Ped en Biologia

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Universidad de Antofagasta Facultad Ciencias de la Salud Departamento Biomdico Asignatura gentica, 2011

Gua I: HERENCIA MENDELIANA I. INTRODUCCIN

En trminos simples, podemos decir que la herencia es aquella tendencia que presenta un individuo a parecerse a sus progenitores. Si bien podemos encontrar rasgos de gran semejanza, el parecido no es exacto, es decir, existen diferencias a las cuales llamamos variaciones y que son el resultado de factores ambientales y hereditarios. Los factores hereditarios corresponde a la informacin contenida en el genoma, y que es transmisible entre clulas (clula madre y clula hija) y entre progenitores y descendencia. El genoma corresponde a todas las secuencias de DNA presentes en un individuo e incluye a las secuencias no codificantes y a las secuencias codificantes o genes. Entonces, un gen es una secuencia de nucletidos que codifica para un RNA funcional, mantiene una posicin definida dentro de un cromosoma determinado (locus) y es transmisible entre generaciones. Los organismos diploides (2n), entre los que se encuentra el hombre, poseen dos formas aproximadamente iguales de cada cromosoma autosmico: los cromosomas homlogos. En stos, los diferentes loci pueden estar ocupados en posiciones equivalentes por secuencias o formas gnicas distintas: los alelos. Un individuo diploide slo puede presentar dos alelos para cada locus, pero un locus puede presentar varios alelos (sistema poliallico) portados por diferentes individuos de una poblacin. Una combinacin de alelos de uno o ms loci de un individuo constituye un genotipo, correspondiendo el fenotipo a su manifestacin (expresin) en el organismo. Para un determinado locus, si los dos alelos respectivos de ambos cromosomas homlogos son idnticos, se trata de un genotipo homocigoto (para dicho locus); si son distintos, es un genotipo heterocigoto. Desde el punto de vista gentico existen diversas formas o patrones de herencia. La expresin de un rasgo puede depender de la accin de varios genes o por solo un gen. A esta categora le llamamos patrn de herencia monognica y que se subdivide a su vez en dos grandes grupos: a) no clsicos (herencia mitocondrial, mosaicismo, imprinting genmico) y b) clsicos (herencia autosmica y ligada al cromosoma X) En la presente guia nos referiremos al patrn de herencia autosmica. Para comprender los mecanismos que gobiernan este tipo de herencia, debemos hacer un poco de historia y analizar los experimentos realizados por Gregor mendel hace mas de cien aos. II. Un poco de Historia:

Las actuales teoras sobre la herencia fueron elaboradas por primera vez por el monje austraco Gregor Mendel, quien desde 1858 a 1866 trabaj en el jardn de su monasterio, en la ciudad de Brnn (Austria), llevando a cabo experimentos con guisantes, realizando apareamientos y examinando las caractersticas de los descendientes obtenidos de tales cruzamientos. La decisin de Mendel de trabajar con guisantes de jardn fue excelente. La planta es resistente, crece rpidamente, permite la fertilizacin cruzada y presenta de manera contundente muchas variedades diferenciadas unas de otras. Se producen semillas rugosas; semillas lisas; semillas con cotiledones

verdes; semillas con cotiledones amarillos; algunas producen vainas verdes y otras vainas amarillas; algunas flores blancas y otras flores rojizas. Las caractersticas de las plantas que diferan, por ejemplo, en el tamao de la hoja y en el de la flor fueron ignoradas sabiamente en sus estudios simplemente por cuanto no eran susceptibles de clasificarse en pocas clases sino que presentaban un amplio rango de variaciones y no exista la posibilidad de colocarlos en una u otra categora distinta, limitando de esta manera el objetivo de sus experimentos. Para explicar los resultados obtenidos en sus experimentos, formul una serie de suposiciones o hiptesis. Las hiptesis de Mendel lograron explicar el mecanismo de la herencia y condujeron a la prediccin de hechos hasta entonces no conocidos. Cuando se pusieron en evidencia estos hechos, sus hiptesis se fortalecieron considerablemente y finalmente se convirtieron en Ley. III. EXPERIMENTOS DE MENDEL

