Genética

TEMA 10: GENÉTICA: LAS LEYES DE MENDEL
1. CONCEPTOS BÁSICOS
-
Genoma: conjunto de genes de una población
Genotipo: conjunto de genes de un individuo
Fenotipo: conjunto de caracteres observables de un individuo. El fenotipo es la
consecuencia de la interacción del genotipo con el medio ambiente.
Gen: fragmento de ADN con información para una proteína
Alelos: son las diversas formas posibles para un mismo gen. El alelo más
extendido se llama alelo normal o salvaje, y los otros son alelos mutados. En el
caso más frecuente y sencillo se presentan dos alelos.
Locus: lugar que ocupa el gen en el cromosoma
Cromosomas homólogos: es el par de cromosomas que poseen información de
los mismos caracteres. Son uno paterno y otro materno.
Caracteres cualitativos: son los que presentan dos alternativas claras o alelos.
Caracteres cuantitativos: son los que presentan muchas alternativas graduadas
entre dos valores extremos. Ej.: la altura.
Homocigosis (razas puras para un carácter): se produce cuando los dos genes
para el mismo carácter, en los cromosomas homólogos, son portadores del
mismo alelo.
Heterocigosis (híbridos para un carácter): se produce cuando los dos genes para
el mismo carácter, en los cromosomas homólogos, son portadores de alelos
distintos.
Dominancia/recesividad: un alelo es dominante sobre otro (que se denomina
recesivo) cuando en heterocigosis se impone sobre el otro, que queda oculto.
Codominancia: un alelo es codominante con otro cuando en heterocigosis
aparece un fenotipo intermedio, por tener los dos alelos la misma potencia para
expresarse.
Mutación es un error en la secuencia de bases del ADN de un gen, que puede
traducirse en una alteración de la proteína codificada por el gen.
Epigenética: conjunto de procesos que dan lugar al fenotipo a partir de un
genotipo y un medio ambiente determinado.
2. METODOLOGÍA EXPERIMENTAL
El procedimiento que siguió Mendel
para deducir sus leyes consistía en coger
guisantes y sembrarlos, seleccionando
siempre los que diferían en algún carácter
para reproducirlos entre ellos. De esta
forma y después de varias generaciones,
obtenía razas puras para un carácter (p. e.:
guisantes verdes, guisantes rugosos, etc.)
Para evitar polinizaciones indeseadas,
Mendel cortaba las anteras de las flores y
aplicaba el polen que quería en cada
estigma con un pincel. Cada grano de
polen desarrolla un tubo polínico y fecunda un óvulo. Cuando maduran los óvulos sólo
tenemos que contar los guisantes que hemos obtenido de cada tipo. Tendremos una raza
pura cuando todos los guisantes de todas las vainas den guisantes del carácter que
deseamos. El éxito de la metodología experimental que utilizaba Mendel se basaba en:
- Elección de una especie fácilmente reproducible y caracteres bien definidos
- Trabajo con muchos individuos
- Análisis estadístico de resultados
- Diseño de cruzamientos entre individuos que difieren sólo en un carácter
- Trabajo estadístico con conteo de resultados y proporciones.
El esquema típico de cruzamientos es el siguiente:
3. HERENCIA DE UN SOLO CARÁCTER
En primer lugar Mendel
cruzó
dos
variedades
homocigóticas (AA x aa)
de guisantes, que se
diferenciaban por su color.
Observó que todas las
plantas obtenidas en la 1ª
generación
filial
eran
iguales por lo que enunció
su primera ley.
Ley de la uniformidad de
la primera generación
filial: “los descendientes
del cruce entre dos
individuos homocigóticos
para un carácter, está
formada por individuos
iguales entre sí e iguales a
uno de los parentales”
Tras esto Mendel cruzó los individuos obtenidos entre ellos y obtuvo como resultado
que el 75 % de los individuos eran amarillos y el 25 % eran verdes. Y enunció la
segunda ley.
Ley de la segregación de los caracteres antagónicos en la 2ª generación filial: Los
individuos de la F2 son diferentes unos de otros debido a la segregación de los factores
responsables de dichos caracteres (alelos) que se separan y reparten entre los distintos
gametos”.
3.1. Codominancia
Cuando los dos alelos
del carácter implicado son
equipotentes
obtenemos
individuos iguales pero
distintos a los parentales, y
cuyo fenotipo es una
mezcla de los parentales.
En la F2 obtendremos ¼ de
individuos de un fenotipo,
¼ de otro fenotipo y ½ de
individuos con el fenotipo
intermedio.
4. RETROCRUZAMIENTO O CRUZAMIENTO PRUEBA
Es un procedimiento para
determinar el genotipo de
uno de los parentales
cuando tiene el fenotipo
dominante. Consiste en
cruzarlo con el doble
recesivo. Si el resultado es
que toda la generación filial
es igual significaría que el
genotipo buscado era un
homocigoto. Si el resultado
es que la mitad de la
generación es del fenotipo
recesivo y la otra mitad del
dominante significaría que
el genotipo buscado era un
heterocigoto.
