Investigación de Gregor Mendel

INTRODUCCIÓN HISTÓRICA
Gregor Mendel fue un monje que en el s. XVIII en Brno (Checoslovaquia) se dedicó a
hacer experimentos, con mucha suerte, con plantas de guisante.
Su experimentación con guisantes tenía ventajas:
- Es el material idóneo para trabajar (Pisum sativum) porque es fácil de cultivar,
crece rápidamente y además la flor se puede autofecundar.
- Buscó caracteres fácilmente diferenciables
- Planteó hipótesis sencillas.
- Estudió varias generaciones.
- Aplicó la estadística.
- Describió los experimentos.
- Organizó los datos.
Cincuenta años después, Hugo de Vries, Eric von Tschermak y Karl Erich Correns
llegaron a la misma conclusión y encontraron los experimentos de Mendel, que
publicaron.
CONCEPTOS
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Genotipo: conjunto de genes que posee un individuo.
Gen: fragmento de ADN que contiene toda la información para que se sintetice
una proteína funcional. Los genes son las unidades estructurales y funcionales de
la transmisión genética.
Fenotipo: manifestación externa del genotipo.
Alelo: cada una de las distintas formas que puede presentar un gen.
Normalmente son dos (dominante o recesiva) aunque en casos de codominancia
puede haber incluso tres.
Línea pura o individuo homocigótico: aquel individuo que para un mismo
carácter posee los dos alelos iguales.
Individuo heterocigótico: aquel individuo que para un mismo carácter presenta
dos alelos distintos.
Gen/alelo recesivo: aquel gen que sólo manifiesta su acción en ausencia del
alelo dominante. Por lo tanto, sólo aparece su expresión en el fenotipo si está en
homocigosis.
Gen/alelo dominante: gen cuya presencia impide que se manifieste la acción de
otro alelo distinto para el mismo carácter.
Leyes de mendel
• 1ª Ley de Mendel o principio de la uniformidad:
Los descendientes que se obtienen al cruzar dos razas puras para un mismo carácter
son todos iguales entre sí.
• 2ª Ley de Mendel o principio de la segregación de los caracteres antagónicos en la
2ª generación filial:
Cuando se cruzan entre sí o se autofecundan los individuos de la F 1, se obtiene una
descendencia que no es uniforme, ya que se separan los alelos implicados en el
carácter al formar los gametos.
Retrocruzamiento: cuando se cruza un individuo con uno de sus parentales. Si el
parental del cruce es el homocigótico recesivo, se habla de cruzamiento prueba, ya
que podemos sacar, de un individuo problema, como era su genotipo. Con este método
se puede saber si el individuo problema era homocigótico dominante o heterocigótico.
Codominancia: cuando los dos alelos de un gen aparecen juntos en el fenotipo se dice
que existe codominancia. Cuando de los dos alelos de un gen no domina ninguno de
los dos y fenotípicamente aparece una mezcla, se habla de herencia intermedia.
• 3ª Ley de Mendel o principio de la combinación independiente:
En la transmisión de más de un carácter se observa que cada par de alelos se transmite
de forma independiente sin relación con los otros y por tanto, se obtienen varias
combinaciones, algunas de las cuales no estaban presentes en los parentales.
EJEMPLOS DE Caracteres MENDELIANOS EN HUMANOS
Carácter
Ojos
Visión
Labios
Piel
Pelo
Orejas
Audición
Fenotipo dominante
Oscuros
Miopía
Hipermetropía
Astigmatismo
Gruesos
Normal
Pecas
Oscuro
Rizado
Calvicie precoz
Largas
Lóbulo libre
Normal
Fenotipo recesivo
Claros
Visión normal
Visión normal
Visión normal
Finos
Albino
Normal
Rubio
Liso
Pelo normal
Cortas
Lóbulo adherido
Sordera congénita
Hay enfermedades graves producidas por genes alterados que se comportan como
dominantes o recesivos.
