Genética Mendeliana

Experimentos

Los siete caracteres que observó G. Mendel en sus experiencias genéticas con los guisantes.Mendel publicó sus experimentos con guisantes en 1865 y 1866. A continuación se describen las principales ventajas de la elección de Pisum sativum como organismo modelo: su bajo coste, tiempo de generación corto, elevado índice de descendencia, diversas variedades dentro de la misma especie (color, forma, tamaño, etc.). Además, reúne características típicas de las plantas experimentales, como poseer caracteres diferenciales constantes. Pisum sativum es una planta autógama, es decir, se autofecunda. Mendel lo evitó emasculándola (eliminando las anteras). Así pudo cruzar exclusivamente las variedades deseadas. También embolsó las flores para proteger a los híbridos de polen no controlado durante la floración. Llevó a cabo un experimento control realizando cruzamientos durante dos generaciones sucesivas mediante autofecundación para obtener líneas puras para cada carácter.

Mendel llevó a cabo la misma serie de cruzamientos en todos sus experimentos. Cruzó dos variedades o líneas puras diferentes respecto de uno o más caracteres. Como resultado obtenía la primera generación filial (F1), en la cuál observó la uniformidad fenotípica de los híbridos. Posteriormente, la autofecundación de los híbridos de F1 dio lugar a la segunda generación filial (F2), y así sucesivamente. También realizó cruzamientos recíprocos, es decir, alternaba los fenotipos de las plantas parentales:

♀P1 x ♂P2

♀P2 x ♂P1

(siendo P la generación parental y los subíndices 1 y 2 los diferentes fenotipos de ésta).

Además, llevó a cabo retrocruzamientos, que consisten en el cruzamiento de los híbridos de la primera generación filial (F1) por los dos parentales utilizados, en las dos direcciones posibles:


♀F1 x ♂P2 y ♀P2 x ♂F1 (cruzamientos recíprocos)

♀F1 x ♂P1 y ♀P1 x ♂F1 (cruzamientos recíprocos)

Los experimentos demostraron que:

La herencia se transmite por elementos particulados (refutando, por tanto, la herencia de las mezclas). Las leyes son:

1ª Ley de Mendel: Ley de la uniformidad establece que si se cruzan dos razas puras para un determinado carácter, los descendientes de la primera generación son todos iguales entre sí (igual fenotipo e igual genotipo) e iguales (en fenotipo) a uno de los progenitores. No es una ley de transmisión de caracteres, sino de manifestación de dominancia frente a la no manifestación de los caracteres recesivos. Por ello, en ocasiones no es considerada una de las leyes de Mendel.Indica que da el mismo resultado a la hora de descomponerlo en genotipos

2ª Ley de Mendel: Ley de la segregación [editar]Conocida también, en ocasiones como la primera Ley de Mendel, de la segregación equitativa o disyunción de los alelos. Esta ley establece que durante la formación de los gametos cada alelo de un par se separa del otro miembro para determinar la constitución genética del gameto filial. Es muy habitual representar las posibilidades de hibridación mediante un cuadro de Punnett. Mendel obtuvo esta ley al cruzar diferentes variedades de individuos heterocigotos (diploides con dos variantes alélicas del mismo gen: Aa)

, y pudo observar en sus experimentos que obtenía muchos guisantes con características de piel amarilla y otros (menos) con características de piel verde, comprobó que la proporción era de 3:4 de color amarilla y 1:4 de color verde (3:1). Según la interpretación actual, los dos alelos, que codifican para cada característica, son segregados durante la producción de gametos mediante una división celular meiótica. Esto significa que cada gameto va a contener un solo alelo para cada gen. Lo cual permite que los alelos materno y paterno se combinen en el descendiente, asegurando la variación.

3ª Ley de Mendel: Ley de la segregación independiente. Mendel concluyó que diferentes rasgos son heredados independientemente unos de otros, no existe relación entre ellos, por tanto el patrón de herencia de un rasgo no afectará al patrón de herencia de otro. Sólo se cumple en aquellos genes que no están ligados (en diferentes cromosomas) o que están en regiones muy separadas del mismo cromosoma. Es decir, siguen las proporciones 9:3:3:1.

Principio de Hardy-Weinberg

Se podría suponer que el destino de cualquier gen recesivo es desaparecer con el tiempo por la imposición del dominante. Sin embargo las proporciones de los alelos dominante y recesivo no cambiarán con el tiempo de generación en generación, a menos que sea influenciada por factores externos.
Una población esta en equilibrio genético cuando las frecuencias de sus alelos y fenotipos no cambian generación tras generación. Un matemático y un médico llegaron a la misma conclusión en 1908. Godfrey Hardy y Wilhelm Weinberg demostraron que las frecuencias esperadas de varios genotipos en una población se pueden describir matemáticamente. El principio de Hardy-Weinberg demuestra que en poblaciones grandes el proceso de la herencia no causa, por sí mismo, cambios en las frecuencias de los alelos, también explica que los alelos dominantes no son necesariamente más abundantes que los recesivos.
Consideremos el alelo A y el a, siguiendo el mecanismo simple de dominancia mendeliana. La frecuencia de cada alelo se describe por un número que va de 0 a 1. Un alelo totalmente ausente de la población tiene una frecuencia de cero. Por otra parte, si todos los alelos para un locus son los mismos en una población, entonces la frecuencia de este alelo es 1. Como solamente hay dos alelos en nuestro ejemplo, entonces la suma de la frecuencia de ambos tiene que ser igual a 1.
Digamos que la frecuencia de A es p y la de a es q, entonces p+q=1 Por otra parte, si conocemos el valor de p o de q entonces podemos calcular el valor del otro: p=1-q y también q=1-p.
Como p+q=1, entonces (p+q)2 = 1. Esta ecuación binomial se puede expandir para describir la relación de las frecuencias de los alelos con los genotipos de la población. Cuando se expande obtenemos la frecuencia de los genotipos de la prole: p2 + 2pq + q2 = 1


Frecuencia de AA
Frecuencia de Aa
Frecuencia de aa
Total de individuos en la población
Si tenemos una población de 1000 individuos, que está afectada por una enfermedad que solamente ataca a los homocigóticos recesivos y los casos que hay son 90, la frecuencia de aa es q2 , es 90/1000, o 0.09. Puesto que q2 es igual a 0.09, q es igual a la raíz cuadrada de 0.09, o sea 0.3. De la relación entre p y q sabemos que p = 1 - q = 1 - 0.3 = 0.7.
Basados en esta información, podemos calcular la frecuencia de individuos homocigóticos dominantes (AA): p2 = 0.7 x 0.7 = 0.49. La frecuencia de individuos heterocigóticos (Aa) será: 2pq = 2 x 0.7 x 0.3 = 0.42. Entonces aproximadamente 490 individuos serán homocigóticos dominantes y 420 será heterocigóticos, que junto con los 90 que son homocigóticos recesivos nos da el total de la población: 1000.
Cualquier población cuya distribución de genotipos se ajusta a la relación: p2 + 2pq + q2 = 1, cualquiera que sean los valores absolutos de p y de q, se dice que está en equilibrio genético. El principio de Hardy Weinberg nos dice qué debemos esperar cuando una población que se reproduce sexualmente no está evolucionando. La proporción de alelos en las generaciones sucesivas será siempre la misma siempre que se cumplan estas condiciones:
1. Pareo aleatorio
2. Sin mutaciones netas. A no puede convertirse en a o viceversa.
3. Tamaño grande de la población, para que no haya fluctuaciones al azar.
4. No migración. No puede haber intercambio de genes con otras poblaciones.
5. No hay selección natural. La selección natural favorece unos genotipos sobre otros y de esta manera altera las frecuencias.

PRINCIPALES MUTACIONES

En genética y biología, la mutación es una alteración o cambio en la información genética (genotipo) de un ser vivo y que, por lo tanto, va a producir un cambio de características, que se presenta súbita y espontáneamente, y que se puede transmitir o heredar a la descendencia. La unidad genética capaz de mutar es el gen que es la unidad de información hereditaria que forma parte del ADN. En los seres multicelulares, las mutaciones sólo pueden ser heredadas cuando afectan a las células reproductivas. Una consecuencia de las mutaciones puede ser una enfermedad genética, sin embargo, aunque en el corto plazo puede parecer perjudiciales, a largo plazo las mutaciones son esenciales para nuestra existencia. Sin mutación no habría cambio y sin cambio la vida no podría evolucionar.


