Este documento presenta un resumen de los conceptos básicos de la genética. Explica la historia de la genética desde Mendel hasta el descubrimiento de la estructura del ADN. Describe la relación entre genes, cromosomas y ADN, así como los procesos de replicación, transcripción y traducción. También resume las leyes de Mendel y la teoría cromosómica de la herencia. Por último, introduce conceptos básicos de biotecnología como el ADN recombinante, la PCR y la secuenciación del ADN
2. ÍNDICE
1. Historia de la genética
2. Definiciones y Conceptos Básicos de Genética
3. Genética Molecular
3.1. ADN: estructura y función. Los Cromosomas
3.2. Replicación del ADN
3.3. Relación entre genes y proteínas: transcripción y traducción del ADN. El
Código Genético.
4. Leyes de la Herencia
4.1. Las leyes de Mendel
4.2. Teoría Cromosómica de la Herencia. Genética ligada al sexo
3. ÍNDICE
5. Biotecnología e Ingeniería Genética
5.1. Introducción
5.2. Técnicas Básicas
5.2.1. Tecnología del ADN recombinante. Clonación molecular
5.2.2. Amplificación del ADN: PCR
5.2.3. Secuenciación del ADN
5.3. Técnicas de la Ingeniería Genética
5.3.1. Organismos Genéticamente Modificados (Transgénicos)
5.3.2. Terapia Génica
5.4. Clonación y Células madre
5.5. Proyecto Genoma Humano
5.6. Técnicas de reproducción asistida
6. Bioética
4. 1. Historia de la genética
Genética: rama de la Biología que estudia los patrones de
la herencia, es decir, el modo en que los rasgos y las
características se transmiten de generación en
generación.
Ciencia surgida a finales del XIX inicios del XX.
Los hechos científicos más relevantes a finales del siglo
XIX, que dan el primer impulso de los estudios
genéticos son:
Teorías evolutivas de Lamarck y Darwin
La refutación de la Teoría de la Generación Espontánea por Louis
Pasteur
Los primeros estudios genéticos con plantas de Gregor Mendel y
sus Leyes de la Herencia
Primeras observaciones al microscopio de los cromosomas
5. 1. Historia de la genética
Siglo XX
1900-1940: GENÉTICA CLÁSICA
Redescubrimiento de las Leyes de Mendel por 3 botánicos: Correns, de Vries
y Von Tshermark. Trabajos impulsados por el británico Bateson, quien en
1905 acuñó el término GENÉTICA
Definición de gen, genotipo, fenotipo por Johannsen en 1909
Teoría cromosómica de la herencia . Establecida por T. H. Morgan y su grupo
de la Universidad de Columbia gracias a los estudios con la mosca del
vinagre (Drosophila melanogaster)
6. 1. Historia de la genética
1940-2000
1944 Avery: El ADN es el portador de la información genética
1950 Chargaff: El ADN está formado por 4 bases: A, T, C y G; la relación entre ellas es A=T y
C=G
1952 R. Franklin obtiene una imagen del ADN en la que se observa que es una estructura
filamentosa helicoidal (doble hélice)
1953 Watson y Crick establecen la estructura tridimensional en doble hélice del ADN
Años 60 se establece el Código Genético (marco de lectura del ADN, relación entre ADN y
proteínas)
Años 70 se realizan las primeras manipulaciones del ADN
Años 80 aparecen los primeros transgénicos (plantas)
Años 90 clonación animal (oveja Dolly)
Año 2000 Proyecto Genoma Humano (secuenciación completa de nuestro ADN)
Siglo XXI ??
7. 2. Definiciones y conceptos básicos de
genética
Herencia: transmisión de las características
biológicas de un ser vivo a su descendencia
Gen: segmento de ADN que codifica un carácter
heredado y heredable (ej. color de ojos). Es la
unidad básica de la herencia de los seres vivos.
El hombre posee alrededor de 25.000 genes.
Cada gen codifica una proteína.
Genotipo: conjunto de genes de un organismo. Para
un carácter (ej. color de ojos) es una pareja de
genes homólogos (gen materno y paterno) AA o
Aa o aa
8. 2. Definiciones y conceptos básicos de
genética
Fenotipo: expresión del carácter codificado
por el genotipo
Ejemplo:
- Genotipo color de ojos: AA
- Fenotipo: color de ojos marrón
Cromosoma: forma más condensada del ADN. El
ser humano tiene 46 cromosomas (23
parejas)
Locus: posición que ocupa el gen en un
cromosoma (plural de locus: loci)
9. 2. Definiciones y conceptos básicos de
genética
Alelo:distintas variedades de un mismo gen
Cada carácter viene determinado por una pareja de
alelos (materno y paterno).
