los conductos genitales de una hembra de esta especie originarán machos, que
quedan en su interior y acaban por fecundarla. Si las larvas, por el contrario,
nadan libremente, se convertirán en hembras.
En peces del género Xophophorus, que cuando se produce una superpoblación
de hembras, algunas de ellas acaban por convertirse en machos para regular
las poblaciones.
En algunas especies vegetales, como en los equisetos, se desarrollan
características femeninas en ellos cuando las condiciones de humedad y
temperatura son buenas. En caso contrario se desarrollan con características
masculinas.
En algunos reptiles, como las tortugas, lagartos y cocodrilos, la temperatura
de incubación de los huevos determina la proporción de sexos. Así, por
ejemplo, el cocodrilo del Nilo suele poner entre 20-50 huevos que recubre con
vegetación cerca del río. Si la temperatura de incubación está por debajo de
un punto crítico (=27º C), nacerán solo hembras, mientras que si es superior a
ese punto, serán machos.
3.6. GENÉTICA HUMANA.
En la especie humana existen numerosos caracteres, tanto normales como
patológicos, que se heredan de la misma forma que en el caso de los guisantes estudiados
por Mendel: estos caracteres se dice que tienen una herencia mendeliana.
Algunos, como los grupos sanguíneos, la capacidad de enrollar la lengua o el color
de los ojos, están regulados por genes localizados en autosomas, por lo que presentan
una herencia autosómica. Otros, como la hemofilia o el daltonismo, dependen de genes
localizados en cromosomas sexuales (X o Y), por lo que su herencia se encuentra ligada
al sexo (heredar un carácter está unido a la condición masculina o femenina).
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a) HERENCIA AUTOSÓMICA
Herencia autosómica dominante. Determinados caracteres y algunos trastornos
hereditarios se deben a la presencia de alelos dominantes en los autosomas, tanto en
homocigosis (AA) como en heterocigosis (Aa). En estos casos, la condición de fenotipo
normal frente a un trastorno, como la acondroplasia (=tipo de enanismo causado por
una degeneración del cartílago), la manifiesta el genotipo homocigoto recesivo (aa), ya
que el alelo recesivo a es más predominante en la población humana que el alelo
dominante A. Cuando el alelo dominante es letal y causa la muerte durante la infancia
o juventud, antes de alcanzar la madurez sexual, no se transmite a la descendencia y
acaba por desaparecer de la población.
Ejemplos de este tipo de herencia:
- Ojos oscuros sobre azules.
- Cabellos negros sobre rubios.
- Capacidad de doblar la lengua sobre la incapacidad de hacerlo.
- Polidactilia (tener más de cinco dedos por miembro)
Herencia autosómica recesiva. Se conocen numerosos caracteres y trastornos
genéticos que se heredan como rasgos recesivos y, por tanto, solo se manifiestan en
aquellos individuos que tienen la condición de homocigoto recesivo (aa), mientras que
los AA y Aa poseen fenotipos normales en relación con la enfermedad. En estos casos,
los heterocigotos Aa reciben el nombre de portadores.
El factor Rh es un ejemplo de carácter (no trastorno) que presenta herencia
genética autosómica recesiva, que está regulado por un gen con dos alelos, R y r (R>r).
El alelo R codifica para la síntesis de un factor proteico en la membrana del eritrocito,
mientras que el alelo r carece de esa capacidad. Existen dos fenotipos posibles:
- Los individuos que presentan este factor proteico se denominan Rh+ (su
genotipo será RR o Rr).
- Los individuos que no lo poseen se llaman Rh- (su genotipo será rr).
Algunos ejemplos de este tipo de herencia:
Albinismo sobre pigmentación normal.
Sordomudez congénita sobre fenotipo normal.
Anemia falciforme sobre fenotipo normal.
Fibrosis quística (alteración de los canales de Cl- que genera un exceso de mucus
en las vías respiratorias).
