tema 2. fundamentos de la psicobiología

Tema2. Fundamentos de la Psicobiología.
BASES CELULARES Y MOLÉCULAS DE LA HERENCIA
TEMA 2. FUNDAMENTOS DE LA PSICOBIOLOGÍA
Bases Celulares y Moleculares de la Herencia
La genética es la disciplina que estudia la transmisión, expresión y evolución de los genes (segmentos de ADN), que
controlan el funcionamiento, el desarrollo, el aspecto y la conducta de los organismos.
Mendel (1822-1884) fue pionero en la investigación de la herencia biológica. Enunció unas leyes que junto con los
posteriores avances en biología y la aplicación de las matemáticas dio lugar a la genética. El redescubrimiento de las
leyes de Mendel dio un significado a las observaciones citológicas realizadas hasta la época, teoría cromosómica de
la herencia (los genes están situados en los cromosomas)
1
1-LAS LEYES DE MENDEL
La base del éxito de los experimentos de Mendel fue la selección de una planta concreta y de ciertos de sus
caracteres discretos (rasgos con variación discontinua, cualitativa como el color o la textura de la semilla).
Además vigiló que las plantas fuesen líneas puras en los caracteres estudiados (Siguientes generaciones por
autofecundación siempre fueran constantes y semejantes a los progenitores). Una vez controlado este aspecto
Mendel podía llevar a cabo la fecundación cruzada y comprobar que la herencia biológica seguía unas leyes.
1.1-Ley de Uniformidad
Esta ley se basa en el estudio realizado sobre las dos variables (fenotipos) el color de la flor (Violeta o Blanco).
Mendel cruzó plantas de 2 líneas puras (Generación Parental o P) y la descendencia constituyo la primera
generación filial o F1, a sus descendientes, Mendel los llamó híbridos.
En todos los casos, las flores de la F1 eran de color violeta, a este fenotipo lo denominó dominante, mientras que al
que no se manifestó en la F1, recesivo.
Para confirmar los resultados, Mendel empleó el cruzamiento recíproco, es decir, si inicialmente había polinizado
plantas blancas con polen de plantas violetas, polinizó plantas violetas con polen de las blancas consiguiendo
exactamente el mismo resultado.
De estos resultados se extrajo la Primera Ley de Mendel o Ley de Uniformidad, CUANDO SE CRUZAN DOS LÍNEAS
PURAS QUE DIFIEREN EN LAS VARIANTES DE UN DETERMINADO CARÁCTER, TODOS LOS INDIVIDUOS DE LA F1
PRESENTAN EL MISMO FENOTIPO, INDEPENDIENTEMENTE DE LA DIRECCIÓN DEL CRUCE
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1.2-Ley de Segregación
Tras obtener la F1, Mendel permitió que los híbridos se autofecundasen,
dando lugar a la F2, donde aparecieron flores violetas y flores blancas.
Mendel observó que la relación de flores en los resultados eran de 3 a 1
(3:1) a favor de las violetas. Para Mendel, el Gen para por ejemplo el
color de la flor existe en las dos formas o variantes, (genes alelomorfos o
también llamados alelos). Cada planta porta dos genes para cada
carácter, uno materno y otro paterno
Mendel señaló que durante la formación de los gametos, los aleros se
segregan de tal forma que cada gameto recibe un solo alero. Al juntarse
dos gametos, se restablecen por individuo la dotación doble habitual 2
para cada carácter.
La constitución genética en relación a un carácter o todos los caracteres
se denomina genotipo y la manifestación externa del genotipo fenotipo.
(Ejem. Genotipo de un hibrido Aa y fenotipo color violeta). Por su parte
los genotipos pueden ser Homocigotos (2 aleros iguales, aa) y
Heterocigotos (2 aleros diferentes, Aa) Los homocigotos solo producirán
un tipo de gameto según su alero mientras que los heterocigotos 2 tipos
unos con el alero “A” y otros con “a”.
