UNIDAD 1: INTRODUCION A LA GENETICA.

PRÁCTICA DE LABORATORIO No. 1

CROMOSOMAS, BANDEO CROMOSOMICO Y CARIOTIPO.

Cirly Hernández

Lucelys Maestre

Génesis Olivella

Dina Palmera

Rolando Hernández

DOCENTE

UNIVERSIDAD POPULAR DEL CESAR

LIC. CIENCIAS NATURALES Y ED. AMBIENTAL

VALEDUPAR – CESAR

2015

UNIDAD 1.1. Elabore un mapa mental que refleje los aportes de la genética desde su

surgimiento hasta nuestros días.2. ¿Cuáles fueron las principales personalidades que se destacaron en el

campo de la genética?3. Impacto social que ha tenido la genética en nuestra sociedad.4. Línea de tiempo y principales aportes del desarrollo histórico de la biología

molecular.5. Importancia del conocimiento de la Genética y Biología Molecular como

futuros Lic. en ciencias naturales y Ed ambiental.

PRÁCTICA DE LABORATORIO No. 1.

1. Describa donde se encuentra el ADN en la célula. Argumente. 2. 2. Considera usted que el DNA está presente en los organismos eucariotas

y procariotas. Argumente su respuesta. 3. Describa a partir del DNA como se forman los cromosomas (teniendo en

cuenta las histonas, optaremos y nucleosomas) y explique su estructura. 4. Describa las características de los cromosomas del cariotipo humano

atendiendo a la posición del centrómero. Para ello debe auxiliarse con imágenes.

5. ¿Qué es el cariotipo? ¿Cómo se clasifican los cromosomas humanos?6. Elabore un catálogo de cariotipos de diferentes especies de animales y

plantas que usted seleccione. Cariotipo de un hombre sano y mujer sana. Cariotipos de enfermedades genéticas: síndrome de Down, de Turner, de Klinefelter, Patau, Edwards, etc.

7. ¿Cuáles son los cromosomas humanos que tienen satélites?8. Que diferencias existen entre heterocromatina (facultativa y constitutiva) y

acromatina.9. ¿Cuáles son los cromosomas del cariotipo humano que tienen regiones

heterocromatinas?10. En qué consiste la citogenética.11.¿Qué son los bandeos cromosómicos?12.Defina para que se utilizan y en qué consisten las bandas G, C, Q, T, N, R y

NOR.

DESARROLLO

UNIDAD 1.

1. MAPA MENTAL

2. comienza con el trabajo del monje agustino Gregor Mendel. Su

investigación sobre hibridación en guisantes, publicada en 1866, describe lo que

más tarde se conocería como las leyes de Mendel.

El año 1900 marcó el «redescubrimiento de Mendel» por parte de Hugo de

Vries, Carl Correns y Erich von Tschermak, y para 1915 los principios básicos de

la genética mendeliana habían sido aplicados a una amplia variedad de

organismos, donde destaca notablemente el caso de la mosca de la fruta

(Drosophila melanogaster). Bajo el liderazgo de Thomas Hunt Morgan y sus

compañeros «drosofilistas», los especialistas en genética desarrollaron la teoría

mendeliana-cromosómica de la herencia, la cual fue ampliamente aceptada para

1925. Paralelamente al trabajo experimental, los matemáticos desarrollaron el

marco estadístico de la genética de poblaciones, y llevaron la interpretación

genética al estudio de la evolución.

Con los patrones básicos de la herencia genética establecidos, muchos biólogos

se volvieron hacia investigaciones sobre la naturaleza física de los genes. En los

años cuarenta y a principios de los cincuenta, los experimentos señalaron

al ADN como la parte de los cromosomas (y quizás otras nucleoproteínas) que

contenía genes.

El enfoque sobre nuevos organismos modelo tales como virus y bacterias, junto

con el descubrimiento en 1953 de la estructura en doble hélice del ADN,

marcaron la transición a la era de la genética molecular. En los años siguientes,

algunos químicos desarrollaron técnicas para secuenciar tanto a ácidos

nucleicos como a proteínas, mientras otros solventaban la relación entre estos

dos tipos de biomoléculas: el código genético. La regulación de la expresión

génica se volvió un tema central en los años sesenta, y para los años setenta

dicha expresión génica podía ser controlada y manipulada utilizando ingeniería

genética. Durante las últimas décadas del siglo XXX muchos biólogos se

enfocaron a proyectos genéticos a gran escala, secuenciando genomas enteros.