Según el mecanismo que ha provocado el cambio en el material genético, se suele hablar de tres tipos de mutaciones: mutaciones cariotípicas o genómicas, mutaciones cromosómicas y mutaciones génicas o moleculares. En el siguiente cuadro se describen los diferentes tipos de mutaciones y los mecanismos causales de cada una de ellas:



1. Mutaciones Genéticas o Moleculares:
Entre las mutaciones génicas podemos distinguir:

*Mutación por sustitución de bases: Se producen al cambiar en una posición un par de bases por otro (son las bases nitrogenadas las que distinguen los nucleótidos de una cadena). Distinguimos dos tipos que se producen por diferentes mecanismos bioquímicos:
o Mutaciones transicionales o simplemente transiciones, cuando un par de bases es sustituido por su alternativa del mismo tipo. Las dos bases púricas son adenina (A) y guanina (G), y las dos pirimídicas son citosina (C) y timina (T). La sustitución de un par AT, por ejemplo, por un par GC, sería una transición.
o Mutaciones transversionales o transversiones, cuando un par de bases es sustituida por otra del otro tipo. Por ejemplo, la sustitución del par AT por TA o por CG.


*Mutaciones de corrimiento estructural, cuando se añaden o se quitan pares de nucleótidos alterándose la longitud de la cadena. Si se añaden o quitan pares en un número que no sea múltiplo de tres (es decir si no se trata de un número exacto de codones), las consecuencias son especialmente graves, porque a partir de ese punto, y no sólo en él, toda la información queda alterada. Hay dos casos:
o Mutación por pérdida o deleción de nucleótidos: En la secuencia de nucleótidos se pierde uno y la cadena se acorta en una unidad.
o Mutación por inserción de nuevos nucleótidos: Dentro de la secuencia del ADN se introducen nucleótidos adicionales, interpuestos entre los que ya había, alargándose correspondientemente la cadena.

*Mutaciones en los sitios de corte y empalme (Splicing)
Las mutaciones de corrimiento del marco de lectura también pueden surgir por mutaciones que interfieren con el splicing del ARN mensajero. El comienzo y final de cada intrón en un gen están definidos por secuencias conservadas de ADN. Si un nucleótido muta en una de las posiciones altamente conservada, el sitio no funcionará más, con las consecuencias predecibles para el ARNm maduro y la proteína codificada. Hay muchos ejemplos de estas mutaciones, por ejemplo, algunas mutaciones en el gen de la beta globina en la beta talasemia son causadas por mutaciones de los sitios de splicing.



2. Mutaciones Cromosómicas o Estructurales:
Son los cambios que afectan a la secuencia de los hipotéticos fragmentos en que podría subdividirse transversalmente un cromosoma. Muchas de ellas son apreciables al microscopio gracias a la “técnica de bandas” con la que se confecciona el cariotipo. Sobre las mutaciones cromosómicas encontramos:

*Mutación por inversión de un fragmento cromosómico. Es el cambio de sentido de un fragmento del cromosoma.
*Mutación por deleción o pérdida de un fragmento cromosómico.
*Mutación por duplicación de un fragmento cromosómico. Suelen estar asociadas casi siempre con deleciones en otro cromosoma.
*Mutación por translocación de un fragmento cromosómico. Es decir por un cambio en la posición de un fragmento cromosómico. La translocación puede ocurrir en un solo cromosoma, entre cromosomas homólogos o entre cromosomas diferentes.


3. Genómicas o Numéricas:
Son las mutaciones que afectan al número de cromosomas o todo el complemento cromosómico (todo el genoma).

• Poliploidía: Es la mutación que consiste en el aumento del número normal de “juegos de cromosomas” . Los seres poliploides pueden ser autopoliploides, si todos los juegos proceden de la misma especie, o alopoliploides, si proceden de la hibridación, es decir, del cruce de dos especies diferentes.
• Haploidía: Son las mutaciones que provocan una disminución en el número de juegos de cromosomas.
• Aneuploidía: Son las mutaciones que afectan sólo a un número de ejemplares de un cromosoma o más, pero sin llegar a afectar al juego completo. Las aneuploidías pueden ser monosomías, trisomías, tetrasomías, etc, cuando en lugar de dos ejemplares de cada tipo de cromosomas, que es lo normal, hay o sólo uno, o tres, o cuatro, etc. Entre las aneuplodías podemos encontrar diferentes tipos de trastornos genéticos en humanos como pueden ser:
• Trisomía 21 o Síndrome de Down que tienen 47 cromosomas.
• Trisomía 18 o Síndrome de Edwards. También tienen 47 cromosomas.
• Monosomía X o Síndrome de Turner.
• Trisomía sexual XXX o Síndrome del triple X.
• Trisomía sexual XXY o Síndrome de Klinefelter.
• Trisomía sexual XYY o Síndrome del doble Y.

TRANSMISION GENETICA

El experimento de Griffith, llevado a cabo en 1928 por Frederick Griffith, fue uno de los primeros experimentos que mostró que las bacterias eran capaces de transferir información genética mediante un proceso llamado transformación.[1] [2]

En 1928, el microbiólogo Fred Griffith, que investigaba varias cepas de neumococo (Streptococcus pneumoniae), inyectó ratones con la cepa S y la cepa R de la bacteria. La cepa S era dañina, mientras que la rugosa (R), no lo era ya que la cepa S se cubre a si misma con una cápsula de polisacárido que la protege del sistema inmune del ser que ha sido infectado, resultando en la muerte de este, mientras que la cepa R no contiene esa cápsula protectora es derrotada por el sistema inmunológico. Cuando, inactiva por calor, la cepa S era inyectada, no había secuelas y el ratón vivía. Sorprendentemente, al combinar cepa R (no letal), con cepa S inactivada por calor (no letal), el ratón murió. Además, Griffith encontró células de cepa S vivas. En apariencia la cepa R se convirtió en cepa S. Este hallazgo no se pudo explicar, hasta que en 1944 Avery, Mc Leod, y Mc Carty, cultivaron cepa S y:

Produjeron extracto de lisado de células (extracto libre de células).
Luego que los lípidos, proteínas y polisacaridos se removieron, el estreptococo aún conservó su capacidad de replicar su ADN e introducirlo en neumococo R.
La inactivación por calor de Griffith habría dejado intacto el ADN de los cromosomas de las bacterias, que era el causante de la formación del gen S, y podía ser liberado por las células destruidas e implantarse en cultivos sucesivos de cepa R.


¿En qué consistió su experimento?
El 20 de julio de 1890 Frederick Griffith, investigando una enfermedad infecciosa mortal,la neumonía, estudió las diferencias entre una cepa de la bacteria Streptococcus peumoniae que producía la enfermedad y otra que no la causaba. La cepa que causaba la enfermedad estaba rodeada de una cápsula (también se la conoce como cepa S, del inglés smooth, o sea lisa, que es el aspecto de la colonia en las placas de Petri). La otra cepa (la R, de rugosa, que es el aspecto de la colonia en la placa de Petri) no tiene cápsula y no causa neumonía. Griffith inyectó las diferentes cepas de la bacteria en ratones. La cepa S mataba a los ratones mientras que la cepa R no lo hacía. Luego comprobó que la cepa S, muerta por calentamiento, no causaba neumonía cuando se la inyectaba. Sin embargo cuando combinaba la cepa S muerta por calentamiento, con la cepa R viva, es decir con componentes individuales que no mata a los ratones e inyectaba la mezcla a los ratones, los ratones contraían la neumonía y morían; en la sangre de estos ratones muertos Griffith encontró neumococos vivos de la cepa S. Es decir que en las bacterias S muertas había “algo” capaz de transformar a las bacterias R, antes inocuas, en patógenas y este cambio era permanente y heredable. Este "algo" fue aislado; luego se encontró que era ADN. Las bacterias que se aislaban de los ratones muertos poseían cápsula y, cuando se las inyectaba, mataban otros ratones. Frederick Griffith fue capaz de inducir la transformación de una cepa no patogénica Streptococcus pneumoniae en patogénica. Griffith postuló la existencia de un factor de transformación como responsable de este fenómeno
El problema que quería investigar con su experimento: [editar]Frederick Griffith estaba interesado en la virulencia (capacidad de infectar y producir enfermedad) de las bacterias causantes de la neumonía, llamadas Pneumonococcus. Este experimento marca el inicio de la investigación hacia el descubrimiento del ADN como material genético.

