Replicación del ADN: Experimento de Meselson-Stahl

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EL ADN
LA REPLICACIÓN DEL ADN
El ADN portador de la información genética debe transmitirse fielmente a cada una de las
células hijas obtenidas tras la división celular. Por tanto, antes de producirse esta, es
imprescindible que el ADN pueda formar réplicas exactas de sí mismo para disponer de dos
copias iguales. Este proceso, conocido como replicación o autoduplicación, resulta fundamental
para asegurar que todas las células de un organismo pluricelular mantengan la misa identidad.
Cuando Watson y Crick elaboraron su modelo de doble hélice en 1953, indicaron también cuál
podría ser el mecanismo para llevar a cabo la replicación del ADN: separación de las dos
cadenas y síntesis de la cadena complementaria de cada una de ellas. Sin embargo, otros
investigadores plantearon distintas hipótesis que proponían tres posibles formas de replicación:
1. El ADN se replica de manera conservativa. Esto es,
cada hebra de ADN forma una copia y una célula hija
recibe la molécula original y la otra célula recibe la
copia.
2. El ADN se replica de manera semiconservativa.
Cada
hebra
de
ADN
forma
una
hebra
complementaria y cada célula hija recibe una
molécula de ADN que consta de una hebra original y
de su complementaria sintetizada de nuevo.
3. El ADN se replica de manera dispersiva. En este modelo la doble hélice paternal es
rota en segmentos de doble cadena de ADN. Al igual que en el modelo conservativo,
actúan como moldes para la síntesis de nuevas moléculas de doble hélice. Los
segmentos se recomponen en dobles hélices de ADN completas, cada una con
segmentos intercalados de padres e hijos.
Poco después, Meselson y Stahl demostraron experimentalmente que la hipótesis correcta era
la semiconservativa.
El experimento de Meselson-Stahl: https://youtu.be/oQp7VlWpzNw
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Meselson y Stahl comenzaron cultivando E. coli en medio que contenía un isótopo "pesado" de
nitrógeno, N15. Cuando se cultivan bacterias en medio que contiene N15, estas toman el
nitrógeno y lo utilizan para sintetizar nuevas moléculas biológicas, incluyendo ADN.
Después de muchas generaciones, todas las bases nitrogenadas del ADN de las bacterias
quedaron marcadas con N15. A continuación, pasaron las bacterias a un medio de cultivo que
contenía N14 (nitrógeno “ligero”) y se les permitió crecer durante varias generaciones. El ADN
que se produjera después del cambio tendría que estar formado por este nitrógeno “ligero”
Meselson y Stahl conocían la frecuencia con la que las células de E. coli se dividían, por lo que
pudieron recolectar pequeñas muestras de cada generación para extraer y purificar su ADN.
Midieron la densidad del ADN mediante centrifugación en gradiente de densidad.
Este método separa moléculas como el ADN en bandas al hacerlas girar a gran velocidad en
presencia de otra molécula, como el cloruro de cesio, que forma un gradiente de densidad de la
parte superior a la parte inferior del tubo que gira. La centrifugación en gradiente de densidad
permite detectar diferencias muy pequeñas, como las que hay entre el ADN marcado con N14 y
con N15
Cuando el ADN de las primeras cuatro generaciones de E. coli se analizó, se obtuvo el patrón
de bandas que se muestra a continuación:
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Generación 0 (100% del ADN en la banda de N15)
El ADN aislado de células al inicio del experimento ("generación 0" justo antes del cambio al
medio con N14) produce una única banda después de la centrifugación. Este resultado tenía
sentido porque el ADN solo debería contener N15 pesado en ese momento.
Generación 1 (100% del ADN en una banda con posición intermedia entre las bandas de
nitrógeno-14 y nitrógeno-15)
El ADN aislado después de una generación (un ciclo de replicación del ADN) también produce
una única banda al centrifugarse. Sin embargo, esta banda estaba más alto, tenía una densidad
intermedia entre el ADN pesado y el ADN ligero.
La banda intermedia indicó a Meselson y Stahl que las moléculas de ADN producidas en el
primer ciclo de replicación eran un híbrido de ADN ligero y pesado. Este resultado encajaba
con los modelos dispersivo y semiconservativo, pero no con el modelo conservativo.
El modelo conservativo habría predicho dos bandas diferentes en esta generación (una banda
de la molécula pesada original y una banda de la molécula ligera recién hecha).
Generación 2 (50% del ADN en una banda con posición intermedia entre las bandas de
nitrógeno-14 y nitrógeno-15. 50% del ADN en la banda de nitrógeno-14)
La información de la segunda generación le permitió a Meselson y Stahl determinar cuál de los
modelos restantes (semiconservativo o dispersivo) era realmente el correcto.
Cuando centrifugaron el ADN de la segunda generación, se produjeron dos bandas. Una estaba
en la misma posición que la banda intermedia de la primera generación, mientras que la segunda
estaba más alto (parecía estar marcada solamente con N14.
Este resultado permitió a Meselson y Stahl saber que el ADN se replicaba
semiconservativamente. El patrón de dos bandas distintas (una en la posición de una molécula
híbrida y una en la posición de una molécula ligera) es justo lo que se esperaría de la replicación
semiconservativa. En cambio, en la replicación dispersiva, todas las moléculas deberían tener
fragmentos del ADN viejo y del nuevo, lo que haría imposible obtener una molécula
"puramente ligera".
Generaciones 3 y 4 (Generación 3: 25% del ADN en una banda con posición intermedia entre
las bandas de nitrógeno-14 y nitrógeno-15. 75% del ADN en la banda de nitrógeno-14.
Generación 4: 12% del ADN en una banda con posición intermedia entre las bandas de
nitrógeno-14 y nitrógeno-15. 88% del ADN en la banda de nitrógeno-14)
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En el modelo semiconservativo, se esperaría que cada molécula de ADN híbrido en la segunda
generación diera lugar a una molécula híbrida y una molécula ligera en la tercera generación,
mientras que cada molécula de ADN ligero solo produciría más moléculas ligeras.
Así, en la tercera y cuarta generación, esperaríamos que la banda híbrida fuera progresivamente
más débil (porque representaría una fracción más pequeña del ADN total) y que la banda ligera
fuera progresivamente más fuerte (porque representaría una fracción más grande).
PROCESO DE REPLICACIÓN DEL ADN
La replicación del ADN: https://youtu.be/uEwyWgSvLc0
Pasos de la replicación del ADN:
1. La doble hélice se desenrolla de manera que las
dos cadenas de nucleótidos quedan paralelas. Se
rompen los enlaces entre las bases de las moléculas
de ADN. Las dos cadenas de nucleótidos se separan,
empezando en un extremo y abriéndose hasta el otro.
2. Cada hebra de ADN sirve como patrón para la
formación de una nueva hebra de la molécula de
ADN. Las bases de los nucleótidos libres se unen con
las bases correspondientes en las dos cadenas
expuestas de nucleótidos: adenina-timina, citosinaguanina. Este apareamiento asegura que las copias
nuevas de ADN sean copias exactas del ADN
original.
3. Se forman enlaces entre los fosfatos y los azúcares
de los nucleótidos que se han apareado con las
cadenas de ADN.
