objeto de estudio de la psicobiología
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CAPTULO 1: INTRODUCCINLa disciplina que estudia los fundamentos biolgicos de la conducta es la PSICOBIOLOGA. La Psicobiologa como ciencia emprica aborda el estudio de la conducta siguiendo el mtodo cientfico. OBJETO DE ESTUDIO DE LA PSICOBIOLOGA: EL COMPORTAMIENTO. As la Psicobiologa es la disciplina en la que anas la tradicin psicolgica y la tradicin biolgica. El objeto de estudio de la Psicobiologa = Psicologa = el comportamiento. As la diferencia entre unas y otras es en la Psicobiologa el estudio de las bases biolgicas de la conducta. Qu entiende la psicobiologa por comportamiento?. Para los conductistas radicales la conducta era simplemente el hecho de una respuesta ante un estmulo, sin tener en cuenta el organismo a la hora de elaborar la respuesta. Para la psicobiologa esto no es correcto ya que as difcilmente lograr explicarla en su totalidad. As el paradigma estmulo * organismo * respuesta s es vlido para la psicobiologa. El trmino comportamiento es ms amplio que el de respuesta. Como organismo no podemos generalizar sino concretar en el de animal, dotados de sistema nervioso, aunque esto ltimo no est muy claro, debera ser con sistema neuroendocrino. Al considerar a la psicobiologa como ciencia los hechos de estudio deben ser perceptibles pos los sentidos, pblicos y verificables. Todava el comportamiento as es muy ambiguo como concepto estudiado psicobiolgicamente ya que incluye muchos hechos que competen ms que a la psicobiologa a otras disciplinas psicolgicas. As el objeto de estudio de un psicobilogo debe tener algn requisito que lo haga diferente al objeto de otras ciencias. La CONDUCTA = aquellas manifestaciones pblicamente observables reguladas por el sistema neuroendocrino, mediante las cuales el animal como un todo, en respuesta a un estmulo, interno o externo, se relaciona activamente con el medio , desde el punto de vista psicobiolgico sera un proceso de relacin activo con el medio. Para estudiar las bases biolgicas del comportamiento, la psicobiologa estar legitimada para estudiar todos aquellos procesos que lo expliquen, ya sean causas prximas o lejanas. La caracterstica principal de la psicobiologa es la multidisciplinariedad, es decir, se sirve de otras muchas ciencias para la explicacin del comportamiento.
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LOS PROCESOS MENTALES Y LA PSICOBIOLOGA. La psicobiologa da una explicacin en trminos fisicalistas tanto de la conducta como de los procesos mentales. La tarea de los psicobilogos es identificar los sistemas neurales cuya actividad especfica es mental y adems explicar dicha actividad mental. La actividad de los procesos neurales no es conducta sino procesos que controlan o regulan la misma, por lo tanto si la actividad mental es la actividad de determinados sistemas neurales, tampoco esta ser conducta. Para considerar los procesos mentales como conducta, deberan ser manifestaciones pblicas observables reguladas por el sistema neuroendocrino mediante las cuales el animal como un todo, en respuesta a un estmulo externo o interno, se relaciona activamente con el medio. Sin embargo, los procesos mentales solo cumplen parte de estos requisitos. As se deduce que no sean conducta, pero esto no quiere decir que no entren dentro del estudio de la psicobiologa No sern conducta, pero son procesos neurales que intervienen decisivamente en la aparicin del comportamiento y as Psicobiologa. La actividad mental es la actividad de unos determinados sistemas neuronales y no siempre estos procesos mentales conllevan una manifestacin pblica. El pensamiento hasta que no se convierte en lenguaje no es una relacin con el ambiente. As los procesos mentales se pueden interpretar como estados hipotticos del sistema nervioso que se pueden manifestar pblicamente y as ser observados. As deducimos que la Psicobiologa estudia las bases biolgicas del comportamiento y que los procesos mentales son procesos neurales que regulan el comportamiento. As la Psicobiologa los debe estudiar. LA EXPLICACIN BIOLGICA DE LA CONDUCTA. La conducta es funcin del genotipo, as los patrones conductuales son modelados por la seleccin natural. La conducta es reflejo de la evolucin, formado junto con el resto de las caractersticas morfolgicas y funcionales. Estmulo = cualquier cantidad energtica o qumica procedente del medio ambiente que origina una respuesta en un organismo. Esta respuesta depende del factor gentico y del producto de la interaccin del genotipo con el ambiente. El primer factor (gentico) recoge los logros adaptativos de los predecesores para emitir una respuesta ante el estmulo, favorable a la especie.
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Pero las respuestas son muy diversas ante un mismo estmulo, ya que hay ciertas caractersticas de su sistema neuroendocrino que permiten la aparicin de determinadas respuestas propias. Los factores que capacitan al animal para recoger un determinado espectro estimular, procesar de una forma determinada esa informacin y emitir una serie de respuestas relacionadas con su supervivencia son LAS CAUSAS LEJANAS DEL COMPORTAMIENTO. Hay que tener en cuenta de estas causas lejanas que no debemos pensar que son homlogas cosas que en realidad son anlogas. El segundo factor, la interaccin entre el genoma y el ambiente son LAS CAUSAS PRXIMAS DEL COMPORTAMIENTO. Cuando decimos que un carcter est controlado genticamente, decimos que es el resultado de la interaccin entre su programa gentico y el medio en el que vive. El programa gentico est modulado por una serie de factores procedentes tanto del medio interno como del externo factores epigenticos. Esta interaccin controlar las caractersticas del sistema nervioso del animal y por lo tanto su conducta. Esta interaccin es crucial en las primeras fases del desarrollo. As es muy importante saber qu interacciones se establecen entre los factores genticos y epigenticos en las primeras etapas para producir las modificaciones en el sistema nervioso y as en la conducta. Tambin es importante esta interaccin durante el resto de la vida ya que el sistema neuroendocrino tiene plasticidad para modificar en cualquier momento la conducta. Esta plasticidad est involucrada en procesos como el aprendizaje, la memoria... A los mecanismos mediante los que el organismo modifica su comportamiento en funcin de la experiencia hay que aadir los factores biolgicos, los procesos de sensacin y percepcin, los procesos de motivacin, la emocin y aprendizaje y la actividad motora. DISCIPLINAS DE LA PSICOBIOLOGA. Haremos una distincin entre las que estn ms centradas en las causas lejanas de la conducta y las de las causas prximas. Causas lejanas: * Sociobiologa: Disciplina que estudia la base biolgica del comportamiento social en el marco de la teora sinttica de la evolucin. Es una disciplina que estudia solo las causas lejanas de las conductas sociales.
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* Etologa: trata de dar una explicacin de la conducta en trminos adaptativos, para ello se centra en: - los estmulos naturales que provocan conductas biolgicamente importantes - la estructura espacio-temporal de los patrones de accin subsiguientes - las condiciones motivacionales, de desarrollo y fisiolgicas que determinarn qu alternativa de respuesta es probable ante un conjunto determinado de estmulos * Neuroetologa: estudio conjunto del comportamiento de un animal en condiciones naturales y del control neuronal de dicho comportamiento. Causas prximas: * Gentica de la conducta: considera tanto la variedad tanto nter como intraespecfica, mediante tres enfoques diferentes: - centrado en el gen - centrado en la fisiologa - comienza en la conducta * Psicobiologa del desarrollo: se dedica al estudio de los procesos que ocurren en las primeras etapas del desarrollo. * Psicologa fisiolgica: estudia las bases biolgicas del comportamiento mediante la intervencin sobre el sistema nervioso, intentando explicar los cambios en el organismo durante el desarrollo de una conducta. * Psicofarmacologa: es el estudio de las caractersticas estimulares de las drogas y la influencia que sobre este efecto tienen las variables medioambientales. * Psicofisiologa: sin manipular el sistema nervioso, estudia los cambios fisiolgicos producidos en humanos ante determinadas situaciones o estmulos. * Neuropsicologa: estudia la relacin entre la funcin cerebral y el comportamiento. PSICOLOGA Y NEUROCIENCIA. La neurociencia en los ltimos aos ha englobado a otras biologas anteriores como la Neuroanatoma, la Neurofisiologa... Puede parecer que hay un cierto intrusismo de la psicobiologa en la neurociencia, pero no es as, hay un proceso de simbiosis de ambas, con la psicobiologa ha aportado sus estudios sobre el comportamiento.