A= Cruce de la generación Parental (AA x aa) dando de resultado B
B= Autofecundación de la F1 (Aa x Aa) dando de resultado F2 con la típica segregación fenotípica 3:1
De estos resultados se extrajo la Segunda Ley de Mendel o Ley de la Segregación, LAS VARIANTES RECESIVAS
ENMASCARADAS EN LA F1 HETEROCIGOTA, RESULTANTE DEL CRUCE ENTRE DOS LÍNEAS PURAS (POR TANTO
HOMOCIGOTAS) REAPARECEN EN LA SEGUNDA GENERACIÓN FILIAL EN UNA PROPORCIÓN 3:1, DEBIDO A QUE LOS
MIEMBRO DE LA PAREJA ALÉLICA DEL HETEROCIGOTO SE SEPARAN SIN EXPERIMENTAR ALTERACIÓN ALGUNA
DURANTE LA FORMACIÓN DE LOS GAMETOS
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1.3-Ley de Combinación Independiente
Una vez comprobada la herencia de variables de un solo carácter, Mendel
estudió la herencia simultánea de dos caracteres diferentes (semillas amarillas y
lisas con semillas verdes y rugosas). El resultado en la F1 cumplió la primera ley de
Mendel saliendo todas las semillas lisas y amarillas, todos los individuos tenían el
mismo fenotipo, el verde y el rugoso eran recesivas.
La autofecundación de la F1, proporcionó una F2 constituida por la combinación
de los 4 caracteres estudiados, semillas amarillas y lisas, amarillas y rugosas,
verdes y lisas, y verdes y rugosas con unas proporciones respectivas de 9:3:3:1,
por lo que considerándose de forma independiente cada carácter, la proporción
sigue siendo de 3:1, es decir, cumple la ley de la segregación. En la F2 habían 3
aparecido combinaciones no presentes en la F1, verdes y lisas y amarillas y
rugosas, dando esto origen a la Tercera Ley de Mendel o Ley de la Combinación
Independiente, LOS MIEMBROS DE PAREJAS ALÉTICAS DIFERENTES SE SEGREGAN
O COMBINAN INDEPENDIENTEMENTE UNOS DE OTROS CUANDO SE FORMAN
LOS GAMETOS
1.4-Variación de la Dominancia e Interacciones Genéticas
1.4.1-Codominancia: En algunos casos los híbridos de dos líneas puras pueden no heredar un fenotipo como
dominante sino los dos simultáneamente, a este fenómeno se le conoce como codominancia.
Un buen ejemplo para el estudio de la codominancia, es el estudio de los grupos sanguíneos humanos ABO. Existen
4 fenotipos distintos: A, B, AB y O. Estos fenotipos están relacionados con la presencia o ausencia de uno o dos
antígenos en la membrana de uno de sus eritrocitos o glóbulos rojos. Las personas con fenotipo A, tienen en sus
glóbulos rojos Antigeno A, los de fenotipo B, tienen Antigeno B, los de AB, ambos antígenos y los de O ningún
antígeno. Así pues, además, los individuos con fenotipo A, tienen en su plasma, aticuerpos contra el antígeno B,
mientras que las personas con fenotipo B, tienen anticuerpos contra el A, las fenotipo O tienen ambos anticuerpos,
mientras que el AB, no lleva asociado ningún anticuerpo contra los antígenos Ay B.
En 1940, en austriaco Karl Landsteiner (1868-1943) descubrió que los grupos sanguíneos ABO están regulados por
tres alelos el A, el B y el O, que se tribuyen de forma heterogénea entre las distintas poblaciones del planeta. Los
alelos A y B son codominantes, mientras que el O es recesivo con respecto a los otros dos. Por este motivo las
personas con genotipo AA y AO son fenotípicamente del grupo A, las de genotipos BB o BO son fenotípicamente del
grupo B, las que presentan un genotipo AB, son fenotípicamente AB y las de genotipo OO son del grupo O.
Otro ejemplo de grupo sanguíneo aunque no de codominancia, es el representado por el Rh, interesado ver PAG 33
libro
1.4.2-Dominancia Intermedia: El cruce de dos líneas puras produce una F1 con un fenotipo intermedio entre el de los
dos progenitores. Ejem, el color de las flores del dondiego de noche (Mirabilis jalapa). Cruzando dos líneas puras con
flores rojas y blancas, se obtiene una F1 con flores rosas. Todas las plantas presentan un mismo fenotipo como
predice la primera ley de Mendel, pero en contra de esta, el fenotipo no es igual al de ninguna de las progenitoras.,
sino intermedio. Si dejamos que la F1 se autofecunde conseguimos una segunda generación filial con una proporción
fenotípica 1:2:1 (un homocigoto: dos homocigotos: un homocigoto) que difiere de lo previsto por la segunda lay de
Mendel para casos de dominancia completa. Esta desviación entre el resultado esperado y el obtenido no es
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consecuencia de que no se cumplan las leyes, sino a que los mecanismos responsables de la coloración de la flor
difieren de los del guisante. En el dondiego de noche, el color de la flor es consecuencia también de dos alelos, uno
que podemos representar por A1, que determina y pigmento rojo y otro A2, que no produce ningún pigmento. La
cantidad de color de las flores está relacionada con la cantidad de alelos A1 que presente el genotipo de la planta.
