Revolución genética

TEMA-4 LA REVOLUCIÃ N GENÃ TICA
1. HISTORIA DE LA GENÃ TICA
Ya desde la prehistoria la herencia ha estado presente en la vida humana. Muy pronto se supo que algunos
caracteres pasaban de una generación a otra…..Mendel…
- Postulados premendelianos.
s.XVIII Se observaron en el microscopio los espermatozoides, hombres minúsculos (homúnculos) que tras
la fecundación y sólo por crecimiento darÃ−an lugar a los individuos. Preformismo.
Al mejorar los microscopios. Tras la fecundación no sólo hay crecimiento sino una serie de
transformaciones estructurales. Epigénesis.
Pangénesis. Cada órgano del cuerpo de ambos progenitores producira unos pequeños rudimentos
(gémulas) que viajarán por la sangre hasta los genitales y de ahÃ− pasarán a los hijos. Si hay cambio en
los órganos cambiarán también las células.
Caracteres adquiridos. Lamarck. Todas las variaciones eran adquiridas y hereditarias. Los individuos
cambian al adaptarse al medio y estos caracteres adquiridos se transmiten a los descendentes.
Plasma germinal. El plasma (compuesto por tejidos reproductores) se perpetua asÃ− mismo e
incidentalmente determina la formación de todo el cuerpo. Una modificación en el plasma germinal darÃ−a
lugar a modificaciones en el cuerpo. (TeorÃ−a opuesta a la pangénesis)
- Herencia Mendeliana
Gregor Mendel realizó experimentos sobre hÃ−bridos de plantas. A partir de los datos obtenidos, elaboró
unas reglas que permitieron predecir comportamientos posteriores.
Experimentó con la planta del guisante ya que el tiempo de generación es corto y es fácil el control de los
cruzamientos.
Seleccionó 2 caracteres diferentes, el color de la semilla (amarillo A, y verde a) y la forma de la semilla
(Lisa L, rugosa l).
1ª LEY. LEY DE LA UNIFORMIDAD. Partiendo de razas puras de color (amarillas y verdes) todos los
individuos de la primera generación son iguales para el carácter en estudio. En los hÃ−bridos Aa están los
dos factores hereditarios aunque no se manifiesten. Son amarillos (A=dominante; a=recesivo).
2ª LEY. LEY DE SEGREGACIà N. Mezcla 2 individuos obtenidos en la 1ª Generación y observa los
resultados tras varios experimentos.
Los factores hereditarios unidos en el hÃ−brido se separan a la hora de formar gametos, dando nuevas
generaciones.
3ª LEY. TRANSMISIà N INDEPENDIENTE DE CARACTERES.
Se fijo en 2 caracteres a la vez (color y rugosidad) Tras observar los resultados concluyó que los caracteres
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se transmiten de forma independiente.
Conclusión: La herencia se transmite por unos factores hereditarios almacenados en los gametos. Son de
doble procedencia (materna y paterna). Se unen en el nuevo individuo sin mezclarse y se vuelven a separar
para formar las células reproductoras.
- Herencia postmendeliana (se producen oleadas de descubrimientos)
- 1900. Se ampliaron las leyes de mendel a animales. Los factores hereditarios estaban en estructuras en
número par en todas las células.
- Algunos genes están asociados a los cromosomas que determinan el sexo.
- Los genes están en los cromosomas. Los que se transmiten de forma independiente están en distintos
cromosomas.
- Hoy en dÃ−a: Todas las instrucciones para fabricar un ser vivo están en el Nà CLEO CELULAR
(enciclopedia)
Los facÃ−culos serÃ−an los CROMOSOMAS hay dos versiones para una misma misión.
Los párrafos serÃ−an los GENES que determinan cada carácter de los organismos. Estos genes incluidos
en los cromosomas se heredan de padres a hijos.
Los cromosomas están formados por proteÃ−nas y ADN y la molécula responsable de la herencia es el
ADN y no las proteÃ−nas, de ahÃ− la importancia de conocer la estructura, funcionamiento y su
manipulación.
2. BIOLOGÃ A MOLECULAR
Estudia la vida a nivel molecular. Establece la estructura molecular del ADN y los procesos para ejecutar las
órdenes en la construcción de cada ser vivo: Replicación del ADN, ARN mensajero, sÃ−ntesis de
proteÃ−nas, regulación de la expresión genética.
- modelo molecular de ADN.