- Galactosemia (incapacidad de convertir la galactosa de la leche en glucosa)
-
Herencia autosómica determinada por una serie alélica.
En este caso, el gen responsable del carácter “grupo sanguíneo” ha
experimentado mutaciones diferentes que ha permitido la existencia de tres alelos,
denominados A,B y O (cero), también denominados IA, IB e i, donde IA= IB> i. Como
cada individuo no puede tener más de dos alelos (por ser diploide), uno en cada
cromosoma homólogo, son posibles varios genotipos, de forma que los grupos sanguíneos
A, B, AB y O, son los distintos fenotipos que corresponden a las distintas combinaciones
genotípicas.
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Los alelos A y B codifican sendas proteínas de membrana que presentarán los
glóbulos rojos de cada uno de sus correspondientes grupos sanguíneos, mientras que el
alelo O no codifica para ninguna proteína, y las personas con este grupo sanguíneo
carecerán de ella en sus eritrocitos.
b) HERENCIA LIGADA AL SEXO
La explicación de que el sexo de
muchas especies depende de los
cromosomas sexuales radica en el
hecho de que el cromosoma X y el
cromosoma Y son muy distintos. En
ellos
se
distingue
un
segmento
homólogo (=apareante), es decir, con
genes para unos mismos caracteres, y
un
segmento
diferencial
(=no
homólogo).
Los caracteres definidos por genes
localizados en el segmento diferencial
del cromosoma X se denominan
caracteres ginándricos, que van a dar lugar a la llamada herencia ginándrica, como es
el caso del daltonismo y la hemofilia, enfermedades provocadas por un gen recesivo
situado en el segmento diferencial del cromosoma X; dado que el número de genes
ligados al segmento diferencial del X es más numeroso, que el de los ligados al Y, se
generaliza como herencia ligada al sexo toda la que se encuentra ligada al cromosoma X.
Los que dependen de genes localizados en el segmento diferencial del cromosoma
Y, caracteres holándricos, y herencia holándrica a la que depende de ella, ya que se
manifiesta solo en varones, como la presencia de pelos en las orejas, o la ictiosis
(=enfermedad de la piel caracterizada por la formación de escamas y cerdas). El
segmento homólogo es el que permite el emparejamiento (sinapsis) de los cromosomas X
e Y durante la meiosis. Los genes de este segmento tienen una herencia parcialmente
ligada al sexo.
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Herencia del Daltonismo
El daltonismo se caracteriza por una ceguera parcial para los colores, que dificulta
distinguir el color verde del rojo. Está regido por tres genes ginándricos recesivos. Un gen
da lugar a la ceguera para el color rojo (=protanopía), otro provoca la ceguera para el
color verde (=deuteranopía) y el tercero da lugar a ceguera para los dos colores
(=tritanopía). En la población actual hay un 8% de hombres daltónicos (6%
deuteranópicos y un 2% de protanópicos), y tan sólo un 0’4% de mujeres daltónicas. La
tritanopía es muy rara.
Herencia de la Hemofilia
Se trata de una enfermedad hereditaria que se caracteriza porque la sangre no se
coagula. En el 98% de los casos es debida a genes ginándricos, es decir, situados en el
segmento diferencial del cromosoma X.
Hasta hace pocos años era muy frecuente que los niños hemofílicos no llegaran a
la edad adulta. La hemofilia está regida por tres genes que determinan tres tipos
diferentes de enfermedad:
Hemofilia A. Se debe a la escasez del factor de coagulación VIII. Constituye el
83% de los casos existentes.
Hemofilia B. Se debe a la escasez del factor de coagulación IX. Constituye el
15% de las personas afectadas.
Hemofilia C. Se debe a la escasez del factor de coagulación XI, que depende
de un gen autosómico y, por tanto, no está ligada al sexo. Constituye el 2%
del total de hemofílicos.
