El Gen - Biología Molecular
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UNIVERSIDAD DE GUAYAQUIL FACULTAD DE CIENCIAS MÉDICAS ESCUELA DE MEDICINA INTEGRANTES : SARANGO CORREA, INGRID NEIRA BORBOR, VICTORIA PAZ DOMINGUEZ, CARLOS FIALLO RODRÍGUEZ, MASSIEL PÁRRAGA, ANTHONY HUAYAMABE, ALLISON CÁTEDRA: BIOLOGIA CELULAR Y MOLECULAR DOCENTE: DR. ZEA PIZARRO WILLIAM GRUPO: 16 SEGUNDO SEMESTRE
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UNIVERSIDAD DE GUAYAQUIL
FACULTAD DE CIENCIAS MÉDICAS
ESCUELA DE MEDICINA
INTEGRANTES:
SARANGO CORREA, INGRID
NEIRA BORBOR, VICTORIA
PAZ DOMINGUEZ, CARLOS
FIALLO RODRÍGUEZ, MASSIEL
PÁRRAGA, ANTHONY
HUAYAMABE, ALLISON
CÁTEDRA:
BIOLOGIA CELULAR Y MOLECULAR
DOCENTE: DR. ZEA PIZARRO WILLIAM
GRUPO: 16 SEGUNDO SEMESTRE
INTRODUCCIÓN
En el siglo V A.C algunos filósofos de la Grecia clásica intentaron explicar dicho fenómeno:
Primera teoría: (HIPOCRATES).-pequeños elementos representativos de todas las partes del cuerpo se encontraban en el semen
ARISTOTELES rebatió sus puntos de vista. Según su teoría el semen paterno contenía un plan de instrucciones para modelar la sangre de la madre
TEORÍA DE LA PREFORMACIÓN:
Durante el renacimiento(noción pintoresca y nada científica )
INICIÓ DE LA GENÉTICA (GREGOR MENDEL 1865)
Las bases que rigen el comportamiento hereditario deben buscarse en los cromosomas
Sin embargo, nada se sabia sobre los cromosomas y la meiosis
LEYES DE LA HERENCIA
MENDELIANA
CUADRO DE CONCEPTOS FUNDAMENTALES EN LA DETERMINACIÓN DE
LA HERENCIA
Locus Ubicación de un determinado gen en
un cromosoma
Alelo o alelomorfo
Alelo dominante
Alelo recesivo
Homocigotico
Dihomocigoto
Heterocigoto o
hibrido
Dihibrido
Generacion
parental P
Primera
Generacion
filial F1
Segunda
generacion
filial F2
Genotipo
Fenotipo
LEY DE LA DOMINANCIA
Gen dominante
Gen recesivo
LEY DE LA SEGREGACION
Letras mayúsculas (dominantes) y
minúsculas (recesivos) : representan alelos
en un locus
Diagrama de PUNNET
ESQUEMA DEL PRINCIPIO DE LA SEGREGACIÓN DE
MENDEL
Homocigótico de flores purpuras con homocigoto de flores
blancas
Diagrama de punnet
Fenotipo
progenitores
Flores
purpuras
Flores
blanc
as
Genes (P1) BB bb
gametos B B b b
purpura
B
purpura
B
blanco
b
Bb Bb
Blanco
b
Bb Bb
B: PURPURA
b: blanca
Tabla de
resultados
F1 Genotipo fenotipos
Bb, Bb, Bb,
Bb
Flores
purpuras
Fenotipo
progenitores
Flores
purpuras
Flores
purpuras
Genes P2 Bb Bb
gametos B b B b
Heterocigoto de flores purpuras y heterocigoto de flores purpuras
DIAGRAMA DE PUNNET
B b
B BB Bb
b Bb bb
B: PURPURA b: blanco
Tablas de
resultados
F2 genotipos fenotipos
BB, Bb, Bb, bb 3 flores purpuras
1flor blanca
fenotiposGenotipo
s
Frecuenci
a
genotipica
Relacion
fenotipic
a
Flores
purpurasBB 1
Flores
purpuras
Floresr
purpuras
Bb
Bb
2 3
Flores
blancasbb 1 1
El resumen del cruzamiento es el siguiente
Relacion genotipica 1:2:1 relacion fenotipica 3:1
LEY DE LA DISTRIBUCIÓN INDEPENDIENTE O RECOMBINACIÓN
B:negro
b:pardoS: corto
s:largo
INTERACCION ENTRE ALELOS Y
GENETICA
Los alelos pueden interactuar unos con otros de formas
muy diversas para producir variabilidad en su expresión
fenotípica.