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La definicin de neurociencia dice que su objeto de estudio es explicar el pensamiento, la percepcin..., lo mismo que hace la psicobiologa basndose en ciencias como la Anatoma, Fisiologa... As vemos que las dos recogen el mismo objetivo. Tanto la Neurociencia = Psicobiologa lo que hacen es aunar todas las ciencias cuyo estudio es alguna caracterstica del sistema nervioso, con el fin de explicar el comportamiento. EL MTODO CIENCTFICO EN PSICOBIOLOGA. La Psicobiologa es una ciencia emprica y por lo tanto comparte el mtodo cientfico. Por ser ciencia proporciona una comprensin de la conducta en trminos fisicalistas y quedan fuera de su estudio aquellos conocimientos psicolgicos que no se atengan al mtodo cientfico. La Psicobiologa trata de establecer leyes que expliquen el comportamiento a travs del funcionamiento del sistema neuroendocrino. Las estrategias para explicar la conducta deben ser experimentales y observacionales. Experimentales: * Intervencin somtica: Conducta es variable dependiente Organismo es variable independiente
* Intervencin conductual: Conducta es variable independiente Organismo es variable dependiente Observacionales: * Aproximacin correlacional. La contrastacin observacional se utiliza cuando no es posible la experimental. A veces la aproximacin correlacional = observacin de covariacines entre medidas biolgicas y conductuales. Muchas veces se utilizan todas las contrastaciones. Los estudios psicobiolgicos se realizan generalmente sobre animales y se extrapolan los resultados al ser humano amparados por la teora de la evolucin. Aunque esta extrapolacin debe realizarse con mucho cuidado y debe verificarse, siempre que se pueda, empricamente al mayor nmero de especies posibles. El mtodo cientfico. Cuatro etapas: 1 Observacin. La fuente principal de la que se nutre la ciencia es la informacin suministrada por los sentidos, en la experiencia. [email protected]
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La experiencia puede ser compartida, as se establece una primera limitacin ya que para que sea aceptada cientficamente debe poder ser observada por diferentes sujetos. Observar es buscar elementos de juicio siguiendo un orden conceptual. 2 Formulacin de la hiptesis. Las hiptesis son conjeturas acerca de la solucin del problema planteado. Estas deben ser verosmiles, guardar relacin con conocimientos previos de la ciencia, y deben poder ser comprobadas empricamente. 3 Contrastacin emprica. Se realiza a travs de las implicaciones contrastadoras, en la medida de lo posible la contrastacin debe ser llevada a cabo mediante instrumentos de medida para facilitar la observacin por varios individuos. La contrastacin puede ser: - Experimental: en ella se crean las condiciones de contrastacin derivadas de la hiptesis para la comprobacin de la misma. - Observacional: es llevada a cabo sin manipulacin, mediante el registro y medida de las variables dependientes e independientes. 4 La explicacin cientfica: leyes y teoras. - Ley cientfica: relaciona los datos obtenidos en la contrastacin con la hiptesis planteada, permitiendo explicar las relaciones invariantes que se dan entre los hechos observados. Las leyes no son una verdad invariable, as reciben dos tipos de apoyo: terico y emprico. Pero las leyes siempre sern predictivas y estarn sujetas a una posible refutacin emprica ya que no se pueden contrastar con todos los casos posibles. Teora: agrupacin de leyes para explicar fenmenos diferentes, permitiendo una comprensin unificada de los mismos, de carcter ms general que el descrito para cada uno de ellos. Solo se pueden contrastar de forma indirecta. Una teora no tiene por qu ser la nica explicacin posible de un conjunto de leyes empricas. As la explicacin cientfica del mundo se articula de manera flexible, ya que en cualquier momento puede ser refutada empricamente. TCNICAS DE LA PSICOBIOLOGA. La contrastacin de las hiptesis conlleva la utilizacin de tcnicas metdicas. Slo vamos a nombrar las tcnicas ms frecuentes utilizadas, son las tcnicas de lesin, estimulacin y conductuales.
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Para producir una lesin actualmente disponemos de muchos mecanismos, fsicos, qumicos y por enfriamiento, que nos permiten un mayor control a la hora de provocar lesiones tanto reversibles como irreversibles, y as tener mayor certidumbre sobre los resultados. Las tcnicas de estimulacin lo que buscan es introducir experimentalmente cambios fisiolgicos, que se supone son naturales en el sistema nervioso animal, con el fin de obtener resultados e informacin acerca de las estructuras y mecanismos biolgicos que pueden encontrarse involucrados en una conducta determinada. La intervencin conductual consiste en analizar los cambios que se producen en el sistema nervioso de los sujetos experimentales cuando se les presenta una determinada estimulacin medioambiental. Para ellos se emplean actualmente tcnicas muy modernas para evaluar la actividad del sistema nervioso (termocefalografa, tomografa de emisin de positrones...). An con todas estas especificaciones siempre se deben controlar los resultados con varias tcnicas y as verificar las conclusiones. Tambin debemos saber que las tcnicas son solo una herramienta y no un fin para la Psicobiologa.
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CAPTULO 5: BASES CELULARES DE LA HERENCIAEl monje austraco Gregorio Mendel, en 1866, public los resultados de sus experimentos demostrando que la herencia biolgica no era un hecho misterioso, sino algo explicable a travs de una serie de leyes. El descubrimiento a finales del siglo XIX de los cromosomas y su comportamiento durante la divisin celular, dio origen a una nueva ciencia: la Gentica. La gentica es la ciencia que estudia la transmisin, expresin y evolucin de los genes, segmentos de cido desoxirribonucleico (ADN), que controlan el funcionamiento, el desarrollo, el aspecto y la conducta de los organismos. El redescubrimiento de las leyes de Mendel da un significado a las observaciones citolgicas realizadas hasta la poca sobre los cromosomas. Dos aos despus de que naciese la gentica como ciencia, Walter Sutton y Theodor Boveri, de manera independiente, plantean la teora cromosmica de la herencia, en la que se indica que los genes estn situados en los cromosomas. LAS LEYES DE MENDEL. Gran parte del xito que tuvo Mendel vino determinado por cinco afortunadas decisiones a la hora de disear y analizar sus experimentos: - la eleccin de la planta del guisante, planta autgama (que se fecunda a s misma) - la seleccin de caracteres directos - comenzar estudiando cada carcter por separado - analizar estadsticamente el resultado de los cruces - elegir caracteres no ligados. Mendel control que las plantas sobre las que comenz a llevar a cabo su estudio fuesen lneas puras para que los caracteres estudiados siempre eran constantes y semejantes a los progenitores. Una vez controlado esto, Mendel poda llevar a cabo la fecundacin cruzada entre varias lneas puras. Todo esto le permiti obtener un conjunto de resultados que ponan de manifiesto que la herencia biolgica segua unas leyes. Ley de la uniformidad. Mendel cruz plantas de dos lneas puras, generacin parental, las que tenan la flor violeta y las de flor blanca. La descendencia obtenida de estos cruces present en todos los casos flores violeta, as constitua la primera generacin filial, que por tratarse de descendientes de lneas puras llam hbridos. Al carcter que se manifiesta en los hbridos de la primera fecundacin, lo llam dominante, mientras que al que no se manifestaba recesivo.
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Para asegurarse de que el resultado era independiente del sexo de los progenitores, Mendel llev a cabo un cruzamiento recproco, es decir, fecund a las que antes haban sido fecundadas por las otras, cambi los papeles de fecundador y fecundado; y los resultados fueron similares a los anteriores. De todo esto se extrae la primera ley de Mendel o ley de la uniformidad: Cuando se cruzan dos lneas puras que difieren en un determinado carcter, todos los individuos de la primera fecundacin (F1) presentan el mismo fenotipo, independientemente de la direccin de cruce. Ley de la segregacin. Tras obtener la F1, Mendel dej que las plantas de esa generacin se autofecundasen, obteniendo F2, donde aparecan rasgos diferentes, de diferentes colores. Pero el nmero de plantas que obtuvo de uno y otro color no eran similares. El hecho de que el carcter recesivo apareciese en la F2, Mendel lo interpret como que este no haba desaparecido de la F1, sino que estaban los dos caracteres, pero slo se manifestaba uno, mientras que el otro quedaba oculto. Para Mendel cada carcter era debido a un elemento o factor hereditario, que llamaremos gen. A los genes que presentan ms de una variante se les llama alelomorfos o simplemente, alelos. Cada planta porta dos genes para cada carcter, uno de la planta materna y otro de la paterna, o cuando hay autofecundacin, del gameto femenino y del gameto masculino. Mendel seal que durante la formacin de los gametos los alelos se separan (segregan), de tal forma, que cada gameto recibe un solo alelo. La constitucin gentica en relacin a un carcter o a todos los caracteres se denomina genotipo y a la manifestacin externa del genotipo se le denomina fenotipo. Los genotipos pueden ser de dos tipos: - homocigticos, si los dos alelos son iguales - heterocigticos, cuando los dos alelos son diferentes. Los homocigticos slo podrn producir un tipo de gameto segn el alelo que portan, y los heterocigticos los dos tipos. De esto se extrae la ley de la segregacin: los caracteres recesivos enmascarados en la F1 heterocigtica, resultante del cruzamiento de dos lneas puras, reaparecen en la segunda generacin filial en una proporcin 3:1, debido a que los miembros de la pareja allica del heterocigtico se segregan sin experimentar alteracin alguna durante la formacin de los gametos.
