Psicobiologia tema 2 - Apuntes 2 PDF

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GENÉTICA MENDELIANA DE LA CONDUCTA Mendel demostró que la verdadera herencia que cada progenitor transmite a sus hijos es una dotación genética completa, un juego completo de genes. Darwin cayó en la cuenta de que la conducta es un factor importante para la adaptación. La conducta es variable y heredable. El neodarwinismo explica la evolución por selección natural como un cambio en las frecuencias alélicas de la población. Galton dedujo que todos los rasgos conductuales humanos debían tener una base genétixa, resultado de la selección natural. Hipotetizó que la inteligencia humana tiene una base genética (cuanto mayor era el grado de parentesco, mayor era la semejanza intelectual) → La conducta es un fenotipo (estamos de acuerdo) pero explicar la influencia de los genes sobre la conducta… DESCUBRIMIENTO DE LA GENÉTICA: LAS LEYES DE MENDEL Mendel aplicó la exhaustividad para describir matemáticamente qué pasa cuando se cruzan en sucesivas generaciones los híbridos (Aa) El primer paso consistió en cruzar la generación parental (P) → cruce monohíbrido (Es decir, al hombre AA y la mujer aa, por ejemplo.). Así comprobó que la generación F1 presentaban una apariencia idéntica a uno de los dos progenitores. A la forma del carácter que se manifiesta (fenotipo) en la generación F1 la considera dominante y la que no aparece recesivo. 

Ley de la Segregación

El paso siguiente es comprobar qué ocurre cuando se cruzan entre sí al azar las plantas híbridas F1 → ¾ de la generación F2 resultante de la F1 presentaban el fenotipo dominante, mientras que ¼ recesivo. El mérito de Mendel estuvo en la interpretación matemática → proporción 3:1 en cada uno de los fenotipos. El hecho de que la forma recesiva del carácter reapareciese en la F2 Mendel lo interpretó acertadamente como una consecuencia de que ésta no había desaparecido en la F1, era porque no se manifestaba en la F1. Para Mendel estos resultados indicaban que cada carácter era debido al gen. Además, aparecen términos como alelos, genotipo y fenotipo. Teniendo en cuenta esto, se comprueba fácilmente que la proporción fenotípica 3:1 (obtenida en la F2), es consecuencia de una proporción genotípica 1:2:1 (AA,Aa,Aa,aa). De todo esto extrajo la ley: Las variantes recesivas enmascaradas en la F1 heterocigota, resultante del cruce entre dos líneas puras reaparecen en la F2 en una proporción 3:1 debido a que los miembros de la pareja de alelos del heterocigoto se separan sin experimental alteración durante la formación de los gametos. 

Ley de la Combinación Independiente

Mendel estudió la herencia simultánea de dos caracteres diferentes. Para ello cruzó dos líneas puras. Las plantas obtenidas en la F1 presentaban todas semillas amarillas y lisas. La autofecundación de las plantas de la F1 proporcionó una generación F2 constituida por las cuatro combinaciones posibles. La primera ley seguía en funcionamiento.

Por otro lado, en la F2 habían aparecido combinaciones que no estaban presentes ni en la generación parental ni en la F1, es decir, segunda ley: los miembros de parejas alélicas diferentes se segregan o combinan independientemente unos de otros cuando se forman los gametos.