GENES LETALES

Los genes letales son una especie de genes mutantes y representan la forma más extrema de una serie que recibe la viabilidad en diferentes grados; es decir, son aquellos que provocan la muerte del organismo bajo ciertas condiciones.Primero, hay que definir ciertos términos claves para entender el tema. Los cromosomas se dan, normalmente, en pares. Estos contienen genes y a cada par de ellos, localizados en el mismo lugar del cromosoma (locus) se les llama alelos y a dichos cromosomas, homólogos. Ahora, un heterocigoto es aquel individuo cuyos alelos difieren para una determinada característica (Aa, por ejemplo). En consecuencia, un homocigoto es aquel que tiene los alelos iguales (AA o aa). En los primeros, uno de los genes es dominante (A) y el otro recesivo (a), por tanto la característica dominante es la que se manifestará. Por su parte, los homocigotos, como sus genes son iguales, o es 100% dominante o 100% recesivo.Al contrario de lo que se piense, los genes letales son más comunes de lo que parece. Cada ser humano porta, aproximadamente, 2 o 4 de ellos, pero el hecho de que estemos protegidos se lo debemos a ser heterocigotos para esos genes (pues los genes letales casi siempre son recesivos). Además, existen tantas clases de estos que es muy difícil que coincida una pareja con los mismos alelos que codifiquen para una misma enfermedad. Sin embargo, se da el caso. Ambas personas son heterocigotas, por lo que no presentan síntomas. Entonces, si tienen descendencia, ésta tenderá a morir en un 25% de los casos, probabilísticamente hablando, ya sea al nacer o posteriormente. La frecuencia de la expresión de los genes letales aumenta con la cercanía del parentesco entre la pareja, por lo que la unión entre primos-hermanos tiende más a presentar problemas de este tipo.Por otro lado, la letalidad también tiene un período de efecto, el cual es muy variable. Existen casos donde, en el embrión, no se logran formar adecuadamente los órganos vitales, por lo que se produce un aborto espontáneo. También hay los que impiden la formación de gametos, la división normal del cigoto, los que matan enseguida del nacimiento o bien tiempo después, siendo estos últimos los más estudiados por ser observables "fácilmente". Un caso muy conocido es la hemofilia, enfermedad que impide la correcta coagulación sanguínea. En ella, el gen letal se encuentra ligado al cromosoma X de la madre. Por ello, las mujeres son portadoras del padecimiento y los varones son enfermos. Lo anterior se debe a que las mujeres son XX, por lo cual la letalidad es recesiva pues se halla otro cromosoma X que "amortigua" la deficiencia y protege al organismo, mientras que en el varón, XY, la letalidad es dominante, pues el cromosoma Y no posee tal protección, haciendo al X y a la enfermedad dominantes.

ESTRUCTURA DE LOS NUCLEOTIDOS

Los nucleótidos son moléculas orgánicas formadas por la unión covalente de un monosacárido de cinco carbonos (pentosa), una base nitrogenada y un grupo fosfato.Son los monómeros de los ácidos nucleicos (ADN y ARN) en los cuales forman cadenas lineales de miles o millones de nucleótidos, pero también realizan funciones importantes como moléculas libres (por ejemplo, el ATP).
Cada nucleótido es un ensamblado de tres componentes:
Bases Nitrogenadas: Derivan de los compuestos heterocíclicos aromáticos purina y pirimidina.
Bases Nitrogenadas Purínicas: Son la adenina (A) y la guanina (G). Ambas forman parte del ADN y del ARN.
Bases Nitrogenadas Pirimidínicas: Son la timina (T), la citosina (C) y el uracilo (U). La timina y la citosina intervienen en la formación del ADN. En el ARN aparecen la citosina y el uracilo.
Bases Nitrogenadas Isoaloxacínicas: La flavina (F). No forma parte del ADN o del ARN, pero sí de algunos compuestos importantes como el FAD
Pentosa: El azúcar de cinco átomos de carbono; puede ser ribosa (ARN) o desoxirribosa (ADN).
Ácido Fosfórico: De fórmula H3PO4. Cada nucleótido puede contener uno (nucleótidos-monofosfato, como el AMP), dos (nucleótidos-difosfato, como el ADP) o tres (nucleótidos-trifosfato, como el ATP) grupos fosfato.

USO DE BACTERIOFAGOS

Los bacteriófagos (también llamados fagos -del griego φαγετον (phageton), alimento/ingestión) son virus que infectan exclusivamente a bacterias.Al igual que los virus que infectan células eucariotas, los fagos están constituidos por una cubierta proteica o cápside en cuyo interior está contenido su material genético, que puede ser ADN o ARN de simple o doble cadena, circular o lineal (en el 95% de los fagos conocidos es ADN de doble cadena), de 5.000 a 500.000 pares de bases. El tamaño de los fagos oscila entre 20 y 200 nm aproximadamente.Los fagos son ubicuos y pueden ser encontrados en diversas poblaciones de bacterias, tanto en el suelo como en la flora intestinal de los animales. Uno de los ambientes más poblados por fagos y otros virus es el agua de mar, donde se estima que puede haber en torno a 109 partículas virales por mililitro, pudiendo estar infectadas por fagos el 70% de las bacterias marinas.Terapia fágicaLos fagos cumplen un papel de gran importancia en la biología molecular al ser utilizados como vectores de clonación para insertar ADN dentro de las bacterias y obtener como resultado bibliotecas genómicas. Hay una biblioteca de búsqueda de fagos específicos y sus usos terapéuticos en el Instituto Tbilisi, en la República de Georgia. La terapia fágica ha sido utilizada desde la década de 1940 en la ex Unión Soviética como una alternativa a los antibióticos para tratar infecciones bacterianas, ya que eliminar bacterias es lo que los fagos hacen mejor. El desarrollo de cepas bacterianas resistentes a múltiples drogas ha conducido a investigadores en medicina a reconsiderar a los fagos como una alternativa al uso de antibióticos.
OTROS USOS

En agosto de 2006, la FDA (Food and Drug Administration) de Estados Unidos aprobó el uso de bacteriófagos en ciertas carnes con el fin de acabar con la bacteria

MITOSIS

Proceso de reparto equitativo del material hereditario (ADN) característico de las células eucarióticas. Normalmente concluye con la formación de dos núcleos separados (cariocinesis), seguido de la partición del citoplasma (citocinesis), para formar dos células hijas. La mitosis completa, que produce células genéticamente idénticas, es el fundamento del crecimiento, de la reparación tisular y de la reproducción asexual. La meiosis, un proceso que comparte mecanismos con la mitosis pero que no debe confundirse con ella (es otro tipo de división celular, propio de los gametos), produce células genéticamente distintas y, combinada con la fecundación, es el fundamento de la reproducción sexual.

CICLO CELULAR

Las células pasan por un ciclo que comprende dos periodos: la interfase y la división celular. Esta ultima tiene lugar por mitosis o meiosis.La mayoría de las células pasan la parte más extensa de su vida en interfase, durante la cual duplican su tamaño y el contenido cromosómico.El ciclo celular puede ser considerado como una compleja serie de fenómenos que culminan cuando el material celular se distribuye en las células hijas.La división celular puede considerarse como la separación final de las unidades moleculares y estructurales previamente duplicadas.

Histonas

Las histonas son proteínas básicas, de baja masa molecular, muy conservadas evolutivamente entre los eucariotas y en algunos procariotas. Forman la cromatina junto con el ADN, sobre la base de unas unidades conocidas como nucleosomas.
Las cuatro histonas core, o nucleares, forman un octámero (paquetes de 8 moléculas) alrededor del cual se enrolla el ADN, en una longitud variable en función del organismo. Este octámero se ensambla a partir de un tetrámero de las histonas llamadas H3 y H4, al que se agregan dos heterodímeros de las histonas denominadas H2A y H2B. Las histonas externas, o linker, H1 (y H5 en aves) interaccionan con el ADN internucleosomal. El conjunto del ADN enrollado alrededor del octámero de histonas, junto con la histona H1 y una cierta longitud de ADN linker, o internucleosomal constituye lo que se conoce como nucleosoma. Las histonas core desarrollan un papel decisivo en el primer nivel de compactación del ADN dentro del núcleo, en la estructura conocida como nucleosoma. Las histonas linker, por otro lado, producen un empaquetamiento de orden superior de los nucleosomas.
Las histonas contienen un motivo estructural muy importante para los contactos moleculares dentro del octámero de histonas core, denominado histone fold (se podría traducir como pliegue de histona). Este motivo consiste en 65 aminoácidos que se estructuran en una organización extendida tipo hélice-hoja-hélice. En concreto, contiene una corta hélice alfa, un giro/hoja beta, una hélice alfa larga, otro giro/hoja beta, y otra hélice alfa corta.

