Herencia Genética

Animation of a Roating DNA Structure

Ácido Desoxirribonucleico:
Molécula de doble cadena que codifica la información genética;
ambas cadenas se mantienen juntas por la fuerza de puentes de hidrógeno
entre bases púricas y pirimidínicas, citosina con guanina y adenina con timina.

El ADN es una proteína capaz de crear copias exactas de sí mismo
y posee una forma de doble hélice enrollada sobre sí misma.

Gregor Johann Mendel (1822-1884)

Mendel fue el primero en descubrir las leyes que en 1906
recibirían el nombre de Genética, y por ello se le denomina
Padre de la Genética. Las leyes de Mendel y sus elementos
ya tenían un sustrato biológico, los cromosomas, es decir:
los vehículos de la herencia.
  Genética:
"Ciencia 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"

Bases Celulares de la Herencia

1. Las Leyes de Mendel

Leyes de Mendel: "Principios derivados de los experimentos de Mendel que se resumen en la Ley de la uniformidad, la Ley de la segregación y la Ley de la combinación independiente de los alelos; se basan en la demostración de que cada individuo porta dos copias (alelos) de cada gen, heredadas una de ellas de su padre y la otra de su madre en las especies que se reproducen sexualmente, y en que cada gen determina un rasgo fenotípico"

1.1 Ley de la Uniformidad

Ley de la Uniformidad: "Cuando se cruzan plantas de dos líneas puras que difieren en las variantes de un determinado carácter, todos los individuos de la generación filial (F1) o híbrida presentan el mismo fenotipo, independientemente de la dirección de cruce"
Fenotipo: "Característica observable resultante de la influencia conjunta de los genes y el ambiente; sinónimo de rasgo"

El fenotipo que se manifiesta se denomina dominante, mientras que el que no se manifiesta se llama recesivo.
Tras la autofecundación de los híbridos de la F1, la F2 presenta una proporción fenotípica de 3:1 a favor de las plantas con fenotipo dominante.
Autofecundación; "El polen de los estambres fecunda al óvulo de la misma planta"

Mendel podía llevar a cabo la fecundación cruzada entre varias líneas puras, es decir:

colocar sobre el estigma de las flores de una línea pura, el polen de otra.

El fenotipo recesivo reaparece.
Esto significa que cada carácter es debido a un gen que presenta dos alelos, uno para cada variante de ese carácter.
Para un determinado rasgo, cada individuo está formado por una combinación de esos alelos, su genotipo, y la manifestación externa del mismo es su fenotipo.
Los genotipos que presentan los mismos alelos se denominan homocigotos, y si tienen dos alelos distintos, heterocigotos.
Genotipo: "Constitución genética de un individuo o combinación de alelos en un locus concreto de los dos cromosomas homólogos"

1.2. Ley de la Segregación

 Ley de la Segregación: "Las variantes recesivas enmascaradas en la F1 heterocigótica, resultante del cruzamiento entre dos líneas puras, reaparecen en la 2ª generación filial en una proporción 3.1 debido a que los miembros de la pareja alélica del heterocigoto se separan sin experimentar alteración alguna durante la formación de los gameto"

1.3. Ley de la Combinación Independiente

Ley de la Combinación Independiente: "Los miembros de las parejas alélicas diferentes se segregan o combinan independientemente unos de otros cuando se forman los gametos"

1.4. Variación de la Dominancia e Interacciones Génicas

En algunas especies, la leyes de Mendel no son tan evidentes debido a distintos fenómenos, tales como la codominancia, la dominancia intermedia, el pleiotropismo y la epistasia.

1.4.1 Codominancia

Codominancia: "Expresión fenotípica simultánea de los dos alelos diferentes de un  mismo gen en el mismo individuo; es el caso del fenotipo sanguíneo AB, que resulta de un genotipo AB"

En 1940, Karl Landsteiner(1868-1943) descubrió el locus responsable de los grupos sanguíneos ABO que son un buen ejemplo para entender la codominancia.