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Fenotpicamente hablando, homocigticos dominantes y heterocigticos son indistinguibles, una manera de averiguar cules son es a travs del cruzamiento de prueba, que consiste en cruzar individuos cuyo fenotipo queremos averiguar con homocigticos recesivos, ya que estos solo producen gametos con el alelo recesivo, el fenotipo de la descendencia depender solamente del genotipo del otro progenitor. Ley de combinacin independiente. Mendel estudi la herencia simultnea de dos caracteres diferentes, para ello cruz dos lneas puras (unas semillas amarillas y lisas con plantas verdes y rugosas), todas las F1 eran amarillas y lisas, as la primera ley se cumpla para cada carcter, el color amarillo y liso eran caracteres dominantes y los otros recesivos. La autofecundacin de la F1 proporcion una generacin F2 constituida por cuatro combinaciones posibles para los caracteres estudiados, con unas proporciones de 9:3:3:1 (amarilla y lisa: amarilla y rugosa: verde y lisa: verde y rugosa). Considerndolo de forma independiente se cumpla tambin la segunda ley de Mendel, pero en F2 haba parecido combinaciones que no estaban presentes ni en F1 ni en los padres, as Mendel extrajo su tercera ley, ley de la combinacin independiente: los miembros de parejas allicas diferentes se segregan o combinan independientemente unos de otros cuando se forman los gametos. Variacin de la dominancia e interacciones genticas. Sin embargo esto no ocurre siempre as, hay algunas especies en que los hbridos pueden mostrar, bien un fenotipo intermedio entre e de los dos progenitores, dominancia intermedia, o manifestar ambos caracteres simultneamente, codominancia. En la dominancia intermedia como en las flores del dondiego de noche, donde de una flor blanca y una flor roja sale una flor rosa. Aunque esto tampoco es normalmente as de fcil, como en los fenmenos de pleitropismo: hasta ahora hemos visto que un determinado genotipo es responsable de un determinado fenotipo, sin embargo, existen genotipos que afectan a ms de un fenotipo. Un ejemplo de esto es el gen responsable del albinismo en los ratones, que adems determina el grado de emocionabilidad del mismo. La tercera ley de Mendel pone de manifiesto que cuando analizamos la herencia simultnea de dos caracteres la proporcin es de 9:3:3:1 en la F2 y que es consecuencia de la combinacin independiente de los genes responsables de estos [email protected]
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caracteres. Sin embargo hay casos en los que la proporcin fenotpica de la F2 no es esa, la causa fenotpica esperada y la obtenida cuando analizamos la herencia de dos caracteres simultneamente es debida al fenmeno denominado epistasia: Consiste en la interaccin entre determinados genes de distintos loci de tal forma que un gen enmascara el efecto de otro. Un ejemplo de esto es la sordera congnita humana. TEORA CROMOSMICA DE LA HERENCIA. Los cromosomas fueron descubiertos por Carl Ngeli en 1842. Dos aos despus de que se redescubriesen las leyes de la herencia, en 1902, Walter Sutton y Theodor Boveri, formularon la teora cromosmica de la herencia. En esta se seala que los genes estn situados sobre los cromosomas y ordenados de forma lineal. El lugar que ocupa cada gen en el cromosoma se denomina locus o loci en plural. Los cromosomas son slo visibles poco antes de la divisin celular y durante sta. La mayora de las clulas eucariotas presentan los cormosomas en parejas (diploides). Cada miembro de la pareja cromosmica procede de un progenitor. A los miembros de un mismo par cromosmico se les denomina cromosmas homlogos. Por otra parte las clulas que presentan slo un juego de cromosomas se llaman haploides. La dotacin cromosmica haploide se representa mediante n, as la dotacin de las clulas diploides ser 2n. En el caso de nuestra especie la dotacin es de n=23, total 46 cromosomas. El conjunto de todos los cromosomas de la clula se denomina cariotipo. En cada cromosoma se haya un nmero determinado de genes que guardan la informacin acerca de determinadas caractersticas, todas las del organismo. Cromosomas sexuales. Los dos juegos de cromosomas de las clulas diploides estn formados por parejas que tienen el mismo aspecto, sin embargo en muchas especies no ocurre esto. En la nuestra hay una pareja que difieren morfolgicamente los cromosomas, son los cromosomas X e Y. Al resto de los cromsomas se les denominan autosomas. Las mujeres presentan dos cromosomas X y los hombres un X y un Y, dado que las mujeres slo producen gametos que contienen el mismo cromosoma X, al sexo femenino tambin se le llama sexo homogamtico. Los varones pueden formar gametos con el cromosoma X o con l Y, as se les llama tambin sexo heterogamtico Esta norma es aplicable a todos los mamferos.
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Inactivacin del cromosoma X. La informacin guardada en los genes se expresa en las clulas formndose un determinado producto (polipptido), cabra esperar que este producto fuese mayor en las mujeres que en los hombres por la presencia o no del cromosoma X, pero esto no es as, hay en ambos la misma cantidad. Por otro lado, durante la interfase aparece en el ncleo celular una masa de cromatina denominada corpsculo de Barr, este no aparece en todos los individuos, sino solo en aquellos que presentan ms de un cromosoma X, adems el nmero de estos corpsculos que hay en una clula es siempre uno menos que el nmero de cromosomas X. As slo lo poseen las mujeres. La explicacin a estos hechos la dio Mary Lyon diciendo que en las clulas somticas de las clulas de mamferos slo un cromosoma X est activo, el otro permanece condensado e inactivo, siendo su expresin citolgica el corpsculo, por eso tambin se le llama cromatina sexual. La inactivacin comienza al principio de la vida embrionaria y ocurre al azar, en unas clulas se activa el materno y en otras el paterno. La inactivacin de este cromosoma tiene otras implicaciones genticas. Una de ellas es que las mujeres que son heterocigticas para algn locus situado en el cromosoma X presentan dos poblaciones celulares atendiendo a qu cromosoma X est activo, a esto se le denomina mosaicismo. Aquellos loci que se presenten en heterocigosis en el cromosoma X, expresarn distintos fenotipos en cada una de las poblaciones celulares aludidas, ya que slo un alelo estar activo en cada clula. Meiosis. A travs del proceso de mitosis, las clulas se dividen para formar dos clulas semejantes. Mientras tanto en las gnadas se produce otro tipo de reproduccin celular, la meiosis, cuyo objetivo es formar los gametos. La reproduccin sexual representa importantes ventajas de cara a la variabilidad gentica. Este tipo de reproduccin implica la unin de dos clulas procedentes de dos individuos de distinto sexo. Estas clulas son los gametos. La meiosis se lleva a cabo en dos etapas: - la primera consiste en dividir la clula (2n) de forma que cada clula hija reciba un solo y completo juego de cromosomas de la madre (que pase a ser haploide). Cada clula hija recibe un miembro de cada una de las parejas de cromosomas, esta etapa se llama meiosis I. - La segunda etapa es la meiosis II que consiste en la divisin normal, equivalente a la mitosis, de las clulas obtenidas en la I. Profase I. La profase I se diferencia de la mittica en que los cromosomas homlogos se aparean dos a dos, punto por punto, a lo largo de toda su longitud, formando lo que llaman bivalentes (por estar compuestos por dos cromosomas homlogos).