4. Las dos nuevas moléculas de ADN se enrollan y de nuevo toman forma de una doble hélice
REPLICACIÓN DEL ADN EN PROCARIOTAS
El proceso de la replicación originalmente fue estudiado en organismos procariotas, pero
posteriormente se comprobó que el mecanismo es similar en las eucariotas, aunque no idéntico.
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INICIO DE LA REPLICACIÓN
En bacterias, la replicación se inicia en un punto determinado denominado origen de
replicación. Todo el proceso está catalizado por el complejo enzimático denominado replicasa.
La doble hélice de ADN se abre mediante la participación de una enzima del complejo, la
helicasa, formándose la llamada horquilla de replicación, la cual se desplazará
bidireccionalmente. Cada horquilla de replicación se moverá en el sentido de la replicación
5'3'.
La separación y desespiralización de las dos hebras genera tensiones, que son eliminadas por la
intervención de las topoisomerasas. Para ello cortan una de las dos hebras (topoisomerasa I) o
las dos (toposisomerasa II o girasa).
Una vez separadas las dos hebras, podrían ser degradadas por otras enzimas. Para evitar este
efecto, al ADN se unen unas proteínas llamadas proteínas SSB.
FORMACIÓN DE NUEVAS HEBRAS
A continuación, comienza la síntesis de las hebras complementarias sobre cada una de las
originales. Esta función la llevan a cabo unas enzimas específicas denominadas ADN
polimerasas.
En procariotas, se han descubierto tres tipos de ADN polimerasas, que se nombran ADN
polimerasas de tipo, I, II y III respectivamente.
La ADN polimerasa III es la más activa. Esta enzima tiene actividad polimerasa, es decir,
capacidad de introducir nucleótidos en la cadena de síntesis utilizando un filamento viejo como
molde (hasta 1000 nucleótidos por segundo) siempre en sentido 5'3'. Además, esta enzima
tiene actividad exonucleasa, es decir, que puede eliminar aquellos nucleótidos introducidos de
manera incorrecta. Esta eliminación se lleva a cabo por los extremos y en ambos sentidos. El
resto de ADN polimerasas parece ser que tienen estas mismas actividades, aunque en un menor
grado.
Sin embargo, para que las ADN polimerasas no pueden comenzar la síntesis por sí mismas,
pues solo pueden añadir nucleótidos sobre el extremo 3’ libre de una cadena polinucleotídica
previa. Para proporcionar este extremo se necesita del concurso de una enzima llamada ARN
polimerasa ADN dependiente (Primasa) que va a sintetizar, utilizando ADN como molde, un
pequeño trozo de ARN complementario de éste denominado cebador.
A medida que la doble hélice del ADN original se va separando (de manera semejante a una
cremallera que se abre), se forma la llamada burbuja de replicación, donde se produce la
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acción de la ADN polimerasa III. Existe una horquilla de replicación en cada extremo, pues el
proceso es bidireccional, es decir, 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, la enzima va avanzando y
añadiendo nuevos nucleótidos a la cadena en formación, denominada hebra conductora.
Sin embargo, como la otra cadena es complementaria, la ADN polimerasa 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
cadena 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 conocen como fragmentos
de Okazaki y constan de 1000 a 2000 nucleótidos. Cada fragmento de Okazaki requiere un
ARN cebador para iniciar la síntesis de una secuencia de nucleótidos.
Posteriormente, tras la eliminación de los ARN cebadores, los fragmentos de Okazaki se unen
gracias a la acción de las enzimas ligasas.
La enzima ADN polimerasa I elimina los ARN cebadores gracias a su actividad exonucleasa.
Esta misma enzima posee también actividad polimerasa, por lo que puede rellenar el hueco
dejado por el ARN cebador que se ha eliminado.
FINALIZACIÓN
Por último, cada hebra recién sintetizada y la que ha servido de patrón se disponen enrolladas
originando una doble hélice.
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PECULIARIDADES DE LA REPLICACIÓN EN EUCARIOTAS
Las diferencias entre la replicación del ADN entre las células procariotas y eucariotas no afectan
al mecanismo fundamental. Entre las diferencias se pueden citar las siguientes:
1. En eucariotas hay cinco ADN polimerasas en vez de tres, dos de las cuales se encargan
de polimerizar el ADN mitocondrial y cloroplastidial respectivamente.
2. En organismos eucariotas, debido a la alta cantidad de ADN a replicar, hay numerosos
orígenes de replicación (replicones) en vez de uno sólo como tienen los procariotas. Si
solo existiera un lugar de inicio, el proceso de replicación necesitaría varios meses para
llevarse a cabo.
3. En organismos eucarióticos los cromosomas son lineales, lo que implica la aparición de
segmentos sin replicar que corresponden a los espacios dejados por la eliminación del
primer ARN cebador. Si no son rellenados estos espacios provocarían que en todas las
replicaciones se produjesen de manera sucesiva perdidas de información genética o
deleciones. En estos organismos, para evitar esta perdida, interviene un complejo
ribonucleoproteico denominado telomerasa.
4. La asociación ADN-histonas en eucariotas supone un problema para que se lleve a cabo
la replicación, y en estas células se resuelve mediante un mecanismo que implica la
disociación de los nucleosomas. Además, la replicación debe tener en cuenta la síntesis
de estas proteínas. Se ha comprobado que las histonas originales se mantienen en la
hebra conductora, mientras que se forman nuevas histonas que se unen a la hebra
retardada.
5. El tamaño de los fragmentos de Okazaki es menor en eucariotas (100 a 200 nucleótidos)
que en procariotas (1000 a 2000). También es menor la velocidad de replicación (hasta
50 veces).
LAS MUTACIONES
El ADN como material hereditario se transmite con gran fidelidad a las generaciones siguientes.
Aunque las ADN polimerasas sintetizan ADN con una tasa de error muy pequeña y tienen
mecanismos para reparar sus errores, alguna vez se producen alteraciones. Estos cambios
producidos en la replicación del ADN son las mutaciones.
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Hugo de Vries, además de ser uno de científicos que redescubrió las leyes de Mendel en 1900,
fue el primero que utilizó el término mutación al estudiar los cambios bruscos que aparecían en
la descendencia de unas plantas de Oenothera lamarkiana. Definió mutación como “cualquier
cambio heredable en el material hereditario que no se puede explicar mediante segregación o
recombinación”.
Esta definición cambio cuando se conoció que el material hereditario es el ADN y la estructura
de doble hélice del ADN. Se definió mutación como cualquier cambio en la secuencia de
nucleótidos del ADN.
Los cambios en el ADN también implican cambios en la secuencia de aminoácidos que
constituyen la proteína correspondiente, por lo que las mutaciones pueden afectar a la
supervivencia del organismo.
Las mutaciones se pueden clasificar según varios criterios:

Según el tipo de células que están afectadas:
o
Somáticas: No se heredan, ya que sólo se transmiten a células que se originan
por mitosis. Son las mayoritarias.
o
Germinales: Afectan a los gametos o a las células que los produce, y se
transmiten a la descendencia.