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b) HERENCIA INFLUIDA POR EL SEXO
En ocasiones, un mismo carácter autosómico presenta diferente dominancia
dependiendo del sexo del individuo. Un ejemplo muy conocido es el de la calvicie. Las
mujeres heterocigóticas no son calvas, pues en ellas el alelo para la calvicie es recesivo.
Sin embargo, los varones heterocigóticos son calvos, ya que en ellos este alelo es
dominante. En una familia con calvicie hereditaria debida al gen C, la mayoría de los
hombres serán calvos y solo algunas mujeres tendrán menos cabello, especialmente
después de la menopausia.
4. PROBLEMAS DE GENÉTICA
1.- Dados los siguientes genotipos: AABb; AaBb; AaBbCcDD, Aa, AabbCcDDEe.
¿Cuántos gametos diferentes se podrán formar?
2.- En una población de moscas del vinagre, el color de los ojos puede ser azul o
normal. Cuando se cruzan una hembra de ojos normales con un macho de ojos azules,
el color de toda la descendencia es normal. Tres parejas de esta descendencia dieron los
siguientes individuos: 137 azules y 420 normales. ¿Qué conclusiones se obtienen de
estos datos, sobre la herencia del color de los ojos en la mosca del vinagre? Si se coge
una mosca de esas 420, ¿cómo se puede saber su genotipo?
3.- Por qué Mendel eligió los guisantes para realizar sus experimentos? ¿Cuál fue la
metodología que utilizó?
4.- En el maíz, los caracteres hoja lustrosa y ausencia de raíces secundarias están
controlados por dos genes diferentes. Cuando se cruzan dos líneas puras, una de hojas
lustrosas y otra con raíces secundarias, se obtiene una descendencia de fenotipo normal.
¿Qué segregación fenotípica se espera en la F2?
5.- Un varón sordomudo se casa con una mujer normal para dicho carácter. La
madre de la mujer era sordomuda y el padre normal. Del matrimonio nace un hijo normal.
El alelo responsable de la enfermedad es recesivo con respecto al alelo normal. Razona
cómo será el genotipo de todos los individuos citados.
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6.- Un agricultor pretende obtener una variedad de plantas de pimiento de tallo
gigante y fruto de color rojo. Para ello, cruza una planta de tamaño normal y pimiento
rojo, homocigótica dominante para los dos caracteres, con otra planta de tamaño gigante
y fruto de color amarillo, homocigótica recesiva para los dos caracteres. ¿Conseguirá
obtener dicha variedad? ¿En qué generación se obtendrá? ¿Con qué proporción
aparecerá?
7.- Una mujer del grupo B tienen tres hijos con un hombre del grupo A, el mayor es
del grupo 0, el mediano es del grupo AB y el menor del grupo A. ¿Puede ser el hombre el
padre de todos los niños? Si la madre es Rh negativo y el padre Rh negativo. Si el
mediano es Rh positivo, ¿puede ser su hijo? Justifica todas tus respuestas.
8.- Dos personas con visión normal tienen una hija con visión normal y un hijo
daltónico. Si cada uno de estos individuos de la primera generación filial forma una
familia con otra persona de visión normal, ¿en cuál de las dos familias hay probabilidades
de que aparezcan hijos con daltonismo? Justifica tu respuesta.
9.- La hemofilia es una enfermedad recesiva ligada al sexo, la fibrosis quística es
una enfermedad recesiva autosómica. Un matrimonio normal tiene varios hijos, uno de
los cuales padece las dos enfermedades. ¿Podrá tener hijas hemofílicas? ¿Cuál será la
proporción de hijos con fibrosis quística?
10.- Contesta las siguientes preguntas:
A) ¿Es posible que D. José Pérez haya heredado el cromosoma X de su abuela materna? ¿Por
qué?
B) ¿Es posible que el Sr. D. José Pérez haya heredado el cromosoma Y de su abuelo paterno?
¿Por qué?
C) ¿Es posible que el Sr. D. José Pérez haya heredado el cromosoma Y de su abuelo materno?
