Genética

¡Buenas BioTubers! Durante las vacaciones de Semana Santa toca estudiar acerca del increíble y curioso mundo de la genética. En la siguiente entrada hablaremos desde Mendel hasta nuestros días explicando también algunos aspectos sobre la genética. ¿Te atreves a entrar en este gran mundo de la genética? ¡Empecemos!

Como ya he comentado en la introducción, comenzaremos hablando sobre Mendel. Gregor Mendel , fue un monje y botánico austriaco que formuló las leyes de la herencia biológica que llevan su nombre. Sus rigurosos experimentos sobre los fenómenos de la herencia en las plantas constituyen el punto de partida de la genética, una de las ramas fundamentales y emblemáticas de la biología moderna.

Mendel comenzó sus investigaciones de genética en el monasterio de Brünn en el año 1856 cruzando guisantes efectuados en el jardín , esto le permitió descubrir las tres leyes de la herencia o leyes de Mendel, gracias a las cuales es posible describir los mecanismos de la herencia y que serían explicadas con posterioridad por el padre de la genética experimental moderna, el biólogo estadounidense Thomas Hunt Morgan . 

Las tres leyes descubiertas por Mendel :

Según la primera, cuando se cruzan dos variedades puras de una misma especie, los descendientes son todos iguales

La segunda afirma que, al cruzar entre sí los híbridos de la segunda generación, los descendientes se dividen en cuatro partes, de las cuales tres heredan el llamado carácter dominante y una el recesivo. 

La tercera ley concluye que, en el caso de que las dos variedades de partida difieran entre sí en dos o más caracteres, cada uno de ellos se transmite con independencia de los demás.

Para realizar sus trabajos, Mendel no eligió especies, sino razas autofecundas. La primera fase del experimento consistió en la obtención (mediante cultivos convencionales previos) de líneas puras constantes y en recoger de manera metódica parte de las semillas producidas por cada planta. A continuación cruzó estas estirpes, dos a dos, mediante la técnica de polinización artificial. De este modo era posible combinar, de dos en dos, variedades distintas que presentan diferencias muy precisas entre sí (semillas lisas y arrugadas; flores blancas y de colores etc )

El análisis de los resultados obtenidos permitió a Mendel concluir que, mediante el cruzamiento de razas que difieren al menos en dos caracteres, pueden crearse nuevas razas estables (combinaciones nuevas homocigóticas). Pese a su novedoso experimento , sus investigaciones no obtuvieron el reconocimiento hasta el redescubrimiento de las leyes de la herencia por parte de de Sutton y Boveri , que después de haber revisado la mayor parte de la literatura existente sobre el particular, atribuyeron a Johan Gregor Mendel la prioridad del descubrimiento.

Aquí adjunto un esquema muy resumido de sus tres leyes : 

Como todos sabemos para que un ser vivo no se extinga , necesita reproducirse y para ello necesita duplicar el material genético del progenitor . 

Se dieron muchas hipótesis acerca de esta duplicación , una hipótesis conservativa , una dispersiva y una semiconservativa , la cuál fue propuesta por Watson y Crick y posteriormente demostrada por Meselson y Stahl . Por lo tento sabemos que la replicación del ADN es semiconservativa , ya que la doble hebra original se abre y actúa de molde para la síntesis de la complementaria , dando lugar a dos nuevas moléculas de ADN cada una portadora de una hebra original y otra de nueva síntesis.

DUPLICACIÓN EN PROCARIOTAS

La duplicación del ADN ocurre en las siguientes etapas : 

 INICIACIÓN : desenrrollamiento y apertura de la doble hélice.en el punto oriC.

* Primero : intervienen las helicasas que facilitan la apertura de la doble hélice , rompiendo los puntes de hidrógeno entre bases nitrogenadas 

* Segundo: actuan las girasas y topoisomerasas que eliminan la tensión generada por la torsión en el desenrrollamiento.

* Tercero: actuan las proteinas SSB que se unen a las hebras molde para que no vuelva a enrollarse.

ELONGACIÓN : síntesis de dos nuevas hebras de ADN.

* Actuan las ADN polimerasas para sintetizar las nuevas hebras en sentido 5´-3´, ya que la lectura se hace en el sentido 3´-5´.

Estas pueden tener dos funciones : exonucleasa y polimerasa .