5. HERENCIA DE DOS CARACTERES
Por último Mendel intentó
ver si la primera o la segunda
ley se veían modificadas
cuando se consideraban
simultáneamente
dos
caracteres.
Tras
el
cruzamiento de dos razas
puras que se diferenciaban en
dos caracteres, obtuvo un
dihíbrido en el que se
cumplía la primera ley.
Después cruzó dos dihíbridos
y obtuvo las siguientes
proporciones en el fenotipo:
9/16 : 3/16 : 3/16 : 1/16.
Considerando cada uno de
los dos caracteres por
separado se cumplía la
segunda ley pues se obtenían
¾ y ¼ de cada uno de los
fenotipos en cada carácter
considerado.
Así Mendel enunció la
tercera ley:
Ley de la independencia y
la libre combinación de los
factores hereditarios: “Los
distintos
caracteres
se
heredan independientemente
unos de otros debido a que
los factores responsables de
dichos caracteres (alelos) se
transmiten a la descendencia
por separado y se combinan
de todas las maneras
posibles”.
6. EXCEPCIONES A LAS LEYES DE MENDEL
6.1. Genes letales
Se trata de genes que cuando se expresan provocan la muerte del portador,
por tanto modifican las proporciones esperadas por la 2ª ley, es decir, modifican
la proporción esperada de 3:1. Sólo se estudian cuando son recesivos, pues si son
dominantes ocasionan la muerte de su portador siempre y por tanto desaparecen
con su portador. Los recesivos sólo aparecen en homocigosis recesiva dando
lugar al nacimiento de una cuarta parte menos de descendientes.
6.2. Series de alelos múltiples: sistema AB0
Se trata de genes con más de dos alelos, que obviamente modifican las
proporciones esperadas por la 2ª ley. El grupo sanguíneo tiene tres alelos, de los
que A y B son codominantes y dominantes a su vez sobre el grupo 0. (A=B)>0
6.3. Interacción entre genes. Epistasia
Se produce interacción entre genes cuando un carácter no depende de un
solo gen para expresarse. La epistasia es un caso particular en que la expresión
de un gen, llamado epistático, puede anular la expresión de los alelos de otro gen
que llamamos hipostático.
Por ejemplo aparece un gen epistático en ratones que determina si tienen
color o son albinos (C>c). Si en este gen el individuo es cc será albino y por
tanto se anula la expresión del otro gen que determina el color (gen hipostático
que determina el color: negro o marrón). Si por el contrario el individuo es CC o
Cc, se permite la expresión del otro gen y el ratón será negro o marrón.
7. HERENCIA DE 2 CARACTERES QUE ESTÁN EN EL MISMO PAR DE
CROMOSOMAS
Cuando los dos caracteres
estudiados se encuentran en el
mismo par de cromosomas
homólogos, no se cumplen las
leyes de Mendel porque los
alelos no se pueden repartir
independientemente
en
los
gametos. Entonces estaremos
ante el caso de genes ligados y
dependiendo de la distancia a la
que se encuentren los loci de
ambos genes (ubicaciones en el
cromosoma), hablaremos de
ligamiento absoluto o relativo.
En ausencia de sobrecruzamiento
las proporciones mendelianas
deberían ser 9:3:3:1, pero como
se ve en el ejemplo las
proporciones fenotípicas que aparecen son 3:1, pues el gen de alelos Aa, está ligado al
gen de alelos Bb, es decir van los dos “unidos”, y sólo se pueden separar si hay algún
sobrecruzamiento en la meiosis.
7.1. Ligamiento absoluto
Se produce cuando la distancia entre ambos loci es tan pequeña que es
prácticamente imposible en sobrecruzamiento entre los dos. Por tanto estos dos
caracteres se heredan juntos
7.2. Ligamiento relativo
Se produce cuando la distancia entre ambos loci es suficientemente grande para
que se pueda producir un sobrecruzamiento entre ellos.
8. TEORÍA CROMOSÓMICA DE LA HERENCIA
La teoría surge cuando se llega al convencimiento de que los genes están en los
cromosomas. Influyen sobre todo los trabajos de T. H. Morgan con la mosca de la fruta
(Drosophila melanogaster). Así cuando dos genes se encuentran en distintos pares de
cromosomas tienden a heredarse independientemente, siguiendo las leyes de Mendel.
Pero cuando dos genes se encuentran en el mismo par de cromosomas están ligados de
forma que tienden a heredarse juntos. Morgan comprobó que este ligamiento rara vez es
completo pues se ve alterado por el sobrecruzamiento en profase I.
9. HERENCIA DEL SEXO
En los animales que tienen reproducción sexual el sexo se hereda por la vía de los
cromosomas sexuales (heterocromosomas) que son diferentes en los diferentes grupos
se seres vivos:
- Los mamíferos tienen un par de cromosomas sexuales: XX (hembras), XY
(machos), de forma que los espermatozoides pueden llevar el X o el Y, mientras
que todos los óvulos llevan un cromosoma X. Esto hace que el número de
varones nacidos sea siempre aproximadamente igual al de hembras.
