Genética cromosomas y más, Apuntes de Cultura Científica

¡Descarga Genética cromosomas y más y más Apuntes en PDF de Cultura Científica solo en Docsity! Genética Cariotipo humano Es el patrón cromosómico de una especie expresado a través de un código, establecido por convenio, que describe las características de sus cromosomas, también puede definirse como la colección de cromosomas de un individuo. El término también se refiere a una técnica de laboratorio que produce una imagen de los cromosomas de un individuo. El cariotipo es utilizado para buscar números o estructuras anormales de los cromosomas. Se usa con frecuencia para referirse a un cariograma, el cual es un esquema de los cromosomas ordenados de acuerdo a su morfología (de acuerdo a la ubicación del centrómero) y tamaño, que están caracterizados y representan a todos los individuos de una especie. Ejemplo: Cariograma de un hombre. Cariotipo de un hombre con síndrome de Patau- Trisomía del cromosoma 13 Análisis del cariotipo humano Determinar el cariotipo de una persona, tiene diferentes aplicaciones en la práctica clínica, dado que nos permite detectar anomalías en el número o la forma de los cromosomas. Una de las aplicaciones más conocidas es el diagnóstico prenatal temprano de alteraciones cromosómicas que puedan desembocar en diferentes enfermedades o trastornos genéticos, como el Síndrome de Patau (trisomía del cromosoma 13) o el Síndrome de Turner (monosomía del cromosoma X). El estudio del cariotipo no se realiza únicamente en diagnóstico prenatal, sino que podemos realizarlo en niños o adultos, para diagnosticar enfermedades o trastornos genéticos. Por ejemplo, se puede utilizar para diagnosticar el Síndrome Cri du Chat (deleción parcial o total del brazo corto del cromosoma 5) en niños con características típicas de este trastorno. También se puede utilizar en adultos para diagnosticar anomalías cromosómicas que puedan causar infertilidad, como el Síndrome de Klinefelter (hombres XXY) o el Síndrome de Turner. Realizar un cariotipo permite determinar si hay alguna anomalía cromosómica numérica y/o estructural. Esta prueba no nos permite ver si un individuo presenta alteraciones genéticas “pequeñas” como las mutaciones puntuales o duplicaciones/deleciones de unos pocos pares de bases. Para mutaciones que no podemos ver con el cariotipo hay otras pruebas, como la prueba MLPA, los CGH- arrays o técnicas derivadas de las NGS, de las que os hablaremos en otros posts. Proceso del cariotipo. El primer paso para realizar el análisis del cariotipo de un individuo es tomar muestras de alguno de sus tejidos. Normalmente se toma una muestra de sangre, pero también es posible hacer el cariotipo de muestras de médula ósea. En el caso de fetos en desarrollo, se hace una amniocentesis para obtener una muestra del líquido amniótico, un fluido que rodea y protege al bebé durante el embarazo y que contiene células fetales. Una vez obtenida la muestra, realizaremos un cultivo celular en el medio adecuado. A partir de estos cultivos celulares, se obtienen células en división. Esto es muy importante, porque los cromosomas sólo son visibles durante la división celular, también conocida como mitosis. Si se tomasen muestras de células que se encuentran fuera de la mitosis, su ADN estaría en forma de cromatina y no se podría ver ninguna anomalía numérica o estructural. Para evitar esto, las células son tratadas con colchicina, un compuesto que detiene la mitosis en cierto punto de la metafase, lo que hace que las células queden en una especie de división paralizada para siempre. Una vez obtenidas las muestras de los cultivos celulares, se tiñen con tintes específicos para ácidos nucleicos, que tiñen de diferente forma cada región de los cromosomas, dependiendo de su composición en cuanto a bases nitrogenadas. Esto hace posible que los cromosomas se puedan ver correctamente en el microscopio, a la vez que permite distinguir diferentes bandas en el ADN. Genoma humano El genoma es el conjunto del material hereditario de un organismo, la secuencia de nucleótidos que especifican las instrucciones genéticas para el desarrollo y funcionamiento del mismo y que son transmitidas de generación en generación, de padres a hijos (De los 23 pares, 22 son cromosomas autosómicos y un par determinante del sexo (dos cromosomas X en mujeres, y un X y un Y en varones). Proyecto