Las Bases Cromosómicas de la Herencia

Las Bases Cromosómicas de la Herencia Capitulo 16 Patrones de Herencia Dr. Monterrubio Mendel falleció en 1884, mientras su artículo sobre los guisa

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Las Bases Cromosómicas de la Herencia Capitulo 16 Patrones de Herencia Dr. Monterrubio

Mendel falleció en 1884, mientras su artículo sobre los guisantes acumulaba polvo en las bibliotecas. En ese tiempo la naturaleza física y la localización de los factores hereditarios (genes) era un completo misterio. La idea de que las células vivas tenían una substancia responsable de la transmisión de los caracteres hereditarios fue propuesta para 1883 por Weismann y Nägeli Varias décadas después de la muerte de Mendel , Walter Flemming observaba delgados hilos (los cromosomas) en las células en división. Dr. Monterrubio

En 1887 se descubrió la meiosis y se observó que los gametos tenían la mitad de los cromosomas de un huevo fecundado En ese año Agust Weismann propuso la hipótesis de que el número de cromosomas se restaura durante la fecundación En 1900 los investigadores encontraron el artículo de Mendel y sus resultados fueron confirmados

En las siguientes décadas los investigadores fueron aprendiendo que la información hereditaria del ADN cromosomal da lugar a caracteres o rasgos que definen a un organismo Dr. Monterrubio

Ahora sabemos que los genes estan en los Cromosomas

- Los “Factores Hereditarios” de Mendel son genes - Los genes están en cromosomas Pueden ser localizados en los cromosomas usando colorantes fluorescentes Dr. Monterrubio

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La Herencia Mendeliana tiene sus bases físicas en el comportamiento de los cromosomas

Teoría Cromosómica de la Herencia establece: – Los Factores Mendelianos (genes) tienen “locis” (posiciones) específicos en los cromosomas – Los cromosomas experimentan “segregación” y “distribución independiente” y dan cuenta de los patrones de herencia Mendeliana

El mecanismo para las Leyes de Mendel es la Dr. Monterrubio Meiosis

El mecanismo para las dos Leyes de Mendel es la Meiosis P Generation

Green-wrinkled seeds ( yyrr)

Yellow-round seeds (YYRR)

Y

Y ó y =color R ó r= forma

Y R R

ry



y

r

y

r

Meiosis

Gametes

R Y Fertilization

All F1 plants produce yellow-round seeds (YyRr)

El material hereditario esta organizado en unidades (genes) que retienen su identidad y son separados para su distribución en los gametos Dr. Monterrubio

?

Durante cúal fase de la división celular ocurre físicamente la primera ley de Mendel?

a) Mitosis b) Meiosis I c) Meiosis II d) Solo b y c

Diploid cell

Heterozygous (Tt) cell from a tall plant

T

t

t T

t

T

Homologues paired with each other t

Sister chromatids

t

Meiosis I

T

T

Meiosis II Four haploid cells Dr. Monterrubio

t

t

T

T

La segunda Ley de Mendel: “Distribución independiente” también se observa en la meiosis durante Meiosis I Heterozygous diploid cell (YyRr) to undergo meiosis

Heterozygous diploid cell (YyRr) to undergo meiosis

Y

y r

r R

R

y

Y

y

y Y

Metaphase I (can occur in different ways)

Y

y

Y

Y

y

or R

y

r R

r

y

R

Y

R

r

y R

R

Y

r

r

Y r

Dr. Monterrubio

y

R

Y R

r

Y

R

Y R

Y

r R

r

Y R

y

r

y r

r

El material hereditario esta organizado en unidades (genes) que retienen su identidad y son separados para su distribución en los gametos Y ó y =color All F1 plants produce yellow-round seeds (YyRr)

R ó r= forma F1 Generation

R r

Y

R

r

Y

y

y

y

Y

4

YR

R

Y

y

Anaphase I

y

1

r

Metaphase I

Y

R

Y

r

R

r

R

LAW OF INDEPENDENT ASSORTMENT Alleles of genes on nonhomologous chromosomes assort independently during gamete formation.

y

Meiosis

R

Y

R r

Y

LAW OF SEGREGATION The two alleles for each gene separate during gamete formation.