3. genética ha alcanzado un desarrollo muy rápido en los últimos años, el cual promete un futuro libre de enfermedades genéticas y cáncer, pero al llegar a un mejor análisis del tema, se puede observar que muchas de estas promesas pueden llevar a un mal uso de estas posibilidades y de esta manera traer consigo grandes consecuencias para la humanidad. La ingeniería genética es más bien un arma de doble filo que promete cosas muy buenas pero en la aplicación traerá consigo costos irreparables para la humanidad, por lo que puede ser llamada el peor enemigo de la humanidad. El decir que la ingeniería o manipulación genética puede ser considerada el peor enemigo de la humanidad se debe a que gracias a esto se puede llegar a una segregación muy importante dentro de la sociedad, por esta razón es muy importante el estudio del tema y sus posibles consecuencias sociales. Como puntos importantes, se verá lo que ha sido el desarrollo del Proyecto del Genoma Humano y su significado, se verá a su vez el impacto social que puede tener y las posibles consecuencias futuras. El Proyecto del Genoma Humano, fue propuesto en la revista “Science” por el científico Renato Dulbecco en el a; o de 1986, lo cual provoco que esta persona ganara el Premio Nóbel de la ciencia. La propuesta de este científico tenía como objetivo descifrar el código genético del ser humano para su comprensión y para aprender su comportamiento y de esta manera poderse dar cuenta de cómo funciona la herencia de los padres a los hijos y cuáles son las variaciones de una persona a otra. Para comenzar con la explicación, el genoma es el conjunto de genes que especifican todos los caracteres potencialmente expresables de un

organismo, lo cual cuenta con cierto código, el cual diferencia al ser humano del resto de las especies. El objetivo principal del proyecto era obtener el conocimiento completo del ser humano a nivel molecular, para lo cual se hace un mapa del genoma. El proyecto del genoma humano ha traído consigo diversas polémicas, las cuales han llegado a plantear varias cuestiones acerca de cómo se debe usar la información genética, de quien es la información genética, que uso se le puede dar, etc. El proyecto en sus inicios tenía solo el objetivo de entender el genoma, pero en nuestros tiempos se empieza a hablar de la manipulación de los genes, la cual puede traer consigo la eugenesia, la cual consiste en los procedimientos encaminados a mejorar el genotipo o contenido genético del genoma específico de un individuo. En caso de que al proyecto del genoma humano se le dé un enfoque manipulativo, traería consigo fines eugenésicos los cuales darían lugar a la discriminación en vez de tener fines humanitarios. La sociedad aún se pregunta acerca de la propiedad y privacidad de su información genética. Todas estas interrogantes, traen consigo grandes problemas, políticos, éticos y económicos. La manipulación genética también trae consigo la posibilidad de la clonación, la cual es la multiplicación de copias idénticas de los organismos, los cuales en caso de ser aplicados a la humanidad podrá traer la pérdida de identidad de las personas al igual que su originalidad. 

En caso de que se aplicara la eugenesia y la clonación, podría traer más problemas que beneficios, porque si no están bien regulados por las normas internacionales se podría llegar a generar problemas tanto de clones de personas que roben la vida de la persona clonada, las pérdidas de identidad de las personas hasta poder llegar a un nuevo holocausto provocado por una “súper raza” de personas genéticamente modificadas para ser más “bellas” o “fuertes” que las personas normales. El principal objetivo de los países del mundo para aportar dinero de investigación a este proyecto es el de la creación de ejércitos de clones de “súper humanos” para de esta manera poder tener el control de la economía mundial o para conquistar nuevos territorios. 