Por ello, el homocigoto dominante (A1A1) al tener dos alelos A1 produce más pigmento rojo que el heterocigoto
(A1A2), que solo tiene un alelo A1 y por tanto la mitad del pigmento, apareciendo sus flores del color rosa. Las plantas
con genotipo A2A2 son blancas
1.4.3-Pleiotropismo: Existen genotipos que afectan a más de un fenotipo. Un ejemplo lo representa el gen
responsable del albinismo en el ratón y la rata. Un estudio realizado por J.C. De Fries en 1966, puso de manifestación
que el alelo responsable del albinismo no afectaba solo a la coloración del animal, sino también al grado de
emocionalidad del mismo.
1.4.4-Epistasia: Fenómeno que consiste en la interacción entre genes de tal forma que un gen enmascara al efecto
de otro. Algunas veces no se cumple la tercera ley de Mendel en base a este fenómeno. Por ejemplo en la sordera
congénita humana, están involucrados dos genes (a y b) que representan cada uno dos alelos. Si uno de ellos
aparece en homocigosis recesiva, la sordera se manifestará con independencia de que alelos presente el otro; pero
si aparece, al menos un alelo dominante de cada gen, la sordera no se manifestará. Es decir, cualquiera de los
siguientes genotipos: AAbb; Aabb; aabb; aaBB o aaBb conducirán a que la persona que lo porte manifieste la
enfermedad, sin embargo cualquiera de estos otros: AABB, AABb, AaBB o AaBb impedirán la aparición de la sordera.
2-TEORÍA CROMOSÓMICA DE LA HERENCIA
Teoría que señala que los genes están ordenados de forma lineal sobre los cromosomas ocupando un determinado
lugar.
La mayoría de las células eucariotas tienen dos juegos de cromosomas, es decir los cromosomas se encuentran en
parejas (células diploides). Cada miembro de la pareja cromosómica procede de un progenitor y se llaman
cromosomas homólogos. Por su parte, las células que presentan un solo juego de cromosomas reciben el nombre de
haploides. (Los gametos son un ejemplo de haploides)
La dotación cromosómica haploide se representa mediante la letra n. (Ejem: si la dotación de una célula haploide es
de 7 cromosomas, n=7). La dotación cromosómica de las células diploides, por tener dos juegos de cromosomas, será
2n. (Ejem: El número de cromosomas de la planta del guisante es de 14; esto quiere decir 2n=14 por lo que n=7 o,
viceversa, si la dotación de un gameto es por ejemplo de 23 cromosomas (n=23) la dotación de cualquier otra célula
que no sea un gameto será 2n=46 cromosomas).
Al conjunto de todos los cromosomas de una célula se le denomina cariotipo.
En cada cromosoma se halla un número concreto de genes que guarda la información acerca de determinadas
características, por tanto en el conjunto de cromosomas de cada célula, se encuentra toda la información de las
características del organismo. En los organismos diploides, al haber dos juegos de cromosomas, los genes están
duplicados, cromosomas homólogos, en estos cromosomas, la información siendo la misma puede diferir en algunos
aspectos como que uno contenga información para pelo castaño y otro rubio. Lógicamente, no todos los aspectos
diferirán, el grado de divergencia no será otro que el grado de heterocigosis que presenten los loci (Lugar que
ocupan una serie de genes) del par cromosómico en cuestión.
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2.1-Cromosomas Sexuales
En nuestra especie al igual que en muchas otras que presentan reproducción sexual, hay una pareja en los
cromosomas que la forman, que difieren morfológicamente y en su constitución genética. Esta pareja cromosómica
está asociada al sexo del individuo y sus cromosomas X e Y son muy diferentes. El resto de cromosomas se
denominan autosomas (en nuestra especie 22 de este tipo). Las mujeres presentan dos cromosomas X y los varones
un cromosoma X y otro Y. Las mujeres solo producen gametos que contienen el mismo cromosoma sexual, el X, el
sexo femenino es llamado también sexo homogamético. Los varones pueden formar gametos que contengan X y
otros que contengan Y. recibe el nombre de sexo heterogamético.
Como ya hemos comentado anteriormente, cada miembro de un par de cromosomas homólogos, puede llevar igual
o diferentes alelos para un determinado locus. Sin embargo, el hecho de que en el varón los cromosomas sexuales
no sean homólogos hace que los loci situados en los cromosomas X e Y no se puedan presentar ni en homocigosis ni 5
en heterocigosis. Los varones solo pueden tener uno de los aleros posibles para los loci situados en los cromosomas
sexuales. A esta situación se le llama hemicigosis y es la causa de que los varones presenten mayor incidencia de
ciertas enfermedades relacionadas con los genes situados en el cromosoma X.