La estructura del ADN es de doble doble hélice formada por dos filamentos antiparalelos de nucleótidos
(A, T, G, C) que se complementan entre ellos.
Adenina-Timina
Citosina-Guanina
- relación genes proteÃ−nas.
Las enzimas, de naturaleza proteica, son las responsables de todas las reacciones celulares, de forma que las
proteÃ−nas que fabrica un organismo tiene mucho que ver con las caracterÃ−sticas del mismo.
Un gen se definió c_omo un segmento de ADN que codifica para una proteÃ−na
ADN…………. ……………ARNm……………………..PROTEÃ NA
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Replicación - transcripción traducción y
- Replicación: Proceso por el cual se sintetizan dos copias idénticas de ADN tomando como molde otra
cadena de ADN a. y
Todas las células al dividirse duplican el ADN para que las nuevas células lleven la misma información
genética. Actúa una enzima_, la ADN polimerasa que se encarga de la unión Y la reparación de las
secuencias de ADN dañadas.
- _Transcripción: SÃ−ntesis de ARNm tomando como molde de ADN. El ARN no lleva Timina, ésta se
sustituye por Uracilo. El ARN transcrito sufre un proceso de maduración eliminándose las secuencias no
codificantes.
- Traducción y código genético. El ARNm llega a los ribosomas, éstos deberán colocar los
aminoácidos en el lugar que corresponfa en la proteÃ−na que están sintetizando. 3 nucleótidos de ARNm
(codón) determinan el aminoácido oportuno. Hay 20aa diferentes que forman parte de las proteÃ−nas y 64
combinaciones posibles de codones diferentes.
- Severo Ochoa. Intervino en el desciframiento del código genético. Es universal, compartido por todos
los ssvv, es decir siempre que aparezca un determinado codón se colocará siempre el mismo aminoácido.
Cada individuo tiene su ADN por tanto tienen su propias proteÃ−nas, aunque partes de ese ADN es común
para distintos individuos incluso de diferentes especies.
- Genoma es el conjunto de material genético de un organismo.
3. INGENIERÃ A GENÃ TICA
Consiste en hacer ingenierÃ−a con el genoma. Hay técnicas que permiten manipular el ADN modificando
el genoma de los ssvv. Tiene numerosas aplicaciones, averiguar el funcionamiento de los genes, diagnóstico
de enfermedades, sÃ−ntesis de sustancias de interés, obtención de animales transgénicos, etc.
- ADN recombinante: Es aquel que tiene fragmentos de distinta procedencia. De forma natural en los ssvv un
virus inserta su ADN en una célula o un gen pasa de un cromosoma otro, y es por esto que se pensó que
podrÃ−a hacerse en el laboratorio._
El ADN puede cortarse en fragmentos mediante enzimas, endonucleasas de restricción, éstas reconocen
secuencias especÃ−ficas de ADN y las cortan por lugares concretos. Los fragmentos resultantes tienen bordes
cohesivos, complementarios a otros extremos de ADN cortados con la misma enzima, asÃ− se pueden unir
fragmentos de distinto origen (ADN recombinante).
Para transportar el ADN recombiante se utilizan vectores génicos (plásmidos, bacteriófagos..) en los que
se inserta el gen que se quiere transferir. Los vectores génicos llevan además otros genes llamados
marcadores, que pueden identificar a las células transgénicas.
- Amplificación del ADN. Para manipular el ADN son necesarias muchas copias del fragmento implicado.
Se consiguen por clonación utilizando bacterias a las que se introduce el ADN en estudio. Otro
procedimiento es el PCR (reacción en cadena de la polimerasa). Actúa como una fotocopiadora. (esquema)
Este procedimiento tiene muchas aplicaciones: diagnóstico de enfermedades hereditarias, pruebas de
paternidad, reconocimiento de cadáveres.
- Mutaciones dirigidas. Las mutaciones son cambios en el ADN. Se clasifican en génicas, cromosómicas
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y numéricas. Génicas: Afectan a un gen, por cambio de uno o más nucleótidos. o por pérdida o
ganancia de los mismos. Cromosómicas: Afectan a la estructura de los cromosomas, por duplicación.
pérdida o traslación de fragmentos.
Numéricas. Afectan al número de cromosomas.
SI las mutaciones afectan a las células somáticas (cél. No reproductoras) pueden aparecer tumores sin
incidencia sobre la descendencia. SI son en en células reproductoras el cambio se transmite a la
descendencia.