Ejemplo: color de pelo
Negro: gen o alelo A
Marrón: gen o alelo a
- Alelo Dominante: A (se expresa en AA y Aa)
- Alelo Recesivo: a (se expresa en a)
- Alelismo múltiple: cuando un carácter está
determinado por más de 2 alelos. Ejemplo: Grupo
sanguíneo con alelos A, B y O
Cariotipo: conjunto de cromosomas de un organismo
ordenados por tamaño
10. 3. GENÉTICA MOLECULAR
ESTRUCTURA DEL ADN
ADN: doble cadena de polinucleótidos,
formada por azúcares
(desoxirribosa), grupos fosfato y
bases nitrogenadas (Adenina,
Timina, Guanina y Citosina). La doble
hélice enfrenta las cadenas
emparejando a las bases
nitrogenadas de la siguiente forma:
A-T y C-G
En total son unos 2 metros de doble
hélice que deben sufrir un proceso
de empaquetamiento para
permanecer en el núcleo de la célula
eucariota, de unas pocas micras de
diámetro.
Esta estructura en doble hélice fue
11. 3. GENÉTICA MOLECULAR
ESTRUCTURA DEL ADN
Difracción de Rayos X (R. Franklin)
J. Watson y F. Crick (estructura del ADN)
13. 3. GENÉTICA MOLECULAR
LOS CROMOSOMAS
Cromosoma: forma más condensada del ADN. Surgen
justo antes de la división celular o mitosis.
Los cromosomas humanos fueron descubiertos por
Tjio y Levan en 1956
14. 3. GENÉTICA MOLECULAR
LOS CROMOSOMAS
Ser humano :
46 cromosomas
23 parejas
22 autosomas y el par
sexual XX o XY
17. 3. GENÉTICA MOLECULAR
REPLICACIÓN DEL ADN
Proceso por el cual se realizan 2 copias
idénticas del ADN. Ocurre justo
antes de la división celular (mitosis)
para que cada célula hija tenga
exactamente el mismo material
genético.
Para ello la doble hélice debe abrirse y
copiarse, usando como molde una de
las hebras de la molécula original.
Por eso la replicación del ADN es
semiconservativa, es decir, cada
ADN de la célula hija llevará una de
las hebras de la célula origen.
18. 3. GENÉTICA MOLECULAR
RELACIÓN DEL ADN Y LAS PROTEÍNAS
ida en el ADN con las características que presenta un individuo?
raduce a una biomolécula fundamental denominada proteína, quien ejecutará la orden es
una proteína, pero
¿CÓMO OCURRE ESTE PROCESO?
19. 3. GENÉTICA MOLECULAR
RELACIÓN DEL ADN Y LAS PROTEÍNAS
1º TRANSCRIPCIÓN DEL ADN
El ADN no puede salir del núcleo
celular, pero entonces, ¿cómo sale la
información que contiene?. Debe
hacer transcribiéndose en otra
molécula llamada ARN mensajero.
Una de las hebras del gen o trozo de
ADN que se quiere leer, se usa para
transcribirlo a ARNm. La única
diferencia a tener en cuenta es que
el ARN no lleva Timina (T) así que
cuando se está pasando la
información del ADN al ARNm y se
encuentra una A, se coloca una U
(Uracilo) en el ARNm
20. 3. GENÉTICA MOLECULAR
RELACIÓN DEL ADN Y LAS PROTEÍNAS
2º TRADUCCIÓN
El ARNm sale del núcleo hacia el
citoplasma celular dónde se unirá a
una estructura llamada ribosoma que
será la encargada de traducir la
información basada en las 4 letras:
A, T, C y G a las unidades básicas de
las proteínas: los aminoácidos. El
ribosoma lee tripletes de bases.
Cada triplete leído se traduce en
uno de los 20 aminoácidos de los
seres humanos. La unión de los
aminoácidos dará lugar a la proteína
o polipéptido.
