GENÈTICA

lloc:	Cursos IOC - Batxillerat
Curs:	Biologia II (Bloc 2) ~ gener 2020
Llibre:	GENÈTICA

Imprès per:	Usuari convidat
Data:	dissabte, 11 de maig 2024, 06:33

Taula de continguts

1. Repàs de la replicació i expressió del DNA
2. Repàs del cicle de les cèl·lules
3. Conceptes bàsics
4. Recordem la nomenclatura: molt important
5. Genètica mendeliana
6. Més enllà de Mendel...
7. Més casos d'herència no mendeliana
8. Teràpia gènica (fundación Mencía)
9. Breument, com sabem el tipus d'herència?

1. Repàs de la replicació i expressió del DNA

https://www.youtube.com/watch?time_continue=985&v=nBhiPZRYD94

2. Repàs del cicle de les cèl·lules

La mitosi i la meiosi.

http://biopili.weebly.com/el-cicle-de-les-cegravelmiddotlules.html

3. Conceptes bàsics

Gen. Unitat del material hereditari. És tracta d’un fragment d’ADN, que duu informació per a un caràcter determinat. Dins d’una cèl·lula, trobem els gens, és a dir, els trossets d’ADN, dins una estructura anomenada cromosoma.

Cromosoma. Són unes estructures cel·lulars que contenen el material genètic, empaquetat i comprimit i molt enrotllat, formant una estructura semblant a una X.

Cromàtide. L’estructura en forma d’X està formada per dues parts iguals que s’anomenen cromàtides. Cada cromosoma posseeix dues cromàtides.

Centròmer. Punt del cromosoma on es mantenen unides les cromàtides.

Locus. Lloc físic que ocupa cada gen al cromosoma. Un cromosoma té molts loci.

Cromosomes homòlegs. Són els cromosomes que tenen els mateixos loci (llocs que ocupen els gens al cromosoma). En un ésser diploide hi ha una parella de cromosomes homòlegs, en un de tetraploide n'hi ha quatre, etc.

Gens homòlegs. Gens que ocupen el mateix locus en diferents cromosomes homòlegs. Així doncs, són al·lels entre si. Com que la major part de les espècies són diploides, se sol parlar de «parell de gens homòlegs» o simplement de «parell de gens».

Caràcter biològic. Cadascuna de les particularitats morfològiques o fisiològiques que es poden establir en una espècie. Els diferents tipus que hi ha dins d’un caràcter s’anomenen manifestacions. Un exemple de manifestacions podrien ser el color dels ulls blaus o marró pel caràcter “color de cabell”.

Caràcter qualitatiu. És aquell que presenta dos alternatives clares i fàcils d'observar (pigmentació normal o albina, llavor rugosa o llisa, etc) regulades per un gen únic que presenta dues formes al·lèliques (excepció feta dels caràcters regulats per sèries d'al·lels múltiples, com és el cas dels grups sanguinis).

Caràcter quantitatiu. Són els caràcters que presenten diferents gradacions entre dos valors extrems (alçada, color de la nostra pell, etc). Aquests caràcters depenen normalment de l'acció acumulativa de molts gens.

Caràcter dominant. És aquell que està determinat per un gen dominant. Aquest sempre s’expressa si està present. És a dir, si per exemple ens fixem en el color d’una flor, i resulta que el gen que li dóna el color vermell és dominant, encara que la flor tingui altres gens que determinin altres colors com el blanc o el groc, si el gen vermell està present, la flor SEMPRE serà vermella.

Caràcter recessiu. És tot el contrari a l’anterior concepte. Els gens que determinen el caràcter recessiu necessiten estar sols per expressar-se. Si estudiem la mateixa flor que en el cas anterior, i el color blanc és un caràcter recessiu de la flor, per trobar una flor blanca, aquesta haurà de tenir únicament els gens que determinen el color blanc.

Per norma general, els caràcters dominants s’indiquen amb una lletra majúscula (A) i els recessius amb una lletra minúscula (a). Per il·lustrar que un gen domina sobre un altre s’indica A > a. Com que aquests gens afecten un mateix caràcter (el color) es representen amb la mateixa lletra i llavors el vermell seria AA i el blanc aa.

