GENETICA Y HERENCIA

GENETICA Y HERENCIA

La herencia genética es la transmisión a través del material genético contenido en el núcleo celular, de las características anatómicas, fisiológicas, etc. de un ser vivo a sus descendientes. El ser vivo resultante tendrá caracteres de uno o los dos padres.
La herencia consiste en la transmisión a su descendencia de los caracteres de los ascendentes. El conjunto de todos los caracteres transmisibles, que vienen fijado en los genes, recibe el nombre de genotipo y su manifestación exterior en el aspecto del individuo el de fenotipo. Se llama idiotipo al conjunto de posibilidades de manifestar un carácter que presenta un individuo.
Para que los genes se transmitan a los descendientes es necesaria una reproducción idéntica que dé lugar a una réplica de cada uno de ellos; este fenómeno tiene un lugar en la mitosis. En el organismo que surge del cigoto, a medida que va desarrollándose a partir del cúmulo inicial de célula es posible diferenciar dos estirpes celulares: una línea somática, que dará lugar a los sistemas orgánicos que mantendrán con vida al organismo, y otra germinal, que será la encargada de que el organismo se reproduzca.
La mitosis, o división del núcleo de la célula, es un proceso que consta de cuatro etapas: profase (los cromosomas se espiralizan y hacen visibles, desaparecen el nucleolo y la membrana nuclear, aparece una serie de filamentos llamado huso acromático donde se insertan los cromosomas), metafase (los cromosomas adquieren una forma completa y se disponen en una zona central llamada placa ecuatorial), anafase (los cromosomas se dividen en dos partes, llamadas cromatidios, que emigran hacia los polos) y telofase (los cromatidios se sitúan en los polos y reaparecen el nucleolo y la membrana nuclear). Después de esta última fase se produce un periodo llamado interfase, en el cual los cromosomas vuelven a hacerse invisibles y los genes entran en acción.
Lo esencial de la herencia queda establecido en la denominada teoría cromosómica de la herencia:
los genes están situados en los cromosomas.
los genes están dispuestos linealmente en los cromosomas.
la recombinación de los genes se corresponde con el intercambio de segmentos cromosómicos.

MATERIAL GENETICO

El material genético es ácido nucleico. Aunque existen dos clases de ácidos nucleicos, DNA y RNA, es el DNA el material genético en todas las células procariotas (bacterias) y eucariotas. Sólo para la clase de virus de RNA este ácido nucleico será el material genético, lo que constituye más bien una excepción a la generalidad de que es el DNA el material genético.
¿Qué requisitos debe cumplir una molécula para ser considerada material genético?
Para que una molécula sea material genético debe cumplir con las siguientes condiciones:
autoduplicarse
almacenar información para la síntesis de polipéptidos específicos
capacidad de variación de la información.
Quizás el término autoduplicación requiera una explicación. Una molécula se autoduplica, cuando su secuencia sirve de molde para la síntesis de más moléculas iguales. Considerando a todas las macromoléculas existentes en la célula, lípidos, proteínas, carbohidratos y ácidos nucleicos (DNA y RNA), solamente una de éstas cumple con este requisito, y es el DNA. Otras moléculas, por ejemplo las proteínas, utilizan para su síntesis como molde una molécula de RNAm. Las moléculas de RNA se sintetizan a partir de la información contenida en el DNA. Así, el DNA es la única molécula de la célula que utiliza la información contenida en sí misma para la síntesis de más moléculas de DNA, por lo tanto la única capaz de autoduplicarse y de cumplir con uno de los requisitos para ser material genético.

En el caso de los virus pertenecientes la clase de virus de RNA, éste ácido nucleico, a diferencia de los RNA celulares, sí es molde de sí mismo para la síntesis de RNA viral, por lo tanto en este caso particular sí es material genético.
Experimentos realizados por Griffith en 1928 permitieron acuñar el término de "principio transformante" que más tarde, en 1944, llevarían a Avery, MacLeod y Mac Carty a determinar que la naturaleza química del material genético era DNA.
Un ácido nucleico es un polímero de nucleótidos y un nucleótido está formado por la unión covalente de una base nitrogenada + azúcar + fosfato.