21. 4. LAS LEYES DE LA HERENCIA
LEYES DE MENDEL
En 1865 el monje austríaco Gregor Mendel publica el trabajo
“Experimentos de hibridación en plantas” en el que resumía sus años
de trabajos con el guisante Pisum sativum, estableciendo que:
- La herencia se transmite por unos “factores hereditarios” (mas tarde
conocidos por genes)
- La herencia sigue unas reglas estadísticas
Sus trabajos no tuvieron mucha aceptación en su época. Fue años más
tarde cuando fueron redescubiertas por otros investigadores,
sentando las bases de la genética clásica.
25. 4. LAS LEYES DE LA HERENCIA
TEORÍA CROMOSÓMICA DE LA HERENCIA
EL GEN SE SITUA EN UN LUGAR DEL CROMOSOMA O LOCUS
Establecida en 1915 por T.H. Morgan y su grupo de las moscas
26. 4. LAS LEYES DE LA HERENCIA
TEORÍA CROMOSÓMICA DE LA HERENCIA
HERENCIA DE ENFERMEDADES HUMANAS
AUTOSÓMICA (cromosomas 1 a 22)
Dominante (sólo necesita que un alelo, materno o
paterno, esté afectado para padecerla)
Ejemplos: Osteogénesis imperfecta, Marfan
Recesiva: (necesita que los 2 alelos, materno y
paterno, estén afectados. Si sólo lo está uno, se
es portador no enfermo). Ejemplos: Fibrosis
quística, albinismo)
LIGADAS AL SEXO (X o Y)
Ligadas al X y recesivas: Hemofilia y daltonismo
Ligadas al cromosoma Y: Ictiosis
27. 5. BIOTECNOLOGÍA E INGENIERÍA GENÉTICA
Biotecnología: cualquier proceso biológico que sirve
para obtener bienes y servicios a partir de
organismos vivos.
28. 5. BIOTECNOLOGÍA E INGENIERÍA GENÉTICA
La biotecnología se basa en la manipulación del ADN
y para ello necesita de unas técnicas de
laboratorio básicas, que son:
La tecnología del ADN recombinante
La amplificación del ADN mediante la PCR
La secuenciación del ADN
29. 5. BIOTECNOLOGÍA E INGENIERÍA GENÉTICA
TECNOLOGÍA DEL ADN RECOMBINANTE
Un ADN recombinante es todo aquel al que se le ha
insertado un gen de otro organismo con el fin de
producir una sustancia de interés.
Esta tecnología es la base de la clonación molecular y
de los transgénicos.
30. 5. BIOTECNOLOGÍA E INGENIERÍA GENÉTICA
PASOS DE LA TECNOLOGÍA DEL ADN
RECOMBINANTE
Localizar el gen de interés y aislarlo
Insertar el gen en un vector de expresión
(plásmido: molécula de ADN bacteriano
circular de fácil manipulación)
Introducir el vector en la bacteria : ya
tenemos una bacteria recombinante
Multiplicación de la bacteria y síntesis de la
proteína recombinante de interés
Extracción y purificación de la proteína de
interés y uso (comercial, clínico, etc.)
31. 5. BIOTECNOLOGÍA E INGENIERÍA GENÉTICA
AMPLIFICACIÓN DEL ADN:
PCR
(Polymerase Chain Reaction)
Amplificación in vitro de un trozo o
segmento de ADN, muy útil ya que
permite tener múltiples copias para
la realización de varios tipos de
análisis o manipulaciones del ADN
Se realiza de forma automatizada
gracias a una enzima bacteriana
llamada Taq polimerasa.
El número de moléculas obtenidas al
final es de 2 elevado a n, dónde n es
el número de ciclos que suelen ser
unos 30.
32. 5. BIOTECNOLOGÍA E INGENIERÍA GENÉTICA
SECUENCIACIÓN DEL ADN
Técnica establecida por Sanger, actualmente automatizada e
informatizada, que permite conocer la secuencia de
nucleótidos de un segmento de ADN.
La técnica se basa en la replicación del ADN. Si tomamos una
hebra del ADN que queremos secuenciar y le añadimos las 4
bases nitrogenadas (A, T, C y G) marcadas con una molécula
fluorescente y dejamos que ocurra la reacción, al final
obtendremos una doble hélice con una hebra marcada.