 

La Teoría Cromosómica de la Herencia postula que los genes 
están situados en los cromosomas

Muestra las características de los cromosomas y cómo se transmite
la información guardada en ellos de generación en generación,
a través del proceso de división reduccional denominado meiosis.
Cromosoma:
"Cada una de las moléculas de ADN que constituye una unidad en el
 reparto del material genético en el proceso de mitosis o de meiosis;
consta además de un centrómero y de proteínas llamadas histonas
que permiten su empaquetamiento.
Está formado por dos cromátidas, cada una de las cuales está formada,
 a su vez, por una doble cadena de ADN.
Puesto que en las células diploides hay dos copias de cada cromosoma,
cada una de ellas recibe el nombre de cromosoma homólogo.
En función de dónde tenga el centrómero, se habla de cromosomas
metacéntricos, sub-metacéntricos, telocéntricos o acrocéntricos"

1.4.2. Dominancia Intermedia

Dominancia intermedia: "Del cruce de dos líneas puras se obtiene una F1 con un fenotipo intermedio entre los dos progenitores"

1.4.3. Pleiotropismo

Pleiotrópico: ""Se dice de un gen cuando afecta a varios rasgos fenotípicos"

1.4.4. Epistasia

Epistasia:"Interacción no aditiva entre genes que ocupan diferentes loci; esta interacción puede implicar el que un genotipo dado en un locus impida la expresión de otro gen en otro locus, independientemente del genotipo para ese segundo locus"

 

2. Teoría Cromosómica de la Herencia

Gen: "Segmento de la molécula de ADN en el que se codifica la información de un polipéptido o, en sentido amplio, de un ARN. Incluye también las secuencias de ADN reguladoras y los intrones"
Los genes están ordenados de forma lineal sobre los cromosomas. 
El lugar que ocupa cada gen se denomina locus (loci, en plural).

Los genes determinan el crecimiento, el desarrollo y el
funcionamiento del organismo

Células haploides: "Células que presentan un sólo juego de cromosomas"

Células diploides: "Presencia en el genoma de dos copias de cada gen en el mismo locus de cada uno de los cromosomas homólogos" 

Gameto: "Célula reproductora haploide producida por medio de división meiótica; al unirse dos gametos procedentes de dos individuos de sexo opuesto se forma el cigoto, de cuyas divisiones mitóticas sucesivas resulta un nuevo individuo"

Los gametos son un ejemplo de cromosomas haploides.

A los miembros de un mismo par cromosómico se les llama cromosomas homólogos.

En cada cromosoma se halla un número determinado de genes que guarda la información acerca de un número concreto de rasgos fenotípicos.

Walter Sutton (1877-1916) y Theodor Boveri (1862-1915)

En 1902, Walter Sutton y Theodor Boveri, de manera independiente,
dan un paso más en el desarrollo de la naciente disciplina y plantean
la Teoría Cromosómica de la Herencia.
Los cromosomas fueron descubiertos en 1842 por Carl Nägeli (1817-91)

En el conjunto de cromosomas de cada célula, se encuentra recogida la información acerca de todas las  características del organismo. 

Además, en los organismos diploides, al haber dos juegos de cromosomas, los genes están duplicados. 

Al conjunto de todos los cromosomas de una célula se le denomina cariotipo.

Cariotipo: "Dotación cromosómica de una célula en metafase; se fotografía y se ordenan los cromosomas para compararlos con una muestra estandarizada"

2.1. Cromosomas Sexuales 

En las especies que presentan reproducción sexual, hay una pareja de cromosomas cuyos miembros difieren en su forma y en los genes que portan, son los cromosomas sexuales X e Y. 
Al resto de cromosomas se les llama autosomas.

Autosomas: "Cualquier cromosoma excepto los sexuales; en la especie humana hay 22 pares de autosomas" 

Las hembras presentan dos cromosomas X, y los machos un cromosoma X y otro Y.
Dado que, en relación con los cromosomas sexuales, las mujeres sólo producen un tipo de gametos, al sexo femenino se le denomina también sexo homogamético.

