Fundamentos de Genética: Conceptos Clave y Aplicaciones en Biotecnología y Mejoramiento Genético

Conceptos Básicos de Genética

¿Qué es la Genética?

La genética es el estudio de los genes y los mecanismos de la herencia.

¿Qué son los Genes?

Los genes están hechos de una macromolécula trenzada en forma de doble hélice denominada ácido desoxirribonucleico (ADN).

El ADN es el material hereditario que se transmite de una generación a otra y determina las características propias de una especie.

El gen es la unidad fundamental de la herencia o unidad funcional del ADN cromosómico.

Es una unidad de información que codifica una característica genética.

¿Qué es un Genoma?

Es el material genético completo de una dotación cromosómica.

¿Cómo ocurre la Herencia?

• El gen es la unidad fundamental de la herencia.
• Los genes se presentan en múltiples formas denominadas alelos.
• Los genes codifican los fenotipos.
• La información genética es transportada por el ADN y el ARN.
• Los genes se localizan en los cromosomas.
• Los cromosomas se separan a través de los procesos de mitosis y meiosis.
• La información genética es transmitida desde el ADN a la proteína.
• Las mutaciones son cambios permanentes y heredables en la información genética.

División de la Genética

Genética Molecular

Se ocupa de la naturaleza química del propio gen: cómo se codifica, se replica y se expresa la información genética.

Incluye los procesos celulares de duplicación, transcripción y traducción, la regulación génica y los procesos que controlan la expresión de la información genética.

El objeto de estudio es el gen, su estructura, organización y función.

Genética Clásica

Comprende los principios básicos de la herencia y el modo de transmisión de los rasgos de una generación a la siguiente.

El objetivo es el organismo individual, cómo hereda su composición genética y cómo se transmiten sus genes a la siguiente generación.

Genética de Poblaciones

Explora la composición genética de grupos de individuos de la misma especie (poblaciones) y cómo esta composición cambia con el tiempo y el espacio geográfico.

Su objetivo es el grupo de genes que se encuentran en una población.

Organismos Genéticos Modelo

Especies que han surgido como organismos modelo para estudios genéticos y cuyos genomas han sido secuenciados como parte del proyecto Genoma Humano.

Poseen ciclos vitales y rasgos potencialmente útiles para estudios genéticos como corto tiempo de generación, número manejable de descendientes, adaptabilidad al ambiente de laboratorio y capacidad de ser mantenidos y reproducidos a bajo costo.

• Saccharomyces cerevisiae (levadura de la cerveza)
• Arabidopsis thaliana (planta de la familia de la mostaza)
• Caenorhabditis elegans (nematodo)
• Drosophila melanogaster (mosca de la fruta)
• Mus musculus (ratón doméstico)

Importancia de la Genética en la Agricultura y la Biotecnología

Revolución Verde

Incremento dramático del rendimiento de las cosechas a escala global.

Es la obtención, mediante cruzamientos controlados, de variedades enormemente productivas de algunas de las especies de plantas cultivadas de mayor consumo humano.

Mejoramiento Genético de Plantas

Incrementar la producción y calidad de los productos agrícolas en el menor tiempo y al menor costo posible.

Aplicar métodos para evaluar y aprovechar al máximo la variación natural para producir y seleccionar las plantas de mayor producción.

Seleccionar las mejores plantas:

• Adaptación al medio ambiente.
• Tolerancia y/o resistencia a factores bióticos y abióticos.
• Incrementar la cantidad y calidad del producto a cosechar.

Los avances del mejoramiento genético dependen de la variabilidad genética que el fitomejorador tiene a su disposición.

Incremento en la Producción Agrícola

• Mejorar prácticas agrícolas: fertilización, rotación de cultivos, control de plagas y enfermedades.
• Mayor eficiencia fisiológica por planta y por hectárea.
• Mayor adaptación a una determinada región o a diversos ambientes.
• Mejores características agronómicas (resistencia al acame, desgrane, buena cobertura, etc.).
• Resistencia a plagas y enfermedades.
• Resistencia a factores externos (sequía, exceso de humedad, calor, frío, salinidad, alcalinidad, déficit o exceso de minerales).
• Mejoramiento para la calidad de los productos.
• Alto valor nutritivo (vitaminas y proteínas).
• Mayor coloración, sabor y/o tamaño de los frutos.
• Resistencia al transporte y almacenamiento.

Ingeniería Genética

Utilización de microorganismos (virus, bacterias y hongos) mediante la aplicación de postulados clásicos de mejoramiento genético.

Manipulación directa del ADN bajo condiciones controladas (tubos de ensayo) para cubrir nuestras necesidades.

Ciencia basada en la manipulación y transferencia de instrucciones químicas de un organismo a otro.

La ingeniería genética permite identificar el gen que otorga la característica deseada, cortarlo e introducirlo en el genoma de la planta.

También llamada tecnología del ADN recombinante, se caracteriza por su capacidad de cortar y empalmar genes o fragmentos de ADN de organismos distintos, creando nuevas combinaciones no existentes en la naturaleza.

Manipulación deliberada de la información genética, con miras al análisis genético o al mejoramiento de una especie.

Se basa en la formación in vitro de nuevas combinaciones de material genético, por medio de la inserción de un ADN de interés en un vehículo genético (vector), de modo que tras su introducción en un organismo hospedero, el ADN híbrido (recombinante) se pueda multiplicar, propagar y eventualmente expresarse.

Proceso de transferencia de ADN de un organismo a otro que aporta grandes beneficios a la agricultura a través de la manipulación genética de microorganismos, plantas y animales. De esta manera, una planta modificada por ingeniería genética que contiene ADN de una fuente externa es un organismo transgénico (OMG).

Producción de insulina, hormonas de crecimiento humano, clonación, plantas y animales transgénicos.

Biotecnología

Herramienta complementaria al mejoramiento genético tradicional.

Aplicación comercial de la ingeniería genética.

Aplicación de la ciencia y la ingeniería con el uso directo e indirecto de organismos vivos o partes o productos de organismos vivos en su forma natural o modificada.

Uso de organismos vivos o de compuestos obtenidos de organismos vivos para obtener productos de valor para el hombre.

Aplicación comercial de organismos vivos o sus productos, lo cual involucra la manipulación deliberada de sus moléculas de ADN.

Un conjunto de innovaciones tecnológicas que se basa en la utilización de microorganismos y procesos microbiológicos para la obtención de bienes y servicios y para el desarrollo de actividades científicas de investigación.

Medicina

Terapia Génica

Consiste en insertar transgénicamente una copia del gen normal en células portadoras de la correspondiente versión defectuosa.

Mejor comprensión para el tratamiento de enfermedades hereditarias: fibrosis quística, fenilcetonuria, distrofia muscular, Alzheimer, cáncer.

Naturaleza del Material Hereditario

Características del Material Hereditario

• Capacidad para duplicarse exactamente.
• Capacidad para variar.
• Potencialidad para contener gran cantidad de información en forma estable.
• Capacidad para transmitir la información biológica contenida en dicha molécula.