LA REPRODUCCIÓN SEXUAL Y LAS LEYES DE MENDEL: MEIOSIS Y TEORÍA CROMOSÓMICA DE LA HERENCIA Meiosis es el proceso por el que se reparten equitativamente y al azar los genes entre gametos, de forma que cada gameto recibe una sola copia de cada gen. Las células somáticas normales son diploides (también las hay haploides) ya que portan dos copias de cada cromosoma. Estos van por parejas en el sentido de que contienen los mismos genes: cada cromosoma de cada una de esas parejas tiene su homólogo. El número diploide de cromosomas se representa como 2n. Puesto que los gametos son haploides porque sólo contienen una copia de cada cromosoma, se expresa como n. La meiosis propiamente dicha La primera división consiste en dividir la célula (2n) de tal forma que cada célula hija reciba un único y completo juego de cromosomas de la célula madre, es decir, pase a ser haploide (n). La segunda fase, consiste en una división normal, equivalente a una mitosis, de las células obtenida en la primera división. La profase I meiótica y mitótica difiere en que los cromosomas homólogos se aparean dos a dos, a lo largo de su longitud, formando lo que se denomina bivalentes. También reciben el nombre de tétrada. El apareamiento de los homólogos tiene una importancia extraordinaria. A través de él se produce el fenómeno citológico del entrecruzamiento, mediante el cual se lleva a cabo la recombinación génica; el intercambio de genes de un cromosoma homólogo a otro. Por haberse reducido el número de cromosomas a la mitad, a esta división meiótica se le denomina también reduccional. Como se ha indicado, los cromosomas no han seguido durante la meiosis I el mismo comportamiento que muestran durante la mitosis, ya que aquí se han separado cromosomas homólogos y no cromátidas. Recombinación y ligamento En la profase I se efectúa el emparejamiento de los cromosomas homólogos dos a dos formando las llamadas tétradas o bivalentes. Durante el mismo se producen intercambios de alelos entre los cromosomas de la pareja de homólogos, es decir, sobrecruzamiento y se pone de manifiesto con la aparición de quiasmas. El sobrecruzamiento hace que en los loci de uno y otro cromosoma homólogo aparezcan alelos diferentes de los originales, como resultado del intercambio subsecuente al entrecruzamiento. A este proceso se le denomina recombinación génica. La consecuencia de la recombinación génica es la aparición, es un mismo cromosoma del gameto, de alelos que o bien proceden del padre o bien de la madre de quien ha producido el gameto. La gran importancia es la variabilidad que genera. No siempre es posible efectuar intercambios entre los loci. Dado que éste se produce a través de quiasmas, cuanto más juntos estén los loci, menos probabilidad habrá de que exista sobrecruzamiento.

Cuando dos genes tienen nula o muy baja tasa de recombinación entre ellos, se dice que existe ligamento. Si ocurre esto, no existe combinación independiente de caracteres y, por tanto, la ley de combinación independiente de Mendel queda enmascarada.

DÓNDE ESTÁN Y QUÉ SON LOS GENES: EL CROMOSOMA EUCARIÓTICO Y LA NATURALEZA DEL MATERIA HEREDITARIO El descubrimiento del ligamiento y la recombinación permitió poner de manifiesto que los genes se encontraban en los cromosomas de una forma ordenada. Por ejemplo, siempre encontraremos el gen de la B-globina en el brazo corto del cromosoma humano nº 11. Estructura del cromosoma eucariótico Visto desde el punto de vista de la genética, un cromosoma es una molécula gigantesca de Ácido Desoxirribonucleico (ADN). Estructuralmente se define como una doble cadena larguísima cuyos eslabones son unas unidades moleculares conocidas como nucleótidos cuyo elemento diferenciador es la base nitrogenada, púrica o pirimidínica, que define a cada uno de ellos. Cada uno de los eslabones va unido por una forma de complementariedad al de la otra cadena por eso se dice que el ADN está formado por pares de bases. Cada cromosoma está constituido por una sola molécula de ADN unido a proteínas. Éstas son de varios tipos, pero las principales pertenecen a la familia de las histonas (que son pequeñas proteínas de carácter básico cuya misión es permitir que el ADN se condense de una forma ordenada alcanzando los diferentes niveles de organización). El nivel de organización más elemental es el que se alcanza a través de la unión de varios tipos de histonas con el ADN. Esta unión da lugar a una estructura denominada nucleosoma que representa la unidad básica de condensación del ADN. Para que la información contenida en el ADN se exprese en la célula es preciso que la molécula sea accesible, por lo que ha de estar poco o nada condensada, mientras que cuando hace falta traspasar esa misma información genética a las células hijas o a los gametos, el ADN ha de estar empaquetado, muy condensado. Este segundo caso, la información genética no puede expresarse. En las eucariotas, el estado menos condensado del ADN consiste en una estructura formada por nucleosomas. Naturaleza química del material hereditario Los cromosomas estaban formados por proteínas y ácidos nucleicos. Las propiedades que debían cumplir eran dos: guardar información y permitir copiar fielmente dicha información. Además, sus propiedades tenían que explicar la cierta capacidad de cambio o alteración de la propia materia hereditaria. La candidata idónea para molécula de la herencia fue el ADN, aislado por primera vez por F.Miescher. Fueron Watson y Crick los que describieron por primera vez la estructura del ADN “Estructura molecular de los ácidos nucleicos: una estructura para el ácido nucleico de la desoxirribosa”. Gracias a dicha estructura se pueden explicar las bases moleculares de la herencia biológica. El ADN es una larga cadena doble formada por nucleótidos que son sustancias compuestas por una molécula de ácido fosfórico, una de un hidrato de carbono (puede ser ribosa o desoxirribosa) y otra de una base nitrogenada (puede ser base púrica o pirimidínica). En el ADN estos nucleótidos forman dos cadenas, cada una de las cuales está dispuesta en espiral, enroscada una sobre otra formando una doble hélice. La

