deriva genética
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Variabilidad en poblaciones naturales.
Polimorfismo Proteico
Una proteína puede tener diferentes
secuencias de aminoácidos (distinta
carga neta).
Las proteínas son moléculas cuya
carga neta depende del contenido
de una serie de aminoácidos
(fundamentalmente ácido glutámico,
ácido aspártico, lisina, arginina e
histidina) y del grado de ionización
de éstos al pH considerado (figura
7).
Mediante técnicas electroforéticas
se pueden separar las proteínas por
su peso molecular y carga neta.
Electroforesis: Es la separación de
moléculas cargadas mediante la
acción de un campo eléctrico dentro
de un gel poroso.
Se ha descubierto que muchas proteínas -si no todas-
son polimórficas, es decir, se presentan en distintas
formas debido a diferencias en su secuencia de
aminoácidos. Lo curioso no es tanto la existencia de
diversas secuencias proteicas, algo normal si pensamos
que cualquier mutación en un gen codificante se traduce
en una proteína «anómala», sino que muchas de esas
formas son funcionalmente indistinguibles entre sí. Es
decir, que muy posiblemente, gran parte de nuestras
proteínas son en realidad un conjunto de variantes
estructurales, con total funcionalidad.
Evidentemente, el origen de esta variabilidad a
veces limitada a un único aminoácido, son las
mutaciones puntuales y aleatorias que, al producir
una variante sin pérdida de funcionalidad, deberán
ser consideradas como inocuas. Siguiendo el
razonamiento, las distintas formas de una misma
proteína que mantengan intacta su función no
sufrirán presión selectiva alguna, por lo que su
frecuencia en la población se deberá únicamente
al azar o, lo que es lo mismo, a la deriva genética.
Polimorfismo Inmunológico Es la producción de antígenos
en vertebrados. Ejemplos:
Categoría mayor (inmunológicamente poderosos): Grupos sanguíneos con su
Sistema AB0 y el sistema rH. Categoría menor (inmunológicamente
débiles pero también provocan reacciones inmunológicas severas):
Sistema MN, entre otros.
Karl Landsteiner descubrió el sistema ABO en 1900, que se distingue como uno
de los sistemas de grupo sanguíneo más importantes de la medicina
transfusional. El sistema consta de los antígenos A y B y sus correspondientes
anticuerpos. El factor subyacente que diferencia el sistema ABO de los demás
sistemas, como el sistema Rh, es la presencia de anticuerpos contra los
antígenos A y B. Estos anticuerpos están presentes en los individuos que no
expresan antígenos A y B, por lo cual una transfusión de sangre no compatible
pueda ser potencialmente mortal. Por lo tanto, el descubrimiento del sistema
de grupo sanguíneo ABO allanó el camino para las transfusiones de sangre
seguras. Debido a su complejidad, el estudio del sistema ABO es causa de
interés no sólo en la medicina transfusional, sino también en una gran variedad
de campos científicos. Además de los cuatro grupos (A, B, AB, O), sabemos que
existen más de una docena de subgrupos que presentan diferentes formas y
grados de aglutinación. Además, los antígenos A y B se encuentran no sólo en
los glóbulos rojos, sino también en la superficie de otros tipos de células y en
las secreciones. Por esto, éste sistema se refiere a menudo como "sistema de
grupo histosanguíneo". La presencia de antígenos A y B en otras células
además de en los glóbulos rojos hace hincapié en la importancia del grupo
sanguíneo ABO no sólo en las transfusiones de sangre, sino también en otras
células, en tejidos y en los trasplantes de órganos.
HISTORIA DEL SISTEMA «ABO»
Tanto la síntesis como las propiedades
de los antígenos A y B plantea muchas
preguntas importantes sobre su papel
no sólo en medicina sino también en
muchos otros aspectos de la biología.
Los antígenos A y B son
sintetizados mediante una serie de
reacciones enzimáticas catalizadas por
unas enzimas llamadas
glicosiltransferasas. De hecho, el último
paso en la producción de estos
antígenos requiere una
glicosiltransferasa, que está codificada
por los alelos funcionales A y B en el
locus genético ABO. El hecho de que las
frecuencias alélicas varíen entre
diferentes razas plantea preguntas
interesantes sobre la relevancia del
sistema del grupo sanguíneo ABO en los
estudios de población, antropología y
genética humana.
