Genética general

ADN

Introducción

• ADN. Desde el punto de vista bioquímico, el ADN es una molécula de ácido nucleico, constituida por una sucesión ordenada de nucleótidos

• Ácido nucleico. Polímero formado por la unión de nucleótidos (monómeros)

• Nucleótido. Molécula orgánica formada por tres componentes: – azúcar tipo pentosa (en el caso de ADN, desoxirribosa) – Grupo fosfato – base nitrogenada

Bases nitrogenadas – Son compuestos cíclicos con nitrógeno (ANILLOS NITROGENADOS) que forman parte de los nucleótidos – Hay dos grupos de bases nitrogenadas: • Púricas (purinas). Compuestas por dos anillos nitrogenados, uno hexagonal y otro pentagonal. Son la Adenina (A) y la Guanina (G) • Pirimidínicas (pirimidinas). Un único anillo hexagonal. Son la Citosina (C), Timina (T) y Uracilo (U)

– Los nucleótidos que conforman el ADN sólo presentan 4 tipos de bases nitrogenadas; ADENINA (A), GUANINA (G), CITOSINA (C) Y TIMINA (T)

ADN. Bases nitrogenadas

ADN. Bases nitrogenadas

Timina sólo en ADN

Uracilo sólo en ARN

Nucleótidos – Como ya se ha explicado, un nucleótido consiste en: • Una base nitrogenada (A, G, C, T en el ADN) • Un azúcar de 5 carbonos (desoxirribosa en el ADN) • Un grupo fosfato

– Son las subunidades de los ácidos nucleicos (subunidades del ADN) – Los nucleótidos se unen entre sí mediante enlace fosfodiester dando lugar a ácidos nucléicos

ADN. Nucleótidos

ADN. Ácidos nucleicos

Enlaces fosfodiéster

ADN – El ADN es un ácido nucleico de doble hebra helicoidal (doble cadena helicoidal) – Es por tanto necesario unir dos hebras (dos cadenas) de ácidos nucleicos – Esta unión se produce mediante el apareamiento de bases nitrogenadas complementarias; se une una base púrica de dos anillos de una de las hebras con una base pirimidínica de un solo anillo de la otra hebra – En concreto se forman enlaces de puente de hidrógeno entre A y T por un lado y entre G y C por otro • Enlace A-T (Enlace de puente de hidrógeno) • Enlace G-C (Enlace de puente de hidrógeno)

Enlace de puente de Hidrógeno Adenina Timina

Gen – Un gen es una secuencia de nucleótidos en una cadena de ADN (fragmento de ADN)

CROMOSOMAS

Cromosoma • Los cromosoma son estructuras condensadas formadas por moléculas muy largas de ADN duplicadas y proteínas asociadas • Los cromosomas son resultado de la condensación y repetición de la cromatina durante la mitosis y meiosis (durante la interfase) • Componentes de un cromosoma – Dos cadenas de ADN condensadas – Histonas unidas a la fibra de ADN formando nucleosomas – Proteínas no histonas. Regulan y ejecutan procesos de transcripción y replicación de ADN

Cromosoma

Cromosoma • Partes de un cromosoma – Cromátidas (2). Cada uno de los filamentos de cromatina que se encuentran repetidos. Cada cromátida es copia de la otra (información genética duplicada) – Centrómero. Punto de unión de las dos cromátidas. En cada cromátida el centrómero define dos regiones denominadas brazos. – Cinetocoro. Proteínas situadas en el centrómero y que colaboran con el movimiento de cromosomas – Telómeros. Extremos redondeados de los cromosomas

Cromosoma • Partes de un cromosoma

Cromosoma • Partes de un cromosoma

Cromosoma • Tipos de cromosomas según la posición del centrómero (que determina la longitud de los brazos)

CARIOTIPO PÁGS. 130-131 LIBRO

Cariotipo • Juego completo de cromosomas de una célula ordenados en función de su tamaño, forma y número durante la mitosis/meiosis • Los cromosomas se representan por parejas de cromosomas homólogos ; cada uno procede de un progenitor. Contienen información para los mismos caracteres pero no necesariamente la misma información • Cabe diferenciar los cromosomas no sexuales (autosomas), que forman parejas entre sí, y los cromosomas sexuales (X e Y) (una pareja)