Las histonas core pueden ser modificadas covalente y post-traduccionalmente, en general en sus extremos amino-terminales, mediante reacciones catalizadas por una serie de actividades enzimáticas. Éstas pueden ser citoplasmáticas, y actúan sobre las histonas previamente a su ensamblamiento en los nucleosomas, o bien, nucleares y afectan a histonas nucleosomales. Se ha postulado una teoría denominada histone code, o "código de histonas", según la que estas modificaciones pueden tener consecuencias en cuanto a: 1) La facilidad con la que proteínas asociadas a cromatina (factores transcripcionales, etc ...) podrían acceder al ADN. 2) La generación de combinaciones de modificaciones en un extremo de histona, o en varios dentro de un nucleosoma. 3) Las estructuras de eucromatina y heterocromatina serán en mayor medida dependientes de las concentraciones locales de histonas modificadas. En conclusión, estas modificaciones podrían extender la información potencial del material genético.

Cadenas Antiparalelas

Los extremos de cada una de las hebras del ADN son denominados 5’-P (fosfato) y 3’–OH (hidroxilo) en la desoxirribosa. Las dos cadenas se alinean en forma paralela, pero en direcciones inversas (una en sentido 5’ → 3’ y la complementaria en el sentido inverso), pues la interacción entre las dos cadenas está determinada por los puentes de hidrógeno entre sus bases nitrogenadas. Se dice, entonces, que las cadenas son antiparalelas.

RNA

Similar a la del ADN pero con diferencias en su composición. Lleva una sola cadena de polinucleotido. En varios tipos de ARN se encuentra una estructura secundaria que se parece a una cadena de ADN y es que la cadena lineal del ARN toma forma de horquilla uniendose las bases mediante puentes de hidrógeno. El ARN se encuentra en la pared de los ribosomas. Hay varios tipos y cada uno de ellos va a desempeñar una función diferente en la síntesis de proteinas y también en la transferencia de información del ADN. Se puede afirmar que el ARN se sintetiza en el nucleo, como un filamento complementario a una de las cadenas del ADN. En el momento que se sintetiza el ARN existe dentro del nucleo un híbrido ADN-ARN de vida corta. Una vez separado el ARN atraviesa la membrana nuclear y se dirige a los ribosomas que se encuentran en el citoplasma, es el ARN mensajero. El ARN ribosómico es el que se encuentra en los ribosomas unido a las proteinas. Una vez que el ARN mensajero se une a los ribosomas sirve como molde para la interconexión entre los diferentes aminoacidos. Son transportados por pequeñas moléculas solubles de ARN que se conoce como ARN transportador.
Como norma general puede decirse que el ARN mantiene una estructura filamentosa o cadena sencilla aunque en algunas ocasiones se presente con dos filamentos. Por este motivo no presenta gran estabilidad para ello se enrosca obteniendo una mayor estabilidad.



La función principal del ARN es servir como intermediario de la información que lleva el ADN en forma de genes y la proteína final codificada por esos genes.Fue descubierto por Severo Ochoa.El ARN es transcrito desde el ADN por enzimas llamadas ARN polimerasas y procesado en el transcurso por muchas más proteínas. El uracilo, aunque es muy diferente, puede formar puentes de hidrógeno con la adenina, lo mismo que la timina lo hace en el ADN. El porqué el ARN contiene uracilo en vez de timina es un enigma del que nadie sabe la respuesta.Flujo de la información genética El material genético de las células se encuentra en forma de ADN. Dentro de las moléculas de ADN se encuentra la información necesaria para sintetizar las proteínas que utiliza el organismo; pero el proceso no es lineal, es bastante complejo. El ADN no se traduce directamente en proteínas.En las células eucariotas el ADN se encuentra encerrado en el núcleo. La síntesis de ADN se hace en el núcleo, así como también la síntesis de ARN, pero la síntesis de proteínas ocurre en el citoplasma. El mecanismo por el cual la información se trasvasa desde el núcleo celular al citoplasma es mediante la trascripción del ARN a partir del ADN y de la traducción de proteínas a partir de ARN.

Código Genético

El código genético es la regla de correspondencia entre la serie de nucleótidos en que se basan los ácidos nucleicos y las series de aminoácidos (polipéptidos) en que se basan las proteínas. Es como el diccionario que permite traducir la información genética a estructura de proteína. A, T, G, y C son las "letras" del código genético y representan las bases nitrogenadas adenina, timina, guanina y citosina, respectivamente. Cada una de estas bases forma, junto con un glúcido (pentosa) y un grupo fosfato, un nucleótido; el ADN y el ARN son polímeros formados por nucleótidos encadenados.
Cada tres nucleótidos de la cadena (cada triplete) forman una unidad funcional llamada codón. Como en cada cadena pueden aparecer cuatro nucleótidos distintos (tantos como bases nitrogenadas, que son el componente diferencial) caben 43 (4x4x4, es decir, 64) combinaciones o codones distintos. A cada codón le corresponde un único “significado”, que será o un aminoácido, lo que ocurre en 61 casos, o una instrucción de “final de traducción”, en los tres casos restantes. La combinación de codones que se expresa en una secuencia lineal de nucleótidos, conforman cada gen necesario para producir la síntesis de una macromolécula con función celular específica.
Durante el proceso de traducción (síntesis de proteína) el mensaje genético es leído de una cadena de ARN, colocando cada vez el aminoácido indicado por el codón siguiente según la regla que llamamos código genético.

Espermatogénesis

La espermatogénesis es el mecanismo encargado de la producción de espermatozoides; es la gametogénesis en el hombre. Este proceso se desarrolla en los testículos. La espermatogénesis tiene una duración aproximada de 64 a 75 días en la especie humana.
La espermatogénesis, en la especie humana, comienza cuando las células germinales de los túbulos seminíferos de los testículos se multiplican. Se forman unas células llamadas espermatogonias. Cuando el individuo alcanza la madurez sexual las espermatogonias aumentan de tamaño y se transforman en espermatocitos de primer orden. En estas células se produce la meiosis: la meiosis I dará lugar a dos espermatocitos de segundo orden y tras la meiosis II resultarán cuatro espermátidas (gracias a la meiosis, de una célula diploide surgen cuatro células haploides (gametos)). La siguiente fase es la diferenciación. En ella, las espermátidas se convierten en espermatozoides. Para ello, se reduce el citoplasma, el núcleo se alarga y queda en la cabeza del espermatozoide, las mitocondrias se colocan en el cuello y los centriolos originan un flagelo. Al realizarse la fecundación, estos espermatozoides antes de salir pasan por el epidídimo del testículo, donde se realiza la espermiohistogénesis, donde obtienen la acrosoma, un estilo de casco en el espermatozoide hecho de enzimas, y una glicolema (capa), que la protege del pH de la vagina. Esta capa (glicolema), la pierde en la diferenciación natural, que desaparece antes de llegar al óvulo para lograr entrar en él con la fuerza del acrosoma. Además el espermatozoide está formado por una zona intermedia donde se alojan numerosas mitocondrias que garantizan el aporte energético, también están formados por un flagelo constituido por un filamento axial rodeado por una vaina fibrosa, que permite la movilidad.

Los espermatozoides presentan tres zonas bien diferenciadas: la cabeza, el cuello y la cola. La primera es la de mayor tamaño, contiene los cromosomas de la herencia y lleva en su parte anterior un pequeño saliente o acrosoma cuya misión es perforar las envolturas del óvulo. En el cuello se localiza el centrosoma y las mitocondrias, y el flagelo es el filamento que le permite al espermatozoide "nadar" hasta el óvulo para fecundarlo.

