INTRODUCCININTRODUCCININTRODUCCININTRODUCCIN

Qu es la Gentica?Qu es la Gentica?

En su definicin ms simple la Gentica es el estudio de los genes

Qu es un gen?Qu es un gen?

Estructuralmente un gen es unaEstructuralmente, un gen es unasecuencia de desoxirribonucletidos

En trminos hereditarios un gen es unaunidad de transmisin (que poseeunidad de transmisin (que poseeestabilidad transgeneracional)

Funcionalmente un gen es una unidadde expresin (que experimentade expresin (que experimentatranscripcin, por ejemplo)

PreguntasPreguntas

Qu es y donde se encuentra el materialQu es y donde se encuentra el material gentico?De qu manera se forma, se transmite y sufre cambios?Cmo est organizado y como funciona?Qu le sucede en grupos de organismos en el transcurso del tiempo? p

Principios

El gen es la unidad de la herencia

Los genes se disponen linealmente en loscromosomas

Los cromosomas son unidades no repetidasen las clulas reproductivas, pero estnen las clulas reproductivas, pero estnpareados en los cigotos y en las clulassomticas de un organismo diploide

P i i iPrincipios

L d d dLos componentes de un par de genes, y decromosomas, segregan a clulas reproductivasdiferentesdiferentes

Los componentes de diferentes pares de genes seasocian independientementeasocian independientemente

Los genes son unidades de DNA (RNA) quei t li iexperimentan replicacin

Principiosp

Los genes, y los cromosomas, son susceptibles deLos genes, y los cromosomas, son susceptibles desufrir cambios

Genes mltiples controlan la herencia yGenes mltiples controlan la herencia yexpresin de caracteres cuantitativos

i f i i i iLos genes tienen frecuencias de equilibrio en laspoblaciones, las que pueden cambiar pormutacin, seleccin y migracin. Este fenmenomutacin, seleccin y migracin. Este fenmenoes la base de la formacin de las razas y de lasespecies

La gentica es polifactica yLa gentica es polifactica y estudia los fenmenos de la

h i l i i d t dherencia y la variacin de todos los seres vivos

Galacidalacidesoxyribonucleicacid

No es una molcula de ADN garanta de inmortalidad?. Ella es la clula monrquica por excelencia: cada una de las dos mitades est exactamente unida a la otra mitadpor excelencia: cada una de las dos mitades est exactamente unida a la otra mitad,

de la misma manera que Gala estaba unida a mi. Todo se abre y se cierra y se interrelaciona con asombrosa precisin. La herencia depende de un mecanismo

soberano y la vida es el producto del poder absoluto del ADN.(Salvador Dali)

UN POCO DE HISTORIAUN POCO DE HISTORIAUN POCO DE HISTORIAUN POCO DE HISTORIA

La continuidad de lo vivoLa continuidad de lo vivo(la historia de cmo un grupo de organismos conservasu identidad organizacin a lo largo del tiempo ensu identidad -organizacin- a lo largo del tiempo enun espacio preciso - ambiente)

Generacin de nuevos organismos a Generacin de nuevos organismos a partir de organismos prepartir de organismos pre--existentesexistentes

* transferencia continua de materia viva* qu parte fsica se transfiere desde los

progenitores y por cul mecanismo?progenitores y por cul mecanismo?

Aristteles: los organismos formados porreproduccin sexual reciben del vulo la sustanciay del espermatozoide la forma.

Leeuwenhoek (1632-1723): generacin espontneaLeeuwenhoek (1632 1723): generacin espontneaRedi (1621-1697), Spallanzani (1729-1799)Pasteur (1822-1895):no a la generacin espontneaHarvey (1578-1657): influencia mstica del semenHarvey (1578 1657): influencia mstica del semen masculino (aura seminalis)

Preformismo Vs Preformismo Vs EpignesisEpignesis

Preformistas: espermatistas (Bonet(1720 1793); ovistas (ovulistas)(1720-1793); ovistas (ovulistas)

Epigenetistas: Wolff (1739 1794)Epigenetistas: Wolff (1739-1794) desarrollo (por impulso vital) a partir de tejidos embrionariostejidos embrionarios

von Baer (1792 1876) transformacinvon Baer (1792-1876) transformacin gradual de tejidos cada vez ms especializadosespecializados

Teora de la herencia ancestral (la sangre es el vehculo)

Darwin (1809-1882): hiptesis provisional de la pangnesis

gmulas1

2

1

2 1

32

en la sangre

Gametos cigoto

migracin delas gmulas para

formar las distintas partes

3 3

partes delcuerpo gmulas

gmulas enorganos

reproductores

pdel cuerpo

Lammarck (1744-1829): herencia de los caracteres adquiridos

cuerpo g

Weissmann : teora del plasma germinal; no a la herencia de los caracteres adquiridos

Gregor Johan Mendel, sus trabajos realizados entre 1859 y1863 sentaron la base de su clsica publicacin de 1865.Mendel demostr por vez primera claros modelos cuantitativosp psubyacentes a la herencia, y desarrollo una teora en la quefactores hereditarios de las clula germinales explicaban estosmodelos HERENCIA PARTICULADA

1900: Carl Correns, Hugo de Vries y Eric Von Tschermak redescubrieron el trabajo de Mendel

1902: Sutton y Bovery Teora cromosmica de la herenciaEl comportamiento de los cromosomas durante la meiosis es similar al de losfactores de Mendel, dichos factores se ubicaran en los cromosomas.