Las propiedades adquiridas por mutación son normalmente negativas, no obstante a veces son neutras y en
algunos casos, en determinados ambientes beneficiosas.
La mutación y la selección son los motores de la evolución y se producen de forma azarosa, sólo se
podrÃ−an dirigir a través de ingenierÃ−a genética.
4. GENOMA HUMANO
El 26-Junio-200. El genoma humano se secuenció perfectamente. El PGH (proyecto de Genoma humano)
fue un trabajo que duró aproximadamente 15 años. Aunque se conoce queda mucho por saber como
funciona realmente.
Entre los genes y las enfermedades hay una relación directa, pero debemos tener en cuenta la influencia del
medio ambiente en los problemas de salud. En un futuro se podrá saber si alguien tiene problemas con
alguna sustancia concreta, el tiempo de metabolización de fármacos, sin embargo el fármaco
personalizado es una utopÃ−a por ahora.
Datos obtenidos del PGH:
- Las células humanas hay 46 cromosomas, distribuidos en 2 series de 23 cromosomas.
- 44 son autosomas.
- 2 cromosomas sexuales
- Cada serie tiene 3200 millones de bases y menos de 25000 genes.
- Un 95% del genoma es ADN basura, es una ADN que no tiene actividad biológica, antes no se le daba
ninguna importancia, pero hoy en dÃ−a se da un papel regulador importante, además éste se ha ido
acumulando en el genoma a lo lago de la evolución.
- Conocido el mapa genético y la secuencia de nucleótidos, el siguiente paso será determinar los
lÃ−mites de los genes y las funciones de los mismos (trabajo complejo y multidisciplinar).
4. BIOTECNOLOGÃ A
Ciencia basada en la utilización de ssvv o sus componentes para obtener o modificar productos, mejorar
plantas y animales o desarrollar microorganismos con fines especÃ−ficos. Junto a todos los beneficios hay
una serie de inconvenientes. —Falta de control sobre microorganismos manipulados genéticamente; producción y almacenamiento de armas biológicas; - aparición de especies nuevas cuya función sobre el
ecosistema se desconoce.
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- B. MÃ DICA.
- Tratamiento de enfermedades que antes no habÃ−a.
- Abaratamiento de tratamientos costosos.
- Vacunas eliminando el riesgo.
- Diagnóstico precoz de enfermedades de origen genético.
- Trasplante de órganos a partir de animales modificados genéticamente.
- Obtención de proteÃ−nas utilizadas como fármacos: Determinadas proteÃ−nas, (insulina, hormona de
crecimiento, factores de coagulación) se pueden extraer de tejidos normales pero su purificación es muy
costosa. Hoy en dÃ−a se inserta en un microorganismo el gen que codifica una proteÃ−na, éste a la vez que
expresa su genoma, expresarÃ−a también el gen introducido. La ventaja es el control completo y continuo
de la hormona y su fabricación serÃ−a ilimitada.
- Diagnóstico y tratamiento de enfermedades de origen genético: hibridación y terapia génica.
Conociendo la secuencia de nucleótidos del gen responsable de una enfermedad.
(ejemplo)
La terapia génica consiste en modificar los genes anómalos para impedir que se manifieste una
enfermedad. En las células afectadas se inserta una copia correcta del gen defectuoso a través de una
infección vÃ−rica (vector) de este modo el ADN se corrige dando lugar a las células sanas.
-B. AGRÃ COLA.
Las plantas de cultivo se modifican genéticamente insertándoles genes que codifican proteÃ−nas de
interés.
Los objetivos serÃ−an: - lograr plantas resistentes a herbicidas, insectos, bacterias y virus; - aumentar el
rendimiento fotosintético y por tanto la producción; - disminuir las necesidades de nutrición de las
plantas; - mejorar la calidad del producto; - fabricar productos y fármacos de interés.
-B. GANADERA.
Mediante alteración genética se puede mejorar la producción (más leche, más huevos…) aumentar el
peso, hacerlos resistentes a determinadas infecciones. Los animales transgénicos más interesantes son los
farmacológicos que producen proteÃ−nas y compuestos de interés (hay mamÃ−feros que a través de la
leche liberan proteÃ−nas humanas, y en un futuro los trasplantes de órganos).
-BIORREMEDIACIÃ N.