Ovogénesis

La ovogénesis es el proceso de formación y diferenciación de los gametos femeninos u óvulos en los animales, incluido el ser humano. La ovogénesis, al igual que la espermatogénesis, se basa en el proceso de la meiosis, que produce, mediante dos divisiones sucesivas, cuatro células con un genotipo recombinado y la mitad de ADN.
En los seres humanos, y en otros mamíferos es más o menos semejante, las células germinales diploides generadas por mitosis, llamadas ovogonias(u oogonias), se localizan en los folículos del ovario, crecen y sufren una diferenciación para transformarse en ovocitos primarios(u oocitos), donde se pone en marcha la primera división meiótica, dando origen una célula voluminosa u ovocito secundario que contiene la mayor parte del citoplasma original y otra célula pequeña o primer cuerpo polar (primer corpúsculo polar).
Estas dos células efectúan la segunda división meiótica; del ovocito secundario se forman otras dos células: una grande, que contiene la mayor parte del citoplasma original, y otra pequeña o segundo cuerpo polar. Los cuerpos polares se desintegran rápidamente, mientras que la otra célula se desarrolla para convertirse en un Óvulo maduro, haploide.
En los seres humanos el feto femenino empieza a formar ovogonias, pero se detiene el proceso de meiosis en la etapa de ovocito primario, específicamente en profase I, conocida como fase diplotena. Este período se mantiene suspendido hasta que, a partir de la pubertad y por efectos hormonales, se desprende un ovocito en cada ciclo menstrual, se concluye entonces la primera división meiótica y se inicia la segunda. Ésta a su vez se interrumpe, y no se completa hasta la fecundación, si es que ésta ocurre.Pero para que ocurra la meiosis II, en este caso para que se formen los 3 polocitos y el ovocito secundario tiene que ocurrir la fecundación, cuando llega el espermatozoide, ocurre la ovulación, detenida en la metafase II.

Meiosis

La meiosis es un proceso en el que, a partir de una célula con un número diploide de cromosomas (2 n), se obtienen cuatro células hijas haploides (n), cada una con la mitad de cromosomas que la célula madre o inicial. Este tipo de división reduccional sólo se da en la reproducción sexual, y es necesario para evitar que el número de cromosomas se vaya duplicando en cada generación.
El proceso de gametogénesis o formación de gametos, se realiza mediando dos divisiones meióticas sucesivas:
Primera división meiótica. una célula inicial o germinal diploide (2 n) se divide en dos células hijas haploides (n).
Segunda división meiótica. Las dos células haploides (n) procedentes de la primera fase se dividen originando cada una de ellas dos células hijas haploides (n).
Las fases de la meiosis son:

PRIMERA DIVISIÓN MEIÓTICA:
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 MEIÓTICA
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.

GENETICA

Constitución de DNA

Estructura de soporte: La estructura de soporte de una hebra de ADN está formada por unidades alternas de grupos fosfato y azúcar. El azúcar en el ADN es una pentosa, concretamente, la desoxirribosa.

Ácido fosfórico:
Enlace fosfodiéster. El grupo fosfato une el carbono 5' del azúcar de un nucleósido con el carbono 3' del siguiente.Su fórmula química es H3PO4. Cada nucleótido puede contener uno (monofosfato: AMP), dos (difosfato: ADP) o tres (trifosfato: ATP) grupos de ácido fosfórico, aunque como monómeros constituyentes de los ácidos nucléicos sólo aparecen en forma de nucleósidos monofosfato.

Desoxirribosa:
Es un monosacárido de 5 átomos de carbono (una pentosa) derivado de la ribosa, que forma parte de la estructura de nucleótidos del ADN. Su fórmula es C5H10O4. Una de las principales diferencias entre el ADN y el ARN es el azúcar, pues en el ARN la 2-desoxirribosa del ADN es reemplazada por una pentosa alternativa, la ribosa.
Las moléculas de azúcar se unen entre sí a través de grupos fosfato, que forman enlaces fosfodiéster entre los átomos de carbono tercero (3′, «tres prima») y quinto (5′, «cinco prima») de dos anillos adyacentes de azúcar. La formación de enlaces asimétricos implica que cada hebra de ADN tiene una dirección. En una doble hélice, la dirección de los nucleótidos en una hebra (3′ → 5′) es opuesta a la dirección en la otra hebra (5′ → 3′). Esta organización de las hebras de ADN se denomina antiparalela; son cadenas paralelas, pero con direcciones opuestas. De la misma manera, los extremos asimétricos de las hebras de ADN se denominan extremo 5′ («cinco prima») y extremo 3′ («tres prima») respectivamente.

Bases nitrogenadas:
Las cuatro bases nitrogenadas mayoritarias que se encuentran en el ADN son la adenina (abreviado A), citosina (C), guanina (G) y timina (T). Cada una de estas cuatro bases está unida al armazón de azúcar-fosfato a través del azúcar para formar el nucleótido completo (base-azúcar-fosfato). Las bases son compuestos heterocíclicos y aromáticos con dos o más átomos de nitrógeno, y, dentro de las bases mayoritarias, se clasifican en dos grupos: las bases púricas o purinas (adenina y guanina), derivadas de la purina y formadas por dos anillos unidos entre sí, y las bases pirimidínicas o pirimidinas (citosina y timina), derivadas de la pirimidina y con un solo anillo.[24] En los ácidos nucléicos existe una quinta base pirimidínica, denominada uracilo (U), que normalmente ocupa el lugar de la timina en el ARN y difiere de ésta en que carece de un grupo metilo en su anillo. El uracilo no se encuentra habitualmente en el ADN, sólo aparece raramente como un producto residual de la degradación de la citosina por procesos de desaminación oxidativa.

Timina:

En el código genético se representa con la letra T. Es un derivado pirimidínico con un grupo oxo en las posiciones 2 y 4, y un grupo metil en la posición 5. Forma el nucleósido timidina (siempre desoxitimidina ya que sólo aparece en el ADN) y el nucleótido timidilato o timidina monofosfato (dTMP). En el ADN, la timina siempre se empareja con la adenina de la cadena complementaria mediante 2 puentes de hidrógeno, T=A. Su fórmula química es C5H6N2O2 y su nomenclatura 2, 4-dioxo, 5-metilpirimidina.

Citosina:
En el código genético se representa con la letra C. Es un derivado pirimidínico, con un grupo amino en posición 4 y un grupo oxo en posición 2. Forma el nucleósido citidina (desoxicitidina en el ADN) y el nucleótido citidilato o (desoxi)citidina monofosfato (dCMP en el ADN, CMP en el ARN). La citosina siempre se empareja en el ADN con la guanina de la cadena complementaria mediante un triple enlace, C≡G. Su fórmula química es C4H5N3O y su nomenclatura 2-oxo, 4 aminopirimidina. Su masa molecular es de 111,10 unidades de masa atómica. La citosina fue descubierta en 1894 cuando fue aislada en tejido del timo de carnero.

Adenina:
En el código genético se representa con la letra A. Es un derivado de la purina con un grupo amino en la posición 6. Forma el nucleósido adenosina (desoxiadenosina en el ADN) y el nucleótido adenilato o (desoxi)adenosina monofosfato (dAMP, AMP). En el ADN siempre se empareja con la timina de la cadena complementaria mediante 2 puentes de hidrógeno, A=T. Su fórmula química es C5H5N5 y su nomenclatura 6-aminopurina. La adenina, junto con la timina, fue descubierta en 1885 por el médico alemán Albrecht Kossel.

Guanina:
En el código genético se representa con la letra G. Es un derivado púrico con un grupo oxo en la posición 6 y un grupo amino en la posición 2. Forma el nucleósido (desoxi)guanosina y el nucleótido guanilato o (desoxi)guanosina monofosfato (dGMP, GMP). La guanina siempre se empareja en el ADN con la citosina de la cadena complementaria mediante tres enlaces de hidrógeno, G≡C. Su fórmula química es C5H5N5O y su nomenclatura 6-oxo, 2-aminopurina.
También existen otras bases nitrogenadas (las llamadas bases nitrogenadas minoritarias), derivadas de forma natural o sintética de alguna otra base mayoritaria. Lo son por ejemplo la hipoxantina, relativamente abundante en el tRNA, o la cafeína, ambas derivadas de la adenina; otras, como el aciclovir, derivadas de la guanina, son análogos sintéticos usados en terapia antiviral; otras, como una de las derivadas del uracilo, son antitumorales.

Recombinación bacteriana

La recombinación mezcla elementos genéticos (genoma o partes de un genoma) de dos células diferentes en una misma célula, dando lugar a un nuevo genotipo. Tiene como consecuencia la dispersión de la variabilidad genética entre organismos de una población, y la transmisión de caracteres genéticos entre individuos de un población. En la recombinación tiene lugar el apareamiento de moléculas de ADN, que son homólogos y el intercambio de estas cadenas de ADN. Se forma un genotipo recombinante:

En eucariotas, la recombinación tiene lugar durante la reproducción sexual. En ella se forman gametos haploides y durante la fecundación, se fusionan y forman un cigoto diploide. En bacterias no existe la reproducción sexual, pero si tenemos recombinación, tiene lugar mediante la transferencia de una porción del genoma de una bacteria dadora denominada exogenote a una bacteria aceptora o endogenote. Como consecuencia, se forma un merocigoto (zigoto parcial). Este merocigoto contiene el genoma entero de la célula aceptora y sólo una parte de la célula dadora. En bacterias, la recombinación es ocasional (sólo de vez en cuando), fragmentaria (sólo se recombina parte del genoma) y no es necesaria para completar el ciclo de vida de las bacterias. Lo que sí es beneficioso es para la población.