IMPORTANCIAEl estudio de las interacciones genéticas puede revelar la
función de los genes, la naturaleza de las mutaciones, la
redundancia funcional y las interacciones entre proteínas.
TIPOS DE INTERACCIONES
GÉNICAS
ALÉLICAS
la interacción entre los dos
alelos correspondientes al mismo gen o
locus
NO ALÉLICAS
cuando cambios en un gen
produce varios fenotipos
(pleiotropía).
cuando un gen anula la
manifestación de otro gen
(epistasisis)
y la interacción entre los alelos
de distintos genes o
pertenecientes a distintos loci
EPISTASIS
En algunos casos, los genes pueden presentar EPISTASIS, es
decir, uno de ellos modifica el efecto del otro. Como
resultado, se alteran las proporciones fenotipicas
esperadas según las leyes de mendel.
Bateson describió una
relación fenotípica diferente
en el color de las flores
blancas) de la arvejilla de
olor, que no podía explicarse
por las leyes de Mendel.
PLEIOTROPÍA Es un tipo de
interacción entregenes no alelosque ocurrecuando la accióno cambio de unsolo gen provocanla aparición demuchos fenotiposdistintos. Estosgenes producenen el individuo unaserie de efectosfisiológicosdiferentes yanormalesconocidos comoun síndrome
Ejemplos:
albinismo es causadopor un gene recesivopleitropico
Citogenética humana
Estudia el conjunto de cromosomas de un individuo,
forma , tamaño comportamiento y funcion.
Lejeune & cols Asocian una alteración
cromosómica con un Síndrome clínico: Trisomía
21- Síndrome de Down
Desde entonces se han descrito muchas alteraciones
cromosómicas como responsables de la etiología de muchos
síndromes polimalformativos
El Gen
Un gen se conoce como una unidad
formada por una secuencia
de nucleótidos en la molécula de DNA
(o RNA, en el caso de algunos virus) que
contiene la información necesaria para la síntesis de una macromolécula con
función celular específica,
habitualmente proteínas pero
también ARNm, ARNr y ARNt.
Historia
Gregor Mendel en sus experimentos propuso la idea original del
gen, aunque él no los denominó genes, sino factores.
La palabra gen fue acuñada en 1909 por el botánico danésWilhelm Ludwig a partir de una palabra griega que significa
"generar“.
Hacia 1950, se impuso el concepto de gen como la cadena de
ADN que dirige la síntesis de una proteína.
Más tarde surge el concepto de gen como lo que actualmente se
llama un cistrón.
Concepto moderno del gen
A partir de la teoría original de Mendel de la
determinación de caracteres físicos específicos el
concepto de gen ha evolucionado gradualmente hacia
el de unidad funcional.
El genetista George Beadle, propuso que cada gen era
específico: la hipótesis «un gen, una proteína».
Fue modificada posteriormente cuando se comprendio
que los genes podían determinar también cadenas
polipeptidicas individuales (sub-unidades proteicas) y los
diversos tipos de ARN involucrados en la síntesis de
proteínas.
Número de genes en algunos organismos
CROMOSOMASPORTADORES FÍSICOS DE LOS GENES
Cromosomas
El genoma de los organismos eucariotas se empaqueta en unas
estructuras, con forma de bastoncillos, llamados cromosomas que
residen en el núcleo de la célula. Podemos decir que los cromosomas
son los vehículos que contienen los genes, y permiten transmitirlos a las
nuevas generaciones en cada división celular.
Partes de un Cromosoma:
Tipos de Cromosomas
METACÉNTRICOS: cuando los dos brazos sonaproximadamente iguales y el centrómeroestá en el centro.
