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1. PRINCIPIOS DE HERENCIA 2. MENDELISMO 3. HERENCIA LIGADA AL SEXO 4. Y EFECTO DEL MEDIO AMBIENTE 5. CUANTITATIVA 6. LIGAMIENTO Y 7. DEL LIGAMIENTO 8. EN VIRUS 9. EN BACTERIAS 10. ESTRUCTURA DE LOS NUCLEICOS 11. 12. MUTACIONES 13. 14. 15. 16. 17. DE LA (PROCARIOTAS) 18. DE LA (EUCARIOTAS) 19. DESARR...

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GENÉTICA

1. PRINCIPIOS BÁSICOS DE HERENCIA 2. MENDELISMO 3. HERENCIA LIGADA AL SEXO 4. INTERACCIÓN GÉNICA Y EFECTO DEL MEDIO AMBIENTE 5. GENÉTICA CUANTITATIVA 6. LIGAMIENTO Y RECOMBINACIÓN 7. ESTIMACIÓN DEL LIGAMIENTO 8. RECOMBINACIÓN EN VIRUS 9. RECOMBINACIÓN EN BACTERIAS 10.

ESTRUCTURA DE LOS ÁCIDOS NUCLEICOS

11.

REPLICACIÓN

12.

MUTACIONES

13.

FENOGÉNESIS

14.

TRANSCRIPCIÓN

15.

CÓDIGO GENÉTICO

16.

TRADUCCIÓN

17.

REGULACIÓN DE LA EXPRESIÓN (PROCARIOTAS)

18.

REGULACIÓN DE LA EXPRESIÓN (EUCARIOTAS)

19.

DESARROLLO EN EUCARIOTAS

20.

CAMBIO EVOLUTIVO

21.

GENÉTICA DE POBLACIONES Y EVOLUCIÓN

PRINCIPIOS BÁSICOS DE LA HERENCIA

La genética comienza en 1900 con los descubrimientos de Mendel. Es la ciencia que estudia la herencia y la variación; en otra definición, es la ciencia que estudia el material hereditario desde cualquier nivel o dimensión. El material hereditario es común a todos los seres vivos. También es responsable de las semejanzas y diferencias entre los seres vivos. En la mayoría de los seres vivos, el material hereditario es el ADN duplexo o simplexo, pero hay ciertos virus, en los que el material hereditario es ARN. Al conjunto único y completo de información genética (ADN) de un organismo se le denomina genoma, que se ha vuelto más complejo a lo largo de la escala evolutiva. A lo largo del genoma se encuentran los genes. En procariotas este es duplexo y circular; en eucariotas encontramos DNA duplexo lineal en el núcleo y duplexo circular en mitocondrias y cloroplastos. En humanos, el DNA se asocia a proteínas denominadas histonas formando la fibra de cromatina, cuya unidad elemental es el nucleosoma. Estudios con nucleasa desvelaron fragmentos de 200 pares de bases, que presentan las histonas H1, H2A, H2B, H3 y H4. Estas histonas son proteínas de carácter básico por su gran cantidad de Arg y Lys. El nucleosoma consta de un molécula de DNA de 2 nm asociado a dos octámeros de histonas formados por H2A, H2B, H3 y H4. En torno a este octámero el DNA da casi dos vueltas (145-147 pb), constituyendo el núcleo del nucleosoma. Entre octámero y octámero aparece una histona H1 ocupando 20 pb del DNA, y con una distancia de 2040 pb respecto del siguiente octámero. Así se forma la fibra de 11nm. Esta fibra se enrrolla en espiral, y con 6 nucleosomas por vuelta (histonas H1 forman el eje central) se forma la fibra de 30 nm. Aparecen una serie de lazos que forman la fibra de 300nm y siguen enrollándose hasta los 700 nm. El grosor totral de un cromosoma mitótico es de 1400 nm.

Al eliminar las histonas aparece el scaffold, una serie de proteínas del cual surgen lazos: moléculas de DNA duplexo lineal. Los puntos de contacto del DNA con el esqueleto representan la secuencia de nucleótidos SAR.

