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BIOLOGÍA CELULAR Y MOLECULAR
Capítulo 1.
10.Introducción
Naturaleza de
al estudio
los genes
deyla
elbiología
genomacelular y molecular
Capítulo 10
10.1
10.2
10.3
10.4
10.5
10.6
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Naturaleza de los genes
y el genoma
Concepto del gen como unidad de la herencia
Cromosomas: portadores físicos de los genes
Naturaleza química de los genes
Estructura del genoma
Estabilidad del genoma
Secuenciación de genomas: las huellas de la
evolución biológica
PERSPECTIVA HUMANA:
Enfermedades que resultan de la expansión de
repeticiones de trinucleótidos
Aplicación de los análisis genómicos a la
medicina
VÍAS EXPERIMENTALES:
Naturaleza química de los genes
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Capítulo 10. Naturaleza de los genes y el genoma
Figura 10.1 Sinopsis de los descubrimientos más importantes de la naturaleza del gen. Cada
uno se analiza en este capítulo.
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Capítulo 10. Naturaleza de los genes y el genoma
Figura 10.2 Sucesos que ocurren después de la fecundación del nematodo Ascaris, tal y como
lo notificaron las investigaciones clásicas del siglo xix. Los gametos masculino y femenino
contienen dos cromosomas. La fusión de los núcleos del esperma y del huevo (llamado
pronúcleo) en el citoplasma del huevo (entre e y f) produce un cigoto que contiene cuatro
cromosomas. El segundo cuerpo polar que se muestra en el apartado a es un producto de la
meiosis previa, como se describe en la sección 14.3. (Imagen tomada de T. Boveri, Jenaische Zeit 22:685,
1888.)
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Capítulo 10. Naturaleza de los genes y el genoma
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Figura 10.3 Cromosomas homólogos.
Esquema de Sutton de los cromosomas
homólogos del saltamontes macho,
vinculados durante la profase meiótica para
formar bivalentes. Se observan once pares
de cromosomas homólogos (a-k) y un
cromosoma X no pareado. (Imagen tomada de W.
S. Sutton, Biol. Bull. 4:24, 1902. Boletín del Biological
Laboratory (Woods Hole, Mass.) Copyright 1902.
Reproducida con permiso del Marine Biological
Laboratory en formato de libro de texto vía copyright
Clearance Center.)
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Capítulo 10. Naturaleza de los genes y el genoma
Figura 10.4 Mosca de la fruta Drosophila melanogaster. Fotografía de una hembra silvestre y
un macho con una mutación que produce ojos blancos. (Cortesía de Stanley J. P. Iyadurai.)
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Capítulo 10. Naturaleza de los genes y el genoma
Figura 10.5 Las moscas de la fruta tienen cuatro pares de cromosomas homólogos, uno de los
cuales es muy pequeño. Los dos cromosomas homólogos diferentes son los que determinan el
sexo. Como en los seres humanos, las moscas de la fruta macho son XY y las hembras XX.
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Capítulo 10. Naturaleza de los genes y el genoma
Figura 10.6 Visualización de los sitios de entrecruzamiento. Los cromosomas humanos se
entrelazan durante la meiosis, como se observa en esta micrografía de las células meióticas de
un lirio. Los puntos en los que se cruzan los homólogos se denominan quiasmas (flechas) y,
como se analiza en el capítulo 14, son los sitios donde ocurre el entrecruzamiento en una etapa
más temprana. (Imagen tomada de A. H. Sparow. Annals of the New York Academy of Sciences, 1508,1951.
Material utilizado con autorización de John Wiley & Sons.)