Cariotipo • Se representan mediante una imagen gráfica (cariograma) que es representativo de cada especie – Ejemplo; cariotipo de cerdo; 18 parejas de cromosomas + pareja de cromosomas sexuales – cariotipo humano; 22 parejas de cromosomas + 1 pareja de cromosomas sexuales (23 parejas  n=23 ; 2n=46)

Cariotipo Cariograma de un cerdo

Cariotipo Cariograma humano

Cariotipo humano • Células somáticas humanas; (23 parejas; n=23 2n= 46 cromosomas) – 22 parejas de autosomas (cromosomas no sexuales) – 2 cromosomas sexuales que pueden formar pareja (XX; mujeres) o no (XY; varones) (DETERMINACION CROMOSÓMICA DEL SEXO)

• Las parejas de autosomas se ordenan del nº1 al nº22, basándose en el tamaño (de mayor a menor tamaño) y la forma • Cromosoma X; portador de genes para características biológicas importantes. Presente en mujeres y hombres • En la mujer (XX), uno de los dos cromosomas X se inactiva (presenta una mancha llamado corpúsculo de Barr), por lo que su dosis génica se iguala con la del hombre (XY) • Cromosoma Y; de pequeño tamaño, solo presente en varones. Contiene un gen que determina la producción de una proteína que activa el desarrollo de testículos en el feto

Cariotipo Cariograma humano masculino

Cariotipo Cariograma humano femenino

Cariotipo humano APLICACIÓN FUNDAMENTAL DEL CARIOTIPO; Permite comparar los cromosomas de un individuo concreto con el patrón cromosómica estándar. De este modo, se pueden detectar anomalías cromosómicas

MUTACIONES

Mutaciones (PAG. 122 L. NUEVO / PÁG. 118 L.VIEJO ) • Mutación; alteración del material genético • Las mutaciones se pueden clasificar según diversos criterios (según células afectadas, según efectos, etc.) • Según células afectadas: – Somáticas. Afectan a células somáticas y no se transmiten con la descendencia – Sexuales. Afectan a gametos. Se transmiten a la siguiente generación

• Según la alteración genética se pueden clasificar las mutaciones en los siguientes tipos: 1. 2. 3.

Mutaciones génicas. Alteración de la estructura química de los genes Mutaciones cromosómicas. Alteración de la estructura de los cromosomas Mutaciones numéricas (genómicas). Alteración del número de cromosomas

Mutaciones

1. Mutaciones génicas • También denominadas mutaciones moleculares, son provocadas por la alteración en la secuencia de nucleótidos de los genes • Suponen un cambio en la estructura química de los genes, que en ocasiones pueden volverse defectuosos • Algunos casos son el albinismo, la hemofilia, daltonismo, etc. (SE ESTUDIARÁN EN DETALLE COMO CASOS ESPECIALES)

Mutaciones

2. Mutaciones cromosómicas (PÁG. 142 LIBRO NUEVO / 138 LIBRO VIEJO )

• Alteración afecta a estructura de los cromosomas • Se modifican los fragmentos en que podría dividirse transversalmente un cromosoma • Tipos: – Deleciones. Pérdida de un fragmento de un cromosoma – Duplicaciones. Un fragmento del cromosoma se encuentra repetido. Este exceso de genes también provoca enfermedades – Inversiones. Fragmento cromosómico se encuentra invertido – Traslocaciones. Fragmentos de distintos cromosomas se intercambian

Mutaciones

2. Mutaciones cromosómicas • Tipos: – Deleción. Pérdida de un fragmento de un cromosoma

Mutaciones

2. Mutaciones cromosómicas • Tipos: – Deleción. Pérdida de un fragmento de un cromosoma. Puede provocar enfermedades como las siguientes:

Mutaciones

2. Mutaciones cromosómicas (PÁG. 142 LIBRO) • Tipos: – Deleciones. Pérdida de un fragmento de un cromosoma. Puede provocar enfermedades como las siguientes:

Cri-du-chat ; Síndrome del maullido del gato

Mutaciones

2. Mutaciones cromosómicas • Tipos: – Duplicación. Un fragmento del cromosoma se encuentra repetido

Mutaciones

2. Mutaciones cromosómicas • Tipos: – Inversión. Fragmento cromosómico se encuentra invertido

Mutaciones

2. Mutaciones cromosómicas (PÁG. 142 LIBRO) • Tipos: – Traslocación. Fragmentos de distintos cromosomas se intercambian

Mutaciones 3. Mutaciones numéricas (pág. 122 l. nuevo / 118 l. viejo) • Alteración afecta al nº de cromosomas, que siempre provoca la aparición de enfermedades • Se detectan fácilmente, al comparar con el cariotipo estándar

• También se pueden clasificar en alteraciones autosómicas y alteraciones en los cromosomas sexuales

Mutaciones

3. Mutaciones numéricas (PÁG 140-141 LIBRO NUEVO / PÁG. 136-137 L.VIEJO) • Alteraciones autosómicas – Afectan al número de cromosomas no sexuales – Las más frecuentes son las trisomías; existe un cromosoma de más (suele afectar parejas de cromosomas pequeños en tamaño) – Causan enfermedades – Ejemplos de trisomías; síndrome de Down, síndrome de Edwards, síndrome de Patau

Mutaciones

3. Mutaciones numéricas • Alteraciones autosómicas

Mutaciones

Factores • Alteraciones autosómicas

Mutaciones

Factores • Alteraciones autosómicas

Mutaciones

3. Mutaciones numéricas • Alteraciones en los cromosomas sexuales – Al afectar a los cromosomas sexuales, unas alteraciones afectan a las mujeres y otras a los hombres – También provocan enfermedades

3. Mutaciones numéricas • Alteraciones en los cromosomas sexuales que afectan a a las mujeres

3. Mutaciones numéricas • Alteraciones en los cromosomas sexuales que afectan a a las mujeres

3. Mutaciones numéricas • Alteraciones en los cromosomas sexuales que afectan a a los hombres

3. Mutaciones numéricas • Alteraciones en los cromosomas sexuales que afectan a a los hombres

Mutaciones

Causas de las mutaciones (PÁG 123 LIBRO nuevo)

Agentes mutagénicos. Modifican el material genético o los cromosomas. Pueden ser: – Agentes mutagénicos físicos • Rayos X, radiactividad, etc, rayos UV, etc.

– Agentes mutagénicos químicos • Pesticidas, contaminantes químicos, tabaco, alcohol, etc.

– Agentes mutagénicos biológicos • Presencia de virus o agentes biológicos que interfieran con el material genético de la célula)

Ejercicios • ¿Qué es el ADN? Explica su polimerización y la relación que tiene con el concepto de cromosoma • Dibuja la estructura de dos nucleótidos, indicando el tipo de enlace que formarían entre sí • Realiza un esquema con los tipos de mutaciones que conoces • Responde las preguntas siguientes: …………..AAGGCCTTAGACG……………. – ¿Es un fragmento de ADN o de ARN? Justifica tu respuesta – Escribe la cadena complementaria

• La siguiente imagen corresponde a un cariotipo humano con una anomalía. ¿De que tipo es la anomalía? ¿Qué nombre recibe y en qué consiste? Indícala en la imagen con un círculo

• La siguiente imagen corresponde a un cariotipo humano con una anomalía. ¿De que tipo es la anomalía? ¿Qué nombre recibe y en qué consiste? Indícala en la imagen con un círculo

Mutación numérica, en cromosomas sexuales – Síndrome de Klinefelter (genitales pequeños y esterilidad, retraso mental moderado)

• La siguiente imagen corresponde a un cariotipo humano con una anomalía. ¿De que tipo es la anomalía? ¿Qué nombre recibe y en qué consiste? Indícala en la imagen con un círculo