Según la causa que las originó:
o
Naturales o espontáneas.
o
Inducidas por agentes mutágenos.
Según los efectos que produce en el organismo:
o
Beneficiosas. Algunas mutaciones (menos del 1 %) mejoran el funcionamiento
de la proteína que codifican.

o
Perjudiciales o deletéreas.
o
Neutras. Son silenciosas, ni benefician ni perjudican.
Según el tipo de alteración producido:
o
Mutación génica o puntual: Si afecta a la secuencia de nucleótidos de un solo
gen. Por ejemplo, un cambio en un par de nucleótidos.
o
Mutación cromosómica: Si afecta a la secuencia de genes de un cromosoma.
o
Mutación genómica: Si genera un cambio en el número de cromosomas.
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Aunque la mutación se transmita a la descendencia, a veces puede no manifestarse. Si es un
carácter dominante sí se puede apreciar fácilmente, pero si es recesivo, es difícil detectarlo, ya
que sólo se manifiesta si el individuo es homocigótico recesivo.
La mutación, junto con la recombinación meiótica, es la fuente de variabilidad genética que
permite la evolución.
Aunque sólo se producen aproximadamente 10-5 mutaciones por gen y generación, en un
organismo diploide como los humanos, con unos 105 genes, las mutaciones que tiene cada
individuo al nacer son de 10-5 x 105 x 2 = 2 mutaciones, lo que es una cantidad considerable.
MUTACIÓN GÉNICA O PUNTUAL
Las mutaciones génicas son las que alteran la secuencia de nucleótidos de un solo gen, por lo
que también se denominan puntuales. Se pueden producir por:

Sustitución de pares de bases:

Pérdida de nucleótidos (deleción).

Inserción de nuevos nucleótidos (adición).

Inversión de nucleótidos.

Translocación de pares de nucleótidos complementarios.
Las mutaciones génicas que afectan a la pauta de lectura se producen por inserciones o
deleciones de nucleótidos, pero nunca tres o múltiplos de tres. Originan secuencias de
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aminoácidos distintas a las originales o un codón terminación, que impide que la
proteína cumpla con su función.
Al añadirse o perderse algún nucleótido cambian todos los tripletes, por eso se dice que causan
un corrimiento de la pauta de lectura, creando una proteína completamente diferente.
Los efectos de las mutaciones puntuales pueden ser distintos:

Perjudicial, aunque compatible con la vida como, por ejemplo:
o
Enanismo hipofisiario: producido por una mutación de la hormona del
crecimiento.
o
Anemia falciforme: mutación de la hemoglobina que le hace perder capacidad
de transportar oxígeno.
o
Albinismo: no pueden sintetizar melanina porque una mutación impide que
una enzima la sintetice.

Beneficiosa. Es raro, pero puede ser que la nueva proteína tenga mejores propiedades y
pueda desempeñar mejor su función, por lo que los individuos que la tengan tendrán
ventajas adaptativas respecto al resto de la especie, y la selección natural hará que este
gen se imponga al original, provocando la evolución.

Letales. Causan la muerte del organismo que la sufre. Por ejemplo, en
mutaciones producidas durante el desarrollo embrionario que causan muchos de los
abortos naturales.
MUTACIÓN CROMOSÓMICA O ESTRUCTURAL
Las mutaciones cromosómicas son cambios producidos en la estructura normal de los
cromosomas, sin cambiar su número.
Cambia la secuencia de nucleótidos en el ADN y, por tanto, también el mensaje transcrito
al ARNm. Se ven afectados segmentos más o menos grandes de los cromosomas, provocando
cambios en su estructura, afectando a varios genes.
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Tipos de mutaciones cromosómicas:


Si afectan al orden de los genes:
o
Inversiones.
o
Translocaciones.
Si afectan al número de genes:
o
Duplicaciones.
o
Deleciones.
Las translocaciones e inversiones, al no cambiar el
número de genes, no suelen afectar mucho al portador. El
problema es mayor cuando un gen acaba más alejado de
otras zonas del cromosoma que controlan su expresión o
cuando se acercan a otras zonas reguladoras que no le
corresponden.
Las
deleciones
y
duplicaciones
pueden
tener
consecuencias más graves, ya que puede transmitir
cromosomas defectuosos a la descendencia, siendo ésta
inviable o con mutaciones.
MUTACIONES A NIVEL GENÓMICO
Las mutaciones genómicas son variaciones en el número normal de cromosomas de una
especie. Se suelen producir por un reparto desigual de cromosomas durante la meiosis en la
formación de gametos, de forma que unos gametos quedan con cromosomas de más y otros con
cromosomas de menos.
Las mutaciones genómicas se clasifican en:


Euploidías.
o
Poliploidías.
o
Haploidía o monoploidía.
Aneuploidías.
o
Monosomías.
o
Trisomías.
11
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EUPLOIDÍAS
La mutación afecta al número de juegos completos de cromosomas con relación al número
normal de cromosomas de la especie.
Se producen por la no separación de los cromosomas homólogos durante la meiosis.
Poliploidía
Son mutaciones consistentes en el aumento del número normal de “juegos de cromosomas”,
pudiendo ser triploides (3n), tetraploides (4n) y, en general, poliploides. Pueden estar causadas
por un error en la división reductora de la meiosis o por polispermia, si un óvulo es fecundado
por más de un espermatozoide.
En animales, la poliploidía suele ser incompatible con la vida. En plantas, es frecuente.
Haploidía o monoploidía
Se trata de mutaciones en las que sólo existe un único juego n de cromosomas.
La haploidía es normal en seres vivos con ciclos haplontes o haplodiplontes. En animales es
más rara, pero también se da en algunas especies que se reproducen por partenogénesis.
La haploidía no tiene mucha importancia en evolución cuando ocurre espontáneamente, pero el
hombre sí ha utilizado los individuos haploides con la intención de mejorar las plantas. Si
consigue duplicar un haploide obtiene un individuo diploide homocigótico para todos sus
genes, mucho más rápido que tratar de conseguirlo mediante cruces de heterocigóticos.
Aneuploidía
Son mutaciones que afectan sólo al número de cromosomas de una pareja, pero sin llegar al
juego completo.
Se puede producir aneuploidía por defecto o por exceso de cromosomas, según si le falta un
cromosoma o lo tiene de más. La aneuploidía ocurre frecuentemente en la naturaleza. Son
menos perjudiciales en las plantas que en animales. En humanos también son relativamente
frecuentes y ocasionan trastornos como en el caso del síndrome de Down, y otros que afectan
a los cromosomas sexuales.
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MONOSOMÍAS
Las monosomías se producen cuando falta un cromosoma de una pareja de homólogos (2n-1).
Son raras porque tienen efectos letales para sus portadores. La única monosomía viable en los
humanos es la del cromosoma X, el síndrome de Turner.
Síndrome de Turner (X0)
El síndrome de Turner afecta únicamente a las mujeres. En las mujeres con síndrome de
Turner, a las células les falta todo o parte de un cromosoma X. Lo más común es que la paciente
tenga sólo un cromosoma X; otras, pueden tener dos cromosomas X, pero uno de ellos está
incompleto.
La ausencia del cromosoma Y determina el sexo
femenino de todos los individuos afectados, y la
ausencia del segundo cromosoma X determina la falta
de desarrollo de los caracteres sexuales primarios y
secundarios. Esto confiere a las mujeres que padecen el
síndrome de Turner un aspecto infantil y esterilidad de
por vida. Este síndrome aparece, aproximadamente, en
1 de cada 2.500 niñas.
TRISOMÍAS
Una trisomía es la existencia de un cromosoma extra en un organismo diploide. En lugar de un
par homólogo de cromosomas, tiene un triplete (2n + 1 cromosomas).
Puede afectar tanto a autosomas como a cromosomas sexuales, siendo más frecuentes y menos
graves en estos últimos.
Trisomías que afectan a autosomas:
Trisomía 13, o síndrome de Patau
Los niños tienen graves malformaciones en el desarrollo, labio leporino, ausencia de bulbo
olfatorio, malformaciones cardiacas, urinarias, digestivas y polidactilia.
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El promedio de supervivencia de estos niños es de
unos tres meses. La edad promedio de los padres de
niños afectados es mayor que la de los padres de
los niños normales, pero no es tan alta como la edad
promedio materna en los casos del síndrome de
Down. Este caso sólo ocurre en 1 de cada
19 000 nacimientos.
Trisomía 18, o síndrome de Edwards
El fenotipo de estos niños ilustra que la presencia de un autosoma extra (el 18) produce
malformaciones congénitas y una menor esperanza de vida. Estos niños son más pequeños de
lo normal. Sus cráneos están alargados según el eje antero-posterior y sus orejas son deformes
y situadas más bajo de lo normal, presentan el cuello ancho, dislocación congénita de la cadera
y el mentón deprimido. El promedio de
supervivencia es menos de cuatro meses.
La muerte se produce normalmente por
neumonía o fallo cardíaco. La edad media
materna es alta.
Aparece con una frecuencia de 1 de cada
8000 nacimientos.
Trisomía del par 21, o síndrome de Down
Esta anomalía hereditaria se produce por un error en
la separación de la pareja de cromosomas 21 en la
meiosis, por lo que presenta tres cromosomas por ir
dos cromosomas juntos en el mismo gameto.
Las personas con síndrome de Down presentan
estatura baja, cabeza redondeada, frente alta y
aplanada, y lengua y labios secos y fisurados.
Presentan epicanto, pliegue de piel en la esquina
interna de los ojos. Las palmas de las manos muestran un único pliegue transversal, y las plantas
de los pies presentan un pliegue desde el talón hasta el primer espacio interdigital (entre los dos
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primeros dedos). En muchos casos padecen cardiopatías congénitas y tienden a desarrollar
leucemia. El cociente de inteligencia varía desde 20 hasta 60 pero bajo un programa de
intervención y de estimulación temprana estos individuos pueden alcanzar un desarrollo
cognitivo significativo.
La incidencia global del síndrome de Down se aproxima a 1 de cada 700 nacimientos, pero el
riesgo varía de acuerdo con la edad de la madre. La incidencia en madres de 25 años es de 1
cada 1250 nacidos vivos; en madres de 30 años es de 1 por 1000; en madres de 35 años es de 1
por 400; en madres de 40 años es de 1 por 100; en madres de 45 años es de 1 por 30. Para
detectar la anormalidad cromosómica durante el periodo prenatal se pueden emplear la
amniocentesis y la biopsia de vellosidades coriónicas.
Trisomías que afectan a cromosomas sexuales:
Síndrome de Klinefelter (XXY)
El síndrome de Klinefelter es una anomalía cromosómica que consiste en la existencia de dos
cromosomas X y un cromosoma Y. Afecta a los hombres y ocasiona hipogonadismo (genitales
poco desarrollados), diversas malformaciones y problemas metabólicos generalizados. Se
agudiza entre los 14 y 21 años. Los síntomas son más pronunciados cuando hay más de dos
cromosomas X. Algunos hombres no presentan síntomas y no saben que presentan esta
condición hasta la edad adulta cuando encuentran problemas de infertilidad.
En el síndrome de Klinefelter, el individuo tiene un total de 47 cromosomas: 44 + XXY. Los
dos cromosomas X anulan al Y, y el individuo, aunque tiene testículos y, por lo tanto, es macho,
funcionalmente no lo es, ya que están atrofiados.
Curiosidad: Carlos II de España, “el Hechizado”
Síndrome del duplo Y (XYY) o síndrome del superhombre
Algunos autores no lo consideran ni síndrome, pues el fenotipo es normal, (no padecen
trastornos de gran envergadura) ya que la gran mayoría de los hombres con XYY no conocen
su cariotipo.
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Tienen algo menos de coeficiente intelectual que sus hermanos, aunque dentro de la
normalidad. El retraso en el desarrollo y los problemas de comportamiento también son
posibles, aunque no son especialmente agresivos.
Antiguamente se pensaba que eran más altos y agresivos, con bajo coeficiente intelectual, pero
no es así en la mayor parte de los casos.
Síndrome triple X
El síndrome triple X, XXX o de la superhembra se presenta en mujeres que poseen un
cromosoma X extra. Se trata de individuos femeninos con órganos sexuales atrofiados,
fertilidad limitada y bajo coeficiente intelectual. Su prevalencia es de aproximadamente 1 de
cada 1500 niñas. Los padres o las niñas afectadas probablemente no lleguen a darse cuenta de
la presencia de esta enfermedad, a menos que se sometan a los exámenes médicos pertinentes.
CAUSAS DE LAS MUTACIONES GENÉTICAS
Las mutaciones pueden ser espontáneas, producidas por errores en la replicación o por lesiones
fortuitas en el ADN, o ser inducidas, producidas artificialmente por agentes mutagénicos.
El ADN está sometido a continuas agresiones de sustancias químicas o agentes físicos del
entorno de la célula que puede originar mutaciones naturales.
Pero además de la naturaleza, también hay ataques producidos por los hábitos pocos saludables
sociales (alcohol, tabaco,…) y alimentarios que han aumentado el número de agentes
mutagénicos. Estos agentes mutagénicos se pueden clasificar en:

Mutágenos químicos: son compuestos químicos capaces de alterar las estructuras del
ADN de forma brusca, como por ejemplo:
o
Agentes alquilantes, como el gas mostaza, que alteran la replicación al introducir
radicales metil, etil, …
o
Agentes intercalantes, como el naranja de acridina y el benzopireno. El
benzopireno que se une al ADN impidiendo el apareamiento de bases.
o
Agentes desaminantes.
o
Análogos de bases púricas y pirimidínicas.
o
El ácido nitroso que acelera la transformación de la citosina en uracilo.
16
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o

Dioxinas que son agentes carcinógenos.
Mutágenos físicos: son radiaciones que pueden alterar la secuencia y estructura del
ADN.
o
Radiaciones no ionizantes: Por ejemplo, la radiación ultravioleta que origina
dímeros de pirimidina (generalmente de timina), que distorsionan la doble hélice
del ADN e impiden su replicación y división celular, o forman radicales libres.
o
Radiaciones ionizantes (rayos X, gamma), rompen los enlaces fosfodiéster,
alterando las cadenas de ADN. Por ejemplo, la radiación gamma y la alfa.
Los ultrasonidos también producen variaciones cromosómicas estructurales.