Pruebas Indirectas de que el ADN es el Material Hereditario

• El ADN se encuentra exclusivamente en el núcleo. La cantidad de ADN se duplica en la interfase de la mitosis y se mantiene así hasta la anafase en la cual se divide por la mitad.
• La cantidad de ADN por célula es constante en los diversos tejidos somáticos o vegetativos.
• En condiciones extremas de deterioro y desnutrición la cantidad de ADN se mantiene constante.

Transformación Bacteriana de Griffith

El principio de transformación observado por Griffith era el ADN de la bacteria de cepa S (virulenta). Si bien la bacteria había muerto, su ADN sobrevivió al proceso de alta temperatura y fue tomado por la bacteria R (inofensiva). El ADN de la cepa S contiene los genes que forman la cápsula de protección de polisacárido. Equipado con este gen, la cepa de bacteria R estaba ahora provista de protección frente al sistema inmune del animal y por lo tanto podía matar al animal. La naturaleza exacta del principio de transformación de ADN fue verificada en los experimentos realizados por Avery, McLeod y McCarty, y por Hershey y Chase.

Experimentos de Avery, McLeod y MacCarthy (1944)

Avery, McLeod y McCarthy mediante análisis químicos, enzimáticos y serológicos y utilizando técnicas de electroforesis, ultracentrifugación y espectroscopía aislaron a partir de los extractos de neumococos SIII (virulentos) muertos por calor cinco fracciones distintas con el mayor grado de pureza posible en la época. Estas cinco fracciones diferentes fueron una correspondiente a polisacáridos, otra de lípidos, una de proteínas, otra de ARN y otra de ADN.

Con cada una de estas fracciones procedentes de SIII muertos por calor intentaron transformar las células RII vivas en SIII. Comprobaron que ninguna de las fracciones era capaz de transformar los neumococos RII en SIII excepto la fracción químicamente pura que contenía ADN (ácido desoxirribonucleico).

Para asegurarse de que solamente la fracción de ADN era capaz de transformar los neumococos RII en SIII, emplearon enzimas que degradan o digieren específicamente el ADN. Cuando trataban la fracción de ADN con estas enzimas y después intentaban transformar las células RII en SIII, no lo conseguían. Si trataban la fracción de ADN con enzimas que degradan específicamente el ARN y después intentaban la transformación, las células RII se transformaban en SIII. Si la fracción de ADN se trataba previamente con proteasas (enzimas que degradan las proteínas) también conseguían transformar los neumococos RII en SIII.

Experimentos con Fagos Radiactivos Hershey y Chase (1952)

Hershey y Chase llevaron a cabo experimentos con el fago T2, un virus cuya estructura había sido recientemente investigada mediante microscopio electrónico. El fago consiste únicamente en una cubierta proteica o cápside que contiene su material genético, e infecta a una bacteria cuando se adhiere a su membrana externa, inyecta dicho material y le deja acoplado el cápside. Como consecuencia, el sistema genético de la bacteria reproduce el virus.

En un primer experimento, marcaron el ADN de los fagos con el isótopo radiactivo fósforo-32 (P-32). El ADN contiene fósforo, a diferencia de los 20 aminoácidos que forman las proteínas. Dejaron que los fagos del cultivo infectaran a las bacterias Escherichia coli y posteriormente retiraron las cubiertas proteicas de las células infectadas mediante una licuadora y una centrífuga. Hallaron que el indicador radiactivo era visible sólo en las células bacterianas, y no en las cubiertas proteicas.

En un segundo experimento, marcaron los fagos con el isótopo azufre-35 (S-35). Los aminoácidos cisteína y metionina contienen azufre, a diferencia del ADN. Tras la separación, se halló que el indicador estaba presente en las cubiertas proteicas, pero no en las bacterias infectadas, con lo que se confirmó que es el material genético lo que infecta a las bacterias.

Experimentos que Demuestran que el ARN es el Material Hereditario en el Virus del Mosaico del Tabaco (TMV)

Conclusiones de los experimentos de Fraenkel-Conrat y colaboradores: Infectando solamente con el ARN del virus TMV es posible obtener virus TMV completos con cápside y ARN, y cuando se infecta con virus híbridos los virus descendientes poseen siempre una cápside coincidente con el tipo de ARN empleado para infectar; se deduce que la molécula portadora de la información, la que determina que aparezca la cápside del virus TMV es el ARN.

Estructura del ADN

Estructura Primaria del ADN

El ADN está compuesto por una secuencia de nucleótidos formados por desoxirribosa. Las bases nitrogenadas que se hallan formando los nucleótidos de ADN son Adenina, Guanina, Citosina y Timina. No aparece Uracilo. Los nucleótidos se unen entre sí mediante el grupo fosfato del segundo nucleótido, que sirve de puente de unión entre el carbono 5' del primer nucleótido y el carbono 3' del siguiente nucleótido.

Como el primer nucleótido tiene libre el carbono 5' y el siguiente nucleótido tiene libre el carbono 3', se dice que la secuencia de nucleótidos se ordena desde 5' a 3' (5' → 3').

Modelo sobre la Estructura Secundaria o de Doble Hélice de Watson y Crick

La molécula de ADN está formada por dos bandas complementarias de nucleótidos, con los grupos azúcar/fosfato en la parte externa y las bases nitrogenadas en la parte interna.

Las dos bandas complementarias están unidas mediante uniones o puentes de hidrógeno que enlazan las bases nitrogenadas de ambas bandas. Siempre están apareadas la adenina con la timina mediante dos enlaces de hidrógeno y la citosina con la guanina mediante tres enlaces de hidrógeno.

Las dos bandas corren en sentido contrario, es decir, son antiparalelas. Una banda corre en sentido 5' a 3' y la otra corre en sentido 3' a 5'.

Las dos bandas de nucleótidos están enrolladas en forma helicoidal con el mismo diámetro y distancia entre peldaños. Los laterales nunca cambian (azúcar y fosfato). Cada peldaño está constituido por dos bases nitrogenadas (3.4.Å) y con un ángulo de giro de 36˚ por cada peldaño.

ADN Triple Hélice o ADN-H

In vitro es posible obtener tramos de triple hélice intercalando oligonucleótidos cortos constituidos solamente por pirimidinas (timinas y citosinas) en el surco mayor de una doble hélice. Este oligonucleótido se une a pares de bases A-T y G-C mediante enlaces de hidrógeno tipo Hoogsteen que se establecen entre la T o la C del oligonucleótido y los pares A-T y G-C de la doble hélice. No se sabe la función biológica del ADN-H aunque se ha detectado en cromosomas eucarióticos.

ADN Cuadruplexo

In vitro se han obtenido cuartetos de Guanina (ADN cuadruplexo) unidas mediante enlaces tipo Hoogsteen, empleando polinucleótidos que solamente contienen Guanina (G). Los extremos de los cromosomas eucarióticos (telómeros) tienen una estructura especial con un extremo 3' OH de cadena sencilla (monocatenario) en el que se repite muchas veces en tándem una secuencia rica en Guaninas. Se piensa que el ADN cuadruplexo telomérico serviría para proteger los extremos cromosómicos de la degradación enzimática.

