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• Sadit Chauca Vela

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ESCUELA ACADÉMICO PROFESIONAL DE MEDICINA HUMANA

Curso: Biología Celular y Molecular

PRÁCTICA N° 7 CARIOTIPO HUMANO – CODIGO GENETICO

I. MARCO TEÓRICO Cromosomas. Portadores de la mayor parte del material genético, condicionan la organización de la vida y las características hereditarias de cada especie. Gen: Segmento de ADN, unidad hereditaria básica. Locus: en el cromosoma, sitio en donde se encuentra cada gen (plural: loci)

La información que determina los rasgos heredados se encuentra en los genes, y estos se encuentran en los cromosomas. Los cromosomas se encuentran en pares, por lo tanto los genes también.

Los cromosomas de cada especie poseen una serie de características, como número, forma, tamaño, posición del centrómero y las bandas que presentan al teñirse. En humanos: 22 pares de autosómicos, iguales en ambos sexos. 1 par de cromosomas sexuales o heterosomas: XX en la mujer, XY en el hombre.

CARIOTIPO Conjunto o complemento de cromosomas de una determinada especie, en el que se describe el número, forma y tamaño de los mismos. El cariotipo es constante en todas las células de un individuo y en los individuos de cada especie, y se perpetúa normalmente en la progenie. Para citar el cariotipo de un individuo se indica primero el número total de cromosomas y seguidamente los componentes del par sexual precedido de una coma. Así, el cariotipo normal de un varón se escribe 46,XY y el de una mujer 46,XX. Cariograma o mapa citogenético: Representación gráfica (fotografías o dibujos esquemáticos) de los cromosomas de una célula metafásica. (En muchos casos, se asume cariograma como sinónimo de cariotipo).

IDIOGRAMA: representación esquemática del cariotipo: tamaño, forma y patrón de bandas de todo el complemento cromosómico. Los cromosomas se sitúan alineados por el centrómero, y con el brazo largo siempre hacia abajo.

Los cromosomas se ordenan de acuerdo a su tamaño, morfología (forma, localización del centrómero, presencia de satélites, etc.), y mostrando el patrón de bandas de todo el complemento cromosómico.

Grupo

Cromosomas

Tipo, según posición del centrómero

A

1–3

1 y 3 metacéntricos; 2 submetacéntrico.

Muy grandes

B

4–5

Submetacéntricos.

Grandes

C

6 - 12, X

Submetacéntricos.

Medianos

D

13 – 15

Acrocéntricos con satélites.

Medianos

E

16 – 18

Metacéntrico el 16 y submetacéntricos 17 y 18.

Pequeños

F

19 – 20

Metacéntricos.

Pequeños

G

21 - 22, Y

Acrocéntricos, (21 y 22 con satélites).

Muy pequeños

(Sistema Internacional de Nomenclatura para Citogenética Humana. ISCN)

Tamaño

Por acuerdo, los cromosomas sexuales X e Y se separan de sus grupos correspondientes y se ponen juntos aparte al final del cariotipo

Cariotipo humano normal

Mujer 22 autosomas + XX Hombre 22 autosomas + XY

PRUEBA DE CARIOTIPO (prueba genética, prueba cromosómica, estudio cromosómico, análisis citogenético) Examen del número, tamaño, y forma de los cromosomas de un individuo. Se aplica para:

- Detectar anomalías genéticas, sean numéricas y/o estructurales, en el feto, en un recién nacido y/o niño pequeño. - Examinar a un bebé mortinato (que murió al final del embarazo o en el parto) para ver si algún defecto cromosómico causa su muerte. - Averiguar si un defecto cromosómico está relacionado con problemas de embarazo en una mujer. - Saber si un trastorno genético podría transmitirse a sus hijos. - Diagnosticar y/o hacer un plan de tratamiento para ciertos tipos de cáncer y algunos problemas de la sangre: leucemia, linfoma, mieloma, algún tipo de anemia.