MECANISMOS DE RECOMBINACIÓN
Hay tres tipos:

TRANSFORMACIÓN: la célula aceptora toma genes de una molécula de ADN (de la célula dadora) que se encuentra en el medio que rodea a la célula aceptora.
La célula dadora se fragmenta, y también lo hace la molécula de ADN. Uno de estos fragmentos es captado por la célula aceptora, si hay segmentos homólogos tiene lugar el intercambio de cadenas de ADN RECOMBINACIÓN propiamente dicha.

TRANSDUCCIÓN: es un mecanismo de recombinación genética en bacterias, que está mediado por un virus bacteriano denominado bacteriófago=fago. En este proceso, la célula dadora es en primer lugar infectada por un fago. Se forma así una partícula viral que está defectuosa, y que contiene parte del ADN del fago y parte del ADN de la bacteria. Ahora, esta partícula viral se llama partícula transductora y es capaz de infectar a una bacteria receptora. De esta manera hay una transmisión de ADN de una bacteria dadora a una bacteria aceptora, a través de un fago. Un fago que infecta a una bacteria forma lo que se denomina partícula viral, que está constituido por una cápsida de proteínas y en su interior está el genoma viral (la mayoría de bacterias tienen ADN de cadena doble). Cuando un fago infecta a una bacteria, tiene lugar lo que se llama el ciclo de replicación viral, cuyo objetivo es la formación de numerosas partículas virales. Este ciclo de replicación viral finaliza normalmente con la lisis de la bacteria. Por eso también se le llama ciclo lítico. Para que un fago infecte a una bacteria, tiene que ocurrir que este fago se una a la superficie de la bacteria. Es una unión específica y está regulada por receptores que se encuentran en la superficie de la bacteria y reconocen de forma específica proteínas de la cápsida. Después de la unión, tiene lugar la penetración del ADN viral. A continuación, el ADN del fago se multiplica dentro de la bacteria, mientras que normalmente el ADN de la bacteria es degradado. Cuando se ha multiplicado el ADN viral, se sintetizan las proteínas de la cápsida del virus.

Después, tiene lugar el ensamblaje de las proteínas de la cápsida y el ADN viral, formándose nuevas partículas virales. Finalmente, la bacteria se rompe y se liberan las partículas virales, que pueden volver a infectar nuevas bacterias. Durante el ciclo de reproducción del fago, se forma una partícula defectuosa dentro de la bacteria, que contiene parte del ADN del fago y parte de la bacteria. Se llama a esta partícula, partícula transductora. Esta partícula puede infectar a otras bacterias.

CONJUGACIÓN: es un mecanismo de recombinación en bacterias que requiere el contacto directo entre dos bacterias. Es un proceso polarizado, es decir, siempre va en la misma dirección, por lo que hay células dentro de una población de bacterias que siempre actúan como dadora, F + o Fertilidad +, y luego hay otras que actúan siempre como aceptoras, F - o Fertilidad -.
Las etapas de la conjugación son:
- Contactos entre bacterias F + y F - a través de las fimbrias. Los genes para la formación de estas fimbrias, está en el factor F, por lo que sólo van a poder tener estas estructuras las F +.
- Movilización del plásmido, que consiste en la rotura de una de las dos cadenas del factor F, en una secuencia determinada. La enzima que corta el ADN es una endonucleasa que también está codificada por el factor F. Una vez que tiene lugar la rotura de la cadena, se da la replicación o duplicación de la
cadena que permanece cerrada. Esto causa el desplazamiento de la cadena abierta y que es transferida a la célula receptora a través de la fimbria. Cuando se acaba esto, tenemos que la célula que era F + conserva el factor F completo y la F - ha recibido una cadena del plásmido. Replicación de la cadena transferida. Se rompe el contacto entre las células y al final las bacterias son F +. El factor F tiene una propiedad, se puede integrar en el cromosoma de la bacteria.

Alelo

Un 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 alelos de cada gen, 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.

El concepto de alelo se entiende a partir de la palabra alelomorfo (en formas alelas) es decir, algo que se presenta de diversas formas dentro de una población de individuos.

Definición en genética mendeliana :

Cada una de las alternativas que puede tener un gen de un caracter.
Por ejemplo, el gen que regula el color de la semilla del guisante presenta dos alelos: uno que determina color verde y otro que determina color amarillo. Por regla general se conocen varias formas alélicas de cada gen; el alelo más extendido de una población se denomina "alelo normal, salvaje o silvestre", mientras que los otros más escasos, se conocen como "alelos mutantes". Así, de forma general, con dos alelos (a1 y a2) podemos tener 3 tipos de combinaciones en diploides:

· Dos alelos: a1, a1 (homocigoto para el alelo a1)
· Dos alelos: a2, a2 (homocigoto para el alelo a2)
· Un alelo a1 y otro a2: (heterocigoto: a1, a2)

En la genética mendeliana se diferencian ambos alelos por la relación de dominancia, de forma que uno de estos alelos es dominante (representado como A) y otro recesivo (a). Dando lugar, en diploides a:

· Homocigoto dominante (AA)
· Homocigoto recesivo (aa)
· Heterocigoto (Aa)

Tipos de alelo [editar]Los alelos son formas alternas de un gen, que difieren en secuencia o función. Toda caracteristica geneticamente determinada depende de la acción de cuando menos un par de genes homologos, que se denominan alelos. Los alelos que varían en secuencia tienen diferencias en el ADN, como deleciones, inserciones o sustituciones. Los alelos que difieren en función pueden tener o no diferencias conocidas en las secuencias, pero se evalúan por la forma en que afectan al organismo.

En función de su expresión en el fenotipo se pueden dividir en:
Alelos dominantes: aquellos que aparecen en el fenotipo de los individuos heterocigotos o híbridos para un determinado carácter, además de en el homocigoto.
Alelos recesivos: los que quedan enmascarados del fenotipo de un individuo heterocigoto y sólo aparecen en el homocigoto, siendo homocigótico para los genes recesivos.

Gen

Gen, unidad de herencia, partícula de material genético que determina la herencia de una característica determinada, o de un grupo de ellas. En términos moleculares puede definirse como la secuencia lineal de nucleótidos considerada como unidad de almacenamiento de información. Los genes están localizados en los cromosomas en el núcleo celular y se disponen en línea a lo largo de cada uno de ellos. Cada gen ocupa en el cromosoma una posición, o locus. Por esta razón, el término locus se intercambia en muchas ocasiones con el de gen.

El material genético es el ácido desoxirribonucleico (ADN), una molécula que representa la columna vertebral del cromosoma y que está compuesta por dos cadenas o hebras de nucleótidos entrelazadas, constituyendo una doble hélice. Cada nucleótido está formado por un azúcar de cinco carbonos, la desoxirribosa, un grupo fosfato y una base nitrogenada. En cada cadena existen cuatro tipos diferentes de bases —adenina, guanina, citosina y timina— y su secuencia determina las propiedades del gen. Las bases nitrogenadas se unen entre sí mediante enlaces de hidrógeno, de manera que la adenina interacciona siempre con la timina y la citosina con la guanina.

Los genes son las unidades funcionales del ADN cromosómico y determinan la estructura de los productos celulares, principalmente productos proteicos (proteínas). Este proceso conlleva varios pasos: en primer lugar, la información contenida en el gen debe copiarse (transcribirse) a una forma químicamente parecida pero constituida por una sola cadena, denominada ácido ribonucleico mensajero (ARN mensajero). Esta molécula es una copia de la molécula de ADN, excepto porque en lugar de la base timina tienen uracilo. Las proteínas están formadas por cadenas de unidades que se denominan aminoácidos, y la secuencia de bases presente en el ARN determina la secuencia de aminoácidos en la proteína por medio del código genético. La secuencia de aminoácidos en una proteína específica será la responsable de determinar si ésta formará parte de una estructura del organismo, o si se convertirá en una enzima para favorecer una reacción química particular. Por lo tanto, las variaciones en el ADN pueden producir cambios que afecten a la estructura o a la química de un organismo. Aunque la mayoría de los genes se transcriben a ARN mensajero, responsable de la producción de proteínas, algunas secuencias de ADN se transcriben a ARN no codificador de proteínas, como el ARN ribosómico o el ARN de transferencia, con otras funciones celulares.

