TEMA 11: GENÉTICA CLÁSICA O MENDELIANA

TERMINOS:

La información genética se encuentra repartida en unidades denominados genes.

Un GEN es un segmento de ADN que contiene la información necesaria para la síntesis de una proteína. El lugar que ocupa el gen en el cromosoma es denominado LOCUS.

Un GENOMA de un organismo es el conjunto de genes contenidos en los cromosomas de las células.

El conjunto de genes constituye el GENOTIPO, que es el genoma especifico de un individuo, es decir la combinación única de sus alelos.

La manifestación externa del genotipo es denominada FENOTIPO, que es la apariencia externa de un individuo, y puede variar según el ambiente.

Fenotipo = Genotipo + Acción Ambiental

Los CROMOSOMAS HOMÓLOGOS poseen la información genética para los mismos caracteres, pero puede tener distintos alelos.

El ALELO DOMINANTE es el que sale al exterior, en un híbrido (Aa) solo se expresa el dominante A, para que el ALELO RECESIVO pueda expresarse tiene que encontrarse en homocigosis.

Los caracteres heredables pueden ser de dos tipos:

CUALITATIVOS, presenta dos alternativas claras y fáciles de ver

CUANTITATIVO, presenta diferentes graduaciones entre dos valores extremos.

HOMOCIGOTO es portador de mismo alelo (AA) (aa)

HETEROCIGOTO poseen dos alelos distintos (Aa) se obtienen al cruzar dos homocigotos       

(AA X aa)

Existe tambien una HERENCIA INTERMEDIA se produce cuando en el híbrido (Aa) los dos alelos tienen la misma fuerza para expresarse, aparece un fenotipo intermedio entre el AA y el aa, ambos alelos son equipotentes.

GENES PLEIOTRÓPICOS manifiestan más de un efecto fenotípico distinto (ratones)

SERIES DE MÚLTIPLES ALELOS, son el conjunto de alelos que existen en una població para controlar un mismo carácter, proceden de las mutaciones de un mismo gen.

GENES LETALES, son aquellos que cuando se expresan provocan la muerte de sus portadores, pueden ser dominantes o recesivos.

GENÉTICA MENDELIANA:

La genética es la ciencia que estudia la herencia de los caracteres biológicos.

La genética mendeliana es la vía de experimentación más antigua, llevada a cabo por Gregor Mendel con distintas variedades de guisantes. Estos experimentos le permitieron demostrar que los caracteres que los padres transmiten son transportados por elementos o factores hereditarios que actualmente conocemos por alelos.

Mendel demostrómediante una serie de experimentos que estos factores no se mezclan, son independientes.

PRIMERA LEY DE MENDEL: ley de la uniformidad de la primera generaci

ón filial.

La descendencia resultante de un cruze de razas puras está formada por un conjunto de híbridos con el mismo fenotipo que la raza dominante.

SEGUNDA LEY DE MENDEL: ley de la disyunción de los caracteres antagónicos en la segunda generación filial.

Los individuos de la segunda generación filial, resultantes del cruzamiento de dos individuos híbridos de la F1, son fenotipicamente diferentes.

RETROCRUZAMIENTO PRUEBA:

Podemos deducir el fenotipo de un guisante AA o Aa cruzando la variedad de fenotipo dominante con la variedad de fenotipo recesivo. Pueden ser AA o Aa:

AA  X  aa                          Aa  X  aa

     Aa                               Aa       aa

TERCERA LEY DE MENDEL: ley de la independencia y libre combinación de los factores hereditarios

Los caracteres no antagónicos se heredan independientemente unos de otros, debido a que los factores responsables se trasmiten por separado y se combinan de todas las formas posibles.

Las proporciones 9:3:3:1 no siempre se cumple, existen excepciones.

TEMA 12: GENÉTICA MOLECULAR I

El ADN se replica y heredamos copias del ADN paterno y materno (genotipo). Los genes poseen mensajes que cuando se expresan (transcripción – traducción) se forman diversas proteínas que ponen de manifiesto los caracteres heredados (fenotipo).

ADN   ———->   ARNm   ———->    Proteína

La expresión de los genes:

Transcurren en dos etapas sucesivas: transcripción de la información genética (sintesis del ARN) y traducción o síntesis de proteínas.

La expresión de los genes es un proceso universal, pero existen diferencias peculiares dependiendo de si son procariotas o eucariotas.

Sintesis del ARNm en eucariotas:

Todos los tipos de ARN se sintetizan en el núcleo y luego a través de los poros de la membrana nuclear pasan al citoplasma.

