2017 CITOGENETICA
“Año del buen servicio al Ciudadano”
Escuela Profesional de Medicina Humana UNIVERSIDAD NACIONAL DE PIURA
UNIVERSIDAD NACIONAL DE PIURA FACULTAD DE CIENCIAS DE LA SALUD ESCUELA PROFESIONAL DE MEDICINA HUMANA
CURSO
:
DOCENTES
TEMA
ALUMNOS
ESTRUCTURA, FUNCIÓN CELULAR Y TISULAR I
:
DRA. VIOLETA MORÍN GARRIDO DR. CARLOS HOLGUIN MAURICCI
:
CITOGENÉTICA
:
SAAVEDRA FLORES, CLEYDI SAAVEDRA SIPION, TATIANA SAAVEDRA YOVERA, YULIANA
INDICE
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INTRODUCCION
OBJETIVOS
CITOGENÉTICA
HISTORIA
PERIODO DE GESTACION DE LA CITOGENETICA
TRES ETAPAS EN LA HISTORIA DE LA CITOGENÉTICA
LA ERA PRE-BANDEO” LA ERA POST-BANDEO LA ERA MOLECULAR
LAS LEYES DE MENDEL
LEY DE MENDEL
LEY DE MENDEL
LEY DE MENDEL
CICLO CELULAR
FASES DEL CICLO CELULAR FASE S FASE G2 FASE M:
MITOSIS PROFASE METAFASE ANAFASE, TELOFASE.
CITOCINESIS.
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VIII. BIBLIOGRAFIA
I.
INTRODUCCION Para entender la citogenética hay que considerar la historia de la biología. La citogenética es una rama relativamente nueva en cuanto que se empezó a trabajar en ella recientemente, puesto que antes éramos incapaces técnica y mentalmente de acercarnos a ese conocimiento. Por eso las ramas de la biología no tienen que
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verse como “nuevas” o “viejas” sino como un continuo de conocimiento para intentar entender la vida en toda su extensión. La microbiología, por su parte, avanzó hasta el punto de no solo ver una célula sino que pudimos ver los componentes de la célula, sus orgánulos. Esto nos llevó a un nuevo nivel de conocimiento y de ordenación de la natural eza, ya por el siglo XIX, esta rama de la ciencia que estudia la estructura a nivel celular es la citología. Cuando las técnicas para observar se afinaron tanto que pudimos ver algunas proteínas dentro de la célula, a principios del siglo XX, en este caso los cromosomas, un nuevo mundo por descubrir se abrió ante los biólogos. La rama de la biología que estudia la estructura, la función y el comportamiento de los cromosomas es la citogenética. Cuando en la década de 1920 se empezó a discutir sobre el cariotipo y sus funciones se empezó a hablar también de citogenética. Hoy en día la citogenética se ocupa de cualquier relación de los cromosomas con proteínas (mitosis y meiosis, replicación y condensación y descondensación para la síntesis de proteínas). Los avances en esta área son muchos y cuesta estar al día de todas las proteínas de todas las funciones que estudia la citogenética. No obstante, quedan muchas más por identificar y estudiar, esperemos que la citogenética a peasr de ser una “nueva” rama de la biología nos aporte grandes y nuevos conocimientos.
OBJETIVOS
Comprender cómo se describen los cromosomas y cómo se preparan e interpretan los estudios citogenéticos.
Comprender las anomalías cromosómicas humanas.
Familiarizarse con los fenotipos de las anomalías cromosómicas más frecuentes (en particular, el síndrome de Down y el de Turner).
Conocer los usos y las limitaciones de los estudios citogenéticos para el diagnóstico de anomalías genéticas.
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Conocer el ciclo celular en el cual la célula se divide para dar origen a dos celulas genéticamente idénticas.
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II.
CITOGENÉTICA i.
