Genética de poblaciones. Genética de poblaciones La genética de poblaciones es una rama de la genética que

Conferencia 8. Tema. Genética de poblaciones y adaptación de especies. Fundamentos de la enseñanza evolutiva. Seleccion natural. La selección artificial como base de la selección. Fundamentos de la biotecnología moderna. Métodos básicos de ingeniería genética, celular y cromosómica. Ecología. Biogeocenosis. Cadenas alimentarias y estructura de la pirámide ecológica. Factores abióticos, bióticos y antropogénicos. Tipos de conexiones bióticas.

Genética de poblaciones.

Población - Es un grupo de organismos de una misma especie que suele vivir en un área claramente definida. La respuesta genética general de una población entera determina su supervivencia y es objeto de estudio de la genética de poblaciones.

El conocimiento de las leyes básicas de la genética de poblaciones nos permite comprender los mecanismos de variabilidad adaptativa de las especies, nos ayuda a comprender cuestiones prácticas del asesoramiento médico genético de las personas e incluso comprender una serie de problemas ideológicos.

Los estudiantes curiosos a veces se sienten confundidos por la pregunta: si los genes alélicos de los ojos marrones dominan a los genes de los ojos azules, ¿por qué no desaparecen las personas de ojos azules? La prueba matemática de este hecho fue formulada por primera vez de forma independiente por Hardy y Weinberg en 1908.

Cada gen puede existir en varios diversas formas, que se llaman alelos. La cantidad de organismos en una población que portan un alelo particular determina la frecuencia de ese alelo (frecuencia genética). Por ejemplo, el gen que determina la posibilidad de pigmentación de la piel, los ojos y el cabello en humanos está representado por un alelo "normal" en el 99% de los casos. La segunda variante posible de este gen es el alelo del albinismo, que imposibilita la deposición de pigmento. Su frecuencia es del 1%. En matemáticas, la frecuencia de los alelos no se expresa como un porcentaje, sino como partes (normalmente decimales) de uno. EN en este ejemplo la frecuencia del alelo dominante normal será 0,99 y la frecuencia del alelo recesivo del albinismo será 0,01. En este caso, la suma de las frecuencias alélicas es siempre igual a uno (0,99 + 0,01 = 1). La genética tomó prestados de la teoría matemática de la probabilidad los símbolos "p" para indicar la frecuencia del alelo dominante y "q" para indicar la frecuencia del alelo recesivo. En el ejemplo dado con pigmentación en humanos. p+q = 1 (ecuación de probabilidad)

El significado de esta ecuación es que, conociendo la frecuencia de un alelo, puedes encontrar la frecuencia de otro:

p=1-q – frecuencia del alelo dominante;

q=1-p – frecuencia del alelo recesivo.

Por ejemplo, si el alelo recesivo tiene una frecuencia del 5% o q=0,05, entonces el alelo dominante tendrá una frecuencia de p=1-0,05=0,95 o 95%. Cabe señalar que la frecuencia de los alelos no es la frecuencia de manifestación de un rasgo en el fenotipo, que depende de la combinación de 2 alelos en el genotipo.

Para dos alelos con dominancia completa (color de semilla de guisante), son posibles 3 genotipos: AA, Aa, aa y 2 fenotipos: 1 amarillo dominante (AA, Aa); 2-verde recesivo (aa). Por tanto, es posible que individuos con el mismo fenotipo no tengan el mismo genotipo. . Ley Hardy-Weinberg estados: las frecuencias de los alelos dominantes y recesivos de diferentes generaciones de una población ideal son constantes (una población ideal puede denominarse población aislada de gran tamaño, sin nuevas mutaciones, donde el apareamiento ocurre al azar, todos los genotipos son igualmente fértiles y las generaciones no no se superpongan). Esta ley se puede expresar en Ecuación de Hardy-Weinberg

p 2 + 2pq+q 2 =1, Dónde

p2-frecuencia de homocigotos dominantes (AA)

2pq-frecuencia de heterocigotos (Aa)

q 2-frecuencia de homocigotos recesivos (aa)

Esta distribución de posibles genotipos está asociada a la naturaleza aleatoria de la distribución de gametos durante el proceso de meiosis y se basa en la teoría de la probabilidad, matemáticamente es el cuadrado de la ecuación de probabilidad p+q=1 (ecuación de probabilidad), (p+ q) 2 =1 2 ; (p+q)(p+q)=1;

p 2 + 2pq+q 2 =1(Ecuación de Hardy-Weinberg)

Tener dos ecuaciones para probabilidades de frecuencia. genes alélicos y observando la frecuencia de homocigotos recesivos (q 2), es posible calcular el número de heterocigotos (2pq), portadores de genes ocultos, y la frecuencia de genes alélicos (p-dominante y q-recesivo).