Duplicación del ADN

El proceso de replicación de ADN es el mecanismo que permite al ADN duplicarse (es decir, sintetizar una copia idéntica). De esta manera de una molécula de ADN única, se obtienen dos o más "clones" de la primera. Esta duplicación del material genético se produce de acuerdo con un mecanismo semiconservativo, lo que indica que las dos cadenas complementarias del ADN original, al separarse, sirven de molde cada una para la síntesis de una nueva cadena complementaria de la cadena molde, de forma que cada nueva doble hélice contiene una de las cadenas del ADN original. Gracias a la complementación entre las bases que forman la secuencia de cada una de las cadenas, el ADN tiene la importante propiedad de reproducirse idénticamente, lo que permite que la información genética se transmita de una célula madre a las células hijas y es la base de la herencia del material genético.

La molécula de ADN se abre como una cremallera por ruptura de los puentes de hidrógeno entre las bases complementarias liberándose dos hebras y la ADN polimerasa sintetiza la mitad complementaria añadiendo nucleótidos que se encuentran dispersos en el núcleo. De esta forma, cada nueva molécula es idéntica a la molécula de ADN inicial.

Modelos de Replicación Propuestos del ADN

Modelo Conservativo

Proponía que tras la replicación se mantenía la molécula original de ADN intacta, obteniéndose una molécula idéntica de ADN completamente nueva, es decir, con las dos hebras nuevas.

Modelo Semiconservativo

Se obtienen dos moléculas de ADN hijas, formadas ambas por una hebra original y una hebra nueva.

Modelo Dispersivo

El resultado final son dos moléculas nuevas formadas por hebras en las que se mezclan fragmentos originales con fragmentos nuevos. Todo ello mezclado al azar, es decir, no se conservan hebras originales ni se fabrican hebras nuevas, sino que aparecen ambas mezcladas.

Cómo Ocurre la Duplicación del ADN

Elongación

En el siguiente paso, la holoenzima ADN Pol III cataliza la síntesis de las nuevas cadenas añadiendo nucleótidos sobre el molde. Esta síntesis se da bidireccionalmente desde cada origen, con dos horquillas de replicación que avanzan en sentido opuesto. Cuando el avance de dos horquillas adyacentes las lleva a encontrarse, es decir, cuando dos burbujas se tocan, se fusionan, y cuando todas se han fusionado todo el cromosoma ha quedado replicado.

Puesto que la holoenzima ADN Pol III necesita de un extremo 3'-OH libre, es necesario que una ARN primasa catalice la formación de un fragmento corto específico de ARN llamado cebador, que determinará el punto por donde la ADN polimerasa comienza a añadir nucleótidos. Así, durante la síntesis, en cada horquilla de replicación se van formando dos copias nuevas a partir del cebador sintetizado en cada una de las dos hebras de ADN que se separaron en la fase de iniciación, pero debido a la unidireccionalidad de la actividad polimerasa de la ADN Pol III, que sólo es capaz de sintetizar en sentido 5´ → 3', la replicación sólo puede ser continua en la hebra adelantada; en la hebra rezagada es discontinua, dando lugar a los fragmentos de Okazaki.

La mitad del dímero de la holoenzima ADN Pol III sintetiza la hebra adelantada y la otra mitad la hebra rezagada. La elongación de la hebra rezagada ocurre por medio del modelo del trombón.

En la hebra rezagada, cuando la ADN Pol III hace contacto con el extremo de otro fragmento de Okazaki contiguo, el cebador de ARN de éste es eliminado y los dos fragmentos de Okazaki de ADN recién sintetizado son unidos. Una vez se han juntado todos se completa la doble hélice de ADN. La eliminación de cebadores también se da en la hebra conductora, de síntesis continua, pero debido a que en ésta hay un solo cebador es un proceso que sólo tiene lugar una vez, mientras que en la hebra rezagada se dará tantas veces como fragmentos de Okazaki haya.

En la eliminación del fragmento de Okazaki (también denominado iniciador, cebador o primer) intervienen dos enzimas: por un lado la ADN Pol I, que va eliminando el ARN con su actividad exonucleasa 5' → 3' y simultáneamente rellenando con ADN mediante su actividad polimerasa 5' → 3' (proceso denominado nick-traslation). Al final queda rotura (o "mella") entre el extremo 3'-OH libre y el fosfato 5' de la cadena sintetizada; por último, la ADN ligasa sella esa rotura catalizando la reacción de condensación entre el grupo fosfato y el OH de la desoxirribosa del nucleótido contiguo, completando el enlace fosfodiéster; para ello, es preciso hidrolizar una molécula de ATP.

Nota: diversos autores difieren en los enzimas implicados en esta etapa. Para algunos no es la propia ADN Pol I la que rellena el hueco tras eliminar el primer, sino que lo hace la ADN Pol III (la misma que polimeriza el resto de la cadena). Del mismo modo, algunos autores siguen empleando el término ribonucleasa o (RNasa) para referirse a la ADN Pol I en esta etapa, ya que hasta hace poco se desconocía que la propia ADN Pol I tenía la capacidad exonucleasa 5' → 3, y se pensaba que esto lo realizaba otro enzima, que recibía este nombre genérico.

El final de la replicación se produce cuando la ADN polimerasa III se encuentra con una secuencia de terminación. Se produce entonces el desacople de todo el replisoma y la finalización de la replicación.

El Experimento de Meselson y Stahl en 1958

Permitió demostrar que el mecanismo real se ajusta a la hipótesis de replicación semiconservadora. Para ello se hicieron crecer células de Escherichia coli en presencia de nitrógeno-15, un isótopo del nitrógeno más pesado de lo habitual. En consecuencia, el isótopo se incorporó a las cadenas de ADN que se iban sintetizando, haciéndolas más pesadas.

Una vez conseguido el primer objetivo, las células fueron transferidas a un medio que contenía nitrógeno-14, es decir, un medio más ligero, donde continuaron su crecimiento (división celular, que requiere la replicación del ADN). Se purificó el ADN y se analizó mediante una centrifugación en gradiente de cloruro de cesio, en donde hay más densidad en el fondo del tubo que en la parte media del mismo.

En la primera generación se obtuvo una única banda de ADN con densidad intermedia. En la segunda generación se obtuvieron dos bandas, una con densidad ligera y otra con densidad intermedia o híbrida. En la tercera generación se obtuvieron dos bandas, una ligera (con una abundancia del 75%) y otra intermedia (con el 25% restante).

La banda intermedia o híbrida representa una molécula de ADN que contiene una cadena pesada (original) y otra ligera (recién sintetizada). Las cadenas ligeras representan una molécula de ADN en la que las dos cadenas han sido sintetizadas (no existían aun cuando las células se pusieron en presencia de nitrógeno-15).

El hecho de que cada vez haya más moléculas ligeras y se mantenga el número de moléculas intermedias demuestra que la replicación del ADN es semiconservadora. Si fuera conservadora, aparecería siempre una banda pesada y el resto ligera. Si fuera dispersante sólo aparecerían bandas híbridas de densidad intermedia en todas las generaciones.