Conociendo la secuencia de la hebra marcada podremos
saber cuál es la de la otra hebra, por complementariedad de
bases (A-T, C-G)
33. 5. BIOTECNOLOGÍA E INGENIERÍA GENÉTICA
SECUENCIACIÓN DEL ADN
DETECCIÓN DE MUTACIONES
DIAGNÓSTICO DE ENFERMEDADES
35. 5. BIOTECNOLOGÍA E INGENIERÍA GENÉTICA
INGENIERÍA GENÉTICA
Conjunto de procedimientos que implican la manipulación
deliberada del ADN de los organismos vivos con el fin de
fabricar o modificar un producto, “mejorar” animales,
plantas, (¿personas?) o desarrollar microorganismos con
determinadas capacidades de interés.
36. 5. BIOTECNOLOGÍA E INGENIERÍA GENÉTICA
APLICACIONES DE LA INGENIERÍA GENÉTICA
ORGANISMOS GENÉTICAMENTE MODIFICADOS
Y
TERAPIA GÉNICA
38. 5. BIOTECNOLOGÍA E INGENIERÍA GENÉTICA
MICROORGANISMOS
GENÉTICAMENTE MODIFICADOS
UTILIDADES
Biorremediación
Productos industriales:
detergentes enzimáticos
Productos farmacéuticos:
antibióticos
Aplicaciones médicas: insulina y
otras hormomas
39. 5. BIOTECNOLOGÍA E INGENIERÍA GENÉTICA
PLANTAS TRANSGÉNICAS
APLICACIONES
Mejora en la producción
Resistencia a herbicidas
Resistencia a plagas
Resistencia a condiciones
ambientales adversas
Mejora en el valor nutritivo
Mejora en propiedades
organolépticas (sabor, olor, …)
Aumento del tamaño
41. 5. BIOTECNOLOGÍA E INGENIERÍA GENÉTICA
ANIMALES TRANSGÉNICOS
UTILIDADES
Mejora en la producción (calidad de
lana, salmones más grandes...)
Producción de fármacos y otras
sustancias (leche con anticuerpos,
vitaminas “extra”, etc.)
Donación de órganos
(cerdos transgénicos)
43. 5. BIOTECNOLOGÍA E INGENIERÍA GENÉTICA
TERAPIA GÉNICA
El objetivo de la terapia génica es tratar, curar y prevenir
enfermedades genéticas introduciendo en el paciente un gen
funcional o terapéutico, que realice la función del gen
defectuoso que provocaba la enfermedad
Los primeros experimentos con humanos se realizaron a inicios de
los años 90
44. 5. BIOTECNOLOGÍA E INGENIERÍA GENÉTICA
Existen 2 tipos de terapia
génica:
Terapia Génica Somática
Terapia Génica en línea
Germinal
45. 5. BIOTECNOLOGÍA E INGENIERÍA GENÉTICA
Terapia Génica Somática
Cura la enfermedad tratando las células
del enfermo. Se puede realizar de 2
formas:
In vivo: Se le introduce al paciente el gen
terapéutico mediante un vector (virus)
el cual debe llegar hasta las células
diana e insertarles el gen.
Ex vivo: Se extrae parte del tejido
afectado del paciente (biopsia), se
introduce el gen y se le trasplantas sus
propias células modificadas.
48. 5. BIOTECNOLOGÍA E INGENIERÍA GENÉTICA
TERAPIA GÉNICA EN LÍNEA
GERMINAL
Consiste en introducir el gen
terapéutico en un óvulo fecundado
de modo que el embrión ya portará
el gen modificado.
Implica problemas éticos
49. 5. BIOTECNOLOGÍA E INGENIERÍA GENÉTICA
ENFERMEDADES CANDIDATAS A SER CURADAS POR
TERAPIA GÉNICA
FIBROSIS QUÍSTICA
DISTROFIA MUSCULAR
CÁNCER
INMUNODEFICIENCIAS
ENFERMEDADES DE LA SANGRE (TALASEMIA)
50. 5. BIOTECNOLOGÍA E INGENIERÍA GENÉTICA
CLONACIÓN
Clonación de organismos:
Producción de ejemplares
genéticamente idénticos
mediante reproducción
asexual
(proceso natural en
bacterias, hongos,
protozoos,...., no en
humanos)
1996 se consiguió el primer
clon de un mamífero
(Dolly)
51. 5. BIOTECNOLOGÍA E INGENIERÍA GENÉTICA
CLONACIÓN
¿Cómo se hace clonó a la oveja
Dolly?
Mediante la técnica de la
transferencia nuclear o trasplante
nuclear.