Las bases de nucleótidos del ADN que codifican la estructura de los ARN y de las proteínas, no son los únicos componentes de los genes; otros grupos de bases adyacentes a las secuencias codificadoras afectan a la cantidad y disposición de los productos de los genes: son las regiones reguladoras. Estas regiones permiten al organismo responder a señales de otras partes del genoma o del ambiente celular, de modo que la unión de proteínas reguladoras codificadas por estas regiones favorece o evita la transcripción del gen y, por tanto, incrementa o disminuye la producción de proteínas en determinados momentos. Además, muchos genes se encuentran constituidos por regiones codificantes (exones) interrumpidas por regiones no codificantes (intrones) que son eliminadas en la formación del ARN.

En los cromosomas bacterianos, los genes codificadores de algunas enzimas que intervienen en funciones relacionadas, se localizan, en muchas ocasiones, uno junto a otro y se regulan y transcriben de una forma coordinada, constituyendo una unidad de transcripción denominada operón.

Por último, hay que considerar que los genes no están situados siempre de forma contigua en el ADN, sino que separando los genes existe una gran cantidad de ADN (variable según los distintos genomas), que se conoce como región intergénica. Muchas veces las regiones reguladoras de un gen se sitúan alejadas del propio gen sobre el que ejercen su función, intercaladas con regiones intergénicas, aunque siguen considerándose partes funcionales del gen. En muchos organismos eucariotas estas regiones intergénicas están constituidas por ADN repetitivo, es decir, unidades que se repiten a lo largo del genoma. Este tipo de ADN también puede formar parte de los intrones. En los organismos superiores, las secuencias no codificadoras superan en número de diez o más a las codificadoras, y las funciones de estas regiones son muy poco conocidas.

Duplicación

LA REPLICACION DEL ADN

El proceso de replicación de ADN es la base de la herencia del material genético. Se basa en la separación de las dos cadenas complementarias del ADN (molécula madre) y la formación de dos nuevas cadenas (moléculas hijas) que entran en contacto, cada una de las cuales es complementaria de cada una de las cadenas de la molécula madre.

Este tipo de duplicación de ADN se llama replicación semiconservativa del ADN, porque cada una de las dos moléculas hijas contiene la mitad de la molécula madre. Este tipo de duplicación semiconservativa se puede realizar porque la secuencia de las bases que la constituyen ha sido conservada, de forma que la secuencia de cada molécula madre sirve de molde para formar la secuencia de las dos moléculas hijas.

En toda célula que va a dividirse la cromatina debe duplicarse para repartirse por igual en cada una de las células hijas. Cada cromátida del ADN tiene solamente una doble hélice, y presenta una cadena vieja (procedente de la molécula madre) y otra recién sintetizada. La replicación del ADN es la capacidad que tiene para hacer réplicas.
Proceso

Iniciación La iniciación de la replicación del ADN comienza siempre en una secuencia específica de nucleótidos conocida como origen de replicación, en el que hay un gran contenido de adenina y timina. Requiere una serie de proteínas iniciadoras especiales (proteínas desestabilizadoras de la hélice) y enzimas conocidas como girasas que desenrollan la doble helice debido a unos cortes que puede realizar permitiendo asi la entrada del complejo enzimatico para que este encuentre el origen de la replicacion, helicasas, que rompen los puentes de hidrógeno abriendo la hélice, formándose las horquillas de replicación, una a cada lado de la burbuja a que da lugar la separación de las ramas del ADN. Una vez abierta la cadena de ADN se unen otras proteínas adicionales (conocidas como proteínas de unión a cadena) denominadas SSB que no permiten que el ADN se vuelva a naturalizar o forme estructuras secundarias (también intervienen otras enzimas denominadas topoisomerasas) evitando que se retuerzan y formen superenrrollamientos cortando una o ambas hebras del ADN aliviando los superenrrollamientos.

Elongación

Replicación de ADN. Durante la Inicicaión de la replicación, la doble hélice de ADN (en azul en la figura) se abre por acción de una helicasa. A continuación, una molécula de ADN polimerasa (en verde) se une a una de las hebras de ADN. SE mueve recorriendo la hebra usándola como molde para ir sintetizando la cadena líder (en rojo), añadiendo nucleótidos y recomponiendo la doble hélice. Una segunda molécula de ADN polimerasa I (en verde) se une a la otra hebra y recorre esta hebra sintetizando el ADN de la cadena retardada de forma discontinua en forma de fragmentos de Okazaki. Otra enzima, ADN ligasa (en violeta), va uniendo los polinucleótidos de los fragmentos de Okazaki entre sí recomponiendo la integridad de la cadena retardada.
En el siguiente paso, las enzimas llamadas ADN polimerasas catalizan la síntesis real de las nuevas cadenas añadiendo nucleótidos sobre el molde. Esta síntesis se da bidireccionalmente desde cada una de las horquillas que se replican, en sentido opuesto dentro de cada burbuja. Cuando dos horquillas de replicación adyacentes se encuentran, es decir, cuando dos burbujas se tocan, se fusionan; y cuando todas se han fusionado todo el cromosoma ha quedado replicado longitudinalmente.

La ADN polimerasa sintetiza las nuevas cadenas, complementarias a cada una de las cadenas primitivas (de la célula madre), pero sólo es capaz de sintetizar nuevo ADN en sentido 5´ → 3´ partiendo de un ARN corto específico llamado ARN cebador -molécula formada por nucleótidos de ARN catalizados por ARN primasas- que determina el punto por donde la ADN polimerasa comienza a añadir nucleótidos, continuando por la cadena de ADN de molde en la dirección 5' → 3'.

Durante la síntesis, en cada horquilla de replicación, se van formando dos copias nuevas, sobre cada una de las dos hebras de ADN que se separaron en la fase de iniciación. Uno de los extremos del cebador queda con el 5´ libre final, y la ADN polimerasa necesita partir con un 3´ libre; debido a esta unidireccionalidad de la ADN polimerasa, la replicación es continua en una de las ramas (cadena líder o adelantada), la que se sintetiza sobre el extremo 3´ libre; mientras que en su antiparalela (cadena retardada o retrasada) es discontinua, fragmentada (Fragmentos de Okazaki) (siempre 5´ a 3´).
Para iniciar la síntesis de cada fragmento de Okazaki se necesita el ARN cebador que deja un extremo 3´ libre, que es usado por la ADN polimerasa para añadir nuevos nucleótidos a continuación.

Terminación Cuando una ADN polimerasa hace contacto con el extremo de otro fragmento de Okazaki contiguo el ARN cebador de este es eliminado y otra enzima, la ADN ligasa, conecta los dos fragmentos de Okazaki de ADN recién sintetizado, catalizando las reacciones de condensación que unen los grupos fosfato y azúcar de los nucleótidos contiguos y así, una vez unidos todos los fragmentos de Okazaki se completa la doble hélice de ADN.
Ecuación química El proceso se puede resumir en una ecuación química.
(DNA)n + dNTP ↔ (DNA)n+1 + PPi

Los nucleótidos (dNTP) que se usan en la replicación del ADN contienen tres fosfatos unidos al grupo azúcar, como el ATP y se nombran de forma semejante, CTP, TTP y GTP. A diferencia de la mayoría de procesos biológicos que ocurren en la célula en los que sólo se separa un grupo fosfato (Pi), durante la replicación se separan los dos últimos grupos fosfato, en forma de grupo pirofosfato (PPi).

Cromosomas

Los cromosomas son las estructuras físicas de la célula eucariota que portan los genes (unidades de información hereditaria). Estos cromosomas sólo son visibles durante la división celular. Mostrando a plenitud sus características morfológicas durante la metafase.

La dotación cromosómica humana es de 23 pares, los cuales se clasifican en 22 pares de autosomas y un par de cromosomas sexuales o gonosomas (XX en la mujer y XY en el hombre). Los miembros de cada par son semejantes y se denominan homólogos.

Desde el punto de vista de su composición los cromosomas están formados de DNA y proteínas, donde principalmente con las proteínas básicas llamadas histonas, se forma la llamada fibra de cromatina. Esta cromatina se encuentra de manera descompactada cuando la célula se encuentra en interfase, razón por la cual los cromosomas no están visibles; pero al momento del comienzo de la profase de la división celular esta fibra va sufriendo un superenrrollamiento que va progresivamente estructurando las dos cromátidas hermanas que forman un cromosoma mitótico metafásico.