1902: A. Garrod postula que la alcaptonuria se hereda como un factormendeliano recesivo

1909: Wilhelm Johannsen introduce la palabra GENp

1910: T.H. Morgan, demuestra la existencia de un gen ligado al cromosoma X en Drosophila

1923: Morgan, Sturtevant y Bridges, ligamiento, recombinacin y mapas de ligamiento

F. Griffith, 1924 (Streptococcus neumoniae)

Cepa S

Avery, MacLeod y McCarty, 1944

Cepa R

RNAsa = ratones muertosProteasas = ratones muertosProteasas = ratones muertosDNAsa = ratones vivos

Herchey y Chase, 1952 (Fago T2)

Demuestran que DNA es la molcula que q qtransfieren los virus a las bacterias

E t 1940 1953Entre 1940 y 1953: E. Chargaff, M. Wilkins, R. Franklin, L. Pauling, F. Crick y J. Watson: aportan para resolver la estructura del DNApara resolver la estructura del DNA

1933, Beadle y Tatum Un gen una enzima

1958, M. Meselson y F. StahlReplicacin semiconservativa

1957, A. Kornberg, DNA polimerasa I

1961, Niremberg y Matthaei, sntesis de mRNA in vitrode mRNA in vitro

1961, Jacob y Monod, control de la expresin gnica (0peron lactosa)

1977, Chambon, genes fragmentados en eucariontes

1978, Arber, Smith y Nathans, enzimas de restriccin

1985 Mullis PCR1985, Mullis, PCR

La gentica es un tema polifactico relacionado con la variacin y herencia de todos los seres vivos

Gentica Mdica: trata con la variacin gentica humana que tiene significado mdico o clnico

Las enfermedades genticas o con componente gentico son muchas en nmero aunque se presentan en baja frecuencia

Tasa/1000 personasAutosmicas Dominantes 3,0 a 9,5 Autosmicas Recesivas 2,0 a 2,5Ligadas al cromosoma X 0,5 a 2,0Cromosmicas 6,0 a 9,0Comunes con base gentica 7,0 a 10Malformaciones congnitas 20 a 50Malformaciones congnitas 20 a 50

La proporcin de enfermedades genticas vs no-genticas va en aumentoLa proporcin de enfermedades genticas vs no-genticas va en aumento, debido al control de stas ltimas

Enfermedades Genticas

Mendelianas o monognicas: se encuentra afectado un nico gen Autosmicas dominantes (agenesia dentaria, 2-10% poblacin) Autosmicas recesivas Recesivas ligadas al cromosoma X (displasia ectodrmica anhidrtica)Recesivas ligadas al cromosoma X (displasia ectodrmica anhidrtica) Dominantes ligadas al cromosoma X

Multifactoriales o polignicas: Estn afectados por varios genes a los que se d l i t i d di f t bi t l (l bi / l d fi d )aade la intervencin de diversos factores ambientales (labio y/o paladar fisurado)

Cromosmicas: Cambios numricos o estructurales de uno o varios cromosomas

Mitocondriales: Alteraciones del DNA mitocondrial

No-clsicas: Un grupo heterogneo que engloba la impronta genmica o disoma uniparental las repeticiones de trinucletidos y diversas formas de mosaicismouniparental, las repeticiones de trinucletidos y diversas formas de mosaicismo

Mutaciones de clulas somticas diferenciadas: Importancia en el desarrollo de las neoplasias, aunque no se heredan pueden aparecer en personas con una predisposicin heredada (cncer de cabeza y cuello)

Siglo XX: Importantes avances en la identificacin de genes humanosg p g

Catlogo MIM (Mendelian Inheritance in Man): Caractersticas mendelianas normales y patolgicas en la especie humana

(www.ncbi.nlm.nih.gov/omin)

N de loci identificados

autosmicos ligados X ligados Y mitocondriales totalg g

1966 (1) 1.368 531 - - 1.4871997 (12) 8.005 1.730 27 60 8.587

Proyecto Genoma Humano

Objetivos:Construir un mapa gentico de alta resolucinConstruir mapas fsicos de los cromosomasDeterminar la secuencia completa del ADNDeterminar la secuencia completa del ADNDesarrollar capacidades para recolectar, almacenar, distribuir, y analizar los datosCrear tecnologas apropiadas para alcanzar los objetivos

Resultados:3.200.000.000 pares de bases (haploide)Longitud de la cadena de ADN es de 1,82 metros25 000 genes estimados (1 gen cada 128 Kb)25.000 genes estimados (1 gen cada 128 Kb)99,9 % del genoma es idntico en la especie humana, slo el 0,1% permite las diferencias de los individuos de la especieAlrededor del 40% del genoma son secuencias repetidas, aparentemente sin f i idfuncin conocidaLos genes propiamente tales son alrededor del 20% del genoma. Existiendo cerca de un 2% de exones y el resto son intrones

GENOTIPO : Los genes heredados y que posee un individuo

FENOTIPO: Todos los aspectos morfolgicos, fisiolgicos, decomportamiento y de relaciones ecolgicas de un individuocomportamiento y de relaciones ecolgicas de un individuo

No existen dos individuos que sean genotpica o fenotpicamenteidnticos. Excepto los clones para el caso del genotipo.

