,... - - "'" ............ - .... Prefacio xxv a:. ~ -- ':f ~ Mitosis y meiosis 2.1 La estructura de la célula está íntimamente ligada con la función génica 20 Límites celulares 20 El núcleo 21 ::l 1 Introduccióna la Genética 1 1.1 De Mendel al DNA en menos de un siglo 2 El trabajo de Mendel sobre la transmisión de los caracteres 3 La teoría cromosómica de la herencia: conectando Mendel y meiosis 3 Variación genérica 4 La investigación de la natnraleza química de los genes: ¿DNA o proteínas? 5 1.2 Eldescubrimiento de la doble hélice inició la era del DNA recombinante 5 La estructura del DNA y del RNA 5 Expresión génica: del DNA al fenotipo 6 Las proteínas y la función biológica 6 Conectando genotipo y fenotipo: la anemia falciforme 7 1.3 La genómica tuvo su origen en la tecnología del DNA recombinante 8 Fabricando moléculas de DNA recombinante y donando el DNA 8 Secuenciando genomas: el Proyecto Genoma Humano 9 1 1.4 1.5 1.6 El impacto de la biotecnología está creciendo 10 Vegetales, animales y suministro de alimentos 10 ¿A quién pertenecen los organismos transgénicos? 11 Biotecnología en genética y medicina 11 Los estudios genéticos confían en la utilización de organismos modelo 13 La serie actual de organismo modelo en genética 13 Organismos modelo y enfermedades humanas 15 Vivimos en la «Era de la Genética» 16 16 Genética, tecnología y sociedad Resumen del capítulo 17 Problemasy preguntas a discusión Lecturasseleccionadas 18 .. 17 ..~...~....... 2 ... ... r -- -~ Genes,cromosomas y herencia .... ~ 2.2 2.3 2.4 19 El citoplasma y sus orgánulos 22 En los organismos diploides, los cromosomas forman parejas homólogas 23 La mitosis reparte los cromosomas en las células hijas 25 La interfase y el ciclo celular 26 Profase 27 Prometafasey metafase 27 Anafase 27 Telofase 28 La meiosis reduce el número de cromosomas de diploide a haploide en las células germinales y en las esporas 30 Panoramade la meiosis 31 La primera división meiótica: la profase 1 31 Metafase, Anafase y Telofase 1 32 La segundadivisión meiótica 33 2.5 El desarrollo de los gametos varía durante la espermatogénesis y la oogénesis 34 2.6 La meiosis es esencial para el éxito de la reproducción sexual en todos los organismos diploides 35 2.7 La microscopía electrónica ha revelado la naturaleza citológica de los cromosomas mitóticos y meióticos 36 Cromatina y cromosomas 36 El complejo sinaptinémico 37 Resumen del capítulo 39 Ideas y soluciones 39 - - - X Contenido Problemas y preguntas a discusión 41 Problemas extra-picantes 42 Lecturas seleccionadas 42 3 Genética mendeliana 3.1 Mendel utilizó un modelo experimental para abordar el estudio de los patrones de herencia 44 El Crucemonohíbrido revela como se transmite un 3.2 43 carácter de generación en generación 44 Los tres primeros principios de Mendel 46 Terminología genética actual 46 Planteamiento analítico de Mendel 47 Tablero de Punnett 48 3.3 3.4 3.5 3.6 3.7 3.8 3.9 El cruce prueba: Un carácter 48 El crucedihíbrido de Mendel reveló su cuarto postulado: la transmisión independiente La transmisión independiente 50 El cruce prueba: dos caracteres 52 Loscrucestrihíbridos demuestran que los principios de Mendel son aplicablesa la herencia de caracteres múltiples 52 El método de la bifurcación en línea o esquema ramificado 52 El trabajo de Mendel fue redescubiertoa principios del siglo xx 54 La correlaciónde los postuladosde Mendel con el comportamiento de los cromosomasconstituyó el fundamento de la genética de la transmisión moderna 54 Factores, genes y cromosomas homólogo s 55 La transmisión independiente da lugar a una gran variación genética 56 Lasleyes de probabilidad nos ayudan a explicar los fenómenos genéticos 57 Las leyes del producto y de la suma 57 Probabilidad condicional 58 El teorema binomial 58 3.10 Lasgenealogías humanas revelan patrones de herencia 62 Convenciones en las genealogías Análisis de genealogías 63 ::: Genética, tecnología y sociedad 59 65 La enfermedad de Tay-Sachs: un trastorno molecular recesivo en la especie humana 65 Resumen del capítulo 66 Ideas y soluciones 66 Problemas y preguntas a discusión 69 Problemas extra-picantes 71 Lecturas seleccionadas 72 4 Ampliaciones de la genética mendeliana 73 4.1 Losalelos modifican los fenotipos de maneras diversas 74 4.2 Losgen éticos utilizan una gran variedad de símbolospara los alelos 75 Con dominancia incompleta, ningún alelo es dominante 76 4.3 4.4 El análisis de ji-cuadrado evalúa la influencia del azar en los datos genéticos 62 4.5 Interpretación de los cálculos de X2 60 4.6 En la codominancia,es muy evidente la influencia de ambos alelos en el heterozigoto 77 En una población puede haber genes con alelos múltiples 77 El grupo sanguíneoABO 77 Los antígenosA y B 78 El fenotipo Bombay 80 Ellocus white en Drosophila 80 Losalelos letales son genes esenciales 81 Mutacionesletalesdominantes 82 . 4.7 La combinaciónde dos pares de genes implicados en dos modos de herencia modifican la proporción 9:3:3:1 82 4.8 A menudo los fenotipos están afectados por más de un gen 83 Epistasia 84 Patrones de herencia únicos 85 .. ... Contenido ~ 4.9 4.10 4.11 4.12 = Fenotiposnuevos 87 Otrasproporciones dihíbridas modificadas 88 Laexpresión de un solo gen puede tener efectos múltiples 89 Elligamiento al X se refiere a genes del cromosoma X 90 Ligarnientoal X en Drosophila 90 Ligamientoal X en la especie humana 92 Enla herencia limitada e influenciada por el sexo, el sexo del individuo influye en el fenoptipo 93 El síndrome de Lesch-Nyhan: las bases moleculares de una rara enfermedad recesiva ligada al X 94 Laexpresión fenotípica no es siempre el reflejo directo del genotipo 95 Penetración y expresividad 95 Fondo genético: supresión y efectos de posición 96 Efectos de la temperatura 97 Efectos de la nutrición 97 Inicio de la