- Las aves y los reptiles tienen también un par de cromosomas, pero el sexo
homogamético (con gametos iguales) son los machos, de forma que los machos
son ZZ y las hembras ZW.
- Algunos insectos tienen un solo tipo de cromosoma sexual. Así cuando el
insecto es macho, es X, y cuando es hembra, es XX.
10. HERENCIA LIGADA AL SEXO
Los
cromosomas
sexuales tienen los genes
responsables
de
las
diferencias sexuales de
machos y hembras. Se
habla de genes ligados al
sexo porque la mayoría
de
los
genes
que
pertenecen a uno u otro
de estos cromosomas no
pueden combinarse independientemente por estar en el mismo cromosoma y en el
segmento diferencial.
Ambos cromosomas tienen un pequeño segmento homólogo, donde se sitúan los
mismos caracteres, pero la mayor porción la constituye el segmento diferencial, donde
hay caracteres exclusivos de uno u otro cromosoma.
- Genes holándricos: son los caracteres exclusivos del segmento diferencial del
cromosoma Y, y la mayoría son caracteres sexuales. Ej. Uno de los caracteres,
que en este caso no es sexual, es la hipertricosis de la oreja, carácter típicamente
masculino por el que la oreja se llena de pelo.
- Genes ginándricos: son los caracteres del segmento diferencial del cromosoma
X, y son genes de todo tipo que pueden afectar a la mujer y al varón. Así se
conocen varias anomalías asociadas a este cromosoma como la hemofilia o el
daltonismo.
TEMA 11: GENÉTICA MOLECULAR I: TRANSCRIPCIÓN Y
TRADUCCIÓN
1. DIFERENCIAS EN LA EXPRESIÓN GÉNICA ENTRE EUCARIOTAS Y
PROCARIOTAS
Los genes se expresan cuando se transcriben y se traducen, de forma que la primera
etapa de la expresión génica es la transcripción, que consiste en sacar una copia de un
fragmento del ADN en forma de ARN.
El procedimiento contrario se denomina retrotranscripción y lo realizan enzimas que
van dentro de los virus: las retrotranscriptasas. Consiste en fabricar un ADNc a partir
del ARN del virus.
PROCARIOTAS
EUCARIOTAS
GENES
Continuos
Exones + intrones
ADN
De fácil acceso
Difícil acceso. Muy empaquetado
ARNpol
Un solo tipo
LOCALIZACIÓN
TIPOS DE GENES
MADURACIÓN
3 tipos, una para cada tipo de ARN:
polI(r), polII(m) y polIII(t)
Transcripción y traducción en el Transcripción en el núcleo y
citoplasma
traducción en el citoplasma
Monocistrónicos (un ARNm lleva Policistrónicos (un solo ARNm da
una sola proteína codificada)
lugar a muchas proteínas)
Sólo se produce en el precursor del Se produce en los tres tipos de
ARNt y del ARNr
ARN.
2. ELEMENTOS DE LA TRANSCRIPCIÓN EN EUCARIOTAS
El proceso de la transcripción consiste en la síntesis de una molécula de ARN y para
ello hacen falta los siguientes elementos:
- Una cadena de ADN molde: de la doble cadena, una de ellas se denomina
hebra informativa y ayuda a la polimerasa a situarse al inicio de la región a
transcribir y la otra hebra es la hebra molde, que se lee en dirección 3’ Æ 5’, y a
partir de ella se obtiene una copia complementaria en ARN.
- Ribonucleótidos de A, G, C y U en su forma activada: ATP, GTP, CTP y UTP.
- Una ARN polimerasa. La enzima que sintetiza el ARNm es la ARNpolII, que
debe ser capaz de:
o Reconocer las secuencias promotoras, con ayuda de los factores de la
transcripción.
o Reconocer la hebra molde y colocar los ribonucleótidos
complementarios
o Catalizar el enlace éster
o Reconocer secuencias de terminación.
3. ETAPAS DE LA TRANSCRIPCIÓN DEL ARNm EN EUCARIOTAS
-
-
3.1. Iniciación: Para hacerla posible existen varios tipos de secuencias
reguladoras:
El promotor: es la región
más cercana al inicio de la
transcripción y contiene
secuencias que indican una
cuenta atrás para el inicio
de la transcripción, de
forma que la polimerasa
pueda saber cuándo debe
empezar
a
colocar
nucleótidos
complementarios.
Por
ejemplo
la
secuencia
TATA situada en -25. Hay
factores proteicos que se
unen a estas secuencias y
ayudan a la polimerasa a
encontrar el sitio de inicio
del gen.
Secuencias potenciadoras y
silenciadoras:
se
encuentran más lejos del
inicio y sobre ellas se sitúan factores activadores o inhibidores de la
transcripción. Los factores activadores desempaquetan la cromatina para hacer
accesible la hebra molde.