En conclusión, se deben analizar tajantemente las posibles consecuencias que pueden traer consigo la manipulación y alteración del genoma humano, ya que en caso de ser utilizado de una manera irresponsable se puede estar en una etapa inicial de la autodestrucción de la especie humana. Como solución, se deben de regularizar y crear nuevas leyes o normas, las cuales garanticen la privacidad de la información genética de cada persona que se someta a estas prácticas, al igual que deben de estar totalmente prohibidas la manipulación genética para fines diferentes al de curar enfermedades al igual que la clonación. Ya existen leyes acerca de estos temas, pero aún faltan muchas por agregar y modificar para que se le dé el uso correcto al genoma humano y la información obtenida de él. 

4. 1865 Publicación del artículo de Gregor Mendel Experimentos sobre hibridación

de plantas

1869 Friedrich Miescher descubre lo que hoy se conoce como ADN.

1880-1890: Walther Flemming, Eduard Strasburger, y Edouard Van

Beneden describen la distribución cromosómica durante la división celular.

1903 Walter Sutton establece la hipótesis según la cual los cromosomas,

segregados de modo mendeliano, son unidades hereditarias.

1905 William Bateson acuña el término «genética» en una carta dirigida a Adam

Sedgwick.

1906 William Bateson propone el término «genética».

1908 Ley de Hardy-Weinberg

1910 Thomas Hunt Morgan demuestra que los genes residen en los

cromosomas.

1913 Alfred Sturtevant realiza el primer mapa genético de un cromosoma.

1913 Los mapas genéticos muestran cromosomas con genes organizados

linealmente.

1918 Ronald Fisher publica "The Correlation Between Relatives on the

Supposition of Mendelian Inheritance" (en español "La correlación entre parientes

con base en la suposición de la herencia mendeliana"). Comienza la

llamada síntesis evolutiva moderna.

1928 Frederick Griffith descubre que el material hereditario de bacterias muertas

puede ser incorporado en bacterias vivas.

1931 El entrecruzamiento cromosómico se identifica como la causa de

la recombinación genética.

1933 Jean Brachet demuestra que el ADN se encuentra en los cromosomas y

que el ARN está presente en el citoplasma de todas las células.

1941 Edward Lawrie Tatum y George Wells Beadle muestran que los genes

codifican las proteínas.

LA ERA DEL ADN

1944 Oswald Theodore Avery, Colin MacLeod y Maclyn

McCarthy aíslan ADN como material genético.

1950 Erwin Chargaff muestra que los cuatro nucleótidos no están presentes en

los ácidos nucleicos en proporciones estables, pero que parecen existir algunas

leyes generales. La cantidad de adenina (A), por ejemplo, tiende a ser igual a la

de timina (T).

Barbara McClintock descubre los transpones en el maíz.

1952 El experimento Hershey-Chase prueba que la información genética de

los fagos (y de todos los organismos) es ADN.

Rosalind Franklin obtiene la llamada Fotografía 51, la primera imagen del ADN

realizada mediante difracción de rayos X.

1953 James D. Watson y Francis Crick demuestran la estructura de doble hélice

del ADN.

1956 Joe Hin Tjio y Albert Levan determinan que es 46 el número de cromosomas

en los seres humanos.

1958 El experimento Meselson-Stahl demuestra que el ADN se replica de modo

semi conservador.

1961 El código genético se ordena en tripletes.

1964 Howard Temin muestra, utilizando virus de ARN, que la dirección de

transcripción ADN-ARN puede revertirse.

1970 Se descubren las enzimas de restricción, lo que permite a los científicos

cortar y pegar fragmentos de ADN.

LA ERA GENOMICA.

1972 Walter1995 Se secuencia por primera vez el genoma de un organismo vivo

(Haemophilus influenzae).

1996 Primera secuenciación de un genoma eucariota: Saccharomyces cerevisiae.

1998 Primera secuenciación del genoma de un eucariota multicelular:

Caenorhabditis elegans.

2001 Primeras secuencias del genoma humano por parte del Proyecto Genoma

Humano y Celera Genomics

2003 El Proyecto Genoma Humano publica la primera secuenciación completa del

genoma humano con un 99.99% de fidelidad.

Fiers y su equipo, en el Laboratorio de biología molecular de la Universidad de

Gante (Bélgica), fueron los primeros en determinar la secuencia de un gen: el gen

para la proteína del pelo del bacteriófago MS2.