Otra característica interesante de los
antígenos A y B es su presencia en otros
animales además de en los seres
humanos. Las glicosiltransferasas
implicadas en la producción de
antígenos A / B en humanos también
exhiben los mismos efectos enzimáticos
en otros animales. Por lo tanto, el
sistema de grupo sanguíneo ABO
también tiene importancia evolutiva y
enzimática. Los antígenos A / B también
presentan cambios dinámicos durante el
desarrollo y la patogénesis, lo que
sugiere su importancia en cáncer,
biología molecular y celular y en el
desarrollo embrionario.
SISTEMA «ABO»
Esta diapositiva muestra los resultados de un experimento en el cual se mezclaron los
componentes
La transfusión de sangre segura,
concebida por Landsteiner y
mejorada por muchos otros,
principalmente
inmunohematologistas, se han
convertido en una práctica médica
de rutina. Desde nuestra clonación
del gen ABO en 1990, se ha
avanzado en el análisis estructural
y funcional de los genes ABO y de
las transferasas A / B a nivel
molecular. Espero que los lectores
encuentren esta página web
interesante y útil, y que les ayuden
tanto a facilitar una mejor
comprensión de las bases
científicas del sistema ABO, los
antígenos de oligosacáridos ABH,
las transferasas A y B, y los genes
ABO, como en la aplicación de esta
información para aplicaciones
clínicas.
celulares y líquidos de la sangre. Landsteiner separó los componentes celulares y líquidos de la sangre tanto de sus colegas como de él mismo, y las mezcló en diferentes combinaciones. Luego observó la aglutinación de los glóbulos rojos (RBC) en ciertas combinaciones, como se indica en el signo más (+) en la tabla de símbolos. También observó la ausencia de aglutinación en otras combinaciones, indicado por el símbolo del signo menos (-). Cuando se mezclaron los componentes celulares y líquidos de los mismos individuos, no se observó aglutinación de glóbulos rojos. Si la aglutinación de glóbulos rojos se produjera en el cuerpo humano, los capilares se obstruirían y se producirían efectos adversos. Por lo tanto, el experimento de Landsteiner demostró por primera vez que la transfusión de sangre tiene que realizarse siguiendo una combinación que no produzca la aglutinación de los glóbulos rojos. Este descubrimiento condujo posteriormente al desarrollo de prácticas médicas seguras durante la transfusión de sangre.
Karl Landsteiner
Además, los resultados también mostraron que los individuos se pueden agrupar en base a patrones de aglutinación. En la tabla que se muestra aquí, el Dr. Pleen. y el Sr. Zar. pertenecen a un grupo, el Dr. Sturl. y el Dr. Erdh. a otro, y el Sr. Landsteiner y el Dr. St. pertenecen al tercer grupo. Al año siguiente, un cuarto grupo fue descubierto por discípulos de Landsteiner, y estos cuatro grupos se convirtieron en el sistema de grupo sanguíneos ABO.
GENOTIPO GENOTIPO
AAAAO
BBBBO
AB AB
OO O
Los grupos sanguíneos ABO están controlados por un gen con tres alelos que se nombran: alelo A, alelo B y alelo O. El alelo A y el alelo B son dominantes respecto al alelo O que es recesivo. Los alelos A y B son codominantes, es decir que si una persona lleva los dos alelos A y B tendrá el grupo sanguíneo AB. En la siguiente tabla, puedes ver los distintos genotipos y fenotipos en relación con este carácter. Esta tabla te ayudará para resolver los problemas de genética que traten sobre grupos sanguíneos.
SISTEMA MN
En 1927 se descubrió el sistema MN, mediante experimentos con conejos. Los
grupos MN dependen de un par de alelos codominantes M y N, responsables de tres
genotipos: MM, MN y NN y sus respectivos fenotipos M, MN y N. Este sistema es de
escasa importancia en la transfusión sanguínea o en la incompatibilidad materno fetal.