Distinguimos dos tipos de cromatina: -Eucromatina: cromatina con ciclos de condensación-descondensación a lo largo de su ciclo celular. En ella encontramos la mayoría de los genes. -Heterocromatina: está muy condensada a lo largo de su ciclo celular. Se sitúa preferentemente en zonas pericentroméricas y en regiones teloméricas.

Es ADN está organizado formando cromosomas. Un cromosoma es el material hereditario organizado cuya función es conservar, transmitir y expresar la información hereditaria. El conjunto de cromosomas presentes en organismos de la misma especie posee un número cromosómico y una apariencia característicos. En general, en la mayoría de las especies de cada cromosoma hay dos copias, y decimos que se trata de especies diploides (2n), lo que significa que portan dos genomas completos y por lo tanto dos juegos completos de cromosomas (cromosomas homólogos= los miembros de un par de cromosomas). El número de cromosomas del conjunto genómico básico se denomina número haploide (designado como n). Por ejemplo, en el hombre tenemos como número haploide n= 23 y como número diploide de cromosomas 2n= 46. En procariotas casi no está asociados a otro tipo de proteínas (H,HU); el ADN en los eucariotas no está desnudo sino que se encuentra acomplejado con unas proteínas en una estructura nucleoproteíca denominada cromatina, que su grado máximo de condensación forma el cromosoma metafásico. En las células que se dividir se pueden distinguir a lo largo de su ciclo vital dos etapas: interfase (periodo de crecimiento) y la división celular. La interfase es la etapa mas larga de la vida de la célula. Durante esta fase la célula duplica sus componentes y especialmente su material genético. Se divide en tres periodos:

o o

o

Fase G1: o fase de crecimiento inicial en la cual se duplican los orgánulos citoplasmáticos. Fase S: duplicación del material hereditario. Cuando una célula ha pasado por el periodo S del ciclo celular, cada cromosoma tiene una estructura doble, formado por dos cromátidas hermanas exactamente iguales entre sí. Fase G2: nueva fase de crecimiento y de preparación para la división celular.

Según la posición del centrómero a lo largo del cromosoma podemos distinguir cromosomas: -Metacéntrico: con dos brazos iguales. -Submetacéntrico: con dos brazos diferentes. -Acrocéntrico: con brazos muy distintos. -Telocéntrico: con el centrómero en un extremo, por lo que no hay brazo corto.

Podemos distinguir en los cromosomas una constricción secundaria, donde se localiza el organizador nucleolar (NOR), y la cromatina está más descondensada (no lo observaba con la tinción). Los extremos de los cromosomas se denominan telómeros.

MITOSIS La mitosis es el proceso de división por el cual una célula reparte equitativamente su material genético entre las células hijas, dando lugar a dos células hijas con el mismo número de cromosomas y la misma información genética que la célula madre. Profase: comienza en el momento del ciclo celular en el que los cromosomas empiezan a ser visibles en forma de filamentos en el interior del núcleo. A lo largo de la profase continúa la condensación de los cromosomas, haciéndose mas cortos y gruesos, a su vez el nucleolo empieza a descondensarse y desaparece progresivamente. Se observa que cada cromosoma consta de dos cromátidas hermanas, unidas por sus centrómeros. El centrómero se divide y cada uno se dirige a un polo de la célula, generándose entre ellos el huso mitótico. Finalmente se rompe la envoltura nuclear y los microtúbulos del huso mitótico interaccionan con los cromosomas y se unen al nivel de los centrómeros.

Metafase: el huso mitótico esta completamente formado y los cromosomas se sitúan en el plano ecuatorial de la célula. Los microtúbulos de los centrosomas contactan con los centrómeros a través de los cinetocoros. Anafase: comienza la separación de los cromosomas en sus dos cromátidas hermanas, que se desplazan hacia polos opuestos del huso. Este desplazamiento es debido al acortamiento de los microtúbulos que están unidos a los centrómeros. Las dos

cromátidas se encuentran unidas entre sí por cohesina. La separasa degrada la cohesina durante la anafase. Para activar la separasa interviene la securina, que la separa de la actina. Al final de la anafase, los cromosomas se han separado en dos grupos iguales y la célula comienza a estrangularse.v

Telofase: en cada uno de los polos las cromátidas se empiezan a descondensar y a transformarse en cromatina. Se reconstruyen los núcleos y para ellos se forma una membrana nuclear y aparece el nucleolo.