11.- Si una mujer cuyo padre padece hemofilia se casa con un hombre normal,
¿cuál es la probabilidad de que los hijos de este matrimonio sean hemofílicos?
12.- En la mosca los ojos grises están controladas por un gen dominante y ligado al
sexo. ¿Qué proporción fenotípica y genotípica se puede esperar en la F1 y F2 del cruce
entre un macho de ojos grises y una hembra de ojos normales?
13.- Los alelos Ia, i, Ib controlan la herencia de los grupos sanguíneos A,B, AB y 0,
mientras que los alelos R y r controlan el grupo Rh. Determina los fenotipos y sus
proporciones en la descendencia de los siguientes cruzamientos:
A) IaiRr
x
IbIbrr
B) iiRr
x
Iairr
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14.- El albinismo en la especie humana es la
ausencia de pigmento en el cabello, piel y ojos. En la
figura se representa la genealogía de una familia en la
que varias personas son albinas (círculos y cuadrados
de color violeta). Determine razonadamente a partir
de la genealogía:
a) Si el albinismo está determinado por un gen
dominante o recesivo.
b) Si está o no ligado al sexo.
15.- Una mujer tiene el pelo rizado y su marido tiene el pelo liso. Cuando se
enteran que van a tener un hijo se preguntan cómo será el pelo de éste. La madre
argumenta que lo tendrá liso porque el padre de ella (abuelo del futuro niño) tenía el pelo
liso. El marido responde que debería tenerlo rizado porque sus dos padres (los abuelos
paternos del futuro niño) tenían el pelo rizado. Sabiendo que se trata de un carácter
autosómico, determinar razonadamente: a) el tipo de herencia del carácter; b) el genotipo
de los individuos mencionados en el enunciado, siempre que sea posible. c) ¿Cuál es la
probabilidad de que el futuro hijo sea rizoso?
16.- El sistema de grupos sanguíneos eritrocitarios ABO está determinado
genéticamente por una serie alélica (alelos IA, IB, Io): Al grupo A le pueden corresponder
los genotipos IAIA e IAIo. Al grupo B le pueden corresponder los genotipos IBIB e IBIo; al
grupo AB le corresponde el genotipo IAIB y al grupo O le corresponde el genotipo I°I°.
En la familia de la figura se indican los grupos sanguíneos de cada individuo (los hombres
se representan con un cuadrado y las mujeres con un círculo). Uno de los miembros de la
genealogía tiene un grupo sanguíneo no explicable en base al tipo de herencia del
carácter. Indique cual es esa persona. Indique cual de estas dos explicaciones es la mas
probable: (1) La persona en cuestión es hijo/a extramatrimonial de la persona que figura
como su madre en la genealogía, (2) hubo una confusión (cambio de niño/a) en la clínica
en que nació esa persona.
17.- Mendel descubrió que el color amarillo de la semilla de los guisantes es
dominante sobre el color verde. En los siguientes experimentos, plantas con fenotipos
conocidos, pero con genotipos desconocidos, dieron lugar a la siguiente descendencia:
1) Amarilla x Verde = 82 Amarillas + 78 Verdes. 2) Amarilla x Amarilla = 118 Amarillas
+ 39 Verdes. 3) Verde x Verde = 50 Verdes. 4) Amarilla x Verde = 74 Amarillas. 5)
Amarilla x Amarilla = 90 Amarillas.
Según la proporción de descendientes, indíquense los genotipos más probables de cada
progenitor.
18.- En el ganado vacuno la falta de cuernos es dominante sobre la presencia de
cuernos. Un toro sin cuernos se cruzó con tres vacas. Con la vaca A, que tenía cuernos,
tuvo un ternero sin cuernos; con la vaca B, también con cuernos, tuvo un ternero con
cuernos; con la vaca C, que no tenía cuernos, tuvo un ternero con cuernos. ¿Cuáles son
los genotipos de los cuatro progenitores? ¿Qué otra descendencia, y en qué proporciones,
cabría esperar de estos cruzamientos?