expresión génica 98 Anticipacióngenética 98 Improntagenórnica (Paterna) 99 Genética, tecnología y sociedad 100 Mejoradel destino genético de los perros de raza Resumendel capítulo 101 1deasy soluciones 102 Problemasy preguntas a discusión 104 Problemasextra-picantes 108 Lecturasseleccionadas 110 5 100 Cartografía cromosómica en eucariotas 111 5.1 Losgenes ligados en el mismo cromosoma se i segregan juntos 112 La proporción de ligarniento 113 5.2 Elentrecruzamiento es la base para determinar la distancia entre los genes en la construcción de mapas cromosómicos 115 Morgany el entrecruzamiento 115 Sturtevanty la obtención de mapas 117 XI Entrecruzamientos sencillos 117 Ladeterminación de la secuencia génica en la confección de un mapa se basa en el análisis de entrecruzamientos múltiples 119 Entrecruzamientos múltiples 119 Mapa de tres puntos en Drosophila 120 Determinación del orden de los genes 122 Un problema de cartografía en el maíz 124 5.4 la interferencia afecta a la recuperación de los intercambios múltiples 127 5.5 A medida que la distancia entre dos genes aumenta, los experimentos de cartografía se hacen más imprecisos 128 5.6 Los genes de Drosophila han sido ampliamente cartografiados 129 5.7 Elentrecruzamiento implica un intercambio físico entre cromátidas 130 5.8 La recombinación se produce entre cromosomas mitóticos 131 5.9 Entre cromátidas hermanas también se producen intercambios 133 5.10 En organismos haploides se puede realízar el análisis delligamiento y la confección de mapas 134 Mapas de gen a centrómero 135 Análisis de tétradas ordenadas respecto de desordenadas 137 Ligamiento y cartografía 137 5.11 Elanálisis de la puntuación lod y de la hibridación celular somática fueron históricamente importantes para confeccionar mapas de cromosomas humanos 140 5.12 Ahora es posible la cartografía de genes utilizando el análisis molecular del DNA 143 Cartografía de genes utilizando las anotaciones de las bases de datos 143 5.13 ¿Encontró Mendelligamiento? 143 ¿Por qué Gregor Mendel no encontró ligamiento? 144 Resumen del capítulo 144 Ideas y soluciones 145 Problemas y preguntas a discusión 147 Problemas extra-picantes 150 Lecturas seleccionadas 151 5.3 XII Contenido [} Ideas y soluciones 180 Problemas y preguntas a discusiÓn 182 Problemas extra-picantes 183 Lecturas seleccionadas 185 6 Análisis genético y mapas en bacterias y bacteriófagos 153 6.1 Las bacterias mutan espontáneamente y crecen a un ritmo exponencial 154 Laconjugación es una de las formas de recombinación en bacterias 155 Bacterias p+ y P- 157 Bacterias Hfr y mapas de cromosomas 159 Recombinación en cruces p+ X P-: revisión 162 El estado F' y los merozigotos 162 Elanálisis mutacional condujo al descubrimiento de las proteínas Rec, esenciales para la recombinación bacteriana 162 Losfactores F son Plásmidos 164 LaTransformación es otro proceso que da lugar a recombinación en Bacterias 165 El proceso de la transformación 165 Transformación y genes ligados 165 Los bacteriófagos son virus bacteria nos 165 Pago T4: estructura y ciclo biológico 167 El análisis de calvas 168 Lisogenia 169 Latransducción es una transferencia de DNA bacteriano a través de un virus 169 El experimento de Lederberg-Zinder 169 Naturaleza de la transducción 170 Transducción y mapas 171 Los bacteriófagos sufren recombinación intergénica 172 Mapas en bacteriófagos 173 En el fago T4 se produce recombinación intragénica 173 Ellocus rU del fago T4 174 Complementación entre mutaciones rU 174 Análisis de la recombinación 176 Prueba de deleciones dellocus rU 177 El mapa del gen rU 178 6.2 6.3 6.4 6.5 6.6 6.7 6.8 6.9 11 Genética, tecnología y sociedad 178 Genes bacterianos y enfermedades: de la expresión génica a las vacunas comestibles 178 Resumen del capítulo 180 7 Determinación del sexo y cromosomas sexuales 187 7.1 Diferenciación sexual y ciclos biológicos 188 Chlamydomonas 188 Zea mays 189 Caenorhabditis elegans 191 Los cromosomas Xe Yfueron relacionados por primera vez con la determinación del sexo a principios del siglo xx 192 Elcromosoma Y determina la masculinidad en los humanos 193 Síndrome de Klinefelter y Turner 194 Síndrome 47,XXX 195 Condición 47,XYY 195 Diferenciación sexual en humanos 196 El cromosomaY y el desarrollo masculino 196 La proporción de varones y mujeres en la especie humana no es 1,0 198 Lacompensación de dosis evita una expresión excesiva de los genes ligados al X en humanos y otros mamíferos 198 Corpúsculos de Barr 199 La hipótesis de Lyon 200 El mecanismo de la inactivación 201 La proporción de cromosoma X respecto de la dotación de autosomas determina el sexo en Drosophila 202 Compensación de dosis en Drosophila 204 Mosaicos en Drosophila 204 Lavariación de la temperatura regula la determinación del sexo en reptiles 205 7.2 7.3 7.4 7.5 7.6 7.7 11Genética, tecnología y sociedad 206 Una cuestión de género: selección del sexo en humanos 206 Resumen del capítulo 207 Contenido :):' '11 Vil "" 1 ,: " , ",' "., ilH . 2 qP :.(\,\ \, , ff ,:; ..." -,:,Q »c 08 1 . 5 B'1 \.(1 ! ¡jfi ud 14 15 28 ""'i "" 9 \'1' U\J ,. .." 21 [¡;¡ (In "" ,," .. ,. '1 11 12 ...¡¡ ¡¡ti iif, n i! 16 Ideasy soluciones 208 Problemasy preguntas a discusión Problemasextra-picantes 209 Lecturasseleccionadas 210 8 8.9 ;¡ 1:, ', \\ 011 21 íi " . 