Semidiscontinua

La replicación siempre se produce en sentido 5' → 3', siendo el extremo 3'-OH libre el punto a partir del cual se produce la elongación del ADN. Esto plantea un problema, y es que las cadenas tienen que crecer simultáneamente a pesar de que son antiparalelas, es decir, que cada cadena tiene el extremo 5' enfrentado con el extremo 3' de la otra cadena. Por ello, una de las cadenas debería ser sintetizada en dirección 3' → 5'.

Este problema lo resolvieron los científicos japoneses Reiji Okazaki y Tsuneko Okazaki en la década de 1960, al descubrir que una de las nuevas cadenas de ADN se sintetiza en forma de trozos cortos que, en su honor, se denominan fragmentos de Okazaki. Su longitud suele variar entre 1000 y 2000 nucleótidos en las bacterias y entre 100 y 400 nucleótidos en eucariontes.

La cadena que se sintetiza en el mismo sentido que avanza la horquilla de replicación se denomina hebra adelantada (que a veces se traduce por líder o conductora) y se sintetiza de forma continua por la ADN polimerasa, mientras que la que se sintetiza en sentido contrario al avance se denomina hebra rezagada o retrasada (en inglés, lagging strand), cuya síntesis se realiza de forma discontinua teniendo que esperar a que la horquilla de replicación avance para disponer de una cierta longitud de ADN molde.

Horquilla de Replicación

La síntesis se produce de manera simultánea.

Hay dos ADN polimerasas para que se dé la síntesis simultánea.

La cadena retrasada forma un bucle para que la ADN polimerasa haga la síntesis de manera simultánea. Cada 1000 pb se forma un bucle.

Dirección de Síntesis 5' - 3', Bidireccional

Las ADN polimerasas de E. coli (las enzimas encargadas de sintetizar ADN) solamente saben sintetizar ADN en la dirección 5' - 3'. Es decir, solamente son capaces de añadir nucleótidos al extremo 3' OH de otro nucleótido trifosfato. Las ADN polimerasas necesitan un extremo 3' OH al que añadir nucleótidos trifosfato para comenzar la síntesis de ADN.

La replicación del ADN en E. coli es bidireccional, ya que a partir de un punto de origen progresa en dos direcciones opuestas, existiendo dos puntos de crecimiento (PC) u horquillas de replicación. Cuando se mira solamente una de las horquillas de replicación, una de las hélices se sintetiza de forma continua, la hélice conductora (también llamada hélice líder), mientras que la otra hélice se sintetiza de manera discontinua, hélice retardada (también llamada hélice retrasada), a base de fragmentos cortos. Si se observan simultáneamente las dos horquillas de replicación, a un lado del origen la hélice de nueva síntesis se polimeriza de forma continua, mientras que al otro lado del origen se polimeriza de forma discontinua.

Iniciación Mediante ARN Cebador

Como ya hemos dicho anteriormente, las ADN polimerasas solamente saben sintetizar ADN en la dirección 5' - 3' añadiendo nucleótidos al extremo 3' OH de otro nucleótido. Para que puedan iniciar la síntesis de ADN necesitan un extremo 3' OH al que ir añadiendo nucleótidos, y ese extremo 3' OH lo suministra un ARN de pequeño tamaño alrededor de 25 a 30 ribonucleótidos que se denomina ARN cebador o "primer".

La síntesis de ADN comienza, por tanto, sintetizando un corto segmento de ARN denominado cebador, dicho cebador lo sintetiza un enzima denominado Primasa. La Primasa es una ARN polimerasa que utiliza como molde ADN. Todos los fragmentos de Okazaki comienzan por un Cebador. Posteriormente, la Holoenzima de ADN polimerasa III lleva a cabo la síntesis del fragmento de ADN correspondiente hasta llegar al siguiente cebador. En ese momento, la ADN polimerasa I sustituye a la Holoenzima de ADN polimerasa III. La ADN polimerasa I se encarga de retirar el ARN cebador mediante su actividad exonucleotídica 5'P - 3' OH y al mismo tiempo rellena el hueco sintetizando ADN.

Por último, los dos fragmentos de Okazaki tienen que unirse, es necesario enlazar el extremo 3'OH de un fragmento con el 5'P del siguiente fragmento. Dicha labor de sellado y unión de los sucesivos fragmentos la realiza la Ligasa.

Dogma Central de la Biología Molecular

Secuencia Metabólica

Todos los procesos bioquímicos de todos los organismos están bajo control genético.

Los procesos bioquímicos se realizan en una serie de reacciones individuales y escalonadas.

Cada una de estas reacciones está controlada por un solo gen; es decir, 1 gen – 1 reacción bioquímica.

La mutación de un solo gen altera la capacidad de la célula para producir una determinada reacción bioquímica.

La acumulación del producto A sirve para identificar la localización del paso bloqueado en la vía metabólica.

Primeras Ideas de Archibald Garrod (1909)

El primer caso conocido de una alteración en un gen que producía una alteración en una ruta metabólica fue descrito por un médico, Archibald Garrod en 1902. Se trataba de la enfermedad humana de la alcaptonuria que produce artritis acompañada de excreción de orina coloreada. Además, los cartílagos y huesos de estas personas se vuelven oscuros con el paso del tiempo debido a la acumulación de un pigmento derivado del ácido homogentísico (ocronosis).

Esta enfermedad se debe a un gen recesivo situado en un autosoma que se hereda de forma mendeliana en las familias afectadas por dicha alteración. El genetista, Willian Bateson se dio cuenta de que la alcaptonuria solía detectarse con mayor frecuencia en los hijos de individuos emparentados (primos hermanos). La colaboración entre Garrod (médico) y Bateson (biólogo) condujo a determinar por primera vez que la alteración de un gen que se heredaba de forma mendeliana provocaba una alteración en una ruta metabólica, de manera que los individuos con alcaptonuría tenían un paso metabólico bloqueado que producía la acumulación del ácido homogentísico o alcaptón en su orina. El ácido homogentísico acumulado en su orina se oscurecía al entrar en contacto con el aire y oxidarse. Garrod propuso que este paso metabólico alterado debía ser realizado por un enzima especial que no funcionaría en los individuos afectados o cuyo funcionamiento debía estar alterado. El paso metabólico bloqueado era la conversión del ácido homogentísico en ácido maleilacetoacético y la enzima encargada de realizarlo es la Oxidasa del ácido homogentísico.

Experimentos de Beadle y Tatum (1941)

El Experimento de Beadle y Tatum consistió en inducir mutaciones con rayos X y aislar a los mutantes que requerían compuestos suplementarios específicos para poder crecer e investigar la naturaleza del defecto, haciendo crecer a la cepas mutantes en medios mínimos con diversos nutrientes.

El método que utilizaron para confirmar el carácter genético de un defecto de crecimiento fue:

Cepa aislada/crec. en Ac. Pantoténico

X :cepa silvestre: Observar crecimiento de esporas 1N en medio mínimo con y sin Ac. Pantoténico: Observan segregación Mendeliana

Hipótesis 1 gen – 1 cadena polipeptídica

1. No todas las proteínas son enzimas, por lo que es más adecuado decir: 1 gen – 1 proteína.
2. Las proteínas son complejos de 2 o más cadenas polipeptídicas, por lo que es más adecuado decir: 1 gen – 1 cadena polipeptídica.
3. No todos los genes especifican una cadena polipeptídica ya que hay otra clase de genes.