Un nico genotipo puede producir diferentes fenotipos, dependiendodel ambiente en que el organismo se desarrolle.Un mismo fenotipo puede ser producido por diferentes genotipos,Un mismo fenotipo puede ser producido por diferentes genotipos,dependiendo del ambiente

Fenocopias: Cambios ambientales especficos pueden modificar eldesarrollo de n organismo de modo q e s fenotipo sim le el efectodesarrollo de un organismo de modo que su fenotipo simule el efectode un genotipo particular.Ej. la epilepsia

GENOTIPO + AMBIENTE = FENOTIPO

Dos individuos que songeneticamente diferentes, puedendesarrollarse diferentemente en elmismo ambiente.Una semilla de boldo y una esporade helecho en el mismo bosque

Dos individuos genticamenteidnticos pueden desarrollarsediferentemente en diferentes

bi tambientes.Dos gemelos monocigticos criados por separado.

NORMA DE REACCION DEL GENOTIPO

Gen (DNA)

mRNAGenes Reguladores

mRNA

Protena

Efecto CelularEf t

HormonasInteraccin Gnica

Efecto Celular

Efecto en tejido

Efecto en organismo

EfectosAmbientales

Interaccin celular

Los genes no actan en forma aislada.El fenotipo final de un organismo es elEfecto en organismo

Efecto en poblacin

Efecto en bisfera

El fenotipo final de un organismo es el resultado de la interaccin de un gran nmero de genes, que adems estn influenciados, en distintas mediadas,Efecto en bisferapor factores ambientales

Expresividad variable: cuando el grado de expresin fenotpica de un genExpresividad variable: cuando el grado de expresin fenotpica de un gen vara de un individuo a otro

Penetrancia Incompleta: Cuando la variabilidad es tal, que la presencia del i lt f ti i iblgen no siempre resulta en un fenotipo visible

Pleiotropa: Cuando un gen se manifiesta en ms de un fenotipo

Variabilidad Gentica en las poblaciones

Alrededor de un tercio de los genes que codifican protenas en especies que se reproducen sexualmente muestran variacin entre individuos, es decir, polimorfismo gentico

Estudios Genticos

Gentica Directa: partiendo de la variacin

Fenotipo A Fenotipo BXPolimorfismos

M i l jFenotipo A Fenotipo BX

Anlisis de la descendencia (proporciones)

Mutantes, tipo salvaje

Se identifica el gen o los genes

Se identifican diferencias moleculares o fisiolgicasPresencia o ausencia de

protenasActividad enzimtica

Diferencias en la secuencia de DNA

ALCAPTONURIA1989: Archibald Garrod

Orina negra por acumulacin de cidoOrina negra por acumulacin de cidohomogentsico

1902: patrn de herencia mendeliana recesiva

f1908: falla en enzima HGO1992: se mapea el gen en 3q2

1995: caracterizaron el gen HGO en el hongo Aspergillus nidulansel hongo Aspergillus nidulans

A partir de ese gen hicieron cDNA en humanos

E t 445 iEncontraron un gen para 445 amino cidos con 53% de homologa con el

de hongoUsando FISH encuentran que el gen q g

est ubicado en 3q2El anlisis molecular muestra un tamao de 60Kb y que tiene 14

exonesexones En una familia se encuentran 2

mutaciones: exn 10 (P230S) y exn 12 (V300G)

Gentica Inversa: partiendo del DNA

C i dSecuencia de DNA normal Comparacin de genomas

Mutar el DNA en forma especficaBloquear o cambiar la protena

Ratones knock-out

Ver el efecto de las mutaciones

Organismos Modelos

Virus: estructura fsica y qumica del DNA, mutaciones y replicacin

Procariontes: Escherichia coli

Eucariontes:Levaduras (Saccharomyces cerevisiae)

Reproduccin asexual de clulas haploidesReproduccin asexual de clulas haploidesReproduccin sexual por fusin de clulas

Hongos filamentosos (Neurospora crassa)Importante en estudios de recombinacin y

rutas metablicasrutas metablicas

Organismos multicelulares:Arabidopsis thaliana, genoma pequeo (5 cromosomas)( )

Caenorhabditis elegans, muy pocas clulas,Desarrollo embrionarioDesarrollo embrionario

Drosophila melanogaster, 4 pares de cromosomas,Genoma secuenciado y genes conocidos

Danio rerio, control de expresin gnica

Mus musculus, 20 pares de cromosomas