208 Mutacionescromosómicas: variaciónen el número y ordenación de loscromosomas 213 8.1 Terminologíaespecífica que describe las variaciones en el número de cromosomas 214 8.2 Lavariación en el número de cromosomas se origina por una no disyunción 214 8.3 Lamonosomía, o pérdida de un 5010cromosoma, puede tener graves efectos fenotípicos 215 Monosomíaparcial en la especie humana: el síndrome Cri-du-chat 216 8.4 Latrisomíaimplicala adiciónde un cromosomaa un genoma diploide 216 El síndromede Down 217 Síndromede Patau 219 Síndromede Edwards 220 Viabilidadde las aneuploidías en la especie humana 220 8.5 Lapoliploidía, en la que se encuentran más de dos dotaciones haploides de cromosomas, es predominante en 105vegetales 221 Autopoliploidía 222 Alopoliploidía 223 Endopoliploidía 224 8.6 Enla estructura y en la ordenación de 105 cromosomas se produce variaciones 225 8.7 Una deleción es la pérdida de una región de un cromosoma 226 8.8 Una duplicación es la repetición de un segmento de material genético 228 Redundanciay amplificación génica: genes del RNA ribosómico 228 La mutación ojo Bar en Drosophila 229 El papel de las duplicaciones génicas en la evolución 229 J \ Las inversiones reordenan XIII la secuencia lineal de 105 genes 231 Consecuencias de las inversiones en la formación de los gametos 232 Efecto de posición en las inversiones 233 Ventajas evolutivas de las inversiones 234 8.10 Lastranslocaciones alteran la localización de segmentos cromosómicos en el genoma 234 Translocaciones en la especie humana: el síndrome de Down familiar 235 8.11 En la especie humana los lugares frágiles son susceptibles de roturas cromosómicas 236 Síndrome del X frágil (Síndrome de Martin-Bell) 236 [: Genética, tecnología y sociedad 238 La relación entre los lugares frágiles y el cáncer 238 Resumen del capítulo 238 Ideas y soluciones 239 Problemas y preguntas a discusión 240 Problemas extra-picantes 241 Lecturas seleccionadas 242 9 Herencia extranuclear 9.1 La herencia de orgánulos implica al DNA de cloroplastos y mitocondrias 246 Cloroplastos: la variegación en el dondiego de noche 246 9.2 245 Cloroplastos: mutaciones en Chlamydomonas 246 Mutaciones mitocondriales: el caso de poky en Neurospora 248 Petites en Saccharomyces 248 El conocimiento del DNA mitocondrial y cloroplástico nos ayuda a explicar la herencia de los orgánulos 250 El DNA de los orgánulos y la teoría endosimbiótica 250 Organización molecular y productos génicos del DNA de cloroplastos 251 Organización molecular de los productos génicos del DNA mitocondrial 9.3 Las mutaciones en el DNA mitocondrial dan lugar a enfermedades en la especie humana 252 XIV Contenido 9.4 9.5 ~ La herencia infecciosa se basa en las relaciones simbióticas entre el organismo huésped y el invasor 254 Kappa en Paramecium 254 Partículas infecciosas en Drosophila 255 En el efecto materno, el genotipo de la madre tiene gran influencia en el desarrollo temprano 256 La pigmentación en Ephestia 256 Enrollamiento en Limnaea 257 Desarrollo embrionario en Drosophila 257 Genética, tecnología y sociedad 259 DNA mitocondrial y el misterio de los Romanov Resumen del capítulo 260 Ideas y soluciones 260 Problemas y preguntas a discusión 261 Problemas extra-picantes 262 Lecturas seleccionadas 263 Seg 259 10.5 El RNA sirve de material gen ético en algunos virus 276 10.6 El conocimientode la químicade los ácidos nucleicos es esencial para entender la estructura DNA 277 Los nucleótidos: las piezas que forman los ácidos nucleicos 277 Nucleósidos difosfato y trifosfato Polinucleótidos 278 ;, 265 10.1 El material genético debe presentar cuatro características 266 Hasta 1944 las observaciones favorecían a las proteínas como material genético 267 10.3 Las pruebas a favor del DNAcomo material genético Estudios de la composición de bases 280 Análisis de difracción de rayos X 280 El modelo de Watson y Crick 281 10.8 Existen formas alternativas de DNA 284 10.9 La estructura del RNA es químicamente parecida a la 286 Estructura molecular de los ácidos nucleicos: la estructura del ácido desoxirribonucleico 287 del DNA,pero de cadena sencilla 10.2 se obtuvieron 278 10.7 La estructura del DNAes la clave para entender su función 279 DNA:estructura, replicación y variación 10 Estructura y análisis del DNA del inicialmente mediante el estudio de 268 Transformación: los estudios iniciales 268 bacterias y bacteriófagos Transformación: el experimento de Avery, MacLeod y McCarty 270 El experimento de Hershey-Chase 271 Experimentos de transfección 274 10.4 Pruebas indirectas y directas apoyan el concepto de que el DNAes el material gen ético en eucariotas 274 Prueba indirecta: distribución del DNA 274 Prueba indirecta: mutagénesis 275 Prueba directas: estudios de DNA recombinante 275 10.10 Muchastécnicasanalíticashan sido útiles durante la investigación del DNA y el RNA 288 Absorción de luz ultravioleta (UV) 288 Comportamiento de sedimentación 288 Desnaturalización y renaturalización de los ácidos nucleicos 290 Hibridación molecular 291 Hibridación in situ fluorescente (FISH) 292 Cinética de reasociación y DNA repetitivo 292 Electroforesis de ácidos nucleicos 294 ~ Genética, tecnología y sociedad 295 Los giros de la revolución helicoidal 295 Resumen del capítulo 296 Ideas y soluciones 297 Problemas y preguntas a discusión 298 Problemas extra-picantes 300 Lecturas seleccionadas 300 I I 11 Replicación y recombinación del DNA 303 11.1 El DNA se reproduce por replicación semiconservativa 304 . - ,.. Contenido El experimentode Meselson-Stahl 305 Replicaciónsemiconservativaen eucariotas 306 Orígenes,horquillas y unidades de replicación 307 11.2 Enla síntesis de DNAen bacterias participancinco polimerasasy otras enzimas 308 La DNApolimerasa I 308 Síntesisde DNA biológicamente activo 310 Las DNApolimerasas 11,III,IV YV 310 11.3 Durantela replicacióndel DNAse deben resolver muchascuestiones complejas 311 11.4 Lahélicede DNAdebe desenrollarse 312 11.5 Lainiciaciónde la sintesis de DNAprecisa un cebadorde RNA 313 11.6 Lascadenasantipara lelas precisansíntesis de DNA continuay discontinua 313 11.7 Lasíntesis en las cadenas adelantada y retrasada es simultánea 314 11.8 Lacorrecciónde pruebas y la eliminación de errores son parteconsubstancialde la replicacióndel DNA 315 11.9 Unmodelo coherente resume la replicacióndel DNA 315 11.10Lareplicaciónes controlada por una variedad de genes 315 11.11Lasíntesis de DNAen eucariotas es parecidaa la síntesisen procariotas,aunque más compleja 316 Múltiplesorígenes de replicación 316 DNApolimerasas eucarióticas 317 11.12Losextremosde 105cromosomaseucarióticosson problemáticos durantela replicación 318 11.13Larecombinación del DNA,comola replicación,es dirigidapordiversasenzimas 320 11.14Laconversióngénica es consecuencia de la recombinacióndel DNA 320 .: ~ Genética,tecnología y sociedad 322 La telomerasa:¿la clave de la inmortalidad? 