Propiedades del ADN

El ADN es la macromolécula que en último término controla, principalmente a través de la síntesis proteica, cada aspecto de la función celular. El ADN ejerce este control de la siguiente manera:
ADN: transcripción® ARN: traducción® proteína

El flujo de información biológica va claramente desde una clase de ácido nucleico a otra, desde el ADN al ARN, con sólo algunas excepciones, y de allí a la proteína. Para que esta transferencia de información se produzca fielmente, cada molécula antecesora actúa de metabolito estructural para la síntesis del producto siguiente de la secuencia.
Además de regular la expresión celular, el ADN juega un papel exclusivo en la herencia. Este papel viene determinado por su capacidad de replicación, es decir, es una molécula que puede autorreplicarse. El significado de la replicación es trascendental, permite que el ADN haga copias de sí mismo mientras se divide la célula. Estas copias van a las células hijas, las cuales pueden así, heredar todas y cada una de las propiedades y características de la célula original.
Por tanto, las propiedades biológicas del ADN son, en primer lugar, la determinación final de las propiedades de la célula viva al regular la expresión de la información biológica, principalmente mediante el control de la síntesis proteica. En segundo lugar, aunque no menos importante, debe quedar absolutamente claro que el ADN transfiere la información biológica desde una generación a la siguiente, es decir, es esencial para la transmisión de la información genética.

Función del Gen

Estructura Proteica

:

1. PRIMARIA: Secuencia lineal de aminoácidos en la cadena polipeptídica.

2. SECUNDARIA: Interacciones entre aminoácidos Hélice α.

 3. TERCIARIA: Plegamiento de la Hélice α (mioglobina).

4. CUATERNARIA: Dos o más estructuras terciarias (Hemoglobina).

SINTESIS DE PROTEINAS TRANSFERENCIAS GENERALES

Transcripción = es el proceso de copia de un gen o fragmento de DNA utilizando ribonucléotidos y originándose diferentes tipos de RNA.

• Es un mecanismo fundamental para el control celular y para la expresión de la información genética. Este mecanismo permite que la información del DNA llegue al resto de orgánulos celulares y salga del núcleo en el caso de los eucariotas. Para ello esa información debe copiarse en forma de RNA.

El proceso es similar al de la replicación, con la diferencia de las enzimas y los precursores necesarios.

Para que se lleve a cabo la transcripción del DNA en las células se requieren los siguientes elementos:

* DNA original que servirá de molde para ser copiado.

* RNA-polimerasa: sintetiza el RNA a partir del molde del DNA.

* Ribonucleótidos trifosfato para llevar a cabo la copia.

* Poli-A polimerasa, ribonucleoproteína pequeña nuclear, RNA-ligasa.

• Al igual que en la replicación, existen diferencias entre procariotas y eucariotas, siendo las principales, la existencia de varias RNA-polimerasas en eucariotas y, sobre todo, la necesidad de que se produzca una "maduración", un procesamiento de algunos RNAs debido a la existencia de los intrones.

El proceso se divide en tres etapas:

1) Iniciación

2) Elongación

3) Terminación

Iniciación:

1) La RNA-polimerasa se une a una zona del DNA previa al

DNA que se quiere transcribir.

2) Se corta la hebra de DNA y se separan las dos cadenas, iniciándose el proceso de copia del DNA a transcribir. Los ribonucleótidos se añaden en sentido 5'-3'.

3) En el caso de la transcripción de un gen que codifica para una proteína, la RNA polimerasa se une a una zona de control denominada

PROMOTOR, que regula la actividad de la RNA-polimerasa y, por tanto, regula la expresión del gen.

Elongación:

1) La RNA-polimerasa continúa añadiendo ribonucleótidos complementarios al DNA hasta que se llega a una determinada secuencia que indica a la polimerasa el final de la zona a transcribir

 Terminación:

1) Al RNA recién formado se le añade una cola de unos 200 nucleótidos de adenina, la cola de poli-A, agregada por la enzima poli-A polimerasa, que sirve para que el RNA no sea destruido por las nucleasas celulares.

2) La maduración de los productos de la trancripción se da en el núcleo de eucariotas y la realiza la enzima ribonucleoproteína pequeña nuclear (RNPpn), eliminando los intrones del RNA y quedando los exones libres para ser unidos por una RNA-ligasa.

TRADUCCIÓN

Es el proceso de síntesis de proteínas llevado a cabo en los ribosomas, a partir de la información aportada por el RNA mensajero que es, a su vez, una copia de un gen.

Las proteínas de los seres vivos se fabrican en los RIBOSOMAS, orgánulos celulares que se encuentran en el citoplasma de los eucariotas, asociados al retículo endoplasmático. Los ribosomas son nucleoproteínas, algo similar a la propia cromatina nuclear, con la particularidad de que están formados por una asociación de proteínas y un RNA especial que es el llamado RNA-ribosómico. Este RNA, como todos los RNA, se fabrica el núcleo celular mediante la transcripción de una región determinada de ese DNA

Un codón se traduce a un aminoácido mediante ARNt con una secuencia complementaria.

Las moléculas de ARNt adoptan una forma de hoja de trébol.

Los Codones del ARNm se leen en la dirección 5`3`, los anticodones están orientados en la dirección 3`5`.

TRADUCCIÓN = intervienen de forma fundamental los tres tipos más frecuentes de  RNAs, cada uno con una función complementaria para llevar a cabo de forma conjunta el proceso:

RNA-mensajero (RNA-m): es el encargado de transportar la información genética desde el núcleo hasta los ribosomas con el fin de que pueda ser expresada en forma de proteínas.

RNA-ribosómico (RNA-r): forma parte esencial de las dos subunidades que constituyen los ribosomas.

RNA-transferente (RNA-t): juega un papel fundamental transportando a los aminoácidos hasta los ribosomas en el orden correcto en que deben unirse para formar una proteína determinada, según la información genética.

Tema 4. Biotecnología

ORGANISMOS GENÉTICAMENTE MODIFICADOS (OMG)

Var. Tolerantes a la salinidad

Var. Tolerantes a la sequía

Var. Tolerantes a herbicidas

Var. Tolerantes a plagas y enfermedades INGENIERÍA

INGENIERÍA GENÉTICA o TECNOLOGÍA DEL ADN RECOMBINANTE

1973: Cohen y Boyer. Primeros microorganismos con moléculas de ADN recombinante

 CONCEPTOS BÁSICOS: La tecnología del ADN recombinante ó Ingeniería genética es un conjunto de técnicas moleculares para localizar, aislar,  analizar, alterar, estudiar y recombinar segmentos de ADN. El objetivo es combinar ADN de dos fuentes distintas. Se utiliza para investigar la estructura y la función de los genes, dirigir preguntas en muchas áreas de la biología y crear numerosos productos comerciales, entre ellos fármacos, hormonas, enzimas y cultivos; así como para el tratamiento de  enfermedades

MÉTODOS DEL ADN RECOMBINANTE

Métodos para localizar secuencias específicas de ADN

Técnicas para cortar el ADN en lugares específicos

Procedimientos para la amplificación del ADN

Métodos para inducir mutación y la unión de fragmentos de ADN

Procedimientos para transferir secuencias de ADN en las células receptoras

 LA CLONACIÓN DEL ADN Ó CLONACIÓN GÉNICA:

Procedimiento que permite producir copias idénticas (clones) de la pieza original de ADN. Para ello se utilizan enzimas de restricción y vectores de clonación. Técnica que consiste en reunir dos moléculas de ADN de diferente origen en una sola, que se llama ADN recombinante, de modo que una de estas moléculas tiene capacidad de replicarse autónomamente en el interior de las células, produciendo multitud de copias.