Un gen deleterio es aquel que merma la calidad de vida de la persona
Existen tres enfermedades que merman la calidad de vida de vida:
- Anemia falciforme: afecta a la hemoglobina. Consiste en el cambio de un
aminoácido (ácido glutámico → valina). Es menos peligrosa si solo está en un
alelo.
- Fenilcetonuria: producida por un gen recesivo. Se caracteriza porque no se
posee el encima que degrada la femilalanina. Produce retraso mental.
- Enfermedad de Huntinton: un gen dominante. Provoca daño cerebral
importante.
ALELISMO MÚLTIPLE
Hasta ahora, hemos trabajado con genes que presentan dos alternativas para un mismo
carácter. Sin embargo, a veces aparecen varios alelos para un mismo carácter y
constituyen una serie alélica. El ejemplo más conocido es el del grupo sanguíneo, en
el que existen tres alelos que pueden dar lugar a cuatro fenotipos diferentes.
REACCIÓN ANTÍGENO-ANTICUERPO referente al grupo sanguíneo
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Antígeno: elemento que desencadena la actuación del sistema inmunitario.
Anticuerpo: proteínas producidas por los linfocitos B, que son un tipo de
glóbulos blancos. Cuando aparece un antígeno, los linfocitos B producen
anticuerpos que se unen al antígeno y lo destruyen.
En el suero sanguíneo humano existen los anticuerpos capaces de reconocer a los
antígenos que se encuentran sobre la superficie de las células sanguíneas de otros
individuos.
Los antígenos, llamados aglutinógenos en el caso de los glóbulos sanguíneos, están en
los glóbulos rojos, mientras que los anticuerpos, llamados aglutininas en este caso, se
encuentran en el plasma.
Grupo sanguíneo
A
B
AB
0
Aglutinógenos (antígenos)
A
B
AyB
No tiene
Aglutininas (anticuerpos)
Anti-B
Anti-A
No tiene
Anti-A y anti-B
FACTOR RH
Es un carácter regulado por un gen con dos alelos (R>r). El alelo R codifica para la
síntesis de un factor proteico que se encuentra en la membrana del glóbulo rojo. El alelo
r carece de esta capacidad. Hay dos fenotipos posibles: Rh+ y Rh-.
Si a un individuo Rh- se le ponen glóbulos rojos Rh+ se producen anticuerpos anti-Rh.
Una transfusión posterior de hematíes Rh+ producirá una gran destrucción de glóbulos
rojos.
Es el mismo efecto que se produce en una mujer Rh- que esté gestando un hijo Rh+, que
va a provocar en la madre la producción de aglutininas anti-Rh que la sensibilizarán
para futuros embarazos. En embarazos posteriores de hijos Rh + puede producirse una
grave destrucción de los glóbulos rojos del feto (hemolisis fetal).
GENES LETALES
Van a producir la muerte del portador. Se pueden clasificar de varias maneras:
- Dominantes o recesivos. Abundan los recesivos.
- Gaméticos o cigóticos. Actúan sobre los gametos o sobre el cigoto (antes de
nacer o antes de la madurez sexual).
- Letales completos (+ 90% de la población), semiletales (entre el 50 y el 90 %)
o subletales (menos del 10 %).
HERENCIA POLIGÉNICA
Nos referimos a aquellos caracteres que no son de tipo cualitativo, sino a aquellos de
tipo cuantitativo (dentro de un rango de variación continua). Los ejemplos más típicos
son la altura y el color de la piel.
- Altura: en el ser humano está determinada por 10 genes alelos.
- Color de piel: determinado por 6 genes alelos.
TEORÍA CROMOSÓMICA DE LA HERENCIA
Propuesta en 1905 por Thomas Morgan, consta de los siguientes puntos:
- Los genes se localizan en los cromosomas.
- Cada gen ocupa un lugar concreto en un cromosoma determinado. El lugar que
ocupa un gen en un cromosoma se llama locus (loci, en plural).
- Los loci para los distintos genes se encuentran situados linealmente a lo largo de
los cromosomas.
- Las formas alélicas de un gen se encuentran en cromosomas homólogos, y ésta
es la razón por la que existen dos formas para cada gen.