2.2-Meiosis
Es la forma que tienen de reproducirse las células sexuales, el resto, se reproducen por mitosis. La cuestión es que al
juntarse un gameto de cada individuo durante la reproducción sexual, si la dotación de cada uno de estos sería
diploide (2n), el individuo formado sería tetraploide (4n), por tanto si no existiese un proceso que redujese a la mitad
el número de cromosomas de los gametos la reproducción sexual no existiría. La solución fue conseguida por la
naturaleza a través de la meiosis, cuyo objetivo es formar gametos y reducir la dotación cromosómica diploide a
haploide.
La meiosis se lleva a cabo en dos etapas, la meiosis I y la meiosis II, la meiosis I consiste en dividir la célula (2n) de tal
forma que cada célula hija, reciba un único y completo juego de cromosomas, es decir pase a ser haploide (n). La
segunda fase, meiosis II, equivale a una mitosis, de las células obtenidas en la primera etapa.
Fases de la Meiosis I:
-Profase I: Los cromosomas al entrar en la meiosis, como ocurre en la mitosis, están
duplicados y constan de dos cromátidas cada uno, es decir, en cada célula tenemos
cuatro pares de cromosomas. En esta fase, se da un hecho muy importante, estos
cromosomas, los homólogos se aparean dos a dos, punto por punto, a lo largo de toda
su longitud, formando lo que se denominan bivalentes.
El apareamiento de los homólogos tiene una importancia extraordinaria, a través de el
se lleva a cabo la recombinación genética, mediante el fenómeno del entrecruzamiento
(intercambio de genes de un cromosoma homólogo a otro)
-Metafase I: Los bivalentes, mediante sus centrómeros, se insertan en las fibras del huso
adoptando una ordenación circular sobre la placa ecuatorial
-Anafase I: En esta fase se separan los cromosomas de los bivalentes, emigrando n
cromosomas (cada uno con sus dos cromátidas) a cada polo.
-Telofase I: Los cromosomas se sitúan en ambos polos de la célula, se desespiralizan y se produce la
citogénesis dando lugar a dos células hijas con n cromosomas. A esta división meiótica se le denomina
también división reduccional.
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Las células hijas obtenidas en la meiosis, pueden entrar directamente en la meiosis
II o pasar por un periodo de interfase previamente. En cualquier caso, antes de
entrar en esta segunda división meiótica, no se produce duplicación de
cromosomas, pues ya están duplicado1s dado que en la meiosis I se separaron
cromosomas con sus dos cromátidas. La meiosis II es prácticamente igual que la
mitosis, salvo por el hecho de que la célula que entra en división es haploide, ya no
hay cromosomas homólogos y, por tanto, tras ella se obtienen dos células hijas con
n cromátidas.
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2.3-Recombinación y Ligamento
Durante la profase I se realiza el emparejamiento de los cromosomas homólogos dos a dos. Durante el mismo se
producen intercambio de alelos entre los cromosomas de la pareja de homólogos. Este suceso se denomina
sobrecruzamiento o entrecruzamiento y se pone de manifiesto citológicamente por la aparición entre las
cromátidas de los bivalentes, de puntos de cruce, en forma de x, que se denominan quiasmas.
En cada uno de los cromosomas homólogos se encuentran los mismos genes en los mismos loci, aunque no
necesariamente los mismos alelos. El sobrecruzamiento hace que los loci de uno y otro cromosoma homólogo
aparezcan, tras este proceso, con una combinación nueva de alelos. Recombinación genética (aparición en un
mismo cromosoma del gameto, de alelos de cada progenitor).
La gran importancia de la recombinación genética es la variabilidad que genera. El número de gametos distintos que
se pueden formar mediante este proceso está en función de cuantos loci heterocigotos existen en un individuo.
Concretamente se obtiene elevando 2 (par de homólogos) a la cifra de esos loci heterocigotos. En el ser humano se
estima que en cada persona existen unos 3350 loci (23350)
No siempre se puede realizar el intercambio de los loci de los cromosomas homólogos mediante el cruzamiento. El
porcentaje de recombinación entre dos loci, está directamente relacionado con la distancia física que los separa
dentro del cromosoma. A más distancia, más porcentaje de recombinación se llevará a cabo entre ellos.
