Biologia Celular - Clase 15

CONCEPTOS BÁSICOS EN GENÉTICA

DNA

DIFERENCIAS ENTRE DNA Y RNA DNA • Azúcar: Desoxiribosa • Bases nitrogenadas: ACGT • Cadena doble

RNA • Azúcar: Ribosa • Bases nitrogenadas: ACGU • Cadena sencilla

DOGMA CENTRAL DE LA BIOLOGÍA

TERMINOLOGÍA Gen: unidad de herencia que posee la información necesaria para establecer las características particulares. Es un segmento de ADN localizado en un lugar específico del cromosoma. ADN: molécula que contiene toda la información genética de las células. Cromosoma: en eucariota, doble hélice compuesta de ADN y proteínas que se encuentra en el núcleo de la célula y que contiene los genes. Alelo: formas alternativas de un gen que se encuentra en un locus determinado de un cromosoma. Locus: lugar o sitio físico de ubicación de cada gen de los cromosomas. Gametos: célula sexual haploide formada en los organismos que se reproducen sexualmente. Herencia: hijos.

conjunto de características psíquicas y físicas que se transmiten de padres a

Homocigoto: tiene dos copias del mismo alelo de un gen; también se llama cruza pura. Heterocigoto:

portador de dos alelos diferentes de un gen.

alelo que puede determinar totalmente el fenotipo de los Dominante: heterocigotos, de manera que no se distinguen de los individuos homocigóticos para ese alelo. Excluye la expresión de la otra característica. Recesivo: alelo expresado solamente en los homocigotos y que está completamente oculto en los heterocigotos. Fenotipo: corresponden a las características físicas de un organismo. Puede definirse como la apariencia externa (digamos el color de una flor), el comportamiento o, en términos moleculares (por ejemplo, las glucoproteínas en un célula) Genotipo: Hibrido: iguales.

composición genética de un organismo. Descendientes de un cruce entre dos organismos genéticamente

Autofecundación: unión de un espermatozoide y un óvulo de un mismo individuo.

• Un rasgo o carácter es una característica que es heredable a través de las generaciones. • Existen rasgos de gran semejanza pero aún así no son exactos, esto se debe a la variabilidad, la cual es el resultado de factores genéticos y ambientales.

Gregorio Medel •

•

Gregor Johann Mendel (20 de julio de 1821 – 6 de enero de 1884) fue un monje y naturalista, nacido en Austria que describió las leyes que rigen la herencia genética, por medio de los trabajos que llevó a cabo con diferentes variedades de la planta del guisante (Pisum sativum). Su trabajo no fue valorado cuando lo publicó en el año 1866. Primera ley, o ley de segregación: Esta ley nos dice que en un cruce monohíbrido (una sola característica) un individuo que es diploide tiene dos alelos para una misma característica, y que estos alelos se separan (se segregan) al formarse los gametos; un alelo para cada gameto formado.

•

Segunda ley, o de distribución independiente: En un cruce dihíbrido (dos características) dos alelos de una característica se separan y su separación es independiente a la separación de los alelos del otro locus o característica.

•

Tercera ley, o ley de la combinación de los genes (transmisión independiente de los genes): Cada una de las características puras de cada variedad (color, rugosidad de la piel, etc.) se transmiten a la siguiente generación de forma independiente entre sí, siguiendo las dos primeras leyes.

PRIMERA LEY DE MENDEL.

LL

P:

Semillas lisas

x

Semillas rugosas

LR

F1:

100% Semillas lisas

F2:

RR

LL

LR

75% Semillas lisas

Autofecundación

RR 25% Semillas rugosas

Dedujo que: • El carácter liso dominaba sobre el carácter rugoso. Liso = dominante. Rugoso = recesivo. • Los padres llevan 2 genes (homocigotos). LL = liso, homocigoto, línea pura. RR = rugoso, homocigoto, línea pura. Formuló la siguiente hipótesis: • Los genes no se mezclan ni se contaminan en el híbrido y segregan en iguales proporciones. Primera ley de Mendel: • Los genes de cada par alelo, segregan en gametos diferentes en iguales proporciones.

Las 7 diferencias en un carácter estudiadas por Mendel

Semilla lisa o rugosa

Semilla amarilla o verde Vaina inmadura verde o amarilla

Pétalos púrpuras o blancos

Vaina hinchada o hendida

Floración axial o terminal

Tallo largo o corto

Línea pura: población que produce descendencia homogénea para el carácter particular en estudio; todos los descendientes producidos por autopolinización o fecundación cruzada, dentro de la población, muestran el carácter de la misma forma.

Patrones de herencia Existen diferentes patrones localizaciones de un gen:

de

herencia

según

las

posibles

- Herencia autosómica: basada en la variación de genes simples en cromosomas regulares o autosomas (Mendel). - Herencia ligada al sexo: basada en la variación de genes simples en los cromosomas determinantes del sexo. - Herencia citoplásmica: basada en la variación de genes simples en cromosomas de organelos (herencia Mitocondrial, materna).