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Capítulo 10. Naturaleza de los genes y el genoma
Figura 10.7 El entrecruzamiento proporciona el mecanismo para intercambiar alelos entre los
cromosomas materno y paterno. (a) Representación simplificada de un entrecruzamiento sencillo en
un heterocigoto de Drosophila (BbWw) en el cromosoma número 2 y los gametos resultantes. Si
alguno de los gametos entrecruzados participa en la fecundación, la descendencia presentará un
cromosoma con una combinación de alelos que no estaba presente en un solo cromosoma de las
células de los progenitores. (b) Formación bivalente (tétrada) durante la meiosis que muestra tres
posibles intersecciones del entrecruzamiento (quiasmas, indicados con flechas rojas).
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Capítulo 10. Naturaleza de los genes y el genoma
Figura 10.8 Cromosomas gigantes
politénicos de insectos larvarios. (a) Los
cromosomas gigantes politénicos de la
glándula salival de una larva de la mosca de
la fruta muestran varios miles de bandas
distintas teñidas de color oscuro. Éstas se
han identificado como los loci de genes
particulares. El recuadro muestra que los
cromosomas politénicos constan de varias
cadenas individuales de DNA. Las bandas
teñidas sobre los cromosomas corresponden
a los sitios donde el DNA está compactado
de modo más denso. . (a: con autorización
de Andrew Syred/Photo Researchers, Inc.)
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Capítulo 10. Naturaleza de los genes y el genoma
DNA (b: con autorización de Terry D. Allen y Claus
Pelling, J. Cell Science, cubierta del vol. 93 parte 4,
1989; reproducida con autorización de the Company of
Biologists, Ltd.)
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Figura 10.8 Cromosomas gigantes
politénicos de insectos larvarios.
(Continuación) (b) Micrografía electrónica de
barrido de un cromosoma politénico gigante
procedente de una larva de Chironomus que
muestra la expansión de sitios específicos
para formar una “esponja”. Los cromosomas
expandidos son sitios donde se transcribe el
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Capítulo 10. Naturaleza de los genes y el genoma
Figura 10.9 Estructura química del DNA. (a)
Modelo de un nucleótido de DNA que
contiene la base timina; la molécula es 5’monofosfato de desoxitimidina (dTMP). La
jaula similar a una red representa la
densidad electrónica de los átomos que
forman la molécula. (b) Estructura química
de un nucleótido de DNA que contiene la
base adenosina; la molécula es 5’monofosfato de desoxiadenosina (dAMP).
Un nucleótido se compone de un nucleósido
unido a un fosfato; la porción del nucleósido
de la molécula (p. ej., desoxiadenosina) está
encerrada por la línea punteada. (a: imagen
tomada de Arnon Lavie et al., Nature Str. Biol.
1997;4:604; 1997. Reimpresa con autorización de
Macmillan Publishers Limited.)
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Figura 10.9 Estructura química del DNA.
(Continuación) (c) Estructura química de un
pequeño segmento de una cadena sencilla
de DNA que muestra los cuatro nucleótidos.
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Capítulo 10. Naturaleza de los genes y el genoma
Figura 10.10 La doble hélice. (a) Representación esquemática de la doble hélice del DNA. (b)
Modelo de espacios llenos de la forma B del DNA. (b: cortesía de Nelson Max, Lawrence Livermore,
National Laboratory y el Department of Energy.
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Capítulo 10. Naturaleza de los genes y el genoma
Figura 10.10 La doble hélice. (Continuación) (c) Pares de bases de Watson y Crick. El modelo original
mostraba tanto el par A-T como el G-C con dos enlaces de hidrógeno; el tercer enlace de hidrógeno en
el par G-C fue identificado después por Linus Pauling. (d) Micrografía electrónica de un DNA liberado
de la cabeza de un bacteriófago T2. Esta molécula de DNA lineal (nótense los dos extremos libres)
mide 68 m de longitud, es cerca de 60 veces más larga que la cabeza del fago en la cual está
contenida. (c: figura 28.6 de la página 854 de Voet & Voet, Biochemistry, 2E: copyright 1995, John Wiley & Sons, Inc.
Material reproducido con autorización de John Wiley & Sons, Inc.; d: con autorización de A. K. Kleinschmidt. et al.,
Biochim Biophys. Acta 691;861, 1962 y de Elsevier.)
