Fundamentos de la Genética
Conceptos Básicos
Gen: Según la genética clásica, es una unidad de información hereditaria que controla un determinado carácter. La genética molecular lo define como un fragmento de ADN que lleva información para que determinados aminoácidos se unan en un orden concreto y formen una proteína. El lugar que los genes ocupan en los cromosomas se denomina locus (loci en plural).
Alelos: Son cada una de las diferentes formas alternativas que puede presentar un gen. Si los dos alelos son iguales, el individuo es homocigoto: dominante (AA) o recesivo (aa). Cuando son diferentes (Aa), se le denomina heterocigoto.
Genotipo: Combinación de alelos que presenta un individuo para un determinado carácter. Por extensión, se define genotipo como el conjunto de genes que tiene un organismo y que permanece constante a lo largo de su existencia.
Fenotipo: La manifestación observable del genotipo: forma, color, tamaño, etc. El fenotipo puede cambiar a lo largo de la existencia de un individuo, ya que la influencia del ambiente puede favorecer su modificación.
Leyes de Mendel
Primera Ley: Ley de la Uniformidad
Todos los individuos de la F1, resultantes de un cruzamiento entre dos organismos de raza pura (homocigotos) para un mismo carácter, pero que difieren en la forma de manifestarse, son genéticamente híbridos o heterocigotos, y de fenotipo idéntico al de uno de los progenitores.
Segunda Ley: Ley de la Segregación
Al cruzar entre sí individuos de la F1, los factores o genes que controlan un determinado carácter, y que se encontraban juntos en los híbridos, se separan y se transmiten separadamente uno del otro, de manera que en la F2 reaparecen fenotipos propios de la generación parental.
Tercera Ley: Ley de la Transmisión Independiente
Indica que cuando se forman los gametos, los alelos de un gen se transmiten independientemente de los alelos de otro gen.
Herencia Poligénica
Los caracteres cuantitativos, entre los que no existe una clara diferencia, puesto que muestran una gradación de pequeñas desigualdades, son caracteres controlados genéticamente, aunque sobre ellos actúan también factores condicionados por el ambiente, como el clima, la nutrición o las enfermedades. La herencia de estos caracteres se denomina herencia poligénica y está controlada por muchos genes situados en loci distintos, cuya acción es acumulativa.
Determinación del Sexo
Determinación Cromosómica
La especie humana pertenece al grupo de organismos en los que la determinación del sexo se realiza por la presencia de cromosomas sexuales diferentes del resto de cromosomas, denominados autosomas. Los cromosomas sexuales se denominan X e Y en función de su forma. Las hembras son XX (homogaméticas) y los machos XY (heterogaméticos).
Determinación por Haplodiploidía
El sexo está determinado por el número de dotaciones cromosómicas. Los diploides (2n) son hembras, y los haploides (n) son machos. Las hembras se desarrollan a partir de óvulos fecundados, mientras que los machos a partir de óvulos sin fecundar.
Determinación Génica
La determinación del sexo depende de una serie alélica.
Herencia Ligada al Sexo
Herencia Ligada al Cromosoma Y
Todos los genes que se encuentran en el segmento diferencial del cromosoma Y son heredados únicamente por los hijos varones. Se llama herencia holándrica.
Herencia Ligada al Cromosoma X
Dado que el número de genes, y por tanto, el de caracteres ligados al segmento diferencial del cromosoma X es más numeroso que el de los ligados al Y, se generaliza como herencia ligada al sexo toda la que se encuentra ligada al X. Ejemplos: daltonismo y hemofilia.
Flujo de Información Genética
El ADN contiene la información para que los aminoácidos se unan y formen las proteínas. Dado que la síntesis de proteínas se realiza en los ribosomas (situados en el citoplasma), y que el ADN se halla en el núcleo, del que no sale, es necesaria la existencia de alguna molécula que actúe como intermediario entre el ADN y los ribosomas. Este papel de intermediario lo realiza un tipo de ARN, el ARNm. El proceso de formación de los ARN se denomina transcripción. Con la información contenida en la molécula de ARNm se puede sintetizar una cadena polipeptídica en un proceso denominado traducción, que ocurre en los ribosomas. En este proceso intervienen otros tipos de ARN: el ARN ribosómico (ARNr), componente fundamental de los ribosomas, y el ARN de transferencia (ARNt), que transportará los aminoácidos hasta los ribosomas. Debido a la complementariedad de las bases nitrogenadas, el ADN se puede replicar y transcribir a ARNm, que se va a traducir por medio de los ARNt y ARNr, gracias a la complementariedad de bases.
- Algunos virus que almacenan su información genética en forma de ARN poseen una enzima, la ARN-replicasa, capaz de fabricar copias de este ARN.
- Los retrovirus almacenan su información genética en una molécula de ARN. Emplean una enzima, la transcriptasa inversa, que sintetiza ADN a partir de una molécula de ARN en un proceso que recibe el nombre de retrotranscripción.
Síntesis del ARN (Transcripción)
La síntesis del ARN o transcripción ocurre en el núcleo y requiere:
- Una cadena de ADN que actúe como molde. De las dos cadenas de nucleótidos que forman el gen, la molde se transcribe y la informativa no lo hace.
- Enzimas. El proceso está catalizado por las ARN-polimerasas. En procariontes hay una y en eucariontes, tres. La I interviene en la formación del ARNr, la II en la síntesis de todos los ARNm y la III en el ARNt y de un ARNr de pequeño tamaño.
- Ribonucleótidos trifosfatos de A, G, C y U. Se unen mediante un enlace éster entre el ácido fosfórico y el grupo -OH.
La transcripción consta de tres etapas: iniciación, elongación y terminación. Tras la terminación se produce la maduración del ARN.
Iniciación
Comienza cuando la ARN-polimerasa reconoce en el ADN que se va a transcribir una señal que indica el inicio del proceso. Estas señales, centros promotores, son unas determinadas secuencias cortas de bases nitrogenadas a las que se une la ARN-polimerasa. La ARN-polimerasa hace que la doble hélice de ADN se abra para permitir que quede expuesta la secuencia de bases del ADN y se puedan incorporar los ribonucleótidos que se van a unir.
Elongación
Es la adición de sucesivos ribonucleótidos para formar el ARN. La ARN-polimerasa avanza a lo largo de la cadena molde de ADN en sentido 3′-5′, mientras que el sentido de la síntesis del ARN es 5′-3′. La enzima selecciona el ribonucleótido, cuya base es complementaria con la de la cadena de ADN que actúa como molde, y lo une mediante un enlace éster al siguiente nucleótido, desprendiéndose un grupo pirofosfato. En los eucariontes, tras la unión de los 30 primeros ribonucleótidos, se añade en el extremo 5′ una caperuza formada por metil-guanosín-fosfato, que durante la traducción será una señal de reconocimiento del inicio de lectura.
Terminación
La ARN-polimerasa reconoce en el ADN unas señales de terminación que indican el final de la transcripción. Esto implica el cierre de la burbuja formada en el ADN y la separación de la ARN-polimerasa del ARN transcrito.
- En los procariontes, la señal de terminación es una secuencia de bases formada por G y C seguidas de varias T, que origina al final del ARN un bucle. Este favorece la separación del ADN.
- En los eucariontes, en ciertos puntos, una enzima corta el fragmento de ARN que lleva la información para sintetizar la proteína. La señal de corte es una secuencia (AAUAAA), llamada señal de poliadenilación. Después de la separación del ARN, una enzima (poli-A-polimerasa) añade en el extremo final 3′ una secuencia formada por unos 200 nucleótidos de adenina, llamada cola poli-A.