322 Resumendel capítulo 324 Ideasi soluciones 324 Problemasy preguntas a discusión 325 . XV Problemas extra-picantes 326 Lecturas seleccionadas 327 12 La organización del DNA en cromosomas 329 12.1 Loscromosomas víricosy bacterianos son moléculas de DNArelativamente sencillas 330 12.2 Lossuperenrollamientos son comunes en el DNAde 105cromosomas víricosy bacteria nos 332 12.3 Loscromosomas especializados muestran variaciones de estructura 333 Los cromosomas politénicos 333 Los cromosomas en escobilla 335 12.4 ElDNAse organiza en cromatinaen 105 eucariotas 336 La estructura de la cromatina y los nucleosomas 336 Análisis de alta resolución del núcleo del nucleosoma 339 La heterocromatina 340 12.5 Elbandeo cromosómico diferencia regiones a lo largo del cromosoma mitótico 341 12.6 Loscromosomas eucarióticos presentan una organización compleja caracterizadapor el DNA repetitivo 342 DNA repetitivo y DNA satélite 342 Secuencias de DNA centromérico 343 Secuencias de DNA telomérico 344 Secuencias moderadamente repetitivas: VNTRs y repeticiones de dinucleótidos 345 Secuencias transpuestas repetitivas: SINES y UNES 345 Genes multicopia moderadamente repetitivos 346 12.7 Lainmensa mayoría del genoma eucariótico no codificaningúngen funcional 346 Resumen del capítulo 347 Ideas y soluciones 347 Problemas y preguntas a discusión 348 Problemas extra-picantes 348 Lecturas seleccionadas 350 XVI Contenido ~ '1'f' .,.. e .'I' .-.lw ::4 "1'"';.. =:¡, .\.iIo Expresión y regulación de la información genética 13 Elcódigo genético y la transcripción 351 13.1 Elcódigo genético presenta una serie de características 352 13.2 Losestudios iniciales establecieron los patrones funcionales básicos del código 353 La naturaleza de tripletes del código 353 La naturaleza no solapante del código 354 La naturaleza sin puntuaciones y degenerada del código 354 13.3 Lostrabajos de Nirenberg, Matthaei y de otros investigadores condujeron al desciframiento del código 354 Síntesis de polipéptidos en un sistema exento de células 355 Los códigos de homopolímeros 355 Mezcla de copolímeros 356 La técnica de unión al triplete 357 Copolímeros repetidos 358 13.4 Eldiccionario del código muestra diversos patrones interesantes entre los 64 codones 359 Degeneración y la hipótesis del tambaleo 359 La naturaleza ordenada del código 360 Iniciación, terminación y supresión 361 13.5 El código genético se ha confirmado en estudios del fago MS2 361 13.6 Elcódigo genético es casi universal 362 13.7 Diferentes puntos de iniciación generan genes solapados 362 13.8 Latranscripción sintetiza RNAsobre un molde de DNA 363 13.9 Estudios con bacterias y con fagos proporcionaros pruebas de la existencia del mRNA 364 13.10 La RNApolimerasa dirige la síntesis de RNA 364 Los promotores, la unión al molde y la subunidad sigma 365 Iniciación, elongación y terminación de la síntesis de RNA 366 13.11 Latranscripción en eucariotas presenta diversas diferencias respecto la transcripción en procariotas 367 Iniciación de la transcripción en eucariotas 368 Descubrimientos recientes sobre la función de la RNA polimerasa 369 El RNA nuclear heterogéneo y su procesamiento: las caperuzas y las colas 369 13.12 Las regiones codificantes de los genes eucarióticos están interrumpidas por secuencias intercaladas 370 Los mecanismos de corte y empalme: RNA autocatalíticos 372 Los mecanismos de corte y empalme: el spliceosoma 373 La edición del RNA 374 13.13 Latranscripción se ha visual izado mediante microscopía electrónica 374 ::J Genética, tecnología y sociedad 376 Oligonuc1eótidos antisentido: atacando el mensajero Resumen del capítulo 377 Ideas y soluciones 377 Problemas y preguntas a discusión 378 Problemas extra-picantes 380 Lecturas seleccionadas 381 14 Traduccióny proteínas 14.1 La traducción del mRNA depende de los RNA transferentes 384 La estructura del ribo soma 384 La estructura del tRNA 385 383 de los ribosomas y Carga del tRNA 387 14.2 La traducción del mRNA puede dividirse en tres pasos 388 Iniciación 388 Elongación 389 376 r Contenido XVII 15 Mutación génica. reparación del DNA y transposición 415 15.1 las mutacionesse clasificande diversas maneras 416 Mutaciones espontáneas, inducidas y adaptativas Clasificación basada en la localización de la mutación 418 416 Clasificación basada en el tipo de cambio molecular 418 Clasificación basada en los efectos fenotípicos 419 15.2 Latasa de mutación espontánea varía enormemente entre organismos 420 Mutaciones deletéreas en humanos 420 Terminación 390 Los polirribosomas 391 14.3 Elanálisis cristalográficoha revelado muchos detallesde los ribosomasprocarióticos funcionales 392 14.4 Latraducciónes máscomplejaen loseucariotas 392 14.5 Laprimeraidea que las proteinas son importantes parala herenciaprovino del estudio de los errores congénitosdel metabolismo 393 La fenilcetonuria 394 14.6 Losestudios en Neurospora condujeron a la hipótesisde un gen -una enzima 395 El análisis de mutantes de Neurospora de Beadle y Tatum 395 Genes y enzimas: el análisis de rutas bioquímicas 395 14.7 Losestudios de la hemoglobina humana establecieronque un gen codifica una cadena polipeptídica 397 Anemia falciforme 397 Las hemoglobinas humanas 399 14.8 Lasecuencianucleotídicade un gen y la secuencia aminoacídicade