3.2. Elongación: La ARN pol II recorre la hebra molde en dirección 3’ Æ 5’
colocando 30-40 nucleótidos complementarios por segundo
3.3. Terminación: La ARN pol II reconoce secuencias de terminación como
TTATTT
4. MADURACIÓN
En el ARNm la maduración consiste en modificaciones para proteger los extremos de la
hebra, en la eliminación de los intrones y la alteración en algunas secuencias.
- El extremo 5’ se protege mediante la adición de una metil-G triP. Este
nucleótido terminal constituye una especie de caperuza que protege la hebra de
las enzimas nucleasas.
- El extremo 3’ se añade una cola de poliadeninas. (unos 170 nucleótidos de A)
- Los intrones son fragmentos del gen no codificados, por tanto es preciso
eliminarlos y unir los exones, para obtener las proteínas funcionales. A este
proceso se le denomina “splicing”. El orden de corte y pegado de exones puede
dar lugar a proteínas diferentes.
5. LA TRADUCCIÓN: EL CÓDIGO GENÉTICO
La traducción consiste en la descodificación del mensaje genético del ARNm para
que pueda sintetizarse una proteína. El código genético consiste en la correspondencia
que existe entre los nucleótidos y los aminoácidos. Los aminoácidos están codificados
por palabras de tres letras (tripletes o codones) de nucleótidos del ARNm.
SEGUNDA BASE
U
C
A
G
UUU Phe UCU
UAU Tyr UGU Cys U
P
T
UUC
UCC Ser
UAC
UGC
C
R
E
Leu
FIN
FIN
U
UUA
UCA
UAA
UGA
A
I
R
UUG
UCG
UAG
UGG Trp G
M
C
U
E
E
CUU
CCU
CAU His CGU
C
R
R
CUC Leu CCC Pro CAC
CGC Arg
C
A
A
A
CUA
CCA
CAA Gln CGA
G
CUG
CCG
CAG
CGG
U
B
B
AUU
ACU
AAU Asn AGU Ser
C
A
A
AUC Ile
ACC Thr AAC
AGC
A
S
S
AUA
ACA
AAA Lys AGA Arg A
G
E
E
AUG Met ACG
AAG
AGG
U
GUU
GCU
GAU Asp GGU
GUC Val GCC Ala GAC
GGC Gly C
G
A
GUA
GCA
GAA Glu GGA
G
GUG
GCG
GAG
GGG
Las características principales del código genético son:
- El código está degenerado o es redundante: hay 61 codones para codificar 20
aminoácidos (combinaciones con repetición de 4 elementos tomados de 3 en 3:
43=64), por lo que hay codones sinónimos.
- Es universal, pues se utiliza por todos los organismos conocidos.
- Todas los tripletes posibles tienen sentido y no son ambiguos, pues cada triplete
tiene siempre el mismo significado.
- El código es unidireccional, se lee siempre en sentido 5’ Æ 3’ y los tripletes
están colocados en serie, sin solapamientos.
- En los anticodones se produce
el “balanceo”: apareamientos
defectuosos de la tercera base
del anticodón. Esto permite
que haya menos ARNt que
tripletes, pues un mismo tipo
de ARNt
puede unirse a
distintos tripletes del ARNm,
que se diferencian sólo en la
tercera base. La unión de las
dos
primeras
bases
complementarias de codón y
anticodón es suficiente para
establecer el reconocimiento en
el ribosoma. No obstante también hay diferentes ARNt con anticodones distintos
que aceptan el mismo aminoácido y se denominan isoaceptores.
6. ENZIMAS MEDIADORAS DE LA TRADUCCIÓN
La traducción necesita un diccionario que establezca la correspondencia entre
tripletes y aminoácidos. Esta correspondencia la establecen las enzimas que cargan los
ARNt con los aminoácidos adecuados.
Por tanto se deben producir dos
reconocimientos específicos:
-
Aminoacil ARNt sintetasa (enzimas que cargan los ARNt): existen 37 enzimas
diferentes de este tipo y cada una es capaz de reconocer un ARNt distinto y
cargarlo con su aminoácido específico. Para ello la enzima tiene dos centros
activos o lugares de reconocimiento: un lugar para el aminoácido y otro para un
bucle lateral del ARNt. Tras coger los dos cataliza el enlace del extremo 3’ del
ARNt con el extremo ácido del aminoácido.
-
Ribosomas: facilitan el reconocimiento codón-anticodón entre el ARNm y el
ARNt.
7. ETAPAS DE LA TRADUCCIÓN
7.1. Iniciación: se produce con la formación del complejo de iniciación. Este se
construye con la unión de la subunidad pequeña del ribosoma al ARNt
iniciador, que va cargado con el aminoácido metionina. Después la
subunidad pequeña reconoce la caperuza de metilGTP y se une al ARNm
por su extremo 5’. Finalmente se unen las dos subunidades dando lugar al
complejo.
7.2. Elongación: consiste en la entrada de sucesivos ARNt cargados con
aminoácidos y en la formación de la cadena por la formación de enlaces
peptídicos. Estos enlaces son catalizados por la enzima peptidil transferasa
que está en el ribosoma.