Las bases nitrogenadas pueden ser púricas (Pu) ó pirimídicas (Pi) .
Las bases púricas son Adenina y Guanina, y se encuentran tanto en el DNA como en el RNA.
Las bases pirimídicas son Citosina, Uracilo y Timina. La citosina es común para ambos ácidos nucleicos, en cambio el Uracilo sólo se encuentra en el RNA y la Timina sólo en DNA.
Las bases son hidrofóbicas, relativamente planas y en su secuencia está contenido el Código Genético. Una secuencia de 3 bases ó tripletes codifica 1 aminoácido.
Las bases se unen al azúcar formando un nucleósido
Además, los ácidos nucleicos pueden contener pequeñas cantidades de bases metiladas
También algunas de las bases de moléculas de RNA se encuentran modificadas, tanto en los RNAt como en los RNAr. Por ejemplo moléculas de RNAt presentan seudouridina, inosina, dihidrouridina, etc..

El azúcar es una molécula cíclica que posee 5 carbonos .Existen 2 tipos de azúcares en los nucleótidos. La ribosa que es específica de RNA y la 2'deoxiribosa que es específica del DNA. El azúcar se une a la base mediante un enlace b -glicosídico através de su grupo OH presente en posición 1'. Los grupos OH existentes en posiciones 5' y 3' son esenciales para la unión entre los diferentes nucleósidos.
El grupo fosfato une a los diferentes nucleósidos a través de enlaces fosfodiesteres. Un enlace fosfodiester une el grupo 3'OH de un nucleósido con el grupo 5' P del siguiente.
Al mismo tiempo, los extremos libres de la hebra polinucleotídica formada definen una polaridad, la que se señala con una flecha. Por convención, la base de la flecha debe indicar posición 5'P y la punta de la flecha posición 3'OH.
En condiciones los nucleótidos libres se encuentran trifosfatados y en el extremo 5' (fosfatos a , b y g ). La posición 3'OH siempre debe estar libre. De esta manera, estos nucleótidos son precursores adecuados para los procesos de síntesis de ácidos nucleicos, catalizando a través de la polimerasa correspondiente la formación de un enlace fosfodiester entre el grupo 3'OH de un nucleótido con el grupo fosfato a del siguiente nucleótido, liberándose los fosfatos b y g .
Nomenclatura para nucleótidos y nucleósidos
Ribonucleósidos
Ribonucleótidos
adenosina
ácido adenílico
citidina
ácido citidílico
guanosina
ácido guanílico
uridina
ácido uridílico
Deoxiribonucleósidos
Deoxiribonucleótidos
adenosina
ácido deoxiadenílico
citidina
ácido deoxicitidílico
guanosina
ácido deoxiguanílico
timidina
ácido deoxitimidílico
Los nucleótidos se simbolizan de manera general como NTP, para referirse a un nucleótido de RNA y dNTP para referirse a un nucleótido de DNA
NTP = ribonucleósido trifosfato
dNTP = deoxinucleósidotrifosfato
En sistemas celulares las moléculas de DNA son de doble hebra (ds). En cambio las moléculas de RNA son de hebra simple (ss), aunque estas puedan plegarse sobre sí mismas permitiendo la formación de cortas secuencias duplex, como ocurre en los RNAt y RNAr. Es posible encontrar moléculas de DNAss y RNAds en el caso de virus .Además in vivo, tanto en procariontes como en eucariontes, cada molécula de DNA se asocia a proteínas, formando un cromosoma.

BASES DE LA HERENCIA


Cromosomas Sexuales


Los cromosomas sexuales o heterocromosomas son cromosomas de organismos eucariontes que están representados diferentemente en los dos sexos.
Los cromosomas sexuales típicamente son designados como cromosoma X y como cromosoma Y.
En muchos organismos, un sexo posee un par de cromosomas idénticos y el sexo opuesto posee un par de cromosoma visiblemente diferente, tanto estructural como funcionalmente. Estos cromosomas reciben el nombre de cromosomas sexuales o heterocromosomas y como se siguen apareando en la meiosis se consideran cromosomas homólogos.
En seres humanos, por ejemplo, el sexo hembra tiene dos cromosomas X ,en cambio, el sexo macho tiene un cromosoma X y un cromosoma Y. Así la formula genética para la hembra será AAXX y para el macho AAXY, donde A representa a una de las series de autosomas.
Similarmente, en la mosca de la fruta Drosophila melanogaster, el sexo hembra es XX y el macho es XY.