La división celular termina cuando el citoplasma se divide para dar lugar a dos células hijas. Esta división se llama citocinesis. -En las células animales se forma un anillo contráctil que estrangula el citoplasma. -En células vegetales la separación de las dos células hijas se produce por la formación de un tabique: el fragmoplasto (se forma a partir del aparato de Golgi)

MEIOSIS La meiosis consiste en dos divisiones nucleares denominadas meiosis I y meiosis II o primera y segunda división meiótica, que tienen lugar en divisiones celulares consecutivas sin que medie entre ellas periodo de replicación del ADN. Cada división se divide en profase, metafase, anafase y telofase I o II según correspondan a la primera o a la segunda de las divisiones.  Profase I: La etapa más compleja y larga de todas es la profase I, que se divide en cinco etapas: Leptoteno:  Se observan filamentos muy finos, aparentemente simples anclados en la membrana nuclear. Se observan condensaciones de cromatina denominadas cromómeros. Cada cromosoma presenta dos cromátidas.

Zigoteno:  Los cromosomas homólogos se aparean gen a gen, a este proceso se le denomina sinapsis. Esta unión es posible gracias a una estructura formada por tres filamentos proteicos (dos laterales y uno central), que se denomina complejo sinaptinémico.

Paquiteno:  Los cromosomas homólogos permanecen juntos, formando un bivalente (dos cromosomas homólogos).  Las dos cromáticas que han quedado juntas, se entrecruzan en, al menos, un punto (dos o tres), este entrecruzamiento supone la rotura de las dos dobles hélices y su posterior unión alterada.

Diploteno:  Los cromosomas homólogos tienden a separarse y se evidencian los puntos de unión entre cromátidas no hermanas. Estos puntos de unión reciben el nombre de quiasmas.

Diacinesis:  Los cromosomas homólogos aumentan su grado de condensación, en cada bivalente se distinguen los cromosomas homólogos y las cromátidas hermanas. Se siguen observando los quiasmas. Los cromosomas se sitúan hacia la parte media, y los centrómeros se orientan cada uno hacia un polo.

 Metafase I: Los bivalentes se sitúan en el plano ecuatorial de la célula. Las fibras cromosómicas que salen de los cinetocoros de las cromátidas hermanas se dirigen al mismo polo (no se separan durante la anafase I). Desaparecen las cohesinas entre cromátidas hermanas, pero no las de los centrómeros puesto que están protegidas por shugoshina.  Anafase I: Los cromosomas homólogos que forman los bivalentes se separan y se dirigen a los polos opuestos.  Telofase I: En algunas especies los cromosomas se descondensan y se forma una envoltura nuclear. En otras, se inicia directamente la segunda división. Hemos obtenido dos núcleos con la mitad de cromosomas que la célula de partida.

 Profase II: Se condensan los cromosomas.  Metafase II: Los cromosomas se sitúan en la placa ecuatorial. Las proteínas del centrómero dejan de estar protegidas por shugoshina.  Anafase II: Desaparecen las cohesinas que unían los centrómeros.  Telofase II: Las cromátidas se empiezan a descondensar y a transformarse en cromatina. Se reconstruyen los núcleos y para ellos se forma una membrana nuclear y aparece el nucléolo.

CICLOS BIOLÓGICOS El momento en el que se da la meiosis y la fecundación es distinto según las diferentes especies y ello da lugar a los distintos ciclos biológicos.

LA MEIOSIS EN LOS CICLOS DE VIDA DE ANIMALES Y PLANTAS

Producción de gametos

La espermatogonia madura y se produce el espermatocito primario. Cuando este sufre la meiosis II se producen dos espermatocitos secundarios, que gracias a la meiosis II produce 4 espermátidas, que se diferencian en espematozoides. La oogonia madura hacia el oocito primario. Por la meiosis I se forma un oocito secundario y un primer cuerpo polar (el cual degenera). Del oocito secundario sufre la meiosis II formando una ootida y un segundo cuerpo polar (que también degenera). La ootida se diferencia a óvulo.