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Tambin reciben el nombre de ttrada, en relacin a las cuatro cromtidas del bivalente. El apareamiento de los homlogos tiene mucha importancia, ya que a travs de l se produce el fenmeno citolgico del entrecruzamiento, mediante el cual se lleva a cabo la recombinacin gentica., que es el intercambio de genes de un cromosoma homlogo a otro. Metafase I. En esta los bivalentes, mediante sus centrmeros, se insertan en las fibras del huso adoptando una ordenacin circular sobre la placa ecuatorial. Anafase I. En esta se separan los cromosomas de los bivalentes, emigrando n cromosomas a cada polo. Telofase I. Los cromosomas se sitan en ambos polos de la clula, se desespiralizan y tiene lugar la citocinesis dando lugar a dos clulas hijas con n cromosomas. Por haberse reducido a la mitad el nmero de cromosomas a esta divisin se le denomina tambin divisin reduccional. Las clulas hijas obtenidas en la meiosis I pueden entrar inmediatamente en la meiosis II o pasar por un periodo de interfase antes. En cualquier caso antes de entrar en la segunda divisin meitica no se produce duplicacin de cromosomas. La meiosis II es prcticamente igual que la mitosis salvo por que la clula que entra en divisin es hapliode y por tanto, tras su divisin salen dos hijas con n cromtidas. La consecuencia de la meiosis es la formacin de gametos. Recombinacin y ligamiento. En la profase I se efecta el recombinamiento de los cromosomas homlogos dos a dos. Durante el mismo se producen intercambios de segmentos cromosmicos entre los homlogos. A esto se le denomina sobrecruzamiento o entrecruzamiento y se pone de manifiesto por la aparicin entre las cromtidas de los bivalentes, de puentes de cruce, en forma de x, que se denominan quiasmas. En cada uno de los cromosomas homlogos se encuentran los mismos genes en los mismos loci. El sobrecruzamiento hace que los loci de uno y otro cromosoma homlogo aparezcan con una combinacin nueva de alelos. A este proceso, se le denomina recombinacin gentica, y consiste en la combinacin de los alelos de los cromosomas homlogos. La consecuencia de la recombinacin gentica es la aparicin, en un mismo cromosoma del gameto, de alelos de cada uno de los progenitores. [email protected]
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La gran importancia de la recombinacin gentica es la gran variabilidad que genera. El nmero de gametos distintos que se pueden formar mediante este proceso est en funcin del nmero de loci heterocigticos que existan en un individuo. La cantidad se obtiene elevando 2 al nmero de esos loci. Por ejemplo en cada persona existen 6700 loci, es decir que cada individuo puede formar 26700 gametos diferentes. Pero no siempre es posible efectuar intercambios entre los loci de los cromosomas homlogos, ya que cuanto ms juntos estn dos loci, menos probabilidad habr de sobrecruzamiento, por un impedimento fsico. Cuando dos genes tienen nula o muy baja tasa de recombinacin se dice que existe ligamiento entre esos dos genes. Si esto pasa no existe combinacin independiente de caracteres, y por lo tanto, la ley de combinacin independiente de Mendel queda enmascarada. El porcentaje de recombinacin entre dos loci est directamente relacionado con la distancia fsica que los separe dentro del cromosoma. Esto puso de manifiesto que los genes se encontraban dentro de los cromosomas de forma ordenada, es decir, que un determinado gen tiene una posicin fija y concreta dentro del cromosoma. TIPOS DE TRANSMISIN GENTICA. Los rasgos de un organismo pueden estar determinados por un nico gen, o por varios. En el primer caso se habla de herencia monogentica y en el segundo herencia poligentica. A este tipo de rasgos, los que trabajan con un solo tipo de gen, se les llama tambin mendelianos. La poblacin humana no se puede poner de manifiesto con este tipo de cruces experimentales. Por ello se recurre al estudio del patrn de transmisin del carcter. Dicho patrn se establece a travs de la informacin recogida de la familia en la que se determina el carcter a estudiar. Esta informacin se suele resumir en lo que se denomina genealoga o pedigr. En esta se recogen las relaciones de parentesco y el historial, en relacin a la manifestacin del carcter a estudiar, del mayor nmero de miembros de la familia. Los patrones de transmisin de un carcter mendeliano, detectados a travs de las genealogas, dependen de dos factores: - la localizacin cromosmica del locus implicado - la expresin fenotpica del carcter. El primer punto, la localizacin puede ser autosmica cuando el locus se halla en un autosoma, o ligada a cromosomas sexuales. En relacin con la expresividad fenotpica esta puede ser diversa, sin embargo, el principal nmero de loci estudiados responden a una relacin de dominancia y recesividad.
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Por tanto, segn estos criterios se establecen tres tipos de patrones de transmisin en la herencia monognica: autosmica dominante, autosmica recesiva y ligada al sexo. Transmisin autosmica dominante. En este tipo de transmisin, tanto los homocigticos como los heterocigticos manifiestan el carcter. Un ejemplo es la enfermedad de Huntington, causada por el nico gen dominante, que provoca el deterioro progresivo del sistema nervioso central. Transmisin autosmica recesiva. En este tipo de transmisin slo los homocigticos presentan el carcter y, por lo tanto, cada uno de sus progenitores debe tener al menos un alelo en su genotipo para ese locus. Los heterocigticos no manifiestan el rasgo, pero son portadores del alelo causante, y dependiendo del genotipo de su pareja tendrn diferentes posibilidades de presentar descendencia con el carcter en cuestin. En el caso de enfermedades causadas por alelos recesivos, slo los homocigticos para este alelo la manifestarn. Dado que los heterocigotos no padecen la enfermedad, tendrn un 50% de sus gametos que transportar el alelo a la siguiente generacin, con lo que ser muy difcil su eliminacin. Este tipo de alelos est asociado a familias en las que se mantienen durante muchas generaciones sin que se manifieste la enfermedad en ningn miembro de la misma. Esto es debido a que los enlaces se realizan entre individuos no relacionados genticamente, con lo cual es poco probable que ambos porten el alelo causante de la enfermedad. Sin embargo cuando los enlaces se efectan entre parientes, las probabilidades aumentan. Los trastornos autosmicos recesivos son menos frecuentes que los dominantes. Un ejemplo es la enfermedad de Tay-Sachs. Transmisin ligada al sexo. El mayor nmero de trastornos asociados a los cromosomas sexuales suelen localizarse en el cromosoma X y son, normalmente, de carcter recesivo. Las mujeres presentan dos cromosomas X, mientras que los varones slo uno. Esto hace que los trastornos ligados a genes recesivos situados en el cromosoma X slo se manifiesten en las mujeres cuando estn en homocigosis, mientras que en los varones se manifestar en el momento en que lo porte su nico cromosoma X. Tanto hijos como hijas heredan de su madre un cromosoma X, sin embargo, en el caso del varn ste trasmite a su hija un cromosoma X y a su hijo el Y. Esto hace que los varones no puedan heredar de sus padres trastornos o caracteres ligados al cromosoma X. [email protected]
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En el caso de las hijas la incidencia depender del genotipo de la madre si el padre est afectado, ya que si no lo est, las hijas como mucho sern portadoras. Esta peculiaridad hace que aparezca el fenmeno denominado alternancia de generaciones tanto el abuelo como el nieto estn afectados, pero no los individuos de la generacin intermedia, siempre que la abuela no est afectada ni sea portadora. Existen varios ejemplos como la ceguera a los colores o daltonismo, la hemofilia A.