unión entre las dos cadenas de nucleótidos que forman el ADN se lleva a cabo a través de puentes de hidrógeno que se establecen entre las bases púricas de una cadena y las pirimidínicas de la otra. Existen restricciones, ya que la adenina se aparea únicamente con la timina, y la citosina con la guanina = complementariedad. Duplicación del ADN M.Meselson y W.Stahl demostraron que la replicación del ADN es semiconservativa (que a partir de una molécula de ADN se obtienen dos, cada una de las cuales porta una hebra del AN original, en tanto que la otra hebra o cadena complementaria se va sintetizando siguiendo la complementariedad original. Cuando el proceso concluye, las dos nuevas moléculas de ADN se separan. Ambas llevan una hebra antigua y otra nueva, pero las dos son idénticas). Cuando hayan de traspasarse a las células hijas o a los gametos, se empaquetarán para constituir el cromosoma metafásico que, contiene dos cromátidas, es decir, dos donles cadenas resultado de la replicación del ADN.

LA INFORMACIÓN GENÉTICA La cuestión es establecer cómo se codifica la información del ADN. G. Beadle y E. Tatun, plantearon la hipótesis de un gen/un enzima. Dicha hipótesis afirma que los genes regulan las características fenotípicas de los organismos gracias a que codifican la estructura de las enzimas que intervienen en todos y cada uno de los procesos metabólicos que acontecen en el organismo. Esta hipótesis fue confirmada con posterioridad, estableciéndose que un gen es la secuencia ordenada de bases nucleotídicas del ADN, la cual secuencia determina a su vez el orden de los aminoácidos de las proteínas. Las proteínas son las sustancias que dan forma a las estructuras orgánicas, y las principales responsables de los procesos metabólicos que explican el funcionamiento de los seres vivos; estas segundas reciben el nombre de enzimas. Los genes que codifican proteínas se denominan genes estructurales. Francis Crick, con toda la información disponible acerca las bases moleculares de la herencia, propuso el denominado dogma central de la Biología, que establece el flujo que sigue la información genética, la cual se halla en el ADN de donde se trasfiere bioquímicamente a una molécula de ARN, mediante el denominado proceso de transcripción, y desde el ARN, a través del proceso de traducción, la información se expresa en una secuencia polipeptídica. Este dogma central ha tenido que ser ampliado en el sentido de que la información puede almacenarse en forma de ARN y trascribirse inversamente a ADN, siempre siguiendo el sistema de complementariedad de bases: es el caso de los retrovirus, que son virus cuya información genética se almacena en forma de ARN. La Expresión Génica: la Información en Acción La información genética, para ser efectiva, ha de seguir un proceso que consta de dos pasos: 