Para que se lleve a cabo la transcripción en eucariotas se necesitan tres elementos:

-Una cadena de ADN que actúa como molde

-Ribonucleótidos de A,G,C,U en forma de trifosfato, cargados de energía

-Una enzima, ARN polimerasa II o transcriptasa.

1. Transcripción: etapas

· INICIACIÓN:

Para asegurar que la enzima transcriba bien, existen tres clases de secuencias reguladoras:

-El promotor: es la región próxima al inicio de la transcripción (TATA). A éste se le unen factores proteicos denominados factores basales y ayuda a la ARN polimerasa II a situarse correctamente en el sitio de iniciación del gen.

-Las secuencias potenciadoras: están situadas mucho más lejos. Se encargan de desempaquetar la cromatina y facilitar la unión de los factores proteicos o basales a la ARN polimerasa II.

-Las secuencias silenciadoras: están intercaladas entre las potenciadoras, disminuyen la velocidad de transcripción.

Los factores protéicos basales reconocen la secuencia TATA del promotor, avisan a la ARN polimerasa II de que el inicio del gen se aproxima.

Una de las hebras del ADN es la informativa (la cadena superior), y la otra es la hebra molde. Se lee en sentido 3’ —  5’ y la cadena de ARN transcrita crece en sentido 5’ — 3’

· ELONGACIÓN:

Se van situando los ribonucleótidos con las bases complementarias. Entre ellos se unen por enlaces ESTER. La energía necesaria se obtiene por la ruptura de un enlace y el desprendimiento de un pirofosfato.

G = C    A = U

La enzima recorre la hebra molde mientras que la cadena de ARNm transcrito primario continua creciendo.

· TERMINACIÓN:

La enzima reconoce la secuencia TTATT que determina el fin de la transcripción.

· MADURACIÓN

Consiste en una serie de modificaciones:

-Adición en 5’ de una caperuza de metil-guanosina trifosfato. Le protege del ataque de nucleasas en el núcleo y es reconocida por los ribosomas para la traducción.

-Adición en 3’ de una cola poli- adenina (unos 200 ribonucleótidos de adenina) parece ser que interviene en la vida media de esta molécula.

-Corte de intrones y pegado de exones. Se eliminan los intrones y se empalman las secuencias exónicas.

Todas las células están obligadas a responder continuamente a los diversos cambios producidos en el ambiente en el que viven (tóxicos, cambios de temperatura, hormonales…)

Las respuestas suelen consistir en cambios metabólicos, por ejemplo, modificar la actividad de ciertas enzimas, o regular la concentración enzimática…

Se sintetizan sólo aquello que se necesita y para ello hay una regulación de la expresión génica en el núcleo y en el citoplasma.

Retrovirus:

Entre ellos está el virus del Sida, se caracterizan porque su genoma está constituido por una o más cadenas sencillas de ARN.

El virus se fija en la membrana de los linfocitos TH. Se fusionan las membranas y penetra en la célula las cadenas de ARN y la enzima retrotranscriptasa.

De cada cadena de ARN se sintetiza una cadena de ADN copia y otra cadena de ADN complementaria. Se forma una doble hélice de ADN que se integra en el genoma de la célula hospedadora y se convierte en un provirus.

A partir del ADN se forma ARNm (vírico) que forma proteínas de la envoltura o cápsida del virus y ARN vírico.

Se junta todo y por gemación abandonan la célula para volver de nuevo a la vida libre con capacidad para infectar otras células.

Algunos retrovirus son ONCÓGENOS, se insertan en células normales y provocan transformaciones que la convierten en célula cancerosa.

Otras no son oncógenas, pero cuando se insertan en determinadas regiones del genoma, activan promotores de genes con efectos cancerígenos.

El Genoma:

Conjunto de toda la información genética contenida en un virus, célula procariota o célula eucariota.

-Genoma Vírico: Molécula lineal o circular de ARN o ADN y material génico móvil al igual que el plásmido de las bacterias ( de unos pocos genes a varios cientos)

-Genoma Procariota: Cromosoma circular de ADN con entre 1000-12000 genes, y un numero variable de plásmidos con genes que no son esenciales para el crecimiento y reproducción de la célula.

-Genoma Eucariota: Se localiza en el núcleo. El genoma humano incluye al genoma nuclear con unos 25 000 genes y al genoma mitocondrial con tan solo 37 genes.

El genoma nuclear humano se refiere al contenido de un solo grupo haploide compuesto por 22 autosomas y dos cromosomas sexuales X e Y.