Su significación principal en la genética médica deriva del hecho de que sus frecuencias
relativas y su herencia codominante los hacen especialmente útiles para resolver
problemas de identificación, paternidad etc.
Históricamente fue el segundo que se descubrió después del ABO.
Para su detección se utiliza los anticuerpos Anti M y Anti N, estos tienen la
propiedad de ser antitéticos, es decir, reconocer antígenos sintetizados en genes
que entre si son alelos.
Unos años después se detectan otros dos anticuerpos de origen humano,
denominados haloanticuerpos ( pertenecientes a la misma especie), fueron el
Anti S y el Anti s, estos dos alelos tenían la propiedad de ser antitéticos, pero su
mayor propiedad es la de que el locus Ss aparece estrechamente ligado al MN,
esto se detectó a través de análisis de segregación familiar.
Anti M Anti N Fenotipos
Genotipos
GR1 + -M MM
GR2 - +N NN
CR3 + +MN MN
Aparecen en el cromosoma número cuatro del genoma humano.
Se puede señalar que estamos ante un sistema sanguíneo con dos loci
estrechamente ligados, esto hace que la recombinación sea posible, pero
altamente improbable. Los genes del sistema MNSs se transmiten en
bloque en la meiosis para dar lugar a asociaciones o haplotipos.
Los haplotipos que se generan por la segregación de este sistema serían
los siguientes: MS, Ms, NS, Ns. Cuando se utilizan los cuatro antisuero
se pueden registrar 9 fenotipos diferentes: MS, MSs, Ms, MNS, MNs,
MNSs, NS, Ns y NSs. Por tanto, son nueve recombinaciones distintas y
surgen diez genotipos diferentes puesto que el doble heterocigoto da
lugar a dos genotipos posibles.
Fue el tercer grupo sanguíneo que se descubrió, 40
años después que el sistema ABO.
A los antígenos se les denominó Ag. D " Ag Rhesus.
Los Ag. D y los Ag. Rh, estaban interrelacionados en
su genética bioquímica y la base de las rutas
metabólicas gravitaban en Ag. D para dar lugar al
Rhesus.
Por antonomasia al Ag. D hoy se le denomina Ag. Rh.
Podemos señalar que el sistema Rh tiene dos niveles
de complejidad:
Gran interés inmunológico
Enorme importancia en los estudios de diversidad
genética y en los estudios de medicina legal.
SISTEMA rH
RECOMBINACIÓN GENÉTICA
La recombinación
genética es un proceso
que lleva a la obtención de
un nuevo genotipo a través
del intercambio de
material genético entre
secuencias homólogas de
DNA de dos orígenes
diferentes.
La información genética de
dos genotipos puede ser
agrupada en un nuevo
genotipo mediante
recombinación genética. Por
lo tanto la recombinación
genética es otra forma
efectiva de aumentar la
variabilidad genética de una
población
Concepto
Cepa: En microbiología, una variante
fenotípica de una especie o, incluso, de un taxón inferior, usualmente
propagada clonalmente, debido al interés en la conservación de sus
cualidades definitorias.
Ventajas de la recombinación genética
1. Diferentes cepas superproductoras pueden ser reunidas en una sola cepa, de
forma que el efecto acumulativo de estas mutaciones puede ser
mayor que el efecto de una sola mutación.
2. En el curso del
desarrollo de cepas existe
frecuentemente un
descenso en el aumento
del rendimiento después
de cada etapa de
mutación.
3. Las cepas de alta
producción pueden
realmente aumentar el
coste de la fermentación
debido al cambio de las
propiedades fisiológicas
(mayor producción de
espuma, cambio en los
requerimientos del medio
de cultivo, etc.). Cruzando
de nuevo la cepa con la
cepa silvestre pueden
obtenerse cepas de alta
producción con
propiedades mejoradas de
fermentación.
La recombinación introduce nuevas combinaciones de genes en las poblaciones.He aquí un repaso «por encima» de la genética de la reproducción sexual. Vamos a utilizar la reproducción humana como referencia porque es un tema familiar, pero las ideas básicas se pueden transferir los demás organismos con reproducción sexual.Los genes se encuentran en largas cadenas de ADN llamadas cromosomas.