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19.- A partir de un cruzamiento entre dos Drosophilas de alas normales se obtuvo 27
individuos de alas dumpy y 79 normales. a) ¿Cuál es la naturaleza del gen de alas dumpy?; b)
¿Cuáles eran los genotipos de los padres?; c) En un cruce entre una mosca dumpy de la F1 y uno
de sus padres ¿Cuántas moscas de alas normales se esperaría obtener de una descendencia de
120?
20.- Del matrimonio entre una mujer albina y un varón pigmentado, cuyo padre era albino,
nacieron dos gemelos bivitelinos. a) Calcular la probabilidad de que ambos sean albinos b) De que
ninguno sea albino c) De que uno sea albino y el otro pigmentado. Contestar a las preguntas
anteriores en el caso de que sean monovitelinos.
21.- En las gallinas de raza andaluza, la combinación heterocigótica de los alelos que
determina el plumaje negro y el plumaje blanco da lugar a plumaje azul. ¿Qué descendencia tendrá
una gallina de plumaje azul, y en qué proporciones, si se cruza con aves de los siguientes colores
de plumaje: a) Negro, b) Azul, y c) Blanco.
22.- Antirrhinum puede tener flores rosas, blancas o rojas. En la tabla se detallan los
resultados de una serie de cruces entre diversas plantas y los resultados obtenidos:
Roja x Rosa 126 Rojas y 131 Rosas; Blanca x Rosa 88 Blancas y 92 Rosas; Roja x Blanca 115
Rosas; Rosa x Rosa 43 Blancas, 39 Rojas y 83 Rosas.
¿Qué mecanismo genético puede deducirse de estos resultados?
23.- Una pareja decide tener 4 hijos. ¿Cuál es la probabilidad de que:a) Se cumpla el deseo
del padre de tener cuatro varones? b) Se cumpla el deseo de la madre de tener dos de cada sexo?
c) Se cumpla el deseo de la abuela de tener tres chicos y una chica? d) Si tuvieran un 5º hijo ¿Cuál
sería la probabilidad de que éste fuera varón?
24.- En la raza de ganado lechero Holstein-Friesian, un alelo recesivo r produce pelo rojo y
blanco; el alelo dominante R produce pelo blanco y negro. Si un toro portador es cruzado con vacas
portadoras, 1-determine la probabilidad de que a) el primer descendiente que nazca sea rojo y
blanco; b) los primeros cuatro descendientes sean blanco y negro. 2- ¿Cuál es la proporción
fenotípica esperada entre la progenie resultante de retrocruzar vacas F1 blanco y negro con el toro
portador? 3- Si el toro portador se cruza con vacas blanco y negro homocigóticas, ¿qué proporción
fenotípica puede esperarse entre la progenie resultante de retrocruzar las vacas de la F1 por el
macho portador?
25.- Se cruzan entre sí cobayas negros heterocigóticos Bb. a) Cuál es la probabilidad de que
los tres primeros descendientes sean alternativamente negro-blanco-negro o blanco-negro-blanco?
b) ¿Cuál es la probabilidad de producir entre tres descendientes, dos negros y uno blanco, en
cualquier orden?
26.- La corea de Huntington es una enfermedad rara, mortal, que aparece normalmente a
mediana edad. Se debe a un alelo dominante. Un hombre fenotípicamente normal, de poco más de
20 años, advierte que su padre ha desarrollado la corea de Huntington. a) ¿Cuál es la probabilidad
de que más tarde él mismo desarrolle la enfermedad? b) ¿Cuál es la probabilidad de que la
desarrolle su hijo al cabo del tiempo?
27.- Considere una serie de familias con dos hijos en las que los dos padres han
sido identificados como portadores de un alelo autosómico recesivo, dado que al menos
uno de los hijos muestra el fenotipo correspondiente. Al sumar todos los hijos de tales
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familias ¿Qué proporción de ellos mostrarán dicho fenotipo?