SUBMETACÉNTRICOS: el centrómero estáligeramente desplazado hacia un lado dandodos brazos algo desiguales.
ACROCÉNTRICOS: cuando el centrómero estámás cerca de un extremo, dando dos brazosmuy desiguales.
TELOCÉNTRICOS: el centrómero está en unextremo, por lo que en realidad sólo existe unbrazo.
Alteración cromosómica
Las mutaciones cromosómicas son alteraciones en el número de
genes o en el orden de estos dentro de los cromosomas. Se deben
a errores durante la gametogénesis(formación de
los gametos por meiosis) o de las primeras divisiones del cigoto.
Anomalías numéricas
Estas anomalías se denominan también mutaciones genómicas, ya
que varía el número de cromosomas del genoma. Pueden
ser aneuploidías o poliploidías.
El caso más común es la aneuploidía, que se produce cuando un
individuo presenta accidentalmente algún cromosoma de más
(trisomía, 2n+1) o de menos (monosomía, 2n-1) en relación con su
condición normal (diploide)
Las poliploidías se producen cuando se tiene tres o más juegos
completos de cromosomas (Triploidía,3n; Tetraploidía, 4n). En
humanos, las triploidías suelen acabar en aborto y si se llega al
nacimiento, termina sufriendo una muerte prematura. Latetraploidía es letal.
Aneuploidías autosómicas
Son alteraciones en el número de copias de alguno de los cromosomas nosexuales. En humanos, no todas las aneuploidías numéricas son viables, y las
que sí lo son producen alteraciones en el fenotipo. Entre las más frecuentes
destacan:
Trisomía del cromosoma 21 más conocida como Síndrome de Down (es la
causa del 95% de los casos).
Trisomía del cromosoma 18 más conocida como Síndrome de Edwards.
Trisomía del cromosoma 13 más conocida como Síndrome de Patau.
Trisomía del cromosoma 22.
Monosomía del cromosoma 21.
Aneuploidías sexuales
Son alteraciones en el número de copias de alguno de los dos cromosomas
sexuales humanos. Las aneuploidías en este caso suelen ser viables. Entre las
más frecuentes destacan:
Síndrome de Klinefelter (trisomía de los cromosomas sexuales: 47, XXY).
Síndrome de Turner (monosomía de los cromosomas sexuales: 45, X). Es la
única monosomía viable.
Síndrome del doble Y (llamado a veces síndrome del supermacho: 47, XYY).
Síndrome del triple X (llamado a veces síndrome de la superhembra: 47,
XXX).
Alteraciones cromosómicas estructurales Estas anomalías afectan a la estructura del cromosoma en cuanto a la ordenación lineal
de los genes. Uno o más cromosomas cambian su estructura propia por la adición o
pérdida de material genético, por alteración de su forma o del patrón de bandas. Estos
cambios se llaman reorganizaciones y siempre se relacionan con rotura cromosómica.
Aquí se incluyen las siguientes anomalías:
Sistema de
determinación del
sexo
SISTEMA DE DETERMINACIÓN
DEL SEXO
Determinación genética del sexo (GSD)
Determinación cromosómica
Determinación génica
Determinación por
haplodiploidía
Determinación ambiental del
sexo (ESD)
Determinación por
temperatura (TSD)
Determinación genética del sexo (GSD)
Determinación cromosómica del sexo
Se presenta en especies cuyos cromosomas sexuales son
heteromórficos (se diferencian morfológicamente) del resto, estos
cromosomas portan los genes relacionados con carácter sexual y
los caracteres ligados al sexo. Las especies con este tipo de sistema
de determinación sexual poseen uno de los sexos heterogamético.
Sistema XX/XY'.
Es el sistema de determinación de la especie humana y
del resto de mamíferos, equinodermos, moluscos y
algunos artrópodos.
El organismo es diploide y posee un par de
heterocromosomas que pueden ser cromosomas del
tipo X o del tipo Y. Los cromosomas X son cromosomas
normales, mientras que los cromosomas Y tienen un
segmento homólogo (una cromátida normal que se
puede aparear con el cromosoma X) y un segmento
diferencial que es más corto. En este sistema las
hembras poseen uncariotipo homocigótico, es decir XX,
mientras que el macho es cariotipo XY.