Los seres humanos tenemos 23 pares de cromosomas: uno de cada par fue heredado de la madre y el otro del padre. De acuerdo con esto, tenemos dos versiones de cada gen: una de la madre y otra del padre.
Si al reproducirse las personas tomaran 23 pares de cromosomas de la madre y 23 pares del padre, el bebé tendría demasiados cromosomas (46 pares). Así que los óvulos y los espermatozoides tienen la mitad del número normal de cromosomas: sólo 23 cromosomas independientes, que tienen una versión de cada gen. Cuando se juntan el óvulo y el espermatozoide, el bebé recibe los 23 pares normales de cromosomas similares.
Cuando se fabrican los óvulos y los espermatozoides, la célula madre primero copia cada cromosoma, dejando los pares duplicados unidos el uno al otro.La fabricación de óvulos o espermatozoides es nuestra primera oportunidad para mezclar y combinar genes. Cuando la madre fabrica un óvulo, sus cromosomas encuentran primero sus parejas correspondientes e intercambian algo de ADN. Esto se llama recombinación. Debido a esta recombinación, los genes de la madre y los genes del padre pueden terminar uno junto al otro, en el mismo segmento de ADN. (Y lo mismo sucede en los espermatozoides del padre.)
Sólo después de la recombinación de los cromosomas, éstos se segregan en diferentes óvulos hijos, de forma que cada óvulo acaba teniendo una única versión de cada cromosoma. Meiosis, primer paso ; Meiosis, segundo paso
Cuando se unen el óvulo y el espermatozoide, el bebé hereda una combinación de genes completamente única: tiene versiones de genes de los 4 abuelos además de cualquier mutación que se haya producido cuando la madre y el padre estaban fabricando el óvulo o el espermatozoide.
Crossing Over
Quiasma
Crossing over significa
"entrecruzamiento" y es un
proceso que ocurre durante la
meiosis y consiste en la
ruptura de un cromosoma
materno y uno paterno
(cromosomas homólogos),
intercambiando las
correspondientes secciones de
ADN y uniendola al otro
cromosoma. Este proceso
puede resultar en un
intercambio de alelos entre
cromosomas.
Recombinación en bacterias
La recombinación genética en bacterias tiene lugar cuando se
transfieren fragmentos de DNA homólogo desde una célula
donadora a una célula receptora por uno de estos tres procesos:
1. Transformación: supone que el DNA donador se encuentra
libre en el medio.
2. Transducción: donde la transferencia del DNA donador está
mediada por un virus.
3. Conjugación: donde la transferencia implica un contacto
célula-célula y la presencia de un plásmido conjugativo en la
célula donadora.
TRANSPOSONES
Un transposón o elemento
genético transponible es una
secuencia de ADN que puede
moverse de manera
autosuficiente a diferentes
partes del genoma de una célula,
un fenómeno conocido como
transposición. En este proceso,
se pueden causar mutaciones y
cambios en la cantidad de ADN
del genoma. Anteriormente
fueron conocidos como "genes
saltarines" y son ejemplos de
elementos genéticos móviles.
Los descubre Barbara McClintock en la década de los 40-50, en el genoma del maíz.
Transposón bacteriano: su descubrimiento la llevó a recibir el premio Nobel en 1,983.
MUTACIONESLas mutaciones son cambios en
el ADN. Una única mutación
puede tener un efecto
considerable pero, en la mayoría
de los casos, el cambio
evolutivo se basa en la
acumulación de muchas
mutaciones. Es un cambio
heredable en la secuencia de
bases de los ácidos nucleicos
contenidos en el genoma de un
organismo.
Las mutaciones pueden ocurrir espontáneamente o después de la inducción con agentes mutagénicos.
Espontáneas: durante la replicación del DNA debido a errores en la lectura de las bases o debido a la acción de las radiaciones naturales. El ADN no logra copiarse con precisión
Mutágenos: gran variedad de agentes físicos y químicos que pueden inducir mutaciones. Estos agentes causan la degradación del ADN. No es antinatural que se degrade pero en la reparación del ADN si no se lleva acabo bien provoca mutaciones.