Transcripción

Cada vez que es necesaria la producción de un determinado polipéptido, la información de su secuencia de aminoácidos es copiada desde el correspondiente gen a un ácido ribonucleico. A este proceso se le denomina transcripción. El ARN formado es el que viaja hasta el citoplasma transportando la información (e l mensaje) para que el polipéptido en cuestión sea sintetizado. Por este motivo a ese ARN se le llama ARN mensajero (ARNm). En la transcripción se siguen las reglas de complementariedad: en vez de añadir un nucleótido de timina cuando en la hebra molde de ADN aparece un

nucleótido de adenina, se añade un nucleótido de uracilo en la cadena de ARN en crecimiento. La ARN polimerasa se une a una región específica situada por delante del gen que se va a transcribir, llamada promotor, y desde esta región inicia la síntesis del ARNm. La transcripción del ARN finaliza cuando la ARN polimerasa alcanza una región específica del ADN; secuencia de fin. En ese momento, la hebra de ARNm queda libre y la ARN polimerasa se separa del ADN, pudiendo volver a unirse a otro promotor para iniciar una nueva transcripción. Paralelamente, las hebras de ADN separadas para la transcripción, son de nuevo unidas por unas enzimas específicas. Otros segmentos de ADN se transcriben a ácidos ribonucleicos con funciones distintas a la del ARNm. Son los ácidos ribonucleicos ribosómicos (ARNr), que forman parte del ribosoma, y los ácidos ribonucleicos de transferencia (ARNt), que se encargan de transportar los aminoácidos durante la síntesis de proteínas. 

Maduración del ARN

El ARNm que produce la ARN polimerasa se denomina transcrito primario. Éste porta la secuencia que codifica el polipéptido, sin embargo, esta secuencia no está colocada de forma continua en este ARNm, sino disgregada en varias secuencias a lo largo del transcrito primario, separadas por segmentos no codificantes, intrones; para diferenciarlas de las que sí guardan información, las secuencias codificantes; exones. A través de un proceso de corte y empalme (splicing) denominado maduración se eliminan los intrones y se colocan secuencialmente los exones, obteniéndose un ARNm maduro que porta la secuencia lineal de un polipéptido funcional. Los ARN ribosómicos y de transferencia también experimentan maduración. El Lenguaje de la Vida: El Código Genético Se comprobó que la base del código genético es el triplete (en el ADN), o codón (cuando nos referimos a ese triplete en el ARNm). El orden en que van los tripletes especifica el orden en que van los aminoácidos en las proteínas. Por tanto, un triplete especifica un aminoácido. Propiedades: Es redundante o degenerado: cada aminoácido puede estar codificado por más de un codón. Habiendo 64 tripletes posibles y sólo 20 aminoácidos, en claro que sobran tripletes. Por ejemplo, el aminoácido arginina es codificado, tanto por el codón AGA, como por el AGG. Algunos codones son señales de paro que hacen finalizar la traducción. Es el caso de los codones UAA, UAG y UGA. Es un código sin superposición: un nucleótido sólo pertenece a un codón y no a varios. La lectura es lineal y continua: con ello se indica que la lectura del ARNm se inicia en un punto y avanza de codón en codón sin interrupciones ni saltos. Es universal: prácticamente todos los seres vivos; utilizan el mismo código para traducir el mensaje del ADN a polipéptidos. 

Traducción

Al proceso mediante el cual la información contenida en el ARNm, en un alfabeto de cuatro letras, es convertida, siguiendo las reglas del código genético, al alfabeto de 20 letras de los polipéptidos se le denomina traducción. La síntesis del polipéptido cuya secuencia lleva cifrada el ARNm se inicia en los ribosomas. A través de un proceso enzimático, los ácidos ribonucleicos de transferencia (ARNt), van incorporando los correspondientes aminoácidos especificados por la secuencia lineal de codones del ARNm.

