Cap1 Introducción e Historia

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Genética
Profesora: María del Rosario Castro Muñoz
Dpto. Biología
Fac. Ciencias
UNALM
Genética
• Es la ciencia que estudia los genes, la
herencia y la variabilidad genética.
• Vamos a estudiar el modo de la
transmisión de la información genética
de generación en generación, así como
la forma en que se almacena, se
expresa y se regula en un organismo.
¿Qué es la Genética?
Estudio de los Genes
Genomas
Bases Bioquímicas
Como ellos están organizados
Como ellos se replican
Como ellos son manipulados
Como ellos son transmitidos
de célula a célula y de
generación a generación
Impacto de la genética en otras áreas de la
actividad humana
Medicina
Agricultura Derecho
Sociología
Filosofía
Ecología
Genética
Genética y asuntos humanos
•Mejora genética: agricultura, ganadería, téxtil, ...
•Medicina
–Enfermedades genética heredadas
–Enfermedad genética somática (cáncer)
–Aberraciones cromosómicas (algunos síndromes) -
-Forense (DNA forense)
•Ingeniería genética
–Terapia genética
–Biotecnología (insulina, inteferón, hormona
crecimiento, ...)
–clonación
•Cosmovisión
•Evolución: relación íntima de todo lo orgánico
Áreas principales de la genéticaÁreas principales de la genética
•Genética clásica: transmisión y
localización de los genes en los
cromosomas
•Genética molecular: la estructura
y el control de la expresión del
material genético
•Genética evolutiva : (de
poblaciones): los procesos evolutivos
que cambian las frecuencias de
genes en las poblaciones
Ciclos de Vida de Angiospermas
Organismos modelos de la Genética
•Fagos (virus bacterianos)
•Escherichia coli (bacteria del colon)
•Saccharamyces cerevisiae (levadura del pan)
•Caenorhabditis elegans (gusano nemátodo)
•Drosophila melanogaster (mosca de la fruta)
•Mus musculus (ratón domestico)
•Homo sapiens
•Arabidopsis thaliana (mala hierba de los
prados)
Historia Pre-mendeliana
• La domesticación de los animales en la
prehistoria.
• EN LA ANTIGÜEDAD
• 1000 A.C. Los Babilinios y Egipcios
producen frutos por fecundación artificial
Los Griegos
• Trataron de comprender el origen de
la sustancia física , que da lugar al
individuo y la naturaleza de las
fuerzas generadoras, aquella energía
que dirige las sustancia física al
materializarse
• 420 A.C.: Sócrates hipotetiza que los
padres no se parecen a los hijos. “Los
hijos de grandes hombres de estado
generalmente son perezosos o
buenos para nada”
Griegos
Hipócrates (500 – 400 a.c) : Pángenesis
Diminutas partículas (gémulas) de cada
parte del cuerpo entran en la sustancia
seminal de los padres y se combinan
para dar un nuevo individuo con
características de ambos.
Aristóteles
• Creía que el embrión se formaba por un
modelado inicial de la sangre menstrual que
produce la mujer ( que era la materia ) por el
semen, cociendo y dando la forma hasta formar
un descendiente adulto, debido al calor vital.
• El calor vital tenía la capacidad de producir
descendientes de la misma “forma” que sus
padres.
Visión de la herencia antes que
mendel
• Pangénesis
• Epigénesis y,
• Preformación: a) Ovística
b) Espermística
Los preformistas proponían que las células
sexuales contenían un adulto completo en
miniatura llamado el homúnculos.
•La teoría de la epigénesis choca con la teoría de la preformación.
Biología Moderna: 1600 – 1850 D.C.
• William Harvey (1578- 1657 D.C. )
formuló la teoría de la epigénesis .
“Un organismo deriva de sustancias presentes
en el huevo, que se ensamblan y diferencian
durante el desarrollo embrionario. Las nuevas
estructuras como los órganos surgen de novo
durante el desarrollo”.
Asumieron que los nuevos individuos surgieron
a través de la fusión de substancias no
formadas de ambos progenitores.
Visión espermística
Leeuwenhook, 1632-94
• Embriones
preformados cuyas
necesidades
nutricionales eran
abastecidas por el
huevo
• Espermística
Malpighi (1628 – 1694)
• Visión Ovística
• Estudio del desarrollo de embriones de
aves.
• Embrión preformado en el huevo
Durante este periodo, otros descubrimientos
en química y en biología impactaron en las
futuras ideas científicas.