Gametes

y

Metaphase II

y r

r 1

4

yr

r

R

Y

y

r

R

Y

y Y

Y r

r 1

4

Yr

y

y R

R 1

4

yR

3

Al finalizar la meiosis los genes que se encuentran en pares de cromosomas homologos han sido distribuidos en los gametos, de manera independiente a los pares de genes de otros cromosomas

Experimento de Thomas Hunt Morgan

• Primera evidencia sólida de que los genes están asociados a cromosomas • Morgan trabajo con Drosophila melanogaster, la mosca de la fruta y demostró que los “factores hereditarios de Mendel” estaban en los cromosomas

Dr. Monterrubio

Organismos experimental elegido para los experimentos de Morgan • Ventajas para experimentos genéticos de la Drosophila – Se reproducen a una tasa elevada – Se puede obtener una nueva generación cada 2 semanas – Tienen solo 4 pares de cromosomas – Fácil de mantenerlas – Caracteres contrastados

Dr. Monterrubio

Morgan noto: • Tipo salvaje o normal, tiene fenotipos que son comunes en la población de moscas • Caracteres alternos del tipo salvaje son llamados fenotipos mutantes

Tipo salvaje

Dr. Monterrubio

Fenotipos mutantes

Correlacionando el comportamiento de los alelos de un Gen con el comportamiento de un par de cromosomas Morgan cruzo moscas machos de ojos blancos (mutantes) con hembras de ojos rojos (tipo salvaje) EXPERIMENT P Generation

F1 Generation

Dr. Monterrubio



All offspring had red eyes

F1 = todos de ojos rojos

F2 tuvo un radio para los ojos de 3:1 rojo:blanco Pero solo los machos tenían ojos blancos RESULTS F2 Generation

•Morgan determinó que el alelo para ojos blancos mutantes debía estar localizado en el cromosoma X

•Estos hallazgos de Morgan apoyan la Teoría Cromosómica de la Herencia Dr. Monterrubio

Morgan determinó que el alelo para ojos blancos mutantes debía estar localizado en el cromosoma X CONCLUSION P Generation

w +

X X



w +

w

X Y

w

Eggs F1 Generation

Sperm w +

w +

w +

w

w +

Eggs F2 Generation

w +

Sperm w + w

w w + Dr. Monterrubio

w + w

Los genes unidos al sexo tienen un patron de herencia particular

• En Humanos y otros animales la determinación del sexo tiene una base cromosómica 2 variedades de cromosomas - Cromosoma X es grande - Cromosoma Y es pequeño Sólo los extremos del cromosoma Y son homólogos al cromosoma X

Y: - gene maestro SRY que determina el desarrollo de testículos (su ausencia produce ovarios) - 78 genes para 25 proteinas necesarias para la función testicular

Las Hembras son XX, y machos son XY •Cada óvulo contiene un X y cada esperma contiene un cromosoma X o un Y 44 + XY 22 + 22 + or X Y

Sperm

Parents

+

44 + XX 22 + X

Egg

44 + 44 + or XX XY Zygotes (offspring)

(a) The X-Y system Dr. Monterrubio

Otros animales tienen diferentes metodos de diferenciacion del sexo Sistema X0 22 + XX

22 + X

(b) The X-0 system

Algunos insectos tienen solo un cromosoma X (Grillos, cucarachas, etc.) Hembras XX y machos X0 Dr. Monterrubio

Sistema Z-W 76 + ZW

76 + ZZ

(c) The Z-W system

Aves, algunos peces y algunos insectos el cromosoma sexual del óvulo determina el sexo de los descendientes. Hembras son (ZW) y machos (ZZ) Dr. Monterrubio

Sistema diploide-haploide 32 (Diploid)

16 (Haploid)