3-TIPOS DE TRANSMISIÓN GENÉTICA
Al comenzar el tema hablábamos de herencia monogénica y posteriormente de herencia poligénica. Dado que
Mendel trabajó con caracteres monogénicos, se denominan también rasgos o caracteres mendelianos. Para
estudiarlos genes involucrados en distintos rasgos en seres humanos, se emplea el Patrón de transmisión de carácter
(Genealogía o Pedigrí), al no poder experimentar con cruzamientos.
Los patrones de transmisión de un carácter mendeliano, detectados a través de las genealogías, dependen de dos
factores:
-La localización del sitio que ocupa. La localización puede ser autosómica (locus en cualquier autosoma, cromosoma
no sexual) o ligadfa a los cromosomas sexuales,
-La expresión fenotípica del carácter en cuestión. La expresividad fenotípica puede ser diversa, pero el principal
número de loci (locus en plural) estudiados responden a una relación de dominancia y recesividad y, por eso, a ella
nos atenderemos.
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Por tanto, según estos criterios, se establecen tres tipos de patrones de transmisión en la herencia monogénica:
autosómica dominante, autosómica recesiva y ligada al sexo.
3.1-Transmisión Autosómica Dominante
En la transmisión autosómica dominante, tanto los homocigotos como los heterocigotos manifestaran el carácter.
(Véase Enfermedad de corea de Huntington)
3.2-Transmisión Autosómica Recesiva
En la transmisión autosómica recesiva, sólo los homocigotos presentan el carácter. Los heterocigotos no manifiestan
el rasgo, pero son portadores del alelo causante del mismo. (Véase enfermedad de Tay-Sachs)
3.3-Transmisión Ligada al Sexo
La transmisión ligada al sexo es consecuencia de la desigual distribución de los cromosomas sexuales en varones y
mujeres. La peculiaridad de la transmisión de los alelos recesivos ligados al cromosoma X hace que aparezca el
fenómeno denominado alternancia de generaciones, consistente en que tanto el abuelo como el nieto presentan la
variante fenotípica en cuestión, pero no los individuos de la generación intermedia, siempre que la abuela no la
presentase ni fuese portadora. (Véase enfermedades Daltonismo y Hemofilia A)
4-LA NATURALEZA DEL MATERIAL HEREDITARIO
El ADN está formado por secuencias de nucleótidos, que son sustancias compuestas por una molécula de ácido
fosfórico más una de un hidrato de carbono (una ribosa o desoxiribosa) y más otra de una base nitrogenada (base
púrica o base pirimidínica). En el ADN estos nucleótidos forman dos cadenas, cada una de las cuales está dispuesta
en espiral, enroscada una sobre la otra formando una doble hélice. La espiral la marca la sucesión de las moléculas
de desoxirribosa y acido fosfórico de cada nucleótido, mientras que las bases nitrogenadas se sitúan en el interior. La
unión entre las dos cadenas de nucleótidos que forman el ADN se lleva a cabo a través de puentes de hidrógeno que
se establecen entre las bases púricas de una cadena y las pirimidínicas de la otra.
La adenina se aparea únicamente con la timina, mientras que la citosina lo hace solo con la guanina. Esta relación
restrictiva entre las bases se conoce como complementariedad y hace que las dos cadenas de nucleótidos del ADN
sean complementarias entre sí. (Modelo Watson y Crick: Dado que una base púrica se aparea siempre con la misma
base pirimídinica (A-T y C-G), la cantidad de bases púricas será siempre igual a la de pirimidínicas, es decir, A + G = T
+ C ó A / T = C / G.) Si en una determinada molécula de ADN la timina representa el 17% de todas las bases
nitrogenadas de este ADN, dado que esta base solo se aparea con la adenina, la cantidad de esta también
representará el 17% de las bases nitrogenadas de la molécula de ADN analizada. El 66% restante, será repartido en
partes iguales entre la otra pareja de bases complementarias: 33% para la citosina y 33% para la guanina
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5-LAS COPIAS PARA LA HERENCIA: DUPLICACIÓN DEL ADN
Las características fundamentales del proceso de replicación del ADN y los mecanismos mediante los cuales las
encimas encargadas los llevan a cabo son prácticamente similares en todos los organismos. La replicación del ADN es
semiconservativa, es decir, que a partir de una molécula de ADN se obtienen dos, cada una de las cuales porta una
hebra del ADN que se ha duplicado. El proceso es catalizado por la acción de un conjunto de enzimas que forman el
complejo enzimático de duplicación; una de estas encimas es la ADN polimerasa que utiliza de molde una de las
hebras del ADN original y va construyendo las nuevas hebras incorporando los nucleótidos según la regla de la
complementariedad de bases.
