Investigación de Gregor Mendel

Genotipo. Feniotipo. Alelo. Línea pura. Individuo heterocigótico. Leyes de Mendel. Alelismo múltiple. Herencia del sexo. Mutaciones

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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

  • 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 F1, 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

Fenotipo dominante

Fenotipo recesivo

Ojos

Oscuros

Claros

Visión

Miopía

Visión normal

Hipermetropía

Visión normal

Astigmatismo

Visión normal

Labios

Gruesos

Finos

Piel

Normal

Albino

Pecas

Normal

Pelo

Oscuro

Rubio

Rizado

Liso

Calvicie precoz

Pelo normal

Orejas

Largas

Cortas

Lóbulo libre

Lóbulo adherido

Audición

Normal

Sordera congénita

Hay enfermedades graves producidas por genes alterados que se comportan como dominantes o recesivos.

Un gen deleterioes 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

  • 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 aglutinógenosen el caso de los glóbulos sanguíneos, están en los glóbulos rojos, mientras que los anticuerpos, llamados aglutininasen este caso, se encuentran en el plasma.

Grupo sanguíneo

Aglutinógenos (antígenos)

Aglutininas (anticuerpos)

A

A

Anti-B

B

B

Anti-A

AB

A y B

No tiene

0

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

  • 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 aparentey 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.