Mendel estudi siete caracteres cualitativos, claramente diferenciables, la mayora de ellos con herencia dominante: Semillas: lisas o rugosas, amarillas o verdes. Flores: violetas o blancas. Vainas del fruto: verdes o amarillas, enteras o con constricciones. Tallos: largos o cortos, con vainas y flores axiales o terminales. Para sus experimentos parti de lneas puras, es decir, de una generacin parental (P) homocigtica. Realiz un estudio cuantitativo de la descendencia (F1: 1 generacin filial, F2: 2 generacin filial,). Utiliz tcnicas de autofecundacin (cruzar individuos consigo mismos) y retrocruzamiento o cruzamiento prueba (cruzar individuos con el homocigtico recesivo). Eligi, sin saberlo, caracteres cuyos genes no se encuentran en el mismo cromosoma y, por tanto, se transmiten de forma independiente (caracteres no ligados). 1 Ley: Ley de la uniformidad de la F1 Al cruzar dos lneas puras (homocigticas) distintas para un carcter, todos los descendientes son hbridos (heterocigticos) e iguales entre s para ese carcter. En la ilustracin, al cruzar plantas del guisante que producen semillas lisas con otras que producen semillas rugosas (lneas puras) se obtiene una F1 de plantas con semillas lisas. 2 Ley Ley de la segregacin de los alelos Al cruzar entre s los individuos de la F1, aparecen los fenotipos de la generacin parental. Esto se explica porque los alelos de los hbridos de la F1 se transmiten de forma independiente, separndose con la formacin de los gametos. En la ilustracin, cruce de individuos de la F1, hbridos para el carcter textura de la semilla, dando lugar a una F2 en la que aparecen los dos fenotipos parentales en proporciones 3:1 (herencia dominante), (3 lisas, RR, Rr, RR; 1 rugosa rr).

Para saber si la F1 es hbrida (heterocigtica) para el carcter objeto de estudio se realiza un cruzamiento prueba. Dependiendo de las proporciones fenotpicas obtenidas se deduce el genotipo. En la ilustracin, si todos los descendientes tienen semillas lisas la planta en cuestin es homocigtica para el carcter (RR); si en la descendencia aparecen los dos fenotipos en igual proporcin el individuo es heterocigtico (Rr).

Hasta aqu, Mendel estudi los siete caracteres por separado, realizando cruzamientos que implicaban a un solo par de alelos (cruzamientos monohbridos). Ahora bien, qu sucede cuando se cruzan individuos dihbridos que difieren en dos pares de alelos?

3 Ley Ley de la transmisin independiente de los pares de alelos Los factores hereditarios (genes) que afectan a distintos caracteres (caracteres no antagnicos) se transmiten de forma independiente unos de otros, es decir, se combinan al azar. En la ilustracin, cuadrcula gamtica y las correspondientes proporciones genotpicas y fenotpicas observadas en la F2 para un cruzamiento dihbrido (color y textura de la semilla del guisante). Las proporciones fenotpicas observadas, 9:3:3:1, corresponden con las esperadas teniendo en cuenta la herencia de cada carcter por separado. Para comprobar que la F1 era dihbrida, Mendel realiz un cruzamiento prueba obteniendo todas las clases fenotpicas en proporciones iguales, 1:1:1:1; si no fueran dihbridos slo se obtendra una clase fenotpica. Tambin realiz cruzamientos trihbridos obteniendo resultados anlogos. Estas leyes son vlidas para todos los organismos, siempre que no exista ligamiento y siempre que los caracteres sean cualitativos, esto es, con variabilidad discontinua.

IV.