Fenotipo parental

Cruza

F1

F2

Relación en F2

Lisa

Semilla lisa x rugosa

Todas lisas

5474 lisas;1850 rugosas

2,96:1

Amarilla

Semilla amarilla x verde

Todas amarillas

6022 amarillas;2001 verdes

3,01:1

Púrpura

Pétalos púpuras x blancos

Todos púrpuras

705 púrpuras;224 blancos

3,15:1

Hinchada

Vaina hinchada x hendida

Todas hinchadas

882 hinchadas;299 hendidas

2,95:1

Verde

Vaina verde x amarilla

Todas verdes

428 verdes;152 amarillas

2,82: 1

Axial

Flores axiales x terminales

Todas axiales

651 axiales;207 terminales

3,14: 1

Largo

Tallo largo x corto

Todos largos

787 largos;277 cortos

2,84: 1

Resultados de todos los cruzamientos de Mendel en los que los parentales difieren en un solo carácter(autofecundación de F1)

P

Semillas

X

Autofecundación de F2

Todas

F1

Autofecundación 3/4

F2

(3:1)

Autofecundación

F3

3/4

y

;1/4

; 1/4

Todas

(= al parental verde)

(3:1, amarillas:verdes)

Entonces:

de F2

1/3 = al parental amarillo 2/3 = F1

F2

Proporciones fenotípicas

Proporciones genotípicas 1/4 amarillos puros

3/4 amarillos 2/4 amarillos impuros 1/4 verdes

1/4 verdes puros

Proporción aparente 3:1 de F2 es 1:2:1

Esquema de la generaciones P, F1 y F2 en el sistema de Mendel que implica la diferencia en un carácter determinado por la diferencia de un gen.

Cruzamiento dihíbrido: las líneas puras parentales difieren en dos genes que controlan dos diferencias de caracteres distintos.

Las proporciones lisas:rugosas y amarillas:verdes son ambas 3:1!!

Segunda Ley de Mendel. La segregación de una pareja génica durante la formación de las células sexuales se produce de manera independiente de las otras parejas génicas.

Cuadrado de Punnet para predecir el resultado de un cruzamiento dihíbrido

Por la primera Ley de Mendel: gametas Y = gametas y = 1/2 gametas R = gametas r = 1/2 p (RY) = 1/2 x 1/2 =1/4 p (Ry) = 1/2 x 1/2 =1/4 p (rY) = 1/2 x 1/2 =1/4 p (ry) = 1/2 x 1/2 =1/4

Parejas génicas

A a Pareja génica

A

B b

B

A a

a b

A a A

a

Distribución igualitaria

A

b B

a

b

B

Gametos

Gametos

Segregación independiente

Interfase

Profase

Teoría cromosómica de la herencia (Sutton-Boveri): el paralelismo entre el comportamiento de los genes (Mendel) y los cromosomas llevó a pensar que los genes están situados en cromosomas. (luego se corrobora por herencia sexual)

Metafase I

Anafase I

Explica la distribución igualitaria y la segregación independiente

Telofase I

Anafase II

Telofase II

Meiosis de una célula diploide con genotipo A/a:B/b

Símbolos utilizados en análisis de pedigrí humanos

Análisis de pedigrí de desórdenes autosómicos dominantes

-El fenotipo tiende a aparecer en todas las generaciones. - Los progenitores afectados transmiten su fenotipo a hijos e hijas.

Ej: Huntington, pseudoacondroplasia, polidactilia Pedigrí ilustrativo de un fenotipo dominante poco común

Imp! Siempre es mas común encontrar personas llevando una copia del alelo raro (A/a) que dos copias (a/a). Como consecuencia es muy común encontrar una progenie 1:1 de personas afectadas (A/a) y no afectadas (a/a).

Análisis de pedigrí de desórdenes autosómicos polimórficos Polimorfismo: coexistencia de dos ó más fenotipos comunes de un carácter en una población.

Dado que ambos son alelos comunes en la población, la proporción de individuos portadores del alelo recesivo (ya sea en homo o heterocigosis) es mucho mayor que en los desórdenes recesivos poco comunes.

Pedigrí ilustrativo de un desórden polimórfico

Bases moleculares de la genética mendeliana Alelos: variantes de un mismo gen. Difieren en solo uno o unos pocos nucleótidos entre sí. Alelo “wild-type”: forma en la que cualquier gen particular es hallado en la naturaleza. Ej. Color del pétalo de la planta de guisante. Alelo A es wild-type Genotipo A/A A/a a/a

enzima activa enzima activa enzima inactiva

pigmento púrpura pigmento púrpura no hay pigmento

pétalos púrpura pétalos púrpura pétalos blancos

Imp! El fenotipo blanco puede darse por la inactivación de cualquiera de los genes involucrados en la síntesis del pigmento.

Alelo nulo: aquel que lleva a la ausencia del producto génico normal (ej m6) o a la desaparición fenotípica de la función normal (ej m2 y m3). Los alelos nuevos formados por mutación pueden resultar en la pérdida total o parcial de la función, o de la ganancia de más función o incluso adquisición de una nueva función a nivel proteico.