Todo organismo vivo, incluido el humano, tiene todo un conjunto de propiedades inherentes. Algunos de ellos son comunes a todos los representantes de esta especie (características específicas). Por ejemplo, cada representante de la especie Homo sapiens se diferencia de los representantes de otras especies por la capacidad de caminar erguido, la ausencia de rayas en la mayor parte del cuerpo, una inteligencia altamente desarrollada y la capacidad de comunicarse verbalmente. Todas estas son características específicas de npdo. Cada individuo, además de las características específicas de una persona, tiene todo un conjunto de cualidades individuales que le son inherentes únicamente a él: estas son características específicas de cada individuo. Todas estas características inherentes a un individuo determinado, tanto específicas de especie como individuales, suelen denominarse rasgos en genética. Las especies que habitan la Tierra forman comunidades, es decir, asociaciones espaciotemporales. El motivo de la formación de comunidades es la igual adaptabilidad de los individuos a determinadas condiciones ambientales. Por ejemplo, los desiertos no contienen animales cuya biología requiera una alta humedad climática. Un tipo de comunidad es una población. Dado que la genética del comportamiento funciona principalmente a nivel poblacional, veamos cómo se define este concepto en genética.

Población- una colección de individuos de la misma especie que se cruzan libremente, que existen durante mucho tiempo en un determinado territorio (parte del área de distribución) y están relativamente aislados de otras poblaciones de la misma especie. La característica más importante de una población es el mestizaje relativamente libre. Si surgen algunas barreras de aislamiento que impiden el libre cruce, entonces surgen nuevas poblaciones.

Se considera que una población ideal en genética es un grupo de individuos entrecruzados que viven en un mismo territorio. Si las probabilidades de cruces entre individuos no dependen de ninguna circunstancia adicional (edad de los individuos, preferencias sexuales, etc.), entonces estamos ante una población que se aparea aleatoriamente. En otras palabras, en dicha población, cualquier individuo (o individuo) de un sexo tiene las mismas posibilidades de cruzarse (matrimonio) con cualquier individuo (individuo) del otro sexo. Una población que se cruza aleatoriamente a veces se denomina panmixia (el término "panmixia" significa mestizaje aleatorio libre; la panmixia ideal sólo es posible en poblaciones muy grandes que no están sujetas a presión de selección, mutaciones y otros factores). Muchos modelos teóricos en psicogenética (y en genética de poblaciones en general) se basan en el supuesto de la presencia de cruce aleatorio libre en una población.

Se puede violar el principio de cruce libre y aleatorio en las poblaciones, si la formación de parejas sobre cualquier base no ocurre por casualidad. Por ejemplo, en las poblaciones humanas existe una tendencia a que las parejas casadas sean emparejadas de forma no aleatoria en función de la altura. En genética, esta selección no aleatoria de pares se denomina "asortatividad". Por ejemplo, con respecto a la altura, se dice que existe variabilidad en la altura en una población. La presencia o ausencia de asortatividad se puede comprobar evaluando la similitud de los cónyuges: si la correlación para esta característica es cercana a cero, entonces dicen que no hay asortatividad; si la correlación es diferente de cero, esto indica la presencia de asortatividad.

Matrimonios selectivos, es decir la presencia de ciertas preferencias a la hora de elegir cónyuges puede afectar la variabilidad fenotípica. Conduce a una desviación de las leyes de las poblaciones mendelianas (uno de los requisitos que debe cumplir dicha población es el libre cruce dentro de la población). La mayoría de las veces se observa una asortatividad positiva cuando, al casarse, existe una correlación positiva de alguna manera entre los cónyuges.

Existe un patrón selectivo positivo de matrimonios en términos de coeficiente intelectual. Se expresa con mayor fuerza para los valores extremos del rasgo: las personas con un coeficiente intelectual alto prefieren casarse con personas con un coeficiente intelectual alto (coeficiente de correlación 0,3-0,4). Con un coeficiente intelectual bajo, también eligen a los de su propia especie. En este último caso, el coeficiente de correlación es especialmente alto (0,68). Con una variabilidad positiva en una población, hay un aumento en la dispersión genética, a medida que aumenta la diversidad de genotipos.

Existe una variabilidad positiva para características como la altura, la capacidad musical, el estatus socioeconómico y una tendencia al neuroticismo. Se observó una variedad de matrimonios incluso según algunos parámetros EEG: obviamente, las características EEG influyen en algunos rasgos de comportamiento que son importantes para la elección de pareja. En algunos casos, se produce una afiliación negativa: por ejemplo, las personas pelirrojas rara vez se casan entre sí. Para varios parámetros de personalidad, no se encontró asortatividad, por ejemplo, para el temperamento.

Las poblaciones no son entidades estáticas. En ellos ocurren constantemente procesos migratorios, hay fluctuaciones en la fertilidad y la mortalidad y otros cambios. Estos procesos conducen a fluctuaciones en el tamaño de la población y cambios en la frecuencia de aparición de diversos rasgos.