• 1808. John Dalton La teoría atómica.
• 1830. M. Schleiden y T. Schwann
propusieron la teoría celular.
• 1733 – 1806
J. Kolreuter, realizó hibridación de tabaco.
• 1859
Darwin formuló la teoría de la selección
natural.
Mendel (1865):
Experimentos
con hibridización
de Plantas
Sus escritos discutían
sobre los elementos
discretos (caracteres)
que ahora llamamos
genes.
Gregory Mendel 1822 – 1883
Demostró claros modelos cuantitativos
relativo a la herencia, y desarrolló una
teoría en la que factores hereditarios
explicaban estos modelos.
• La información genética proviene la
mitad del padre y la otra mitad de la
madre
• Los caracteres se expresan en las nuevas
generaciones según el Principio de
Segregación
• Acuñó los conceptos de: Alelo,
dominancia y recesividad
Gregory Mendel 1822 – 1883
Durante la década de 1880 se relaciona la herencia
con los cromosomas
•1882: Walter Flemming descubre los cromosomas
•1888: Wakdeyer introduce el término cromosoma
•Finales de 1800 se describen la mitosis y la meiosis
• 1900: Se revive el mendelismo por Hugo de Vries.
• 1903: Sutton une la teoría del mendelismo con los
cromosomas
Genética de Poblaciones
• 1908: Hardy - Weinberg describen la
base de la genética de poblaciones.
• Fisher, Haldane y Wrigth: Deriva
Genética, cuantificación de los caracteres
humanos (Teoría sin aplicación)
Principios de 1900
Bateson no apoya las ideas de Mendel
para sus medidas Biométricas
1918: Fisher reconcilia las posturas
con la idea de los caracteres
cuantitativos
1923: Painter describe los
cromosomas
1927 Hermann Muller: Demuestra el
aumento de las mutaciones por
radiaciones ionizantes
Thomas Morgan: Ligamiento en moscas -
Premio Nobel en 1933
BIOLOGIA MOLECULAR
• Ciencia cuyo objetivo es el
estudio de la bases
moleculares de la vida.
• Estudia todos aquellos
procesos celulares que
contribuyen a que la
información genética se
transmita eficientemente
en los nuevos individuos.
• La Biologia Molecular
relaciona las
estructuras de las
biomoléculas con las
funciones específicas
que desempeñan en la
célula y en el
organismo.
PROTEÍNAS Y ÁCIDOS
NUCLEICOS
• 1838 Mulder . Fue el primero en acuñar el
término proteína. Describió la composición
química de la proteína.
LAS PROTEÍNAS
• 1868 Friedrich Miescher
Descubrimiento de la
nucleína.
• Se encuentra en el núcleo
celular, acidico, rico en
PO4,
• Carecen de azufre.
ÁCIDOS NUCLEICOS
• Actualmente se le conoce como ácido
nucleico
• 1909 Thomas Hunt Morgan
SURGE LA GENÉTICA COMO CIENCIA
Estudia las mutaciones
genéticas, los rasgos
ligados al sexo y función de
los cromosomas en
Drosophila melanogaster
1915 publica: “Mecanismos
de la herencia mendeliana”
• 1902 A. Garrod analiza la Alcaptonuria
como alteración del metabolismo; surge el
concepto de diversidad genética o
polimorfismo.
•1910 Phoebus Levene.
Hipótesis del Tetranucleotido
El ácido nucleico es un
polímero repetitivo de cuatro
bases A:C:G:T , proporción
1:1:1:1 aprox.
• 1928 Griffith Principio transformante. La
composición hereditaria de organismos puede
ser alterada
• 1934 A. FØlling descubre la Fenilcetonuria.
• Bernal y Crowfoot ; primer estudio de una
proteína mediante difracción de rayos X
(pepsina cristalizada).
• 1941 Barbara McClintock.
Genetista (USA).
• Muestra como los
Transposones cambian de
lugar en el genoma.
• Premio nobel de Fisiologia
o Medicina en 1983.
LA BIOQUÍMICA ALCANZA LA MADUREZ
• 1944 Avery, MacLeod,
& McCarty
Aislamiento químico de
el principio
transformante de las
células
• La transformación sobrevive al tratamiento
del proteasas y destruido por nucleasas
• En 1941 G.W. Beadle y E.
L. Tatum establecen la
hipotesis un gen - una
enzima.
Cristalografía de rayos X. El ADN es una
hélice: ¿dos o tres hebras?