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Capítulo 10. Naturaleza de los genes y el genoma
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Figura 10.11 Tres funciones necesarias del
material genético. (a) El DNA debe contener
la información que codifica las características
hereditarias. (b) El DNA debe reunir la
información que dirige su propia duplicación.
(c) El DNA debe alojar la información que
dirige el ensamble de proteínas específicas.
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Capítulo 10. Naturaleza de los genes y el genoma
Figura 10.12 DNA superenrollado. ( a, b)
Micrografías electrónicas que muestran
diferencias de conformación entre una
molécula circular relajada de un fago de DNA
(a) y el mismo tipo de molécula en un estado
superenrollado (b). (c) Cuando una mezcla
de moléculas de DNA SV40, relajadas o
superenrolladas, se somete a electroforesis
en gel, la forma superenrollada del DNA
altamente compactado (en la base del gel) se
mueve con mucha mayor rapidez que la
forma relajada. Las moléculas de DNA se
visualizan por tinción del gel con bromuro de
etidio, una molécula fluorescente que se
inserta en la doble hélice. (a y b: cortesía de
James C. Wang; c: tomada de Walter Keller, Proc. Nat’l.
Acad. Sci. USA 72:2553, 1975.)
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Capítulo 10. Naturaleza de los genes y el genoma
Figura 10.13 DNA desenrollado. La molécula del DNA de la izquierda está desenrollada; es
decir, tiene un promedio de 10 pares de bases por vuelta de hélice. Una molécula desenrollada
de manera espontánea asume una conformación superenrollada negativa, como se muestra a
la derecha.
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Capítulo 10. Naturaleza de los genes y el genoma
Figura 10.14 DNA topoisomerasa. (a) Modelo que ilustra la acción de la topoisomerasa I
humana. La enzima (amarilla) ha cortado una de las cadenas de DNA (paso 1), la cual gira
alrededor del enlace fosfodiéster en la cadena intacta. La cadena cortada vuelve entonces otra
vez a resellarse. (Nota: el dibujo muestra una topoisomerasa de tipo IB; las enzimas de tipo IA
encontradas en bacterias actúan por un mecanismo diferente.) (a: imagen reimpresa con autorización
de Macmillan Publishers Ltd: D. A. Koster et al., Nature 434:671, 2005; copyright 2005.)
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Capítulo 10. Naturaleza de los genes y el genoma
Figura 10.14 DNA topoisomerasa.
(Continuación) (b) Este modelo molecular
basado en cristalografía de rayos X muestra la
acción de la topoisomerasa II, una enzima
dimérica formada por dos mitades idénticas.
En el paso 1, la enzima se unió al segmento GDNA, llamado así porque forma la compuerta
(Gate) a través de la cual pasará el segmento
T-DNA (o DNA transportado). En el paso 2, la
enzima dimérica hidrolizó dos moléculas de
ATP y presentó un cambio de conformación al
acercarse los dos dominios de ATPasa. En el
paso 3 se separó el segmento G, y el
segmento T pasó a través de la “compuerta”
abierta. En esta fase, los extremos “nítidos o
segmentados” del segmento G están unidos
por enlaces covalentes a la enzima. En el paso
4 se reúnen de nuevo los dos extremos del
segmento G y el segmento T sale a través de
la compuerta C. (b: Imagen reimpresa con
autorización de Macmillan Publishers Ltd: J. M. Berger
et al., Nature 388:231, 1997; copyright 1997.)
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Capítulo 10. Naturaleza de los genes y el genoma
Figura 10.14 DNA topoisomerasa. (Continuación) (c) Tipos de reacciones que catalizan las
topoisomerasas. La parte 1 ilustra las reacciones de superenrollamiento y relajación; la parte 2
las reacciones de anudación y desanudación; la parte 3 las reacciones de formación de cadenas
y desconcatenación. (d) Micrografía electrónica de un par de moléculas de DNA circulares
interconectadas (concatenadas). Las moléculas de este tipo se acumulan en bacterias que
carecen de una topoisomerasa específica. (d: imagen tomada de Nicholas Cozzarelli, Cell Vol. 71, portada #2,
1992; con autorización de Elsevier.)