Cuando el proceso concluye, las dos nuevas moléculas de ADN se separan. Ambas llevan una hebra antigua y otra 8
nueva, pero las dos son idénticas, la información puede ser transmitida fielmente a otra generación. Una vez
equiparadas, como más adelante veremos, cada una de estas moléculas de ADN constituirá, respectivamente cada
una de las cromátidas del cromosoma metafásico.
6-LA EXPRESIÓN GÉNICA: LA INFORMACIÓN EN ACCIÓN.
Desde la aparición de las leyes de Mendel, varios científicos intentaron averiguar el camino que conectaba el
genotipo con el fenotipo. Una de las primeras teorías afirmaba que los genes eran los encargados del metabolismo.
Posteriormente otros estudios trataron la hipótesis de un gen una enzima. Esta hipótesis fue confirmada con
posterioridad, estableciéndose que un gen es la secuencia de nucleótidos del ADN en que se halla codificada la
naturaleza y el orden en que se ensamblan los aminoácidos de una enzima. Esta definición se tuvo que ampliar al
comprobarse que un gen no solo guarda la información referente a la secuencia de aminoácidos de las enzimas, sino
de todos y cada uno de los polipéptidos que se sintetizan en una célula. Estos genes se denominan genes
estructurarles para diferenciarlos de aquellas otras secuencias de ADN que portan otro tipo de información como,
por ejemplo, la secuencia de nucleótidos de los distintos ácidos ribonucleicos.
En 1970, Francis Crick, propone el denominado dogma central de la Biología, en el que establece el flujo que sigue la
información genética.
Se inicia en el ADN, donde se puede duplicar (replicación) para transmitir a otra célula, o ser transferida a una
molécula de ARN, mediante transquipción. Desde el ARN mediante traducción, la información se expresa en una
secuencia polipeptídica.
Además de estos caminos, el flujo de información génica puede seguir otros. Es lo que ocurre con los virus que
transportan la información génica en forma de ARN2 (Ejemplo, virus del sida). En un tipo de ellos, el primer paso de
la transmisión de la información es su copia a una molécula de ADN. Otros sin embargo no necesitan este paso y la
información se expresa directamente desde el ARN.
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Este era el primer paso del flujo de de la información hereditaria, la replicación del ADN, pero en eucariotas y
procariotas esa información tiene que dar dos pasos más para llegar a expresarse. Transcripción y Traducción
6.1-La Transcripción
En las células de los eucariotas, el ADN está en el núcleo, mientras que la maquinaria necesaria para la síntesis de
proteínas se halla en el citoplasma. Cada vez que es necesaria la producción de un determinado polipéptido, la
información de su secuencia de aminoácidos es copiada desde el correspondiente gen a un ácido ribonucleico. El
ARN formado es el que viaja al citoplasma con la información para que el polipéptido sea sintetizado. ARN
mensajero.
La transcripción la realiza un enzima perteneciente al grupo de las ARN polimerasas. La transcripción sigue las reglas
de complementariedad con la salvedad de que en lugar de añadir un nucleótido de timina cuando aparece uno de 9
adenina, se añade un nucleótido de uracilo en la cadena de ARN en crecimiento. La ARN polimerasa se une a una
determinada región situada por delante del gen que se quiere transcribir, promotor y desde esta región inicia la
síntesis del ARN hasta que alcanza una zona denominada secuencia de fin siendo esta la señal de parada de la
transcripción
6.1.1-Maduración de ARN: Al final el proceso de transcripción, el ARNm que produce la ARN polimerasa se denomina
transcrito primario. La secuencia del polipéptido está mal organizada, está disgregada a lo largo de transcrito
primario y mezclada con intrones, que son separadores de los exones. A través de un proceso de corte y empalme
(splicing) denominado maduración o procesamiento del transcrito primario, se eliminan los intrones y se colocan
secuencialmente los exones, obteniéndose un ARNm maduro que porta la secuencia lineal de un polipéptido
funcional.
6.2-El Lenguaje de la Vida: El código Genético
El código genético es el conjunto de reglas mediante las cuales se establece la relación entre la ordenación lineal de
nucleótidos de la molécula de ADN y la ordenación lineal de aminoácidos de los polipéptidos.
El ADN contiene la información acerca de las secuencias de aminoácidos de todos los polipéptidos del organismo.
Dada que la naturaleza del ADN y la de los polipéptidos es distinta, esa información debe ser guardada de forma
cifrada de acuerdo con un código.