la proteína correspondienteson colineares 400 14.9 Laestructuraproteica es la base de la diversidad biológica 401 Las modificaciones postranscripcionales 404 14.10 Lafunción de las proteínas está directamente relacionadaa la estructura de la molécula 405 14.11 Las proteínas están constituidas por uno o más dominios funcionales 406 El barajado de exones y el origen de los dominios proteicos 406 ~ Genética, tecnología y sociedad 408 La enfermedadde las vacas locas: la historia de los priones 408 Resumendel capítulo 409 Ideasy soluciones 410 Problemasy preguntas a discusión 410 Problemasextra-picantes 411 Lecturasseleccionadas 413 15.3 las mutaciones espontáneas surgen de errores de la replicacióny de la modificaciónde bases 420 Errores de replicación del DNA 420 Desplazamiento de la replicación 421 Las probabilidades de perder a la ruleta genérica 422 Cambios tautoméricos 423 Depurinación y desaminación Daño oxidativo 424 423 Transposones 424 15.4 las mutacionesinducidasse producen por daños del DNA causadospor agentes químicosy radiaciones 424 Análogos de bases 424 Agentes alquilantes 424 Colorantes de acridina y mutaciones de cambio de fase 426 Radiación ultravioleta y dímeros de timina 427 Radiación ionizante 428 15.5 la genómica y la secuenciacióngénica han incrementado nuestra comprensiónde las mutacionesen los humanos 428 Los tipos sanguíneos ABO 429 La distrofia muscular 429 Repeticiones de trinuc1eótidos en el Síndrome del X frágil, en la distrofia miotonica y en la enfermedad de Huntington 430 XVIII Contenido 15.6 Para detectar mutaciones se utilizan técnicas genéticas, cultivos celulares y análisis de genealogías 431 Detección en bacterias y en hongos 431 Detección en plantas 431 Detección en la especie humana 432 15.7 Elensayo de Ames se usa para valorar la mutagenicidad de los compuestos químicos 433 15.8 Los organismos utilizan sistemas de reparación del DNApara contrarrestar las mutaciones 434 Corrección de pruebas y reparación de emparejamientos erróneos. 434 Reparación postreplicativa y el sistema de reparación SOS 435 Reparación por fotorreactivación: reversión del daño por UV en procariotas 435 Reparación por escisión de bases y de nuc1eótidos 436 Xeroderma pigmentosum y reparación por escisión en humanos 437 Reparación de roturas de la doble cadena en eucariotas 439 15.9 Loselementos transponibles se mueven dentro del genoma y pueden alterar la función genética 439 Las secuencias de inserción 440 Los transposones bacterianos 440 El sistema Ac-Ds en maíz 442 Los elementos genéricos móviles y los guisantes rugosos: una revisión de Mendel 443 Los elementos Copia en Drosophila 443 Los elementos transponibles P en Drosophila 444 Elementos transponibles en la especie humanos 444 :::; Genética, tecnología y sociedad 445 El legado de Chernobyl 445 Resumen del capítulo 446 Ideas y soluciones 447 Problemas y preguntas a discusión 448 Problemas extra-picantes 449 Lecturas seleccionadas 450 I J 16 Regulación de la expresión génica en procariotas 451 16.1 Los procariotas tienen mecanismos genéticos eficientes para responder a las condiciones ambientales 452 16.2 Elmetabolismo de la lactosa en E.coli está regulado por un sistema inducible 452 Los genes estructurales 453 El descubrimientode las mutacionesde regulación 454 El modelo del operón: control negativo 454 La prueba genérica del modelo del operón 456 El aislamiento del represor 457 16.3 Laproteína activadora por cata bolito (CAP)ejerce un control positivo sobre el operón lac 458 16.4 Elanálisis de la estructura cristalina de los complejos represores ha confirmado el modelo del operón 460 16.5 Eloperón triptófano (trp) en E. co/i es un sistema genético reprimible 461 Pruebas del operón trp 462 16.6 Laatenuación es un proceso decisivo de la regulación del operón trp en E. co/i 463 16.7 Las proteínas TRAPy ATdirigen la atenuación en B. subtilis 464 16.8 Eloperón ara está controlado por una proteína reguladora que ejerce tanto el control positivo como el negativo 465 !J Genética, tecnología y sociedad 467 Sentido de colectividad: cómo las bacterias hablan entre sí 467 Resumen del capítulo 468 Ideas y soluciones 469 . Problemas y preguntas a discusión 469 Problemas extra-picantes 470 Lecturas seleccionadas 472 . 17 Regulación de la expresión génica en eucariotas 473 17.1 La regulación génica en los eucariotas difiere de la regulación en los procariotas 474 ,.. Contenido XIX 17.2 Laorganizaciónde los cromosomasen el núcleo influye en la expresión génica 475 17.3 La iniciaciónde la transcripciónen la principalforma de regulacióngénica 475 Los promotores tienen una organización modular 476 Los intensificadores controlan la tasa de transcripción 477 17.4 Latranscripciónen los eucariotas precisadiversos pasos 478 La transcripción precisa la remodelación de la cromatina 478 La modificación de las histonas es parte de la remodelaciónde la cromatina 480 17.5 Elensamblajedel complejo de transcripciónbasal se produceen el promotor 480 Las RNA polimerasas y la transcripción 480 La formación del complejo de iniciación de la transcripción 481 Los activadoresse unen a los intensificadores y cambianla tasade iniciación de la transcripción 482 17.6 La regulacióngénica en un organismo modelo: inducciónpositiva y represión por catabolito en los genesga! de levadura 484 17.7 Lametilacióndel DNA y la regulación de la expresióngénica 486 17.8 Regulaciónpostranscripcionalde la expresión génica 487 Tipos de procesamiento alternativo del mRNA 487 Corte y empalme alternativo y la función celular 488 El corte y empalme alternativo incrementa el número de proteínas producidas por el genoma 488 Silenciamiento del RNA de la expresión génica 490 17.9 Elcortey empalme alternativo y la estabilidad del mRNApueden regular la expresión génica 491 La determinacióndel sexo en Drosophila: un modelo de regulacióndel corte y empalme alternativo 491 Controlde la estabilidad del mRNA 492 ~ Genética,tecnologíay sociedad 494 Enfermedades genéticas humanas y pérdida de la regulación génica 494 Resumen del capítulo 495 Ideas y soluciones 495 Problemas y preguntas a discusión 496 Problemas extra-picantes 498 Lecturas seleccionadas 498 18 Regulación del ciclo celular y cáncer 501 18.1 El cánceres una enfermedad genética 502 ¿Qué es el cáncer? 