Durante la meiosis, las hembras sólo producen gametos del tipo AX, es decir, llevan una serie de autosomas y un heterocromosoma X. En cambio, los machos producen un 50% de gametos del tipo AX y un 50% de gametos del tipo AY. Por esta razón el macho es llamado el sexo heterogamético y la hembra el sexo homogamético.
En algunos organismos, el macho es homogamético y la hembra es heterogamética. Como en el caso ZW, donde los machos son homogaméticos ZZ y las hembras heterogameticas ZW. Esta situación se presenta en aves y algunos peces. (Las letras X Y y Z W son notaciones cromosómicas y no se relaciona con el tamaño o la forma de estos cromosomas.).
También existe el caso X0, como en algunos saltamontes y escarabajos, donde hay un solo cromosoma sexual, las hembras son generalmente XX y los machos X0.
Por último está el caso de los cromosomas múltiples, donde varios cromosomas X e Y se hayan implicados en la determinación del sexo, como en algunos chinches y escarabajos. En general, el genotipo determina el tipo de gónada, que a su vez controla el fenotipo del organismo mediante la producción de hormonas.


En la determinación del sexo de muchas especies está implicado un par de cromosomas heteromórficos, denominados cromosomas sexuales. Sin embargo, ésta no es la única manera posible de determinar el sexo. El sexo también puede ser controlado por:
La ploidía de un individuo, como en muchos himenópteros (abejas, hormigas, avispas), en los cuales los machos son haploides y las hembras diploides.
Mediante mecanismos alélicos en los que el sexo está determinado por un único alelo o alelos múltiples no asociados con cromosomas heteromórficos
Por factores ambientales, por ejemplo en lagartos el sexo lo determina la temperatura. A 25º C, de los huevos emergen hembras; a 32º C machos. A 28º C o 29ºC, aprox. la mitad de los huevos dan machos al eclosionar y la otra mitad hembras. Existen básicamente cuatro tipos de mecanismos cromosómicos de determinación del sexo. Estos se conocen como XY, ZW, X0 y cromosomas múltiples.

El sistema XY

En la especie humana el sexo está determinado por el sistema XY. Las hembras poseen 46 cromosomas ordenados en 23 pares de homólogos homomórficos, siendo la composición cromosomal AAXX.
Los machos, con el mismo número de cromosomas, tienen 22 pares homomórficos y un par heteromórfico que se denomina el par XY. La composición cromosomal es AAXY.
En Drosophila hembra y machos la composición cromosomal igual que seres humanos, aunque el cromosoma X es más pequeño que el cromosoma Y.
Puesto que en la especie humana como en Drosophila las hembras y los machos poseen la misma composición de los cromosomas sexuales, se podría pensar que es el cromosoma Y el que causa la masculinidad a estas moscas.
Calvin Bridges demostró que no es el cromosoma Y el que está involucrado en la determinación sexual, sino que es el cromosoma X que en conjunto con los autosomas juegan un rol critico.
Su trabajo consistió en estudiar la descendencia resultante de una no disyunción del cromosoma X durante la meiosis.
La no disyuncion del cromosoma X ocurre durante meiosis en la etapa de anafase en la primera o segunda división meiótica. Como resultado de la no segregación de los cromosomas sexuales se producen 2 clases de gametos anormales, uno contiene un cromosoma X adicional (n+1) y el otro carece del heterocromosoma X (n-1).
La fertilización de dichos gametos (AXX) y (A) con gametos normales (AX) y (AY) producen las siguientes moscas:
AAXXX
AAXXY
AAX
AAY
Las moscas AAXXY fueron hembras normales y las moscas AAXO fueron machos estériles. La presencia del cromosoma Y en las moscas AAXXY no produce masculinidad y su ausencia en las moscas AAXO no produce femineidad.
A partir de estos datos se concluye que el cromosoma Y en Drosophila carece de un factor determinante de la masculinidad, pero aparentemente contiene información necesaria para la fertilidad de los machos.