Dado que los humanos pertenecen a uno de los tipos de organismos vivos, también se caracterizan por la formación de poblaciones. Además de las razones biológicas, en la formación de las poblaciones humanas también influyen diversos factores sociales. Las poblaciones humanas pueden variar en tamaño. El término “población” puede aplicarse a la población de megaciudades como Moscú o Tokio (en las que se producen diariamente procesos migratorios que provocan renovación y cambio en su número debido a la afluencia o salida de población), y a pequeñas comunidades o tribus que habitan territorios cerrados, por ejemplo, en zonas montañosas. Las poblaciones cerradas se llaman aisladas. Los aislamientos en poblaciones humanas pueden ocurrir no sólo en áreas geográficamente aisladas, sino también dentro de grandes poblaciones.

En los seres humanos, por ejemplo, además del aislamiento territorial, pueden surgir poblaciones bastante aisladas debido a barreras sociales, étnicas o religiosas. Dado que no existe un libre intercambio de genes entre poblaciones, pueden diferir significativamente en sus características genéticas. Para describir las propiedades genéticas de una población, se introduce el concepto de acervo genético de un conjunto de genes que se encuentran en una población determinada. Además del acervo genético, también es importante la frecuencia de aparición de un gen o la frecuencia de aparición de un alelo.

Entre los representantes de cualquier población existe una cierta variabilidad, es decir, una variedad de características entre sus miembros. La variabilidad de la población humana es fácil de notar cuando se observa una multitud de personas. Junto con las características específicas de cada especie, cada individuo tiene un conjunto único de características que le son exclusivas. Como resultado, es casi imposible detectar dos individuos idénticos en una multitud. Los individuos se diferencian no sólo en su estructura externa (color de cabello y ojos, altura y físico), sino también en su comportamiento (forma de hablar, andar, gestos, etc.).

Dependiendo del tipo de variabilidad en las poblaciones, es posible distinguir dos tipos de caracteres. Algunos de ellos se caracterizan por una serie discreta, es decir, intermitente de variaciones. Estos caracteres se presentan en un número limitado de variantes, las diferencias entre individuos se expresan claramente y no existen formas intermedias. Las características de este tipo incluyen categorías cualitativas. Las condiciones externas tienen relativamente poco o casi ningún efecto en su manifestación. Tales características incluyen, por ejemplo, los grupos sanguíneos humanos. Portadores de diferentes variantes de rasgos cualitativos. en una población puede ocurrir con diferentes frecuencias: recordemos que las personas con Rh negativo: los factores sanguíneos son mucho menos comunes que los factores sanguíneos Rh positivos. Además, la frecuencia de aparición de variantes del mismo rasgo en diferentes poblaciones suele variar. .

A menudo, los polimorfismos cualitativos, que van acompañados de determinadas características de comportamiento, se asocian con diversas anomalías hereditarias, lo que conduce a cambios degenerativos en el sistema nervioso central, acompañados de trastornos del comportamiento. Ejemplos de estos polimorfismos que afectan el comportamiento son la falcetonuria, un trastorno metabólico que provoca retraso mental grave, y la corea de Huntington, una enfermedad degenerativa de las células nerviosas que provoca movimientos anormales, cambios de personalidad y demencia progresiva. La mayor parte de las características del comportamiento humano pertenecen a la segunda categoría de características que tienen una variabilidad continua o cuantitativa: la continuidad de las manifestaciones.

Observamos una variabilidad similar en características morfológicas como la altura, el peso, el color del cabello y la piel, y en características de comportamiento como la inteligencia, los rasgos de temperamento, etc. Todos los valores de cada una de estas características se pueden ubicar en alguna escala continua. Los valores muy altos y muy bajos de un rasgo son, por regla general, menos comunes en las poblaciones que los valores medios. La frecuencia de aparición de ciertos valores de una característica se puede calcular y presentar en forma de distribución, que es un conjunto de valores de una característica cuantitativa y sus frecuencias correspondientes. La distribución de frecuencia de un rasgo que exhibe variabilidad continua sigue aproximadamente una curva de distribución normal.

La mayoría de las personas se ubican en la parte media de la distribución, y sólo una pequeña parte de la población termina en los extremos, lo que representa grados extremos de expresión del rasgo.

A menudo, al evaluar características cuantitativas, utilizamos categorías cualitativas, como "alto-bajo", "fuerte-débil", "luz oscura", etc. Recordemos un ejemplo bien conocido de la psicofisiología. Las personas a menudo se dividen en tipos fuertes y débiles. sistema nervioso Sin embargo, esta división es condicional. Sólo las personas de los extremos de la distribución caen en estos grupos, mientras que el parámetro de fuerza-debilidad en sí se mide en una escala continua, y en la población ocurre todo, desde debilidad extrema del sistema nervioso hasta valores extremos de fuerza. Del mismo modo, la división de las personas en extrovertidas e introvertidas es muy arbitraria. Cualquier división tipológica no describe el cuadro completo de la variabilidad a lo largo de un continuo.