Solo hay 25 000 genes que codifican proteínas, el resto de ADN no se sabe bien su función, se le llamo la “chatarra génica”.

Hoy en dia se sabe que participan en el control de la expresión génica:

-Genes y secuencias relacionadas con genes:

Los exones son secuencias que codifican proteínas. Entre las secuencias de ADN no codificantes están: Las secuencias reguladoras, los intrones y los pseudogenes (no son repetitivas)

-ADN intergénico: formado por secuencias de ADN no génico, no repetitivo y otra parte de secuencias ADN repetitivas que pueden ser:

 · Secuencias cortas repetitivas en tándem: forman parte de la estructura del centrómero y los telómeros. Se denominan satélites.

 · Secuencias repetidas dispersas: aparecen en cualquier parte del genoma. Esta repetición da lugar al polimorfismo que es muy variable en cada individuo (huella génica).

El Epigenoma Humano:

Es un conjunto de secuencias de ADN que contienen la informacion epigenética, es decir, conjunto de cambios del ADN, reversibles y heredables, que no afectan a la secuencia de nucleótidos de los genes, pero son capaces de  alterar su expresión.

Unos genes se expresan y otros no, en función de las condiciones medio ambientales.

TEMA 13: GENÉTICA MOLECULAR II

2- Traducción:

La traducción es la etapa que sigue a la transcripción, mediante la cual se descodifica el mensaje genético que contiene el ARNm, para que se sintetice una proteína.

A través del código genético o CLAVE GENÉTICA, se establece una correspondencia entre nucleótidos y aminoácidos, lo que permite traducir el idioma de los genes al de las proteínas.

Los aminoácidos están codificados por palabras de 3 letras, tripletes de bases de ARNm o codones.

Características del código genético:

· El CG está degenerado 61 codones ———–> 20 aminoácidos

Hay aminoácidos que están codificados por dos o mas tripletes

· Es universal

· Los tripletes se leen en sentido 5’ —–> 3’ (ARNm)

· El código carece de solapamientos, es decir, los tripletes no comparten ninguna base.

Para hacer la traducción los aminoácidos necesitan un intermediario que es el ARNt.

Los

ARNt son los verdaderos artífices de la traducción, pues se encargan de mantener las correspondencias entre los tripletes del ARNm y los aminoácidos.

Tienen dos regiones que le permiten el papel de intérprete, la secuencia del extremo 3’ y el bucle del anticodón.

Durante la traducción hay dos tipos de reconocimiento muy específicos:

· El que lleva a cabo el complejo enzimático aminoacil ARNt sintetasa, cuando reúne a casa aminoácido con su correspondiente ARNt.

· El que lleva a cabo el ribosoma, cuando facilita el ensamblaje de cada codón con su anticodón correspondiente.

Degeneración del código genético:

Se debe a un apareamiento defectuoso de la 3ª base del anticodón, se denomina balanceo.

La complementariedad del codón/anticodón es estricta para las dos primeras bases, pero hay una cierta relajación con la tercera.

Así hay más de un ARNt para ciertos aminoácidos, llamados isoaceptores.

Etapas:

·INICIACIÓN:

Construcción del complejo de iniciación

RIBOSOMA — ARNm — ARNt con metionina

La unidad pequeña del ribosoma se una al ARNt con metionina iniciador, ayudado por factores de iniciación y GTP. Otros factores ayudan a qué esta subunidad reconozca la caperuza de metil-guanosin trifosfato.

La subunidad pequeña se desplaza por el ribosoma en dirección 5’ —> 3’ con energía del ATP.

Esta subunidad lleva el anticodón UAC del triplete que actúa como iniciador de la traducción AUG.

Al encajar el ARNt con metionina en el codón AUG, se liberan los factores de iniciación y se acopla la subunidad mayor del ribosoma (60 S).

En la subunidad mayor hay 3 hendiduras.

· ELONGACIÓN:

Proceso catalizado por la peptidil transferasa. Los aminoácidos se van añadiendo y uniendo mediante un enlace peptídico.

Al llegar el primer ARNt con metionina, los sitios A y E están vacuos.

Al entrar un segundo ARNt y unirse con dos aminoácidos, el ribosoma se desplaza en dirección 5’—> 3’. El sitio A queda libre, y llega un nuevo ARNt.

En todo este proceso se necesitan factores de elongación y energía que proporciona el GTP.

Al llegar el 3º aminoácido se produce la salida del primer ARNt y se repiten las fases anteriores.