APNDICE I: LOS GRUPOS SANGUNEOS HUMANOS. Los anticuerpos son un grupo de protenas globulares, denominadas tambin inmunoglobulinas, que estn implicadas en la destruccin de sustancias extraas al organismo. Estas son producidas por un grupo de clulas sanguneas llamadas linfocitos B. Las molculas que el organismo no reconoce como propias sino como extraas, y que son capaces de provocar la sntesis de anticuerpo por parte de los linfocitos B se denominan antgenos. La especificidad entre antgeno y anticuerpo es muy alta, la misin del anticuerpo es unirse al antgeno, facilitando con ello la actuacin de otros componentes del sistema inmune encargados de destruirlos. En nuestra especie se han encontrado varios antgenos asociados a las clulas sanguneas, esto ha permitido establecer los grupos sanguneos: el sistema ABO y el sistema Rh. - El sistema ABO. Las poblaciones humanas presentan cuatro fenotipos diferentes en relacin al sistema ABO. Estos se basan en la presencia o ausencia de uno de los antgenos en la membrana de los eritrocitos o glbulos rojos. As hay individuos que presentan el antgeno A en sus glbulos rojos (fenotipo A), los que presentan el B, los que tienen ambos (AB) y los que no muestran ninguno (0). Los individuos con fenotipo A presentan un plasma con anticuerpos contra el antgeno B, llamado anti-B, los que tiene el fenotipo B llevan anti-A, los que tienen el fenotipo 0 y manifiestan ambos anticuerpos y el fenotipo AB no lleva asociado ningn anticuerpo. Los alelos A y B son dominantes mientras que el 0 es recesivo y estn localizados en el cromosoma 9. - El sistema Rh. El locus responsable de este sistema se encuentra en el cromosoma 1. Se han descrito ocho fenotipos diferentes en relacin con este sistema, pero slo nos referiremos a dos, Rh positivo y Rh negativo. El fenotipo Rh+ se manifiesta por la presencia de los eritrocitos del antgeno Rh, mientras que el Rh- no presenta este antgeno. [email protected]
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APNDICE II: GAMETOGNESIS Y PRIMERAS FASES DEL DESARROLLO EMBRIONARIO. La consecuencia de la meiosis es la formacin de gametos (vulos y espermatozoides) con una dotacin haploide de cromosomas. En nuestra especie los espermatozoides se forman a travs de un proceso llamado espermatognesis. Este se inicia en la pubertad a travs de una serie larga de mitosis de las clulas germinales primordiales que forman los espermatogonios, que a su vez se dividen dando los espermatocitos primarios. Estas clulas experimentan la meiosis I y dan lugar a los espermatocitos secundarios, que ya son haploides. Estos rpidamente experimentan una meiosis II originando cada uno de ellos dos espermtidas, que tras un proceso de diferenciacin se convierten en espermatozoides. La ovognesis se produce en los ovarios, concretamente en los folculos en cuyo interior estn los oogonios. En nuestra especie es a partir del tercer mes de gestacin cuando el oogonio se divide por mitosis dando el oocito primario. Antes del nacimiento, todos los oocitos primarios han iniciado la meiosis I, que queda parada en la profase I hasta que la mujer alcance la madurez sexual. A partir de ah, a medida que cada folculo madura, el oocito primario correspondiente termina la meiosis I dando un oocito secundario. Y el primer corpsculo polar. Cuando se produce la ovulacin el oocito secundario se encuentra en metafase II y slo se completar la meiosis si es fecundado, en cuyo caso se formar el vulo y un segundo corpsculo polar, que finalmente se desintegran. La fecundacin normalmente ocurre en la trompa de Falopio tras la entrada de un nico espermatozoide en le vulo. Despus los ncleos de ambos se fusionan dando la clula huevo o cigoto diploide que da paso al proceso embrionario. En el cigoto se duplica el ADN y se produce la primera mitosis. Tres das despus el cigoto alcanza la fase de mrula. Las clulas externas de la mrula dan origen a la placenta y las internas al embrin. Antes de que alcance el tero se crea una cavidad en el interior de la mrula, el blastocele, con lo que se inicia la fase de blstula. Esta se implanta en le tero al final de la primera semana. En la tercera semana comienza el proceso de gastrulacin. Se forma la tercera capa en el embrin denominada mesodermo, entre el ectodermo y el endodermo. A partir de lo cual se formarn todos los tejidos y rganos del nuevo individuo.
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CAPTULO 6: GENTICA MOLECULARLa Gentica Molecular, la disciplina que estudia las bases moleculares de la herencia, se ha encargado de corroborar la hiptesis propuesta por Mendel. El gen ha dejado de ser un factor hipottico y ha tomado cuerpo. A lo largo del siglo XX esta disciplina ha puesto de manifiesto tres aspectos fundamentales acerca de las bases moleculares de la herencia: cmo se guarda la informacin hereditaria, cul es el mecanismo que permite su transmisin y cmo se expresa esa informacin en el organismo. En definitiva cul es el nexo de unin entre el genotipo y el fenotipo. LA NATURALEZA DEL MATERIAL HEREDITARIO. A principios del siglo XX los cromosomas fueron identificados como los vehculos de la herencia. De ellos se conoca que estaban formados por protenas y cidos nuclicos. Cul es la naturaleza qumica del gen?. Sin conocer la respuesta s se saba que las propiedades que deba cumplir eran tres fundamentalmente: - guardar informacin - permitir copiarla fielmente - posibilitar cierta capacidad de cambio, de alteracin, de la misma. Durante un tiempo las protenas, dado el gran nmero de combinaciones que es posible realizar con los diferentes aminocidos, fueron consideradas las candidatas idneas. Pero fue el cido desoxirribonucleico la molcula que result cumplir todas las caractersticas necesarias. La pista que condujo hacia el ADN arranc con los trabajos de Frederick Griffith, a travs de los cuales descubri la existencia de un factor transformable que poda transmitir las caractersticas genticas de una clula a otra. En 1944, Oswald Avery, C. MacLeod y M. McCarty proporcionaron la prueba de que ese factor transformable era el cido desoxirribonucleico. Descubrimientos posteriores acerca de la equivalencia 1:1 de las bases pricas y pirimidnicas en la molcula de ADN, o el anlisis cristalogrfico del ADN sirvieron de base para que Dewery Watson y Francis Crick llevaran a cabo los trabajos, en los que ponan un modelo para la molcula de ADN que permiti explicar acertadamente las bases moleculares de la herencia biolgica. Veamos cul es la estructura peculiar del ADN. Los cidos nucleicos estn formados por secuencias de nucletidos, en el ADN estos nucletidos forman dos cadenas, cada una de las cuales est dispuesta en espiral, enroscada sobre otra formando una doble hlice. Esta conformacin se consigue gracias a una disposicin concreta de las molculas que forman cada nucletido del ADN. [email protected]
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La espiral la marca la sucesin de las molculas de desoxirribosa y cido fosfrico de cada nucletido unidas por un enlace fosfodister, mientras que las bases nitrogenadas se sitan en el interior. La unin entre las dos cadenas de nucletidos que forman el ADN se lleva a cabo a travs de puentes de hidrgeno que se establecen entre una base prica de una cadena y una base pirimidnica de la otra.
3 PH
Citosina
Adenina
Bases Pricas2 PH
Guanina Timina Bases Pirimidnicas Uracilo
La adenina se aparea, mediante dos puentes de hidrgeno, nicamente con la timina, mientras que la citosina lo hace a travs de tres puentes de hidrgeno con la guanina solo. A esta relacin restrictiva entre las bases se le denomina complementariedad y hace que las dos cadenas de nucletidos del ADN, sean complementarias entre s. Esta propiedad es la causa de la relacin 1:1. As el modelo propuesto por Watson y Crick explica este hecho. Dado que una base prica se aparea siempre con la misma se aparea siempre con la misma base pirimidnica, la cantidad de bases de una y otra ser siempre igual, es decir: A + G = T + C o A / T = C / G. DUPLICACIN DEL ADN. La complementariedad de las bases nitrogenadas de ambas cadenas de ADN, a la par que restringe la naturaleza del nucletido de la otra cadena que constituye el ADN, hace posible la duplicacin del cido desoxirribonucleico y con ello, la posibilidad de que la informacin pueda ser copiada fielmente para pasarla a la siguiente generacin. Las caractersticas fundamentales del proceso de replicacin del ADN son prcticamente similares en todos los organismos. En 1958, Mattew Meselson y Franklin W. Stahl demostraron que la replicacin del ADN es semiconservativa. Experimentos posteriores han puesto de manifiesto que este proceso comienza con la separacin parcial de las dos hebras que componen la molcula de ADN mediante la rotura de los puentes de hidrgeno formndose un lazo o burbuja. En este punto de apertura se inicia la replicacin simultnea de las dos hebras. El proceso es bidireccional, pues avanza hacia los dos extremos del lazo, los cuales reciben el nombre de horquillas de replicacin.