Mutágenos biológicos: son aquellos organismos “vivos” que pueden alterar las
secuencias del material genético de su hospedador como, por ejemplo: virus, bacterias
y hongos. Son ejemplo los transposones (fragmentos autónomos de ADN).

Factores que no son agentes mutágenos pero que determinan si una mutación
tendrá lugar o no: temperatura, presión de oxígeno, envejecimiento.
Los 37 ºC de temperatura hacen, por ejemplo, que las células humanas pierdan cada día
unas 5000 bases púricas (adenina y guanina) y la transformación de citosina en uracilo
y de adenina en hipoxantina.

Mutágenos que resultan de sustancias no carcinógenas metabolizadas, por ejemplo,
el benzopireno es la sustancia resultante del metabolismo del hígado.
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LA INGENIERÍA GENÉTICA
La ingeniería genética es el conjunto de procesos y técnicas que permite la manipulación de los
genes de un organismo, creando OGM (organismos genéticamente modificados). Una de sus
aplicaciones más utilizadas es en la transferencia de genes entre organismos diferentes, formado
organismos transgénicos. A esta tecnología se le llama también del ADN recombinante, ya
que este es el nombre que recibe el ADN formado por la unión de fragmentos procedentes de
organismos distintos.
Endonucleasas de restricción
La tecnología del ADN recombinante precisa de dos herramientas básicas: las endonucleasas
de restricción y las ADN ligasas.
Endonucleasas de restricción: son enzimas bacterianas capaces de reconocer una determinada
secuencia de ADN y cortarlo entre determinados pares de bases. De esta forma se crean
fragmentos de ADN cuyos extremos están formados por ADN monocatenario.
Gracias a las endonucleasas se pueden seleccionar los genes de interés en el organismo donante,
cortarlos y prepararlos para insertarlos en un receptor.
ADN ligasas: son enzimas capaces de unir los extremos cohesivos de los fragmentos de ADN
producidos por las endonucleasas. Para obtener ADN recombinante, se cortan diferentes
moléculas de ADN con la misma enzima de restricción. Los fragmentos obtenidos se ponen en
contacto junto a ligasas, que los unen al azar. Algunas de las moléculas obtenidas serán ADN
recombinante.
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CRISPR
El acrónimo CRISPR (clustered regularly interspaced short palindromic repeats, en español
“repeticiones palindrómicas cortas agrupadas y regularmente interespaciadas) es el nombre
dado por el investigador español Francis Mojica a unas secuencias repetitivas presentes en el
ADN de las bacterias, que funcionan como autovacunas. Contienen el material genético de los
virus que han atacado a las bacterias en el pasado, por eso permiten reconocer si se repite la
infección y defenderse ante ella cortando el ADN de los invasores.
Su función fue predicha por el mismo Francis Mojica en el año 2005. En los años siguientes,
varios equipos de científicos desentrañaron su mecanismo y, entre 2012 y 2013, los equipos de
Jennifer Doudna y Emmanuelle Charpentier, entre otros, lo aprovecharon para desarrollar una
herramienta sencilla, versátil y potentísima para editar el ADN de cualquier tipo de célula.
Doudna y Charpentier recibieron por ello el premio Nobel de Química en el año 2020.
Los científicos han aprendido a utilizar la
herramienta CRISPR
fuera de las
bacterias para cortar y pegar fragmentos
de material genético en cualquier célula.
El poder de estas tijeras moleculares es
inmenso. Por eso, fue considerado el
mayor avance científico del año 2015.
Justamente
por
ello,
creadoras
advierten
sus
que
propias
debemos
controlar su uso
https://youtu.be/4YKFw2KZA5o
CRISPR utiliza unas guías y una proteína (Cas9) para dirigirse a zonas elegidas del ADN
y cortar. A partir de ahí, se pueden pegar los extremos cortados e inactivar el gen, o introducir
moldes de ADN, lo que permite editar sus ‘letras’ a voluntad.
Puede aplicarse en casi cualquier situación en que se desee modificar la secuencia de ADN.
Está siendo muy útil en investigación básica para generar modelos de enfermedades que antes
apenas se podían estudiar, así como para estudiar nuevas dianas y fármacos.
También está permitiendo producir con mayor seguridad plantas transgénicas, lo que lleva a
conflictos legales, ya que en realidad no se introduce ningún gen, sino que se modifica uno ya
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Biología S6-4P. ESCUELA EUROPEA “BRUSELAS III”
existente. En EE UU, donde no se someten a una regulación especial, ya se venden cultivos
editados, como champiñones que se conservan durante más tiempo. La Unión Europea no se ha
pronunciado al respecto.
Hasta el año 2012, modificar una parte del genoma consistía en una obra de ingeniería que
podía costar unos 5.000 euros y solo servía para unas pocas regiones. Ahora, con CRISPR, se
puede hacer en prácticamente cualquier región y se consigue por 60 euros. Todos los
laboratorios del mundo se están pasando a la nueva técnica de edición del ADN.
Clonación del ADN
Para poder modificar genéticamente un organismo receptor mediante otro donante es preciso
disponer de muchas copias del gen de interés. Una forma clásica de obtener dichas copias es la
clonación de ADN o clonación génica. Para clonar un gen debe introducirse en una célula que
lo mantenga y lo replique. Para ello se necesita un vector de clonación, un transportador del gen
al interior de la célula. La unión del gen de interés con el vector formará un ADN recombinante
que, introducido en la célula apropiada, permitirá obtener multitud de copias.
La clonación génica permite obtener genotecas de ADN, secuenciar genomas, obtener proteínas
recombinantes, terapia génica, ...Existen diversos tipos de vectores de clonación, entre ellos