OTROS MODELOS GENETICOS:

La gentica mendeliana empez a desarrollarse rpidamente a partir de 1910 con los trabajos de Thomas Hunt Morgan en la mosca Drosophila melanogaster. Posee varias ventajas que lo hacen un buen modelo gentico como por ejemplo: y Fciles de criar en el laboratorio y Ciclo biolgico corto (menor a dos semanas) y Fecundidad alta y por lo tanto una pareja puede producir miles de descendientes y Numerosas variantes y Caractersticas fenotpicas de fcil reconocimiento Otros modelos genticos importantes utlizados en la actualidad son pez cebra (zebrafish) , Arabidopisis thaliana (especie vegetal) y ratn (modelo de mamfero). V. ENFERMEDADES MONOGENICAS EN LA ESPECIE HUMANA

Existen ms de 10.000 defectos genticos que siguen un patrn de herencia mendeliana. Las enfermedades de herencia monognica corresponden a las ocasionadas principalmente por la alteracin de un solo gen, heredndose segn los clsicos modelos mendelianos. En esta gua nos referiremos a patologas cuyo gen responsable se encuentra dentro de los pares de cromosomas autosmicos, resaltando algunas caractersticas comunes de mayor relevancia clnica y patolgica. HERENCIA AUTOSMICA DOMINANTE Este tipo de herencia es responsable de alrededor de la mitad de los trastornos mendelianos, con una incidencia relativamente elevada, pues exceptuando mutaciones nuevas, los casos siempre provienen de al menos un progenitor afectado. El espectro clnico suele afectar a protenas no enzimticas o estructurales, donde el alelo normal no es capaz de suplir la funcin del alelo deficiente. Las mutaciones responsables de este tipo de herencia tambin pueden generar fenmenos de ganancia de funcin y dominantes negativos. Los heterocigotos (+/D) padecen la enfermedad, con lo que la presencia de una sola copia del alelo enfermo (D) es suficiente para que la enfermedad se manifieste. Los homocigotos (D/D) pueden estar ms gravemente afectados (expresin clnica diferencial) o ser indistinguibles de los heterocigotos. EJEMPLOS y y y y y y y y y y Hipercolesterolemia familiar Polidactilia Corea de Huntington Neurofibromatosis tipo 1 y 2 Neuroblastoma Melanoma maligno familiar Sndrome del nevo basocelular Ataxia espinopontocerebelosa Sndrome de Marfan Porfiria aguda intermitente

y y y

Osteognesis imperfecta Enfermedad de Von Willebrand Acondroplasia

ANLISIS GENTICO DE RASGOS O CARACTERES CUALITATIVOS Cuando se desea estudiar en el hombre un rasgo o carcter normal o patolgico con el propsito de establecer su forma de transmisin, uno de los mtodos ms corrientemente usado es el anlisis de genealoga. sta consiste en graficar las relaciones de un individuo (propositus) que presenta la caracterstica cuya transmisin hereditaria se est estudiando, con miembros de su familia. El investigador recurre entonces al estudio de "cruzamientos" ya efectuados, es decir, a la familia humana. Para el anlisis de rboles genealgicos se ha establecido un consenso en la nomenclatura el cual se resume a continuacin:

rbol genealgico: Herencia Autosmica Dominante y y y y El rasgo se transmite en forma continua de generacin en generacin. Cada descendiente afectado proviene de un progenitor con dicha afeccin (a excepcin de los mutantes). Ambos sexos se encuentran afectados en la misma proporcin. Personas sanas (no afectadas) no transmiten el rasgo a su progenie.

Ejemplo:

HERENCIA AUTOSMICA RECESIVA Corresponden a aproximadamente a la tercera parte de los trastornos mendelianos. Unicamente los homocigotos (d/d) manifiestan la enfermedad y los padres de los individuos enfermos son portadores obligados o heterocigotos (+/d), fenotpicamente normales. En los heterocigotos el alelo normal es capaz de suplir la funcin del alelo defectuoso. Desde el punto de vista clnico el fenotipo tiende a ser uniforme, con un inicio temprano, dado por patologas que comprometen rutas enzimticas, metablicas y hormonales. EJEMPLOS y y y y y y y y Fibrosis qustica albinismo Betatalasemia Fenilcetonuria Hemocromatosis Enfermedad de Tay-Sachs Xeroderma pigmentosa Galactosemia

rbol genealgico: Herencia Autosmica Recesiva y y y y Si el carcter es poco frecuente todos los familiares del afectado, excepto sus hermanos, son generalmente normales (padres, progenie, parientes cercanos). Dos progenitores que presenten el rasgo dan una descendencia 100% afectada. Los matrimonios ms frecuentes son entre progenitores portadores heterocigotos no afectados, los cuales dan una descendencia de 0,25 afectados (riesgo de recurrencia es 1: 4 para cada nacimiento).

Ejemplo:

ACTIVIDADES: 1.Utilizando la informacin de clases o de textos defina en forma clara y precisa los siguientes conceptos: Homocigoto: ______________________________________________________________________ ________________________________________________________________________ Heterocigoto: ______________________________________________________________________ ________________________________________________________________________ Alelo: _______________________________________________________________________ ________________________________________________________________________ Dominante: ______________________________________________________________________ ________________________________________________________________________ Recesivo: ______________________________________________________________________ ________________________________________________________________________ Gen: ________________________________________________________________________ ________________________________________________________________________ Rasgo: ______________________________________________________________________ ________________________________________________________________________ Genotipo: ________________________________________________________________________ ________________________________________________________________________ Fenotipo: ________________________________________________________________________ ________________________________________________________________________ Cruzamiento de prueba: ________________________________________________________________________ ________________________________________________________________________

2. EJERCICIOS DE SEGREGACIN Y CRUZAMIENTOS 2.1.Cuntos y cules gametos diferentes producen los siguientes individuos? a) AABBcc: ________________________________________________________________________ b) AaBbCcDd: ________________________________________________________________________ c) AaBbCc: ________________________________________________________________________ d) AaBbcc: ________________________________________________________________________ 2.2.Qu genotipos se esperaran y en qu proporcin de los siguientes cruzamientos? a) EeAaLl x eeaall:

b) DdGgww x DdggWW:

c) EeAall x eeAaLL:

3. PROBLEMAS 1. En conejos el color negro domina sobre el blanco. Se cruzan conejos negros con blancos y resultan 18 negros y 19 blancos Cul es el genotipo de los padres y de los individuos resultantes? 2. Mendel cruz plantas de chcharos que producan semillas lisas con chcharos que producan semillas rugosas. De un total de 7324 semillas de F2, 5474 fueron lisas y 1850 rugosas. Utilizando los smbolos W y w para los genes: Simbolizar el genotipo de los Padres. Los Gametos. Resumir los resultados obtenidos en F2, bajo los ttulos Fenotipo, Genotipo, Frecuencia Fenotpica, Proporcin Genotpica. 3. Se cruzan moscas Drosophila melanogaster de cuerpo caf y alas vestigiales (+ + vg vg) con moscas de cuerpo bony y alas normales ( +vg +vg) en F2 se obtienen los siguientes resultados: Alas normales y cuerpo normal Alas vestigiales y cuerpo normal Alas normales y cuerpo bony Alas vestigiales y cuerpo bony 2834 920 951 287

Cul es el genotipo de los individuos de F1? Cul es la proporcin fenotpica de F2? Cul es la proporcin genotpica de F2? 4. La talasemia llamada tambin anemia de Cooley, es un tipo de anemia humana bastante frecuente en los pueblos del Mediterrneo y relativamente rara en otras poblaciones. Esta enfermedad se presenta de dos formas, una menor y otra mayor; los individuos gravemente afectados por ella son homocigotos para un gen (cc). Las personas menos afectadas (talasemia menor) son heterocigotas (Cc). Las Personas que no presentan la enfermedad son homocigota para el alejo normal (CC). Los siguientes problemas se refieren a la talasemia y a su herencia. Un hombre con talasemia menor se casa con una mujer que es normal. a) Qu tipos de hijos y en qu proporciones pueden encontrarse en la descendencia? b) Represente en un tablero de Punnett, la unin de las clulas germinales de este matrimonio. En una familia, tanto el padre como la madre estn afectados de talasemia menor. a) Cul es la probabilidad de que su hijo est gravemente afectado?, medianamente afectado?, que sea normal? b) Haga un esquema de las posibles uniones de las clulas germinales de esta familia. c) Si una persona est gravemente afectada (cc), cmo podran ser los genotipos de los padres?