El gameto femenino siempre porta un cromosoma X,
mientras que el masculino puede aportar un
cromosoma X o uno Y, por lo que se dice que el macho
aporta el sexo del organismo.
Determinación génica del sexo
Se presenta en especies cuyos cromosomas sexuales son hemomórficos (no
se diferencian morfológicamente) del resto. En este sistema el sexo viene
determinado no por un cromosoma, sino por un gen y en algunos casos por
varios. Este gen corresponde a una serie alélica en la cual la característicamasculina es dominante frente al hermafroditismo, y esta es dominante
frente a la femenina.
m=>masculinidad. Genotipos masculinos: mm, mh, mf
h=>hermafroditismo. Genotipos hermafroditas: hh, hf
f=>femineidad. Genotipo femenino: ff
Este sistema corresponde a algunas plantas. El caso más estudiado es el del
pepinillo del diablo (Ecballium elaterium)
Determinación del sexo por haplodiploidía
Es característico de insectos sociales como las hormigas, lasabejas o las termitas. Viene dado por el número dedotaciones cromosómicas. Los individuos machos sonhaploides, mientras que las hembras son diploides.
El organismo reina (estos insectos se forman en sociedadmatriarcal) tiene dotación diploide y posee óvulos quepueden ser fecundados por machos, con lo que se formaránnuevas hembras diploides (donde se elegirá una comosucesora de la reina, única hembra fértil de la sociedad) opueden no ser fecundados y desarrollarse porpartenogénesis con lo que se originarán machos haploides.
Esta determinación consiste en que hay gametos haploides(n) de la hembra que se fecundan y se forman individuosdiploides (2n) que se desarrollan como hembra, mientras quelos no fecundados darían lugar a machos.
Determinación ambiental del sexo (ESD)
En algunos animales la determinación del sexo
viene dada por circunstancias ambientales y
esto se debe a que no poseen cromosomassexuales en su material genético. El medio
modifica el metabolismo de las células
embrionarias, haciendo que se diferencien unas
de otras y determinando el sexo.
Genoma Humano
Es la carga genética de una persona y viene determinada desde
el momento de la concepción, es decir la secuencia
de ADN contenida en 23 pares de cromosomas en el núcleo de
cada célula humana diploide.
EL GENOMA HUMANO
22.000 a 28.000 genes distribuidos en los 23 pares de
cromosomas de la célula.
PROYECTO GENOMA
HUMANO
El Proyecto Genoma Humano, es un programa internacional decolaboración científica, cuyo objetivo es obtener un conocimientobásico de la dotación genética humana completa.
HISTORIA
El genoma humano surgió de una serie de conferencias científicas celebradas entre 1985 y 1987.
• 1960: Determinación del código genético.• 1975-1979: Primeros genes humanos aislados.• 1982: Fabricación del primer fármaco basado en tecnología de ADN-
recombinante.• 1988: Se crea la Organización del Genoma Humano.• 1995: Primer genoma completo: Haemophilus influenzae.• 24 de abril de 2003: Se completa la secuencia del genoma humano.
OBJETIVOS
Tratamiento y prevención de numerosas enfermedadeshumanas.
Ayudara a relacionar las enfermedades hereditarias con genesconcretos situados en lugares precisos de los cromosomas.
Conocimiento de la organización esencial de los
genes y de los cromosomas.
Es determinar el orden exacto de los pares
de bases en un segmento de ADN
SECUENCIACIÓN
Es una disciplina de la genética que mediante varias
técnicas busca asignar a los distintos genes de un
genoma su lugar físico en aquel. Existen dos variantes
fundamentales de mapas.
CARTOGRAFÍA
MAPAS GENETICOS
MAPAS FISICOS
CARIOTIPO
Conjunto de particularidades de los cromosomas, que permite
identificar los cromosomas de las distintas especies, recibe el
nombre de cariotipo, y su representación gráfica, ordenada por
parejas de cromosomas homologos, se denomina cariograma.
LIGAMIENTOS
Cuando dos genes se ubican en el mismo par de
cromosomas homólogos se denominan genes ligados.