(d) The haplo-diploid system Abejas y hormigas no tienen cromosomas sexuales Hembras se desarrollan de óvulos fecundados (diploides) Machos se desarrollan de óvulos sin fecundar (haploides) !No tienen Padre! Dr. Monterrubio

Herencia de genes unidos al sexo

• Cromosomas sexuales también tienen genes que no están relacionados con el sexo • Un gen localizado en un cromosoma sexual, se dice que es unido al sexo • En humanos generalmente se refiere a un gen en el cromosoma X

Dr. Monterrubio

Genes unidos al sexo tienen patrones de herencia particulares (herencia ligada al sexo) • Para que un caracter recesivo unido al sexo sea expresado: – Una hembra necesita 2 copias del alelo (homocigota recesiva) – Un macho necesita una sola copia del alelo. Tienen solo un X por tanto no se aplica lo de homocigoto o heterocigoto (se dice hemicigoto; alelo solo de la madre) Por ello los desordenes recesivos unidos al sexo son mas comunes en hombres Las Hembras tienden a ser portadoras, sin embargo las homocigotas recesivas padecerán la enfermedad

I. Herencia ligada al sexo - Cromosoma X con genes que no tiene el cromosoma Y - Hombres expresan todos los genes del cromosoma X

*Xy

hijas son portadoras

* Gen defectuoso

XX *XX

Xy

*Xy

Hombres siempre experimentan la condición

Alelos recesivos para el cromosoma X Cromosoma Y no tiene esos alelosDr. Monterrubio

Algunos desordenes causados por alelos recesivos en cromosoma X en humanos a) Daltonismo (Color blindness) - Frecuencia 8% en caucásicos - No pueden diferenciar algunos o todos los colores - Individuos con ceguera al rojo o al verde ven varios tonos de gris - Generalmente hombre afectado mujer heterocigota (portadora)

Dr. Monterrubio

Daltonismo (Ceguera a los colores) N= alelo dominante (visión normal llevada en el cromosoma X) n = alelo recesivo (ceguera a los colores) XNXN



Sperm Xn

Xn Y

Y

Eggs XN XNXn XNY XN

XNXn XNY

(a)

Padre daltónico Hijas portadoras Hijos normales Dr. Monterrubio

XNXn

Sperm XN



XNY

Sperm Xn

Y

Eggs XN XNXN XNY Xn

XNXn

Xn Y

Y

Eggs XN XNXn XNY

Xn XN Xn Y

(b) Macho 1 copias



Xn

(c)

Madre portadora 25% Hijas portadoras 25% Hijos daltónico 50% Hijos normales

Xn Xn Xn Y

Hembra 2 copias

Madre portadora Padre daltónico 25% Hijas portadoras 25% hijas daltónico 25% Hijos daltónico

b) Distrofia Muscular (Duchenne) Pierden distrofina una proteina de músculo

-USA 1 de cada 3,500 hombres (Amish 1 de cada 100) -Progresivo debilitamiento y perdida de músculo (confinados a silla de ruedas) -Mueren cerca de los 20 años (dificultad respiratoria)

Dr. Monterrubio

c) Hemofilia - Deficiencia de proteínas para coagulación sanguínea - Hemorragias y desangramiento - 1 de cada 10,000 hombres

-Se disemino en las familias reales Europeas Reina Victoria fue una notable portadora Dr. Monterrubio

-Se casaban entre reyes para hacer alianzas

Inactivación del cromosoma X en mamíferos hembras • Uno de los dos cromosomas X de cada célula se inactiva al azar durante el desarrollo embrionario

Barr body

Active X chromosome

• El cromosoma inactivo se condensa y forma el cuerpo de Barr • La inactivación del X ocurre al azar en cada una de las células. Entonces las hembras tienen dos tipos de células dependiendo de cual X se inactivo (el del papá o el de la mamá) • Hembra heterocigota expresa un alelo en una célula y el alterno en otra célula. Esto produce mosaiquismo. En humanos por ejemplo mutación en X previene el desarrollo de glándulas sudoríparas. Mujeres tiene parches de piel con y sin glándulas. Dr. Monterrubio