Ciclo diploaplonte Se da en plantas fanerógamas. En el caso masculino, en los estambres (antenas concretamente) las células sexuales (polen) sufren la primera división dando lugar a dos células que contienen n cromosomas. Estas células permanecen unidas formando una estructura

denominada díada. Las diadas vuelven a dividirse cada una de ellas en n cromatidios, formando estructuras denominadas tétradas. El microgametófito está constituido por tres células, cada una de las cuales se denomina microespora. Una de estas microesporas contiene: una división para un macronúcleo y dos divisiones para micronúcleos, los cuales dan lugar a las esporas.

En el caso femenino sólo se desarrolla una célula, que inicialmente contiene n cromosomas. Se divide esta célula tres veces consecutivas, hasta dar lugar a 8núcleos que comparten el mismo citoplasma (sincitio). Posteriormente este sincitio se rodea por una membrana, dando lugar al saco embrionario, al cual se le denomina como megagametófito (fase haploide de fanerógamas por via femenina). En realidad el saco embrionari oestá formado por 7 células y no por 8, puesto que una de ellas es binucleada.

Fecundación: Una célula espermática fecunda al óvulo. Otra célula espermática fecunda a la célula binucleada, formándose una célula triploide que dará lugar a tejidos de reserva denominados endospermas.

MENDELISMO

En 1865 Mendel publica en la Sociedad Naturalista de Brno (del cual era fundador) sus experimentos, pero estos no son entendidos. En 1866 publica “Experimentos de hibridación en plantas” en el libro de actas de la Sociedad Naturalista. Esta publicación supone el nacimiento de la genética. En 1900 se descubre el trabajo de Mendel, puesto que no se entendían sus conclusiones. De forma independiente De Vries, Correns y Tschermack obtuvieron los mismos resultados que Mendel. En 1907 Batesen bautiza con el nombre de genética a esta nueva ciencia.

EXPERIMENTOS DE MENDEL Y SU ÉXITO Su mayor aportación fue el concepto particulado de herencia. Hasta ese momento se creía que las características hereditarias vienen determinadas por unas partículas procedentes del padre y de la madre, las cuales una vez que se juntan son inseparables y no se puede llevar a cabo su estudio. Mendel propuso los factores de herencia, partículas discretas que contienen la información del padre y de la madre, las cuales se pueden estudiar de manera independiente. Actualmente estas partículas son conocidas como genes. El éxito de Mendel se debió: -

Correcta elección del material con el cual trabajar. Pisum satirum (guisante), fueron muy útiles en su época para los experimentos de genética, ya que era fácil de manipular y se producían nuevas generaciones rápidamente. Además se reproducen por autofecundación, lo que permite obtener líneas puras, muy importantes para poder investigar.

-

Se puede trabajar con un gran número de individuos en cada una de las generaciones.

Partió de 34 variedades de guisantes, de las cuales, al asegurarse que eran líneas puras, mantuvo la mayoría. Estudió la herencia de 7 caracteres diferentes de los guisantes.

Para realizar los cruzamientos se castra una flor eliminando las antenas antes de la maduración y la fecundación. Después, se poliniza con polen de otra flor de la misma variedad. Definiciones: -Fenotipo: cualquier característica o rasgo observable de un organismo. -Genotipo: constituciones de genes. -Homocigoto: si los dos alelos de un gen son iguales. -Heterocigoto: si los dos alelos de un mismo gen son diferentes. -Alelos: diferentes alternativas a un gen. -Locus: lugar físico del gen en el cromosoma (plural: loci).

Leyes de Mendel: 1ªley: principio de uniformidad. Cuando se cruzan dos líneas puras que difieren para un carácter, la descendencia es uniforme. Los individuos de esa descendencia se parece a uno de los parentales. Ese carácter que aparece en F1 se denomina dominante; el que no aparece, recesivo.