Rosalind Franklin
(1920 – 1958)
•1950 Rosalind Franklin y Maurice Wilkins
Maurice Wilkins1999.
Dos o tres hebras las bases se encuentran
dentro o fuera.
• 1951 Linus Carl Pauling
Físico-químico (USA).
Premio Nobel de Química.
Descubre la base molecular
de la anemia falciforme.
Surge el concepto de
enfermedad molecular.
Describe la naturaleza del
enlace químico.
• 1951 Erwin Chargaff.
Químico austriaco.
El ADN las bases no
son equimolares.
[A]=[T] & [C]=[G]
Esto establece como
estructura del ADN, los
pares de bases.
'blender experiment'
Bacteriófagos son
crecidos en medio
radiactivo.
ADN es el principio
transformando
• 1952 Alfred Hershey y Martha Chase
HERSHEY Y CHASE (1952)
SE INICIA LA BIOLOGIA MOLECULAR CON
EL ESTUDIO DEL ADN
• 1953 Watson y Crick.
Delucidaron la
estructura del ADN "La
doble Hélice"
El descubrimiento
importante: A+T
aparean se parece el
par de C+G
J. Watson y F. Crick caminando a la Universidad de Cambridge
James WatsonFrancis CrIck
• 1961 Francois Jacob
Médico Frances.
Investigo sobre la
forma en que los
genes trasmiten la
información.
Premio Nobel Fisiologia o Medicina en 1965,
que compartió con Andre M. Lwoff y Jaques
L. Monod.
• 1961 Marshall Niremberg muestra las
primeras correspondencias entre codones
y aminoacidos, sintetizando proteinas a
partir de un ADN artificial.
Ganadores del Premio Nobel en 1962
(I-D)
Maurice Wilkins
(Fisiología),
M. Perutz
(Química),
Francis Crick
(Fisiología),
J. Steinbeck
(Literatura),
James Watson
(Fisiología),
J. Kendrew
(Química).
• 1970 H. O. Smith y K. W.
Wilcox descubren la
primera enzima de
restricción.
• 1974 R. Kornberg.
El Nucleosoma es la
unidad basica de
empaquetamiento del
ADN.
COMIENZA LA INGENIERIA GENÉTICA
• 1996 secuenciacion de los
genomas de:
Saccharomyces cerevisae y
Mycoplasma genitalum.
COMIENZA LA GENÓMICA
•1997 Escherichia coli
secuenciado el genoma de la
cepa K-12 (Revista Science).
• 1998 Se descrifro la secuencia
completa del nematodo
Caenorhabditis elegans.
ERA DE LA GENÓMICA
• 2OOO secuenciamiento
completo del genoma de
Drosophila melanogaster
ERA DE LA GENÓMICA
• 2OO3 borrador del
secuenciamiento completo del
genoma del Raton
• 2001 Se secuencio E. coli O157 H7.
• 2OO3 Secuenciamiento
del genoma humano.
PGH y Celera.
1. China
2. Japon
3. Reuno Unido
4. Francia
5. Alemania y USA
ERA DE LA GENÓMICA
• Xenopus laevi sapo africano usado para
el estudio de biologia de vertebrados.
Determina si un producto
químico es mutagénico.
En los 70’, el test de Ames,
permite que los científicos
prueben productos químicos
para considerar si estos
causan mutaciones en
bacterias y quizás cáncer en
seres humanos.
Bruce Ames
TEST DE AMES
Es el medio o vía de manipulación de los
organismos para proveer un producto
deseable para el uso del hombre.
Áreas cubiertas por la Biotecnología
incluyen:
a. Biología Molecular, ADN recombinante,
cultivo celulares, inmunología.
b. Mejoramiento animal y vegetal.
c. Fermentación.
d. Sistema de Enzimas, etc.
BIOTECNOLOGÍA
El PCR utiliza la enzima
ADN polimerasa obtenida de
Termophillus aquaticus que
resiste temperaturas de
100°C.
Kary B. Mullis,concibió el
mecanismo del PCR, recibió
el Premio Nobel en 1993.
DIAGNÓSTICO MOLECULAR
Reacción en Cadena de la Polimerasa
(PCR)
Los esqueletos
fueron encontrados
en Ekatinerinberg,
Rusia, en 1991 y
comprobadas sus
huellas genéticas
comparadas con
familiares
sobrevivientes
actuales.