CONCEPTO
Se ocupa de las bases cromosómicas y moleculadoras de la herencia y ayuda a resolver importantes problemas en el campo de la medicina, la ganadería y agricultura. Es el estudio de la estructura, función y evolución de los cromosomas (vehículos de la herencia ubicados en el núcleo celular). Gracias a esta rama de la genética se puede hallar las principales causas de retraso mental, malformaciones múltiples, cáncer, infertilidad y abortos espontáneos, entre otros, pudiéndose encontrar anomalías cromosómicas, aproximadamente en 1 de cada 150 nacidos vivos, de los cuales tan sólo la mitad son clínicamente detectables. Se observa reordenamientos cromosómicos entre el 50 y el 20% de los abortos espontáneos en el primer y segundo trimestre, respectivamente. Además se detectó que el 84% de las translocaciones no balanceadas son de "novo"; un 16 % corresponde a portadores de translocaciones recíprocas equilibradas que suelen tener fenotipos normales, pero su descendencia puede presentar trisomías y monosomías parciales con fenotipos anormales. El objeto de un análisis cromosómico es la caracteriz ación de los cromosomas, ya que cada cromosoma normal tiene una morfología y tamaño constante, además nos releva información valiosa acerca de la constitución genética de un individuo. El mismo se realiza cuando las células están en profase o metafase mitótica, aunque algunos estudios usados en Citogenética molecular como FISH, pueden utilizar células en interface y/o metafase. La introducción de las Técnicas de Bandeo ha permitido caracterizar a cada cromosoma en forma individual, como sus anomalías, mediante el reconocimiento de patrones de bandas que son específicos y constantes. El patrón de Bandas G es el de rutina. Esto nos permite la confección del Cariotipo, cuyo conocimiento es básico para la Genética Humana y para la evolución de los reordenamientos cromosómicos.
HISTORIA
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Los cromosomas fueron observados por primera vez en células vegetales por Karl Wilhelm von Nägeli en 1842. Su comportamiento en células animales (de s alamandra) lo describió WaltherFlemming, el descubridor de la mitosis, en 1882. Otro anatomista alemán, von Waldeyer, le dio nombre en 1888.
PERIODO DE GESTACION DE LA CITOGENETICA 1867: Walter Flemming hizo estudios de los cromosomas y los cambios que ocurren en el núcleo llamo a este proceso mitosis. Mediante el uso de tintes de anilina, consiguió encontrar una estructura que absorbía fuertemente los tintes de basófilo, lo que denominó cromatina. Fleming investigó también el proceso de la división celular y la distribución de los cromosomas en el núcleo hermano, proceso que denominó mitosis, de la palabra griega para el hilo. Sin embargo, no se dio cuenta de la separación en dos mitades idénticas, las cromátidas hermanas. Estudió la mitosis in vivo y en preparaciones cromadas, empleando como única fuente el material genético proveniente de las aletas y branquias de las salamandras.
1882: Basándose en sus hallazgos, Flemminghipotetizó por primera vez que todos los núcleos celulares provenían de otro núcleo anterior, estos resultados fueron publicados en su libro “Sustancia celular, Núcleo y División celular”
TRES ETAPAS EN LA HISTORIA DE LA CITOGENÉTICA
LA ERA PRE-BANDEO
1888: Heinrich Waldeyer introdujo el término de CROMOSOMAS (khroma- color y soma-cuerpo) o sea “cuerpo coloreado” Ya desde principios del
1900 se aceptaba la idea de que el material hereditario estaba
contenido en los cromosomas. Hipótesis que fue confirmada por los experimentos de Theodor Boveri en erizo de mar en 1902.
1949: Murray Barr, encontró que las células nerviosas de las gatas contienen un cuerpo que se tiñe de oscuro en sus núcleos, pero este cuerpo nuclear no se encuentra en las neuronas de los gatos. Unos cuerpos similares se observaron también en las células de hembras de muchas especies pero no en la de sus machos, denominando así que es posible
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determinar genéticamente el sexo de un individuo dependiendo de que exista o no una masa de cromatina en la superficie interna de la membrana nuclear.
1956: Tjio estudio las células fetales del pulmón en mitosis y descubriendo que el número correcto de cromosomas en humanos es 46 (23N).