1976 Walter Fiers y su equipo determinan la secuencia completa del ARN del

bacteriófago MS2.

1977 Primera secuenciación del ADN por Fred Sanger, Walter Gilbert y Allan

Maxam.

1983 Kary Banks Mullis descubre la reacción en cadena de la polimerasa.

1989 Francis Collins y Lap-Chee Tsui secuencian el gen humano codificador de la

proteína CFTR.

5. La importancia es que nos ofrece herramientas para el conocimiento y estudio básico de las funciones celulares, desde puntos de vista que van desde sus componentes moleculares hasta las interacciones que las células tienen con el medio ambiente. Por medio de las prácticas de laboratorio como clases donde iniciamos el manejo de técnicas y procedimientos biológicos que permiten un

mayor acercamiento a la célula viva y que pueden ser aplicados durante nuestra formación y práctica profesional.

PRÁCTICA DE LABORATORIO No. 1.

1. En los CROMOSOMAS, que son los que llevan en su interior la molécula de ADN. Los Cromosomas se encuentran dentro del Núcleo celular. El ADN se encuentra en todas las células del ser vivo, en concreto en el núcleo y  forma parte de los cromosomas.

2. La célula es eucariota se encuentra el ADN en el núcleo, en cambio, si la célula es procariota el material genético se encuentra disperso en el citoplasma en ese caso se le llama nucleoide.

3. Las células siguen un ciclo de vida, el ciclo celular, en el cual crecen y se dividen para formar dos células hijas. Cuando la célula no se está dividiendo, el ADN se encuentra esparcido por el núcleo. En su totalidad mide unos 2 metros, pero su anchura es de tan solo unos pocos nanómetros. Junto con el ADN se encuentran unas proteínas básicas (cargadas positivamente) llamadas histonas. Al ser positivas son atraídas por el ADN que tiene carga negativa. Existen 5 tipos de histonas: H1, H2A, H2B, H3, y H4. Esto es lo que llamamos cromatina. Cuando la célula se divide, tiene que separar el ADN en dos partes iguales. Como la cromatina esta esparcida por todo el núcleo, no sería fácil separarla. Por eso cada hebra se enrolla sobre si misma con la ayuda de las histonas hasta formar los cromosomas. La cromatina es como un embrollo de hilos, pero los cromosomas están organizados y son más manejables, así es más fácil separarlos equitativamente. Explico como ocurre esta separación en el artículo sobre la mitosis. Ahora veamos como ocurre la condensación del ADN.

Las histonas se unen en grupos de 8, formando optáremos, constituidos por dos moléculas de cada una de las histonas menos la H1, H2a, H2b, H3 y H4.  La hebra de ADN se enrolla alrededor de los sucesivos optaremos, formando los nucleosomas, unidad básica del empaquetamiento del ADN. Entre cada nucleosomas hay un trozo de hebra que los separa, el ADN espaciador o

linker. Ha esta estructura con forma de collar de perlas, es lo que se llama cromatina y es como se encuentra el ADN en el núcleo cuando la célula no se encuentra en división. No es posible ver el ADN al microscopio cuando este está en forma de cromatina por su pequeña anchura, unos 10nm.Después la fibra de cromatina se enrolla sobre si misma helicoidalmente, formando los denominados solenoides (imagen de abajo) formados por 6 nucleosomas e histonas h1. Estas últimas interaccionan con el ADN espaciador. En este momento el ADN tiene un grosor de 30nm.

Después, la fibra de solenoides se une a un armazón proteico formando lazos y multiplicando por 10 su anchura, midiendo en este momento 300nm. Los armazones formados por enzimas que intervienen en la replicación del ADN como veremos en el próximo tema.Este armazón se enrolla de nuevo de forma helicoidal para formar finalmente los brazos del cromosoma, midiendo cada brazo 700nm. Así cada cromosoma duplicado, que es como se encuentran durante la división, tiene una anchura total de 1400nm.