7.3. Terminación: se produce cuando aparece en la secuencia del ARNm un
triplete de STOP. En ese momento un factor proteico de terminación se une
al codón de STOP y la cadena de proteína formada se suelta.
8. MADURACIÓN DE LAS PROTEÍNAS
Consiste en el plegamiento de la proteína, con formación de enlaces (puentes de S,
puentes de H, …) de la estructura terciaria, las modificaciones de aminoácidos, los
cortes o eliminaciones de secuencias señal o códigos de destino, la unión de las diversas
unidades que forman la estructura cuaternaria y la adición de grupos prostéticos o
coenzimas.
TEMA 12. GENÉTICA MOLECULAR: LA REPLICACIÓN DEL
ADN. MUTACIONES Y CÁNCER
1. CARACTERÍSTICAS DE LA REPLICACIÓN
La replicación del ADN consiste en la fabricación de copias exactamente iguales, de
forma que se transmita lo más fidedignamente posible la información génica a las
células hijas. Para ello es necesario separar las dos hebras en algún punto de la cadena,
que denominamos origen de replicación (Ori C). La separación de las dos hebras da
lugar a una burbuja de replicación, que está formada por dos horquillas de replicación.
Características:
Es bidireccional: la cadena se replica simultáneamente en los dos sentidos
desde el origen de replicación.
Es semiconservativa: cada una de las dos células hijas conserva una hebra.
2. REPLICACIÓN EN PROCARIOTAS
Se produce desde un único origen de replicación, abriéndose una burbuja donde las
dos hebras del ADN sirven como molde para sintetizar cadenas complementarias. Las
horquillas de la burbuja se van separando en sentidos opuestos hasta que termina la
replicación al cabo de media hora.
A diferencia de esto, en eucariotas hay varios orígenes de replicación y cinco
tipos de ADN polimerasa (α, β, γ, σ, ε)
3. ELEMENTOS DEL REPLISOMA
El replisoma lo constituye un conjunto de enzimas y proteínas, que junto con la
ADN pol se encargan de realizar la replicación. Son:
Las helicasas: enzimas que rompen los puentes de hidrógeno para separar las
hebras y abrir una burbuja de replicación.
Girasas y topoisomerasas: eliminan tensiones al permitir que se desenrolle la
doble hélice. Así no se producen superenrollamientos en el resto de la cadena.
Una girasa es como dos topoisomerasas: corta las dos cadenas y quita vueltas
Proteínas SSBP: se unen a las hebras desenrolladas, impidiendo que formen
nuevos puentes de H y vuelvan a hibridarse.
ADN pol III: polimeriza, es decir va colocando nucleótidos. La ADN pol II
repara el ADN dañado por agentes mutágenos, mientras que la ADN pol I
ayuda en la polimerización de los extremos 3’ libres y repara errores.
ARN pol: inicia el proceso de replicación.
Desoxirribonucleótidos triP de A, G, C y T.
4. PROBLEMAS DE LA ADNpol III EN LA REPLICACIÓN
Se presentan varios problemas en el modo de funcionar de la ADN pol III:
La ADNpolIII sólo lee en dirección 3’ Æ 5’, y la replicación debe ser
bidireccional. La forma de solucionar este problema consiste en dirigirse hacia
la horquilla de replicación y volver en dirección 3’ Æ 5’ leyendo y
-
-
polimerizando un fragmento. Después vuelve a irse hacia la horquilla y
sintetiza un nuevo segmento (fragmentos de Okazaki)
La ADN polIII no sabe empezar a leer, pues su actividad consiste en
comprobar en primer lugar si el último nucleótido está bien puesto y en
segundo lugar colocar el siguiente complementario. Para resolver este
problema, es una ARNpol (primasa) la que empieza siempre la copia,
colocando unas decenas de nucleótidos (cebador o primer) y después se retira
dejando el sitio a la ADNpolIII. La consecuencia es que quedan siempre
fragmentos de ARN en las nuevas hebras y por tanto deben ser eliminados en
un segundo momento y sustituidos por fragmentos de ADN, cosa que hace la
ADNpolI.
En procariotas el ADN es circular y no hay extremos, pero en eucariotas, como
consecuencia del problema anterior, los extremos 3’ se quedan sin polimerizar
y en cada copia se pierde cierto número de nucleótidos, por lo que el número
de copias no puede ser ilimitado. Esta es una de las razones de que la vida de la
célula se tenga que acabar. Algunas células como las células madre y las
células cancerígenas consiguen resolver este problema con enzimas que se
colocan en los extremos 3’ y suministran un soporte sobre el que añadir los
nuevos nucleótidos (telomerasas)
5. CORRECCIÓN DE ERRORES
Polimerización
ERRORES 1/106
AGENTES ADN pol I y III
Actividad
autocorrectora
1/108
ADN pol I y III
Corrección postreplicativa
1/1010
Complejo enzimático del replisoma
El primer nivel de corrección lo hacen las polimerasas al tiempo que van
polimerizando pues su actividad consiste en comprobar el último nucleótido y después
colocar otro nuevo. Si detectan un error en el apareamiento, eliminan el último
nucleótido colocado y vuelven a introducir el adecuado (corrección de pruebas).