LA ERA POST-BANDEO
Hacia fines de los años 60 Caspersson observo que los cromosomas teñidos con ciertos colorantes del ADN como la Quinacrina presentaban un patrón de bandas específico.
El bandeo C (centromérico), que colorea selectivamente las regiones de
heterocromatina constitutiva compuestas de secuencias altamente repetitivas ordenadas en tándem que se localizan en abundancia (pero no exclusivamente) en las regiones proximales (pericentroméricas)
El bandeo NOR (NocleolarOrganizerRegions) que consiste en una tinción con
nitrato de plata que colorea las regiones organizadoras nucleolares ubicadas normalmente en los tallos de los satélites de cromosomas acrocéntricos.
la técnica “harlequín” de coloración diferencial de cromátides que permite
observar intercambios de cromátides hermanas (SCE, SisterChromatid Exchange).
el bandeo T (telomérico), que permite distinguir un subconjunto de bandas R con
mayor concentración de pares GC que el resto, y que en su mayoría (pero no exclusivamente) se localizan en las regiones distales (teloméricas).
Tinción con mostaza de quinacrina bandeo q
Tinción con Giemsa: consistía en colorear los preparados luego de someterlos a
una digestión con una enzima proteolítica: la tripsina. Bandas G-pálidas bandas G-oscuras DNA rico en GC DNA rico en AT replicación temprana replicación tardía Muchos genes Pocos genes.
LA ERA MOLECULAR
Ya hacia fines de los años 60 Gall y Pardue publicaron un trabajo en el cual demostraban la localización espacial del ARN ribosómico marcado radiactivamente en ovocitos de Xenopus (rana carnívora). Este trabajo erigió los cimientos sobre los cuales se desarrolló
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en años posteriores una diversidad de metodologías basadas en la hibridización de fragmentos de ácidos nucleicos sobre cromosomas en metafase y núcleos en interfase, denominadas técnicas de hibridización in situ.
Durante las últimas dos décadas los estudios citogenéticos avanzaron gracias a la información generada por métodos clásicos, los cuales permitieron establecer los primeros modelos citogenéticos en especies como tomate, trigo y arroz. Al final del siglo pasado los estudios citogenéticos mostraron un avance significativo gracias a la implementación de nuevas técnicas destinadas al análisis de cromosomas, tanto mitóticos como meióticos, entre las cuales se destacan el bandeo de cromosomas y la hibridación in situ sobre cromosomas. Actualmente, la mayoría de las técnicas de citogenética molecular se basan en la tecnología de la hibridación o FISH (hibridación fluorescente in situ). Esta tecnología abrió la posibilidad de estudiar regiones específicas de la cromatina directamente sobre los cromosomas, gracias a la información derivada de la secuencia misma d el ADN, y no solamente por simples características morfológicas. Como consecuencia, la citogenética molecular ha adquirido una importancia cada vez mayor en los diferentes proyectos de mapeo genético que se adelantan actualmente.
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III.
CONCEPTOS BÁSICOS DE GENÉTICA La genética (del griego antiguo: γενετικός , guennetikós, ‘genetivo’, y este de γένεσις , guénesis, ‘origen’) es el área de estudio de la biología que busca comprender y explicar cómo se transmite la herencia biológica de generación en generación. Se trata de una de las áreas fundamentales de la biología moderna, abarcando en su interior un gran número de disciplinas propias e interdisciplinarias que se relacionan directamente con la bioquímica y la biología celular. El principal objeto de estudio de la genética son los genes, formados por segmentos de ADN y ARN, tras la transcripción de ARN mensajero, ARN ribosómico y ARN de transferencia, los cuales se sintetizan a partir de ADN. El ADN controla la estructura y el funcionamiento de cada célula, tiene la capacidad de crear copias exactas de sí mismo tras un proceso llamado replicación. L citogenética se ocupa de las bases cromosómicas y moleculadoras de la herencia y ayuda a resolver importantes problemas en el campo de la medicina, la ganadería y agricultura. Gregor Johann Mende fue un monje agustino católico y naturalista nacido en Heinzendorf, Austria que descubrió, por medio de la experimentación de mezclas de diferentes variedades de guisantes, chícharos o arvejas ( Pisum sativum), las llamadas Leyes de Mendel que dieron origen a la herencia genética. En 1941 Edward Lawrie Tatum y George Wells Beadle demostraron que los genes [ARN-mensajero] codifican proteínas; luego en 1953 James D. Watson y Francis Crick determinaron que la estructura del ADN es una doble hélice en direcciones antiparalelas, polimerizadas en dirección 5' a 3', para el año 1977 Fred Sanger, Walter Gilbert, y Allan Maxam secuencian ADN completo del genoma del bacteriófago y en 1990 se funda el Proyecto Genoma Humano.