Hay otra categoría de características que ocupa una posición intermedia entre los polimorfismos cualitativos y las características cuantitativas y continuas. Estamos hablando de signos con efecto umbral. Exteriormente, estas características se parecen a los polimorfismos cualitativos, es decir, se diferencian en la naturaleza discreta de su manifestación. Un organismo tiene este rasgo o no. Muy a menudo, los signos con efectos a veces significativos son diversas enfermedades, como diabetes mellitus, asma bronquial o esquizofrenia, así como diversas anomalías congénitas del desarrollo: anencefalia, espina bífida (anomalías del sistema nervioso central: labio de hámster, paladar hendido, etc.). Para estas enfermedades y defectos de desarrollo se observan distribuciones alternativas claras, similares a las distribuciones para los polimorfismos cualitativos: un individuo padece o no una determinada enfermedad, pero el tipo de herencia de estas enfermedades resulta más cercano al tipo de herencia. de rasgos cuantitativos. En este caso, podemos decir que el umbral es un límite condicional en distribución normal un signo que separa, por un lado, a los individuos afectados y, por otro, a los no afectados, pero susceptibles a la enfermedad. En algunas enfermedades, la frontera entre normalidad y patología se traza con bastante claridad, especialmente en las anomalías congénitas del desarrollo, mientras que en otras es borrosa y muy condicional (por ejemplo, la frontera entre retraso mental e inteligencia normal). Por lo tanto, es más probable que los rasgos con un efecto de umbral se clasifiquen como rasgos humanos cuantitativos. En consecuencia, para ellos serán válidos los mismos patrones de herencia que para las características continuas ordinarias.

Cuando analizamos cruces monohíbridos y dihíbridos y dibujamos la cuadrícula de Punnett, estábamos tratando con una sola familia y la descendencia de un solo cruce. Ahora nuestro objeto será la población.

La herencia de los grupos sanguíneos del sistema MN puede servir como un modelo conveniente para la segregación en un par de alelos. El tipo de sangre de este sistema está determinado por dos alelos Mi TV. Los homocigotos MM tienen el tipo de sangre M, los homocigotos NN tienen el tipo de sangre N y los heterocigotos MN tienen el tipo de sangre MN.

Consideremos una población humana cerrada en la que hay un cierto número de alelos M y un cierto número de alelos N. En principio, la frecuencia de aparición de alelos M en una población NB puede variar desde el 100% M, cuando toda la población es representada únicamente por homocigotos MM, al 100% N, cuando toda la población está representada únicamente por homocigotos NN. Si los alelos ocurren con la misma frecuencia, entonces la frecuencia de aparición de cada uno de ellos será del 50%, o 0,5. Supongamos que nuestra población contiene no solo homocigotos de un tipo, sino también los tres tipos de combinaciones de alelos, y que la frecuencia de aparición de cada alelo es 0,5. Está claro que en tal población, los gametos que portan el alelo M y el alelo N se producirán con la misma probabilidad, es decir la frecuencia de aparición de estos gametos también será igual a 0,5. Si los matrimonios en esta población ocurren al azar, entonces podemos usar la red de Punnett y trazar la frecuencia de formación de homocigotos y heterocigotos en la próxima generación (las probabilidades se multiplican).

Vemos que las frecuencias de aparición de homocigotos (MM y NN) son cada una de 0,25, mientras que la frecuencia de aparición de heterocigotos (M7V) es el doble: 0,5. Las frecuencias de aparición de cada alelo (M y N) seguirán siendo las mismas: 0,5 cada una. En consecuencia, en la próxima generación de esta población (F2), manteniendo la aleatoriedad de los matrimonios, se volverán a obtener las mismas proporciones.

En poblaciones reales, por regla general, se observan frecuencias muy diferentes de aparición de alelos; además, pueden existir relaciones de dominancia y recesividad entre los alelos, y los heterocigotos, en términos de la expresión externa del rasgo, pueden coincidir con el tipo dominante de homocigotos, es decir la frecuencia de aparición del rasgo en sí será diferente de la frecuencia de aparición de homocigotos y heterocigotos.

Veamos otro ejemplo relacionado con la sensibilidad gustativa. Cuando hablamos de variabilidad discreta, mencionamos que existen dos tipos de personas que tienen diferente sensibilidad al sabor de la feniltiourea (PTU). Esta sensibilidad depende de un solo gen con un par de alelos prelirio. El alelo dominante T determina la sensibilidad al sabor del FTM y el alelo recesivo t determina la ausencia de sensibilidad. Por tanto, los homocigotos tt no perciben el sabor amargo del PTM, mientras que los homocigotos TT y los heterocigotos Tt sí. Imaginemos nuevamente una población humana aislada en la que los matrimonios ocurren al azar y las frecuencias de los alelos T y t son 0,6 y 0,4, respectivamente.