Homogamético: "Dado que las mujeres sólo producen gametos que contienen el mismo cromosoma sexual (el X), al sexo femenino se le denomina también sexo homogamético" 
Al masculino se le denomina sexo heterogamético.

Heterogamético: "El sexo que presenta dos cromosomas sexuales diferentes (heterocromosomas): los machos de los mamíferos (XY)"

Al ser distintos los cromosomas X e Y, los varones sólo pueden presentar uno de los alelos 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 en el cromosoma X.

Hemicigótico: "Cualquier individuo que sólo posee una única copia de un gen en vez de las dos habituales en las especies diploides; los machos de los mamíferos son hemicigóticos para todos los genes del cromosoma X. Puede suceder también cuando hay deleción de segmentos cromosómicos"

Deleción: "Mutación cromosómica que implica pérdida de material cromosómico"

2.2. Meiosis

La meiosis brinda variedad genética
en las células descendientes
Meiosis:
"Proceso de gamotogénesis en el que la replicación de los
cromosomas va seguida de dos divisiones reductoras, donde
la primera da como resultado dos células con la mitad de
cromosomas y la segunda con la mitad de cromátidas;
recuérdese que los gametos son células haploides"

"Tipo de reproducción celular cuyo objetivo es formar los gametos y reducir la dotación cromosómica de diploide a haploide" 

Se realiza en dos etapas:

 a) Meiosis I: se produce el entrecruzamiento y, con él, la recombinación génica, obteniéndose

dos células con n cromosomas.
Entrecruzamiento: "Proceso que tiene lugar durante la meiosis I gracias al cual las cromátidas de los

cromosomas homólogos intercambian material genético; tiene como resultado una recombinación génica"

Rcombinación génica: "Proceso que ocurre como consecuencia del sobrecruzamiento o entrecruzamiento"

Consiste en el intercambio de alelos entre los cromosomas de la pareja de homólogos.

b) Meiosis II: "Consiste en una división normal, equivalente a una mitosis, de las células obtenidas en la primera etapa"

 La célula que entra en división ya es haploide, no hay cromosomas homólogos, y tras ella, se obtienen dos células hijas con n cromátidas.

2.3. Recombinación y Ligamiento

El apareamiento de los homólogos tiene una importancia extraordinaria, ya que a través de él se produce el fenómeno citológico del entrecruzamiento mediante el cual se lleva a cabo la recombinación génica: es decir, el intercambio de genes de un cromosoma homólogo a otro.

Genera una gran variabilidad génica. El número de gametos distintos que se pueden formar mediante este proceso está en función del número de loci heterocigóticos que existen en un individuo.
El ligamiento sucede cuando dos genes tienen nula o muy baja tasa de recombinación entre ellos.
Ligamiento: "Tendencia de los alelos de ciertos loci a ser transmitidos juntos como consecuencia de hallarse próximos en el mismo cromosoma"

Un gen es un fragmento de ADN que
codifica un producto funcional específico

En los cromosomas reside la mayor parte
de la información genética de un individuo

En el genotipo se encuentran todas las características que constituyen al individuo

3. Tipos de Transmisión Génica

Los rasgos o caracteres mendelianos son aquellos determinados por un único gen, y su herencia se denomina monogénica (como el color de la flor del guisante, en el experimento de Mendel), a diferencia de la herencia poligénica, que se refiere a los rasgos determinados por más de un gen (como la altura de una persona o su inteligencia).
Herencia poligénica: "Transmisión de un rasgo fenotípico cuya manifestación depende del efecto aditivo de varios genes"

Tipos de Transmisión Génica

1.Transmisión Autosómica Dominante:
Enfermedad o Corea de Huntington:
"Trastorno hereditario causado por un gen dominante del cromosoma 4,
que produce degeneración del neoestriado (caudado-putamen).
Se caracteriza por el exceso de movimientos incontrolables y rápidos
  (espasmódicos) en gran parte del cuerpo, y por la demencia progresiva"
La enfermedad afecta a 5 de cada 100.000 personas.