PASOS DE LA CLONACIÓN GENÉTICA

1. aislamiento de un fragmento de ADN

2. ligamiento del ADN o unión de los fragmentos a un vector de clonación

3. introducción del vector de clonación, junto con el fragmento de ADN insertado dentro de las células huésped

4. identificación de células que contienen la molécula de ADN recombinante

AISLAMIENTO DEL ADN El primer paso es el aislamiento del ADN donante y vector mediante la utilización de las enzimas de restricción.

ENZIMAS DE RESTRICCIÓN

Las Enzimas de restricción realizan el corte y unión de fragmentos de ADN

Tienen la propiedad de reconocer secuencias cortas de 4, 6 u 8 pb en el ADN de doble hebra y cortar el ADN en todos los puntos donde se encuentre tal secuencia llamada diana de restricción.

Reconocen y establecen cortes en las cadenas dobles en el esqueleto azúcar-fosfato de las moléculas de ADN en secuencias de nucleótidos específicas.

Son enzimas producidas en forma natural por las bacterias para su defensa contra virus.

Se han aislado más de 800 enzimas de restricción a partir de las bacterias que reconocen y cortan el ADN en más de 100 secuencias diferentes.

Las Enzimas de Restricción reconocen secuencias entre 4 a 8 pb, la mayor parte de estas secuencias de reconocimiento son palíndormos , es decir secuencias que se leen igual hacia delante o hacia atrás.

TIPOS DE ENZIMAS DE RESTRICCIÓN

 TIPO I Reconocen secuencias específicas en el ADN pero cortan el ADN en sitios al azar que pueden hallarse algo distante (1.000 pbomás) de la secuencia de reconocimiento.

TIPO II Reconocen secuencias específicas y cortan el ADN dentro de la secuencia de reconocimiento. Es la enzima más utilizada para estudios de Ingeniería genética

TIPO III Reconocen secuencias específicas y cortan el ADN en sitios cercanos, por lo general alrededor de 25 pb de distancia

LIGAMIENTO DEL ADN: Lo más comunes que el ADN vector y el ADN donante se digieran con una enzima de restricción que genere extremos cohesivos y luego se mezclen en un tubo de ensayo para permitir que los extremos cohesivos de ambos ADN se unan y formen moléculas recombinantes.

INTRODUCCIÓN  DEL  VECTOR  DE  CLONACIÓN:

  Una vez ligado el ADN recombinante se introduce en una célula bacteriana mediante transformación. Dentro de la célula receptora el vector se replica por su origen de replicación. Cuando el ADN donante se encuentra integrado en el plásmido, su ADN se replica automáticamente cuando se replica el ADN del vector.

VECTORES DE CLONACIÓN

Molécula de ADN replicante y estable a la cual puede adherirse un fragmento de ADN extraño para la introducción en una célula. Para que un vector de clonación sea efectivo debe tener: Un origen de replicación que asegura que el vector se reproduzca dentro de la célula

Marcadores seleccionables que permiten seleccionar o identificar todas las células que contiene el vector Uno o más sitios de restricción únicos dentro de los cuales pueda insertarse un fragmento de ADN.

Tipos de vectores:

Plásmidos Moléculas de ADN circulares que existen naturalmente en las bacterias.

Contienen orígenes de replicación y por eso pueden replicarse de manera independiente del cromosoma bacteriano. El plásmido pUC19 posee el gen de resistencia a la ampicilina (antibiótico), el cuales utilizado como marcador y el gen que determina b-galactosidasa (lacZ) que colorea de azul a la bacteria. Si se inserta ADN donante en el sitio de clonación múltiple, se interrumpe el fragmento de la enzima determinada por el vector, no se forma B-galactosidasa funcional y las colonias son blancas. Así las colonias blancas son candidatas a ser portadoras de ADN recombinante. Los plásmidos pueden ser vectores ideales pero solo pueden contener un ADN con un tamaño menor o igual a 15 pb.

Bacteriófagos Son virus que infectan a bacterias. El más utilizado es el bacteriófago λ qu einfecta a E. coli. Una de sus ventajas es la elevada eficiencia con la que trasfiere el ADN al interior de las células bacterianas. El cromosoma λ posee extremos monocatenarios cortos denominado sitios cos necesarios para empaquetar el ADN λ dentro de la cabeza de un fago. Pueden contener ADN hastade23 pb.

Cósmidos: Son plásmidos pequeños que contienen los sitios cos defago λ; pueden empaquetarse con las cubiertas virales y transferirse a las bacterias por infección viral; por lo que combinan las propiedades de los plásmidos y fagos. Pueden clonarse hasta 44 pb en cósmidos.

IDENTIFICACIÓN DE CLONES ESPECÍFICOS MEDIANTE LA UTILIZACIÓN DE SONDAS Se basa en la utilización de una sonda específica que reconocerá un clon particular. Existen dos tipos de sondas: las que reconocen ADN y las que reconocen proteínas.

Sondas para la detección de ADN: Se basa en la tendencia general a la complementariedad entre las cadenas sencillas de los ácidos nucleicos. Técnicas de Southern (ADN) (ARN)

Sondas para la detección de proteínas: Si se conoce el producto proteico de un gen y se purifica a homogeneidad puede utilizarse la proteína para detectar el clon portador. Se debe obtener un anticuerpo que reconozca específicamente la proteína

IDENTIFICACIÓN VISUALIZACIÓN DE LOS FRAGMENTOS DE RESTRICCIÓN

ELECTROFORESIS EN GEL :Es una técnica bioquímica estándar para la separación de moléculas sobre la base del tamaño y carga eléctrica. Consiste en el movimiento de moléculas cargadas en un campo eléctrico de corriente continua de alto voltaje. El ADN y el ARN migran en un campo eléctrico debido a que tienen carga negativa por sus grupos fosfatos. Las proteínas tienen carga (+) o (-) de pendiendo de su composición de aminoácidos, en este caso se usan geles de almidón o poliacrilamida. Para grandes polinucléotidos se emplea la agarosa y para pequeños la poliacrilamida. La movilidad de un fragmento de ADN es proporcional al logaritmo de su tamaño en pb

ELECTROFORESIS EN GEL Funciones:

La electroforesis permite determinar si la Enzima de restricción realizó cortes en el ADN y cuantas veces lo hizo.