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La replicacin del ADN requiere la participacin de ms de veinte enzimas diferentes, cada una especializada en una tarea concreta. La elongacin de la nueva hebra es catalizada por un enzima perteneciente al grupo de las ADN polimerasas. Para ello, esta enzima utiliza de molde una de las hebras del ADN original, y va construyendo la hebra nueva incorporando nucletidos segn la regla complementaria de bases. Tras el proceso, las dos molculas de ADN se separan, ambas llevan una hebra antigua y una nueva, pero ambas son idnticas, la informacin puede ser transmitida fielmente a otra generacin. Cada una de estas molculas de ADN constituye cada una de las cromtidas del cromosoma metafsico. En procariotas el proceso de replicacin del ADN se inicia en un solo punto y desde l avanza bidireccionalmente hasta completar el proceso. En eucariotas, sin embargo, tiene habitualmente mltiples orgenes. LA EXPRESIN GENTICA. Otros grupos de investigacin trataban de averiguar qu camino conectaba al genotipo con el fenotipo. La primera propuesta fue en 1909, Archibald Edward Garrod, en que sealaba que algunas enfermedades hereditarias son causadas por el efecto que la herencia ejerce sobre el metabolismo de determinadas sustancias. Garrod propone un nexo de unin entre genes y fenotipo: el metabolismo. Sin embargo la idea pas desapercibida. En 1941 George Beadle y Edward Tatun concretaron la propuesta de Garrod en la hiptesis de un gen-una enzima. Con esta hiptesis plantean que los genes regulan las caractersticas de los organismos a travs de las enzimas que intervienen en todos y cada uno de los procesos metablicos que acontecen en el organismo. Esta hiptesis fue confirmada con posterioridad establecindose que un gen es la secuencia de nucletidos del ADN en el que se halla codificada la secuencia de aminocidos de una enzima. De todas formas, esta definicin tuvo que ser ampliada ya que el gen no slo porta la informacin referente a la secuencia de aminocidos de las enzimas, sino de todos los polipptidos formados en la clula, as como la secuencia de los nucletidos de sus distintos cidos ribonucleicos. A los genes que codifican la secuencia de aminocidos de los polipptidos se les denominan genes estructurales. En 1970, Francis Crick, propone el denominado dogma central de la Biologa, en el que establece el flujo que sigue la informacin gentica. Este flujo se inicia en el ADN, el cual controla su propia replicacin y transfiere la informacin en l contenida al ARN, a travs del proceso de transcripcin. Finalmente el ARN, mediante el proceso de traduccin, controla directamente la sntesis de protenas. [email protected]
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Con posterioridad se comprob que el flujo que sigue la informacin gentica poda seguir otros caminos. El primer paso del flujo de la informacin hereditaria ya lo hemos visto, la replicacin del ADN. En eucariotas y procariotas esta informacin tiene que dar dos pasos ms para llegar a expresarse, que son la transcripcin y la traduccin. La transcripcin. El ADN de las eucariotas se encuentra situado en el ncleo celular, mientras que la maquinaria necesaria para la sntesis de protenas se halla en el citoplasma. El tamao de la molcula de ADN y la importancia de la informacin en ella contenida hacen que el ADN no viaje hasta el citoplasma. Por eso cada vez que es necesaria la produccin de determinado polipptido, el gen que guarda la informacin acerca de su secuencia de aminocidos es transcrito a un cido ribonuclico transcripcin. El ARN formado es el que viaja hasta el citoplasma para que el polipptido en cuestin sea sintetizado. Por esto se le llama ARN mensajero. El proceso de transcripcin es catalizado por un enzima perteneciente al grupo de las ARN polimerasas. Esta enzima se asocia a una regin denominada promotor, que es un segmento de ADN, rico en nucletidos de timina y adenina, situado antes de la secuencia de nucletidos que va a ser transcrita. El promotor sirve para la unin de la enzima del ADN y es la zona en la que se separan las dos hebras del ADN. Una vez abierta la molcula de ADN comienza la transcripcin que, como en el caso de la replicacin del ADN, avanza en la direccin 5 3mediante la adicin de nucletidos a la cadena de ARN en crecimiento. Este proceso sigue las reglas de complementariedad aplicadas en el caso de la replicacin del ADN, con la salvedad de que en lugar de aadir un nucletido de timina cuando aparece uno de adenina, se aade uno de uracilo en la cadena de ARN en crecimiento. La transcripcin del ARN finaliza cuando la ARN polimerasa alcanza una regin especfica del ADN situada al final del gen denominada secuencia terminadora. En ese momento la hebra de ARNm queda libre y la ARN polimerasa se separa del ADN pudiendo volver a unirse a otro promotor para iniciar una nueva transcripcin. Las hebras de ADN separadas para la transcripcin, son de nuevo unidas por unas enzimas especficas. Otros segmentos de ADN se transcriben a cidos ribonucleicos con funciones distintas a las del ARNm. Son como los ARNribosmicos y los ARN de transferencia. Maduracin del ARN. En algunas procariotas y en prcticamente todas las eucariotas, los ARNm experimentan una modificacin de s estructura una vez sintetizados. [email protected]
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EL ARNm que produce la ARN polimerasa se denomina transcrito primario. Este porta la secuencia que codifica al polipptido, sin embargo esta secuencia no est colocada de forma continua en este ARNm, sino disgregada en varias secuencias a lo largo del transcrito primario separadas por segmentos no codificantes (intrones), para diferenciarlas de las que s guardan informacin, las secuencias codificantes, denominadas exones. En los eucariotas, los intrones representan un porcentaje mayor de la secuencia gentica que los exones. A travs de un proceso de maduracin y procesamiento en el transcrito primario se suprimen los intrones y se colocan secuencialmente los exones, obtenindose el ARNm maduro que codifican un polipptido funcional. Dependiendo de los genes, hay transcritos primarios que tras su procesamiento codifican siempre el mismo polipptido y otros que pueden experimentar varios tipos de maduracin que originan polipptidos diferentes. Los ARN ribosmicos y de transferencia tambin experimentan procesamiento. Traduccin. Otra de las propiedades que debe cumplir el material gentico es que pueda guardar informacin. Diversos datos empricos haban establecido que exista una relacin entre la secuencia lineal de nucletidos del ADN y la de los aminocidos de los polipptidos. Cmo est codificada en el ADN y, en el ARNm, la informacin referente a la secuencia de aminocidos de un polipptido?. * El cdigo gentico. El cdigo gentico es el conjunto de principios mediante los cuales se establece una relacin entre la ordenacin lineal de nucletidos de la molcula de ADN y la ordenacin lineal de aminocidos de los polipptidos. Como sabemos, son 20 los distintos aminocidos que pueden formar parte de la secuencia de un polipptido y unos polipptidos se diferencian de otros por el orden en que estn unidos los aminocidos que los constituyen. El ADN contiene la informacin acerca de las secuencias de aminocidos de todos los polipptidos del organismo. Esa informacin debe ser guardada de forma cifrada de acuerdo con un cdigo. El ADN tienen cuatro tipos de nucletidos, es decir, la informacin que porta utiliza un alfabeto de cuatro letras. Sin embargo, los polipptidos utilizan 20, as cmo con 4 podemos guardar la informacin de 20 polipptidos?. Como primera aproximacin lgica de las tcnicas criptogrficas, el ADN debe codificar la informacin mediante la combinacin de sus cuatro tipos de nucletidos. Si combinamos esas letras de tres en tres se podrn formar 64 palabras diferentes, nmero ms que suficiente ya que slo necesitamos 20. Ms adelante veremos que las restantes tienen un significado. [email protected]
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Durante los primeros aos de la dcada de los 60, Marshall Nirenberg, Severo Ochoa y H. Gobind Khorana corroboraron esa hiptesis. La base del cdigo gentico se encuentra en la secuencia de tres nucletidos, denominada triplete o codn. Un codn especifica a un aminocido. El cdigo gentico adems, tiene las siguientes caractersticas: * es redundante o degenerado: un aminocido puede ser codificado por ms de un codn. No todos los tripletes codifican distintos aminocidos, en el cdigo gentico hay sinnimos. Adems algunos tripletes no codifican aminocidos sino que son seales de paro que hacen finalizar la traduccin (UAA, UAG, UGA). * es un cdigo sin superposicin: esto quiere decir que una base slo pertenece a un triplete y no a varios. * la lectura es lineal y sin comas: se inicia en un punto y va avanzando leyendo de triplete en triplete, sin separacin entre ellos. * es universal: prcticamente todos los seres vivos utilizan el mismo cdigo para traducir el mensaje del ADN a protenas. * Sntesis de protenas. La traduccin es el proceso mediante el cual la informacin contenida en el ARNm es pasada al alfabeto de 20 letras de los polipptidos, siguiendo los principios del cdigo gentico. Este proceso se efecta en los ribosomas, en los que coinciden el ARNm y el ARNt. Las funciones del ARNm y del ribosoma ya las conocemos. EL ARNt es el encargado de transportar los aminocidos hasta el ribosoma para formar la cadena polipeptdica. La sntesis de protenas transcurre en cuatro etapas: - iniciacin: comienza con la formacin del denominado complejo de iniciacin, constituido por la subunidad 30S del ribosoma, el ARNm (unido por su extremo 5), el ARNt de la metionina y varios factores de iniciacin que favorecen la unin de otros elementos del complejo. Una vez formado se une la subunidad 50S del ribosoma para formar el ribosoma completo. En el ribosoma existen dos regiones, la correspondiente al denominado sitio aminoacil (sitio A) y la correspondiente al llamado sitio peptidil (sitio P). En el sitio P se colocarn los ARNt con la cadena polipeptdica en crecimiento y en el sitio A, los ARNt con el nuevo aminocido. AL comienzo de la traduccin, el ribosoma se posiciona colocando el sitio P en el codn de inicio (AUG) del ARNm. Despus, el ARNt que porta el primer aminocido (Met) se une por complementariedad al codn de inicio situado en el sitio P. elongacin: esta fase comienza con la llegada del siguiente ARNt que tiene un anticodn complementario del codn del ARNm ubicado en el sitio A. Una enzima especfica se encarga de establecer el enlace peptdico entre los aminocidos de los ARNt situados en los sitios P y A respectivamente,
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formndose un dipptido unido al ARNt del sitio A, quedndo sin aminocido el ARNt colocado en el sitio P. translocacin: el ribosoma se desplaza a lo largo del ARNm, de tal forma que el ARNt con el dipptido pasa al sitio P expulsando al ARNt vaco. terminacin: el proceso de elongacin y translocacin se repite hasta que el codn de paro entra en el sitio A y es reconocido por un factor de liberacin especfico. La elongacin finaliza y el complejo se disocia liberando el polipptido.