Al·lel. Cadascuna de les alternatives que pot tenir un gen per un determinat caràcter. Per exemple, el caràcter «color de d’ulls» és un gen amb dos al·lels color blau i color negre.

Al·lel dominant. És aquell que emmascara la presència de l’altre al·lel diferent per al mateix caràcter. Per exemple, l’al·lel dominant per al caràcter «color de cabell» és el negre (N).

Al·lel recessiu. És aquell que només es manifesta quan l’individu es de raça pura per al caràcter. Per exemple, per al caràcter «color d’ulls» l’al·lel recessiu és el blau (n).

Al·lels letals. Són els al·lels que posseeixen una informació deficient per a un caràcter tan important que la seua mancança provoca la mort de l'individu. Normalment els al·lels letals són recessius i es manifesten únicament en homozigosi (aa)

Mutació. Canvis en la informació hereditària com a conseqüència d’alteracions en el material genètic: ADN, gens o cromosomes.

Mutant: individu portador del gen mutat.

Gàmeta. Són les cèl·lules sexuals dels organismes i són haploides.

Haploide. Ésser que per cada caràcter presenta un únic gen o informació genètica. També es coneix com el número de cromosomes que posseeix un gàmeta normal, amb un sol membre de cada parell de cromosomes. En l’humà és 23. Utilitzem la lletra “n” per simbolitzar-ho.

Diploide. Ésser que posseeix dos gens o informacions genètiques per a cada caràcter. Aquests gens poden ser iguals o diferents. Pot passar que es manifestin els dos gens o que un impedeixi l’expressió de l’altre.També es coneix com el número de cromosomes de la majoria de les cèl·lules del cos i conté el doble de número de cromosomes que els gàmetes. En l’humà és 46. Fem servir “2n” per nomenar-ho.

Genotip. Conjunt de gens presents en un organisme, heretats dels seus progenitors.

Fenotip. Manifestació externa del genotip, és a dir, el que observem en l’individu que té un determinat genotip. Com per exemple, podem veure que una noia té el cabell ros o els ulls blaus. El genotip és invariable i idèntic en totes les cèl·lules de l’individu, però el fenotip pot no ser el mateix perquè és el resultat de la interacció entre el genotip i l’ambient que ens envolta. Aquesta relació serveix per explicar com som nosaltres, és a dir, la nostra aparença. El que veuen de nosaltres ve determinat pels gens que heretem dels nostres progenitors i els factors ambientals que ens poden afectar. Com per exemple, no és el mateix viure a l’Àfrica on hi fa molta calor i l teva pell està acostumada a viure en aquestes condicions que viure a Noruega, on hi fa molt de fred.

FENOTIP = GENOTIP + ACCIÓ AMBIENTAL

Homozigot o raça pura. Individu que posseeix al·lels idèntics per a un caràcter: AA o aa.

Heterozigot o híbrid. Individu que posseeix dos al·lels diferents per a un caràcter: Aa. Es parla de monohíbrids (un caràcter), dihíbrids (dos caràcters), polihíbrids, etc.

Herència intermèdia Es produeix quan en un híbrid els dos al·lels tenen la mateixa "força" per expressar-se i apareix un fenotip intermedi. Ex: l'herència del colors

de les flors de la planta "flor de nit" quan creuem dos races pures de flors blanques i roges respectivament, s'originen híbrids amb flors roses.

En la codominància els dos al·lels es manifesten de manera independent en els individus heterozigots. Exemple: negre, blanc: taques o ratlles blanques i negres.

Retrocreuament (creuament prova) S'utilitza als casos d'herència dominant per esbrinar si un individu de fenotip dominant és híbrid o raça pura. Consisteix en encreuar l'individu problema (AA o Aa ) amb un homozigot recessiu (aa ): si la descendència és uniforme (Aa ) significa que l'individu problema era homozigòtic (AA ). En cas contrari, si és

variada , l'individu problema era heterozigot.

Genoma. Tots els gens existents en una sèrie haploide de cromosomes.

També ho podeu repassar en el següent vídeo

4. Recordem la nomenclatura: molt important

Exemple de caràcter autosòmic: No fem servir ni X ni Y. Lletra majúscula pel caràcter dominant.

Exemple: A- gen que determina la miopia (dominant)

a- gen que determina vista normal

A>a

Per tant, seran miops els AA i Aa; els aa no ho seran.