La diferencia entre los ácidos ribonucleicos de transferencia radica en el triplete de nucleótidos complementario de cada uno de los codones del ARNm, denominado anticodón. El resultado es la formación de un polipéptido con una función biológica concreta y distinta de la de cualquier otro cuya secuencia de aminoácidos sea diferente.

REGULACIÓN DE LA EXPRESIÓN GÉNICA Cada célula del organismo se ha originado por mitosis sucesivas de una única célula, el cigoto. Como sabemos, la mitosis asegura un reparto completo y equitativo de la información genética. Durante el desarrollo, las células alcanzan destinos distintos, se diferencian morfológica y fisiológicamente. Distintas rutas de síntesis o de degradación. Regulación de la Expresión Génica a Corto Plazo La regulación a corto plazo está relacionada con el control del metabolismo celular, y produce alteraciones pasajeras de la expresión génica. En este proceso está implicado los genes reguladores, que codifican la secuencia de factores de transcripción: estas proteínas reguladoras pueden, o bien impedir, o bien inducir la expresión de los genes estructurales. Para ello se unen de forma selectiva a la secuencia reguladora, impidiendo o facilitando la unión de la ARN polimerasa y, por tanto, la expresión del gen estructural. En algunos casos, la conformación espacial adecuada para que la proteína pueda unirse a la secuencia reguladora depende de la interacción que establezca con otras moléculas denominadas correpresores e inductores. Los correpresores son moléculas a las que necesitan acoplarse algunas proteínas reguladoras para adoptar la conformación espacial adecuada que les permita unirse a una secuencia reguladora concreta del ADN, e impedir (reprimir) la expresión de un gen. Un caso especial de correpresores parece constituirlo el denominado ARN de interferencia (ARNi). . El ARNi bloquea la expresión de genes con una extraordinaria especificidad y se ha visto que desempeña una función esencial en la regulación del desarrollo y plasticidad neuronales, por lo que se está explorando su utilidad terapéutica en enfermedades neurodegenerativas como el corea de Huntington, el Parkinson o la enfermedad de Alzheimer. El efecto represor del ARNi se ejerce principalmente por la acción conjunta de un ARN de doble hebra o ARNdh (como sabemos, el ARN suele ser monocatenario, es decir, con una sola hebra) y la formación de un complejo multiproteíco que tiene como resultado final la inhibición del proceso de traducción del ARNm al que se haya acoplado el ARNdh. Este ARN de doble hebra es transcrito del ADN a partir de unos pequeños genes denominados microARN (miARN). A diferencia de los correpresores, los inductores son moléculas que, al unirse a las proteínas reguladoras, hacen que éstas experimenten un cambio en su estructura tridimensional que les impide unirse al ADN, permitiendo (induciendo) con ello que el gen pueda ser transcrito. La separación del inductor de la proteína reguladora hace que la unión con el ADN se pueda establecer y con ello la represión de la expresión génica. El modelo del operón, Jacob y Monod, es un ejemplo sencillo. Regulación de la Expresión Génica a Largo Plazo La diferenciación celular junto con la compleja organización pluricelular que da lugar a los distintos órganos del cuerpo y hace que éste adopte su forma tridimensional típica necesita de procesos regulatorios relativamente prolongados. Entre estos genes se encuentran los denominados homeogenes, o genes homeobox, así llamados por tener en común una secuencia característica de 180 bases en uno de sus extremos. Las proteínas codificadas por estos genes regulan la expresión de genes

que poseen elementos que responden a esta secuencia homeobox. Estos genes homeobox juegan en la diferenciación de las estructuras corporales. El desarrollo y diferenciación del sistema nervioso humano también depende de ellos. Están involucrados también otros mecanismos de inactivación génica. La metilación del ADN es una reacción catalizada enzimáticamente mediante la cual se inserta un grupo metilo en la base nitrogenada de los nucleótidos. Provoca un cambio que impide la unión de la enzima ARN polimer...