Historia de la genética

• En la prehistoria se pensaba que algunos caracteres se transmiten de una generación a otra.
• En 1866
  Mendel, considerado el padre de la genética, publica sus leyes.
• En 1900, 16 años después de la muerte de Mendel, De Vries redescubre su trabajo.
• 1910se demuestra que los genes residen en los cromosomas. 
• En 1953 se descubre la estructura de doble hélice del ADN gracias a los doctores Watson y Crick, producíéndose el nacimiento de la Biología Molecular. 
• 1956 establecen en 46 el número de cromosomas en humanos 
• 1961El código genéticose ordena en tripletes 
• 2003El Proyecto Genoma Humano publica la primera secuencia completa del genoma humano con un 99.99% de fidelidad 

Leyes de Mendel y conceptos previos

Factores hereditarios:

son los genes, presentes en el núcleo de las células y localizados en los cromosomas, exactamente en su ADN.

Gametos:

células sexuales (óvulo y espermatozoide). Su dotación genética cuenta con 23 cromosomas , son haploides, homocigotos y tienen un alelo de cada carácter.

Células somáticas:

son el resto de las células de un individuo. Pueden ser homocigotos (alelos iguales) o heterocigotos (alelos diferentes). Para cada carácterística, un organismo hereda dos alelos, de los cuales uno proviene de la madre y otro del padre. 

Alelo:

cada una de las alternativas que puede tener un gen para un carácter. Ejemplo: color de ojos (verde, marrón, azul...). Pueden ser dominantes, recesivos o codominantes.

Genotipo

: son los caracteres genéticos que tiene un individuo. Genética interna. 46 cromosomas (2n)

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Fenotipo

: son los caracteres físicos que se manifiestan en un individuo. Genética externa.
Dominantes, o mezclas en los codominantes  

Primera ley (~ de la uniformidad):

“cuando se cruzan dos individuos de raza pura, los híbridos resultantes son todos iguales”. Experimento: se cruzan razas puras (individuos homocigóticos de un mismo carácter) de guisantes (amarillos-AA y verdes-aa). Debido a este cruce, los híbridos obtenidos en la F1 son todos idénticos entre sí, tanto en genotipos como en fenotipos, e iguales a uno de los progenitores (guisantes amarillos, Aa). Por ello, Mendel llamó dominante al fenotipo manifestado, y recesivo al fenotipo presente pero no manifestado. 

Segunda ley (~ de la segregación):

“los factores hereditarios del híbrido se segregan para transmitirse por separado en los gametos”. Experimento: Mendel cruzó los individuos de la F1 entre sí, observando que ¼ de los descendientes eran verdes y, por tanto, dedujo que los factores hereditarios se separaban a la hora de formar gametos, dando nuevas combinaciones.

Tercera ley (~de la transmisión independiente de los caracteres):

“cada alelo se distribuye de forma independiente al formarse los gametos”. Experimento: Mendel hizo los mismos cruzamientos, pero fijándose  en dos caracteres a la vez. El resultado fue el mismo: ¼ de guisantes verdes y rugosos y ¾ de guisantes amarillos y lisos. Así dedujo que los caracteres se transmitían de forma independiente. Sin embargo, posteriormente se vio que esta ley sólo se cumple cuando los genes están localizados en distintos cromosomas.

Herencia postmendeliana

A principios del s. XX los factores hereditarios de Mendel, pasaron a denominarse genes.
Se averiguó que  estaban ubicados en unas estructuras dentro del núcleo de las células llamadas cromosomas.
Además se precisó que, dentro de los cromosomas, la información genética se almacena en la molécula de ADN (ácido desoxirribonucleico).Los cromosomas están formados por ADN y proteínas(llamadas histonas), es el ADN el que contiene la información genética. Un gen es un fragmento de ADN que codifica para una proteína

Biología molecular

Ciencia que nace con el descubrimiento de Watson y Crick en 1953 sobre la estructura del ADN. Estudia la vida y las células a nivel molecular, esclarece la estructura del ADN y los procesos necesarios para la construcción de un ser vivo: 

replicación del ADN,  transcripción relación de éste con el ARN mensajero traducción síntesis de proteínas y la regulación de la expresión génica.

Composición química del ADN. La doble hélice

 El ADN es una gran molécula (macromolécula)
formada por la uníón de otras moléculas más sencillas llamadas nucleótidos, que  están compuestos a su vez por 3 tipos de componentes químicos:  Una molécula de ácido fosfórico
Una pentosa, es decir, un hidrato de carbono de 5 átomos de carbono denominado desoxirribosa
Una base nitrogenada

Tipos de ARN

ARN mensajero. El ARN mensajero lleva la información sobre la secuencia de aminoácidos de la proteína desde el ADN, lugar en que está inscrita, hasta el ribosoma, lugar en que se sintetizan las proteínas de la célula. Es, por tanto, una molécula intermediaria entre el ADN y la proteína y el apelativo de "mensajero" es del todo descriptivo.  