De qué células se obtiene la muestra:  En pruebas prenatales: - Del líquido amniótico (amniocentesis): entre semanas 15 y 20 de embarazo. - De las células de las vellosidades coriónicas de la placenta (CVS, por sus siglas en inglés): a través del cuello uterino ó del abdomen, entre semana 10 y 13 de embarazo.  En pruebas no prenatales: - De linfocitos de sangre periférica. - Extracción de líquido y células de la médula ósea, mediante aspirador medular y biopsia. Durante evaluaciones o tratamiento por algún tipo de cáncer o enfermedad de la sangre.

Procedimiento básico a. Incubar las células - para estimular su mitosis. b. Agregar colchicina (detiene la mitosis en metafase *, al inhibir el huso acromático). c. Colocar en medio hipotónico: por osmosis -> plasmólisis, lo que permite la dispersión de los cromosomas en la solución. d. Fijar y teñir.

* En la actualidad hay diversas técnicas que también permiten obtener una mayor resolución al observar los cromosomas en pro- y prometafase.

e. Fotografiar y recortar cada cromosoma de la foto. f. Armar el cariotipo ubicando los cromosomas en pares, según su forma y tamaño.

Bandeo cromosómico Los cromosomas mitóticos vistos con el microscopio óptico no pueden diferenciarse claramente considerando sólo sus tamaños relativos o por la posición del centrómero. Las técnicas citológicas para tinción de los cromosomas permiten ver bandas transversales (oscuras y claras) a la largo de los mismos, que corresponden a distintos tipos de cromatina. En una especie dada, estas variantes de la cromatina presentan un tamaño y disposición constante.

Cariotipo humano con bandeado 22 autosomas Cromosoma X e Y p= brazo corto q= brazo largo Color rojo= heterocromatina constitutiva. Cromosomas 13, 14, 15, 21 y 22 contienen satélites y constricciones secundarias

Cariotipo y anomalías cromosómicas

La mayoría de anomalías ocurren en el óvulo o el espermatozoide, por lo que estarán presentes en cada una de las células del cuerpo. Algunas anomalías suceden después de la concepción; en este caso, algunas células tienen la anomalía y otras no. Las anomalías cromosómicas pueden heredarse de uno de los padres (tal como una translocación) o ser "de novo" (nueva al individuo). Anomalías numéricas

Anomalías estructurales

Variación en # de juegos Variación en # de genes: cromosómicos (haploidia, Deleción, inversión, translocación, duplicación, poliploidia), y en # de anillo cromosomas (aneuploidia).

Pueden puede ocasionar El tipo y el grado de afectación varía entre problemas del desarrollo y de personas, incluso aunque se esté hablando de la salud. misma alteración cromosómica. Los portadores suelen tener problemas de reproducción.

Simbología citogenética 1-22 : # cromosomas X: cromosoma X Y: cromosoma Y p: brazo corto q: brazo largo +21: crom. 21 adicional. 13p+: duplicación parcial de una región. i: isocromosoma r: cromosoma de anillo

Fórmulas cariotípicas

-21: crom. 21 de menos. /: Presencia de un mosaico. del: deleción Ej. 5p- =Pérdida brazo p del cromosoma 5. Dup: duplicación S: satélite T: translocación Inv: inversión

46 , XX

♀ normal

46 , XY

♂ normal

45 , X0

Síndrome de Turner

47 , XXY

Síndrome de Klinefelter

47 , XX , +21

Síndrome de Down

46 , XX / 47 , XX , +21

Mosaico (Síndrome de Down)

46 , XX , 5p-

Síndrome Cri-du-chat

47 , XY , +13

Síndrome de Patau

47 , XY , +18

Síndrome de Edwards

46, XY, -13, +T (13q . 21q)

Translocación (Síndrome Down)

Anomalías frecuentes Síndrome

Fórmula cariotípica

S. de Down

47 , XX , +21

S. de Edwards

47 , XY , +18

S. de Patau S. de Turner S. de Klinefelter

47 , XY , +13

45 , X0

47 , XXY

Tipo de anomalía

Cromosoma afectado

Características

Frecuencia

21

Cráneo ancho y corto. Retraso mental leve o moderado

1/700

Trisomía

18

Retraso mental grave. Alta mortalidad: 85% antes de 2 años

1/10.000

Trisomía

13

Retraso mental grave. Alta mortalidad en el primer año.