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IV.
LEYES DE LA HERENCIA MENDELIANA i. CARACTERÍSTICAS DEL EXPERIMENTO DE MENDEL Mendel publicó sus experimentos con guisantes en 1865 y 1866. Los principales motivos por los que Mendel eligió el guisante como material de trabajo fueron los siguientes: Material: Pisum sativum (guisante). Los guisantes eran baratos y fáciles de obtener en el mercado. Ocupaban poco espacio y tenían un tiempo de generación relativamente corto. Producían muchos descendientes. Existían variedades diferentes que mostraban distinto, color, forma, tamaño, etc. Por tanto, presentaba Variabilidad Genética. Es una especie Autógama, se autopoliniza, de manera que el polen de las anteras deuna flor cae sobre el estigma de la misma flor. Era fácil realizar cruzamientos entre distintas variedades a voluntad. Es posible evitar o prevenir la autopolinización castrando las flores de una planta (eliminando las anteras). Según Mendel las características que deben reunir las plantas experimentales son: Poseer caracteres diferenciales constantes. Los híbridos entre variedades deben protegerse de la influencia de polen extraño durante la floración (embolsando las flores). Experimento control: las 34 variedades que empleó las sometió a prueba durante dos años (dos generaciones sucesivas por autofecundación) para comprobar que todas producían descendencia constante. Es decir, si las características de una variedad eran que todas las plantas producían semillas redondas y amarillas, comprobaba durante dos generaciones sucesivas de autofecundación que todas las semillas de la variedad eran redondas y lisas. Solamente una variedad de las 34 no produjo descendencia constante, por lo que no la empleó en sus estudios. Las variedades utilizadas por Mendel eran Líneas Puras constituidas por individuos idénticos para los caracteres analizados.
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ii.
PRIMERA LEY DE MENDEL O PRINCIPIO DE UNIFORMIDAD E nunciado de la ley A esta ley se le llama también Ley de la uniformidad de los híbridos de la primera generación (F1). , y dice que cuando se cruzan dos variedades individuos de raza pura ambos (homocigotos) para un determinado carácter, todos los híbridos de la primera generación son iguales.
E l experimento de Mendel Mendel llegó a esta conclusión trabajando con una variedad pura de plantas de guisantes que producían las semillas amarillas y con una variedad que producía las semillas verdes. Al hacer un cruzamiento entre estas plantas, obtenía siempre plantas con semillas amarillas.
I nterpretación El polen de la planta progenitora aporta a la descendencia un alelo para el color de la semilla, y el óvulo de la otra planta progenitora aporta el otro alelo para el color de la semilla; de los dos alelos, solamente se manifiesta aquél que es dominante (A), mientras que el recesivo (a) permanece oculto.
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iii.
SEGUNDA LEY DE MENDEL O LEY DE LA SEGREGACIÓN E nunciado de la ley A la segunda ley de Mendel también se le llama de la separación o disyunción de los alelos. Cuando se cruzan entre sí dos individuos de la primera generación (Aa) se obtiene una descendencia no uniforme ya que los individuos son híbridos y dan lugar a dos alelos diferentes a y A.
E l experimento de Mendel Mendel tomó plantas procedentes de las semillas de la primera generación (F1) del experimento anterior y las polinizó entre sí. Del cruce obtuvo semillas amarillas y verdes en la proporción que se indica en la figura 3. Así pues, aunque el alelo que determina la coloración verde de las s emillas parecía haber desaparecido en la primera generación filial, vuelve a manifestarse en esta segunda generación.