28.- El gen que determina el color amarillo del pelaje del ratón doméstico es
dominante sobre su alelo normal salvaje. El gen que determina la cola corta (braquiuria),
que se transmite con independencia del anterior, también es dominante sobre su alelo
normal salvaje. Los embriones homocigóticos para cualquiera de estos dos genes mueren
en fase embrionaria. ¿Qué proporciones fenotípicas se esperaría entre los descendientes
de un cruzamiento entre dos individuos de color amarillo y de cola corta? Si el tamaño
normal de la camada es de 8 crías, ¿qué número medio de crías cabría esperar en tales
cruzamientos?
29.- El color rojo de la pulpa del tomate depende de la presencia de un factor R
dominante sobre su alelo r, que da color amarillo. El enanismo se debe a un gen recesivo
d. Se dispone de una variedad de pulpa amarilla y tamaño normal y de otra enana y de
pulpa roja, ambas variedades puras. a) ¿Se podría obtener una variedad de pulpa roja y
de tamaño normal?; b) ¿y una de pulpa amarilla y enana?; c) ¿cuál se obtendría antes?
30.- Una planta de tallo alto, legumbre amarilla y semilla redonda se cruza con otra
enana, verde y redonda, dando lugar a 3/8 de plantas altas, verdes y redondas, 3/8 de
enanas, verdes y redondas, 1/8 de altas, verdes y rugosas y 1/8 de enanas, verdes y
rugosas. Dense los genotipos de los padres.
31.- Si dos pares de alelos se transmiten independientemente, siendo A dominante
sobre a y B sobre b, ¿cuál es la probabilidad de obtener: a) un gameto Ab a partir de un
individuo AaBb, b) un zigoto AABB a partir de un cruzamiento AaBB x AaBb, c) un gameto
Ab a partir de un individuo AABb, d) un zigoto AABB a partir de un cruzamiento aabb x
AABB, e) un fenotipo AB a partir de un cruzamiento AaBb x AaBb, f) un fenotipo AB a
partir de un cruzamiento AaBb x AABB, y g) un fenotipo aB a partir de un cruzamiento
AaBb x AaBB?
32.- El pelaje negro en los cocker spaniels está gobernado por un alelo B dominante
y el color rojo por su alelo recesivo b. El patrón uniforme del color está gobernado por el
alelo dominante de un locus S que se transmite independientemente y el patrón moteado
por su alelo recesivo s. Un macho de pelo color negro y uniforme se aparea con una
hembra con piel moteada y de color rojo y producen una camada de seis cachorros: dos
negro uniforme, dos rojo uniforme, uno negro moteado y uno rojo moteado. Determine
los genotipos de los progenitores.
33.- El carácter normal de pata hendida en los cerdos es producida por el genotipo
homocigótico recesivo mm. Un genotipo dominante M- produce una condición de pata de
mula. El color blanco del pelo está determinado por un alelo dominante de otro locus B y
el negro por su alelo recesivo b. Un cerdo blanco con pata de mula se cruza con una
hembra del mismo fenotipo. Entre la descendencia se encontraron seis cerdos blancos con
pezuña normal; siete negros con pata de mula; quince blancos con pata de mula y tres
negros con pezuña normal. Si se realiza el cruzamiento retrogrado de toda la F1 de color
negro con pata de mula ¿Qué frecuencia fenotípica podría esperarse entre la
descendencia?
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34.- Los ratones gordos se pueden producir por la acción de dos genes que se
transmiten independientemente. El genotipo recesivo ob ob produce un ratón estéril y
gordo llamado "obeso". Su alelo dominante Ob produce el crecimiento normal. El genotipo
recesivo ad ad también produce un ratón gordo y estéril denominado "adiposo" y su alelo
dominante Ad produce crecimiento normal. ¿Qué proporciones fenotípicas de gordos
frente a normales se espera que se produzcan en la F1 y F2 de cruzamientos entre
progenitores Obob Adad?