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Durante los primeros años de la década de los 60, los datos experimentales aportados por los grupos de trabajo
dirigidos por Marshall Nirenberg, Severo Ochoa y H. Gobind Khorana, corroboraron esta hipótesis. La base del código
genético es el triplete (En el ADN) o el codón (En el ARNm). Está constituido por una secuencia cualquiera de los tres
nucleótidos de los cuatro posibles (De adenina, guanina, citosina y timina, o uracilo, en codón). Las distintas
ordenaciones en que pueden aparecer los nucleótidos en el triplete, sirven para especificar los diferentes
aminoácidos de un polipéptido. Por tanto un triplete especifica un aminoácido. La equivalencia entre todos los
codones posibles y los distintos aminoácidos que forman parte de los polipéptidos se recogen en el cuadro anterior.
El código genético además tiene las siguientes propiedades:
a) Es redundante o degenerado: Un aminoácido puede ser codificado por más de un codón. Esto es
consecuencia de que la combinación de 3 en 3 de los cuatro diferentes nucleótidos que forman el ADN
puede originar 64 tripletes distintos. No todos los tripletes codifican distintos aminoácidos (Un mismo
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aminoácido puede ser codificado por varios tripletes distintos.
b) Es un código sin superposición: Un nucleótido solo pertenece a un codón y no a cualquier otro que forme
con los nucleótidos adyacentes.
c) La lectura es lineal y sin comas: Se inicia en un punto y avanza de codón en codón sin separación entre
ellos.
d) Es universal: Todos los seres vivos, desde bacterias hasta animales… utilizan el mismo código para
traducir el mensaje del ADN a polipéptidos.
6.3-La Traducción
Es el proceso por el que la información del ARNm (alfabeto de 4 letras) para al alfabeto de los polipéptidos (20
letras). En este proceso, participan los ribosomas, el ARNm, los ARNts y el aparato enzimático que cataliza la
formación del correspondiente polipéptido.
7-LOS ERRORES QUE NOS MATAN Y NOS HACEN EVOLUCIONAR: LA MUTACIÓN
Una mutación se considera cualquier cambio permanente en el material genético no debido a la segregación
independiente de los cromosomas o la recombinación que ocurre durante el proceso de meiosis. Las mutaciones se
producen al azar y son las responsables de por selección natural, la evolución.
Una fuente de mutación es la propia replicación del ADN, proceso en el que se calcula que se produce la inserción de
un nucleótido erróneo una vez cada 1010 pares de bases. Además de este factor existen otros químicos y físicos el
medio ambiente que incrementan la tasa normal de mutación, mutágenos. Entre los de tipo electromagnético se
encuentran las radiaciones ionizantes (Ejem Rayos X y Gamma) y no ionizantes (Ejem Rayos ultravioletas). Otro
grupo de mutágenos tiene naturaleza química (Ejem ácido nitroso, gas mostaza, colorantes de acridina…)
Las mutaciones afectan al material hereditario por lo que son transmitidas a las células hijas. Los seres vivos que se
reproducen sexualmente, presentan dos tipos de células, las somáticas y las germinales (Producen los gametos). Si
afecta a las germinales el cambio se trasmitirá a los descendientes. Si afecta a las somáticas el cambio se transmitirá
a las células hijas tras el proceso de mitosis y citogénesis. El que afecten en mayor o menor medida al individuo
depende de la naturaleza de la mutación del tejido afectado y del momento del desarrollo ontogénico en que se
produzca la alteración. Las mutaciones somáticas son la causa del envejecimiento y del mosaicismo somático, es
decir, de la aparición en un individuo de dos líneas celulares que difieren genéticamente. Las mutaciones pueden
ser: genómicas, cuando afectan a cromosomas completos; cromosómicas si ocurren en una parte del cromosoma e
involucra a varios genes y génicas, al modificar a un solo gen.
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BASES CELULARES Y MOLÉCULAS DE LA HERENCIA
8-NIVELES DE ORGANIZACIÓN DEL ADN: EL CROMOSOMA EUCARIÓTICO
En la actualidad el cromosoma es la molécula de ácido nucleico que actúa como portadora de la información
hereditaria. Por tanto, es el ARN de algunos virus, la molécula de ADN de procariotas y cada una de las que se
encuentran en el núcleo de la célula eucariota.
En las eucariotas el aspecto del material hereditario varía desde la estructura solida del cromosoma metafásico, a la
estructura amorfa y disgregada durante la interfase celular llamada cromatina. Lo que distingue un nivel y el otro es
el grado de condensación del ADN.
La cromatina tampoco presenta un estado homogéneo de compactación, se presenta como eucromatina
(empaquetamiento menor) o heterocromatina, más condensada. Los diferentes niveles de organización de la
cromatina están relacionados con el grado de expresión génica.
