Tema 1.4. Tema 1.4. La transmisión de informaciónentre generaciones: los mecanismos de laherencia. La individualidad de los seres humanos. La La individualidad de los seres humanos. Lacomplejidad de los genes. La formacicomplejidad de los genes. La formación deón degametos. Fecundación y desarrollo embrionario.gametos. Fecundación y desarrollo embrionario.Las enfermedades hereditarias: factoresLas enfermedades hereditarias: factoresgenéticos y factores ambientales.genéticos y factores ambientales.

LOS RETOS DE LA BIOMEDICINA:LOS RETOS DE LA BIOMEDICINA:ENTRE LA CIENCIA Y LA ENTRE LA CIENCIA Y LA ÉTICAÉTICA

AULA DE MAYORES Y DE LA EXPERIENCIAAULA DE MAYORES Y DE LA EXPERIENCIAF.CF.Córdoba, R.Torronteras, A.Canalejoórdoba, R.Torronteras, A.CanalejoDepartamento de Biología Ambiental y Salud PúblicaDepartamento de Biología Ambiental y Salud Pública

Francisco Córdoba García, 2005

Cada individuo es único. Las características que lo definen dependende la combinación de factores genéticos, heredados de sus padres, yde la influencia de factores ambientales.

HERENCIA AMBIENTE

Durante la fecundación, la información genética del padre(contenida en el espermatozoide) y de la madre (contenida en elóvulo) se combinan. Se forma una sola célula o cigoto, de la cual sederivarán todas las células del individuo. El cigoto contiene un 50%de información procedente del óvulo y un 50% del espermatozoide.

óvulo

espermatozoide

cigoto

LA FORMACIÓN DEL CIGOTO

En una familia, cada hermano contiene un 50% de la información genéticadel padre y un 50% de la de la madre, pero esta información no es lamisma, aunque sí coincide en muchos aspectos. Por eso los hermanos se“parecen”, pero siempre son “diferentes” (salvo gemelos monocigóticos)

GENES COMPARTIDOS

LA COMPLEJIDAD DE LOS GENES:LOS ALELOS Y LOS GENES POLIMÓRFICOS

Los genes pueden mostrar variaciones o ALELOS.Una persona sólo puede tener 2 alelos de un gen, que pueden ser iguales(gen homocigótico) o diferentes (gen heterocigótico).

A

B

El individuo eshomocigóticopara el gen A, yheterocigóticopara el gen B

1 individuo

El gen B espolimórficoporque en lapoblación hayvarios alelos delmismo

4 individuos

En una población puede haber genes que presenten muchas variaciones: sellaman GENES POLIMÓRIFICOS

LOS GRUPOS SANGUÍNEOS COMO EJEMPLODE GENES POLIMÓRFICOS

El sistema ABO dependede la expresión de un gen,del que existen en lapoblación 3 tipos de alelos:IA, IB, i

IA

IB

i

ALELOS PROTEÍNAS

GENOTIPOS FENOTIPOS

IA, IA - IAi

IB, IB - IBi

i,i

IA, IB

Grupo O

Grupo A

Grupo B

Grupo AB

LA MITOSIS vs LA MEIOSIS

+ + +MEIOSIS

+MITOSIS

-La meiosis da lugar a la formación de gametos.-Los gametos contienen 1 cromosoma de cadapareja (un gameto humano tiene 23 cromosomas)

LA MEIOSIS Y LA RECOMBINACIÓN

+

-Durante la meiosis, los cromosomashomólogos se reconocen y emparejan.-Se fragmentan para recombinar sus genes.-Y en dos divisiones sucesivas, se forman 4células que contienen un número haploide decromosomas (23 en seres humanos)

2N

N N N N

LA MEIOSIS

LA MEIOSIS GENERA NUEVAS COMBINACIONES DE GENES

+ + +

+ + +

La recombinación permite generar cromosomas con combinacionesde genes que no existían previamente.

Meiosis sinrecombinación

Meiosis conrecombinación

LA EXTRAORDINARIA VARIABILIDAD DE LOS GAMETOS

Si se consideran 23 pares de cromosomas, con 30.000 genes entotal (60.000 alelos en mujeres y algo menos en hombres), de loscuales, el 10% o más son heterocigóticos, el número total degametos que se pueden formar son, cómo mínimo: ¡¡¡ 23.000 !!!

¡¡¡ Más de 101000 tipos

de gametos !!!

GAMETOS Y REPRODUCCIÓN

Hombres y mujeres producen gametos en los testículos y ovarios mediante un proceso dedivisión celular denominado meiosis, que permite reducir el juego de cromosomas (46) ala mitad (23). Los gametos (haploides por contener un solo juego de cromosomas) sefusionan durante la fecundación dando lugar al cigoto, una célula diploide (con 23 parejasde cromosomas). Esta célula se irá dividiendo mediante mitosis generando nuevas células.

Túbulos seminíferos conespermatozoides Espermatozoides maduros

Los espermatozoides son célulashaploides muy diferenciadas quecontienen estructurasadaptadas a la locomoción,fuentes de energía y sistemasde reconocimiento del óvulo.