• La siguiente imagen corresponde a un cariotipo humano con una anomalía. ¿De que tipo es la anomalía? ¿Qué nombre recibe y en qué consiste? Indícala en la imagen con un círculo

Mutación numérica, autosómica, en concreto una trisomía– Síndrome de Patau (retraso mental, malformaciones cardiacas, dáctiles y cerebrales. Ausencia de paladar)

EL CICLO CELULAR

• Ciclo celular; conjunto de cambios que sufre una célula desde que se forma, por división de otra preexistente, hasta que se divide para dar origen a dos células hijas • En células eucarióticas el ciclo celular se divide en dos etapas: – Interfase – Fase M. Tiene lugar la mitosis y la citocinesis (división del citoplasma)

INTERFASE

Interfase • Es el periodo de tiempo que transcurre entre dos mitosis sucesivas • Ocupa la mayor parte del ciclo celular • Durante la interfase, la célula aumenta su tamaño, duplica su material genético y se produce una gran actividad metabólica • Dentro de la interfase se distinguen tres periodos o fases: – Fase G1 – Fase S – Fase G2

Interfase. Fase G1 • En esta fase se sintetizan proteínas necesarias para que la célula aumente de tamaño • Duración variable, depende del tipo celular • Durante G1 la célula puede abandonar el ciclo celular y pasar a estado quiescente (fase G0). Se dice entonces que la célula está en estado de reposo o quiescencia • En células diferenciadas, como neuronas, es habitual detener el ciclo celular

Interfase. Fase S (de síntesis) • En esta fase se produce la replicación (duplicación) del ADN y se sintetizan las histonas • Además, en la fase S se inicia la duplicación de los centrosomas (en células animales)

Interfase. Fase G2 • En esta fase se trascriben y traducen genes que codifican proteínas necesarias para que la célula se divida en la fase M (por ejemplo tubulina) • Culmina la duplicación de centriolos que se van separando para el inicio de a mitosis • Esta fase finaliza en el momento que se inicia la condensación de los cromosomas para comenzar la mitosis

FASE M

PÁGS. 96-97 LIBRO NUEVO

MITOSIS

Mitosis • Es el proceso de reproducción o división celular • Tiene lugar en todas las células somáticas (en c. sexuales se denomina meiosis) • Resultado; 2 células hijas con misma información genética (idéntica) que 1 célula madre (2n)

2n

2n 2n

1. Profase – – – –

Envoltura nuclear se dispersa y desaparece Desaparece nucléolo Cromosomas siguen condensándose y ya se hacen visibles Cada pareja de centriolos, ya duplicados en la interfase, se va a un polo de la célula – Aparecen fibras de proteínas de los dos polos celulares. Se produce la formación del huso mitótico (o acromático) – Unión de cromosomas al huso mitótico

1. Profase

1. Profase Cuando ya ha desaparecido la membrana nuclear, los centriolos migran hacia los polos (extremos) de la célula (4), apareciendo entre los dos pares de centriolos una serie de fibras de proteína dispuestas de polo a polo que reciben el nombre en conjunto de HUSO ACROMÁTICO (5). Los cromosomas ya formados se mueven y se unen a una fibra del huso por su centrómero (un sólo cromosoma por fibra) (6), de manera que las cromátidas miran hacia los polos de la célula.

1. Profase

1. Profase

2. Metafase – Cromosomas se sitúan en el centro de la célula (plano ecuatorial) – Fibras del huso acromático se unen al centrómero de cada cromosoma – Cada cromátida del cromosoma queda orientada a un polo

Mitosis. Fases 2. Metafase

Mitosis. Fases 2. Metafase

3. Anafase – Fibrillas del huso acromático se rompen por el plano ecuatorial – Cada fibrilla “arrastra” a una cromátida hermana a un polo. De esta forma se separan las cromátidas hermanas de cada cromosoma

Mitosis. Fases 3. Anafase

3. Anafase

4. Telofase – En cada polo se forma la envuelta nuclear – Los cromosomas comienzan se descondensan (dejan de ser visibles) y se convierten en cromatina – Aparece el nucléolo – Desaparece huso acromático