La ley de Hardy-Weinberg establece que en una población ideal, las frecuencias de genes y genotipos permanecen constantes de generación en generación.

Se requieren varias condiciones para que se cumpla la ley de Hardy-Weinberg.

Por ejemplo, es necesaria la aleatoriedad del cruce en una población: la misma probabilidad de cruce entre todos los individuos incluidos en la población. Las violaciones de esta condición en humanos pueden estar asociadas con matrimonios consanguíneos. En este caso, aumenta el número de homocigotos en la población.

Otra razón de la violación de la ley Hardy-Weinberg es la variedad de matrimonios, que se asocia con la no aleatoriedad en la elección del cónyuge. Por ejemplo, se encontró cierta correlación entre los cónyuges en términos de coeficiente intelectual. La sortatividad puede ser positiva o negativa y, en consecuencia, aumentar o disminuir la variabilidad en una población. Tenga en cuenta que la asortatividad no afecta las frecuencias de los alelos, sino las frecuencias de homocigotos y heterocigotos.

Estas disposiciones se violan en diversos grados en condiciones naturales. Sin embargo, en general, su influencia no es tan pronunciada y en las poblaciones humanas las relaciones de Hardy-Weinberg, por regla general, se cumplen.

En cada generación, la frecuencia de cada alelo de un gen determinado y la frecuencia de cada genotipo de este gen permanecen constantes. En este caso, las frecuencias de los fenotipos son constantes.

Con la endogamia (endogamia), la frecuencia de genotipos homocigotos aumenta en comparación con las proporciones de la ley de Hardy-Weinberg. Como resultado de esto, las mutaciones recesivas dañinas que determinan las enfermedades se encuentran con mayor frecuencia en un estado homocigótico y se manifiestan en el fenotipo. Entre los hijos de matrimonios consanguíneos, es más probable que se produzcan enfermedades hereditarias y deformidades congénitas.

Se ha demostrado que a medida que aumenta el grado de endogamia, disminuyen los indicadores de desarrollo mental y rendimiento escolar. Cuando el coeficiente de consanguinidad aumenta un 10%, el coeficiente intelectual disminuye 6 puntos (según la escala de Wechsler para niños). El coeficiente de consanguinidad en el caso de matrimonios entre primos hermanos es 1/16, para primos segundos, 1/32. Por ejemplo, la frecuencia de herencia genética de la enfermedad fenilcetonuria en matrimonios no relacionados es de 1:15.000, y en matrimonios relacionados: 1:7000; albinismo: 1:40.000 y 1:3.000, respectivamente.

Debido al aumento de la movilidad de la población en los países desarrollados y a la destrucción de poblaciones aisladas, se ha observado una disminución del coeficiente de endogamia a lo largo del siglo XX. Esto también estuvo influenciado por una disminución en la tasa de natalidad y una disminución en el número de primos hermanos.

Con cruces distantes, se puede observar la aparición de híbridos con mayor viabilidad en las primeras generaciones. Este fenómeno se llama heterosis. La causa de la heterosis es la transferencia de mutaciones recesivas dañinas a un estado heterocigoto, en el que no aparecen en el fenotipo.

El objetivo de la psicogenética es determinar el papel de los factores hereditarios y ambientales en la formación de diferencias individuales en las características psicológicas y psicofisiológicas. Es necesario evaluar la variabilidad de un rasgo en el fenotipo para una población determinada y tratar de responder a la pregunta sobre la contribución relativa de los factores genéticos y ambientales a esta variabilidad.

El enfoque poblacional para evaluar la heredabilidad de los rasgos de comportamiento no nos permite describir los procesos de interacción entre el genotipo y el medio ambiente en el desarrollo individual. Cuando, como resultado de estudios psicogenéticos realizados, digamos, en gemelos o niños adoptados, un rasgo se clasifica como heredable, esto no significa que esté determinado hereditariamente en el sentido generalmente aceptado de la palabra. A primera vista suena paradójico. La investigación psicogenética se lleva a cabo principalmente a nivel poblacional. Cuando en
Basándose en el comportamiento correlacionado entre parientes, los genetistas de poblaciones llegan a una conclusión sobre la heredabilidad de un rasgo; esto no significa que el desarrollo individual de este comportamiento se deba únicamente a razones genéticas.

Una alta heredabilidad sólo indica que la diversidad de individuos en una población está asociada en gran medida con diferencias genotípicas entre ellos.
Esto significa que el porcentaje de individuos que poseen un rasgo determinado en la población descendiente se puede predecir basándose en el conocimiento sobre la población parental. Sin embargo, el valor del indicador de heredabilidad no dice nada sobre la secuencia de eventos en el desarrollo individual de un rasgo y qué fenotipo final será el resultado del desarrollo de un individuo en particular. En este sentido, un rasgo con una estimación de heredabilidad alta no es un genotipo determinado, aunque este tipo de interpretaciones se encuentran a menudo incluso en publicaciones de especialistas. Son cosas completamente diferentes: dividir las fuentes de variación de una población en genéticas y ambientales o buscar razones genéticas y ambientales subyacentes a la formación ontogenética de fenotipos específicos.