· TERMINACIÓN:

Cuando se produce la última traslación del ribosoma, aparece en el sitio A uno de los tres codones de terminación del ARNm (UAA, UAG o UGA)

Aparece un factor de terminación e impide que algún ARNt con metionina se sitúe en A.

Al terminar se separa el péptido del ribosoma y el ARNm puede volver a ser traducido. Su vida media es de 1 a 24 horas, luego se degrada. El ribosoma queda libre en el citoplasma y las subunidades se disocian. La metionina del extremo N-terminal se eliminan en etapas posteriores

· MADURACIÓN:

La maduración posterior convierte a las proteínas en proteínas maduras y funcionalmente activas.

· Se forman puentes disulfuro y otras uniones que permiten el plegamiento correcto.

· Se añaden grupos protéticos.

· Se hace una modificación covalente de ciertos aminoácidos ( fosforilaciones, metilaciones…)

Las proteínas que van a ser exportadas al núcleo (histonas), a las mitocondrias, cloroplastos o peroxisomas, se sintetizan a partir de ribosomas que están en el citosol.

La proteínas con destino estructural, hormonas, enzimas… se sintetizan en los ribosomas del retículo endoplamático rugoso.

TEMA 14: GENÉTICA MOLECULAR III

REPLICACIÓN DE LA DOBLE HÉLICE DE ADN:

Durante la replicación del ADN, cada hebra se separa y actúa como molde para la síntesis de una nueva cadena que posee las bases complementarias.

Se ajusta al modelo semiconservativo (cremallera desabrochandose)

Replicación del ADN en bacterias:

La doble hélice de ADN en bacterias es circular.

La replicación comienza en un punto y se desarrolla en 3 etapas:

· APERTURA:

La separación de las cadenas comienza en un punto concreto, rico en secuencias GATC, que marca el origen de la replicación.

Se forman unas estructuras que se llaman burbujas de replicación y dan lugar a las horquillas de replicación. La replicación es bidereaccional.

Intervienen un conjunto de enzimas:

·Helicasas: facilitan el desenrollamiento.

·Girasas y topoisomerasas: evitan tensiones.

·Proteínas SSBP estabilizan las hebras para que no se vuelvan a enrollar.

· SÍNTESIS:

Una vez formada la burbuja de replicación ya pueden actuar las enzimas ADN polimerasas.

En la E.coli existen tres enzimas:

·ADN polimerasa I

·ADN polimerasa III ( los dos replican y corrigen errores)

·ADN polimerasa II (separación del ADN dañado por agentes físicos)

La ADN polimerasa III estámás activa, recorre la hebra  y selecciona desoxiribonucleótidos trifosfato.

La síntesis se hace en sentido 3’—> 5’

Existen varios problemas:

-La enzima no puede iniciar sola el proceso, necesita un fragmento corto de ARN (cebador) que proporciona el grupo (-OH) 3’libre. Se sintetiza mediante la ARN polimerasa o primasa.

-La ADN polimerasa III lee en sentido 3’—> 5’y las nuevas cadenas se sintetizan en sentido

    5’—> 3’. Asíla cadena molde 3’—> 5’sintetiza de forma continua. 

    En la otra cadena la encima va retrocediendo y sintetiza fragmentos (Okazaki).

La hebra conductora se sintetiza con mayor rapidez. Las  enzimas ADN polimerasa I y III actúan sólo una vez.

La hebra retardada requiere la colaboración de varias enzimas: Helicasas, proteínas SSBP, primasa, ADN polimerasa III, I, ADN ligasa…

· CORRECCIÓN:

La corrección es más compleja que la replicación y la actividad de la ADN polimerasa debe ser exacto, rápido y fiel. Por eso interviene un complejo multienzimático. Se detectan y corrigen secuencias erróneas.

Las enzimas ADN polimerasa I y III polimerizan y autocorrigen ya que realizan una doble lectura. Si hay algo erróneo lo elimina ya que tiene una actividad exonucleasa.

A pesar de todo este cuidado, hay una nueva corrección. Se descubre el error y es eliminado por una endonucleasa, que corta el segmento, uniéndolo por una ADN ligasa.

REPLICACIÓN DEL ADN EN CÉLULAS EUCARIOTAS:

Transcurre durante a Fase S del ciclo celular, es semiconservativa y bidireccional. La hebra conductora se sintetiza de manera continua y la retardada de forma discontinua, en forma de fragmentos de Okazaki que luego se unen.

Intervienen 5 tipos de ADn polimerasas

El cromosoma estáasociado a histonas en forma de nucleosomas, por lo que ademas de replicarse el ADN, deben duplicares las histonas.