1º. Célula de la oveja a clonar. Se le
extrae el núcleo celular.
2º Óvulo de la otra hembra
(portadora). Se le quita el núcleo
al óvulo.
3º. Se introduce el núcleo de la oveja
a clonar en el óvulo de la
portadora. Sin necesidad de un
espermatozoide, el óvulo ya tiene
el material genético completo:
aparece el cigoto
4º. Se implanta el cigoto en la hembra
portadora. La cría es idéntica a la
52. 5. BIOTECNOLOGÍA E INGENIERÍA GENÉTICA
CLONACIÓN
La clonación con fines reproductivos
está prohibida
La propuesta de clonación para humanos
es la de conseguir células en estado
embrionario a partir del ADN del
individuo adulto. Estas células
embrionarias son, en realidad,
células madre que darán todo tipo
de tejidos con el fin de curar
enfermedades, (ej. para la diabetes,
corazón infartado, alzheimer,...) sin
rechazo inmunológico:
CLONACIÓN TERAPÉUTICA
54. 5. BIOTECNOLOGÍA E INGENIERÍA GENÉTICA
CLONACIÓN y CÉLULAS MADRE
CÉLULAS MADRE
Células indiferenciadas que pueden
diferenciarse o dar lugar a múltiples
tipos de tejidos (nervioso, muscular,
células de la sangre,etc..). Aparecen
en el cigoto (totipotentes), en el
embrión (pluripotentes) y en los
adultos (multipotentes, ej. médula
ósea).
APLICACIÓN MÉDICA:
- Terapia Celular
- Trasplantes sin rechazo
55. 5. BIOTECNOLOGÍA E INGENIERÍA GENÉTICA
CLONACIÓN y CÉLULAS MADRE
OBTENCIÓN DE CÉLULAS
MADRE
1º. Células madre embrionarias de
embriones congelados o a partir
de la clonación terapéutica
Ventajas: células totipotentes
Inconvenientes: poca aceptación
por problemas bioéticos
56. 5. BIOTECNOLOGÍA E INGENIERÍA GENÉTICA
CLONACIÓN y CÉLULAS MADRE
OBTENCIÓN DE CÉLULAS
MADRE
2º. Células madre a partir de la
reprogramación de células
adultas sacadas de órganos y
tejidos del pacientes.
Ventajas: carece de problemas
bioéticos
Inconvenientes: célula pluri-
multipotente
58. 5. BIOTECNOLOGÍA E INGENIERÍA GENÉTICA
PROYECTO GENOMA HUMANO
Inicio en 1990
Objetivo: localizar, secuenciar y estudiar todos
los genes humanos
Primeras conclusiones (2001):
25000 genes (5% ADN)
95% ADN es ADN “basura” y con funciones de
regulación
Parte de nuestro ADN es de virus y bacterias que
infectaron a nuestros antepasados
Semejanza 98% chimpancé, 80% ratón
59. 5. BIOTECNOLOGÍA E INGENIERÍA GENÉTICA
TÉCNICAS DE REPRODUCCIÓN ASISTIDA
INSEMINACIÓN ARTIFICIAL
Introducción del esperma en la parte alta del útero en el
momento de la ovulación
FECUNDACIÓN IN VITRO
Fecundación del óvulo en placa de petri
(Microinyección espermática)
60. 5. BIOTECNOLOGÍA E INGENIERÍA GENÉTICA
TÉCNICAS DE REPRODUCCIÓN ASISTIDA
INSEMINACIÓN ARTIFICIAL
61. 5. BIOTECNOLOGÍA E INGENIERÍA GENÉTICA
TÉCNICAS DE REPRODUCCIÓN ASISTIDA
FECUNDACIÓN IN VITRO
62. 6. BIOÉTICA
DISCIPLINA QUE ESTUDIA LOS PROBLEMAS ÉTICOS QUE SURGEN DE LA
APLICACIÓN DE LA CIENCIA Y LA TECNOLOGÍA Y QUE PUEDEN INFLUIR
EN LA VIDA HUMANA Y EN LA DE OTROS SERES VIVOS. SE BASA EN 4
PRINCIPIOS:
Principio de no maleficencia (evaluar los riesgos, no hacer daño al paciente)
Principio de beneficencia (hacer el bien)
Principio de autonomía (respeto por los valores y opciones personales)
Principio de justicia (evitar discriminación, acceso de los avances para todo el
mundo, etc...)