ADN RESUELVE EL MISTERIO
DE LOS ROMANOV
• La terapia génica es la introducción de
genes en el ADN de una persona para
proporcionar un nuevo grupo de
instrucciones a las células y poder así
tratar enfermedades hereditarias.
• Un gen normal puede ser insertado en
una localización no-específica en el
genoma para reemplazar un gen no
funcional. Esto se da a través de una
recombinación homóloga.
TERAPIA GÉNICA
INTRODUCCIÓN DE GENES .
Una de las estrategias in vivo
en estudio se basa en la
utilización de vectores idóneos,
que se inyecten en la corriente
sanguínea o en otra parte y se
dirijan hacia tipos celulares
específicos de cualquier parte
del cuerpo.
TERAPIA GÉNICA
Los VIRUS para convertir un virus silvestre en un
vector seguro de terapia génica, se sustituyen genes
víricos por otros que determinan proteínas
terapéuticas, dejando solo las secuencias víricas
necesarias para la expresión génica. Tales vectores
entran en las células y producen las proteínas
benefactoras, pero no se multiplican.
Ventajas
Los genes se integran en los
cromosomas hospederos
ofreciendo estabilidad a largo
plazo
Desventajas
Los genes se integran
aleatoriamente pueden pues
fragmentar genes del
hospedero muchos infectan
a células solo en divisionRetrovirus
Ventajas
La mayoria no produce
enfermedades graves; notable
capacidad para albergar genes
foraneos
Desventajas
Los genes pueden funcionar
transitoriamente, debido a la
falta de integración o a los
ataques del sistema
inmunitario.
Ventajas
Los genes se integran a los
cromosomas hospederos; no
causan enfermedades
conocidads en humanos
Desventajas Escasa capacidad para
genes foraneos
Virus asociados a
los Adenovirus
Adenovirus
Ventajas No portan genes viricos
y por lo tanto no
producen enfermedades
Desventajas transfieren genes a las
células con menos
eficacia que los Virus.
Ventajas
Lo mismo que los
Liposomas; pueden ser
utiles en Vacunas
Desventajas
Ineficaz a la hora de
transferir genes,
inestable en la mayoria
de los tejidos.
Liposomas
ADN desnudo
Son todos aquellos que han
sido fabricados o
producidos con materias
primas de organismos
genéticamente modificados
(OGM).
ALIMENTOS TRANSGÉNICOS
En Genética la clonación
es el proceso de de hacer
copias de un fragmento
específico de ADN,
generalmente un gen.
En Biologia un clon es un
organismo multicelular que
es genéticamente idéntico
a otro organismo.
LA CLONACIÓN
El hito en los experimentos
de clonación animal tuvo
su representante en la
oveja Dolly.
LA CLONACIÓN
Tratamiento
farmacológico adaptado
a cada genotipo
patogeno.
Evitar tratamientos con
efectos secundarios
debido a diferentes
sensibilidades
genotípicas.
FARMACOGENÓMICA
La Electroforesis es la migración de
moléculas cargadas en solución en
respuesta a un campo eléctrico.
En los años 60’ fue desarrollada una
versión modificada de este método, la cual
es conocida como Electroforesis en Gel
de Poliacrilamida-Dodecil Sulfato de
Sodio (SDS-PAGE).
ANALISIS DE PROTEINAS
MEDIANTE SDS-PAGE
tampón
gel
tampón
Lámina de gel de
poliacrilamida
Muestra problema
Electroforesis en Gel de Poliacrilamida-SDS (SDS-PAGE)
Revestimiento
de plástico
Journals
Science
NatureCell Blood
The Federation
of European Biochemical
Societies.
FEBS Journal
Journal Molecular Biology
Nucleic Acids Research
Journal of General Physiology
Journal of Biological Chemistry
Proceedings of the
Nacional Academy
of Sciences.
PNAS
Historia del Proyecto Genoma
Humano HGP
• El primer director fue Watson , pero en 1992
renuncia y asume Francis Collins.
• Craig Venter preside “The Institute for Genome
Research”.
• 1995: Venter y Haseltine publican la secuencia
completa del Haemophilus influenzae (1600
genes)
El genoma
• Celera Genomics: “Speed matters…
discovery can’t wait”
• Genoma anuncia el fin del proyecto para
el 2003 .
• Marzo del 2000: Secuenciación completa
de la Drosophila
• Mayo del 2000: Secuenciación completa
del ratón.
Genoma y genómica
Ejemplos de
variabilidad
fenotípica
¿Cuáles son los avances en la Genética en los
últimos años?