Podemos clasificar al ligamiento en TOTAL o PARCIAL
dependiendo de que distancia los separe.
LIGAMIENTO TOTAL
Cuanto más cerca están uno de otro
menor es la probabilidad de que
suceda un entrecruzamiento entre
ellos y por lo tanto tienden a
heredarse en la misma combinación
que poseía el cromosoma materno o
paterno de cada individuo que está
formando sus gametos.
La distancia que los separa es
suficiente para permitir
entrecruzamientos entre ellos. sin que
haya recombinación o nueva
combinación de los alelos de los genes.
El porcentaje de gametos que tienen
nuevas combinaciones o
recombinantes siempre es más bajo
que el porcentaje de gametos con la
combinación original.
LIGAMIENTO PARCIAL
El ligamiento entre dos genes puede ser en Cis o trans
dependiendo de como estén combinados los alelos de
cada uno de los genes.
FASE DE REPULSION
FASE DE
ACOPLAMIENTO
FASES DE LIGAMIENTO
MAPEO GENETICO
La elaboración de los mapas génicos consiste en determinar las
posiciones relativas de los genes en un cromosoma y la
distancia entre ellos.
Permite identificar fragmentos de ADN asociados a un gen
de interés.
Sirve para prevenir ciertas enfermedades.
Interpreta inmediatamente que pueda afectarnos en si en
relación con la enfermedad
FUNCIONES
El establecimiento de mapas de ligamiento, también llamados
mapas meióticos, se basa en el hecho de que, durante la
meiosis, los loci que se encuentran en diferentes cromosomas
se separan al azar en los gametos.
MAPEO GENETICO DE
LIGAMIENTOS
Un mapa físico es la representación real del alineamiento de los
genes en un cromosoma, en la misma forma que un mapa de
ruta indica la localización de las ciudades a lo largo de una
autopista.
Consiste en someter a los cromosomas a desnaturalizaciones, a
digestión enzimática o a ambos, seguido de una tinción con
colorante específico para ADN.
Agru
pam
iento
EL ADN
ADNEL ÁCIDO DESOXIRRIBONUCLEICO, ABREVIADO COMO ADN, ES UN ÁCIDO NUCLEICO QUE CONTIENEINSTRUCCIONES GENÉTICAS USADAS EN EL DESARROLLO Y FUNCIONAMIENTO DE TODOSLOS ORGANISMOS VIVOS CONOCIDOS Y ALGUNOS VIRUS, Y ES RESPONSABLE DE SU TRANSMISIÓN HEREDITARIA.LA FUNCIÓN PRINCIPAL DE LA MOLÉCULA DE ADN ES EL ALMACENAMIENTO A LARGO PLAZO DE INFORMACIÓN.
DESDE EL PUNTO DE VISTA QUÍMICO, EL ADN ES UN POLÍMERO DE NUCLEÓTIDOS, ES DECIR, UN POLINUCLEÓTIDO.UN POLÍMERO ES UN COMPUESTO FORMADO POR MUCHAS UNIDADES SIMPLES CONECTADAS ENTRE SÍ, COMO SIFUERA UN LARGO TREN FORMADO POR VAGONES. EN EL ADN, CADA VAGÓN ES UN NUCLEÓTIDO, Y CADANUCLEÓTIDO, A SU VEZ, ESTÁ FORMADO POR UN AZÚCAR (LA DESOXIRRIBOSA), UNA BASE NITROGENADA (QUEPUEDE SER ADENINA→A, TIMINA→T, CITOSINA→C O GUANINA→G) Y UN GRUPO FOSFATO QUE ACTÚA COMOENGANCHE DE CADA VAGÓN CON EL SIGUIENTE.
En 1953 el bioquímico estadounidense James Watson y el biólogo británicoFrancis Crick, a partir de estudios cristalográficos realizados por Wilkins y Franklin
(que sugerían que la molécula de ADN poseía una estructura helicoidal) e
inspirándose en las observaciones de otros investigadores (según las cuales los
distintos ADN examinados presentaban siempre un número de adeninas igual
al de timinas y un número de citosinas igual al de guaninas), propusieronasignar una estructura de doble hélice a la molécula de ADN.