35.- En la F2 de dos variedades de maiz, obtenidas por el cruce de razas que
diferían en dos genes, se obtuvieron las siguientes
AB
Ab
aB
ab
segregaciones fenotípicas:
a)
117
26
18
7
b)
82
12
33
8
a) ¿Es significativa la desviación respecto de la
segregación 9:3:3:1 en cada caso? b) ¿Son
homogéneas las dos variedades?
36.- Se sabe que el color del pelaje en los ratones está determinado por varios
genes. La presencia de una banda amarilla de pigmento cerca de la punta del pelo se
llama patrón "agutí" y es producida por el alelo dominante A. La condición recesiva de
este locus (aa) no tiene esta banda subapical y se conoce como no agutí. El alelo
dominante de otro locus B produce color negro y el genotipo recesivo bb produce café. El
genotipo homocigótico cc restringe la producción de pigmento a las extremidades del
cuerpo en un patrón denominado Himalaya, mientras que el alelo dominante C permite
que el pigmento se distribuya sobre todo el cuerpo. Al cruzar ratones puros cafés, agutís y
patrón Himalaya con ratones puros negros no agutís, no Himalayas, a) ¿cuáles son las
proporciones fenotípicas esperadas en la F1 y en la F2? b) ¿Qué porcentaje de la F2
totalmente coloreada, negra y agutí se espera que sea de genotipo AaBBCc? c) ¿Qué
porcentaje de todos los ratones Himalaya de la F2 podrían mostrar el pigmento café? d)
¿Qué porcentaje de todos los agutís en la F2 podría esperarse que exhiban pigmento
negro?
37.- En el gato, los caracteres moteado (S) o no moteado (s), pelo corto (L) o pelo
largo (l) y color no diluido (D) o diluido (d) se deben a tres genes independientes. Se
realiza el cruce entre dos gatos de genotipos llSsdd y LlSsDd. a) ¿Cuál es la probabilidad
de obtener un gato de genotipo llssdd? b) ¿Cuál es la probabilidad de obtener un gato de
fenotipo pelo corto, moteado y no diluido?
38.- El cruzamiento entre dos gallinas andaluzas, una blanca y otra negra, produce
de color azul grisáceo una F1. La F2 produce fenotipos de color negro, azul grisáceo y
blanco, en número de 37 ,78 y 35 respectivamente. La F3 del cruce negra con negra de la
F2 produce 126 gallinas negras. Igualmente ocurre con el cruce entre blancas, que
producen 160 gallinas blancas. Si cruzamos un gallo azul grisáceo con una gallina blanca y
con otra negra, obtenemos gallinas negras, azul-grisáceas y blancas en número de 169,
341 y 172. Explicar el tipo de herencia.
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39.- Se cruzan dos líneas puras de conejos, siendo el macho procedente de una
cepa que presenta pelo largo, blanco y patas largas. La F1 tiene pelo corto, negro y las
patas cortas. Sabiendo que los tres loci que controlan estos caracteres son independientes
y autosómicos, deducir la probabilidad de que en la F2 se obtenga una camada de 10
individuos, 3 iguales a la línea parental masculina, 3 iguales a la línea parental femenina y
los 4 restantes de genotipo igual a la F1.
40.- En la especie humana la presencia de cierto mechón de pelo blanco es un
carácter influido por el sexo, dominante en el hombre y recesivo en la mujer. La
protanopia (tipo especial de ceguera al color rojo) está determinada por el alelo recesivo
de un gen situado en el segmento diferencial del cromosoma X. Un hombre con mechón
blanco y visión normal, cuyo padre carecía de dicho mechón, tiene descendencia con una
mujer sin mechón y con visión normal, cuyo padre carecía del mechón y tenía protanopia,
y cuya madre tenía el mechón.
a) Qué proporción de los descendientes serán hembras con mechón blanco y visión
normal?
b) Qué proporción de la descendencia serán machos con mechón blanco y
protanopia?
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