virus, balas de oro y plásmidos.
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Biología S6-4P. ESCUELA EUROPEA “BRUSELAS III”
Los plásmidos son los más utilizados en bacterias. Estas pequeñas moléculas de ADN circular
se recombinan con el gen de interés y con un marcador, como un gen de resistencia a
antibióticos. El plásmido recombinante se introduce en bacterias mediante transformación. Las
bacterias transformadas son seleccionadas gracias al marcador, luego se cultivan y, finalmente,
se aíslan los plásmidos recombinantes producidos por estas bacterias para obtener las copias
del gen de interés clonado.
Reacción en cadena de la polimerasa (PCR)
Aunque la clonación génica se sigue usando, actualmente existe una técnica mucho más eficaz
de clonar genes: la reacción en cadena de la polimerasa o PCR.
La PCR imita la replicación del ADN celular, pero in vitro y sin células. Esta tecnología es
capaz de obtener millones de copias de un fragmento de ADN en muy poco tiempo
(amplificación del ADN). Para ello se necesita:
 El ADN a amplificar.
 Cebadores: oligonucleótidos complementarios de los extremos 3’ del ADN a copiar.
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 Los 4 tipos de desoxirribonucleótidos trifosfato necesarios para fabricar ADN: ATP, GTP,
CTP, TTP.
 Taq ADN polimerasa: Una ADN polimerasa resistente al calor obtenida de una bacteria
termófila.
Cada ciclo de replicación o amplificación consta de 3 etapas:
 Etapa 1: desnaturalización. Calentamiento a 95 ºC para separar las dos cadenas del ADN a
clonar.
 Etapa 2: hibridación. Enfriamiento a 55 ºC para que los cebadores se unan a las cadenas de
ADN.
 Etapa 3: síntesis de ADN. Calentamiento a 72 ºC para que la ADN polimerasa sintetice
nuevas cadenas.
Cada ciclo dura unos 5 minutos. Tras 20-30 ciclos se dispone de millones de copias.
Esta técnica es de gran utilidad en detección temprana de patógenos, medicina forense (huella
genética), estudios evolutivos, etc.
RT-PCR
La PCR de transcripción inversa, o RT-PCR, permite el uso de ARN como plantilla. Un paso
adicional permite la detección y amplificación de ARN. El ARN se transcribe inversamente en
ADN complementario (ADNc), utilizando transcriptasa inversa. El primer paso de la RT-PCR
es la síntesis de un híbrido ADN/ARN. La transcriptasa inversa también tiene una función de
ARN-asa, que degrada la porción de ARN del híbrido. A continuación, la molécula de ADN
monocatenario se completa mediante la actividad de polimerasa de ADN dependiente de ADN
de la transcriptasa inversa en ADNc. A partir de aquí, se utiliza el procedimiento de PCR
estándar para amplificar el cDNA. La posibilidad de revertir el ARN en ADNc mediante RT22
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PCR tiene muchas ventajas. El ARN es monocatenario y muy inestable, lo que dificulta trabajar
con él.
Esta es la tecnología utilizada para la detección del SARS-CoV-2, causante de la COVID-19
Organismos genéticamente modificados
Las técnicas de ingeniería genética han permitido la obtención de organismos genéticamente
modificados (OGM), seres vivos con su genoma modificado o con genes de otras especies
(transgenes) que originan organismos transgénicos.
De esta forma se pueden obtener bacterias, levaduras, animales y plantas transgénicos.
APLICACIONES DE LOS ORGANISMOS TRANSGÉNICOS
 Biofarmacia: producción de proteínas, hormonas, insulina, etc. Tanto en bacterias como en
animales y plantas.
 Alimentos y mejora vegetal y animal: alimentos transgénicos con características
especiales (arroz dorado, trigo y arroz sin gluten,...) y plantas y animales más productivos o
resistentes.
 Defensa del medio ambiente y biorremediación: bacterias y plantas capaces de degradar
residuos tóxicos o contaminantes.
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Biología S6-4P. ESCUELA EUROPEA “BRUSELAS III”
 Investigación biológica y médica: estudio de rutas metabólicas, desarrollo embrionario,
enfermedades, terapia génica...
 Obtención de órganos para xenotrasplantes: cerdos y otros animales transgénicos cuyos
órganos producen menos rechazo inmunológico.
GENÓMICA
La genómica tiene como objetivo secuenciar el genoma de las especies vivas. Actualmente se
han secuenciado completamente miles de organismos, principalmente bacterias, aunque
también unos cientos de eucariotas, incluido el ser humano.
PROYECTO GENOMA HUMANO
El Proyecto Genoma Humano fue un proyecto de
investigación científica que tenía el objetivo fundamental
de determinar la secuencia de pares de bases nitrogenadas
del ADN e identificar y cartografiar los aproximadamente
25000 genes del genoma humano desde un punto de vista
físico y funcional. Se trataba de conocer la secuencia
de nucleótidos de nuestro ADN y qué genes codifican
las proteínas.
El proyecto comenzó en 1990, cuando se creó un Consorcio Público Internacional, formado por
EEUU, Reino Unido, Japón, Francia, Alemania, China y otros países, con el objetico de
conseguir la secuencia completa del genoma humano. Paralelamente, otro proyecto similar fue
impulsado por la empresa privada Celera Genomics, que pretendía hacer negocio con las
patentes de los genes.
En el año 2000, se publicó el primer borrador del proyecto, muchas años antes de lo previsto,
llegando en febrero de 2001 a concretar casi el 95% de la investigación, arrojando interesantes
resultados, pero también múltiples interrogantes y potenciales aplicaciones.
Finalmente, en 2003, se hicieron públicos de forma conjunta, la empresa pública y la privada,
de la secuencia completa del genoma humano.
Algunas de las principales conclusiones obtenidas del Proyecto Genoma Humano son:
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Biología S6-4P. ESCUELA EUROPEA “BRUSELAS III”