Algunos microorganismos y plantas son utilizados para eliminar contaminantes en suelos y aguas. Ej. Hay
especies que degradan el petróleo, pesticidas y algunos metales pesados.
5. REPRODUCCIÃ N ASISTIDA
Actualmente estas técnicas se han ampliado utilizándose para el diagnóstico genético
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preimplantacional (estudio del preembrión antes de ser transferido al útero) y asÃ− evitar enfermedades
genéticas, gestación de bebes sanos cuyas células del cordón umbilical sirvan para salvar la vida de un
familiar enfermo.
Una pareja empieza a considerarse estéril cuando tras 12 meses sin utilizar anticonceptivos no queda
embarazada. Hoy en dÃ−a han aumentado estos problemas debido a la edad de maternidad y la disminución
en la calidad del semen (estilos de vida y contaminación).
-Inseminación artificial: Introducción médica del semen en el útero. Se da cuando siendo el semen
válido, hay problemas como la impotencia, vaginismo, anomalÃ−as del pene, anomalÃ−as del cuello del
útero.
-Fecundación IN VITRO: Unión del óvulo y espermatozoide en el laboratorio. El óvulo se extrae por
punción ovárica previa estimulación de 12-14 dÃ−as. La unión en laboratorio se hace optimizando las
condiciones de fecundación. Inconvenientes: embarazo ectópico (fuera del útero) y embarazos múltiples.
-Inyección intracitoplasmática. Es una fecundación in Vitro especial, espermatozoide es inyectado en el
citoplasma del óvulo con una microaguja.
-Transferencia de embriones donados. Ambos progenitores son estériles. Se introducen embriones con
carga genética diferente a la de los padres.
Todas estas técnicas están reguladas. En España se legisló por primera vez en 1988 y se modificó en
2006 debido a las exigencias de la comisión humana de reproducción asistida.
6. CLONACIÃ N
Clonar consiste en obtener copias genéticamente iguales.
Se puede clonar moléculas de ADN, células y organismos.
Clonación natural
ADN……………..proceso de replicación
CÃ LULAS……….mitosis
ORGANISMOS….reproducción asexual, bacterias, hongos, vegetales… o por formación de dos embriones
por escisión de un preexistente.
Clonación en el laboratorio
ADN…………PCR (reacción en cadena de polimerarsa)
CÃ LULAS…………Cultivo
ORGANISMOS……Transferencia nuclear
Las primeras clonaciones de organismos fueron por fisión de embriones tempranos (parecido a la
gemelación) los nuevos individuos eran iguales pero diferentes a sus progenitores.
La verdadera clonación fue por trasferencia de núcleos de células de individuos ya nacidos a óvulos o
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cigotos enucleados, asÃ− se obtienen individuos iguales al que donó el núcleo.
1ª CLONACIà N Ian Wilmut. Oveja Dolly (1996)
Se utilizaron 3 ovejas: donadora del óvulo, la donadora de la célula somática (glándula mamaria
portadora de toda la información genética nuclear) la oveja nodriza (donde se implanta el embrión y se
produce su desarrollo y parto)
(Esquema pizarra)
El gran salto de la ciencia está en crear individuos sexuales obviando el proceso de fecundación, lo más
importante es conseguir la reprogramación del material nuclear de una célula ya diferenciada.
Las células embrionarias a medida que pasa el tiempo se van especializando dando lugar a diferentes
tejidos aunque todas tienen la misma información genética, los genes que expresan son diferentes según
el tejido que vayan a formar, lo difÃ−cil está en conseguir que un núcleo que ya está programado para
leer unas instrucciones se desprograme y vuelva a ser totipotente (es decir que tenga capacidad para
convertirse en cualquier tipo de célula)
Cà LULAS MADRE La clonación terapéutica es legal en ciertos paÃ−ses y aceptada por muchos
cientÃ−ficos, consiste en implantar en un óvulo el material genético de un individuo para la obtención de
células madres (estas células mediante cultivo y diferenciación celular darán lugar a los distintos
tejidos y órganos).
· Tipos de células madres:
- Embrionarias o troncales: forman parte de un embrión (menos de 14 dÃ−as) son capaces de generar un
organismo completo.
- Adultas o somáticas: Células presentes en el adulto, son capaces de generar células especializadas de
diferentes tejidos.
Existen bancos de células madres (cordón umbilical) células que pueden diferenciarse y ser utilizadas
para el tratamiento de determinadas enfermedades como leucemia y linfomas.
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