Si un caràcter és recessiu posarem, lògicament lletres minúscules pels afectats.

Per exemple, albinisme:

aa- albins

Aa i AA_ pell normal.

Exemple de caràcter lligat al cromosoma X: Fem servir X i Y. Posem superíndex amb majúscula el caràcter dominant i minúscula el recessiu.

Les dones poden ser portadores però no manifesten el caràcter. Tots els homes que tenen la mutació al cromosoma X, estan afectats. Per exemple, daltonisme:

X^dX^D dona portadora, no daltònica; X^dX^d dona daltònica;

X^dY home daltònic; X^DY home de vista normal.

5. Genètica mendeliana

En el següent enllaç s'expliquen els experiments de Mendel i les seves tres lleis

(diapositives 10 a la 32)

https://www.slideshare.net/mredon6/ud4-mendel-i-les-lleis-de-lherncia?ref=http://blocs.xtec.cat/naturalsom/3r-eso/7-genetica/

Resum:

1a Llei de Mendel

La primera llei s’anomena també Llei de la uniformitat dels híbrids de la primera generació (F1), i diu que tots els descendents de l’encreuament entre dues races pures per a un caràcter són iguals entre ells.

2a Llei de Mendel.

Llei de la separació o disjunció dels al·lels o bé, llei de segregació dels caràcters. Els dos factors hereditaris que informen sobre un mateix caràcter són independents i se separen i se redistribueixen entre els descendents, tot aparellant-se a l’atzar.

3a Llei de Mendel

Enunciat de la 3ª llei o Llei de l’herència independent de caràcters: “Els diversos caràcters s’hereten independentment els uns dels altres i es combinen a l’atzar en la descendència”. Cadascun d’ells es transmet seguint les lleis anteriors amb independència de la presència de l’altre caràcter.

5.1. Arbres genealògics (pedigrís)

Explicació dels arbres genealògics:

https://www.youtube.com/watch?v=GWvUucnnVYA

5.2. Quadres de Punnett

Per calcular les proporcions de genotips i fenotips són molt útils els quadres de Punnet:

https://es.khanacademy.org/science/biology/classical-genetics/variations-on-mendelian-genetics/v/punnett-square-fun

5.3. Probabilitats en genètica

Què és la probabilitat d’un esdeveniment?
La probabilitat d’un esdeveniment A, indicada com P(A), és un valor entre 0 i 1 que
mesura les possibilitats d’aparició de l’esdeveniment A en un experiment aleatori.
Com es pot expressar la probabilitat?
La probabilitat es pot expressar com un valor entre 0 i 1, com una fracció . Per exemple: P(A) =0,25= 1⁄4
Què és la regla de Laplace?
La regla de Laplace permet calcular la probabilitat d’un esdeveniment dividint el nombre de resultats favorables a l’esdeveniment per nombre de resultats possibles.
Per exemple, si una població de conills està formada per 20 individus blancs i 30
negres, la probabilitat d’escollir a l’atzar un conill de color blanc és:
nombre de resultats favorables/nombre de resultats possibles= 20/50=0,4

Probabilitat d'esdeveniments no excloents i d'esdeveniments incompatibles

Regla del producte	Regla de la suma
Per esdeveniments independents, la probabilitat que tinguin lloc l'un i l'altre és el seu producte	Per esdeveniments mútuament excloents, la probabilitat que tingui lloc un o l'altre és la seva suma.

Exemple

Calculeu la probabilitat que una parella de pigmentació de la pell normal que han tingut el primer fill albí

a) tinguin el següent fill albí.

Resposta

Si han tingut un fill albí és que ells són heterozigots Aa tots dos. (Ho sabem perquè els dos progenitors no presenten el caràcter i el fill sí; l'albinisme és recessiu)

Per tant,

Aa x Aa-----> AA (1/4), Aa ( 2/4) , aa (1/4)

La probabilitat que tinguin un fill albí és 1/4 ja que és independent de si ja n'han tingut un o no.

b) Tinguin els dos següents fills albins

Seria 1/4 x 1/4= 1/8 perquè són dos esdeveniments independents (que tinguin un fill albí i que tinguin un fill albí)

c) que tinguin un fill albí i un normal (no importa l'ordre)

Pot ser que el primer sigui albí i el segon normal o el primer normal i el segon albí

1/4 x 3/4 + 3/4 x 1/4 = 6/16=3/8

En resum, si hi ha "i" , es multipliquen les probabilitats i si hi ha "o", es sumen.