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Capítulo 10. Naturaleza de los genes y el genoma
Figura 10.15 Desnaturalización térmica del DNA. Se muestra una curva de desnaturalización
térmica para el DNA del bacteriófago T6 nativo en 0.3 M de citrato de sodio. La separación de
las cadenas del DNA ocurre en límites muy estrechos de temperatura, en particular en los DNA
simples de virus pequeños. La temperatura que corresponde a la mitad del incremento de la
absorbancia se denomina Tm. (Imagen tomada de J. Marmur y P. Doty, J. Mol. Biol. 3:593, 1961; © 1961.
Journal of Molecular Biology by Academic Press. Imagen reproducida con autorización de Academic Press en formato
de libro de texto por copyright Clearance Center.)
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Capítulo 10. Naturaleza de los genes y el genoma
Figura 10.16 La cinética de la renaturalización de los DNA virales y bacteriano. Las curvas muestran la renaturalización
de cadenas seccionadas de DNA de dos virus (MS-2 y T4) y una bacteria (E. coli). (La formación de DNA de cadena doble
se grafica contra C0t, que es un término que combina dos variables: la concentración inicial de DNA (C0) y el tiempo de
incubación (t). Una solución con elevada concentración de DNA incubado por breve tiempo tiene la misma C0t, que una
de baja concentración incubada en un lapso mayor; ambas muestran el mismo porcentaje de DNA renaturalizado.) El
tamaño del genoma, es decir, el número de pares de bases de nucleótidos presentes en una copia de toda la información
genética del organismo, se indica con las flechas cerca de la escala numérica superior. La forma de cada curva de
renaturalización es muy simple y muestra una sola pendiente. Sin embargo, el tiempo de renaturalización es muy
diferente y depende de la concentración de fragmentos complementarios, que a su vez dependen del tamaño del
genoma. Cuanto más grande sea éste, menor es la concentración de fragmentos complementarios en la solución y mayor
el tiempo necesario para concluir la renaturalización.
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Capítulo 10. Naturaleza de los genes y el genoma
Figura 10.17 Gráfica idealizada de la cinética de la renaturalización del DNA eucariota.
Cuando se permite que el DNA de cadena simple se reúna, pueden distinguirse casi siempre
tres clases distintas de fragmentos, reconocibles por la repetición de sus secuencias dentro del
genoma: fracción de DNA muy repetida, fracción de DNA moderadamente repetida y fracción
de DNA no repetida (copias únicas). (Nota: ésta es una gráfica idealizada: las tres clases de
secuencias no están separadas con claridad en una curva de renaturalización real.)
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Capítulo 10. Naturaleza de los genes y el genoma
Figura 10.18 Identificación genética. En esta técnica, que se
emplea de forma amplia para determinar la identidad de un
individuo a partir de la muestra, el DNA se digiere mediante
tratamiento con nucleasas específicas (llamadas endonucleasas de
restricción, descritas en la sección 18.12) y los fragmentos de DNA
se separan mediante electroforesis en gel, con base en su tamaño.