Su supervivencia dentro delaparato reproductor femeninopuede llegar a 3-5 días, aunqueal aire libre muerenrápidamente.

TESTÍCULOS Y ESPERMATOZOIDES

OVARIOS Y ÓVULOS

El ovario contiene (ya antes de nacer)grupos de células o folículos en cuyointerior se desarrollará el óvulocuando se alcance la madurez sexual.El desarrollo de un folículo se producecada 28 días (por término medio) encada ciclo menstrual.

Tras la ovulación (salida del óvulo delovario), los restos del folículo que locontenían se convierten en el cuerpolúteo, un órgano productor deprogesterona que degenera en pocosdías, salvo que exista fecundación.

Las mujeres producen exclusivamente gametos que contienen elcromosoma X (más los 22 cromosomas restantes), mientras que loshombres producen un 50% de gametos que contienen el cromosoma X y un50% que contienen en cromosoma Y. Por tanto, la probabilidad de tenerun niño o una niña es del 50%.

LA DETERMINACIÓN DEL SEXO

FECUNDACIÓN Y PRIMERA SEMANA DE LA GESTACIÓN

La unión del óvulo y del espermatozoide se produce normalmente en la trompa de Falopio.El cigoto formado se va dividiendo, a la vez que recorre el camino hasta llegar al úterodonde se implanta en forma de blastocisto.

EL EMBARAZO: ¡UN LARGO CAMINO!

A lo largo de nueve meses el embrión, después feto, irá aumentando de tamaño a la vezque desarrollando sus tejidos y órganos. La ecografía y otras técnicas permiten seguir sudesarrollo intrauterino.

CUANDO ERAMOS MUY PEQUEÑOS…

En las imágenes seaprecia el desarrolloprogresivo delembrión, así como elsaco amniótico en elque se envuelve, y elcordón umbilical quelo nutre desde laplacenta y por tantoa través de su madre.

25 días 32 días

8 semanas

24 semanas

4 días

Los errores en los genes pueden ser heredados en ciertos casos: es la causade las enfermedades hereditarias. NO TODAS LAS ENFERMEDADESGENÉTICAS SON HEREDITARIAS. Las enfermedades genéticas seclasifican en 3 tipos:Enfermedades monogénicas o enfermedades mendelianas

(ejemplos: hemofilias, anomalías congénitas del metabolismo…)Enfermedades cromosómicas:

(ejemplos: síndrome de Down, síndrome de Turner…)Enfermedades multifactoriales

(ejemplos: espina bífida, hipertensión, esquizofrenia…)

Importancia de las enfermedades genéticas• Elevada Frecuencia• Elevada mortalidad precoz• Compromiso de la calidad de vida• Carácter hereditario• Elevado coste

LAS ENFERMEDADES GENÉTICAS

CONGÉNITO: Literalmente “nacido con”. Una enfermedad congénita semanifiesta antes o durante el nacimiento, independientemente de la causa(puede ser genética o no)

GENÉTICO: “relativo a los genes”. Una enfermedad genética se debe a que lainformación contenida en los genes está ausente o ha sido modificada. Puedeser hereditaria o no serlo.

HEREDITARIO: “que se transmite de una generación a otra”. Desde un puntode vista biológico, sólo las enfermedades genéticas pueden ser hereditarias(porque los padres transmiten genes a sus hijos).

Ejemplo: un niño nace con sordera (enfermedad congénita),

Causa 1: la madre tuvo rubeola durante el embarazo, queafectó al niño (enfermedad adquirida, no hereditaria),Causa 2: el niño ha heredado de la madre genes defectuosos(enfermedad hereditaria)

EVITANDO CONFUSIONES…

La forma en que se hereda una enfermedad genética depende del tipo de gendañado (dominante o recesivo) y de la situación del gen en cromosomassexuales (X o Y) o en el resto de cromosomas (somáticos)

LAS LEYES DE LA HERENCIA

El análisis genealógico permite averiguar el tipo de daño genético(dominante, recesivo, ligado al sexo, etc.) así como predecir los posiblesdaños en las siguientes generaciones.

ANÁLISIS GENEALÓGICO (PEDIGREES)

Hoy, la investigación estápermitiendo averiguar donde selocalizan las mutacionesresponsables de lasenfermedades genéticas, lo queabre una esperanza para suprevención y su posible curación.