6. Més enllà de Mendel...

Amb l’aplicació de les lleis de Mendel no es resolen tots els problemes que es poden plantejar en l’estudi de l’herència dels caràcters. Existeixen molts casos en que no es poden aplicar les lleis de Mendel o aquestes no es compleixen. És el cas de:

Interacció gènica: caràcter controlat per més d'un gen

De vegades l’expressió d'un gen (a través de la transcripció i de la traducció) té més d’un efecte sobre el fenotip; en conseqüència un gen pot controlar més d’un caràcter. També es pot donar herència poligènica : quan un caràcter ve determinat per l’acció conjunta de dos o més gens, fet que es coneix amb el nom d’interacció gènica.

És propi de caràcters qualitatius, aquells caràcters la intensitat dels quals varia d’una manera contínua i difícilment pot separar-se l’efecte gènic de l’ambiental (p.e. pes i alçada a l’home). Els caràcters quantitatius són el resultat de l’expressió de nombroses parelles d’al·lels.

Gens lligats

Els resultats dels experiments de la tercera llei reforcen el concepte que els gens són independents entre sí. Per a aquesta interpretació va ser providencial l’elecció dels caràcters, doncs aquests resultats no es compleixen sempre, sinó solament en el cas que els dos caràcters a estudiar estiguin regulats per gens que es troben en diferents cromosomes.

Com assegura la Teoria Cromosòmica de l’herència, els gens són seqüències de DNA situades en els cromosomes:

Si dos gens estan situats en diferents cromosomes, a la meiosi hi ha la mateixa probabilitat que es trobin al mateix gàmeta com que vagin a parar a gàmetes diferents.
En canvi, com el que se separa a la meiosi són cromosomes, si dos gens diferents estan al mateix cromosoma existeix una probabilitat més elevada de que s’heretin conjuntament. En aquest cas es parla d’acoblament o de gens lligats. Es diu que dos gens estan lligats si els seu loci se situen al mateix cromosoma.

El comportament dels cromosomes durant la meiosi explica la segregació de les dues còpies d’un gen i les combinacions de gens.

El lligament de gens a un cromosoma pot trencar-se mitjançant l’entrecreuament durant la meiosi. Les cromàtides homòlogues s’uneixen íntimament en alguns punts, formant quiasmes. És llavors quan es produeixen trencaments en els filaments de les cromàtides homòlogues, intercanviant-se segments de ADN entre elles. Aquest fenomen rep el nom d’entrecreuament. La conseqüència d’aquest intercanvi és la recombinació gènica, ja que a partir d’aquell moment, els cromosomes no són completament paterns o materns, sinó que cada cromàtide està constituïda per segments alternants paterns o materns.

La possibilitat que es produeixi un entrecreuament entre gens lligats depèn de la distància a la qual es trobin al cromosoma.

Al·lelomorfisme múltiple

Sovint els problemes de genètica plantegen situacions excessivament simplistes, amb només dos al·lels diferents per a cada gen. Però el pas del temps propicia que qualsevol dels al·lels existents experimenti més mutacions puntuals que comporten l’aparició de nous al·lels. Per això és habitual que en una població d’individus existeixin diversos al·lels per a un mateix gen. El fenomen rep el nom d‘al·lelomorfisme múltiple i el conjunt d’al·lels que ocupen el mateix locus constitueix una sèrie al·lèlica.

Un cas d’al·lelomorfisme múltiple ben conegut és el del gen que determina els grups sanguinis en l’espècie humana (sistema ABO). Tres al·lels diferents (I^A, I^B , I⁰ o i ) es combinen en homozigosi o en heterozigosi per a determinar un grup sanguini (A, B AB o O):L’al·lel I^Adetermina presència de l’antigen A en la membrana dels glòbuls vermells; l’al·lel I^B determina presència de l’antigen B, i l’al·lel i, determina absència d’antígens.

Els al·lels I^A i I^B són codominants entre ells i tots dos són dominants respecte l’al·lel i , que és recessiu.