1/20.000

Cromosomas sexuales XO

Sexo femenino, estéril. Leve retraso mental. Problemas óseos.

1/10.000 niñas

XXY

Sexo masculino, estéril. Gran talla, retraso mental leve.

1/1000 niños

Trisomía

Monosomía Trisomía

II. OBJETIVOS

Al finalizar la sesión de práctica, el alumno es capaz de analizar e identificar, en un cariotipo humano, las anomalías cromosómicas, numéricas y estructurales, que son causas de varias enfermedades y síndromes congénitos.

III. MATERIAL

Tijeras Pegamento (goma) Regla 3 Hojas base para armado de idiograma Fotocopias de juegos de cromosomas (pacientes B-D). Computadora y acceso a internet. Cámara fotográfica (o del celular)

IV. PROCEDIMIENTO  Cariotipo genético https://www.youtube.com/watch?v=-adNIvPT2XE  Citogenética https://www.youtube.com/watch?v=vpMD-F9jVAE

ACTIVIDAD 1. Diagnóstico de cariotipo humano.

Elabore un diagnóstico del cariotipo del paciente A Sexo del individuo: Condición del cariotipo (con/sin anomalía, estructural ó numérica, y localización de la anomalía):

Paciente A

ACTIVIDAD 2. Elaboración de idiogramas e identificación de anomalías. a) Recorte los cromosomas de los pacientes B, C y D (Figuras 2-4), elabore los respectivos idiogramas, por separado, sobre una hoja base. b) Para cada caso, realice el diagnóstico correspondiente: Sexo del individuo. Tipo y nombre de la(s) anomalía(s) identificada(s). Características (morfo/fisiológicas) del individuo afectado. Heredabilidad de la anomalía.

Hoja base para armado del idiograma

Paciente B

Paciente C

Paciente D

ACTIVIDAD 3. Elaboración de idiograma, e identificación de anomalías. a) Ingresar al link

http://www.biologia.arizona.edu/human/act/karyotyping/ karyotyping2.html b) Completar los cariotipos de los 3 casos (pacientes), y fotografíarlos inmediatamente (por separado). c) Para cada caso, interprete el cariotipo y elabore un diagnóstico: sexo del paciente, ubicación (cromosoma) y tipo de la anomalía (estructural, numérica).

V. RESULTADOS Presente sus resultados ordenadamente: cariotipos, fotografías, idiograma, y diagnósticos. Incluya también el desarrollo del siguiente cuestionario.

VI. CUESTIONARIO 1. ¿Para qué se usan las pruebas de cariotipo? 2. ¿De qué células se realiza el cariotipo fetal en embarazos de alto riesgo genético? ¿En qué tiempo de embarazo? 3. ¿Hay algún riesgo en realizarse el cariotipo? ¿En quiénes? 4. Investigue las anomalías cromosómicas mitóticas asociadas al cáncer, e indique brevemente de qué tipo son.

VII. REFERENCIAS BIBLIOGRÁFICAS Y LINKOGRAFÍAS • •

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ALIANZA GENÉTICA. Una guía para entender la genética y la salud Genetic Alliance www.geneticalliance.org › sites s/f ESPARZA-GARCÍA,E.; CÁRDENAS-CONEJO,A.; HUICOCHEAMONTIEL, J.; ARÁUJO-SOLÍS, MARÍA A. Cromosomas, cromosomopatías y su diagnóstico. Revista Mexicana de Pediatría 84(1): 30-39. www.medigraphic.org.mx 2017. KLUG, W. S., CUMMINGS, M. R. y SPENCER, C. A.: Conceptos de Genética. Prentice Hall, 10.ª ed., 2013. LODISH, H. F., BERK, A., MATSUDAIRA, P., KAISER, M., KRIEGER, M., SCOTT, M. P., ZIPURSKY, S. L. y DARNELL, J. E.: Biología Celular y Molecular. 7a ed. Editorial Médica Panamericana. 2016. https://brainly.lat/tarea/10794897#readmore https://www.genome.gov/es/genetics-glossary