2.Transmisión Autosómica Recesiva:
Enfermedad de Tay-Sachs:
"La presencia del alelo recesivo provoca una carencia enzimática que hace que se
acumule un metabolito en las neuronas, impidiendo su correcto funcionamiento.
Provoca ceguera, retraso mental y físico, y termina con la vida del paciente antes
de que alcance los tres o cuatro años de edad"
Entre los judíos ashkenazi de EE.UU a causa de su alta consanguinidad,
el gen es muy común (3,3%) de la población.

3.Transmisión ligada al sexo:
Ceguera a los colores (o Daltonismo):
"Esta patología está causada por la ausencia de un pigmento visual involucrado en la
recepción de determinadas longitudes de onda asociadas con la percepción del color.
La consecuencia de ello es que las personas afectadas son incapaces de distinguir el
color rojo del verde. Su desigual incidencia en hombres (8%) y en mujeres (0,04%),
pone de manifiesto que se trata de un rasgo ligado al sexo"

Hemofillia A:
"El alelo responsable de la enfermedad causa una deficiencia en el factor VIII, que
impide que la sangre coagule normalmente. Por ejem., la incidencia de la hemofilia
en el árbol genealógico de la reina Victoria de Inglaterra (1819-1901), ya que al ser
portadora, transmitió la  hemofilia a 16 de sus descendientes (datos del año 1941) ,
y fueron en total diez hombres hemofílicos, y seis mujeres portadoras de hemofilia"
Entre sus descendientes se encuentra la actual familia real británica.

Las genealogías o pedigríes son representaciones en las que se recogen, mediante una serie de símbolos, las relaciones de parentesco y la manifestación de rasgos fenotípicos de los miembros de las distintas generaciones de una familia, para estudiar qué genes están involucrados en los rasgos fenotípicos estudiados.

Existen tres tipos de patrones de transmisión en la herencia monogénica:
autosómica dominante, autosómica recesiva y ligada al sexo.

3.1. Transmisión Autosómica Dominante

"Tanto los homocigotos como los heterocigóticos manifestarán el carácter"
Un ejemplo de esta transmisión es la: 

Enfermedad o Corea de Huntington, caracterizada por un deterioro progresivo del sistema nervioso central.
La enfermedad afecta a cinco de cada cien mil personas.


3.2. Transmisión Autosómica Recesiva

"Sólo los homocigóticos presentan el carácter. Los heterocigóticos no manifiestan el rasgo, pero son portadores del alelo causante del mismo" 

La enfermedad de Tay-Sachs es un ejemplo de este tipo de transmisión.

Aunque en el conjunto de la población humana el gen involucrado tiene una presencia muy baja, entre los judíos ashkenazi de EE. UU. (descendientes de los judíos de Europa Central y del Este) a causa de su alta consanguinidad, el gen es muy común (3,3%).

La enfermedad se manifiesta a partir de los 6 meses de edad con un deterioro neurológico progresivo que provoca ceguera, retraso mental y físico, y termina con la vida del paciente antes de que alcance los 3 o 4 años de edad.


3.3. Transmisión Ligada al Sexo

"Es consecuencia de la desigual distribución de los cromosomas sexuales en hombres y mujeres. 
Como las mujeres tienen dos cromosomas X y los hombres sólo uno, las variantes fenotípicas causadas por alelos recesivos situados en el cromosoma X sólo se manifestarán en las mujeres cuando los alelos implicados estén en homocigosis, mientras que en los hombres aparecerán en el momento en que los porte su único cromosoma X, ya que ellos son hemicigóticos para todos los loci de este cromosoma"

Esta 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.

La ceguera a los colores y la hemofilia A son dos ejemplos de enfermedades ligadas al sexo.

El primer análisis científico de la ceguera a los colores o daltonismo lo llevó a cabo John Dalton (1766-1844), químico británico que se interesó en la enfermedad precisamente porque la padecía.

El Cuerpo Humano