LIGAMIENTO Y RECOMBINACIÓN
Cuando varios genes se transmiten juntos por estar en el mismo cromosoma, se dice que
están ligados. Si las formas dominantes se encuentran en un cromosoma y los alelos
recesivos se encuentran en el cromosoma homólogo, se dice que estos genes ligados
están en fase de acoplamiento.
Puede darse el caso contrario, el alelo dominante de una pareja alélica y el recesivo de
la otra se encuentran en el mismo cromosoma, en ese caso se dice que esos genes
ligados están en fase de repulsión.
Aunque hemos hablado de que los genes ligados son aquellos que se transmiten juntos,
puede ocurrir que durante el proceso de sobrecruzamiento se produzca la separación de
los genes ligados durante la gametogénesis.
HERENCIA DEL SEXO
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Determinación ambiental del sexo: la aparición de machos o hembras en el
caimán de Florida depende exclusivamente de la temperatura del nido, si está
por debajo de un determinado valor nacen hembra, si no nacen machos. El
gusano marino (Bonellia viridis) determina el sexo de sus larvas dependiendo de
si éstas quedan atrapadas o no en el cuerpo de la madre, el CO2 producido por la
hembra transforma a las larvas atrapadas en su cuerpo en machos.
Determinación génica del sexo: se conocen especies animales y vegetales en
las que el sexo está determinado por un único gen. El pepinillo del diablo
(Echballium elaterium) o la avispa (Bracon hebetor).
Determinación cromosómica de un sexo: se pueden dar dos casos:
• Sexo debido a cromosomas sexuales: el macho y la hembra tienen algunos
cromosomas distintos que reciben el nombre de heterocromosomas o
cromosomas sexuales y portan información para la determinación del sexo.
Existen tres sistemas de determinación cromosómica del sexo:
 Sistema XX/XY. El sexo femenino es homogamético, el masculino es
heterogamético. El óvulo femenino porta siempre el cromosoma X, el
sexo masculino determina el sexo de los descendientes. Propio de
mamíferos, equinodermos, moluscos, dípteros, peces y anfibios anuros.
 Sistema ZZ/ZW. Igual que el anterior, pero el homogamético es el
masculino. Propio de anfibios, lepidópteros, reptiles y aves.
 Sistema XX/XO. El sexo heterogamético solo presenta un cromosoma X
y no existe ningún otro cromosoma sexual. El sexo homogamético puede
corresponder al macho o a la hembra. Se da en insectos (como el
saltamontes).
• Sexo debido a la haplodiploidia: propio de hormigas, avispas y abejas, ya
que no suelen tener cromosomas sexuales sino autosomas. La reina pone dos
tipos de huevos (de óvulos fecundados y de óvulos sin fecundar), de los
diploides nacen hembras y de los haploides nacen machos.
HERENCIA LIGADA AL SEXO EN HUMANOS
Hay dos cromosomas sexuales (X e Y) que solo tienen una parte en común, ya que no
son completamente homólogos. La parte que tienen en común se denomina segmento
aparente y los genes que se encuentran ahí se comportan como los de cualquier
cromosoma autosómico. Existe una región diferente llamada segmento diferenciado,
los genes del segmento diferenciado del cromosoma X se llaman ginándricos, los del
cromosoma Y se llaman holándricos.
Los hombres solo tienen un cromosoma X y uno Y, de manera que los genes
ginándricos y holándricos se encuentran en hemicigosis, es decir, su acción no está
influida por otros alelos y se expresan siempre aunque sean recesivos.
En las mujeres no hay cromosoma Y, por lo que es imposible que en ellas se
manifiesten genes holándricos. Sin embargos, los dos cromosomas X son homólogos
por lo que los genes ginándricos nunca van a estar en hemicigosis y se manifiestan
según las relaciones de dominancia.
Se conocen pocos genes holándricos (gen que determina la formación de testículos, de
pelo en las orejas…). Destacan el que produce la hemofilia y el daltonismo. Estos dos
genes son siempre recesivos y asociados al cromosoma X.