Mitosis. Fases 4. Telofase

4. Telofase

CITOCINESIS

• Tras telofase: célula con dos núcleos hijos con las misma información genética • Aún es necesario que el citoplasma se divida entre las dos células hijas y que los orgánulos citoplasmáticos se repartan de la manera más equitativa posible • Este proceso tiene lugar al final de la telofase se denomina citocinesis y ocurre de modo diferente en las células animales y vegetales

Citocinesis. Célula animal • A la altura de la placa ecuatorial aparece un anillo contráctil formado por filamentos de actina y miosina • Este anillo se va estrechando hasta que produce el estrangulamiento total y la separación de las dos células hijas

Citocinesis. Célula vegetal • A al altura de la palca ecuatorial se forma un tabique de separación entre las dos células hijas denominado fragmoplasto. Se forma por fusión de vesículas del aparato de Golgi y los restos de los microtúbulos que forman el huso acromático • El fragmoplasto se halla perforado por plasmodesmos que aseguran la comunicación entre las dos células hijas

PÁGS. 98-100 LIBRO NUEVO

MEIOSIS

Meiosis • Proceso de división celular que da lugar a células sexuales (gametos), con la mitad de la información genética (n) que la célula madre (2n) • 2 etapas; mitosis reduccional + mitosis normal n n n

2n n n MEIOSIS I. Mitosis reduccional (1ª MITOSIS/ 1ª DIVISIÓN DE LA MEIOSIS)

n

MEIOSIS II Mitosis Normal (2ª MITOSIS / 2ª DIVISIÓN DE LA MEIOSIS)

MEIOSIS

Meiosis. Fases I. Meiosis I (Mitosis reduccional / Primera mitosis) Profase I • Cromosomas asociados en parejas de homólogos • Se produce intercambio de material genético entre cromosomas homólogos (recombinación). Así aumenta la variabilidad genética

Las diferencias con la profase normal se dan en el comportamiento de los cromosomas, ya que éstos antes de unirse a las fibras del huso se van moviendo y se agrupan por parejas de manera que los cromosomas que son iguales (CROMOSOMAS HOMÓLOGOS) quedan formando pares unidos cromátida contra cromátida Esta unión va a permitir que se lleve a cabo el proceso más importante de la reproducción sexual ya que es el que permite que las generaciones filiales sean diferentes a las parentales, es la RECOMBINACIÓN GENÉTICA, que consiste en que las cromátidas de los cromosomas homólogos que quedan juntas se intercambian trozos de sus cadenas de ADN, apareciendo cromátidas nuevas que antes no existían, las cromátidas recombinadas, que darán lugar a la aparición de individuos adultos nuevos que tampoco existían anteriormente.

• Animación recombinación genética

Meiosis. Fases I. Meiosis I (Mitosis reduccional / Primera mitosis) Metafase I • Fibrillas de uso acromático se unen a pareja de cromosomas, no a cromosomas individuales

Meiosis. Fases I. Meiosis I (Mitosis reduccional / Primera mitosis) Anafase I • A cada polo celular se dirige 1 cromosoma completo

Meiosis. Fases I. Meiosis I (Mitosis reduccional / Primera mitosis) Telofase I • Similar a telofase de mitosis normal

Meiosis. Fases I. Meiosis I (Mitosis reduccional / Primera mitosis) Al final de mitosis reduccional; 2 células hijas con “n” cromosomas completos

n

2n n

Meiosis. Fases II. Meiosis II (Segunda mitosis/ Mitosis normal) • Es una mitosis normal, con las mismas características de cualquier mitosis • Los cromosomas de dividen en sus cromátidas • Cada célula hija recibe 1 cromátida

Meiosis. A modo de resumen, la meiosis da lugar a 4 células hijas con la mitad de cromosomas (n) que la célula madre inicial (2n)

n n n

2n n n n

ANIMACIONES MITOSIS - MEIOSIS

• Animación de la Mitosis

• Animación de la Meiosis

Ejercicios

Ejercicios • Identifica las siguientes fases de la mitosis:

Ejercicios • Dibuja un esquema de una célula diploide que tiene 4 cromosomas y que se encuentra en: – – – –

Metafase I meiosis Anafase I de la meiosis Metafase II de la meiosis Anafase II de la meiosis

Ejercicios • Pág. 100, actv. 21. Establece las semejanzas y diferencias entre: – Profase I y Profase II de la meiosis – Anafase de la mitosis y Anafase I de la meiosis – Metafase de la mitosis y metafase II de la meiosis • Si el número diploide de una especie es 20, ¿cuántos cromosomas tiene una célula de un organismo de esa especie durante la profase II de la meiosis? ¿Y en la metafase I? • Pág. 97, actv. 19 l. nuevo. ¿Son iguales los cromosomas en profase y en telofase? Razona la respuesta • Pág. 105, actv. 21 ¿A qué proceso corresponden las siguientes descripciones? – Una vez terminada la emigración de las cromátidas desaparecen los restos del huso acromático – Los cromosomas homólogos se aparean y se produce recombinación genética

EJERCICIOS - SOLUCIONES

Ejercicios

Ejercicios • Identifica las siguientes fases de la mitosis:

METAFASE

ANAFASE

Ejercicios Establece las semejanzas y las diferencias entre: a) Profase I y profase II de la meiosis. • Semejanzas: espiralización de la cromatina, desaparición del nucléolo y formación del huso acromático. • Diferencias: en la profase I se asocian los cromosomas homólogos y en la profase II hay la mitad de cromosomas b) Anafase de la mitosis y anafase I de la meiosis. • Semejanzas: se produce la retracción de las fibras del huso y la migración de material genético a los polos celulares • Diferencias: en la anafase de la mitosis se separan las cromátidas hermanas de cada cromosoma y en la anafase I meiótica, se separan cromosomas completos. c) Metafase de la mitosis y metafase II de la meiosis. • Semejanzas: en ambas se unen cromosomas a las fibras del huso en el plano ecuatorial. • Diferencias: en la mitosis existen 2n cromosomas y en la metafase II de la meiosis hay n cromosomas.

Ejercicios ¿Son iguales los cromosomas en la profase y en la telofase de la mitosis? Razona la respuesta. • En la profase, cada cromosoma tiene dos cromátidas hermanas. • En cambio, en la telofase solo poseen una cromátida, pues ya se han dividido y cada polo celular recibe una de ellas.

Ejercicios • A qué proceso corresponden las siguientes descripciones: • a) Una vez terminada la emigración de las cromátidas, desaparecen los restos del huso acromático. • Final de la anafase. • b) Los cromosomas homólogos se aparean y se produce recombinación genética. • Profase I de la meiosis.

Ejercicios Si el número diploide de una especie es 20, ¿cuántos cromosomas tiene una célula de un organismo de esa especie durante la profase II de la meiosis? ¿Y en la metafase I? • NÚMERO DIPLOIDE = 2n (en este caso 20) • El número de cromosomas durante la profase II es 10, porque ya se ha producido la primera fase de la meiosis y se ha pasado de 2n  n • En la metafase I son 20, pues aún no se han dividido en la mitad. 1 célula “2n” (diploide)Meiosis I (mitosis reduccional) 2 células “n” (haploides)  Meiosis II (mitosis normal)  4 células “n”

EJERCICIOS ADICIONALES

• Libro nuevo. Págs 130, 131

• Si el número haploide de una especie es 6, indica cuantos cromosomas habrá en: – Metafase mitótica – Metafase II meiótica

• ¿De dónde procede cada cromosoma de cada una de las parejas de homólogos que se pueden observar en el cariograma? ¿Contienen la misma información?

• Define los siguientes conceptos; recombinación genética, quiescencia. ¿En qué fase del ciclo celular tienen lugar? • Explica los principales cambios que suceden en la denominada fase S y fase G2 • ¿Cómo se produce la división del citoplasma en células animales?