El genoma haploide contiene unos 3.000 millones de nucleótidos.

Tenemos unos 25.000 genes de tamaño variable.

Compartimos más del 99,9 % con todas las demás personas, son idénticos. El 0,1% es
lo que hace que las personas seamos distintas a los demás.

Compartimos muchos genes con otras especies. por ejemplo, compartimos más del 90
% de los genes con los ratones y el 98 % con los chimpancés.

Sólo menos del 2 % del ADN codifica para proteínas, el resto no se sabe aún su función.

Cada gen está implicado en la síntesis de más de una proteína, no solo una.
BIOÉTICA
Los increíbles avances en biotecnología han llevado a plantearse cuestiones éticas muy
profundas sobre su utilización y consecuencias para la humanidad. Podría emplearse para
discriminar personas en función de sus características genéticas. La reproducción asistida y el
uso de la clonación con fines reproductivos o, incluso, terapéuticos, desata mucho debate y
controversia entre numerosos colectivos. La terapia génica y la eugenesia podrían utilizarse
para manipular embriones humanos y obtener individuos con características especiales. OMG:
plantean muchas dudas sobre su potencial peligrosidad para la salud o el medio ambiente.
La era de la eugenesia: cuando la pseudociencia se hizo ley
La etimología del término eugenesia hace referencia al “buen nacimiento”. Se trata de la
disciplina que busca aplicar las leyes biológicas de la herencia para perfeccionar la especie
humana. La eugenesia supone una intervención en los rasgos hereditarios para ayudar al
nacimiento de personas más sanas y con mayor inteligencia.
El origen de todo ello se remonta a 1883, cuando el polímata británico Francis Galton acuñaba
el término eugenesia para designar las prácticas encaminadas a aumentar la calidad genética de
la especie humana. Galton pretendió basarse en las teorías de su pariente, Charles Darwin, para
proponer que el fomento de la descendencia de las “cepas o razas superiores” lograría producir
“hombres de una alta clase”, sin taras genéticas.
Aunque el propio Darwin se había opuesto a esta interpretación de su doctrina evolutiva, las
ideas de Galton captaron el interés de buena parte de la comunidad científica, que comenzó a
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Biología S6-4P. ESCUELA EUROPEA “BRUSELAS III”
debatir la posibilidad de promocionar diversas técnicas para mejorar el repertorio genético de
la población humana como una contribución al bien común.
Los defensores de la eugenesia aseguran que esta práctica alivia el sufrimiento (al evitar que
nazcan personas con malformaciones o graves enfermedades, por ejemplo) y permite que la
sociedad ahorre recursos. Sus detractores, en cambio, consideran que la eugenesia es contraria
a la ética y creen que la manipulación de estas leyes biológicas es inmoral.
El nazismo impulsó la eugenesia y realizó experimentos genéticos con seres humanos.
La selección artificial, el diagnóstico prenatal, la ingeniería genética y el control de natalidad
son mecanismos propios de la eugenesia. A lo largo de la historia, esta práctica ha sido utilizada
como justificativo para practicar la discriminación, obligar la esterilización de grupos sociales
y hasta exterminar a las razas o etnias consideradas como inferiores.
Eugenesia y xenofobia
La eugenesia supo gozar de prestigio social y fue apoyada por personalidades como Winston
Churchill y Alexander Graham Bell. Sin embargo, a partir de su vinculación con las políticas
raciales impulsadas por el régimen nazi en Alemania, esta disciplina comenzó a ser condenada.
Los nazis incluyeron en su retórica el concepto de “vida indigna de ser vivida” para impulsar
la eugenesia en los grupos sociales que consideraban “desviados” (discapacitados físicos y
mentales, homosexuales) y “conflictivos” (judíos, gitanos, comunistas). El argumento llevó a
que los científicos alemanes realizaran experimentos genéticos con los seres humanos.
Sin embargo, no fueron los alemanes los únicos en apoyar la eugenesia, en países como Suecia
y Estados Unidos, también se realizaron programas de eugenesia que tenían por objetivo de
proponer un pueblo uniforme, de rasgos definidos y «pura sangre». Para este efecto se
realizaron programas de esterilización para asegurarse la reproducción de aquellos individuos
que contaran con la dotación física e intelectual esperada. Muchas víctimas sufrieron estas
medidas, en su mayoría eran alcohólicos, epilépticos, ciegos o sordos o mujeres consideradas
promiscuas o criminales. Los etiquetaban como débiles mentales y aseguraban que era la mejor
forma de asegurar el porvenir de las sociedades. Además, proponían que la esterilización era la
mejor solución a la pobreza.
El caso Buck
En Estados Unidos hubo un caso que conmovió a todo el pueblo. En 1924 Carrie Buck, una
huérfana que vivía en una casa de adopción, fue violada por el sobrino de sus padres adoptivos;
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Biología S6-4P. ESCUELA EUROPEA “BRUSELAS III”
al poco tiempo supo que estaba embarazada. Tenía 17 años y era una chica como cualquier otra;
sus padres adoptivos la ingresaron en un hospital para epilépticos y enfermos mentales para
evitar que su situación mancillara el apellido de la familia.
Carrie fue condenada a la esterilización; pero no cedió fácilmente. Recurrió a la Corte Suprema
de Justicia en el que se enfrentó al entonces director de ese hospital. Perdió y en 1927 fue
esterilizada. Uno de los argumentos del jurado fue «Tres generaciones de imbéciles son
suficientes» (intentaban expresar que el gen Buck era deficiente).
Eugenesia, sexismo, xenofobia y racismo
Ésta es solamente una de las miles de historias que existen en torno a la eugenesia. Se sabe
que la principal razón que llevó a los gobiernos a apostar por este tipo de programas fue el
racismo, el sexismo y la xenofobia; es decir, la consideración de la superioridad de unos
individuos sobre otros por razón de raza, sexo o procedencia. Basta con recurrir a las estadísticas
para comprobarlo.
En Escandinavia se esterilizaron a unas 63.000 personas entre los años 1934 y 1975; de las
cuales el 90% eran mujeres a las que se consideraba «ineptas» para reproducirse. Del mismo
modo en Estados Unidos las personas esterilizadas a la fuerza entre los años 1907 y 1960
eran en su mayoría afroamericanas, por lo que se puede leer claramente que la ejecución de
estos programas se debió a cuestiones racistas.
Fue su asociación con el régimen nazi lo que acabó destronando a la eugenesia en EEUU. La
comunidad científica comenzó a tildarla de pseudociencia, ya que muchos de los rasgos que
pretendía suprimir no eran netamente heredables. Con todo, alguna de aquellas leyes estatales
no sería derogada hasta los años 70. Pero a la hora de juzgar este siniestro episodio en la historia
de EEUU y otros países, no debemos perder de vista que “Hitler no practicó eugenesia, practicó
genocidio”.
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Biología S6-4P. ESCUELA EUROPEA “BRUSELAS III”
GENES LIGADOS
A medida que se avanzó en la investigación sobre la herencia, se fue descubriendo que existían
pares de genes que no se heredaban en las proporciones que había encontrado Mendel. Y por
lo tanto no se cumple siempre la tercera ley. Esta ley se cumple cuando los caracteres elegidos
están regulados por genes situados en distintos cromosomas.
Como se aprecia en el esquema los dos caracteres elegidos por Mendel color de la semilla "A"
y forma de la semilla "B" se encuentran en distintos cromosomas y por lo tanto el
individuo dihíbrido AaBb formará cuatro clases de gametos (AB, Ab, aB, ab). En cambio, si
los genes que estamos estudiando se encuentran localizados en el mismo cromosoma, un
individuo que tuviera el mismo genotipo dihíbrido AaBb sólo formará dos clases de gametos,
en el caso concreto del esquema se formarán los gametos con las combinaciones: AB, ab.
En el caso concreto de las semillas de guisantes, como se ve en el esquema siguiente, en el que
se ha utilizado la técnica del retrocruzamiento o cruzamiento prueba, tendríamos estos
resultados:
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Biología S6-4P. ESCUELA EUROPEA “BRUSELAS III”

Si los genes fueran independientes, el individuo dihíbrido AaBb formará cuatro posibles
gametos que darán origen a cuatro fenotipos posibles: amarillo-liso, amarillo - rugoso,
verde - liso, verde - rugoso