La corrección postreplicativa se realiza tras la sustitución de los cebadores. Para
detectar un nucleótido mal colocado, la ADN pol I debe primero diferenciar la cadena
molde de la nueva. Esto lo puede hacer porque en la cadena molde están metiladas la
adeninas de las secuencias GATC, lo que no ocurre en la nueva cadena durante un
tiempo. En caso de encontrar un error, una endonucleasa del complejo corta un
segmento que incluye el error y la ADN pol I rellena el hueco. Por último una ligasa
une el extremo del fragmento nuevo.
6. MUTACIONES
Son alteraciones en el ADN.
6.1. Mutaciones según su alcance
Haploides o monoploides: pierden un juego
GENÓMICAS: nº de juegos
Diploides: especies haploides que ganan un juego
(Euploidías)
Poliploides: (bastante frecuente en plantas)
Nulisomías: en un par hay cero
Nº de cromosomas Monosomías: en un par hay uno
CROMOSÓMICAS
Trisomías: en un par hay tres
(Aneuploidías)
Delecciones o adiciones: varía el nº de genes
Forma
Inversiones: varía la disposición de los genes
Transposiciones o translocaciones: Id.
Delecciones
Inserciones
GÉNICAS O PUNTUALES
Sustituciones Transiciones (pur x pur o pir x pir)
Transversiones (pur x pir)
6.2. Mutaciones génicas según sus efectos sobre las proteínas
Intrones o chatarra génica
SILENCIOSAS tripletes sinónimos
Sitio activo: posible efecto letal si la
proteína es importante
- Cambia 1 aminoácido
(sustituciones)
Otras zonas: repercusiones variadas
PATENTES
- Cambian muchos aminoácidos: cambios totales en las proteínas
(inserciones o delecciones: cambia el cuadro de lectura)
- Cambios en la producción de la proteína
(zonas reguladoras, por activación o inhibición de transcripción)
6.3. Mutaciones génicas según su causa
- Despurinaciones: pérdida de bases púricas por
- Fluctuaciones
rotura del enlace N-glucosídico
AGENTES
térmicas
- Desaminaciones: convierten C en U y A en HX
FÍSICOS
- Rayos UV UVA: produce radicales libres, que son mutágenos
UVB: produce dímeros de T y C
- Radiaciones ionizantes: rayos γ, rayos X, rayos cósmicos, y
partículas subatómicas (protones, etc.): producen la rotura del ADN
- Benzopireno: se inserta entre las hebras de ADN (combustiones)
AGENTES
- Ácido nitroso: induce desaminaciones de C y A
QUÍMICOS
- Agentes alquilantes: metilan las bases, como las aflatoxinas de
Aspergillus (un hongo)
- Radicales libres, dioxinas, asbestos, etc.
AGENTES BIOLÓGICOS: como bacterias, transposones y virus
7. CÁNCER
7.1. Glosario
-
Totipotencia: cualidad de las células madre que les permite dividirse
indefinidamente y diferenciarse para convertirse en cualquier tejido.
Apoptosis: muerte celular programada que puede ser inducida en las células
cuando sus mutaciones no pueden ser reparadas.
Protooncogenes: son genes normales, pero implicados de una u otra manera
en la producción de proteínas que intervienen en la división celular. Cuando
estos genes mutan se convierten en oncogenes. Los protooncogenes son genes
que codifican para gran diversidad de proteínas:
o Genes que codifican para proteínas disparadoras de la división celular
(factores de crecimiento celular internos o externos)
o Genes que codifican para receptores de membrana de factores de
crecimiento externos.
o Genes que codifican para proteínas que propagan la señal de crecimiento
desde el receptor de membrana hasta el núcleo
o Secuencias reguladoras de los genes anteriores, así como los factores
potenciadores o silenciadores de esas secuencias.
-
Genes supresores de tumores: son genes que codifican para proteínas (como
la P53), encargadas de reparar mutaciones y si esto no es posible, desencadenar
la apoptosis.
-
Micro ARNs: son pequeños ARNs de 20 a 25 nucléotidos de longitud que
pueden controlar la expresión de los oncogenes regulándolos negativamente.
-
Por esa razón, las mutaciones en los micro ARNs pueden llevar a la activación
de los oncogenes.
Tumor primario: se llama tumor benigno y puede permanecer así por tiempo
indefinido. Al cabo de los años una de cada millón de células sufre alguna
mutación y prolifera más. Cuando algunas células mutan y pueden abandonar
la masa tumoral para acceder al torrente sanguíneo, se instalan en otros tejidos
y producen tumores secundarios. Proceso al que llamamos metástasis.
7.2. Desarrollo del cáncer
Son necesarias al menos dos mutaciones sucesivas para dar lugar a un cáncer,
una mutación en protooncogenes y otra en genes supresores, aunque habitualmente
se producen muchas más mutaciones sucesivas en estirpes celulares en continua
división: en los genes de las polimerasas, en enzimas del replisoma, en proteínas del
sistema de reparación de errores, etc. Llega un momento en que se digieren las
proteínas de anclaje de la matriz y las células cancerígenas migran a otros tejidos,
originando tumores secundarios.