2ª ley: principio de segregación. Las características hereditarias vienen determinadas por unidades particulares factores. Estos se localizan por pares en cada individuo, pero que se separan al formar las células gaméticas. Así, cada gameto aparta uno de los factores en la fecundación. 3ªley: ley de segregación independiente. Diferentes rasgos son heredados independientemente unos de otros, por tanto el patrón de herencia de un rasgo no afectará al patrón de herencia de otro, siempre que se encuentren en diferentes cromosomas. Sigue la proporción 9:3:3:1.

RETROCRUZAMIENTO Y CRUZAMIENTO PRUEBA Retrocruzamiento: entrecruzamiento de un individuo por cualquiera de sus parentales. Cruzamiento prueba: entrecruzamiento de un individuo de genotipo desconocido por el homocigoto recesivo. Permite determinar si el individuo de fenotipo dominante es homocigoto o heterocigoto.

MENDELISMO Y MEIOSIS Teoría cromosómica de la herencia (Sutton y Bovery): los genes se encuentran en los cromosomas. Existe un paralelismo entre el comportamiento de los cromosomas durante la meiosis y el comportamiento de los factores mendelianos. (Los dos alelos de un genotipo están ubicados en cromosomas homólogos).

SERIES ALÉLICAS Conjunto de alelos diferentes, para un gen determinado. Ej.: color de ojos

Drosophila. En contra de lo que pudiera parecer al repasar los experimentos de Mendel, la mayoría de los genes tienes más de dos alternativas alélicas, consideradas como tales aquellas que que producen efectos fenotípicos visibles diferentes; desde luego, si se considera la variación a nivel molecular el número de alelos por gen llega a ser enorme, pero incluso si nos limitamos a la definición anterior podemos encontrar fácilmente genes con 3, 4,... 20 alelos. El conjunto de los alelos posibles en un locus se llama serie alélica.

VARIACIONES DE DOMINANCIA Dominancia incompleta/parcial: el híbrido tiene un fenotipo intermedio entre los dos homocigotos. El cruzamiento entre dos heterocigotos aparece la proporción 1:2:1.

Codominancia: los dos alelos del heterocigoto se manifiestan en el híbrido. El ejemplo más representativo es el de los grupos sanguíneos de nuestra especie. Determinado por un gen con diferentes alelos, al menos tres: IA: dominante frente a I0. B

Codominantes

0

I : dominante frente a I . I0: recesivo frente IA e IB

PRUEBA DEL CHI-CUADRADO Permite determinar si los errores son debidos o no al azar. k

D i 1

Oi  Ei 2 Ei

Caras

Cruces

Observadas

60

40

Esperadas

50

50

Grados de libertad: número de clases comparadas menos 1 (n-1) En este caso hay dos clases, por lo que los grados de libertad =1. X2= (60-50)2 + (40-50)2 = 4 50

Entre 0,05 y 0,025

50

Rechazamos H0

Su X2 < 0,05 es significativo muy probablemente los errores no son debido al azar. Rechazamos H0=probabilidad cara igual probabilidad cruz. Lisos

Rugosos

Observadas

5474

1850

Esperadas

¾= 5493

¼ = 1831

H0= segregación 3:1.

HERENCIA LIGADA AL SEXO

Muchos animales y plantas muestran dimorfismo sexual, en otras palabras, los individuos son o machos o hembra. Los cromosomas portan genes que intervienen en la determinación del sexo. Las hembras de mamífero tienen los dos cromosomas sexuales iguales (XX)  sexo homogamético. Todos los gametos producidos llevan el mismo tipo de cromosomas sexual. Los machos corresponden al sexo heterogamético. La mitad de los gametos van a portar un cromosoma sexual y la otra mitad el otro (XY). En las aves, por ejemplo, sucede lo contrario.

Estructura de los cromosomas X,Y: -

Tienen regiones comunes (regiones apareantes) ligamiento parcial al sexo.

-

Regiones diferenciales  genes con ligamiento total al sexo.

En la especia humana tenemos dos regiones apareantes: una en cada uno de los telómeros de los cromosomas. Son los lugares de apareamiento y sobrecruzamiento durante la meiosis. Los genes presentan diferente comportamiento dependiendo de en que región se encuentren.

Genes...