La localización de los fragmentos de DNA en el gel que contienen
secuencias específicas de DNA se determina con sondas marcadas
de secuencias complementarias a las que se buscan. Los
fragmentos de DNA que se unen a estas sondas varían en longitud
de una persona a otra debido a la presencia de números variables
de repeticiones en tándem cortas (STR) en el genoma. Los
laboratorios de medicina forense analizan alrededor de 13 loci de
STR que se sabe que son altamente polimórficos. La probabilidad de
que dos individuos puedan tener STR idénticas en este locus es
astronómicamente pequeña. Los perfiles de DNA que se muestran
en esta figura se emplearon en un caso criminal en el cual el
presunto culpable enfrentó la acusación de apuñalar y dar muerte a
una joven mujer. Las manchas de sangre en los pantalones y la
camisa del acusado se compararon con muestras estándar
conocidas de sangre de la víctima y el acusado. El DNA de las
manchas de sangre encontradas en la ropa del presunto asesino no
coincidió con sus propias muestras sanguíneas, pero sí con las de la
víctima. Los carriles 1, 2, 3, 9 y 10 son muestras testigo de DNA que
sirven como puntos de control de calidad; el carril 4 tiene DNA de la
sangre del acusado [A]; en el pozo 5 se agregó DNA de las manchas
de sangre de los pantalones del acusado; los carriles 6 y 7
contienen DNA de las manchas de sangre de la camisa del acusado;
y en el pozo 8 se agregó DNA de la sangre de la víctima [V]. Con la
aparición de técnicas de amplificación (p. ej., PCR) pueden ser
utilizadas muestras minúsculas de DNA para estos estudios.
(Cortesía de Orchid Cellmark, Princeton, New Jersey.)
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Capítulo 10. Naturaleza de los genes y el genoma
Figura 10.19 Hibridación fluorescente in situ y localización de DNA satélite. (a) Pasos para
llevar a cabo la hibridación fluorescente in situ. En esta técnica, ciertos nucleótidos de la sonda
de DNA se unen con enlaces covalentes a una pequeña molécula orgánica, casi siempre biotina.
Después de la hibridación, la localización del DNA marcado con dicha molécula unida puede
visualizarse al tratar la preparación con avidina fluorescente, una proteína que se une a la
biotina con una gran afinidad. Los cromosomas en estas preparaciones suelen aparecer en rojo
debido a que se han contrateñido con yoduro de propidio.
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Capítulo 10. Naturaleza de los genes y el genoma
Figura 10.19 Hibridación fluorescente in situ y localización de DNA satélite. (Continuación) (b)
Localización de DNA satélite en el centrómero de los cromosomas humanos. La ubicación del
DNA satélite marcado con biotina se revela por la fluorescencia amarilla, la cual contrasta con el
fondo rojo de los cromosomas. La fluorescencia aparece sólo en el sitio donde está constreñido
cada cromosoma, lo cual señala la localización del centrómero. (b: tomada de Huntington F. Willard,
Trends Genet. 6:414, 1990, con autorización de Elsevier.)
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Capítulo 10. Naturaleza de los genes y el genoma
Perspectiva Humana Figura 1 Secuencias trinucleotídicas repetidas y enfermedades en seres
humanos. La línea superior muestra un gen generalizado que se transcribe en un mRNA con varias
porciones distintas, incluida una porción 5’ no codificadora llamada región no traducida 5’ (5’ UTR, 5’
untranslated region), un exón codificador que transporta información para la secuencia de
aminoácidos del polipéptido, y una porción 3’ no codificadora (3’ UTR). Los intrones en el DNA (fig.
11.29) no se representan en el mRNA maduro. La localización general de los trinucleótidos causantes
de cada una de las cuatro diferentes enfermedades (síndrome de cromosoma X frágil, ataxia de
Friedreich, enfermedad de Huntington y distrofia miotónica) se indican por la localización de cada
pirámide. También aparece el número de repeticiones causantes de los estados, normal (rojo), de
portador (naranja) y de enfermedad (amarillo) de cada trastorno en el gen. Los genes que ocasionan
las anomalías tipo I, como la HD, no exhiben el estado intermedio de “portador” en el cual un
individuo posee un alelo inestable pero no está afectado. (Imagen reimpresa con permiso de Macmillan
Publishers Ltd: J-L Mandel, Nature 386:768, 1997; copyright 1997.)