Equilibrio genetico en Drosophila

Cuando Calvin Bridges cruzó una hembra tripolide (3n) normal con un macho normal, observó muchas combinaciones distintas de autosomas y cromosomas sexuales en la descendencia.
Bridges sugirió en 1922 que el sexo en Drosophila esta determinado por un equilibrio (relación) entre autosomas y heterocromosoma X .
Calculó la relación entre el número de cromosomas X y el número de dotaciones autosómicas para ver si con ellas se podía predecir el sexo de una mosca.
Esta relación se conoce como índice sexual. Si X/A es 1,00, la mosca será una hembra normal (2X/2A); cuando la relación es 0.50 será un macho normal (XY/2A).
Si la proporción es superior a 1.5 será una metahembra (3X/2A), que generalmente son muy débiles y estériles. A menudo las metahembras no llegan a emerger de la envoltura pupal.

Si la proporción es inferior a 0.5 como es el caso de un XY/3A, será un metamacho. Finalmente cuando la proporción va de 0.5 a 1.0 serán denominados intersexos (3X/4A)
A pesar que es un análisis simple, la determinación del sexo es un proceso muy complejo y con múltiples etapas. Además de los determinantes ya discutidos, el ambiente y alelos de otros diversos loci pueden tener también influencia sobre el sexo final de una mosca.
Por ejemplo, las moscas intersexos con una proporción X/A de 0,67 pueden ver alterado su desarrollo por la temperatura a la que se desarrollan. A temperaturas elevadas estas moscas tienden al sexo femenino y a temperaturas bajas al sexo masculino.
Existen también loci autosómicos con alelos que pueden invalidar la constitución cromosómica. Por ejemplo, el alelo recesivo Doublesex (dsx) produce machos y hembras con un desarrollo intersexual y Transformer (tra) es un alelo recesivo que convierte a las hembras en machos esteríles. Por tanto, el marco sugerido por la teoría del equilibrio genético de Bridges, puede estar influido por el ambiente así como por el loci específicos

Determinación del sexo en Seres Humanos

Puesto que en las personas de genotipo X0 , son hembras que presentan el síndrome de Turner, parece razonable concluir que en la especie humana el cromosoma Y es el determinante de masculinidad. Esto viene ratificado por el hecho de que los individuos con síndrome de Klinefelter XXY, XXXY, XXXXYson todos varones y que los individuos con cariotipos XXX, XXXX y otros con múltiples X son todas hembras.

Durante mucho tiempo se ha buscado un gen que se exprese en un factor determinante de los testículos (TDF, testis-determining factor), que actúe como un interruptor sexual en el cromosoma Y e inicie la masculinidad.
Los embriólogos habían descubierto que durante el primer mes del desarrollo embrionario en los seres humanos, las gónadas que se forman no son testículos ni ovarios, sino de sexo indeterminado. Aproximadamente hacia las seis o siete semanas de desarrollo las, las gónadas se convierten en ovarios o bien en testículos.
En 1991, Lovell-Badge y Goddfellow y sus colaboradores en Inglaterra aislaron un gen denominado SRY (sex determining region Y o región cromosoma Y determinante del sexo) adyacente del gen ZFY.
El gen Sry se ha identificado como el factor determinante de los testículos, porque cuando se inyecta en ratones hembras normales (XX) hace que se desarrollen como machos. Aunque estos machos XX son estériles, parecen machos normales en cualquier otro aspecto. Aunque los sistemas del ratón y del hombre son semejantes, hasta el momento, el gen Sry humano no ha convertido hembras de ratón XX en machos.

El sistema X0

Este sistema se conoce también como X0-XX. Se presenta en muchas especies de insectos en las que la situación es semejante a la descrita para el mecanismo cromosómico XY, excepto en el sexo heterogamético (macho) posee solo un cromosoma X en lugar de un par XY.
Las machos producen gametos que o bien contienen un cromosoma X o bien no contienen ningún cromosoma sexual. Todos los gametos que producen las hembras contienen el cromosoma X. La consecuencia de este mecanismo es que las hembras tienen un número par de cromosomas (todos en pares Homomórficos) y los machos en número impar.

El sistema ZW

El sistema ZW es idéntico al sistema XY con la excepción de que los machos son homogaméticos y las hembras heterogaméticas. Esta situación se presenta en aves, algunos peces y polillas.
Sistemas de cromosomas múltiples
Los sistemas de cromosomas múltiples tienden a ser complejos. Por ejemplo, en el nematodo Ascaris incurva hay 8 cromosomas X y uno Y junto con 26 cromosomas autosomales.
Los machos tienen 35 cromosomas (26A + 8X + Y) y las hembras 42 (26A + 16X). Durante la meiosis los cromosomas X se unen por los extremos y se comportan como una unidad.