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Curso: Biología Celular y Molecular

CODIGO GENETICO Docente: Fecha: 00/00/2020

CODIGO GENÉTICO

Serie de codones en un segmento de ARN. Cada codón se compone de tres nucleótidos que codifican un aminoácido específico

Es el conjunto de normas por las que la información codificada en el material genético (secuencias de ADN o ARN): – Se traduce en proteínas (secuencias de aminoácidos) en las células vivas. • El código define la relación entre: – Secuencias de tres nucleótidos, llamadas codones, y – Aminoácidos. • Un codón se corresponde con un aminoácido específico.

CODIGO GENÉTICO La secuencia del material genético se compone de 4 bases nitrogenadas distintas, – Que tienen una función equivalente a letras en el código genético: • Adenina (A), Timina (T), Guanina (G) y Citosina (C) en el ADN, y • Adenina, Uracilo (U), Guanina y Citosina en el ARN.

CARACTERÍSTICAS DEL CÓDIGO GENÉTICO

• •

• •

Está organizado en tripletes o codones: Cada aminoácido está determinado por 3 nucleótidos. Como existen 4 ribonucleótidos diferentes (U, C, A y G), – Hay 43 = 64 tripletes distintos. Debido a esto, el número de codones posibles es 64, de los cuales: La secuencia de codones determina la secuencia aminoacídica de una proteína en concreto, – Que tendrá una estructura y una función específicas.

Codón

Código genético

Conjunto de triplete de nucleótidos que codifica un aminoácido en específico.

Es una regla que explica cómo se transforma una secuencia de nucleótidos en una secuencia de aminoácidos.

CARACTERÍSTICAS DEL CÓDIGO GENÉTICO El código genético es degenerado: • Un mismo aminoácido puede estar determinado por más de un triplete o codón. • Debido a que existen 64 tripletes distintos y hay solamente 20 aminoácidos diferentes. Es un código sin superposición o sin solapamientos: • Dos aminoácidos sucesivos no comparten nucleótidos de sus tripletes. Universalidad: • El código genético nuclear es universal: coincide en todos los organismo estudiados hasta la fecha.  La única excepción a la universalidad del código genético es el Código Genético Mitocondrial.

Características del código genético •

Los codones no están superpuestos

Características del código genético •

Los tripletes de bases se leen secuencialmente.

•

Los codones se leen en dirección 5’ 3’

61 codones que codifican aminoácidos 3 restantes son códigos de terminación

CÓDIGO GENÉTICO •

La traducción del ARN mensajero se realiza:  Comenzando por el extremo 5' que se corresponde con el extremo amino (NH2) del polipéptido, y  Termina por el extremo 3' que se corresponde con el extremo carboxilo (COOH) del polipéptido. • Por lo tanto: – La primera base de cada triplete o codón del mensajero corresponde al extremo 5‘, y – La tercera base del codón corresponde al extremo 3'

CÓDIGO GENÉTICO (Carta Universal de codificación)

Aminoácidos: Ala=Alanina. Arg=Arginina. Asp=Aspartato. Asn=Asparagina. Cys=Cisteína. Gln=Glutamina. Gly=Glicina. His=Histidina. Ile=Isoleucina. Leu=Leucina. Lys=Lisina. Met=Metionina Phe=Fenilalanina. Pro=Prolina. Ser=Serina. Thr=Treonina. Trp=Triptofano. Tyr=Tirosina. Val=Valina.