La ADN polimerasa no puedo iniciar de 0 , por lo que necesita un cebador facilitado por la primasa 

La cadena 3´-5´es leida por la ADN polimerasa III sin ningún tipo de problemas ( cadena conductora). En la cadena 5´-3´ no puede ser leida directamente, esto se soluciona leyendo pequeños fragmentos ( fragmentos de Okazaki ) que crecen en el sentido 5´-3´y que más tarde se unen , gracias a la ADN ligasa . Esta es la hebra retardada,llamada de esta forma porque su síntesis es más lenta.

CORRECCIÓN DE ERRORES : durante la replicación se producen errores al aparear mal las bases , entonces la ADN polimerasa I , actúa con función exonucleasa y elimina los nucleótidos mal apareados.

DUPLICACIÓN EN EUCARIOTAS

Es similar a la replicación en procariotas , pero con alguna diferencia : 

Se crean burbujas de replicación de manera simultánea en varios puntos , ya que las moléculas de ADN son muy largas 

Hay 5 tipos de ADN polimerasas 

Los cromosomas se encuentran asociados a histonas , que también se duplican

Al eliminar el último cebador , es necesario un extremo hidroxilo 3´ libre donde iniciar un nuevo fragmento .

Los fragmentos de Okazaki son más pequeños 

FUENTE : google imágenes libre de derechos de autor ( reutilización no comercial )

La información contenida en la secuencia de nucleótidos del ADN podría generar proteínas; pero el ADN está en el núcleo y las proteínas se sintetizan en los ribosomas, los cuales están situados en el citoplasma. Por lo que el ARNm nos ayudará a resolver este problema , ya que será el intemediario . Este proceso se conoce como : 

TRANSCRIPCIÓN O SÍNTESIS DEL ARN 

Las etapas del proceso son:

INICIACIÓN : la ARN polimerasa II reconoce una señal de inicio y se une a un cofactor que permite su unión a una región del ADN llamada promotor, la cual posee una secuenciaa TATA ó CAAT . Todo el conjunto se denomina complejo de iniciación de la transcripción 

 ELONGACIÓN : la ARN polimerasa recorre la hebra de ADN hacia su extremo 5´ sintetizando una hebra de ARNm en dirección 5´-3´, al ir añadiendo ribonucleótidos . ( En eucariotas se añade en el extremo 5´una capucha )

TERMINACIÓN : La ARN polimerasa reconoce en el ADN unas señales de terminación que indican el final , el ADN vuelve a su forma normal y el ARNm queda libre.

Procariotas : la señal de terminación es una secuencia de bases palindrómicas , formada por G y C seguidas de T , que origina un ARN en bucle 

Eucariotas : Una enzima corta el fragmento de ARN que lleva la información para sintetizar la proteína . La señal de corte es AAUAA , al final se añade en el extremo 3´una cola poli-A. 

MADURACIÓN : si lo que se forma es un ARNm no hay maduración, pero si se trata de un ARNt o ARNr hay procesos de corte de intrones y empalme de exones.

FUENTE : google derechos libres

Una vez duplicado el ADN y transcrito a ARN , la información se traduce en el citoplasma , ya que en el se realizará la síntesis de proteínas : 

TRADUCCIÓN O EXPRESIÓN DEL MENSAJE GENÉTICO

La traducción implica "descodificar" un mensaje del ARN mensajero (ARNm) y utilizar su información para construir un polipéptido o cadena de aminoácidos. En un ARNm, las instrucciones para construir un polipéptido vienen en grupos de tres nucleótidos llamados codones.

En la traducción, los codones de un ARNm se leen en orden 5´ - 3´ mediante moléculas llamadas ARN de transferencia o ARNt.

Cada ARNt tiene un anticodón, que es un conjunto de tres nucleótidos que se une a un codón de ARNm correspondiente a través del apareamiento de bases. El otro extremo del ARNt lleva el aminoácido que especifica el codón.

Los ARNt se unen a los ARNm dentro de una estrucutra de proteína y ARN llamanda ribosoma. A medida que los ARNt entran a los espacios en el ribosoma y se unen a los codones, sus aminoácidos se unen a la cadena de polipéptidos creciente en una reacción química. El resultado final es un polipéptido cuya secuencia de aminoácidos refleja la secuencia de codones en el ARNm.

Este proceso se divide en 3 etapas : 

INICIACIÓN DE LA CADENA PROTEICA : la subunidad pequeña del ribosoma y el ARNm se unen e un codón iniciador , AUG . Entra en el sitio P un aminoacil -ARNt , que lleva unido el aminoácido f-Met en bacterias y Metionina en eucariotas . 