Según la naturaleza, se clasifican en: Mutación génica: Son las verdaderas mutaciones, porque se produce un cambio
en la estructura del ADN. Mutación cromosómica: Se produce un cambio en la estructura del cromosoma. Mutación genómica: Alteración en el número de cromosomas.
Según el tipo de célula, se clasifican en: Mutaciones somáticas: todas las células del cuerpo excepto las sexuales. No se
trasmiten Mutaciones gaméticas: ocurren en células germinales, se transmiten de padres a
hijos
Según la expresión: Mutaciones dominantes: un gen anormal de uno de los padres causa la
enfermedad, aunque el gen compatible del otro padre sea normal. El gen anormal domina.
Mutaciones recesivas: cuando ambos genes compatibles deben ser anormales para producir la enfermedad. Si sólo un gen del par es anormal, la enfermedad no se presenta o es leve. Alguien que tenga un gen anormal, pero no los síntomas, se denomina portador y le puede transmitir este gen anormal a sus hijos.
Génica: mutación puntual
Cromosómicas
Mutaciones cromosómicas numéricas
Monosomía Síndrome de Turner Trisonomía XXY: Klinefelter
Trisomía 21: Síndrome de Down
Trisomía XXY: síndrome de Klinefelter
ANOMALÍAS ORIGINADAS POR MUTACIONES
DERIVA
GENÉTICA
La deriva genética, junto con la selección natural, la migración y la mutación, es uno de los mecanismos básicos de la evolución.
En cada generación, algunos individuos, pueden dejar más descendientes que otros (y genes, por supuesto). Estos genes de la generación siguiente pueden ser genes de individuos afortunados (con suerte), no necesariamente individuos más saludables o mejores. Esto es la deriva genética. Si se produjera en TODAS las poblaciones no evitaría las extravagancias del cambio.
Antes hemos usado este dibujo hipotético. La deriva genética afecta las características genéticas de una población pero, no como la selección natural, a través de un proceso completamente azaroso. Aunque la deriva genética es un mecanismo de la evolución, no funciona para producir adaptaciones .
Error de muestreo y Evolución
La deriva genética, uno de los mecanismos básicos de la evolución, es simplemente el equivalente evolutivo a un error de muestreo.
Imagine un juego en el que tiene una bolsa con 100 bolitas, 50 son marrones y 50 verdes. Saca 10 bolitas de la bolsa. Luego imagine que la bolsa es llenada con 100 bolitas, con la misma proporción de verdes y marrones que señalamos al principio. El juego puede parecerse al siguiente esquema:
Está claro que la proporción de bolitas verdes y marrones variará alrededor de 5:5, 6:4, 7:3, 4:6.
Esto muestra cómo es la deriva en una población. Debido a algunos factores azarosos, los genes en una generación no se presentan en proporciones idénticas en la generación siguiente, y a esto lo llamamos evolución. También es posible que la frecuencia de genes para el color marrón se incremente en una población de escarabajos, sin la ayuda de la selección natural. Aunque esto también es evolución, ésta será debida a un cambio, pero sin selección.
La deriva genética tiene importantes efectos en la evolución 1) Reduce la variación genética en las poblaciones,
reduciendo potencialmente la capacidad de la población de desarrollar una respuesta a nuevas presiones selectivas.
2) Actúa rápidamente y tiene efectos más drásticos en poblaciones pequeñas. Este efecto es especialmente importante en especies en peligro y raras.
3) Contribuye a la especiación. Por ejemplo, una población pequeña y aislada puede separarse de una población más grande a través de la deriva genética.
Como en un error de muestreo, la deriva genética puede originar pérdida de variabilidad genética en las poblaciones.
Disminución de la variabilidad: Imagine que el porcentaje esperado de la bolsa de bolitas presenta las siguientes relaciones: 5:5, 6:4, 7:3, 4:6, 8:2, 10:0, 10:0, 10:0, 10:0, 10:0. ¿Por qué esperamos la relación 10:0 ? Porque si las bolitas verdes fueron extraídas previamente, no podremos volver atrás. A partir de ahora, sólo podremos extraer bolitas marrones. El dibujo de abajo ilustra este proceso, comenzando con la cuarta extracción.