I nterpretación Los dos alelos distintos para el color de la semil la presentes en los individuos de la primera generación filial, no se han mezclado ni han desaparecido, simplemente ocurría que se manifestaba sólo uno de los dos. Cuando el individuo de fenotipo amarillo y genotipo Aa, forme los gametos, se separan los alelos, de tal forma que en cada gameto sólo habrá uno de los alelos y así puede explicarse los resultados obtenidos.
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iv.
LEY DE LA DISTRIBUCIÓN INDEPENDIENTE E nunciado de la ley Se conoce esta ley como la de la herencia independiente de caracter es, y hace referencia al caso de que se contemplen dos caracteres distintos. Cada uno de ellos se transmite siguiendo las leyes anteriores con independencia de la presencia del otro carácter.
E l experimento de Mendel Mendel cruzó plantas de guisantes de semilla amarilla y lisa con plantas de semilla verde y rugosa (Homocigóticas ambas para los dos caracteres).
Las semillas obtenidas en este cruzamiento eran todas amarillas y lisas, cumpliéndose así la primera ley para cada uno de los caracte res considerados, y revelándonos también que los alelos dominantes para esos caracteres son los que determinan el color amarillo y la forma lisa. Las plantas obtenidas y que constituyen la F1 son dihíbridas (AaBb).Estas plantas de la F1 se cruzan entre sí, teniendo en cuenta los gametos que formarán cada una de las plantas y que pueden verse en la figura.
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A continuación se ven las semillas que aparecen y en las proporciones que se indica.
Se puede apreciar que los alelos de los distintos genes se transmiten con independencia unos de otros, ya que en la segunda generación filial F2 aparecen guisantes amarillos y rugosos y otros que son verdes y lisos, combinaciones que no se habían dado ni en la generación parental (P), ni en la filial primera (F1). Asimismo, los resultados obtenidos para cada uno de los caracteres considerados por separado, responden a la segunda ley.
I nterpretación del experimento. Los resultados de los experimentos de la tercera ley refuerzan el concepto de que los genes son independientes entre sí, que no se mezclan ni desaparecen generación tras generación. Para esta interpretación fue providencial la elección de los caracteres, pues estos resultados no se cumplen siempre, sino solamente en el caso de que los dos caracteres a estudiar estén regulados por genes que se encuentran en distintos cromosomas. No se cumple cuando los dos genes considerados se encuentran en un mismo cromosoma, es el caso de los genes ligados.
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V.
CICLO CELULAR
El ciclo celular es un conjunto ordenado de sucesos que conducen al crecimientode la célula y la división en dos células hijas. Las etapas, son G 1-S-G2 y M. El estado G1 quiere decir «GAP 1» (Intervalo 1). El estado S representa la «síntesis», en el que ocurre la replicación del ADN. El estado G 2 representa «GAP 2» (Intervalo 2). El estado M representa «la fase M», y agrupa a la mitosiso meiosis(reparto de material genético nuclear) y la citocinesis (división del citoplasma). Las células que se encuentran en el ciclo celular se denominan «proliferantes» y las que se encuentran en fase G 0 se llaman células «quiescentes».Todas las células se originan únicamente de otra existente con anterioridad. El ciclo celular se inicia en el instante en que aparece una nueva célula, descendiente de otra que se divide, y termina en el momento en que dicha célula, por división subsiguiente, origina dos nuevas células hijas.
FASES DEL CICLO CELULAR Se divide en dos etapas: Fase M e Interfase.
Interfase: Se denomina así al período que transcurre entre dos Fases M o divisiones sucesivas. Se compone de varias etapas:
1.