502 Origen clonal de las células cancerosas 503 El cáncer es un proceso con múltiples pasos que requiere múltiples mutaciones 503 18.2 Célulascancerosasque contienen defectos genéticos que afectan la estabilidad genómica y la reparación del DNA 505 18.3 Lascélulascancerosascontienen defectos genéticos que afectan la regulacióndel ciclocelular 506 Ciclo celular y transducción de señales 507 Control del ciclo celular y puntos de control 508 18.4 Muchos genes que causancánceralteran el control del ciclocelular 510 Los protooncogenes Ciclina Dl y Ciclina D 512 Los protooncogenes ras 512 El gen supresor de tumores p53 512 El gen supresor de tumores REl 514 18.5 Elcánceres una enfermedad gen ética que afecta los contactos célula-célula 515 18.6 La predisposicióna algunos cánceres puede ser hereditaria 516 18.7 los virus contribuyen al cáncertanto en humanos como en los otros animales 518 18.8 Agentes ambientales que contribuyen a los cánceres humanos 521 .= Genética, tecnologíay sociedad 522 Cáncer de mama: el doble filo de las pruebas genéticas 522 Resumen del capítulo 523 Ideas y soluciones 523 Problemas y preguntas a discusión 525 Problemas extra-picantes 526 Lecturas seleccionadas 527 xx Contenido ... . .... ... ..... ...~.... ... ..... . .0. e...0o. e.... ...~. .. ... ... Q.. e.. . . ... ... ....... .. . .. .. .. . .~..' .#. ....... .. .. ..~... .. ~...... .. . .. ...c:. ., ... . ~ .. ~. ... J ~.. .. ... .... .AA.A~eO9AA.. ." '....&..0 .,......... ""'.: -, ::t ~ . ~~ La cartografía de restricción 546 Transferencia de ácidos nucIeicos 548 19.12 Lasecuenciación de DNAes la manera definitiva de caracterizar un don 550 La secuenciación de DNA y los proyectos Genoma 553 Resumen del capítulo 555 "¡::' -- Análisis genómico 19 Tecnología del DNA recombinante 529 19.1 Latecnología del DNArecombinante combina diversas técnicas experimentales 530 19.2 Latecnología del DNArecombinante es la base fundamental del análisis genómico 530 19.3 Las enzimas de restricción cortan el DNApor secuencias de reconocimiento específicas 531 19.4 Losvectores transportan las moléculas de DNAa donar 531 Los vectores plasmídicos 532 El bacteriófago lambda (A.) 534 Los vectores cósmidos 535 Cromosomas artificiales bacterianos 536 Vectores de expresión 536 19.5 ElDNAse donó primero en células huésped procarióticas 537 19.6 Las células de levadura se usan como huéspedes eucarióticos para la donación 537 19.7 Se pueden transferir genes a células eucarióticas 538 Células huésped vegetales 539 Células huésped de mamífero 540 19.8 La reacción en cadena de la polimerasa hace copias de DNAsin células huésped 540 Limitaciones de la PCR 542 Otras aplicaciones de la PCR 542 19.9 Las bibliotecas son colecciones de secuencias donadas 542 Las bibliotecas genómicas 542 Las bibliotecas específicas de cromosomas 543 Las bibliotecas de cDNA 544 19.10 Se pueden recuperar dones específicos de una biblioteca 545 Las sondas identifican cIones específicos 545 Rastreo de una biblioteca 546 19.11 Lassecuencias donadas se pueden caracterizar de diversas formas 546 = Genética, tecnología y sociedad 556 Huellas moleculares del DNA y medicina forense: el caso del palo verde 556 Ideas y soluciones 557 Problemas y preguntas a discusión 557 Lecturas seleccionadas 561 20 Genómica y proteómica 563 20.1 Genómica: la secuenciación es la base para identificar y cartografiar todos los genes del genoma 565 20.2 Generalidades del análisis genómico 565 La compilación de la secuencia 567 La anotación de la secuencia 567 20.3 Lagenómica funcional dasifica los genes e identifica sus funciones 569 Genómica funcional de un genoma bacteriano 570 Estrategias para la asignación funcional de genes desconocidos 570 20.4 Losgenomas procarióticos tienen algunas características inesperadas 571 La gama de tamaños de los genomas de las Eubacterias 571 Cromosomas lineares y cromosomas múltiples en bacterias 572 20.5 Los genomas de las Eubacterias 573 Los genomas de las arqueas 574 20.6 Los genomas eucarióticos tienen diversos patrones de organización 575 Características generales de los genomas eucarióticos 575 Unidades transcripcionales en el genoma de C. elegans 575 Los genomas de las plantas superiores 576 20.7 Elgenoma humano: el Proyecto Genoma Humano (HGP) 577 Los orígenes del Proyecto Genoma Humano 578 Las características principales del genoma humano 578 Las tareas no terminadas de la secuenciación del genoma humano 578 La organización cromosómica de los genes humanos 580 Nuestro genoma y el genoma de los chimpancés 581 20.8 Lagenómica comparativa es una herramienta versátil 582 J Contenido El hallazgode nuevos genes usando la genómica comparativa 582 Genómicacomparativay organismos modelo 583 Análisiscomparativode receptores nucleares y desarrollode medicamentos 584 El genomamínimo para las células vivas 585 20.9 Genómicacomparativa: las familias multigénicas diversifican la función génica 586 Duplicacionesgénicas 586 La evoluciónde las familias génicas: los genes de las globinas 587 20.10Laproteómica identifica y analiza las proteínas de una célula 588 La reconciliaciónentre el número de genes y el númerode proteínas 590 La tecnologíaproteómica 590 El proteomabacteriano cambia con las alteraciones ambientales 592 Análisisproteómico de un orgánulo: el nucleolo 592 - J Genética,tecnología y sociedad 