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A medida que el codn de inicio del ARNm queda libre, se puede formar otro complejo de iniciacin con un nuevo ribosoma comenzando otra vez el proceso. Esto permite hacer mltiples copias de un polipptido a partir de una sola molcula de ARNm. La cadena polipeptdica recin formada adopta espontneamente su conformacin tridimensional, de esta forma, el mensaje unidimensional del ARNm se convierte en una estructura tridimensional de la protena. En ocasiones, la cadena polipeptdica necesita experimentar procesos de maduracin, denominados procesos postraduccin, para adquirir su conformacin biolgica activa. Estos procesos son diversos: eliminacin del aminocido Met inicial, adicin de los grupos prostticos, unin con cadenas laterales glucdicas para formar glucoproteinas... La mutacin. Existe un complicado conjunto de sistemas encargados de asegurar la integridad de la molcula de ADN con el fin de preservar la informacin hereditaria y reparar la mayor parte de las alteraciones que pueda experimentar. En ocasiones esos mecanismos fallan, dando lo que se denomina mutacin. Este trmino hace referencia a cualquier cambio permanente en el material gnico no debido a la segregacin independiente de los cromosomas o a la recombinacin que ocurre durante el proceso de la meiosis. Las mutaciones ocurren al azar, son generalmente perjudiciales, pero, generan la variabilidad necesaria para que la seleccin natural acte. Esta es la ltima propiedad que debe cumplir la molcula candidata a ser el material hereditario, la de permitir cierta capacidad de cambio y el ADN tambin lo posee. Una fuente de mutacin es la propia replicacin del ADN, proceso en el que se calcula que se produce la insercin de un nucletido errneo una vez cada 1010 pares de bases. En nuestra especie esto viene a implicar una nueva mutacin de este tipo por cada divisin celular.
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Se estima que cada espermatozoide producido por un varn de entre 25 y 30 aos de edad contiene alrededor de 100 nuevas combinaciones de pares de bases como resultado de errores en la replicacin del ADN. En las mujeres, el vulo se ve menos afectado por estas mutaciones causadas por errores en la replicacin. Por tanto, los espermatozoides tienen ms probabilidades de transportar una mutacin nueva de este tipo que los vulos, y adems, cuantos ms aos tenga el varn, mayor ser la probabilidad. Los errores durante la replicacin del ADN no slo afectan a las siguientes generaciones, si tenemos en cuenta el nmero de divisiones que se llevan a cabo a lo largo de la vida del individuo, llegamos a la conclusin que son una de las causas del deterioro propio del envejecimiento. Adems de las mutaciones espontneas, la mutacin tambin se ve favorecida por la accin de numerosos agentes qumicos y fsicos distribuidos en el medio ambiente que incrementan la tasa normal de mutaciones. A estos agentes se les llama mutgenos. La naturaleza de estos agentes es diversa. * Tipo de mutaciones. Las alteraciones que pueden experimentar el material hereditario son muy diversas. Las podemos clasificar en funcin de su magnitud en: - mutaciones genmicas: la alteracin afecta a cromosomas completos - mutaciones cromosmicas: la variacin se produce en parte del cromosoma que contiene ms de un gen - mutaciones gnicas: son los cambios que afectan a un gen. Generalmente el trmino de mutacin se asocia a mutaciones gnicas y estas pueden consistir en: - sustituciones: cuando una base nitrogenada es cambiada por otra diferente - inserciones: cuando se introduce uno o ms pares de nucletidos - delecciones: consiste en la prdida de nucletidos - inversiones: un grupo de nucletidos de un gen son insertados en orden inverso Buen nmero de las mutaciones gnicas consiste en la modificacin de un simple nucletido y por ello se les denomina mutaciones puntiformes. Atendiendo al efecto que ocasiona este tipo de mutaciones podemos distinguir: - mutaciones errneas: se producen como consecuencia del cambio de un nucletido por otro en la secuencia del ADN. Ocasionan la sustitucin de una aminocido en la secuencia polipeptdica codificada en el gen afectado. Ello puede provocar que cambien las propiedades del polipptido. El dramatismo de esta alteracin depende del aminocido implicado y de las propiedades del polipptido afectado.
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mutaciones sin sentido: cuando la sustitucin de un nucletido en un triplete de ADN provoca la transformacin de un codn de ARNm que codifica un aminocido cualquiera en un codn de paro. Esto hace que se detenga la sntesis antes de tiempo y por lo tanto, que no se forme el polipptido que estaba codificado en el gen. desplazamiento de pauta de lectura: cuando hay una delecin o la insercin de un nucletido durante el proceso de replicacin del ADN. Conduce a que se desplace la pauta de lectura del ARNm, y por lo tanto, que el polipptido sintetizado no tenga nada que ver con el que inicialmente codificaba el gen. mutaciones silenciosas: son las que no producen efecto fenotpico. Son consecuencia de la redundancia del cdigo gentico. Es el caso de la sustitucin de un triplete por otro que codifica el mismo aminocido.
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Una alteracin de uno o pocos nucletidos puede producir efectos desastrosos, existe un buen nmero de enfermedades congnitas, son los errores metablicos. Este concepto fue introducido por Archibald E. Garrod que investig varias patologas de esta naturaleza, una de ellas la alcaptonuria, Enfermedad que produce Artritis y hace que la orina presente un color muy oscuro. la fenilcetourina tambin es otra de esas patologas. enfermedad de carcter recesivo que presenta una incidencia de 1/12.000, presentando diversos trastornos neurolgicos. NIVELES DE ORGANIZACIN DEL ADN: EL CROMOSOMA EUCARITICO. Las molculas de ADN son las mayores macromolculas que portan los seres vivos. El ADN humano consta de 3 x 109 pares de bases (pb) por clula, distribuido en 23 cromosomas. La longitud de todo el ADN que se encuentra en el total de todas las clulas del cuerpo humano es alrededor de 2 x 1011 Km. En una clula la longitud del ADN es bastante menor, de 2 m. Aunque la delgadez del ADN es extremada, si tenemos en cuenta el dimetro del ncleo celular, vemos que el ADN debe experimentar un importante empaquetamiento, sobre todo en el momento de la divisin celular, donde esos 2 m de ADN pasan a ser 200 m en el conjunto de cromosomas metafsicos. El trmino cromosoma (cuerpo coloreado), hace referencia al aspecto que muestra el material hereditario cuando a la clula se le aplica un colorante especfico durante la mitosis.