I^A = I^B I^A> i I^B> i

Herència lligada al sexe

En l’espècie humana, la resta de mamífers i, en general, molts animals, la determinació del sexe de l’individu depèn dels anomenats cromosomes sexuals. Amb algunes excepcions notables, les femelles tenen una combinació cromosòmica XX i els mascles, XY.

Ara bé, aquests cromosomes contenen gens que res tenen a veure amb el sexe però que, pel fet de tenir el seu locus en un cromosoma sexual, segueixen una herència diferent de la dels gens situats als autosomes o cromosomes no sexuals.
Parlem aleshores d’herència lligada al sexe: la que segueixen els caràcters no sexuals però que depenen de l’expressió de gens que tenen el seu locus en cromosomes sexuals.

Es parla d’herència ginàndrica si el cromosoma sexual en qüestió és el cromosoma X. Si el locus del gen està al cromosoma Y, es fa servir l’expressió herència holàndrica, si bé és molt poc freqüent, per què el cromosoma Y acostuma a ser molt petit i conté pocs gens.

Dos casos ben coneguts d’herència lligada al sexe en l’home són el daltonisme i l’hemofília.

https://es.khanacademy.org/science/biology/classical-genetics

7. Més casos d'herència no mendeliana

En aquest enllaç podreu veure més casos on no es compleixen les lleis de Mendel:

La dominància incompleta ( o herència intermèdia), la codominància i els al·lels múltiples.

https://es.khanacademy.org/science/biology/classical-genetics/variations-on-mendelian-genetics/a/multiple-alleles-incomplete-dominance-and-codominance

També podeu consultar aquest recurs

http://cosmolinux.no-ip.org/recursos_aula/BIO2nBAT/Genetica_i_evolucio/Herencia_no_mendeliana.pdf

8. Teràpia gènica (fundación Mencía)

Publicació en castellà de la font esmentada:

La terapia génica es el conjunto de técnicas que utilizan la transferencia de material genético (o cualquier otro método que permita editar o modificar la información genética del paciente) para prevenir o curar enfermedades genéticas. Sin duda es la mejor alternativa de todas las posibles, pero probablemente también la más compleja.

Va directamente a la raíz del problema mediante la transferencia de la versión correcta de un gen defectuoso, que es el que está causando la enfermedad. Entre los principales obstáculos de esta aproximación se encuentra la dificultad de dirigir el material genético específicamente a aquellas células o tejidos donde hace falta que el gen ejerza su función, o que la regulación del gen introducido se aproxime a la forma en que se regula el gen en las personas sanas.

A través de la terapia génica se puede conseguir restablecer la función del gen mutado, y la estrategia más común es la introducción de una copia normal de éste en las células. También se puede inhibir o bloquear el funcionamiento de aquellos genes que contribuyen al desarrollo de la enfermedad (por ejemplo, los oncogenes que intervienen en el cáncer o los genes de virus que son necesarios para que estos se multipliquen en las células).

La terapia génica, puede ser aplicada mediante diferentes estrategias.

Estrategia Ex vivo

Consiste en extraer las células que debemos reparar de un paciente, repararlas en el laboratorio y volverlas a reimplantar en el organismo del individuo en cuestión.

Estrategia In situ

Consiste en introducir el gen reparador directamente en el propio órgano defectuoso del individuo.

Estrategia In vivo

Consiste en administrar directamente al paciente el gen corrector para que este alcance el punto a tratar.

En el desarrollo de dicha terapia hay que tener en cuenta diversos factores:

Es necesario saber cuál es “tejido diana”, es decir, el que va a recibir la terapia.
Conocer si es posible tratar in situ el tejido afectado.
Cual es el vector adecuado que servirá para introducir el gen en el tejido.
Cual es la eficacia del gen nuevo y saber qué respuesta tendrá el órgano o tejido «hospedador», con la entrada del gen modificado.

Vectores

Para que la terapia génica funcione se debe introducir el gen terapéutico en cientos de millones de células, y para ello es necesario un vehículo o vector que lo trasporte hasta el interior de las células.

Un buen vector al menos debe:

Ser reproducible y estable.
Permitir la inserción de material genético.
Reconocer y actuar sobre células específicas.
Poder regular la expresión del gen terapéutico.
Carecer de elementos que induzcan una respuesta inmune.
Ser inocuo o que sus posibles efectos secundarios sean mínimos.