Si los genes están ligados, el individuo dihíbrido formará solamente dos tipos de
gametos y se obtendrán solamente dos fenotipos: amarillo-liso y verde- rugoso.
A los genes que están localizados en el mismo cromosoma se les llama genes ligados.
Los genes ligados pueden encontrarse en fase de acoplamiento, alelos dominantes en el mismo
cromosoma; o en fase de repulsión, alelo dominante de un carácter junto al recesivo para el otro
carácter.
LOS CARACTERES POLIGÉNICOS Y GENÉTICA CROMOSÓMICA
Un rasgo poligénico es una característica, los llamamos fenotipos, que se ven afectados por
muchos genes diferentes. Un ejemplo clásico de esto sería la altura. La altura, en el ser humano,
es una característica fuertemente controlada genéticamente. Hay muchos genes diferentes que
controlan la altura. Es por esto qué la gente no es de la altura exacta de sus padres. El color de
la piel en el ser humano es otro rasgo que es muy obvio que es controlado por muchos genes
diferentes. Es por eso que podemos encontrar diferencias en color de la piel entre padres e hijos,
aunque tienden a parecerse entre sí. Los rasgos poligénicos son muy diferentes a la
característica clásica mendeliana, en donde vemos que un gen controla una característica o un
fenotipo. Sorprendentemente, la mayoría de los rasgos en los seres humanos, y de hecho en la
mayoría de los organismos, son poligénicos. Los rasgos mendelianos, a pesar de que son los
más conocidos, son en realidad la excepción. La mayoría de las características o rasgos
genéticos están controlados por muchos genes.
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Biología S6-4P. ESCUELA EUROPEA “BRUSELAS III”
La herencia poligénica suele resultar en una curva en forma de campana (Campana de Gauss)
cuando se analiza una población Esto quiere decir que la mayoría de las personas caen en el
medio del rango fenotípico, como la altura promedio, mientras que pocas personas estarán en
los extremos, tal y como muy altos o muy bajos. A un extremo de la curva habrá individuos
recesivos en todos los alelos y en el otro extremo habrá individuos dominantes en todos los
alelos. En el medio de la curva habrá individuos con una combinación entre alelos dominantes
y recesivos.
EFECTOS AMBIENTALES SOBRE EL FENOTIPO
Los fenotipos humanos —y fenotipos de otros organismos— también varían ya que se ven
afectados por el medio ambiente. Por ejemplo, una persona puede tener una tendencia genética
a tener bajo peso o a ser obeso, pero su peso real dependerá de la dieta y el ejercicio (estos
factores a menudo tienen mayor importancia que los genes).
Un ejemplo sorprendente de cómo el ambiente puede afectar el fenotipo viene del trastorno
hereditario fenilcetonuria (PKU). Las personas que son homocigotas para los alelos de la
enfermedad del gen de la PKU carecen de la actividad de una enzima que descompone el
aminoácido fenilalanina. Debido a que las personas con este trastorno no pueden deshacerse
del exceso de fenilalanina, se acumula rápidamente a niveles tóxicos en su cuerpo.
Si la fenilcetonuria no se trata, la fenilalanina extra puede impedir que el cerebro se desarrolle
normalmente, lo que lleva a la discapacidad intelectual, convulsiones y trastornos del estado de
ánimo. Sin embargo, debido a que la PKU es causada por la acumulación de un exceso de
fenilalanina, también puede tratarse de una manera muy simple: al darle al bebé y a los niños
afectados una dieta baja en fenilalanina.
Si las personas con fenilcetonuria siguen esta dieta estricta desde una edad muy temprana,
pueden tener pocos síntomas de la enfermedad, o incluso ninguno. En muchos países, todos los
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Biología S6-4P. ESCUELA EUROPEA “BRUSELAS III”
recién nacidos son evaluados para PKU y otras enfermedades genéticas poco después del
nacimiento mediante una simple prueba de sangre.
Expresividad variable, penetrancia incompleta
Incluso para características que son controladas por un solo gen, es posible que los individuos
con el mismo genotipo tengan diferentes fenotipos. Por ejemplo, en el caso de un trastorno
genético, las personas con el mismo genotipo causante de enfermedad podrían tener formas más
fuertes o más débiles del trastorno y algunas de ellas podrían nunca desarrollar el trastorno.
En la expresividad variable, un fenotipo puede ser más fuerte o débil en diferentes individuos
con el mismo genotipo. Por ejemplo, en un grupo de personas con un genotipo causante de
enfermedad, algunas pueden desarrollar una forma grave del trastorno, mientras que otras
pueden tener una forma más leve. El concepto de expresividad se ilustra en el diagrama
siguiente, en el cual el tono de verde representa la fuerza del fenotipo.
Expresividad reducida: las seis celdas son todas verde oscuro.
Expresividad variable: las seis celdas son de diferentes tonos de verde.
Las celdas en cada ejemplo pretenden representar individuos del mismo genotipo para el gen de
interés.
En la penetrancia incompleta, los individuos con un genotipo en particular pueden o no
desarrollar un fenotipo asociado a ese genotipo. Por ejemplo, entre las personas con el mismo
genotipo causante de la enfermedad para un trastorno hereditario, algunas pueden nunca
desarrollar realmente el trastorno. El concepto de penetrancia se ilustra en el diagrama
siguiente, donde el color verde o blanco representa la presencia o ausencia de un fenotipo.
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Biología S6-4P. ESCUELA EUROPEA “BRUSELAS III”
Penetrancia completa: todas las seis celdas son verde oscuro.
Penetrancia incompleta: tres de las celdas son verde oscuro y tres de las celdas son blancas.
Las celdas en cada ejemplo pretenden representar individuos del mismo genotipo para el gen de
interés.
¿Qué causa la expresividad variable y la penetrancia incompleta? Otros genes y efectos
ambientales son a menudo parte de la explicación. Los alelos que causan la enfermedad de un
gen pueden ser suprimidos por alelos de otro gen en otra parte del genoma o la salud general
de una persona puede influir en la fuerza de un fenotipo de la enfermedad.
INTERACCIÓN GÉNICA
Se da cuando un carácter depende de dos o más pares de genes homólogos. Se estudia por tanto
la transmisión de un carácter que está codificado por dos genes por lo que la proporción
fenotípica clásica de 9:3:3:1 observada en la progenie de precursores dihíbridos en la tercera
ley de Mendel, se puede modificar en la interacción genética para dar proporciones que son
combinaciones varias de las agrupaciones 9:3:3:1.
a) Interacción epistática
En las relaciones de dominancia-recesividad en las que interviene un gen y sus dos alelos, existe
supresión intraalélica, es decir, un alelo enmascara o inhibe la expresión del otro alelo del
mismo locus genético. La epistasia implica supresión interalélica: un locus genético enmascara
la expresión de otro locus. Un gen epistático es el que cubre o inhibe la expresión fenotípica de
un gen en un locus diferente. El gen o locus suprimido se denomina gen hipostático. Los casos
más frecuentes se dan entre genes que intervienen en la misma ruta metabólica. Cuando hay
epistasia entre dos loci genéticos, el número de fenotipos que aparecen en la descendencia de
precursores dihíbridos será menor de 4.
b) Interacción no epistática
Puede existir interacción genética sin epistasis si los productos finales de diferentes vías
metabólicas aportan para el mismo carácter, es decir no hay una jerarquía, sino que cada gen
aporta su información y el fenotipo es el resultado de la expresión de ambos genes. Si los genes
son de distribución independiente (no ligados), no se alterará la proporción clásica de 9:3:3:1.
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