La amniocentesises una técnicapara analizarcélulasdesprendidas delfeto y comprobarposiblesanomalíascromosómicas

LOS MAPAS GENÉTICOS

5.000 enfermedades descritas con diferentes manifestaciones clínicas• 1/3 Congénitas y 2/3 de aparición tardía• Se transmiten siguiendo las leyes de Mendel

HERENCIA AUTOSÓMICA DOMINANTE•Alto colesterol familiar•Enfermedad de Huntington, un trastornoprogresivo del sistema nervioso•Algunas formas de glaucoma, que causanla ceguera si no se las trata•Polidactilia: existencia de dedos adicionalesen las manos o en los pies

HERENCIA AUTOSÓMICA RECESIVA•Anemia de glóbulos falciformes, unaenfermedad de la sangre que afectaprincipalmente a personas de origenafroamericano e hispano•Enfermedad de Tay-Sachs, que causaretraso mental y la muerte,principalmente en personas deascendencia judía europea oriental ocanadiense francesa•Fibrosis quística, un trastorno de lospulmones y del sistema digestivo queafecta principalmente a personas deascendencia caucásica del norteeuropeo•Fenilcetonuria (PKU), un trastornometabólico que afecta principalmente alos caucásicos

HERENCIA LIGADA AL SEXO•Hemofilia, en la que la sangre carece deuna sustancia necesaria para la coagulación•Daltonismo de los colores rojo y verde•Distrofia muscular de Duchenne, que causadebilidad muscular y la muerte

ENFERMEDADES GENÉTICAS MONOGÉNICAS

DALTONISMO

Pista (izq/dcha; arriba/abajo): 25, 29, 45, 56, 6, 8

http://www.uam.es/personal_pdi/medicina/algvilla/fundamentos/nervioso/Daltonismo/ishihara.htm

EJEMPLO: SÍNDROME DE FEMINIZACIÓN TESTICULAR

La imagen muestra una “mujer” quegenéticamente es un “hombre” (dotacióncromosómica XY).

El desarrollo de los caracteres sexualestípicos de una mujer se debe a la ausenciaen la células de receptores proteicos de latestosterona, debido a diversasmutaciones genéticas en el cromosoma X,por lo cual, aunque se produzca la hormonamasculina en cantidades normales, sóloproducirán efectos las hormonasfemeninas Su frecuencia es 1 de cada20.000 nacimientos.

En muchos casos, las personas con estesíndrome no saben que lo poseen, perodado que carecen de menstruación y sonestériles, el examen médico consiguientedemuestra la existencia de esta anomalía.

ENFERMEDADES CROMOSÓMICAS

AUTOSOMOPATÍASAfecta al número o estructura de los autosomas

Síndrome de DownTrisomía del cromosoma 21

Síndrome de EdwardsTrisomía del cromosoma 18

Síndrome de PatauTrisomía del cromosoma 13

Síndrome de Lejeune (Maullido del gato)Deleción del cromosoma 5

GONOSOMOPATÍASAfecta al número o estructura de los cromosomassexuales (X, Y)

Síndrome del Cromosoma X frágil(o Síndrome de Martin-Bell)

Rotura del brazo largo del cromosoma XSíndrome de Turner

45 XOSíndrome de Klinefelter

47 XXY

Denominación:Trisomía del cromosoma 21.

Tipo: Anomalía cromosómica(cromosomopatía).Existen 3 copias del cromosoma 21(autosomopatía), que se produce por unerror al fabricar los gametos (uno de lospadres, generalmente la madre, producegametos con 24 cromosomas, con 2 copiasdel cromosoma 21)

23

23+146 + 1

EJEMPLO 1: EL SÍNDROME DE DOWN

El niño con síndrome de Downpresenta un conjunto dealteraciones que afectan a sucalidad y esperanza de vida.

La incidencia denacimientos con síndromede Down aumentaexponencialmente con laedad de la madre

SÍNDROME DE DOWN

SÍNDROME DE MARTIN-BELL1ª causa de Retraso Mental HereditarioAfecta a un gen del cromosoma X

Incidencia: 1/2000 (hombres)-1/4000 (mujeres)recién nacidos/as vivos/as(el 2º cromosoma X protege a las mujeres)

Diagnóstico tardío y erróneo

Rasgos físicos en varones:Cara: Frente y/o ojos grandes con una mandíbulaprominenteMacroorquidismo (testículos grandes)

Rasgos físicos en mujeres:Afectadas

Rasgos físicos menos marcadosRetraso mental

PortadorasSin rasgos físicos especialesProblemas con las matemáticasMenopausia prematura

EJEMPLO 2: CROMOSOMA X FRÁGIL

PROBLEMAS CLÍNICOS EN LOS AFECTADOS

Problemas Médicos Problemas en el desarrolloEstrabismo Retraso MentalOtitis de repetición Retraso en el desarrollo motorSoplo cardíaco Trastornos emocionales y de conductaPies planos Aparición tardía del lenguajeEpilepsia (algunos casos) Hiperactividad y déficit de atención

Comportamiento autista

TRATAMIENTO

Médico y familiarEducativoEnfoque muldisciplinar coordinado

CROMOSOMA X FRÁGIL

Debidas a la existencia de varias lesiones o mutaciones genéticas

Diversos factores extrínsecos pueden desarrollarlas o agravarlas:•Drogas y fármacos: talidomida, alcohol, tabaco, hormonas…•Infecciones: rubeola, toxoplasmosis, sífilis…•Agentes físicos: radiaciones ionizantes (rayos X…)•Agentes químicos: mercurio, plaguicidas…•Factores nutricionales: hipo- e hipervitaminosis A

GENES Y MEDIO AMBIENTE