ARN de transferencia

. Los ARN de transferencia son cortos polímeros de unos 80 nucleótidos que transfiere un aminoácido específico a la proteína en crecimiento; se unen a lugares específicos del ribosoma durante la traducción. ARN ribosómico. El ARN ribosómico  se halla combinado con proteínas para formar los ribosomas, donde representa unas 2/3 partes de los mismos. Se encarga de crear los enlaces peptídicos entre los aminoácidos de la proteína en formación durante su síntesis. 

Procesos relacionados con el ADN

Replicación:

proceso por el cual se sintetizan dos copias idénticas de ADN tomando como molde la doble hélice o cadena de ADN. Este proceso ocurre en el núcleo. Todas las células, antes de dividirse, deben duplicar su ADN para que las nuevas células lleven la misma información genética. Para esto se utiliza la complementariedad de las BN, En este proceso se separan las hebras del ADN para que cada una sintetice su complementaria  dando dos copias exactas. Para esto se precisa la materia prima del ADN  y una enzima que los una  Transcripción:
síntesis de ARNm a partir de una hebra de ADN. Este proceso también precisa de la complementariedad, aunque el ARN contiene uracilo (U) en vez de timina. Este proceso ocurre en el núcleo. En las células eucariotas, el ARN transcrito en el núcleo se transforma en el ARNm maduro, que saldrá del núcleo para llevar la información a los ribosomas, responsables de la síntesis proteica. 

Traducción y código genético:

transformación del ARNm maduro en proteínas. Se lleva a cabo en el citoplasma, en los ribosomas, siendo el ARN-t el que reconoce el codón del ARNm mediante su anticodón, transportando el aminoácido que se va uniendo en la cadena proteica, mientras la va formando. Se produce mediante el código genético, que es la relación que existe entre los tripletes de BN (codones) y los distintos aminoácidos (unidades que forman proteínas). Un codón codifica para un aminoácido, y hay 20 aminoácidos que forman parte de las proteínas, habiendo 64 combinaciones de codones diferentes. Por este motivo, habrá codones diferentes que codifiquen para el mismo aminoácido. El código genético es universal, compartido por todos los seres vivos, ya que para un determinado codón siempre se colocará el mismo aminoácido.

Génova HUMANO

En el año 2000, el PGH consiguió descifrar la secuencia del genoma humano, lo que supuso un gran avance en la lucha contra las enfermedades genéticas. También se publicaron los datos del genoma:  Las células humanas están compuestas por 46 cromosomas, divididos en dos series de 23. De los 46 cromosomas, 44 son autosomas y 2 son cromosomas sexuales. Un 95% del genoma está formado por ADN basura, encargado de separar los genes que forman el genoma y con un importante papel regulador.

El genoma humano contiene, aproximadamente, 3200 millones de bases. Un gen promedio contiene 6000 bases. El número total de genes se estima en 25000. Los seres vivos, genéticamente, somos más parecidos de lo que se creía

Ingeniería genética Técnica del ADN recombinante

Es aquél que tiene fragmentos de distinta procedencia. Mediante unas enzimas llamadas endonucleasas de restricción, que reconocen secuencias específicas de ADN, se corta a éste por lugares concretos, dividíéndolos en fragmentos con bordes cohesivos/pegajosos para complementarlos con otros extremos de ADN cortados con la misma enzima. Así se unen fragmentos de distinto origen con unas enzimas llamadas ligasas, obteniéndose el ADN recombinante.  Para llevar el ADN recombinante desde el donante hasta la célula receptora se precisa de unos vectores génicos (plásmidos, bacteriófagos y cósmidos) en los que se inserte el gen que se quiere transferir y que lleven un marcador (gen de resistencia a antibióticos o de luminiscencia), para que así se pueda identificar a las células transgénicas.

Amplificación del ADN. Reacción en cadena de la Polimerasa

Se trata de la obtención de muchas copias de un fragmento de ADN. Para el estudio y manipulación del ADN se necesitan muchas copias del fragmento implicado. Para ello se puede utilizar la clonación, pero se trata de un procedimiento in vivo, lento y costoso.  Por ello, en 1983, Mullís creó un método llamado PCR (reacción en cadena de la polimerasa)
Por el cual se calienta la muestra de ADN que se quiere amplificar para que sus hebras se separen y comience su replicación; después se debe enfriar dicha muestra para que se estabilicen las nuevas cadenas. Además, se empezó a utilizar la polimerasa de una bacteria termófila (resistente a altas temperaturas) para que no se desnaturalizara el ADN en cada fase de calentamiento de PCR.

Obtención de transgénicos

La obtención de un organismo trasgénico tiene básicamente dos etapas:

Primera etapa, o de transformación, hay que introducir el gen deseado en el genoma de la célula del organismo que se desea modificar. Por ejemplo, el gen bacteriano para el veneno contra el taladro en la célula del maíz.
Segunda etapa, o de regeneración, consiste en obtener una planta o un animal a partir de la célula cuyo genoma se ha modificado. Esta segunda etapa requiere, en la práctica la utilización de técnicas de clonación de organismos.

Aplicaciones de la Ingeniería genética

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Genómica:

estudio de los genomas completos, destacando el PGH.