ELONGACIÓN : alargamiento de la cadena proteica , el segundo ARNt entra y ocupa el sitio A , se forma un enlace peptídico entre entre el aa del sitio A y P , este proceso está catalizado por la enzima peptidil-transferasa .Se produce la translocación , ya que el primer ARNt abandona el ribosoma y el segundo se mueve ocupando el sitio P y dejando el A libre .

TERMINACIÓN : se inicia cuando llega al ribosoma en un lugar del ARNm un codón de terminación (UAA, UAG, o AGA) y entra en el sitio A. Estos son reconocidos por factores de liberación que interfieren con la enzima que normalmente forma los enlaces peptídicos, hacen que agregue una molécula de agua al último aminoácido de la cadena y esta reacción separa la cadena del ARNt, y la proteína que se acaba de formar se libera.

FUENTE : google etiquitada para reutilización no comericial

TEORÍA UN GEN UNA ENZIMA

La hipótesis un gen, una enzima establece que cada gen codifica una sola enzima. Sir Archibald Garrod, un médico británico, fue el primero en sugerir que los genes tenían relación con las enzimas. Beadle y Tatum confirmaron la hipótesis de Garrod con estudios genéticos y bioquímicos del moho del pan Neurospora.

CÓDIGO GENÉTICO 

El código genético es el conjunto de normas por las que la información codificada en el material genético (secuencias de ADN o ARN) se traduce en proteínas (secuencias de aminoácidos) en las células vivas. El código define la relación entre secuencias de tres nucleótidos, llamadas codones, y aminoácidos. Un codón se corresponde con un aminoácido específico.

FUENTE : PIXABAY

Características :

Es universal ( exc. mitocondrias y protozooz )

Disposición lineal cada 3 nucleótidos 

Un codón de iniciación AUG y tres de terminación UAG , UAA ,UGA .

Está degenerado

HIPÓTESIS DEL OPERÓN

Todas las células de un organismo pluricelular, excepto los gametos, poseen la misma información genética. Ahora bien, no todos los genes se encuentran activos durante el ciclo celular. Muchos genes no actúan nunca y otros actúan sólo en determinados momentos, pudiendo permanecer durante largos periodos de tiempo inactivos.

OPERÓN LAC

La ß-galactosidasa rompe en la lactosa el enlace O-glucosídico entre la galactosa y la glucosa . Si no hay lactosa en el medio, el gen represor se une al operador y no se puede leer ; pero si añadimos lactosa al medio, al cabo de unos pocos minutos los niveles de ß-galactosidasa suben hasta alcanzar las 5000 moléculas por célula aproximadamente y de esta manera no se une al operador. Aparecen además otras dos enzimas: la ß-galactósido-permeasa que facilita la absorción de la lactosa a través de la membrana plasmática de la célula y la ß-galactósido-transacetilasa, necesaria para el metabolismo de la lactosa.

A continuación , vamos a aprender a cerca de la ingeniería genética y mutaciones ; 

INGENIERÍA GENÉTICA

La ingeniería genética , es una rama de la biotecnología , que consiste en el uso de diversas técnicas para manipular el ADN de los organismos , mediante la transferencia de ADN de unos organismos a otros .

He encontrado esta infografía navegando por internet acerca de la biotecnología , por si a alguien le parece interesante ; 

FUENTE : PINTEREST

Técnicas utilizadas en ingeniería genética :

Enzimas de restricción 

Vectores de clonación 

Plásmidos 

Fagos

Cósmidos 

Tecnología del ADN complementario 

Vectores de clonación para eucariotas

Reacción en cadena de la polimerasa 

APLICACIONES : 

Terapia de enfermedades humanas : 

Producción de proteínas terapeúticas 

Producción de enzimas 

Producción de vacunas 

Terapia génica : consiste en introducir genes en el organismo para corregir alguna enfermedad de origen genético

Terapia de células germinales 

Terapia de células somáticas 

Producción agrícola : con el objetivo de aumentar la productividad y mejorar los productos  

Producción animal : no se ha aprobado el empleo de ningún animal transgénico para consumo humano , se ha llevado a cabo en peces porque tienen fecundación externa lo que permite la introducción de genes en el cigoto y consiguiendo así peces que crecen más rápido .

Clonación :

Plantas ( células totipotentes )

Animales : TRANSFERENCIA NUCLEAR SOMÁTICA ..... dio lugar a la OVEJA DOLLY

1.Obtener células somáticas 

2.Extraer óvulo 

3.Reemplazar el núcleo 

4.Desarrollar 

5.Implantar

Terapeutica

Células madre embrionarias y adultas : 

Totipotentes ( 2 días )

Pluripotentes ( 5 días ) 

Multipotentes ( más de 5 días )

Anticuerpos monoclonales : producidos a partir de una célula 

Diagnóstico : detención de hormonas , vitaminas , enfermedades ...