594 Más allá de Dolly: la clonación de seres humanos 594 Resumendel capítulo 596 Ideasy soluciones 596 Problemasy preguntas a discusión 596 Problemasextra-picantes 600 Lecturasseleccionadas 600 21 Disección de la función génica: análisis mutacional en organismos modelo 603 21.1 Losgenéticos usan organismos modelo que son genéticamente tratables 604 Característicasde los organismos modelo en genérica 604 Levaduracomo organismo modelo en genérica 605 Drosophilacomo organismo modelo en genética 606 Ratón como organismo modelo en genética 608 21.2 Losgenéticos diseccionan la función génica usando mutaciones y gen ética directa 611 Generaciónde mutantes con radiación, productos químicose inserción de transposones 611 Rastreode mutantes 612 XXI Selección de mutantes 613 Definición de los genes 613 Disección de redes genéticas: epistasis y rutas 616 Extensión del análisis: supresores e intensificadores 616 Extensión del análisis: clonación de los genes 617 Extensión del análisis: funciones bioquímicas 618 21.3 Losgenéticos diseccionan la función génica usando genómica y genética reversa 619 Análisis genético a partir de una proteína purificada 619 Análisis genético a partir de un organismo modelo mutante 620 Análisis genético a partir de un gen clonado 622 Análisis genético utilizando tecnologías de domiciliación génica 624 21.4 los genéticos diseccionan la función génica usando tecnologías de genómica funcional y de RNAi 628 RNAi: genética sin mutaciones 628 Técnicas de genómica funcional de gran cantidad de datos 629 Microordenaciones de expresión génica 629 Cartografía de alcance genómico de sitios de unión proteína-DNA 629 21.5 Los genéticos hacen progresar los conocimientos de los procesos moleculares realizando investigación genética en organismos modelo: tres casos a estudio 630 Levadura: genes de ciclo celular 631 Drosophila: los rastreos de Heidelberg 633 Ratón: un modelo para la terapia génica de ALS 635 Resumen del capítulo 637 Ideas y soluciones 638 Problemas y preguntas a discusión 639 Problemas extra-picantes 640 Lecturas seleccionadas 641 22 Aplicaciones y ética de la biotecnología 643 22.1 Labiotecnología ha revolucionado la agricultura 644 Cultivos transgénicos y resistencia a herbicidas 644 .. 1..- 1 XXII Contenido Incremento nutritivo de los cultivos 645 Inquietudes sobre los organismos modificados genéticamente 646 22.2 Los organismos genéticamente alterados sintetizan productos farmacéuticos 647 Producción de insulina en bacterias 647 Productos farmacéuticos en huéspedes animales transgénicos 648 Plantas transgénicas y vacunas comestibles 649 22.3 La biotecnología se usa para diagnosticar y rastrear enfermedades genéticas 650 Diagnóstico prenatal de la anemia falciforme 651 Polimortismos de un solo nucleótido y rastreo genético 651 Microordenaciones de DNA 653 654 Desarrollo de medicamentos 655 Diagnóstico de enfermedades Rastreo genómico 656 Ensayos genéticos y dilemas éticos 656 22.4 Las enfermedades genéticas se pueden tratar mediante terapia génica 656 Terapia génica para la inmunodeticiencia combinada grave (SCID) 657 Problemas y fallos de la terapia génica 658 El futuro de la terapia génica 659 22.5 La terapia génica suscita muchas preocupaciones éticas 660 22.6 Los temas éticos son una extensión Genoma Humano 661 del Proyecto El Programa de Implicaciones Éticas, Legales y Sociales (ELSI) 66 I 22.7 El hallazgo y la cartografía de genes en el genoma humano con la tecnología del DNA recombinante 661 Los RFLP como marcadores genéticos 661 Utilización de los RFLP para hacer análisis de ligamiento 662 Clonación por posición: el gen de la neurotibromatosis 663 Cartografía génica por hibridación in situ fluorescente (FISH) 664 22.8 Las huellas moleculares del DNA pueden identificar personas 665 Minisatélites (VNTR) y microsatélites (STR) 665 Aplicaciones forenses 666 Genética, tecnología y sociedad 667 Terapia génica: ¿dos pasos adelante y dos pasos atrás? 667 Resumen del capítulo 668 Ideas y soluciones 668 Problemas y preguntas a discusión Problemas extra-picantes 672 Lecturas seleccionadas 673 670 Genética de los organismos y poblaciones 23 Genética del desarrollo de organismos modelo 675 23.1 Lagenética del desarrollo busca explicar cómo se produce un estado diferenciado a partir del genoma de un organismo 676 23.2 Conservación de los mecanismos del desarrollo y la utilización de organismos modelo 677 Organismo modelo en el estudio del desarrollo 677 Análisis de los mecanismos de desarrollo 677 Conceptos básicos en genética del desarrollo 677 23.3 Los genes conmutadores maestros programan la expresión del genoma 678 El control de la formación del ojo 678 23.4 Genética del desarrollo embrionario de Drosophila: especificación del eje corporal 680 Generalidades del desarrollo de Drosophila 680 Genes que regulan la formación del eje corporal antero-posterior 681 Análisis genético de la embriogénesis 682 23.5 Losgenes zigóticos programan la formación de segmentos en Drosophila 684 Genes gap 684 Genes de la regla par 684 Genes de la polaridad de los segmentos 685 23.6 Losgenes homeóticos controlan el destino de desarrollo de los segmentos a lo largo del eje antero-posterior 686 Genes Hox en Drosophila 686 Genes Hox y trastornos genéticos huma~os 687 Control de la expresión génica de Hox 688 23.7 Cascadas de acción génica controlan la diferenciación 689 23.8 Las plantas han evolucionado sistemas que son paralelos a los genes Hox de los animales 690 Genes homeóticos en Arabidopsis 691 Divergencia evolutiva de los genes homeóticos 692 - Contenido XXIII 23.9 Interaccionesentre células en el desarrollo de C.elegans 692 Sistemasde señalizaciónen el desarrollo 693 La ruta de señalizaciónNotch 693 Generalidadesdel desarrollo de C. elegans 694 Análisisgenético de la formación de