Watson y Crick y su estructura de
doble hélice de la molécula de ADN
El ADN es una molecula bicatenaria, es decir, está formada por dos
cadenas dispuestas de forma antiparalela y con las bases nitrogenadas
enfrentadas. En su estructura tridimensional, se distinguen distintos niveles:
ESTRUCTURA PRIMARIA:
Secuencia de nucleótidos encadenados. Es en estas cadenas donde se
encuentra la información genética, y dado que el esqueleto es el mismo
para todos, la diferencia de la información radica en la distinta secuencia
de bases nitrogenadas.
ESTRUCTURAS DEL ADN
Es una cadena doble, dextrógira o levógira, según el tipo de ADN.
Ambas cadenas son complementarias, pues la adenina y la
guanina de una cadena se unen, respectivamente, a la timina y la
citosina de la otra. Ambas cadenas son antiparalelas, pues elextremo 3´ de una se enfrenta al extremo 5´ de la homóloga.
ESTRUCTURA SECUNDARIA:
Se refiere a cómo se almacena el ADN en un espacio reducido, para formar los cromosomas.
Varía según se trate de organismos procariotas o eucariotas:
En procariotas el ADN se pliega como una súper-hélice, generalmente en forma circular y
asociada a una pequeña cantidad de proteínas. Lo mismo ocurre en orgánulos celulares como
las mitocondrias y en los cloroplastos.
En eucariotas, dado que la cantidad de ADN de cada cromosoma es muy grande, el
empaquetamiento ha de ser más complejo y compacto; para ello se necesita la presencia de
proteínas, como las histonas y otras proteínas de naturaleza no histónica (en
los espermatozoides estas proteínas son las protaminas).
ESTRUCTURA TERCIARIA
La cromatina presente en el núcleo tiene un grosor de 300 Å, pues la
fibra de cromatina de 100 Å se enrolla formando una fibra de
cromatina de 300 Å. El enrollamiento de los nucleosomas recibe elnombre de solenoide. Dichos solenoides se enrollan formando la
cromatina del núcleo interfásico de la célula eucariota. Cuando la
célula entra en división, el ADN se compacta más, formando así
los cromosomas.
ESTRUCTURA CUATERNARIA
El ADN (ácido dioxiribonucléico) es una molécula de doble cadena
que se dobla en una hélice como una escalera en espiral. Cada
cadena está compuesta de una columna de azúcar-fosfato y
numerosos químicos base juntados en pares. Las cuatro bases que
conforman los escalones en la escalera en espiral son adenina (A),
timina (T), cistosina (C) y guanina (G). Estas escaleras actúan como las
"letras" de un alfabeto genético, combinándose en secuencias
complejas para formar palabras, oraciones y párrafos que actúan
como instrucciones para guiar la formación y funcionamiento de la
célula huésped. Tal vez, hasta más apropiadamente, el A,T,C y G del
código genético de la molécula de ADN puede ser comparado con el
"0" y "1" del código binario del software de una computadora. Como
en el software de una computadora, el código del ADN es un lenguaje
genético que comunica información a la célula orgánica.
ESTRUCTURA EN DOBLE HELICE
MODELO DE WATSON Y CRICK guía
para la síntesis de la cadena
opuestaLa conexión entre la replicación del ADN y el
comportamiento de los cromosomas en la
mitosis fue obvia para Watson y Crick. Un
cromosoma que se duplica consiste en dos
cromatidas hermanas idénticas que más
tarde se separa; el material genético debe
ser exactamente duplicado y distribuido a
las células hijas.
Replicación semiconservativa
Meselson y Stahl
comprobaron el
mecanismo de la
replicación
semiconservativa
La replicación semiconservativa explica
la perpetuación de las mutaciones
La replicación del ADN requiere de una
“maquinaria” proteínica
Las cadenas de ADN se
deben desenrollar durante
la replicación
La síntesis de ADN
siempre procede en
una dirección 5’→ 3’
La síntesis de ARN
requiere cebadores
La replicación del ADN
es discontinua en una
cadena
y continua en otra
La síntesis de ADN es bidireccional
Reparación
del ADN
Acortamiento del ADN