X chromosomes

Mosaiquismo. Si la hembra es heterocigota para un caracter particular localizado en el cromosoma X, ella tendrá un mosaico de caracteres

Dr. Monterrubio

Allele for orange fur

Early embryo: Allele for black fur

Two cell populations in adult cat: Active X

Cell division and X chromosome inactivation

Active X

Inactive X Black fur

Orange fur

Desordenes también en cromosomas Autosómicos Muchos desordenes genéticos se heredan de manera recesiva Gen

Enzima normal

Fenotipo normal

Enzima defectuosa

Fenotipo alterado

Mutación Gen

Parents Normal Normal  Aa Aa

Homocigoto AA = 2 genes normales

Heterocigoto = portador normal

Aa

Sperm

suficiente enzima para fenotipo normal

aa

A

mutado

Solo aparece la condición en homocigoto recesivo

Eggs

a

A

AA Normal

Aa Normal (carrier)

a

Aa Normal (carrier)

aa Albino

II. Desordenes Autosómicos Recesivos

a) Enfermedad de Tay-Sach Enzima defectuosa involucrada en la degradación de lípidos Mutacion en gen del cromosoma 15

Lípidos se acumulan en cerebro

-retraso mental -Ceguera -Sin control motriz -Muerte en niños

Frecuente en judios

25% de probabilidad de tener hijo afectado Determinación en el feto por amniocentesis Dr. Monterrubio

Retina de paciente con Tay-Sach

Amniotic fluid withdrawn Centrifugation

Fetus

Fetus

Placenta

Placenta Cervix

Uterus

Fluid Fetal cells

Aumenta riesgo de aborto de 1 a 2%

BioSeveral chemical hours tests Several weeks

Several weeks (a) Amniocentesis Dr. Monterrubio

Karyotyping

Suction tube inserted through cervix

Chorionic villi

Several hours

Several hours

Fetal cells

Riesgo de aborto de 0.3%

(b) Chorionic villus sampling (CVS)

b) Fibrosis cística (cistifibrosis) - Recesivos sufren la enfermedad, heterocigotos son portadores - 1/20 personas (muy frecuente) - canal de Cl- defectuoso por lo que el transporte de este ion es afectado y en consecuencia se pierde agua que se acumula en las vías respiratorias junto con mucosidad Afecta pulmón y páncreas y mueren jóvenes

c) Anemia Falciforme - Recesivos sufren la enfermedad, heterocigotos son portadores - Hemoglobina defectuosa en un solo aminoácido -Células en forma de hoz -Frecuente en africanos y Dr. Monterrubio afroamericanos

III. Desordenes Autosómicos Dominantes Menos frecuentes porque los individuos mueren antes de la edad reproductiva. Se hereda 3:1

a) Enfermedad de Huntington (alelo dominante en cromosoma 4) -Deterioro progresivo del sistema nervioso -Problemas motores -Alteración de la personalidad -Muerte Maracaibo Venezuela, se casan entre grupos de individuos en una comunidad cerrada y la frecuencia es 1 de 5 personas No se sabe que se tiene la enfermedad hasta que uno llega a la edad adulta (ya tiene hijos) Se ha aislado un gen con la posibilidad de hacer disgnostico Dr. Monterrubio temprano

b) Acondroplasia Frecuencia 1/25,000 Heterocigoto (Dd) con acondroplasia Homocigoto (DD) muerte del embrión Parents Dwarf Normal  Dd dd Eggs

D

Sperm

d

d

Dd Dwarf

dd Normal

d

Dd Dwarf

dd Normal

Dr. Monterrubio

Las alteraciones del número y estructura de los cromosomas causa desordenes genéticos • Alteraciones a gran escala en los cromosomas causan abortos espontáneos generalmente

Número anormal de cromosomas • No-disyunción = pares de cromosomas homólogos no se separan normalmente durante la meiosis • Gametos reciben: – 2 o mas del mismo cromosoma – o ninguna copia