El resultado del desarrollo, el fenotipo, depende de la acción conjunta de los genes y el medio ambiente. Los genes y los rasgos están vinculados a través de una compleja red de vías de desarrollo. Todas las diferencias individuales que preocupan a los psicólogos diferenciales y psicogenetistas son el resultado de las circunstancias del desarrollo de individuos específicos en entornos específicos. A menudo, las personas criadas en entornos aparentemente diferentes tienen mucho en común. Por el contrario, los hermanos criados en la misma familia, aparentemente en circunstancias similares, debido a diferencias sutiles en las condiciones de crianza y desarrollo, en realidad experimentarán influencias muy diferentes tanto del entorno físico como del social. Esto es válido incluso para los gemelos MZ genéticamente idénticos.

Por tanto, el proceso de interacción con el medio ambiente es complejo y ambiguo. Tenga en cuenta también que los psicólogos y otros investigadores suelen utilizar el término "interacción" en un sentido estadístico cuando estudian la interacción. factores individuales en producir cualquier efecto mensurable. Destaquemos que la interacción estadística de factores y la interacción de genes y medio ambiente en el desarrollo individual son cosas completamente diferentes. No deben confundirse.

Hay al menos dos razones para las diferencias fenotípicas entre individuos. En primer lugar, las personas se diferencian entre sí por sus genotipos. Esto conduce al surgimiento de una variabilidad determinada genéticamente. En segundo lugar, cada persona se desarrolla en condiciones ambientales especiales. Esto conduce a una mayor variabilidad ambiental.

La heredabilidad no es en absoluto una característica de un rasgo. Esta es una característica de un rasgo en una población determinada, bajo un conjunto determinado de condiciones ambientales. En otra población, con diferentes influencias ambientales, los valores de heredabilidad pueden ser diferentes.

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Publicado en http://www.allbest.ru/

UNIVERSIDAD DE HUMANIDADES DEL ESTADO DE MOSCÚ QUE LLAMA EL NOMBRE DE M.A. SHOLOJOV

en Genética General y Molecular sobre el tema:

"Fundamentos de genética de poblaciones"

Realizado por un alumno de 3º del primer grupo.

Trubnikova Evgenia Dmitrievna

Profesor Avdeenko V.A.

Moscú 2010

1.1 Cruce no aleatorio

1.2 Deriva genética

1.3 Carga genética

1.4 Mutaciones

1.5 Migraciones

1.6 Sistemas de cruce

1.7 Endogamia

II.Parámetros genéticos de la población.

Bibliografía

Introducción. Acervo genético, frecuencias alélicas, ley de equilibrio de Hardy-Weinberg

La genética de poblaciones es una rama de la genética que estudia el acervo genético de las poblaciones y sus cambios en el espacio y el tiempo. La palabra “población” debe entenderse como una agrupación de individuos relacionados por comunidad territorial, histórica y reproductiva. Echemos un vistazo más de cerca a esta definición. Los individuos no viven solos, sino que forman grupos más o menos estables, dominando conjuntamente su hábitat. Estos grupos, si se autoreproducen a lo largo de generaciones y no cuentan con el apoyo únicamente de los recién llegados, se denominan poblaciones. Por ejemplo, un banco de salmón que desova en un río forma una población porque los descendientes de cada pez tienden a regresar al mismo río, a las mismas zonas de desove, de año en año. En los animales de granja, una población suele considerarse una raza: todos los individuos que la componen son del mismo origen, es decir. tienen ancestros comunes, se mantienen en condiciones similares y se apoyan en un trabajo de selección y reproducción uniforme. Entre los pueblos aborígenes, la población está formada por miembros de campos afines.

Los individuos de cada población son diferentes entre sí y cada uno de ellos es único de alguna manera. Muchas de estas diferencias son hereditarias o genéticas: están determinadas por genes y se transmiten de padres a hijos.

El acervo genético es la colección de genes de individuos de una población determinada denominada acervo genético. el acervo genético consta de toda la diversidad de genes y alelos presentes en una población que se reproduce sexualmente; En cualquier población determinada, la composición del acervo genético puede cambiar constantemente de generación en generación. Nuevas combinaciones de genes forman genotipos únicos, que en su expresión física, es decir. en forma de fenotipos, están sujetos a la presión de factores ambientales que producen una selección continua y determinan qué genes se transmitirán a la siguiente generación.

Una población cuyo acervo genético cambia continuamente de generación en generación sufre un cambio evolutivo. Un acervo genético estático refleja la ausencia de variación genética entre individuos de una especie determinada y la ausencia de cambio evolutivo.