En los últimos años se ha visto que en muchos cánceres, las mutaciones se han
iniciado en las células madre, no en cualquier célula del tejido. Y son estas células
madres desprogramadas las que vuelven a reproducir el cáncer, aunque lo
eliminemos con cirugía.
TEMA 13: BIOTECNOLOGÍA
1. CONCEPTOS BÁSICOS
-
Biotecnología: procesos tecnológicos que utilizan seres vivos y que implican la
manipulación deliberada del material genético, para mejorar el rendimiento de
esos seres vivos o bien obtener nuevos productos de ellos.
Plásmidos: son pequeños ADN circulares de las bacterias, que no contienen
información vital para su funcionamiento. Suelen contener información sobre
defensa contra antibióticos.
Células madre: son las células del organismo que conservan su capacidad de
división indefinida y al mismo tiempo sus descendientes tienen cierta capacidad
de diferenciación hasta convertirse en tejidos concretos. A la capacidad de
diferenciación y división hasta formar un individuo completo le llamamos
totipotencia.
CÉLULAS
TIPOS
Zigoto
POTENCIA Totipotente
Todas las
células del
DA
LUGAR A: feto y la
placenta
MADRE
Célula Madre
embrionaria
(del blastocisto)
Pluripotente
Cualquier célula,
pero no puede
dividirse
hasta
formar
un
individuo completo
DIFERENCIADAS
Presentan identidad
fija
Célula madre
adulta o
histoespecífica
Multipotente
Ninguna
Puede diferenciarse Células iguales
en células de una ella
familia de tejidos
(célula progenitora)
que no se dividen
indefinidamente
Cuando una célula madre adulta se divide, da lugar a una célula madre idéntica y
a una célula progenitora. Esta última se diferencia pero no se va a poder dividir
indefinidamente.
2. PROCESOS: TÉCNICAS DE INGENIERÍA GENÉTICA Y CELULAR
2.1. Tecnología del ADN recombinante
El ADN recombinante es cualquier ADN formado por la unión de fragmentos de
origen diferente. Para poder fabricar estas moléculas de ADN son necesarias
a
técnicas que nos permitan seleccionar, cortar, pegar, reproducir y secuenciar
fragmentos de ADN. Las herramientas básicas son:
- Endonucleasas de restricción: son enzimas específicas de cada tipo de bacteria
cuya función consiste en cortar moléculas de ADN por puntos específicos
determinados por la presencia de secuencias típicas. Su función en las bacterias es
cortar el ADN vírico cuando se produce una infección. Se conocen más de cien. Las
secuencias por las que cortan son secuencias palindrómicas y tras el corte los
extremos que quedan pueden volver a unirse (extremos pegajosos o cohesivos)
Ej.: ECOR1 es la endonucleasa de restricción de la bacteria E. coli y corta por
secuencias AATT.
- Ligasas: son enzimas que unen los extremos de los fragmentos de ADN creando
enlaces fosfodiéster en los puntos de unión.
2.2. PCR
Se denomina “reacción en cadena de la polimerasa” y utiliza polimerasas de
bacterias extremófilas que viven en manantiales de altas temperaturas.
La técnica se utiliza para obtener una gran cantidad de copias de ADN a partir de
unas pocas moléculas. Así cuando hay restos biológicos, por mínimos que sean,
podemos extraer ADN de los núcleos celulares y amplificarlo, haciendo muchas
copias, de forma que tengamos una cantidad suficiente para estudiarlo.
El procedimiento consiste en echar en un tubo de ensayo: el ADN de la muestra,
las polimerasas, nucleótidos y cebadores. Tras esto calentamos y enfriamos en
ciclos, de forma que al calentar se desnaturalice el ADN, es decir, se separen las
hebras, y al comenzar a enfriarse actúen las polimerasas, duplicando el material
genético
2.3.Electroforesis en gel
Procedimiento que sirve para separar fragmentos de ADN de diversa longitud.
Se basa en la capacidad de los fragmentos de ADN para migrar en un gel de agarosa
sometido a un campo eléctrico. Los fragmentos de ADN son ligeramente negativos
y tienden a migrar hacia el polo positivo. Los más pequeños avanzarán más a través
del gel que los más grandes, por lo que obtendremos una columna formada por
barras transversales, cada una estará constituida por fragmentos de la misma
longitud. (algo similar a un código de barras).
Huella génica: como hay fragmentos del ADN que sólo se diferencian de unos
individuos a otros en el número de repeticiones de determinadas secuencias fijas
(VNTR: repeticiones en tandem en número variable, o microsatélites, como
CAGCAGCAGCAGCAGCAG…, que se repiten a veces cientos de veces),
podemos comparar muestras de esas zonas en diversos individuos para ver
coincidencias
2.4. Clonación del ADN
Clonar el ADN significa realizar muchas copias de un fragmento de ADN. Pero el
esquema completo de esta técnica consiste en:
1. Seleccionar bacterias con plásmidos de defensa contra un antibiótico concreto
haciéndolas vivir en un cultivo con ese antibiótico.