Para obtener proteínas se requiere de dos pasos: La transcripción y la traducción. Transcripción: Se realiza en el núcleo. Una cadena de ADN sirve como patrón estructural para el ensamblaje del ARN, a partir de nucleótidos libres en la célula. Traducción: Se efectúa en el citoplasma. El ARN dirige el ensamblaje de aminoácidos para formar cadenas polipeptídicas. En la traducción, se emplean tres tipos de moléculas. ARNm (ARN mensajero): tiene los codones o tripletes de bases. ARNr (ARN ribosomal): reconoce el extremo del ARNm por donde se debe iniciar la síntesis de proteínas. ARNt (ARN transferencia): transfiere un aminoácido específico al ribosoma. Lleva el anticodón que debe ser complementario al codón.

FIG. 2 DOGMA DE LA BIOLOGÍA MOLECULAR “ACTUAL”

La información contenida en la molécula de ADN y de ARN es la misma, por lo cual se puede obtener la secuencia proteica codificada en una molécula de ADN a partir de su secuencia.

Traducción del ARNm o síntesis de proteínas

Proceso en el cual el mensaje genético codificado en el ARN mensajero es traducido en los ribosomas para dar un polipéptido con una secuencia específica de aminoácidos.

PREGUNTA •

Dada la siguiente secuencia de nucleótidos de un segmento de ADN que se traduce a un polipéptido de seis aminoácidos y empleando el código genético: ADN 3’ T A C G A T A A T G G C C C T T T T A T C 5’ ADN 5’ A T G C T A T T A C C G G G A A A A T A G 3’

a) Deducir la secuencia de ribonucleótidos en el ARN mensajero. b) Escribir la secuencia de aminoácidos del polipéptido producido.

a)

Si obtenemos los mensajeros correspondientes a ambas hélices, teniendo en cuenta que el ARN-m se sintetiza en la dirección 5’  3’ y que la A del ADN aparea con el U del ARN, obtenemos las siguientes secuencias: ADN

3’ T A C G A T A A T G G C C C T T T T A T C 5’

ARN 5’ A U G C U A U U A C C G G G A A A A U A G 3’

La otra secuencia sería: ADN 5’ A T G C T A T T A C C G G G A A A A T A G 3’

ARN 3’ U A C G A U A A U G G C C C U U U U A U C 5’

b) • • •

Escribir la secuencia de aminoácidos del polipéptido producido:

Para escribir la secuencia de aminoácidos del polipéptido producido es necesario recordar que el ARN-m se traduce comenzando por el extremo 5’ y terminando por el extremo 3’, dirección 5’ 3’. Al extremo 5’ le corresponde el extremo amino terminal del polipéptido (NH2) y al extremo 3’ le corresponde el extremo carboxilo terminal del polipéptido (COOH). Si se obtiene la secuencia de aas correspondiente a cada uno de los dos posibles ARN-m empleando el código genético los resultados son los siguientes:

ARN-m 5’ A U G - C U A - U U A - C C G - G G A - A A A - U A G 3’ Polipéptido NH2 - met - leu - leu - pro - gly -

lys - COOH

ARN-m 3’ U A C - G A U - A A U - G G C - C C U - U U U - A U C 5’ Polipéptido COOH - arg - ser - phe - leu - NH2

•

De los dos posibles polipéptidos, uno de ellos tiene seis aminoácidos y comienza por metionina (met), correspondiéndole a este aminoácido el triplete AUG, triplete de iniciación de la traducción.

•

Sin embargo, el polipéptido obtenido a partir del otro mensajero es más corto, tiene solamente 4 aminoácidos, y no comienza por metionina sino por leucina (leu) correspondiéndole un triplete (CUA) que no es de iniciación. Este último mensajero contiene dos tripletes de FIN seguidos (UAA y UAG). Por consiguiente el mensajero correcto es el primero: ARN-m 5’ A U G - C U A - U U A - C C G - G G A - A A A - U A G 3’ Polipéptido NH2 - met -

leu -

leu -

pro -

gly -

lys - COOH

•

Según este resultado la hélice codificadora sería la que se toma como molde para sintetizar el ARN-m que da lugar al polipéptido de seis aminoácidos, es decir, la hélice que se transcribe, y

•

La hélice estabilizadora sería la complementaria, la que no se transcribe:

ADN 3’ T A C G A T A A T G G C C C T T T T A T C 5’ Hélice codif. ADN 5’ A T G C T A T T A C C G G G A A A A T A G 3’ Hélice estabi.