Permite determinar el número de pares de bases (pb) de un ADN de pequeño tamaño

Procedimiento Generalmente, para separar las moléculas de ADN se utilizan geles de agarosa (polisacárido aislado de las algas marinas), que se funde en una solución buffer y se vuelca en un molde plástico.

El ADN se coloca en los pocillos del gel, y dado que el grupo fosfato de cada nucleótido posee una carga negativa, los fragmentos de ADN migran hacia el extremo positivo del gel.

Los fragmentos pequeños de ADN migran con más rapidez que los grandes y con el tiempo se separan según su tamaño. La distancia que recorre cada fragmento depende de su tamaño.

Para la visualización se tiñe el gel con bromuro de etidio (colorante específico de los ácidos nucleicos), el cual  se introduce y se intercala entre las bases de ADN. Cuando se expone a la luz Ultra Violeta el bromuro de etidio emite una fluorescencia anaranjada brillante.

La muestra concentrada original de ADN purificado contiene millones de copias de una molécula de ADN, por eso cada banda representa millones de copias de fragmentos de ADN.

De esta manera, la electroforesis en gel permite separar y determinar el tamaño de los fragmentos de ADN

HIBRIDACIÓN DE LOS ÁCIDOS NUCLEICOS: La posibilidad de desnaturalizar y renaturalizar el ADN permite la hibridación de los ácidos nucleicos, ya que si existen secuencias complementarias en las dos moléculas, éstas pueden encontrarse y aparearse, formando segmentos de doble hebra.

LOCALIZACIÓN DE FRAGMENTOS ESPECIFICOS DE ADN TECNICAS DE SOUTHERN BLOT (ADN) y NORTHERNBLOT (ARN)

Es una técnica de hibridación muy utilizada, que permite transferir fragmentos de ADN desde un gel, en el que se ha realizado la electroforesis, hasta una membrana de nitrocelulosa y desde ahí, continuar la técnica de hibridación Es una técnica que utiliza sonda, es decir una molécula de ADN o ARN con una secuencia de bases complementarias para una secuencia en el gen de interés. Las bases en una sonda solo se aparearan con las bases en una secuencia complementaria y si se le marca de manera adecuada con una marcación de identificación, la sonda puede utilizarse para localizar un gen específico o una secuencia específica de ADN

HIBRIDACIÓN IN SITU: Tiene el mismo principio que el Southern blot, solo que la hibridación se hace sobre una preparación citológica con los cromosomas visibles, lo que permite ver el lugar de los cromosomas donde se encuentra el ADN que se ha hibridado.

PASOS DE LA REACCIÓN EN CADENA DE LA POLIMERASA

Desnaturalización por calor (90 a 100º) del ADN que contiene la secuencia a ser amplificada, lo cual equivale a la ruptura de los puentes de hidrógeno entre las dos cadenas de nucleótidos para así producir los moldes monocatenarios

Enfriamiento del ADN (30 - 65º) para la hibridación del ADN desnaturalizado con los cebadores sintéticos o iniciadores. Una vez que los cebadores han encontrado sus secuencias complementarias, se inicia a partir de ellos la síntesis de ADN.

Calentamiento(60–70º) para que la ADN pueda sintetizar nuevas cadenas de ADN y así duplicar el segmento de ADN entre los sitios complementarios de los iniciadores. La repetición de estos ciclos de síntesis y desnaturalización lleva a un aumento exponencial del número de segmentos replicados, hasta lograr el nivel deseado de amplificación. La amplificación es exponencial y se acumulan 2n moléculas de ADN,

siendo n el número de ciclos de amplificación. Cada ciclo se completa en términos de unos pocos minutos, por tanto, en unas pocas horas se obtiene una amplificación grande de ADN. Una ventaja de la PCR es que la amplificación se puede comenzar con pequeñas cantidades de ADN.

SECUENCIACIÓN DE GENES: Además de la clonación y la amplificación del ADN las técnicas moleculares se utilizan para analizar las moléculas de ADN mediante la determinación de sus secuencias e investigación de sus funciones. La secuenciación del ADN es la capacidad de secuenciar con rapidez las moléculas de ADN. Consiste en determinar la secuencia de bases en el ADN Permite leer la información genética en el ADN lo que proporciona una información enorme acerca de la estructura y la función del gen La secuencia nucleotídica de un gen supone la caracterización máxima de su estructura genética

Procedimiento o Pasos para la Secuenciación: Tener insertado el fragmento a secuenciar en un vector de clonación, de forma que el ADN este en forma de hebra única. Hibridación del ADN monocatenario con un cebador (oligonucleótido de unas 20 bases de longitud) Extensión de la longitud del cebador con ADN polimerasa, que copiará el ADN insertado, generando así una hebra complementaria Este mecanismo se repite 4 veces , en 4 tubos, cada uno con los 4 precursores (nucleótidos 2’ desoxi: dATP, dCTP. dGTP. dTTP) y un terminador de la síntesis El terminador de síntesis es un nucleótido didesoxi que además de tener un carbono 2 desoxi también es 3 desoxi, el cual no puede formar enlaces fosfodiester pues no tiene el grupo 3 hidroxilo. Por último se hace la electroforesis de las cuatro mezclas de reaccionen paralelo en un gel de poliacrilamida de alta resolución, capaz de separar fragmentos que difieran en un solo nucleótido. Las maquinas de secuenciación automáticas se basan en el mismo principio, pero acada uno de los nucleótidos didedoxi se les liga una molécula fluorescente diferente, de modo que emite una luz diferente cuando se excita con luz. La información se pasa a un programador para convertir los colores en las bases correspondientes.

MAPAS DE RESTRICCIÓN: Con las enzimas de restricción se pueden hacer mapas de   restricción, que son mapas físicos que representan la situación de fragmentos determinados de ADN a lo largo del cromosoma. Son aquellos que identifican la secuencia lineal de los lugares en los que las enzimas de restricción encuentran sus dianas.En el caso general, cuando una molécula de ADN lineal se corte con una endonucleasa de restricción, esta se cortara en tantos fragmentos como veces esté presente la secuencia diana correspondiente a esa enzima más uno. Los fragmentos que en el tubo queden entremezclados, se pueden separar por el ectroforesis en gel. Hacer el mapa consiste en averiguar el orden real de los fragmentos en el ADN nativo”.

MARCADORES MOLECULARES: Tienen la propiedad de detectar variaciones o polimorfismos en la secuencia del ADN, facilitando el análisis de la estructura y expresión de genes, cromosomas y genomas de la mayoría de los organismos vivos. Se fundamentan en la utilización de enzimas de restricción o en el uso de iniciadores o cebadores.

Utilización de enzimas de restricción: En este caso se reconocen y cortan secuencias pequeñas y específicas del ADN, denominándose como Polimorfismos de Longitud de Fragmentos de Restricción oRFLP

Utilización de iniciadores o cebadores, Involucra la amplificación de secuencias específicas de ADN mediante el uso de iniciadores o cebadores sintéticos de secuencia conocida mediante la PCR Modalidades RAPD: polimorfismos del ADN amplificado s al azar o RAPD

SSR: secuencias simples repetidas

AFLP: polimorfismos en longitud de fragmentos amplificados

PLANTAS TRANSGÉNICAS: Se utiliza la bacteria Agrobacterium tumefaciens. Esta bacteria contiene un plásmido Ti, parte del cual se trasfiere a la célula vegetal cuando A. tumefaciens infecta una planta. De esta manera, el ADN del plásmido Ti se integra en uno de los cromosomas de la planta donde se transcribe y traduce para producir varias enzimas que ayudan a mantener la bacteria. Este vector se ha utilizado para transferir genes que contienen atributos importantes desde el punto de vista económico como resistencia a los herbicidas virus que afectan a los vegetales y pestes por insectos.