2. Romper sus membranas y centrifugar para extraer los plásmidos; después
cortarlos con endonucleasas de restricción.
3. Juntar los plásmidos cortados con las copias de fragmentos de ADN a clonar.
Añadimos ligasas y así obtendremos plásmidos recombinantes
4. Introducimos los plásmidos obtenidos en bacterias (transformación) y después
seleccionamos las que tienen el plásmido echándolas en un cultivo con el
antibiótico.
Por este procedimiento podemos obtener bibliotecas de ADN si juntamos
muchos plásmidos con todos los fragmentos obtenidos del corte con endonucleasas
de restricción del ADN de una célula. Los plásmidos son utilizados como “vectores
de expresión” (contenedores adecuados para introducir el gen en otra célula y que se
exprese) pero hay otros que son virus o combinaciones de ADN de virus y
plásmidos (cósmidos).
3. APLICACIONES
3.1. Producción de proteínas
Se realiza mediante la utilización de bacterias transgénicas, a las que se les ha
introducido un plásmido con el gen que nos interesa. También se puede hacer con
levaduras, que tienen la maquinaria propia de eucariotas. De esta forma se producen
hormonas del crecimiento, interferón, insulina o antígenos para la fabricación de
vacunas.
3.2. OGM’s
En animales se insertan genes en el cromosoma que regula la producción de
proteínas de la leche, para que produzcan leche con diversos fármacos. Otra práctica
típica es la creación de animales “knockout”: se trata de animales experimentales
con un alelo mutante no funcional que inactiva ese gen. De esta manera se puede
estudiar el papel de un gen en el organismo.
Cuando la modificación genética afecta a todas las células del animal, hablamos
de animal transgénico, si sólo afecta a algunas células lo llamamos quimera
transgénica.
En plantas se ha desarrollado mucho más la creación y comercialización de
productos obtenidos con plantas transgénicas. El vector que se utiliza es
Agrobacterium, una bacteria capaz de transferir plásmidos con genes a eucariotas de
forma natural. De esta forma se han creado:
- Plantas con insecticida Bt (obtenido con un gen de Bacilus thuringensis) como
maíz o soja
- Patatas con amilopectina sólo (sin amilosa), lo que les hace más resistentes
- Plantas con resistencia a herbicidas (soja, maíz)
- Arroz con vit-A.
3.3.Terapia génica
Consiste en transferir genes o modificar su expresión usando vectores. Se puede
hacer
- In vivo: inyección de genes o de vectores.
-
Ex vivo: extracción de células de un tejido, inserción de un gen mediante el
vector y posterior reimplantación de las células transgénicas en el tejido.
3.4. Terapia celular
Consiste en introducir células madre modificadas genéticamente. El procedimiento
consiste en:
1. Se extrae un núcleo de una célula del paciente
2. Se inyecta en un óvulo enucleado
3. El “zigoto” así formado forma un blastocisto
4. Cualquier célula del blastocisto se utilizará para generar un tejido para
autotransplante.
En un primer momento se investigó con la clonación de células embrionarias del
blastocisto. En la actualidad también se investiga en la creación de CMPI (células
madre Pluripotentes inducidas). Estas células se obtienen a partir de células
diferenciadas de la piel, que se reprograman añadiéndole los 4 genes que las
diferencian de las células madre pluripotenciales y, en última instancia, también se
obtienen añadiéndoles las 4 proteínas que codifican esos genes. De esta forma se
intentan evitar los problemas éticos que pueda suscitar la investigación con células
embrionarias.
4. IMPLICACIONES ÉTICAS, ECOLÓGICAS Y ECONÓMICAS
La ingeniería genética ha despertado múltiples interrogantes. Algunos de ellos ya se
han contestado, pero hay otros en los que todavía hay muchos puntos de vista y un gran
desacuerdo.
4.1. Implicaciones éticas: debemos contestar a preguntas como:
- ¿Es lícita cualquier manipulación? (Ej. Gallinas sin plumas, peces
fluorescentes, mascotas a la carta, etc.)
- ¿Quién tiene derecho a conocer nuestro ADN? (El Estado, las compañías de
seguros, otros particulares, etc. )
- ¿Los consumidores tienen derecho a saber si los alimentos que ingieren
contienen transgénicos?
4.2. Implicaciones ecológicas
- Difusión de genes a especies silvestres a través del polen
- Paso de insecticidas a las cadenas tróficas
- Contaminación de las capas freáticas por herbicidas asociados a plantas
resistentes genéticamente.
- Microorganismos capaces de metabolizar contaminantes
4.3. Implicaciones económicas
- Introducción de genes que ahorran abonos (genes nif), insecticidas (genes
bt), herbicidas, etc.
- Dependencia de las semillas de multinacionales por la introducción de
“genes terminator” en las especies comerciales.