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Cada cromosoma está constituido por una sola molécula de desoxirribonucleico unido a proteínas
(Mayoritariamente histonas) que sirven para que el ADN se condense de una forma ordenada alcanzado los
diferentes niveles de organización, siendo el más básico el nucleosoma y estando compuesto por varios tipos de
histonas y ADN. El nucleosoma representa la unidad más básica de condensación de ADN. En el cromosoma
metafásico, el nivel de concentración es unas 1400 veces mayor que el alcanzado con los nucleosomas, se consigue
mediante com-pactación se consigue por sucesivos procesos de plegamiento de unos niveles de organización para
alcanzar otros superiores. El nucleosoma representa el primer nivel y el cromosoma el último.
El cromosoma eucariótico está formado por ADN de diferente naturaleza. Un 10% está constituido por ADN
altamente repetitivo. Su función no es conocida y no hay pruebas de que se transcriba. Otro 20% lo forma el ADN
moderadamente repetitivo, relacionado con zonas de reconocimiento para la actuación de determinadas enzimas,
con genes que se encuentran en múltiples copias tales como las del ARNr o los de las histonas y con los genes de los
anticuerpos. El 70% restante son secuencias de copia única o escasamente repetitivas, en su mayoría, genes
estructurales. No obstante, de este 70% la mayor parte está constituido por intrones, por lo que se estima que
realmente solo entre un 1-5% del ADN es transcrito y traducido a cadenas polipeptídicas. El conjunto de todos los
genes que portan los cromosomas de un individuo, constituyen su genoma. (Humanos entre 25.000-30.000 genes)
Las secuencias reguladoras son segmentos no codificantes relacionados con: el punto de comienzo de la replicación;
los puntos de inicio de la recombinación del ADN; el inicio y final de la transcripción de los genes estructurales y la
regulación de la expresión génica.
9-REGULACIÓN DE LA EXPRESIÓN GÉNICA
En cada célula se almacena toda la información genética. Sin embargo, las células tomas distintos destinos, forman
tejidos, órganos (organogénesis y morfogénesis)… Por otra parte dentro de la célula ya diferenciada, el metabolismo
celular varía continuamente a lo largo de su ciclo vital. La economía celular obliga a que la expresión génica no sea
continua ni simultánea para todos los genes, sino que se active solo cuando los correspondientes polipéptidos se
necesitan.
La expresión génica está regulada de forma precisa durante las sucesivas etapas del desarrollo del organismo, como
a lo largo del ciclo vital celular.
Tema2. Fundamentos de la Psicobiología.
BASES CELULARES Y MOLÉCULAS DE LA HERENCIA
9.1-Regulación de la Expresión Génica a Corto Plazo.
Relacionado con el control del metabolismo celular y produce alteraciones pasajeras de la expresión génica. Están
implicados los genes reguladores que codifican la secuencia de las proteínas reguladoras o factores de
transcripción, los cuales impiden la expresión de los genes estructurales. Para ello se unen de forma selectiva a una
región específica del ADN situada al inicio de los genes estructurales, la secuencia reguladora.
Los correpresores son moléculas a las que necesitan acoplarse algunas proteínas reguladoras para adotar el espacio
adecuado que les permita unirse a una secuencia reguladora concreta del ADN e impedir la expresión de un gen. Un
caso especial de correpresores parece constituirlo el denominado ARN de interferencia.
El Modelo del Operón representa un ejemplo claro de una forma de regular la expresión génica, este se produce
cuando cerca de los genes lac se encuentra el denominado gen regulador, que codifica la secuencia de una proteína 12
reguladora llamada represor. Esta proteína reconoce y se une a un segmento de ADN, que tiene una secuencia
especifica de nucleótidos, denominada operador (secuencia reguladora) La unión del represor al operador impide
que el ARN polimerasa pueda acoplarse al ADN, y, por tanto, que la transcripción de los genes lac se lleve a cabo.
9.2-Regulación de la Expresión Génica a Largo Plazo.
La distribución espacial adecuada de órganos y tejidos también está regulada por una familia de genes, los
homeogenes. El desarrollo y diferenciación del sistema nervioso humano depende de estos genes. En la
diferenciación celular están involucrados también otros mecanismos de inactivación génica permanente, como la
mentilación y la condesación del ADN. Dos procesos que permiten a las células que solo se expresen determinados
genes del total que portan en su núcleo, permitiendo con ello su diferenciación y especialización en tareas concretas
(procesamiento y transmisión de información, producción y secreción de hormonas, etc.)