Alelismo múltiple: existencia de varios alelos conocidos de un gen. Serie alélica: conjunto de alelos de un gen.

Ej. PKU: enfermedad autosómica recesiva generada por el procesamiento anormal del aa fenilalanina por parte de la enzima fenilalanina hidroxilasa (PAH). Estructura de la PAH y las mutaciones encontradas

Ahora…por qué el alelo defectuoso de PAH es recesivo? El gen PAH es haplosuficiente: una sola “dosis” del alelo wild-type es suficiente para producir el fenotipo wild-type. Tanto el genotipo P/P (dos copias), como el P/p (una copia) producen una cantidad de PAH suficiente para el normal funcionamiento de la célula. Individuos p/p no tienen actividad PAH.

La recesividad de un alelo mutante es generalmente el resultado de la haplosuficiencia del alelo wild-type de ese gen. Al contrario, la dominancia de un alelo mutante es normalmente el resultado de la haploinsuficiencia del alelo wild-type de ese gen particular.

Recesividad de un alelo mutante de un gen haplosuficiente

Bases moleculares del albinismo (enfermedad autosómica recesiva)

Extensiones del análisis mendeliano Dominancia completa: el homocigota dominante no puede distinguirse fenotípicamente del heterocigota.

Dominancia incompleta: el heterocigota muestra un fenotipo cuantitativamente (aunque no exactamente) intermedio entre los fenotipos homocigotas correspondientes. Ej. Planta Dondiego de noche P F1

F2

pétalos rojos x pétalos blancos pétalos rosas

1/4 pétalos rojos 1/2 pétalos rosas 1/4 pétalos blancos

Ej. Grupos sanguíneos humanos ABO

Codominancia: el heterocigota expresa el fenotipo de ambos homocigotas por igual.

Antígeno A

Glóbulos rojos de una persona tipo A

Anticuerpos Anti-A

Aglutinación de gl. rojos tipo A

Antígeno B

No hay aglutinación de gl. rojos tipo B

Glóbulos rojos de una persona tipo B

Glóbulos rojos de una persona tipo AB

Anticuerpos Anti-A

Anticuerpos Anti-A

Aglutinación de gl. rojos tipo AB

Base bioquímica de los grupos ABO N-acetilgalactosamina adicionada al precursor

Antígeno A; reacciona con anticuerpos anti-A

A

alelo A ( I )

alelo O (i) Antígeno H; no reacciona con anticuerpos anti-A ni anti-B

Carbohidrato precursor alelo B ( IB)

Los alelos A y B producen transferasas distintas (que modifican de distinta manera la galactosa terminal del compuesto precursor) y el alelo O no produce ninguna.

Galactosa adicionada al precursor

N-acetilglucosamina

Galactosa

Antígeno B; reacciona con anticuerpos anti-B

N-acetilgalactosamina

Fucosa

Ej. Anemia falciforme humana

Respecto a la anemia: alelo HbA es dominante. HbAHbA: Normal. Los gl. rojos no se deforman nunca. HbSHbS: Anemia grave, a menudo mortal. La Hb anormal causa que los gl. rojos adquieran forma de hoz. HbSHbA: No se produce anemia. Los gl. rojos se deforman sólo a concentraciones de O2 anormalmente bajas.

Respecto a la forma de los glóbulos rojos: existe dominancia incompleta de HbA Respecto a la síntesis de Hb: hay codominancia.

Penetrancia: el porcentaje de individuos con un genotipo dado que exhibe el fenotipo asociado a dicho genotipo. Expresividad: grado o intensidad con la que se expresa un genotipo determinado en un individuo. Es una medida de la intensidad del fenotipo. Causas: 1- Influencia del medio ambiente. Ej. El fenotipo de individuos mutantes en un determinado ambiente puede ser igual al de un organismo wild type. 2- Influencia de otros genes. Ej. Genes modificadores, epistáticos, o supresores del resto del genoma pueden influenciar la expresión de otro gen, modificando su fenotipo típico.

Penetrancia variable Expresión fenotípica (cada círculo representa un individuo)

Expresividad variable

Penetrancia y expresividad variables

Herencia Materna

- Las mitocondrias y los cloroplastos contienen pequeños cromosomas circulares que codifican para un definido número de genes del genoma total de la célula. -Los organelos no son genéticamente independientes, algunas funciones están a cargo de genes nucleares. -Cada organelo está presente en varias copias por célula y cada una presenta una gran cantidad de copias de sus cromosomas. - Los genes de los organelos muestran herencia uniparental: sus genes son heredados exclusivamente por uno de los progenitores

las organelos residen en el citoplasma

y el óvulo contribuye con la mayoría del citoplasma (y sus organelos) a la célula cigota.

Célula huevo femenina (n) Blanco

Célula polen masculina (n) cualquier

Zigota (2n) Núcleo Cloroplasto Blanco (no-viable)

Verde

cualquier Verde

Variegado

cualquier

Huevo tipo 1

Blanco

Huevo tipo 2

Verde

Huevo tipo 3 Variegado División celular

Segregación citoplásmica

FIN