Terapia génica:

consiste en el reconocimiento de mutaciones asociadas a determinadas enfermedades y en el empleo de genes en la curación de dichas enfermedades, sustituyendo el ADN del gen mutado por ADN normal. .

Biotecnología:

ciencia que aplica las técnicas de la ingeniería genética a los seres vivos con fines comerciales o industriales. La biotecnología moderna utiliza de manera generalizada los OGM en diversas áreas, como la medicina, la farmacéÚtica

Biotecnología médica

Tratamiento de enfermedades que no lo tenían.

Abaratamiento de tratamientos muy costosos.

Vacunas cuyo riesgo se ha eliminado.

Diagnósticos precoces de enfermedades de origen genético.

Utilización de órganos para trasplantes obtenidos a partir de animales modificados genéticamente.

Biotecnología en la industria farmacéÚtica

Síntesis de proteínas usadas como fármacos, como la insulina, hormonas del crecimiento, factores de coagulación, etc.

Obtención de vacunas mediante la producción de las proteínas de la cápside de los virus (envoltura proteica que rodea un virus).

Se están ensayando vacunas en las que el gen que codifica para la proteína con capacidad antigenética se introduce en semillas comestibles, lo que nos inmunizaría contra el patógeno.

Biotecnología agrícola: objetivos

Obtener plantas transgénicas que, complementadas con proteínas y vitaminas, podrían paliar la hambruna de gran parte de la población mundial.

Obtener de plantas resistentes a herbicidas, insectos, bacterias y virus.

Aumentar el rendimiento fotosintético (mayor producción).

Disminuir las necesidades nutricionales de las plantas (que fijen el nitrógeno atmosférico evitando la utilización de nitratos).

Mejorar la calidad de los productos.

Fabricar productos de interés comercial como vacunas, anticuerpos de animales, interferones (proteínas inmuntarias contra virus y células cáncerígenas), etc.

Biotecnología ganadera: objetivos

Mejorar la eficacia, calidad y resistencia de los animales mediante su alteración genética.

Obtener animales transgénicos con propiedades farmacológicas beneficiosas para el ser humano.

Obtener órganos de animales destinados a trasplantes humanos.

Biorremediación

Consiste en la clonación de organismos que eliminan los contaminantes del medio de forma natural, con el objetivo de eliminar vertidos tóxicos, mareas negras, tratamiento de aguas residuales

Formas de reproducción asistida

Inseminación artificial:

consiste en la introducción médica del semen, previamente tratado, en el útero de la mujer. Su mayor inconveniente es la posibilidad de embarazo múltiple. Se puede utilizar el semen del cónyuge (en caso de haber algún impedimento fisiológico para la fecundación como la impotencia o el vaginismo) o el de un donante (en caso de que exista infertilidad masculina, enfermedades venéreas y hereditarias, o cuando la mujer desea tener un hijo sin relaciones sexuales).

Fecundación in vitro (FIV):

consiste en la uníón del espermatozoide y del óvulo en el laboratorio. Sus inconvenientes son la posibilidad de embarazo múltiple y el embarazo ectópico (cuando se desarrolla fuera del útero). Existen dos formas de realizar la FIV:

Transferencia de embriones donados:

se realiza cuando ambos cónyuges son estériles. Consiste en la introducción de preembriones congelados como excedentes procedentes de las parejas sometidas a FIV o de preembriones resultados de la fecundación entre donantes no estériles, lo que aumenta las probabilidades de éxito. 

. Clonación

Consiste en la obtención de copias genéticamente iguales. Se pueden clonar moléculas de ADN (por replicación, aplicándose la técnica del PCR), células (por mitosis, aplicando el cultivo) u organismos (por reproducción asexual o formación de dos embriones a partir de la escisión de uno preexistente, aplicando la transferencia nuclear).  Tras varios intentos fallidos, se realizó la verdadera clonación que consistía en la transferencia de núcleos de células de individuos ya nacidos a óvulos o cigotos enucleados; así se obtienen individuos iguales al que donó el núcleo. La primera clonación en mamíferos, realizada por Ian Wilmut, tuvo como resultado la oveja Dolly (1996). 

Células madre :

Aunque la clonación humana con fines reproductivos está prohibida, la clonación terapéÚtica sí es legal. Ésta consiste en implantar en un óvulo el material genético de un individuo para la obtención de células madre que, mediante el cultivo y diferenciación celular, darían lugar a los diferentes tipos de tejidos y órganos. Así, el paciente sería su propio donante sin riesgo de rechazo o incluso clonar células de un enfermo para su estudio y tratamiento. 

Células madre:

son aquellas que tienen la capacidad de multiplicarse y la posibilidad de desarrollarse y diferenciarse, dando lugar a células especializadas. Tres tipos:

Embrionarias o troncales:

son las que forman parte de un embrión y son capaces de generar un organismo completo. Se obtienen de embriones de menos de 14 días.

Adultas o somáticas:

son células presentes en el adulto, capaces de generar células especializadas de diferentes tejidos. 

De pluripotencialidad inducida (iPS):

son células de la piel humana transformadas en células madre que se comportan como embrionarias y que darán lugar, tras una nueva diferenciación, a los distintos tejidos adultos. Se descubrieron en 2007.