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En la actualidad, el cromosoma es la molcula de cido nucleico que acta como portadora de la informacin hereditaria. Por lo tanto, puede ser el ARN de algunos virus o la molcula de ADN de procariotas y eucariotas. En eucariotas el aspecto del material hereditario vara desde la estructura claramente definida que representa el cromosoma metafsico a una estructura amorfa y disgregada durante la interfase celular, que recibe el nombre de cromatina. El ADN presenta distintos niveles de organizacin dependiendo del grado de empaquetamiento. Cada cromosoma est formado por una sola molcula de cido desoxirribonucleico unido a protenas. Estas son de varios tipos, las principales pertenecen a la familia de las histonas, pequeas protenas de carcter bsico cuya misin es permitir que el ADN se empaquete de una forma ordenada alcanzando los diferentes niveles de organizacin. El nivel de organizacin ms elemental es el que alcanza a travs de la unin de varios tipos de histonas con el ADN. Esto da lugar al nucleosoma y representa la unidad bsica de empaquetamiento del ADN. En las eucariotas, el estado menos condensado del ADN consiste en una estructura formada por nucleosomas distribuidos ms o menos peridicamente a lo largo del material hereditario. Esto hace que el ADN disminuya aproximadamente siete veces su longitud. Sin embargo, en el cromosoma metafsico el nivel de empaquetamiento es de unas 10.000 veces. Esto se consigue por sucesivos procesos de plegamiento. As el nucleosoma representa el primer nivel y el cromosoma metafsico el ltimo. Los sucesivos niveles se consiguen gracias a que los nucleosomas se pliegan unos sobre otros de manera ordenada formando una fibra de 30nm de espesor. Esta es el siguiente nivel de empaquetamiento y hace que el ADN sea unas 100 veces menor. Los siguientes niveles no son bien conocidos. De todas formas, se van enrollando estas fibras sobre un eje proteico no histnico, que dan al final el empaquetamiento del ADN. Sin embargo la cromatina tampoco presenta un estado homogneo de compactacin y se distinguen dos tipos de cromatina, la eucromatina, que presenta un empaquetamiento menor, y la heterocromatina, que es ms condensada. Los diferentes niveles de organizacin de la cromatina estn relacionados con el grado de expresin gnica. El cromosoma eucaritico es mucho ms complejo que le procaritico.
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En el eucaritico no todo el ADN de los cromosomas est relacionado con la sntesis de polipptidos, sino que un 10% del total est compuesto por segmentos cortos que se repiten millones de veces ADN alternante repetitivo. Otro 20% del ADN son segmentos de unos pocos centenares de pb que se repiten ms de mil veces ADN moderadamente repetitivo. El resto 70% son segmentos de copia nica o escasamente repetidos. La funcin de la mayor parte de ADN altamente repetitivo no es conocida y no se sabe que sea transmitida. Una parte del ADN moderadamente repetitivo est formada por secuencias que no se transmiten, y solo sirven de zonas de reconocimiento para la actuacin de determinadas enzimas. Otra parte est constituida por genes que se encuentran en mltiples copias y una tercera parte est formada por genes de los que existen mltiples copias pero no idnticas. Las secuencias de copia nica o escasamente repetitivas son en su mayora genes estructurales. En nuestra especie al conjunto de estos se llama genoma. No todo el segmento asociado a un gen es traducido a protenas, hay segmentos de ADN que no son secuencia que se transcriban intrones. En humanos se estima que el 1% del ADN es transcrito y traducido a cadenas polipeptdicas. Parte de los segmentos no codificantes que no son intrones estn relacionados con la regulacin de la expresin gnica secuencias reguladoras. La funcin es marcar el punto de comienzo de la replicacin, sealar los puntos de inicio de la recombinacin del ADN, permitir identificar el inicio y final de los genes estructurales o intervenir en la regulacin de la expresin gnica. REGULACIN DE LA EXPRESIN GNICA. Cada clula del organismo se ha originado por mitosis sucesivas de una nica clula, el cigoto. La mitosis asegura un reparto completo y equitativo de la informacin gentica. As, todas las clulas de un individuo portan la misma informacin. Pero en el desarrollo de una forma ordenada y con mayor o menor intensidad, las clulas toman destinos diferentes formando los distintos tipos de tejidos, que a su vez adquieren conformaciones espaciales particulares dando origen a los rganos y a otras estructuras corporales. Dentro de la clula ya diferenciada, el metabolismo vara continuamente a lo largo del ciclo vital. Distinta rutas de sntesis o de degradacin se activan o desactivan en funcin de las necesidades.
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Por eso dependiendo del momento en que analicemos el contenido celular, encontraremos diferentes tipos de polipptidos. As vemos que la expresin gnica est regulada de forma precisa. En funcin del alcance en el tiempo que tenga la regulacin de la expresin gnica podemos distinguir una regulacin a largo plazo y otra a corto plazo. La primera estara relacionada con el desarrollo del organismo y conduce a cambios en el ADN de la clula que conllevan un bloqueo permanente de la expresin de determinados genes. La de corto plazo est relacionada con el metabolismo celular y provoca cambios en el ADN que alteran de forma pasajera la expresin de los genes. Nos vamos a detener en los procesos que regulan la transcripcin. Generalmente la transcripcin se controla mediante procesos que impiden, de forma permanente o transitoria, la unin de las enzimas implicadas al segmento de ADN a transcribir. Entre los permanentes podemos destacar: - la metilacin: del ADN es una reaccin catalizada enzimticamente, la cual inserta un grupo metilo en la base nitrogenada de los nucletidos. Esto provoca un cambio que impide la unin de la enzima ARN polimerasa, y as evita la transcripcin del gen afectado. la condensacin: impide que la ARN polimerasa pueda acceder a los respectivos promotores, existiendo un grado de condensacin inversa del ADN y el proceso de transcripcin. La condensacin afecta segmentos de ADN o a cromosomas enteros. Tanto una como otra parecen estar implicadas en los procesos de diferenciacin celular. Mediante estos mecanismos se consigue que cada tipo celular exprese determinadas propiedades. Suelen suceder en las primeras etapas del desarrollo y una vez que se han producido se heredan a travs de la mitosis. Es una de las causas de que una vez diferenciada una clula sus descendientes sigan perteneciendo al mismo tipo celular. Un ejemplo es la inactivacin del cromosoma X produciendo el corpsculo de Barr. En estos procesos que regulan la expresin gentica de forma pasajera estn implicadas las denominadas protenas reguladoras de genes. Estas se unen de forma selectiva a una regin especfica del ADN. Situada al inicio del gen, esto impide la unin de la ARN polimerasa y por lo tanto, la expresin del gen. La conformacin espacial adecuada para que una determinada protena reguladora se pueda unir a estos segmentos del ADN depende de la interaccin que establezca con otras molculas denominadas correpresores e inductores. [email protected]
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Los correpresores son molculas a las que necesitan acoplarse algunas protenas reguladoras para adoptar la conformacin espacial adecuada que les permite unirse a una determinada secuencia reguladora del ADN e impedir la expresin de un gen. Los inductores, a diferencia, son molculas que al unirse a las protenas reguladoras hacen que stas experimenten un cambio conformacional que les impide unirse al ADN, permitiendo que el gen sea transcrito. Tanto en procariotas como en eucariotas se han descrito procesos de regulacin en los que estn implicados estas protenas reguladoras. Regulacin de la expresin gnica en procariotas: el modelo del opern. El modelo del opern, propuesto por Francois Jacob y Jacques Monod es un ejemplo de regulacin de la transcripcin gnica en organismos procariotas. En concreto, de los genes de las enzimas que intervienen en el metabolismo de la lactosa. Regulacin de la expresin gnica en eucariotas. Esta es menos conocida que el de las procariotas. Un ejemplo lo representa el mecanismo de accin de los denominados factores de crecimiento. As en eucariotas, existen genes reguladores, cuya expresin es inducida por factores externos a la clula. El producto de esta expresin consiste en protena reguladora que acta sobre los genes estructurales activando la expresin de los mismos. Un aspecto que diferencia a muchos eucariotas de los procariotas es su compleja organizacin pluricelular consecuencia de procesos tambin regulados por genes, aunque todava no se conoce demasiado sobre ello, aunque s se sabe que est implicada la familia de genes denominados homeogenes o genes maestros. Estos tambin se han descubierto en otras especies como la rana, el ratn y los humanos.