Conceptes Clau de Genètica i Biologia Cel·lular

La cèl·lula i el material genètic

El material genètic es troba al nucli de les cèl·lules eucariotes. En les cèl·lules procariotes (sense nucli), es troba dispers pel citoplasma.

Doble hèlix d'ADN

Format per dues cadenes d'unes unitats anomenades nucleòtids. Les cadenes són complementàries i s'uneixen per les seves bases nitrogenades. Les bases nitrogenades són complementàries i s'uneixen així: Adenina amb Timina; Citosina amb Guanina.

Cromosomes

Descoberts al 1848 per Hofmeister, però no és fins al 1943 quan Avery descobreix que la informació genètica es troba als cromosomes. Representa la màxima condensació de l’ADN (cromatina) i apareixen durant la divisió cel·lular. En la divisió cel·lular, l’ADN es duplica i les cromàtides s’associen a les histones. Són visibles al MO (Microscopi Òptic). Al ME (Microscopi Electrònic) apareixen els cromosomes com estructures dobles unides pel centròmer. Un cromosoma consisteix en dues cromàtides unides per un centròmer. El cromosoma es divideix en dos braços: curt i llarg.

La dotació cromosòmica

Les espècies es caracteritzen per tenir un nombre de cromosomes específic. L'espècie humana té 46 cromosomes (23 parelles). De cadascun dels cromosomes en tenim una còpia (un ve del pare i l'altre de la mare). Cadascun dels parells de cromosomes s'anomenen homòlegs. Dels 23 parells de cromosomes, l'últim determina el sexe. Aquests cromosomes poden ser iguals o diferents, per això se'ls anomena heterocromosomes o cromosomes sexuals.

Divisió cel·lular

Les cèl·lules es poden dividir en 2 processos:

• Mitosi: Totes les cèl·lules del cos.
• Meiosi: Les cèl·lules reproductores. Finalitat: mantenir el nombre de cromosomes de l'espècie després de la fecundació.

La genètica

És la ciència que estudia la transmissió dels caràcters. Va néixer a partir dels experiments de Gregor Mendel (1822-1884).

1a Llei de Mendel

Llei de la uniformitat en la primera generació filial: Quan s'encreuen dues races pures (homozigotes: els dos al·lels iguals) que difereixen en un determinat caràcter, els individus híbrids de la primera generació filial (F1) són tots iguals.

2a Llei de Mendel

Llei de la separació o disjunció dels al·lels: Mendel va agafar plantes procedents de les llavors de la primera generació de l'experiment anterior (grogues) i les va pol·linitzar entre si. Del creuament va obtenir llavors grogues i verdes en proporció 3:1. Així doncs, encara que l'al·lel que determina la coloració verda havia desaparegut en la primera generació filial, es torna a manifestar en la segona generació.

Llei de la independència dels gens

Els caràcters són independents els uns dels altres, i els gens que els determinen es combinen lliurement i es transmeten de manera independent.

La informació genètica: els gens

La informació genètica es troba a l'ADN. Cada unitat d'informació s'anomena gen.

Funcions dels gens

• Emmagatzemen la informació hereditària.
• Fabriquen proteïnes (molècules que fan la majoria de les funcions dels éssers vius).

L'expressió gènica

Els gens poden tenir presentacions diferents a cadascun dels cromosomes homòlegs. S'anomenen al·lels. Normalment els caràcters estan representats per dos al·lels, però n'hi ha algun que en pot tenir més de dos, com el cas dels grups sanguinis, que es tracta d'una herència multial·lèlica (I^a, I^b, i^o).

Hi ha caràcters que estan controlats per un únic gen: herència monogènica. N'hi ha d'altres que en canvi estan controlats per més d'un gen: herència poligènica. N'hi ha d'altres que són transmesos només pels cromosomes sexuals: herència lligada al sexe.

Dogma central de la biologia molecular

La síntesi de les proteïnes comença al nucli, ja que és on l'ADN té la informació, i s'acaba al citoplasma, on hi ha els ribosomes.

El genoma humà (2003)

• Conté uns 25.000 gens.
• 3.200 milions de parells de bases.
• La major part del nostre ADN no codifica per cap proteïna (ADN escombraria).
• Dins un gen hi ha una part que codifica (exó) i altra que no (intró).
• Un genoma més gran no implica que l'organisme sigui més complex.

Les mutacions

Són canvis en l'ADN que provoquen una alteració en l'expressió dels gens (malalties hereditàries). Poden ser:

• Puntuals: Afecten només canvis en les bases nitrogenades que componen el gen.
• Cromosòmiques: Afecten l'estructura o el nombre de cromosomes.

Malalties hereditàries autosòmiques

Es transmeten a través d'algun dels 22 parells de cromosomes no sexuals. La majoria són recessives (només es presenten quan els 2 al·lels són recessius). Exemple: albinisme.