Hemofilia: enfermedad que impide la coagulación de la sangre porque falta un factor
proteico (Factor VIII). A veces, aunque los progenitores sean normales, puede aparecer
el gen de la hemofilia debido a la mutación del gen normal, es el caso de la Reina
Victoria de Inglaterra que introdujo la hemofilia en la familia real británica. Hasta hace
pocos años era muy frecuente que los niños no llegaran a adultos y que por tanto, no
tuvieran descendencia pero hoy en día se administra a los hemofílicos factores de
coagulación que les hacen llevar una vida normal.
Daltonismo: incapacidad para distinguir el color rojo del verde. Puede aparecer también
como una mutación de un gen normal.
MUTACIONES
Se define como una alteración natural o artificial del material genético.
Siempre que se habla de mutación, la alteración es en el ADN aunque luego tengan su
reflejo en el ARN o en las proteínas.
La mayoría de las mutaciones aparecen durante la replicación del ADN o en la
distribución de los cromosomas durante la división celular.
Si la mutación ocurre en una célula somática solo se transmitirá a las células que
deriven de ella, pero si se produce en una célula germinal (óvulo o espermatozoide)
todas las células del nuevo individuo serán portadoras de la mutación.
Podemos hablar de tres tipos de mutación:
- Génicas: llamadas también puntuales, producen la alteración de una secuencia
de nucleótidos de un gen. Se pueden distinguir:
• Delección: se pierden uno o varios nucleótidos.
• Adición: se añaden uno o carios nucleótidos.
• Sustitución o cambio de base: se cambia un nucleótido por otro. Dos tipos:
 Transición: púrica por púrica o pirimídica por pirimídica.
 Transversión: púrica por pirimídica o pirimídica por púrica.
- Cromosómicas estructurales: se producen por cambios que afectan a la
estructura interna de uno o varios cromosomas. Son los siguientes:
• Delección: pérdida de un fragmento de un cromosoma. Si afecta a una pareja
de cromosomas homólogos es letal. El caso más conocido es en el
cromosoma 5 y ocasiona el Síndrome de grito de gato.
• Duplicación: ocurre cuando un segmento de un cromosoma se repite, este
tipo de mutaciones ha podido jugar un papel importante en la aparición de
nuevas especies.
• Inversión: un fragmento de un cromosoma se escinde y se vuelve a unir pero
en sentido contrario.
• Translocación: un fragmento de un cromosoma sufre un cambio de posición:
 Transposición: cambio en el mismo cromosoma.
 Translocación recíproca: entre cromosomas no homólogos.
- Cromosómicas numéricas: afecta al número de cromosomas de la especie.
Existen dos tipos:
• Euploidía: pérdida o ganancia de dotaciones cromosómicas completas. La
mayoría de los seres vivos son diploides pero se pueden dar casos de
organismo poliploides.
• Aneuploidía: pérdida o ganancia que altera el número normal de
cromosomas. Pueden afectar tanto a cromosomas autosómicos como a
sexuales. En el primer caso destacan la trisomía en el cromosoma 21
(Síndrome de Down) y la trisomía en el cromosoma 18 (Síndrome de Patau).
En el caso de los sexuales destacan: Síndrome de Klinefeiter (uno o más
cromosomas X en exceso), Síndrome de Turner (falta un cromosoma X),
Síndrome de triple X y Síndrome de doble Y.
IMPORTANCIA BIOLÓGICA DE LAS MUTACIONES
La mayoría de las mutaciones son neutras, ni beneficiosas ni perjudiciales. Pueden ser
claramente perjudiciales, pero en algunos casos una mutación puede otorgar a un
individuo una ventaja adaptativa en forma de supervivencia y reproducción de manera
que esta mutación, en poco tiempo, se extenderá a toda la población.
Las mutaciones producen variabilidad genética y por eso contribuyen a la evolución de
las especies, ya que proporcionan a la selección natural nuevas combinaciones de genes
donde elegir.