del genoma humano El Proyecto Genoma Humano fue un proyecto internacional de investigación científica con el objetivo fundamental de determinar la secuencia de pares de bases químicas que componen el ADN e identificar y cartografiar los 20.000-25.000 genes del genoma humano desde un punto de vista físico y funcional (1990- 2003; PREMIO ALBANY MEDICAL CENTER). Durante este proyecto se utilizaron técnicas tales como:  Secuenciación del ADN  El empleo de polimorfismos de longitud de los fragmentos de restricción (RFLP)  Cromosomas artificiales de levaduras (YAC)  Cromosomas artificiales bacterianos (BAC)  La reacción en cadena de la polimerasa (RCP)  Electroforesis Código degenerado El código genético es degenerado; En este caso "degenerado" hace referencia a que hay más codones que aminoácidos (recuerda que un codón son tres pares de bases del DNA, y es una unidad del código mentras que un aminoácido es una unidad de la proteína, y podría considerarse el resultado del código). Así pues, hay más de un aminoácido al que le corresponde más de un codón. Por ejemplo, el aminoácido Metionina solo le corresponde un codón, que es el AUG, pero a la Serina le corresponden dos ( AGU y AGC) y a otros como la Treonina cuatro. En este caso degenerado vendría a significar que el código no es tan bueno como podría ser, ya que tenemos más codones de los que necesitamos por aminoácido. Gen Los genes son segmentos de ácido desoxirribonucleico (ADN) que contienen el código para una proteína específica cuya función se realiza en uno o más tipos de células del cuerpo. • Los genes están en los cromosomas, que a su vez se localizan principalmente en el núcleo de la célula. • Un cromosoma contiene de cientos a miles de genes. • Cada una de las células humanas contiene 23 pares de cromosomas, es decir 46 cromosomas. • Un rasgo es una característica determinada genéticamente (por genes) y suele estar determinado por más de un gen. • Algunos rasgos están causados por genes defectuosos, los cuales pueden haber sido heredados o ser el resultado de una nueva mutación. Tipos de genes Los genes se diferencian de acuerdo a su rol específico en la síntesis de proteínas, de la siguiente manera:  Genes estructurales. Aquellos que contienen la información codificante, es decir, la que corresponde al conjunto de aminoácidos para formar una proteína específica.  Genes reguladores. Genes que carecen de información codificante, pero que en cambio cumplen funciones reguladoras y de ordenamiento, determinando así el lugar de inicio y final de la trascripción genética, o cumplen roles puntuales durante la mitosis y la meiosis, o que denotan el lugar en que deberán combinarse enzimas u otras proteínas durante la síntesis. Estructura de un gen Los genes son, desde un punto de vista molecular, poco más que una secuencia de los nucleótidos que componen el ADN o ARN (adenina, guanina, citosina y timina o uracilo). Su orden específico se corresponde con un conjunto específico de aminoácidos, para formar así una macromolécula de función específica (proteínas, por ejemplo). Sin embargo, los genes se componen de dos partes de distinta función, que son:  Exones. La región del gen que contiene el ADN codificante, es decir, la secuencia puntual de bases nitrogenadas que permiten sintetizar una proteína.  Intrones. La región del gen que contiene ADN no codificante, o sea, que no contiene instrucciones para la síntesis de proteínas. Un gen puede tener distinto número de exones e intrones, y en algunos casos, como en el ADN de los organismos procariotas (estructuralmente más sencillo que el de los eucariotas), los genes carecen de intrones. Mutaciones geneticas Son alteraciones en el número de genes o en el orden de estos dentro de los cromosomas. Se deben a errores durante la gametogénesis (formación de los gametos por meiosis) o de las primeras divisiones del cigoto. En el primer caso la anomalía estará presente en todas las líneas celulares del individuo, mientras que cuando la anomalía se produce en el cigoto puede dar lugar a mosaicismo, coexistiendo por tanto poblaciones de células normales con otras que presentan mutaciones cromosómicas. • Se estima que cerca de un 60% de ambiente. Las mutaciones beneficiosas son esenciales para que ocurra la evolución. Incrementan las posibilidades de un organismo de reproducirse, por lo que es probable que se vuelvan más