Dr. Monterrubio

No-disyunción Meiosis I

Nondisjunction

Meiosis II

Nondisjunction

Gametes

n+1

n+1

n–1

n–1

n+1

n–1

n

n

Number of chromosomes

(a) Nondisjunction of homologous chromosomes in meiosis I Dr. Monterrubio

(b) Nondisjunction of sister chromatids in meiosis II

• Aneuploidia = resulta de la fecundación de gametos donde ocurrio no-disyunción – Desendientes con la condición, tienen un número anormal de cromosomas

• Monosomia= cigoto tiene solo una copia de un cromosoma particular (2n-1) • Trisoma = cigoto tiene tres copias de un cromosoma particular (2n+1)

Dr. Monterrubio

• Poliploidia = condición en la que los organismos tiene mas de dos sets completos de cromosomas – Triploide (3n) = 3 “sets” de cromosomas – Tetraploide (4n) = 4 “sets” de cromosomas

Mamífero tetraploide

Dr. Monterrubio

Desordenes en el humano debido a alteraciones de los cromosomas • Individuos tiene un grupo de síntomas o síndrome característico de la aneuploidia

Down Syndrome (Trisomia del par 21) - En USA 1/700 niños (frecuencia incrementa con la edad de la madre) - Débil tono muscular - Boca pequeña (abierta porque no puede acomodar la lengua grande - Parpados rasgados - Malformaciones cardiacas - Baja resistencia a enfermedades - Retraso mental Dr. Monterrubio

Aneuploidia de Cromosomas Sexuales No-disyunción produce aneuploidia

Sindrome de Klinefelter (1/1000) Síndrome de Klinefelter - Desarrollo parcial de senos - Ensanchamiento de la cadera - Testículos y pene pequeños - Estériles - Déficit mental - baja testosterona - sin vello facial ni corporal

Mas altos que el promedio (extremidades mas largasDr. Monterrubio

Aneuploidia de Cromosomas Sexuales Sindrome de Turner (45,X0) -1/5000 mujeres - única monosomia en humanos - Hembras estériles - Sin menstruación y sin senos - Sin ovarios funcionales - Baja estatura (1.30mts) - Pliegues en el cuello

Trisomia 47,XXX -1/1000 mujeres - Inteligencia por debajo del promedio - fértiles (hijos normales) Dr. Monterrubio

Trisomia 47, XYY (1/1000) - Inteligencia por debajo del promedio - Estatura muy alta (arriba de 1.80mts) - Algunos con retraso mental leve - Se les ha vinculado con la violencia (en carceles)

Dr. Monterrubio

Alteracions de la Estructura del Cromosoma Rompimiento puede producir 4 tipos de cambios:

Deleción remueve segmentos del cromosoma (a)

A B C D E

F G H

Deletion

A B C E

F G H

Duplicación repite segmentos (b)

A B C D E

F G H

Duplication

A B C B C D E

F G H

Inversión invierte segmentos dentro de un cromosoma (c)

A B C D E

F G H

Inversion

A D C B E

F G H

Translocación mueve un segmento de un cromosoma a otro

(d)

A B C D E

F G H

M N O C D E Reciprocal translocation

M N O P Q

Dr. Monterrubio

R

A B P Q

R

F G H

Desordenes causados por Alteraciones estructurales de los cromosomas • Sindrome de “cri du chat (“maullido de gato) delecion del cromosoma 5 - Niños con retraso mental - Mueren muy jovenes - Niños lloran parecido al maullido de un gato (alteracion en la laringe)

Dr. Monterrubio

Algunos canceres son causados por translocaciones de cromosomas (leucemia mielogénica cronica) Normal chromosome 9

Normal chromosome 22

Reciprocal translocation

Translocated chromosome 9

Translocated chromosome 22 (Philadelphia chromosome)

Dr. Monterrubio Cromosoma Filadelfia - Primer cromosoma anormal relacionado con el cancer - Nombrado en honor a la ciudad donde fue descubierto

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