5.- La acondroplasia es una anomala determinada por un gen autosmico que da lugar a un tipo de enanismo en la especie humana. Dos enanos acondroplsicos tienen dos hijos, uno acondroplsico y otro normal. y y y La acondroplasia, es un carcter dominante o recesivo ?. Por qu? Cul es el genotipo de cada uno de los progenitores? Por qu? Cul es la probabilidad de que el prximo descendiente de la pareja sea normal?. Y de qu sea acondroplsico ?. Hacer un esquema del cruzamiento.

6.- La fenilcetonuria (FCU) es un desorden metablico que se hereda con carcter autosmico recesivo. Dos progenitores sanos tienen un hijo con FCU. Indica los fenotipos y genotipos de todos los apareamientos que tericamente pueden dar un descendiente afectado de FCU. y A cul de estos tipos de apareamiento pertenece el caso descrito ?. y Cul es la probabilidad de que el siguiente hijo padezca tambin la enfermedad?. y Cul ser la probabilidad de qu un hijo normal (sano) de estos padres sea portador heterocigtico para FCU ?. 7.- La enfermedad de Tay-Sachs es una enfermedad hereditaria recesiva que causa la muerte en los primeros aos de vida cuando se encuentra en condicin homocigtica. Se piensa que los dedos anormalmente cortos, braquifalangia, se deben al genotipo heterocigtico para un gen letal, siendo normal el individuo BB. Cules son los fenotipos esperados entre nios adolescentes hijos de padres braquifalngicos y heterocigticos para la enfermedad de Tay-Sachs ?.

8.- La braquidactilia es un carcter humano raro dominante que causa el acortamiento de los dedos. Varios estudios han puesto de manifiesto que aproximadamente la mitad de la progenie de matrimonios braquidactlicos x normal son braquidactlicos. Que proporcin de descendientes braquidactlicos cabra esperar entre dos individuos heterocigticos?.

4. anlisis de cruzamientos con drosophila melanogaster. Alumnos de PEDAGOGIA EN BIOLOGIA Y CIENCIAS recibieron las siguientes descendencias (F2) de cruzamientos de distintas mutaciones, en el cual, tendrn que desarrollar y encontrar los parentales correspondientes. a) 10 s 3e b) 9s 8cu c) 6s 6dp d) 6s - 6e 2edp 2dp e) 9s 2e 3vg 1evg f) 3s 3vg 3e - 3evg

5. EJERCICIOS DE GENEALOGA A) LOBULO ADHERIDO

Tipo de herencia: Fundamento:

Qu probabilidad hay que II - 1 y II - 3 sean portadores (Aa)? ________________________________________________________________________ Qu probabilidad hay que III - 1 y III - 3 y III - 8 sean portadores? ________________________________________________________________________ Qu probabilidad hay que III - 4 y III - 5 sean portadores? ________________________________________________________________________ Que probabilidad hay que un hijo de III - 3 y III - 5 presente el rasgo en estudio? ________________________________________________________________________

B) SINDACTILIA

y

. Tipo de herencia:

________________________________________________________________________ y . Fundamentacin:

________________________________________________________________________ y Probabilidad del sujeto II - 4 de portar el gen para sindactilia

________________________________________________________________________ y Si se casara IV- 2 con IV - 9 Qu probabilidad hay que nazca un hijo con la enfermedad?

________________________________________________________________________ Si se casara IV-3 con un individuo normal que probabilidad tendr su hijo que nazca sano.

y