Las alteraciones en el número o la estructura de los cromosomas producen en los individuos que las portan graves consecuencias en la información heredada. Un ejemplo de ello es el síndrome de Down, en el cual, los individuos afectados tienen 47 cromosomas en lugar de 46. El cromosoma extra es un cromosoma pequeño que recibe el número 21, por lo que en la actualidad se ha indicado que es más correcto denominar al padecimiento como trisomía 21. Los signos y síntomas más característicos de los afectados son: retraso mental severo, facies características que incluye ojos oblicuos, cara redonda, occipital aplanado, mandíbula inferior estrecha e implantación baja de las orejas y pelo.

Existen también graves malformaciones en varios aparatos y sistemas, pero vale la pena señalar que son las alteraciones cardiacas las que comprometen más la vida del individuo. Para entender qué es el síndrome de Down y cómo se produce debemos conocer algunas características de las células que expondremos de forma sencilla.

Todos los seres vivientes están formados por una o más células. Toda célula se origina de una célula preexistente. Las células contienen información hereditaria que pasa de una generación a otra. Lo primero a tener en cuenta es que el cuerpo humano, como el de todo ser vivo, está compuesto por células. Cada tipo de célula tiene formas específicas dependiendo del tejido del que forma parte o de la función de cada tipo de célula. Una célula es un organismo complejo del cual destacaremos el núcleo. Todo lo existente entre el núcleo y la membrana se denomina citoplasma.

Todo núcleo celular contiene cromosomas. Los cromosomas son los elementos que transmiten las características de la célula y por tanto, son responsables de las formas y funciones específicas. Así, al duplicarse una célula, transmite esta información como herencia. Los cromosomas están distribuidos por el núcleo a manera de una redecilla de filamentos o hilos largos que de conjunto es conocida como "cromatina". Los cromosomas tienen este nombre porque en ciertas fases de la división celular pueden teñirse y así ser fácilmente vistos por el microscopio. Cuando se tiñen pueden ser vistos como filamentos que presentan bandas oscuras y claras: Cada cromosoma está hecho de una larga y enrollada molécula de ADN.

El ADN o ácido desoxiribonucleico es una molécula grande compuesta de dos largas cadenas enrolladas una sobre la otra en forma helicoidal; cada cadena tiene a todo lo largo unas estructuras químicas pequeñas que se llaman bases nitrogenadas. El orden concreto y secuencia de estas bases nitrogenadas dentro de la larga cadena del ADN constituyen la "marca" o código exclusivo de cada individuo que le distingue de cualquier otro, y la base química molecular de los caracteres y rasgos propios de cada individuo que se transmiten de padres a hijos.

En la foto de abajo vemos dos cromosomas unidos por el centrómero, en conjunto se les llama cromatidas hermanas o cromosomas homólogos. Como puede advertirse en la estructura del ADN , existe en la misma una secuencia de pares de sustancias que enlazan las hélices, esas sustancias son las bases nitrogenadas: Adenina, citosina, guanina y timina. Es esa secuencia de sustancias la portadora de la información que hace que existan diferentes tipos de células, tejidos, órganos. Esta información es la que induce y controla la división de las células, su crecimiento y función. Es el "plan" que rige el desarrollo de los seres vivos. Son los Genes (del griego genos = nacimiento, raza; del latín genus = raza, origen): segmentos específicos de ADN que controlan las estructuras y funciones celulares; los genes son las unidades funcionales de la herencia y hay miles en cada cromosoma.

Cada especie de los seres vivos tiene su propio código genético soportado por su peculiar estructura cromosómica. En general, el tamaño, la forma y la composición de cada estructura cromosómica es diferente de una especie a otra. Si la composición cromosómica de un ser vivo se arregla de acuerdo a semejanzas entre sus elementos se obtiene un patrón llamado "cariotipo" que caracteriza a la especie. Esto quiere decir que si se estudia el cariotipo de un ser vivo podemos obtener información de las características de sus cromosomas. Un cambio en el cariotipo típico de un individuo de cualquier especie viva estará asociado siempre a diferencias con otros individuos de la misma especie.

Al estudiar los cromosomas de diferentes especies de los seres vivos, se observa que sus cromosomas varían tanto en forma como en estructura y número. El "cariotipo" es el resultado de examinar el contenido de cromosomas de las células y ordenarlos en parejas de homólogas de acuerdo básicamente a sus longitudes y posición del punto de unión de sus ramas. Para su identificación, los científicos enumeran los pares cromosómicos. Para el humano, del 1 al 23 de acuerdo con el tamaño de sus brazos largos y otras características.

Traducción

ELEMENTOS DE LA TRADUCCIÓN

En la traducción los nucleótidos se leen de tres en tres y no solapadamente, tres nucleótidos codifican un aminoácido, y las proteínas siempre se sintetizan desde el extremo amino al carboxilo siendo el primer aminoácido (aa) metionina siempre. Al complejo formado por los ribosomas en la traducción se llama polisoma o polirribosoma. Para la traducción se necesitan: aa-ARNt, factores de iniciación IF1, IF2, IF3, mRNA, GTP, Mg, peptidil-transferasa, factores de elongación EF-TU, EF-TS, EF-G, codón stop y factores de terminación RF1, RF2 y RF3. El ARNt contiene el anticodón que es la secuencia complementaria del codón del ARNm y que es la que reconoce el aa a poner.

TRADUCCIÓN

La traducción es el proceso por el cual un molécula de ARN mensajero se transforma en una secuencia de aminoácidos (proteínas/enzimas).
Iniciación
Hay un único codón que codifica para metionina. Pero hay dos tRNA: tRNAfMet y tRNAMet en los que el primero es el que se usa cuando AUG representa el codón de inicio y el segundo para AUG en posiciones interiores. La subunidad pequeña ribosómica se fija al factor de iniciación IF3 que impide que las dos subunidades se fijen. Para esto ayuda IF1. Se fija el mRNA a la subunidad de tal forma que AUG se sigua en el lugar preciso, junto con él se fijan IF2 y GTP. AUG es conducido a la posición correcta en la subunidad gracias a que se reconoce una señal iniciadora (Shine-Dalgarno) que es rica en purinas y se emparejan las bases del rRNA 16 S con esta secuencia. Así se posiciona correctamente AUG. En eucariotas, la subunidad pequeña se une al casquete y corre hasta el AUG. Los ribosomas tienen dos sitios el sitio A (aminoacilo) y el sitio P (peptidilo). En P se posiciona AUG que es el único sitio en el que se puede posicionar el f-Met-tRNAfMet. Ahora se libera IF3, y la unidad mayor se acopla hidrolizando GTP y liberando IF1 y IF2.

Elongación

El ciclo de elongación se produce en tres pasos: entrada, enlace peptídico y traslocación. Los factores de elongación catalizan: EF-G la traslocación, EF-TS desplaza GTP de EF-TU y EF-TU forma el complejo aa-tRNA. Ya tenemos fijada la formilmetionina y el siguiente paso es el primero de la elongación. El segundo aa-tRNA entra fijado a EF-TU que también contiene GTP unido. Este aa-tRNA se une al sitio A del ribosoma cosa que va acompañada de la hidrólisis de GTP y entonces EF-TU-GDP abandona el ribosoma. Se regenera entonces el GDP mediante EF-TS que quita a GDP para hacer hueco a GTP y de nuevo comenzar este ciclo. A continuación se produce un desplazamiento nucleofílico del tRNA del stio P por el grupo amino de un tRNA situado en A. El aminoácido se transfiere al sitio A y queda el tRNA libre en P, se produce una transpeptidización que cataliza la subunidad grande, el centro activo es peptidil-transferasa. El tercer paso o translocación consiste en que el ribosoma se traslada un codón hacia el extremo 3' del mRNA utilizando energía proporcionada por la hidrólisis de GTP unido a EF-F. Así se deja el stio A libre y el dipeptidil-tRNA está en P.
TerminaciónPara la terminación de las cadenas es fundamental la presencia de los factores de terminación. RF3 se une a GTP y estimula la unión al ribosoma deRF1 y RF2 que actúan a nivel de A. Entonces se hidroliza el enlace éster entre el polipéptido en crecimiento y el tRNA del sitio P y se libera el polipéptido acabado. Posteriormente se libera el ribosoma, el mRNA y el tRNA desacilado y el factor de liberación RF3.