Efectos de la deriva genética
Lo mismo puede suceder en las poblaciones. Si el gen para el color verde sale de la población por acción de la deriva, el gen se va por las buenas, a menos que una mutación o el flujo génico reintroduzca el gen verde.
La situación 10:0 ilustra uno de los más importantes efectos de la deriva genética : reducir el porcentaje de variabilidad genética en una población. Y con menos variabilidad genética, hay menos material para que actúe la selección natural. Si los genes verdes salen de la población por acción de la deriva, y la población termina en una situación en la que sería más ventajoso tener los genes verdes, la población entonces, tiene mala suerte.
La selección no puede aumentar la frecuencia del gen verde, porque no tiene material para seleccionar. La selección sólo actúa sobre las variaciones que están presentes en la población, no puede crear variaciones.
El ejemplo de la bolsa de bolitas también puede ilustrar por qué la deriva afecta más a las pequeñas poblaciones. Imagina que la bolsa sólo tiene 20 bolitas (una bolsita) y que sólo sacamos 4 bolitas para representar la frecuencia genética de la generación siguiente. Podría suceder algo como lo que se ve en el dibujo de abajo:
El impacto de la deriva en pequeñas poblaciones
Observe como ha cambiado rápida y drásticamente la proporción de las bolitas verdes y marrones. El mismo proceso se da en pequeñas poblaciones. En todas las poblaciones puede darse la deriva, pero en las más pequeñas la deriva es más rápida y tiene efectos más drásticos. Esto puede ser un problema para especies en peligro que tienen poblaciones de pequeño tamaño.
La deriva genética puede causar la pérdida de variabilidad genética en pequeñas poblaciones. El cuello de botella se produce cuando el tamaño de una población se ha reducido en una generación. Porque la deriva genética actúa más rápidamente para reducir la variabilidad genética en poblaciones pequeñas, sometida a un cuello de botella puede reducirse mucho la variabilidad genética, aunque el cuello de botella no se produzca por varias generaciones. Esto puede observarse en las bolsas de bolitas del dibujo, en la generación 2, un pequeño muestreo origina un cuello de botella.
Cuello de botella y efecto del fundador
Reducir la variabilidad genética significa que la población puede no ser capaz de adaptarse a nuevas presiones de selección, como los cambios climáticos o la proporción de recursos disponibles, porque la variabilidad genética sobre la que la selección actúa se ha perdido por la deriva.
Los elefantes marinos del norte han sufrido una reducción de su variabilidad genética, a partir de una población cuello de botella sobre la que los humanos ejercieron su influencia en 1890. La caza redujo el tamaño de su población a unos 20 individuos, para fines del siglo XIX. Actualmente su población se ha recuperado, supera los 30.000, pero sus genes aún llevan las huellas del cuello de botella: tienen mucha menos variabilidad genética que las poblaciones de elefantes marinos del sur que no fueron tan intensamente cazados.
Un ejemplo de cuello de botella
El efecto del fundador sucede cuando se inicia una nueva colonia a partir de unos pocos miembros de una población original. El tamaño de esta pequeña población significa que la colonia puede:
Presentar menos variabilidad genética que la población original. Mostrar una frecuencia no al azar de genes con respecto a la población
original. Por ejemplo, la población Afrikaner de habitantes alemanes en África
del Sur desciende principalmente de unos pocos colonos. En la actualidad, la población Afrikaner tiene una frecuencia extremadamente alta de los genes que causan la enfermedad de Huntington, porque los colonos alemanes originales eran portadores de una frecuencia alta de ese gen. Este efecto es fácil de reconocer en enfermedades de origen genético, aunque el efecto del fundador afecta la frecuencia de toda clase de genes.
Efecto del fundador
Secuencia de ADN que se encuentra en dos o más copias
yuxtapuestas, tanto en orientación cabeza-cola
(repetición directa) como cola-cola ó cabeza-cabeza
(repetición invertida).
ADN REPETITIVO EN TANDEM «ADN
basura»