Herencia ligada al sexo


La herencia ligada al sexo ocurre en aquellos organismos donde uno de los sexo contiene un par de heterocromosomas desiguales, como por ejemplo el X e Y que están involucrados en la determinación sexual. Los genes que llevan estos cromosomas van a codificar para características ligadas al sexo.
Una de las primeras evidencias de la herencia ligada al sexo fué dada por Thomas H. Morgan cerca de 1920 durante sus estudios del color de ojos en Drosophila.
En las moscas el color normal de los ojos es rojo y es dominante sobre el color blanco. Morgan en su trabajo estableció que el patrón de herencia del color de los ojos blancos era una característica ligada al sexo , es decir, el gen correspondiente se encontraba localizado en el heterocromosoma X.

A diferencia de los resultados de un típico cruce monohibrido, cruces recíprocos entre moscas de ojos rojos y blancos no dieron resultados idénticos.

En contraste con todos los cruces de monohíbridos realizados por Mendel, donde los resultados eran independientes del sexo del padre portador de la característica mutante, los resultados de sus cruces recíprocos entre moscas de ojos blancos con moscas de ojos rojos dieron fenotipos diferentes en ambas generaciones.
Los resultados obtenidos por Morgan lo llevaron a la conclusión que el locus para el color de ojos se encontraba en el cromosoma X.
Las interpretaciones de Morgan mostraban que debido a que el macho carece de un cromosoma X, cualquier alelo presente en su único cromosoma X será directamente expresado en el fenotipo Los machos no presentan homocigosis o heterocigosis para aquellos genes localizados en el heterocromosoma X pero ausentes en el Y, entonces se habla de hemicigosis.

Herencia ligada al sexo en seres humanos

En seres humanos se han identificado algunos genes que se encuentran localizados en los heterocromosomas, y por lo tanto se trata de herencia ligada al sexo. Por ejemplo, el gen que codifica para el daltonismo y la hemofilia se encuentra localizado en el heterocromosoma X.
La herencia de las características ligadas al sexo se pueden identificar a través de análisis de pedigree.
Un ejemplo es el arbol de la reina Victoria de Inglaterra donde se observa como la hemofilia afecta a varios de sus descendientes.
Varios aspectos interesantes de este árbol ayudan a confirmar el tipo de herencia que presenta esta característica. Primero, la Hemofilia "se salta" generaciones. Aunque el integrante de la familia real Alexis (1904-1918) era hemofílico, sus padres sus abuelos no lo eran. Esto mismo ocurre en diversos lugares del árbol genealógico lo que indica un tipo de herencia recesiva.
Se encuentra que todos los individuos afectados son varones, lo que sugiere claramente que el gen responsable de la hemofilia estaría ligado al sexo.
Los hombres son hemicigotos. Por lo tanto se espera que el fenotipo de un carácter recesivo ligado al sexo sea más frecuente en los hombres que en las mujeres, ya que los hombres no poseen un segundo cromosoma X que pueda llevar el alelo normal.
Si este tipo de herencia es correcto, se pueden realizar varias predicciones. Primero, puesto que todos los varones obtienen el cromosoma X de su madre, los varones afectados han de ser descendientes de mujeres portadoras (heterocigotas). Una mujer es portadora si su padre presenta la enfermedad, pero si su padre no posee la enfermedad, su madre entonces debe ser la portadora. El árbol muestra lo correcto de estas predicciones.
El carácter no se transmite de padre a hijo en ningún lugar del árbol debido a que él aporta el cromosoma Y, no el X que es donde se lleva la enfermedad. Cuando una característica se transmite a través del heterocromosoma Y se habla de herencia holándrica.
Otro aspecto interesante de este árbol es que no hay indicios de la enfermedad en antepasados de la Reina Victoria, aunque ella era heterocigota, pues tuvo un hijo afectado y dos hijas portadoras. Así pues, uno de los cromosomas X de la Reina Victoria tenía el alelo de la hemofilia, a pesar de que su padre era hemicigoto normal. Esto se puede explicar suponiendo que hubo un cambio (mutación) en uno de los gametos que originaron a la reina Victoria.




<