Tema 5 Implicaciones de las leyes de mendesPrimera ley o principio de la uniformidad: Cuando se cruzan dos individuos de raza pura, los híbridos resultantes son todos iguales». El cruce de dos individuos homocigota uno de ellos dominante (AA) y el otro recesivo (aa), origina sólo individuo heterocigota es decir, los individuos de la primera generación filial son uniformes entre ellos (Aa).

Segunda ley o principio de la segregación: «Ciertos individuos son capaces de transmitir un carácter aunque en ellos no se manifieste». El cruce de dos individuos de la F1 (Aa) dará origen a una segunda generación filial en la cual reaparece el fenotipo "a", a pesar de que todos los individuos de la F1 eran de fenotipo "A". Esto hace presumir a Mendel que el carácter "a" no había desaparecido, sino que sólo había sido "opacado" por el carácter "A" pero que, al reproducirse un individuo, cada carácter se segrega por separado.

Tercera ley o principio de la combinación independiente: Hace referencia al cruce polihíbrido (monohíbrido: cuando se considera un carácter; polihíbrido: cuando se consideran dos o más caracteres). Mendel trabajó este cruce en guisantes, en los cuales las características que él observaba (color de la semilla y rugosidad de su superficie) se encontraban en cromosomas separados. De esta manera, observó que los caracteres se transmitían independientemente unos de otros. Esta ley, sin embargo, deja de cumplirse cuando existe vinculación (dos genes están muy cerca y no se separan en la meiosis).

Paralelismo  entre los factores mendelianos y los cromosomas  la meiosis  y las leyes de Mendel

Los cromosomas  están representados dos veces  en la célula somáticas de un organismo y una sola vez en los gametos

La segregación de los cromosomas establece el mecanismo de la segregación de los factores mendelianos ( anafase 1) así como de su combinación  independiente  cuando se consideran  juntas dos parejas aleicas (metafase 1)

La segregación de los cromosomas en la anafase 1 y la separación de las cromáticas en la anafase 2 corresponde a la segregación de los factores hereditario y su combinación independiente

La segregación de cada pareja es independiente de las demás anafase y esta se combinan al azar (metafase 1)

PROCESOS O ETAPAS DE LA MITOSIS Y MEIOSIS

Primera división Meiosis

Interfase o fase de reposo. En una célula en la que hay una masa de ADN procendente del padre y otra procedente de la madre se va a iniciar una meiosis.

Final de la interfase. Duplicación del ADN.

Profase I A. Formación de los cromosomas.

Profase I B. Entrecruzamiento. Los cromosomas homólogos intercambian sectores. El núcleo se rompe.

Metafase I. Aparece el huso acromático. Los cromosomas se fijan por el centrómero a las fibras del huso.

Anafase I. Las fibras del huso se contraen separando los cromosomas y arrastrándolos hacia los polos celulares.

Telofase I. Se forman los núcleos y se originan dos células hijas. Los cromosomas liberan la cromatina.

SEGUNDA DIVISIÓN Meiosis

Profase II. Se forman los cromosomas y se rompe el núcleo.

Metafase II. Los cromosomas se colocan en el centro celular y se fijan al huso acromático.

Anafase II. Los cromosomas se separan y son llevados a los polos de la célula.

Telofase II. Se forman los núcleos. Los cromosomas se convierten en cromatina y se forman las células hijas, cada una con una información genética distinta.

La mitosis: es el proceso de división celular por el cual se conserva la información genética contenida en sus cromosomas, que pasa de esta manera a las sucesivas células a que la mitosis va a dar origen.

La mitosis es igualmente un verdadero proceso de multiplicación celular que participa en el desarrollo, el crecimiento y la regeneración del organismo.

El proceso tiene lugar por medio de una serie de operaciones sucesivas que se desarrollan de una manera continua, y que para facilitar su estudio han sido separadas en varias etapas.

PROFASE: En ella se hacen patentes un cierto número de filamentos dobles: los cromosomas. Cada cromosoma constituído por dos cromátidas, que se mantienen unidas por un estrangulamiento que es el centrómero. Cada cromátida corresponde a una larga cadena de ADN. Al final de la profase ha desaparecido la membrana nuclear y el nucléolo. Muy condensada

METAFASE Se inicia con la aparición del huso, dónde se insertan los cromosomas y se van desplazando hasta situarse en el ecuador del huso, formando la placa metafásica o ecuatorial.

ANAFASE En ella el centrómero se divide y cada cromosoma se separa en sus dos cromátidas. Los centrómeros emigran a lo largo de las fibras del huso en direcciones opuestas, arrastrando cada uno en su desplazamiento a una cromátida.

La anafase constituye la fase crucial de la mitosis, porque en ella se realiza la distribución de las dos copias de la información genética original.

TELOFASE Los dos grupos de cromátidas, comienzan a descondensarse, se reconstruye la membrana nuclear, alrededor de cada conjunto cromosómico, lo cual definirá los nuevos núcleos hijos. A continuación tiene lugar la división del citoplasma.

Conceptos básicos

Que es un gen: es una secuencia ordenada de nucleótidos en la molécula de ADN (o ARN, 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

 Genotipo: Toda la información contenida en los cromosomas se conoce como genotipo

 Fenotipo: se refiere a la expresión del genotipo más la influencia del medio

Alelo: es cada una de las formas alternativas que puede tener un gen que se diferencian en su secuencia y que se puede manifestar en modificaciones concretas de la función de ese gen. Al ser la mayoría de los mamíferos diploides estos poseen dos cromosomas, uno de ellos procedente del padre y el otro de la madre. Cada par de alelos se ubica en igual locus o lugar del cromosoma

Locus: es una posición fija en un cromosoma, como la posición de un gen o de un marcador (marcador genético). Una variante de la secuencia del ADN en un determinado locus se llama alelo. La lista ordenada de locus conocidos para un genoma particular se denomina mapa genético mientras que se denomina cartografía genética al proceso de determinación del locus de un determinado carácter biológico

Homocigoto: dominante es para una característica particular posee dos copias idénticas y dominantes del alelo que codifica para esa característica dominante

homocigoto recesivo para un rasgo particular lleva dos copias idénticas y recesivas del alelo que codifica para el rasgo recesivo

Haploide: que posee un solo juego de cromosomas (n), característico de los gametos eucariotas y los gametofitos de las plantas.

Diploide: que tiene doble juego de cromosomas (2n). Características de las células somáticas.

Línea pura: es la descendencia de uno o más individuos de constitución genética idéntica, obteniéndose por autofecundación o cruces endogámicos. Son individuos homocigotos para todos sus caracteres.