Para resolver problemas de ecología, demografía, evolución y selección, es importante conocer las características del acervo genético, a saber: qué tan grande diversidad genetica en cada población, ¿cuáles son las diferencias genéticas entre poblaciones geográficamente separadas de la misma especie y entre varios tipos cómo cambia el acervo genético bajo la influencia ambiente cómo se transforma durante la evolución, cómo se propagan las enfermedades hereditarias, con qué eficacia se utiliza el acervo genético plantas cultivadas y mascotas. La genética de poblaciones estudia estas cuestiones.

Cualquier rasgo físico, como el color del pelaje de los ratones, está determinado por uno o más genes. Cada gen puede existir en varias formas diferentes, llamadas alelos. La frecuencia alélica es la relación entre el número de estos alelos en todos los individuos y el número total de alelos en la población. Por ejemplo, en los seres humanos, la frecuencia del alelo dominante, que determina la pigmentación normal de la piel, el cabello y los ojos, es del 99%. Un alelo recesivo que determina la ausencia de pigmentación, el llamado albinismo, aparece con una frecuencia del 1%. La frecuencia de un alelo dominante generalmente se indica con la letra p y la frecuencia de un alelo recesivo con la letra q. Si un gen está representado por dos alelos, entonces se cumple la igualdad matemática p + q = 1.

Así, conociendo la frecuencia de uno de los alelos, se puede determinar la frecuencia del otro alelo. Entonces, si la frecuencia del alelo dominante es del 78%, entonces la frecuencia del alelo recesivo es q = 1 - p = 1 - 0,78 = 0,22 (o 22%).

Las frecuencias de alelos individuales en el acervo genético nos permiten calcular los cambios genéticos en una población determinada y determinar la frecuencia de los genotipos. Dado que el genotipo de un organismo determinado es el factor principal que determina su fenotipo, el cálculo de la frecuencia del genotipo se utiliza para predecir los posibles resultados de ciertos cruces. Esto es de gran importancia práctica en agricultura y medicina.

La relación matemática entre las frecuencias de alelos y genotipos en poblaciones fue establecida en 1908 de forma independiente por el matemático inglés J. Hardy y el médico alemán W. Weinberg. Para las frecuencias alélicas, existe una condición de equilibrio de Hardy-Weinberg. Las frecuencias de los alelos dominantes y recesivos permanecen sin cambios si se cumplen las siguientes condiciones en la población:

1) el tamaño de la población es grande;

2) el apareamiento ocurre al azar;

3) no surgen nuevas mutaciones;

4) todos los genotipos son igualmente fértiles, es decir no se produce ninguna selección;

5) las generaciones no se superponen;

6) no hay emigración ni inmigración, es decir no hay intercambio de genes con otras poblaciones.

El incumplimiento de una o más de estas condiciones puede provocar cambios en la frecuencia de los alelos y provocar cambios evolutivos en una población determinada.

Así, durante un cruce monohíbrido aparecen tres genotipos: AA con una frecuencia de p2 (individuos homocigotos con un alelo dominante), Aa con una frecuencia de 2pq (individuos heterocigotos) y aa con una frecuencia de q2 (individuos homocigotos con un alelo recesivo). ). La suma de las frecuencias alélicas es igual a uno:

genética de poblaciones cruzando selección de mutaciones

p2 + 2pq + q2 = 1.

Esta relación se llama ecuación de Hardy-Weinberg.

Usando esta ecuación junto con la ecuación

se puede calcular la frecuencia, por ejemplo, de individuos homocigotos para el alelo dominante, conociendo el número de portadores del fenotipo recesivo (es decir, la frecuencia de individuos homocigotos para el fenotipo recesivo). Sea q2 = 0,0004. Entonces q = 0,02, p = 1 - q = 0,98, p2 = 0,9604, 2pq = 0,0392. Una consecuencia de la ecuación de Hardy-Weinberg es un exceso significativo (a menudo en órdenes de magnitud) del número de individuos cuyo genotipo contiene un alelo recesivo sobre el número de individuos con un fenotipo recesivo.

De la ecuación de Hardy-Weinberg se deduce que una proporción significativa de los alelos recesivos presentes en una población se encuentran en portadores heterocigotos. De hecho, los genotipos heterocigotos sirven como una importante fuente potencial de variación genética. Esto lleva al hecho de que en cada generación sólo se puede eliminar de la población una proporción muy pequeña de alelos recesivos: sólo aquellos alelos recesivos que se encuentran en estado homocigoto se manifestarán en el fenotipo y, por lo tanto, estarán sujetos a la influencia selectiva del medio ambiente. factores y pueden eliminarse. Muchos alelos recesivos se eliminan porque son desfavorables para el fenotipo: provocan la muerte del organismo incluso antes de que tenga tiempo de dejar descendencia, o la "muerte genética", es decir, la incapacidad de reproducirse.