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Capítulo 10. Naturaleza de los genes y el genoma
Figura 10.20 Localización cromosómica de una secuencia de DNA no repetida. Estos
cromosomas mitóticos se prepararon a partir de una célula de ratón en división y se incubaron
con una solución purificada de DNA, marcada con biotina, que codifica a una de las proteínas
de laminina nuclear (laminina B2), que a su vez es codificada por un gen no repetido. La
localización del DNA marcado aparece con puntos brillantes. El gen de laminina está presente
en los homólogos del cromosoma 10. Cada uno de ellos contiene dos copias del gen debido a
que el DNA se replicó antes de que las células entraran en mitosis. (Imagen tomada de Monika Zewe et
al., cortesía de Werner Franke, Eur. J. Cell Biol. 56:349, 1991. con autorización de Elsevier.)
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Capítulo 10. Naturaleza de los genes y el genoma
Figura 10.21 Una muestra de cultivos agrícolas que son poliploides. En la fotografía se
muestra aceite de semilla de colza, pan de trigo, cuerda de sisal, granos de café, plátanos,
algodón, papas y maíz. (Imagen tomada de A. R. Leitch e I. J. Leitch, Science 320:481, 2008;
copyright © 2008, reimpresa con autorización de AAAS.)
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Capítulo 10. Naturaleza de los genes y el genoma
Figura 10.22 El entrecruzamiento desigual entre los genes duplicados suministra un
mecanismo para generar cambios en el número de genes. (a) El estado inicial mostrado tiene
dos genes relacionados (1 y 2). En un individuo diploide, el gen 1 de un homólogo se puede
alinear con el gen 2 del otro homólogo durante la meiosis. Si ocurre entrecruzamiento durante
esta mala alineación, la mitad de los gametos pierde un gen 2 y la otra adquiere un gen 2
adicional. (b) Conforme el entrecruzamiento desigual continúa durante las divisiones meióticas
en generaciones subsecuentes, evoluciona de modo gradual una secuencia de ordenamientos
de DNA repetidos en tándem.
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Capítulo 10. Naturaleza de los genes y el genoma
Figura 10.23 Una vía para la evolución de
los genes de la globina. Los exones se
muestran en verde y los intrones en café. Los
pasos evolutivos se señalan en el diagrama y
se analizan en el texto. Los ordenamientos
de los genes de las globinas α y β de los
cromosomas humanos 16 y 11 (mostrados
en azul sin sus intrones en el paso 7) son los
productos de varios cientos de millones de
años de evolución. Como se discute en el
capítulo 2, la molécula de hemoglobina
posee dos pares de cadenas polipeptídicas,
uno de ellos es siempre un miembro de una
subfamilia de la globina α y el otro par es
siempre un miembro de una subfamilia de la
globina β. Las combinaciones específicas de
globinas α y β se hallan en diferentes
estados del desarrollo. Las cadenas de dichas
globinas observadas en la hemoglobina de
fetos, embriones y adultos se indican en la
figura.
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Capítulo 10. Naturaleza de los genes y el genoma
Figura 10.24 Manifestaciones visibles de la transposición en el maíz. De manera característica,
los granos de maíz tienen un color uniforme. Los puntos de este grano son resultado de la
mutación de un gen que codifica una enzima implicada en la producción de pigmentos. Las
mutaciones de este tipo pueden ser muy inestables y se originan o desaparecen durante el
periodo de desarrollo de un solo grano. Estas mutaciones inestables aparecen y desaparecen
como resultado del movimiento de elementos transponibles dentro y fuera de estos genes
durante el periodo de desarrollo. (Cortesía de Venkatesan Sundaresan, Cold Spring Harbor Laboratory.)