OBJETIVO DE LA PRÁCTICA Al concluir la practica el alumno comprenderá y diferenciara los mecanismos de transcripción, maduración y la transducción.

MATERIALES Para estudiar los mecanimos de transcripción y transducción necesitaremos de los siguientes materiales:

Papel cuadriculado. Lapicero. Ejercicios propuestos. Carta universal de codificación.

PROCEDIMIENTO Actividad 1. La siguiente secuencia de ADN codifica una proteína denominada orexina, la cual es un neuropéptido que actúa como hormona. La estructura terciaria de esta proteína fue determinada experimentalmente y se encuentra en la base de datos PDB con el código 1CQ0. TTTAGCGGCCCGCCGGGCCTGCAGGGCCGCCTGCAGCGCCTGCTG CAGGCGA GCGGCAACCATGCGGCGGGCATTCTGACCATGTAA

Utilice el código genético y obtenga la secuencia proteica de 28 aminoácidos codificada en la misma.

Actividad 2.

PROCEDIMIENTO

Sabiendo que una molécula de ADN presenta 2 hebras antiparalelas de nucleótidos, analice la siguiente hebra: intrón

5´-ATGGGGGCCCCGTTGTGTGGAGCAACGGCTACTCAGTATAGTATGTGAAAAAAA3’

Luego: 2.1 Transcriba, traduzca (señalando cada proceso y la dirección de las hebras) y construya la secuencia de aminoácidos del polipéptido (proteína) sintetizado. 2.2 Determine: a) El número de aminoácidos. b) El número de codones que dio origen al polipéptido. c) El número de nucleótidos del ARNm que originó el polipéptido d) El número de ARNt que se utilizó para la síntesis del polipéptido e) El codón de terminación.

Actividad 3.

PROCEDIMIENTO

Dada la siguiente secuencia de nucleótidos de un segmento de ADN que se traduce a un polipéptido de seis aminoácidos y empleando el código genético: ADN 3’ T A C G A T A A T G G C C C T T T T A T C 5’

ADN 5’ A T G C T A T T A C C G G G A A A A T A 3’ a) Deduzca la secuencia deGribonucleotidos en el ARN mensajero b) Escriba la secuencia de aminoácidos del polipéptido producto

Actividad 4.

PROCEDIMIENTO

Si parte de la secuencia del ARN mensajero que será utilizado para sintetizar una proteína es

AUG CCG ACG GAA ¿Cuál debe ser la secuencia del molde del ADN que le dio origen?

a) 5´ UAC – GGC – UGC - CUU b) 5´ TAC – GGC – TGC – CTT c) 3´ UAC – GGC – UGC - CUU d) 3´ ATC – GGC – AGC – CAA e) 3´ TAC – GGC – TGC – CTT

3´ 3´ 5´ 5´ 5´

CUESTIONARIO 1. Investigue qué es el genoma humano, cuántos genes contiene, y cuántas proteínas codifican. 2. ¿Por qué se producen las mutaciones genéticas? 3. ¿Qué antibióticos producen inhibición de las síntesis de proteínas? ¿Cuál es el fundamento?

FUENTES DE INFORMACIÓN 1.

2.

3.

4.

LODISH, H. F., ZIPURSKY, S. L. y DARNELL, J. E.: Biología Celular y Molecular. 7a ed. Editorial Médica Panamericana. 2016. https://www.youtube.com/watch?v=xD5s6W501y 0 : Cómo utilizar las tablas de código genético (bases y aminoácidos). http://www.wwpdb.org/ : Worldwide Protein Data Bank https://www.ncbi.nlm.nih.gov/genbank/ : GenBank

¡Muchas gracias!