 

4. Todos los cromosomas alcanzan en la metafase su máximo grado de organización, ordenamiento y compactación. Cada cromosoma metafásico está constituido por dos cromátides unidas por el centrómero. Este centrómero o constricción primaria divide alcromosoma en dos brazos que se designan p (petit) para el brazo corto y q para el brazolargo. De esa manera, por ejemplo, 7p es el brazo corto del cromosoma 7 e Y q es el brazo largo del cromosoma Y. La posición del centrómero permite clasificar a los cromosomas en tres tipos principales: Metacéntricos: cuando el centrómero es más o menos central y los brazos son de aproximadamente igual longitud. Submetacéntricos: cuando el centrómero está alejado del centro y los brazos son desiguales. Acrocéntricos: cuando el centrómero está cerca de uno de los extremos y uno de los brazos es muy corto.Los cromosomas Acrocéntricos humanos tienen satélites unidos por un tallo, excepto el Y. Ellos son los cromosomas 13, 14, 15, 21 y 22 y dichos satélites están constituidos por heterocromatina.

5. El cariotipo es el patrón cromosómico de una especie expresado a través de un código, establecido por convenio, que describe las características de sus cromosomas. Debido a que en el ámbito de la clínica suelen ir ligados, el concepto de cariotipo se usa con frecuencia para referirse a un cariograma, el cual es un esquema, foto o dibujo de los cromosomas de una célula metafásica  ordenados de acuerdo a su morfología (metacéntricos, submetacéntricos, teocéntricos, subtelocéntricos y eurocéntricos) y tamaño, que están caracterizados y representan a todos los individuos de una especie. El cariotipo es característico de cada especie, al igual que el número de cromosomas; el ser humano tiene 46 cromosomas (23 pares porque somos diploides o 2n) en el núcleo de cada célula,1 organizados en 22 pares autosómicos y 1 par sexual (hombre XY y mujer XX). Cada brazo ha sido dividido en zonas y cada zona, a su vez, en bandas e incluso las bandas en sub-bandas, gracias a las técnicas de marcado. No obstante puede darse el caso, en humanos, de que existan otros patrones en los cariotipos, a lo cual se le conoce como aberración cromosómica.

Los cromosomas se clasifican en 7 grupos: de la A, a la G, atendiendo a su longitud relativa y a la posición del centrómero, que define su morfología. De esta manera, el cariotipo humano queda formado así:Grupo A: Se encuentran los pares cromosómicos 1, 2 y 3. Se caracterizan por ser cromosomas muy grandes, casi metacéntricos. En concreto, 1 y 3 metacéntricos; 2 submetacéntricos.Grupo B: Se encuentran los pares cromosómicos 4 y 5. Se trata de cromosomas grandes y submetacéntricos (con dos brazos muy diferentes en tamaño).Grupo C: Se encuentran los pares cromosómicos 6, 7, 8, 9, 10, 11, 12, X. Son cromosomas medianos submetacéntricos.Grupo D: Se encuentran los pares cromosómicos 13, 14 y 15. Se caracterizan por ser cromosomas medianos eurocéntricos con satélites.Grupo E: Se encuentran los pares cromosómicos 16, 17 y 18. Son cromosomas pequeños, metacéntrico el 16 y submetacéntricos 17 y 18.Grupo F: Se encuentran los pares cromosómicos 19 y 20. Se trata de cromosomas pequeños y metacéntricos.Grupo G: Se encuentran los pares cromosómicos 21, 22. Se caracterizan por ser cromosomas pequeños y eurocéntricos (21 y 22 con satélites).

6. CATALAGO DE DIFERENTES TIPOS DE CARIOTIPOS.

CARIOTIPO DEL SINDROME DE DOWN

SÍNDROME DE EDWARDS

SÍNDROME DE ANGELMAN

CARIOTIPO DE MOSCA MACHO Y HEMBRA

PEJELAGARTO

CARIOTIPO DE UNA PLANTA DE MAIZ

7. Los cromosomas Acrocéntricos humanos tienen satélites unidos por un tallo, excepto el Y. Ellos son los cromosomas 13, 14, 15,21 y 22 y dichos satélites están constituidos por heterocromatina.

8. La heterocromatina es el tipo de cromatina condensada durante la interface y se divide en dos tipos: constitutiva: es la que aparece condensada en todos los tipos celulares y durante todo el tiempo, porque son oncogenes es decir genes cancerígenos y facultativa: esta solo se condensa en ciertas células o momentos especiales del desarrollo.Laeucromatina es la porción de la cromatina que permanece en un estado no condensado y disperso, ocupando el mayor volumen del espacio nuclear, son los protooncogenes.