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Capítulo 10. Naturaleza de los genes y el genoma
Figura 10.25 Transposición de un
transposón bacteriano por un mecanismo
de “corte e inserción”. Como se señala en el
texto, los dos extremos del transposón
bacteriano Tn5 están flanqueados por
secuencias repetidas (segmentos de color
naranja). Los dos extremos quedan en íntima
cercanía con la dimerización de un par de
subunidades de la transposasa (esferas
naranjas). Ambas cadenas de la doble hélice
se cortan en cada extremo, lo cual escinde al
transposón como parte del complejo con
una transposasa. Un DNA blanco “captura” al
complejo transposón-transposasa y el
transposón se inserta de esta manera para
producir una pequeña duplicación que
flanquea el elemento transpuesto. (Nota: no
todos los transposones de DNA se mueven
por este mecanismo.) (Imagen tomada de D. R.
Davies et al., Science 289:77, 2000; © 2000, reimpresa
con permiso de AAAS.)
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Figura 10.26 Vías esquemáticas en el movimiento de los elementos transponibles. (a) Los
transposones de DNA se mueven por medio de una vía de corte e inserción, cuyo mecanismo
se demuestra en la figura 10.25. Alrededor de 3% del genoma humano consiste en
transposones de DNA, ninguno de los cuales es capaz de experimentar transposición (es decir,
todos son reliquias del genoma como resultado de la actividad ancestral).
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Figura 10.26 Vías esquemáticas en el movimiento de los elementos transponibles.
(Continuación) (b) Los retrotransposones se mueven por medio de una vía de copiado e
inserción. Los pasos incluidos en la retrotransposición suceden en el núcleo y el citoplasma y
requieren numerosas proteínas, incluidas las del hospedador. Más de 40% del genoma humano
está formado por retrotransposones, pero sólo algunos de éstos (p. ej., de 40 a 100) son
capaces quizá de sufrir transposición. Se conoce más de un mecanismo de retrotransposición.
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Capítulo 10. Naturaleza de los genes y el genoma
Figura 10.27 Comparaciones de genomas. Entre las
células eucariotas cuyos genomas ya se conocen, el
número de genes codificadores de proteínas (barras
azules) varía desde unos 6 200 en la levadura hasta 57
000 en las manzanas; se cree que los vertebrados tienen
alrededor de 20 000. (El gran número de genes en la
manzana refleja una duplicación relativamente reciente
del genoma en su totalidad.) Un dato muy interesante
es que los incrementos manifiestos en la complejidad
de los organismos no se reflejan en aumentos
impresionantes en el número de genes. Por ejemplo, no
se acompañan de cambios importantes en el número de
genes que codifican proteínas, fenómenos como: (1) la
transición de eucariotas unicelulares, como las
Chlamydomonas, a animales multicelulares más
sencillos como las esponjas, ni (2) la transición de
invertebrados a vertebrados. Aunque el número de
genes codificadores de proteínas varía poco entre las
células eucariotas, la cantidad de DNA en un genoma
(barras rojas) cambia mucho, alcanza valores de 90 000
millones de pares de bases en algunas salamandras (se
desconoce el número real de genes de estos anfibios).
Mbp = millones de pares de bases (million base pairs).
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Figura 10.28 Duplicación del gen de amilasa durante la
evolución humana. En los resultados mostrados, un par
de cromosomas homólogos de un chimpancé (a) o un
humano (b) se hibridaron con sondas de color rojo y
verde que se unen a distintas porciones del gen AMY1.
Éste codifica la enzima amilasa salival, que digiere el
almidón. El número de copias del gen AMY1 en cada
cromosoma se revela por el número de veces que se
repiten las sondas fluorescentes. El chimpancé tiene
una copia del gen AMY1 en cada cromosoma (o sea,
una copia por genoma), mientras que los seres
humanos tienen varias copias. El número de copias varía
en el genoma humano, como se ilustra aquí por el
hecho de que uno de los dos cromosomas homólogos
de este individuo tiene 4 copias del gen y el otro posee
10. Este es un ejemplo de una variación en el número de
copias (pág. 417). Además, el número de copias del gen
AMY1 en los genomas de una población humana
determinada tiende a relacionarse con la cantidad de
almidón en la dieta de sus integrantes. Esta correlación
sugiere que el número de copias del gen AMY1 ha
cambiado con la selección natural. (Imagen reimpresa
de George H. Perry et al. Cortesía de Nathaniel J.