la vulva 694 23.10Para un desarrollo normal se necesita la muerte celular programada 697 Genética,tecnología y sociedad Las guerrasde las células madre 699 Ideas y soluciones 699 Problemas y preguntas a discusión Problemas extra-picantes 701 Lecturas seleccionadas 702 697 697 Resumen del capítulo 700 24 Genética cuantitativa y caracteres multifactoriales 703 24.1 Notodos los caracteres poligénicos presentan variación continua 704 24.2 Loscaracteres cuantitativos se pueden explicar en términos mendelianos 705 La hipótesisde los factores múltiples para la herencia cuantitativa 705 Alelosaditivos:las bases de la variación continua 706 Cálculodel número de poligenes 706 24.3 Elestudio de los caracteres poligénicos depende del análisis estadístico 707 La media 708 Varianza 708 Desviacióntípica 708 Errortípico de la media 708 Covarianza 708 Análisisde un carácter cuantitativo 709 24.4 Laheredabilidad estima la contribución genética en la variabilidad fenotípica 710 La heredabilidaden sentido amplio 711 La heredabilidaden sentido estricto 711 Selecciónartificial 712 24.5 Losestudios sobre gemelos permiten estimar la heredabilidad en la especie humana 714 24.6 Loslocide los caracteres cuantitativos se pueden cartografiar 715 25 Genética de poblaciones 725 25.1 Lasfrecuencias alélicas en el conjunto de genes de una poblaciónvarían en el espacio y en el tiempo 726 25.2 Laley de Hardy-Weinberg describe las relaciones entre las frecuencias alélicas y las genotípicas en una población ideal 726 25.3 La ley de Hardy-Weinberg se puede aplicar a las poblaciones humanas 728 Comprobación del equilibrio de Hardy-Weinberg 730 25.4 La ley de Hardy-Weinberg se puede utilizar para alelos múltiples,caracteres ligados al X y para estimar la frecuencia de los heterozigotos 731 Cálculo de las frecuencias de alelos múltiples 731 Cálculo de las frecuencias para caracteres ligados al X 732 Cálculo de la frecuencia de los heterozigotos 733 25.5 La selección natural es la fuerza principalque impulsa los cambios de las frecuencias alélicas Selección natural 733 25.6 25.7 25.8 25.9 Genética, tecnología y sociedad 716 La revolución verde revisitada 716 Resumen del capítulo 717 Ideasy soluciones 718 Problemasy preguntas a discusión 719 Problemasextra-picantes 721 Lecturas seleccionadas 723 Eficacia biológica y selección 734 La selección en poblaciones naturales 736 Selección natural y caracteres cuantitativos 737 La mutación da lugar a nuevos alelos en el conjunto de genes 738 La migración y el flujo génico puede alterar las frecuencias alélicas 740 La deriva genética da lugar a cambios aleatorios de las frecuencias alélicas en poblaciones pequeñas 742 Los apareamientos no aleatorios cambian las frecuencias genotípicas pero no las frecuencias alélicas 743 Consanguinidad 743 Efectos genéticos de la consanguinidad ~ = 733 Genética, tecnología y sociedad 744 745 Rastreando las huellas genéticas fuera de África 745 Resumen del capítulo 747 Ideas y soluciones 747 Problemas y preguntas a discusión 748 XXIV Contenido Problemas extra-picantes 749 Lecturas seleccionadas 749 26 Genética evolutiva Ideas y soluciones 773 Problemas y preguntas a discusión Problemas extra-picantes 774 Lecturas seleccionadas 774 751 26.1 La especiación puede ocurrir por transformación o por desdoblamiento de conjuntos de genes 752 26.2 La mayoría de las poblaciones y especies albergan considerable variación genética 753 Selección artificial 753 Polimorfismos proteico s 754 Variación en la secuencia de nuc1eótidos 26.3 26.4 26.5 26.6 754 Explicación del alto nivel de variación genética en poblaciones 756 La estructura genética de las poblaciones cambia en el espacio y en el tiempo 756 La definición de especie es un gran reto para la biología evolutiva 758 Una reducción del flujo génico entre poblaciones, acompañada de selección divergente o deriva gen ética, puede dar lugar a especiación 759 Ejemplos de especiación 761 Divergencia genética mínima necesaria para la especiación 762 Al menos en algunos casos la especiación es rápida 763 Las diferencias genéticas entre poblaciones o especies se pueden utilizar para reconstruir su historia evolutiva 765 Método para estimar árboles evolutivos de datos genéticos 767 Relojes moleculares 768 26.7 La reconstrucción de las historias evolutivas nos permite contestar a varias cuestiones 769 La transmisión del VIH desde un dentista a sus pacientes 769 Relaciones de los Neandertales con los humanos actuales 770 El origen de las mitocondrias .: Genética, tecnología y sociedad 770 772 ¿Qué podemos aprender del fracaso del movimiento eugenésico? 772 Resumen del capítulo 773 774 27 Genética de la conservación 777 27.1 Ladiversidad genética está en el centro de la genética de la conservación 779 Pérdida de diversidad genética 779 Identificando la diversidad genética 780 27.2 Eltamaño poblacional tiene un impacto importante en la supervivencia de las especies 781 27.3 Losefectos genéticos son más pronunciados en poblaciones pequeñas y aisladas 782 Deriva genética 783 Consanguinidad 783 Reducción del flujo génico 784 27.4 Laerosión genética disminuye la diversidad genética 785 27.5 Laconservación de la diversidad genética es esencial para la supervivencia de las especies 786 Conservación ex-situ: cría en cautividad 786 Cría en cautividad: el hurón de pies negros 787 Conservación ex situ y bancos de genes 787 Conservación in situ 788 Acrecentamiento de la población 788 fI A a' P tJ ~ t 790 Genétic~_~e~I1~ll:)gíély sociedad Conjuntos génicos y especies amenazadas: la grave situación del puma de Florida 790 Resumen del Capítulo 791 Ideas y soluciones 791 Problemas y preguntas a discusión 792 Problemas extra-picantes 793 Lecturas seleccionadas 794 Apéndice A Glosario 795 Apéndice B Respuestas Créditos 855 índice 859 815 ......