Fase G1: Esta etapa comprende el ciclo celular desde el final de la división
anterior hasta el comienzo de la siguiente etapa ( Fase S) donde el ADN se replica. Durante esta etapa la célula aumenta de tamaño, expresa su ADN sintetizando proteínas y lleva a cabo sus demás funciones celulares. Al final de esta etapa se encuentra lo que se denomina "Checkpoint" o Punto de restricción, en el cual se comprueba que la célula cumple los requisitos necesarios para pasar a la siguiente fase. Una vez llegados a este punto en la célula, pueden ocurrir 2 cosas, que la célula continúe su ciclo con intención de dividirse (una vez que la célula pasa este punto ha de dividirse) o puede ocurrir también que la célula entre en un estado de "latencia" y se aparte del ciclo, de manera que quedaría en un estado funcional expresando su ADN y realizando funciones de forma indefinida o con posibilidad de retomar el ciclo celular más adelante (Esto depende de cada célula y tejido).
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2.
Fase S: En esta etapa tiene lugar la duplicación/replicación del ADN. El ADN por
medio de mecanismos moleculares duplica el número de cromatidas en ca da cromosoma de manera que ahora tiene el mismo número de cromosomas pero cada cromosoma tiene 2 cromátidas Idénticas (hermanas) que son las que serán segregadas luego a cada célula hija en la división.
3.
Fase G2: Es la última etapa antes de la Fase M. La célula sigue llevando a cabo
sus funciones celulares, y aumenta de tamaño. Al final de esta etapa hay una comprobación del ADN para saber que la célula es apta para dividirse, en caso contrario esta fase se alarga y se intenta arreglar el daño que pueda haber, si lo consigue la célula entrará en Fase M y se dividirá, si no le es inducida la apoptosis o muerte celular programada. En esta fase la célula toma una forma alargada como de frijol.
Fase M: Esta es la etapa en la que se lleva a cabo la división celular en 2 y 4 células, dependiendo de si hablamos de mitosis o meiosis respectivamente.
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MITOSIS
Es el proceso por el cual la célula lleva a cabo la división durante su fase M dando como resultado 2 células hijas con material genético idéntico. Esta división ocurre en muchos organismos unicelulares y en las células somáticas de los organismos pluricelulares. La mitosis tiene 2 eventos, División y Citocinesis. La división a su vez se subdivide en 5 etapas
que
cronológicamente
ordenadas
serían Profase, Pro-
Metafase, Metafase, Anafase y Telofase. A su vez ya está ocurriendo el proceso u evento de citocinesis.
1.
Profase, la célula comienza a perder la envuelta nuclear y el ADN que hay en él
comienza a condensarse para acabar dando lugar a los cromosomas tal o como los conocemos.
2.
Pro-Metafase, Estadio intermedio en el que el núcleo celular ha desaparecido
totalmente y se han condensado los cromosomas que comienzan a ordenarse.
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3.
Metafase, Los cromosomas se han colocado en la placa de división (en el centro
de la célula) todos en línea uno sobre otro. Ahora el Huso mitótico, pequeños micro túbulos, se adhieren al centro de cada cromosoma.
4.
Anafase, En esta fase los microtúbulos tiran del cromosoma separándolo en dos
cromatidas hermanas, dos cromosomas completamente independientes con la misma información el uno respecto al otro, atrayéndolo hacía los polos/extr emos de la célula.
5.
Telofase. Si todo ha ido bien en las etapas anteriores el material genético está
repartido de forma equipáratela. Ahora a través de vesículas disueltas en el citoplasma vuelve a formarse el núcleo, esta vez dos (uno para cada grupo de cromosomas), y los cromosomas en sí vuelve a descompactarse dando lugar a ADN funcional.
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6.
Citocinesis. Comienza ya durante la etapa de Anafase, y se define en células
animales como un anillo de actina que se coloca e n la cara interna de la membrana celular a la altura de la placa de división, y por estrechamiento continuó se va haciendo cada vez más pequeño, estrangulando a la célula que acaba por dar dos células hijas. En Células vegetales en vez de anillo de actina se forma una pequeña red de microtúbulos donde se va acumulando celulosa y material de la pared vegetal que acaba por cerrarse dando lugar a células hijas (en este caso permanecen unas aperturas de comunicación entre las dos células hijas a través de esa pared llamadas plasmodesmos).
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