comunes a medida que pasa el tiempo. Hay muchos ejemplos conocidos de mutaciones beneficiosas. Aquí tenemos dos: Mutaciones en muchas bacterias que les permiten sobrevivir en presencia de antibióticos. Estas mutaciones generan bacterias resistentes a los antibióticos . Hay una mutación única que ocurre en personas de una pequeña ciudad en Italia. La mutación los protege de desarrollar arterosclerosis, que es una peligrosa acumulación de células grasas en los vasos sanguíneos. Incluso se ha identificado la persona en que la mutación apareció por primera vez. Mutaciones dañinas Imagina hacer un cambio al azar en una máquina complicada como un motor de automóvil. La probabilidad de que el cambio al azar mejore el funcionamiento del auto es muy pequeña. Es mucho más probable que el cambio resulte en un automóvil que no funciona bien o que no funciona del todo. De la misma manera, cualquier cambio al azar en el ADN de un gen es probable que resulte en una proteína que no funciona normalmente o que no funciones del todo. Es probable que tales mutaciones sean dañinas. Las mutaciones dañinas pueden causar enfermedades genéticas o cáncer. Un trastorno genético es una enfermedad causada por una mutación en uno o pocos genes. Un ejemplo humano es la fibrosis quística. Una mutación en un gen causa que el cuerpo produzca mucosidad gruesa y pegajosa que obstruye los pulmones y bloqueo conductos en los órganos digestivos. Puedes ver un video sobre la fibrosis quística y otros trastornos genéticos en este enlace: http://www.youtube.com/watch?v=8s4he3wLgkM (9:31).(Solo en inglés) El cáncer es una enfermedad en la cual las células crecen fuera de control y forman masas anormales de células. Es generalmente causada por mutaciones en los genes que regulan el ciclo de la célula. A causa de las mutaciones, las células con ADN dañado se pueden dividir sin límites. Los genes cancerosos pueden ser hereditarios. Ácidos nucleicos Los ácidos nucleicos son grandes polímeros formados por la repetición de monómeros denominados nucleótidos, unidos mediante enlaces fosfodiéster. Los ácidos nucleicos son un tipo importante de macromoléculas presentes en todas las células y virus. Las funciones de los ácidos nucleicos tienen que ver con el almacenamiento y la expresión de información genética. Las hebras del ADN se enrollan una sobre la otra en una doble hélice, como una escalera de caracol, con la columna de fosfato y azúcar que forma las verticlaes y los pares de bases complementarias, los peldaños. Se distribuyen en dos cadenas antiparalelas con extremos 5´ 3´ y de forma opuesta 3´ 5´. Los enlaces de hidrogeno entre pares de bases complementarias unen las dos hebras del ADN. Tres enlaces de hidrogeno unen la guanina con la citosina y dos enlaces unen la adenina con la timina. Se observa además que cada hebra tiene un fosfato libre en un extremo y un azúcar libre en el extremo opuesto. Además las dos hebras corren en direcciones opuestas. El ARN está formado de sucesiones de nucleótidos unidos por enlaces fosfodiéster, en el ARN el azúcar es una ribosa y las bases nitrogenadas son: adenina (A), citosina (C), guanina (G) y uracilo (U). Este último sustituye a la timina (T) del ADN. El ARNm es sintetizado por la ARN polimerasa II. Tipos de ARN El ARN ribosómico se sintetiza en el nucléolo por la ARN Pol I y salen mediante los poros nucleares para conformar la subunidad mayor y menor de los ribosomas. El ARN se sintetiza como subunidad mayor y menor. La subunidad menor es el único que reconoce el ARN sintetizado y debe estar en S’ y B’. La metionina es un aminoácido azufrado esencial que participa en la síntesis de proteínas. Es el primer aminoácido en la cadena de cualquier proteína. La metionina es un potente antioxidante y es precursora del aminoácido cisteína (cerca del 80% de la metionina que se ingiere pasa a formar cisteína), dicho aminoácido es sintetizado por la GLP. En eucariotas, el ARNm se sintetiza en el nucleoplasma del núcleo celular y de allí accede al citosol, donde se hallan los ribosomas, a través de los poros de la envoltura nuclear. Es el ARN más abundante en la célula, y puede purificarse fácilmente. El ARNm se encarga de llevar los codones. El ARNt se sintetiza en el núcleo y es un elemento clave en la síntesis de proteínas dentro de los ribosomas. El ARNt se encarga de transportar los aminoácidos complementarios. SnARN: La longitud de un snRNA promedio es de aproximadamente 150 nucleótidos. Son transcritos por la ARN polimerasa II o la ARN polimerasa III . Su función principal es el procesamiento del ARN premensajero ( ARNh ) en el núcleo. Núcleo celular Es la estructura más característica de las células eucariotas. Se rodea de una cubierta propia, llamada Envoltura Nuclear y contiene el material hereditario de cada individuo y cuya composición se basa en el ácido desoxirribonucleico (ADN). En él se realizan los procesos de replicación del genoma y transcripción del ARN, que ocurren dentro, y la biosíntesis de proteínas (traducción), que se produce fuera. Nucleoplasma Es el medio interno del núcleo, es viscoso e incoloro. En él se encuentra inmerso el ADN, el ARN, agua, sales y muchas proteínas, especialmente enzimas relacionadas con el metabolismo de los ácidos nucleicos. El nucleoplasma es incoloro y acuoso, además de permitir la ubicación de la cromatina. Nucléolo Una región pequeña dentro del núcleo que contiene ADN en forma de genes de ARN ribosómico (ARNr) activos desde el punto de vista transcripcional, ARN y proteínas. Es el sitio donde ocurre la síntesis de ARN y contiene proteínas reguladoras del ciclo celular. Condensación de la cromatina La cromatina es el material asociado a las proteínas histonas cuando no está en división. La cromatina se ha dividido en: eucromatina la cual esta presente en la transcripción activa y heterocromatina cuando es la transcripción inactiva la cual no permite la transcripción. La heterocromatina ha sido definida como una estructura que no altera su nivel de condensación o compactación a lo largo del ciclo celular, mientras que, por el contrario, la eucromatina se descondensa durante la interfase. La heterocromatina se localiza principalmente en la periferia del núcleo y la eucromatina en el interior del nucleoplasma. Además podemos distinguir: heterocromatina constitutiva, que contiene pocos genes y está formada principalmente por secuencias repetitivas localizadas en grandes regiones coincidentes con centrómeros y telómeros, de la heterocromatina facultativa compuesta de regiones transcripcionalmente activas que pueden adoptar las características estructurales y funcionales de la heterocromatina, como el cromosoma X inactivo de mamíferos. Nucleosoma La unidad fundamental de la cromatina, denominada nucleosoma, está compuesta de ADN e histonas. Esta estructura es la base del primer nivel de compactación del ADN en el núcleo. Los nucleosomas se encuentran separados de manera regular a lo largo del genoma para formar un nucleofilamento que puede adoptar niveles superiores de compactación (Fig 1 y 3), resultando finalmente en el cromosoma metafásico, que representa el nivel máximo de esta compactación. Dentro del núcleo en interfase, la cromatina se organiza en territorios funcionales. Cada nucleosoma está compuesto por una estructura voluminosa, denominada core, seguida por un eslabón o "Linker". El core está compuesto por un octámero de proteínas, Histonas, denominadas H2A, H2B, H3 y H4. Cada tipo de histona se presenta en número par. Esta estructura está rodeada por un tramo de ADN que da una vuelta y 3/4 en torno al octámero. El Linker está formado por un tramo de ADN que une un nucleosoma con otro y una histona H1. El conjunto de la estructura se denomina fibra de cromatina de 100Å. Tiene un aspecto repetitivo en forma de collar de perlas, donde las perlas serían los nucleosomas, unidos por los linker. El ADN debe encontrarse más compacto en el núcleo de los espermatozoides. En este caso, el ADN se une a proteínas de carácter más básico, denominadas Protaminas. El ADN se enrolla sobre estas proteínas, formando una estructura muy compacta, denominada estructura cristalina del ADN. Solenoide La cromatina en el núcleo tiene un grosor de 300Å. La fibra de cromatina de 100Å se empaqueta formando una fibra de cromatina de 300Å. El enrollamiento que sufre el conjunto de nucleosomas recibe el nombre de solenoide. Los solenoides se enrollan formando la cromatina del núcleo interfásico de la célula eucariota. Los solenoides están conformados por nucleosomas e histonas. Bucles o lazos Son el siguiente nivel de compactación después de los solenoides, estos bucles tienen una estructura muy compacta en donde ya no son observables las proteínas histonas y las agrupaciones de estas.