Fundamentos de Genética Mendeliana y Replicación del ADN

Genética Mendeliana y Herencia

Conceptos Básicos de Genética

• Alelo: Copias de un gen que rigen un carácter.
• Homocigosis: Los dos alelos de un gen son idénticos.
• Heterocigosis: Los alelos son diferentes.
• Herencia dominante: Cuando un alelo se manifiesta en heterocigosis (alelo dominante); el alelo recesivo es el que no se manifiesta.
• Herencia intermedia: Se manifiesta un carácter intermedio al que determina cada alelo.
• Genotipo: Conjunto de genes que tiene un individuo (para un carácter o un conjunto).
• Fenotipo: Conjunto de caracteres que un individuo manifiesta.
• Genoma: Conjunto de genes que posee un ser vivo.

Las Leyes de Mendel

1. 1ª Ley (Uniformidad de los híbridos de la primera generación filial): Al cruzar individuos de una misma especie para un determinado carácter, todos los híbridos de la 1ª generación son iguales.
2. 2ª Ley (Segregación de los genes en la segunda generación filial): Los alelos se separan al formarse los gametos.
3. 3ª Ley (Herencia independiente de los caracteres): Se contemplan dos caracteres distintos en un ser vivo, los cuales se transmiten de forma independiente.

Frecuencia de Recombinación

Dos genes continuos solo se recombinan cuando se produce un quiasma entre ellos. La frecuencia de recombinación entre dos genes depende de la distancia entre ellos y se expresa en %. Representa la proporción de descendientes que los presentan juntos respecto al total. Las distancias se miden en centimorgans (cM), siendo 50 morgan el límite máximo.

Replicación y Transcripción del ADN

Características de la Replicación

La replicación se basa en la complementariedad de las bases del ADN. Una de las cadenas actúa como molde para la síntesis de una nueva cadena complementaria. La replicación de las hebras de ADN es bidireccional y tiene lugar de forma antiparalela. Una de las dos hebras se sintetiza de forma continua y la otra de forma discontinua. Además, la replicación del ADN es semiconservativa y la dirección de la síntesis es siempre 5’→3’.

Maquinaria Enzimática de la Replicación

• ADN polimerasas: Enzimas que catalizan la unión mediante enlace éster de un nucleótido al extremo libre 3’ de otro, complementario de la cadena que actúa como molde.
• Girasas (Topoisomerasas): Actúan desenrollando la doble cadena de ADN.
• Helicasas: Separan las dos hebras del ADN rompiendo los puentes de hidrógeno.
• Proteínas SSB: Estabilizan las dos cadenas simples de ADN mientras dura la replicación.
• Primasa: Sintetiza el cebador (primer) de ARN.
• Ligasa: Une los fragmentos adyacentes de la cadena discontinua.

Acción y Tipos de ADN Polimerasas

Requieren como sustrato los desoxirribonucleótidos trifosfatos, que son los que proporcionan la energía para la reacción de polimerización. La ADN polimerasa tiene actividad correctora de errores cometidos por mal apareamiento de bases mediante su acción exonucleasa de 3’ a 5’. No puede sintetizar ADN de nuevo sin un extremo 3’ libre.
Tipos principales: En procariotas, la polimerasa I repara el ADN junto con la II, mientras que la ADN polimerasa III es la principal encargada de llevar a cabo el mecanismo de la replicación.

Mecanismo de Replicación en Procariotas

Comienza en un lugar llamado oriC (origen de replicación), donde se unen la girasa y la helicasa para desenrollar y separar las dos hebras del fragmento de ADN. Se mantienen separadas por la acción de las proteínas SSB. Avanza en los dos sentidos a partir del oriC, formando la horquilla de replicación. Como necesita un extremo 3’ libre, requiere la síntesis de un primer cebador. Puede avanzar de forma continua de 5’ a 3’, pero la cadena complementaria lo hace de forma discontinua mediante los fragmentos de Okazaki. Finalmente, la ADN polimerasa I elimina el cebador de ARN y rellena los huecos, y la ADN ligasa une los fragmentos de la hebra retardada.

Mecanismo de Replicación en Eucariotas

Los procesos básicos son similares a los procariotas, pero con ciertas diferencias clave:

• Empaquetamiento de la cromatina: Es más lento porque deben desmontarse los octámeros de histonas y sintetizarse moléculas nuevas.
• Replicación de ADN de gran longitud: Posee numerosos puntos de origen de replicación a lo largo de la cadena. Los fragmentos de Okazaki son de menor tamaño.
• Maquinaria enzimática: Existen varios tipos de ADN polimerasas (como alfa, beta, gamma, delta y épsilon). Se sabe que ambas cadenas se sintetizan por polimerasas distintas y existen enzimas específicas para la corrección de errores y para la replicación del ADN mitocondrial.

Comparación entre ARN Polimerasa y ADN Polimerasa

• Semejanzas: Sintetizan en dirección 5’→3’ y requieren nucleótidos trifosfatados.
• Diferencias: La ARN polimerasa no requiere cebador para iniciar la síntesis y carece de actividad correctora de nucleótidos mal emparejados.

Mecanismo de Transcripción en Procariotas

La ARN polimerasa de procariotas es un complejo proteico formado por varias subunidades. El factor sigma (σ) es esencial para unirse al promotor e iniciar la síntesis de ARN. Una vez iniciada, el factor σ se separa del complejo y queda el núcleo catalítico que polimeriza los NTPs.
Proceso: Al abrirse la cadena de ADN se forma el complejo promotor abierto, sirviendo una hebra como molde. Durante la elongación, la ARN polimerasa avanza abriendo el ADN por delante y cerrándolo por detrás. El proceso continúa hasta que la enzima encuentra una señal específica de terminación, deteniendo la transcripción y liberando el ARN y la ARN polimerasa del molde de ADN.

Diferencias entre Replicación y Transcripción

La transcripción es selectiva y afecta a una sola hebra del ADN (copiando solo un gen o grupo de genes), mientras que la replicación implica a ambas cadenas del ADN por completo y es un proceso único en el ciclo celular.

Regulación Génica en Procariotas

• Gen operador: Situado cerca del sitio de inicio de la transcripción; a él se une la proteína represora impidiendo la unión de la ARN polimerasa y la transcripción de los genes estructurales.
• Genes estructurales: Codifican para las proteínas necesarias para el proceso metabólico o estructural de que se trate.