Catálisis : se usan como catalizadores 

Tratamiento : erradicar células y destruir tumores .

Proyecto Genoma Humano: 

Objetivos :

Situar genes y marcadores moleculares en mapas genéticos 

Caracterizar y localizar ADN clonado 

Secuenciar fragmentos de ADN y obtener secuencia genómica 

Riesgos : marco ético limites por motivos :

Ecológicos y de sanidad

Éticos y morales 

Sociales 

Políticos 

Aplicaciones : 

detección de enfermedades genéticas 

determinación de una predisposición a contraer alguna enfermedad 

facilitar la determinación de paternidades 

desarrollar alternativas para el tratamiento de enfermedades

determinar efecto de medicamentos.

A continuación, un esquema en el cual se plasma lo dicho anteriormente sobre todas las aplicaciones de la ingeniería genética:

MUTACIONES

Las mutaciones son alteraciones del material genético que se pueden clasificar según el tipo de células a las que afecte en somáticas o germinales, según la extensión del material genético afectado en génicas, cromosómicas y genómicas , según su efecto en perjudiciales , neutras y beneficiosas y por último según su origen , al azar y provocadas por agentes mutagénicos

 En primer lugar, las génicas son alteraciones en la secuencia de nucleótidos de un gen. Estas se pueden dar por una sustitución de bases o por inserción o delección de nucleótidos. 

 Causas que las originan son: errores en la lectura, lesiones fortuitas o transposiciones. Además pueden ser reparadas con o sin escisión de ADN o por el sistema SOS.

 En segundo lugar, las cromosómicas son aquellas que provocan alteraciones en la estructura de los cromosomas. Estas se pueden dar por una delección, duplicación, inversión o transposición. Se pueden detectar por bandeo cromosómico o por el emparejamiento de los cromosomas homólogos durante la meiosis. Dentro de estas , encontramos , estructurales y genómicas . 

Estructurales : cambio en la estructura de cromosomas 

Genómicas : son las que afectan al número de cromosomas y existen dos tipos: aneuploidías que son cambios en el número de cromosomas y euploidías que son alteraciones en el número completo de cromosomas de un organismo. Además, la frecuencia en la que se dan las mutaciones está afectada por los agentes mutagénicos. Estos pueden ser, dependiendo de su naturaleza, físicos (no ionizantes o ionizantes) o químicos (modificaciones de bases nitrogenadas, sustitución de una base por otra análoga o intercalación de moléculas) de este modo afectarán a los seres vivos de una manera u otra.

Por otro lado , el cáncer se produce cuando un grupo de células no responde a los controles de proliferación y diferenciación celulares y se reproduce aceleradamente . El conjunto de células que resulta , daña los tejidos y emigra a otros órganos , proceso denomindado metástasis. 

Las células cancerosas tienen las siguientes características : 

proliferación rápida e incontrolada

metástasis ( migrar a otros órganos y tejidos )

cambios en la estructura del citoesqueleto 

reduce la adhesión de otras células 

secretan enzimas que invaden tejidos vecinos 

proteínas de membrana diferentes .

Causas génicas :

Alteraciones de mecanismos de control : 

Protooncogenes ; genes normales implicados en el crecimiento y diferenciación celular 

Antionocogenes : genes normales que inhiben la proliferación descontrolada de células 

Oncoogenes : son los protooncogeenes mutados , su presencia en una célula la convierte en cancerosa . Pueden actuar de tres vías : 

Adquisición de genes alterados 

Pérdida de antioncogenes 

Bloqueo de la apoptosis 

NEODARWINISMO : 

Teoría renovadora de las ideas sobre la evolución de las especies de Charles Darwin (naturalista inglés, 1809-1882), que solo reconoce la selección natural y las mutaciones genéticas como factores que causan la aparición y expansión de nuevas formas animales y vegetales. "el neodarwinismo afirma que la unidad de selección es el individuo, mientras que la unidad de mutación es el gen"

Características :

 1.Evolución parte de la variabilidad de la descendencia (selección natural)

2. Variabilidad genética debido a Mutación / reconstrucción genética

3. Evolucionan las poblaciones gracias a cambios en las frecuencias génicas

4. Cambian frecuencia génica debido a: 

selección natural

mutaciones

migraciones

deriva genética

5. La especificación requiere aislamiento de poblaciones

Teorías alternativas :

Neutralista 

Simbiogénesis

Equilibrio puntuado