Vectores virales

Agrupan cuatro tipos de virus: retrovirus, adenovirus, virus adenoasociados y herpesvirus.

Los retrovirus comprenden una clase de virus cuyo material genético es una cadena sencilla de ARN; durante su ciclo vital, el virus se transcribe en una molécula bicatenaria de ADN, gracias a la acción de la enzima transcriptasa reversa, que se integra en el genoma de la célula huésped sin aparente daño para ella. La mayor parte de los retrovirus, a excepción del HIV, sólo se pueden integrar en células con capacidad para replicarse, lo cual restringe su uso. Sin embargo, se pueden desarrollar en grandes cantidades y su expresión en la célula hospedadora se mantiene durante largos periodos de tiempo.
Los adenovirus son un conjunto de virus con ADN lineal de cadena doble. Los vectores de adenovirus son más grandes y complejos que los retrovirus. La principal ventaja de su utilización en la terapia génica es que se pueden producir en grandes cantidades y transfieren de forma muy eficaz el material genético a un número elevado de células y tejidos, aunque el hospedador parece limitar la duración de la expresión del nuevo material genético.
Los virus adeno-asociados son pequeños, no autónomos y con ADN lineal de cadena sencilla. Los vectores que se forman con este tipo de virus son muy simples y son capaces de expresarse a largo plazo en las células que no se dividen. Otra de las ventajas del uso de virus adeno-asociados es que son virus no patógenos y por lo tanto en la mayoría de los pacientes no aparecen respuestas inmunes. En contrapartida, tiene limitación en el tamaño del DNA recombinante que podemos usar dado el tamaño de estos virus y en la complejidad de su producción.
Los herpesvirus poseen un material genético compuesto por ADN de doble cadena lineal, este tipo de virus son muy útiles, pues es posible insertar en su genoma grandes cantidades de ADN y llevar a cabo durante largos periodos de tiempo infecciones latentes en la célula hospedadora, sin ningún efecto aparente sobre ésta. El inconveniente que presentan estos virus es que están asociados a alteraciones linfoproliferativas, con lo cual, para su uso como vectores es necesario identificar estos genes y eliminarlos, manteniendo únicamente aquellos que permitan la replicación del virus y el mantenimiento del plásmido viral. Hasta la fecha, el uso fundamental de los herpesvirus en la terapia génica se limita al empleo in vivo del herpes simples (HSV).

Vectores no virales

Existen también vectores no virales, como el bombardeo con partículas, la inyección directa de ADN, los liposomas catiónicos y la transferencia de genes mediante receptores.

El bombardeo de partículas constituye una técnica efectiva de transferir genes tanto in vitro como in vivo. Estas partículas, aceleradas por una descarga eléctrica de un aparato o por un pulso de gas son «disparadas» hacia el tejido.
Otra alternativa es la inyección directa del ADN o ARN puro circular y cerrado covalentemente, dentro del tejido deseado. Es un método económico, y un procedimiento no tóxico, si se compara con la entrega mediante virus. Como desventaja fundamental hay que señalar que los niveles y persistencia de la expresión de genes dura un corto periodo de tiempo.
Un problema que se plantea con las técnicas anteriores es que el vector alcance realmente su objetivo y no quede diseminado por el organismo. Por ello existe un procedimiento que consiste en introducir, junto al material genético que queremos transferir, moléculas que puedan ser reconocidas por los receptores de la célula diana.

Aplicaciones de la terapia génica

La terapia génica ha demostrado ser factible en algunas enfermedades humanas. En concreto, la terapia génica mediada por el uso de vectores retrovirales y dirigida al tejido hematopoyético se ha utilizado para el tratamiento de inmunodeficiencia por déficit de ADA, adrenoleukodistrofia, y otras. No obstante, el uso de estos vectores que se integran en el ADN de la célula hospedadora ha sido asociado a efectos adversos graves, por lo que se han propuesto mejoras que aumentan la bioseguridad. Por otra parte, el uso de vectores no integrativos, como los adenoasociados, ha mostrado recientemente éxito en el tratamiento de la hemofilia tipo B, debida a déficit en el factor IX de coagulación, y se ha llegado a la fase de comercialización para el caso de hipercolesterolemia por mutaciones en la enzima LPL.

https://www.youtube.com/watch?v=LMZ8MKPdJOE