9. Como ya se ha dicho, el grado de empaquetamiento no es uniforme a lo largo de todo el genoma. De hecho, en el núcleo en interface siempre se distinguió una cromatina denominada eucromatina, poco condensada, y otra llamada heterocromatina, con un mayor grado de condensación. Hoy sabemos que estas categorías morfológicas tienen un correlato funcional, ya que la eucromatina es transcripcionalmente más activa mientras que los genes incluidos en heterocromatina tienen un bajo nivel de expresión. La heterocromatina, a su vez, puede ser de dos tipos: constitutiva, que nunca se transcribe y se localiza en los centrómeros y en la constricción secundaria de algunos cromosomas; o facultativa, que en el fondo es un tipo de eucromatina que se heterocromatiniza en situaciones concretas, como es el caso del cromosoma X inactivo en las mujeres. Además de estas dos grandes categorías de cromatina, es importante comprender que dentro de las regiones eucromáticas la cromatina tampoco es totalmente homogénea, como queda reflejado, por ejemplo, en su distinta

repuesta a varias tinciones. Este comportamiento es precisamente la base del patrón de bandas característico de cada cromosoma y que permite la creación del cariotipo convencional. Como veremos en un capítulo posterior, la tinción con un colorante llamado Giemsa produce unas bandas oscuras (bandas G) separadas por bandas claras (bandas R). La tinción con otra sustancia llamada Quinacrina (que se une específicamente a regiones ricas en adeninas y timinas) produce un patrón de bandas similar a las bandas G, mientras que la tinción con Cromomicina-A (que se une preferentemente a regiones ricas en guaninas y citosinas) genera un patrón similar a las bandas R. Por tanto, las peculiaridades morfológicas de la cromatina son debidas, al menos en parte, a diferencias en la secuencia de nucleótidos del genoma; el modelo del andamio (scaffold) que vimos en el apartado anterior permite explicar esta relación, ya que las bandas G representan regiones con un mayor grado de empaquetamiento del ADN, lo que implica una mayor densidad de las regiones de unión al andamio (llamadas SAR). Como las SAR son relativamente ricas en adenina y timina, esto explica que estas regiones genómicas se tiñan más intensamente por Quinacrina y Giemsa, mientras las bandas R, más ricas en guanina y citosina, tienen un menor grado de empaquetamiento, menor densidad de SAR y se tiñen débilmente por estos colorantes. Por tanto, las distintas bandas del cariotipo reflejan no sólo diferencias en la condensación de la cromatina, sino también diferencias en su composición: ya hemos visto que el genoma humano tiene un contenido medio en G+C del 41%, pero que esto no se distribuye de manera uniforme por todo el genoma.

10. La citogenética es el estudio de los cromosomas y de las enfermedades relacionadas, causadas por un número o una estructura anómalos de los cromosomas.

11. Consiste en someter a los cromosomas a desnaturalizaciones, a digestión enzimática o a ambos, seguido de una tinción con colorante específico para ADN. Esto hace que los cromosomas se tiñan con una serie de bandas claras y oscuras.

12. El bandeo G se logra con un tratamiento controlado con tripsina antes de la coloración con Giemsa y produce bandas claras y oscuras en los cromosomas. Las bandas oscuras contienen ADN rico en bases A-T que replica tardíamente y son pobres en genes constitutivos y las bandas claras contienen ADN rico en G-C que replica tempranamente tienen muchos genes constitutivos. Cuando un cromosoma está más alongado puede mostrar un mayor número de bandas y esto se aprovecha para estudiarlo con mayores detalles. Esta metodología que permite buscar alteraciones estructurales mínimas se conoce como bandeo de alta resolución y se logra sincronizando el cultivo y con preparaciones hechas en profase o prometa fase, es decir, antes que los cromosomas alcancen su compactación máxima. Los cromosomas en la mitad de la metafase muestran un

nivel de resolución de 400 bandas mientras que los de alta resolución alcanzan niveles de resolución de 550 y hasta de 850bandas.