Dominy, Nature Gen. 39:1257, 2007; reimpresa con
autorización de Macmillan Publishers Ltd.)
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Capítulo 10. Naturaleza de los genes y el genoma
Figura 10.29 Variantes estructurales. (a)
Representación esquemática de los principales
tipos de polimorfismos genómicos que
involucran un segmento significativo de un
cromosoma (p. ej., miles de pares de bases). La
mayor parte de estos polimorfismos es
demasiado pequeña para detectarse en el
examen microscópico de cromosomas, pero se
identifica con facilidad cuando se determina el
número o la ubicación cromosómica (o ambas
cosas) de genes individuales. (b) A la izquierda
está un cromosoma humano 9 normal y a la
derecha un homólogo que contiene una gran
inversión que incluye el centrómero del
cromosoma (flecha). La inversión, que es
claramente visible al microscopio, se encuentra
en 1 a 3% de la población. (b: imagen reimpresa con
autorización de C. Lee, Nature Gen. 37:661, 2005;
reimpresa con autorización de Macmillan Publishers Ltd.)
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Capítulo 10. Naturaleza de los genes y el genoma
Perspectiva Humana Figura 1 El genoma se divide en bloques (haplotipos). La línea superior muestra un segmento
hipotético de DNA que contiene varios SNP (cada uno de ellos se indica con un círculo negro). Este segmento particular
consiste en cinco haplotipos separados por cortas secuencias de DNA muy variables. Cada haplotipo ocurre como un
pequeño número de variantes. De los mostrados aquí existen de tres a seis variantes. Cada una de ellas se caracteriza
por un grupo específico de SNP, indicado por los círculos de color. Todos los SNP de una variante de un haplotipo
particular están dibujados en el mismo color para indicar que se heredaron como un grupo y que se encuentran juntos
en diferentes miembros de la población. Cada persona representada en la parte inferior de la ilustración tiene una
combinación específica de haplotipos en sus dos cromosomas. Algunas variantes de haplotipos se encuentran en
diferentes grupos étnicos y otras poseen una distribución mucho más limitada.
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Capítulo 10. Naturaleza de los genes y el genoma
Vías Experimentales Figura 1 A la derecha se observan colonias coalescentes formadas por
neumococos virulentos de tipo S y a la izquierda colonias pequeñas con neumococos no
virulentos de tipo R. Como se describe más adelante, las células de estas colonias S en
particular son el resultado de la transformación de bacterias R por DNA de los neumococos del
tipo S muertos por calor. (Imagen tomada de O. T. Avery, C. M. Macleod y M. Mccarty, J. Exp. Med. 79:153; 1944.
Reproducida con autorización de the Rockefeller University Press.)
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Capítulo 10. Naturaleza de los genes y el genoma
Vías Experimentales Figura 2 Esquema del experimento que llevó a cabo Griffith cuando
descubrió la transformación bacteriana.
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Vías Experimentales Figura 3 Micrografía electrónica de una célula bacteriana infectada por
bacteriófagos T4. Se observa cada fago unido por medio de sus fibras de la cola a la superficie
externa de la célula bacteriana, mientras que las cabezas de fagos apenas formados se
ensamblan en el citoplasma de la célula hospedadora. (Lee D. Simon/Photo Researchers, Inc.)
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Vías Experimentales Figura 4 Experimento de Hershey-Chase que muestra que las células
bacterianas infectadas con DNA de fago marcado con P32 (moléculas de DNA en rojo) se
etiquetan de forma radiactiva y producen progenie de fagos marcada. En cambio, las células
bacterianas infectadas con fagos que contienen proteína marcada con S35 (cubiertas de fago
rojas) no se marcan de manera radiactiva y producen sólo progenie sin marcas radiactivas.