Los cromosomas son mas largos que en las procariotas, por lo que se producen varias burbujas de replicación, por que sino tardaria unas tres semanas en replicarse.

Telómeros:

Los cromosomas de las células eucariotas son lineales y en los extremos están los telómeros, con secuencias repetitivas. Cuando el ADN lineal se replica, los telémetros no pueden ser replicados.

La zona del ARN cebador no se puede replicar ya que no hay grupos hidroxilos 3’libres.

Asíel telómero se va acortando en cada ciclo de replicación. Este acortamiento de los telémetros estárelacionado con el envejecimiento y la apoptosis.

MUTACIONES

Son cambios en el ADN de un individuo. Puede ser que no se manifiesten en el genotipo, pero también llegan a provocar enormes alteraciones e incluso la muerte.

Desde el punto de vista evolutivo colaboran en la variabilidad genética. Hay muchos tipos de mutaciones

1.MUTACIONES SOMÁTICAS: Se producen en las células somáticas de un individuo y no se pasa a la siguiente generación. Ejemplo: Tumor.

2.   MUTACIONES GERMINALES: Se producen en las células productoras de gametos y se

      transmiten a la generación siguiente.

      Pueden ser dominantes (un solo alelo mutado) y recesivas (solo se manifiestan con la

      presencia de dos alelos. Las mutaciones germinales pueden ser:

 MUTACIONES GÉNICAS O PUNTUALES: Alteraciones en las secuencias de algunas bases de ADN.

-Sustituciones de bases:

I.Transición: Cambio de una base pirimidínica por otra (C/T o T/C) o púrica por otra púrica.

II.   Transversión: Cambio de púrica por primimidínica o al revés.

Esto cambia la lectura y se pueden introducir aminoácidos diferentes. Si la sustitución es CONSERVADORA, el nuevo aminoácido es similar, las consecuencias serán mínimas.

Si la sustitución NO ES CONSERVADORA, la diferencia entre los aminoácidos es radical y el cambio afecta a la proteína.

-Mutaciones que cambian el marco de lectura:

I.Inserción: Se intercala un nucleótido nuevo en la secuencia del ADN.

II.   Delección: Se pierde un nucleótido.

En ambas varía la lectura de los tripletes. Si se trata de 3 nucleótidos juntos, la lectura no varía, pero se añade o elimina un triplete.

MUTACIONES CROMOSÓMICAS O ESTRUCTURALES: Afecta a los cromosomas (estructura,  forma, tamaño). Pueden ser cambios en el número de genes o en su disposición.

-Número de Genes:

I.Delección: pérdida de genes.

II.   Duplicación: aumento de genes por repetición.

-Disposición de los Genes:

I.Inversión: cambio de orden en los genes.

II.   Translocación: intercambio de genes entre cromosomas. No suelen tener efectos fenotípicos,

      son importantes en la evolución.

Estas mutaciones pueden detectarse en la profesa I de la meiosis de organismos heterocigotos.

 MUTACIONES GENÓMICAS O NUMÉRICAS: Alteran el número normal de cromosomas de una especie.

-Euploidía: Alteración en el número de juegos cromosómicos. Poliploidía/ Haploidías.

I.Poliploidía: Alteraciones debidas a la presencia de más de dos juegos cromosómicos completos.

      Según el número de juegos cromosómicos los organismos pueden ser DIPLOIDES (2n) ;  

      TRIPLOIDES (3n), TETRAPLOIDE (4n)… Los poliploides son más frecuentes en los

      vegetales.

•Autopoliploides: los juegos cromosómicos son iguales.

•Alopoliploides: los juegos cromosómicos son diferentes.

II.   Haploidías: N (1 juego de cromosomas). Se presenta de forma natural en hongos y plantas

      inferiores. A veces en animales (hormiga: macho haploide, hembra diploide).

      La haploidía, exceptuando los casos anteriores, es muy rara.

-Aneuploidías: Pérdida o ganancia de uno o varios cromosomas. Se clasifican en:

I.Nulisómicos: 2n-2 Faltan dos cromosomas en una pareja de homólogos.

II.Monosómicos: 2n-1 Falta un cromosoma.

III.Trisómicos: 2n+1 Sobra un cromosoma.

IV.Tetrasómicos: 2n+2 Sobran dos cromosomas de la misma pareja de homólogos.

Son frecuentes y sus efecto fenotípico varía según los cromosomas implicados. Por ejemplo la Trisómia 21 da origen a Sindrome de Down.