Malalties hereditàries lligades al sexe

La majoria les transmet el cromosoma X i la majoria són recessives. La pateixen més els homes que les dones, ja que els homes només necessiten una còpia per patir la malaltia. Les dones només la patiran si són homozigòtiques; si no, seran portadores. Exemples: l'hemofília, el daltonisme.

Malalties lligades al nombre de cromosomes

• Síndrome de Down (Trisomia del 21)
• Síndrome de Patau (Trisomia del 13)
• Síndrome d'Edwards (Trisomia del 18)

Malalties lligades al nombre de cromosomes sexuals

• Síndrome de Klinefelter (XXY)
• Síndrome de Turner (X0)
• Síndrome de la triple X (XXX)

Biotecnologia i manipulació genètica

La genètica del segle XXI es desenvolupa en els següents camps:

• Seqüenciació de l'ADN
• Manipulació genètica
• Genètica del desenvolupament

La clonació

Consisteix a obtenir còpies idèntiques d'un producte. En la natura es produeix clonació natural (bessons).

Clonació molecular

Obtenció en molta quantitat d'una molècula que ens interessa.

Reacció en cadena de la polimerasa (PCR)

És una tècnica de biologia molecular que permet amplificar i obtenir milers de còpies d'una mostra d'ADN.

Clonació reproductiva

Agafem 2 ovelles. A l'ovella"" li extraiem una cèl·lula, de la qual només conservem el nucli. Aquest nucli l'introduirem a l'òvul d'una ovella"" al qual prèviament hem extret el nucli. Llavors implantem l'òvul resultant en una mare portadora per a la gestació, la qual donarà a llum al clon de l'ovella"". És la clonació tipus Dolly.

Les cèl·lules mare

Són cèl·lules no diferenciades, susceptibles de convertir-se en cèl·lules d'altres tipus de teixit: cardíaques, de la pell, etc. Es divideixen en:

• Totipotents: Cèl·lules embrionàries.
• Multipotents: Donen cèl·lules de teixits relacionats.
• Unipotents: Donen només un sol tipus cel·lular.

Aplicacions de les cèl·lules mare

• Leucèmies
• Malalties degeneratives
• Diabetis
• Lesions severes de teixits que no es poden regenerar (teixit cardíac)
• Trasplantament d'òrgans (evitar rebuig)

Organismes transgènics

Són organismes modificats genèticament. Exemple de selecció artificial que té com a finalitat la millora genètica.

Teràpia gènica

• Guariment de malalties hereditàries.
• Reemplaçament de gens que no funcionen correctament.

Es pot realitzar in vivo i ex vivo.

Experiment de Griffith

Va ser un dels primers experiments que va suggerir que els bacteris eren capaços de transferir informació genètica a través del procés de transformació bacteriana. Griffith va usar 2 soques de pneumococ amb les quals va infectar els ratolins: una de tipus III-S i una altra de tipus II-R. La soca III-S es recobreix ella mateixa amb una càpsula bacteriana de polisacàrids que la protegeix del sistema immunitari de l'hoste, resultant en la mort de l'hoste, mentre que la soca II-R no disposa d'aquesta càpsula protectora i és rebutjada pel sistema immunitari de l'hoste i, per tant, és menys virulenta.

En l'experiment de Griffith, els bacteris de la soca virulenta III-S foren morts per calor i les restes foren afegides en un cultiu de la soca II-R. En afegir les restes de bacteris III-S morts a bacteris II-R vius, aquests darrers aconseguien la capacitat de matar el ratolí en ésser-li inoculats. De la sang dels ratolins morts per aquesta barreja, Griffith fou capaç d'aïllar ambdues soques de pneumococs III-S i II-R. Griffith conclogué que algun "principi de transformació" s'havia alliberat de les restes de bacteris de la soca virulenta III-S morta i havia convertit els bacteris II-R en bacteris virulents III-S.

Formes d'estudiar el genoma

• Genòmica: Cerca patologies.
• Proteòmica: Estudia les proteïnes codificades als genomes.
• Genètica del desenvolupament: Estudia les regles que actuen en el desenvolupament d'un organisme.

Processos del desenvolupament

• Proliferació: Com a resultat, l'individu creix, cada cop té més cèl·lules. Hi ha una taxa molt alta de replicació de l'ADN.
• Diferenciació: Com a resultat, l'individu té diferents teixits i òrgans. Hi ha una activació diferencial d'uns gens concrets que faran que aquelles cèl·lules facin una funció concreta.

Eines per manipular ADN

• Per tallar: Els enzims de restricció, tallen seccions específiques de l'ADN.
• Enganxar: L'ADN-ligasa. Uneix fragments d'ADN.
• Copiar: Plàsmids: S'usen com a vectors o vehicles en enginyeria genètica.