Sin embargo, no todos los alelos recesivos son desfavorables para la población: por ejemplo, en los seres humanos, de todos los grupos sanguíneos, el más frecuente es el grupo O, que corresponde a la homocigosidad del alelo recesivo. Otro ejemplo es la anemia falciforme. Se trata de una enfermedad sanguínea hereditaria muy extendida en varias zonas de África y la India, en algunos países mediterráneos y entre la población negra de América del Norte. Los individuos homocigotos para el alelo recesivo correspondiente suelen morir antes de llegar a la pubertad, eliminando así dos alelos recesivos de la población . En cuanto a los heterocigotos, no mueren. Se ha establecido que en muchas partes globo La frecuencia del alelo de células falciformes permanece relativamente estable. En algunas tribus africanas, la frecuencia del fenotipo heterocigoto alcanza el 40%. Anteriormente se pensaba que este nivel se mantenía debido a la aparición de nuevos mutantes. Sin embargo, como resultado de investigaciones adicionales, resultó que este no es el caso: resultó que en muchas partes de África, donde la malaria ocupa un lugar importante entre los factores que amenazan la salud y la vida, las personas portadoras del alelo falciforme tienen mayor resistencia a esta enfermedad. En las zonas palúdicas de Centroamérica, esta ventaja selectiva del genotipo heterocigoto mantiene la frecuencia del alelo falciforme en la población entre 10 y 20%. En los negros norteamericanos, que no han experimentado el efecto selectivo de la malaria durante 200-300 años, la frecuencia del alelo falciforme se ha reducido al 5%. Esta disminución puede atribuirse en parte al intercambio de genes a través de matrimonios mixtos entre negros y blancos, pero un factor importante es la ausencia de malaria en América del Norte, lo que elimina la presión selectiva para los heterocigotos; como resultado, el alelo recesivo se elimina lentamente de la población.

Este ejemplo de evolución en acción demuestra claramente la influencia selectiva del medio ambiente en la frecuencia de los alelos, un mecanismo que altera el equilibrio genético predicho por la ley de Hardy-Weinberg. Son precisamente este tipo de mecanismos los que provocan cambios en las poblaciones que conducen al cambio evolutivo.

I. Procesos genéticos de poblaciones

Las condiciones necesarias para el equilibrio de Hardy-Weinberg se violan en otros casos: cuando el cruce no es aleatorio; cuando la población es pequeña, lo que provoca deriva genética; cuando los genotipos tienen diferente fertilidad, lo que genera carga genética; en presencia de intercambio de genes entre poblaciones

1.1 Cruce no aleatorio

En la mayoría de las poblaciones naturales, el apareamiento se produce de forma no aleatoria. En todos aquellos casos en los que la presencia de uno o más caracteres hereditarios aumenta la probabilidad de una fecundación exitosa de los gametos, se produce la selección sexual. Las plantas y los animales tienen muchos mecanismos estructurales y de comportamiento que excluyen la selección puramente aleatoria de individuos parentales. Por ejemplo, es probable que las flores que tienen pétalos más grandes y más néctar de lo habitual atraigan más insectos, lo que aumenta la probabilidad de polinización y fertilización. Los patrones de coloración de insectos, peces y aves y las características de su comportamiento asociado con la construcción de nidos, la protección del territorio y las ceremonias de apareamiento aumentan la selectividad durante el cruce.

El efecto del cruce no aleatorio sobre el genotipo y la frecuencia de los alelos se demuestra, por ejemplo, mediante experimentos realizados con Drosophila. En una cultura de moscas que inicialmente contenía números iguales de machos y hembras de ojos rojos y blancos, después de 25 generaciones todos los individuos de ojos blancos desaparecieron.

Como han demostrado las observaciones, tanto las hembras de ojos rojos como las de ojos blancos preferían aparearse con machos de ojos rojos. Por lo tanto, la selección sexual como mecanismo de apareamiento selectivo proporciona a algunos individuos un mayor potencial reproductivo, lo que resulta en una mayor probabilidad de transmitir los genes de estos individuos a la siguiente generación. El potencial reproductivo de individuos con rasgos menos favorables se reduce y la transmisión de sus alelos a generaciones posteriores ocurre con menos frecuencia.

1.2 Deriva genética

Se dice que la deriva genética ocurre cuando los cambios en la frecuencia de los genes en las poblaciones son aleatorios y no dependen de la selección natural. La deriva genética aleatoria, o efecto Sewall Wright (llamado así por el genetista estadounidense que entendió su papel en la evolución), puede servir como un mecanismo importante para el cambio evolutivo en poblaciones pequeñas o aisladas. En una población pequeña, es posible que no estén representados todos los alelos típicos de una especie determinada.

Eventos aleatorios, por ejemplo, la muerte prematura de un individuo que era el único propietario de un alelo, conducirán a la desaparición de este alelo en la población. Si un alelo dado ocurre en una población de un millón de individuos con una frecuencia de, digamos, 1% (es decir, q = 0,01), entonces 10.000 individuos lo tendrán, pero en una población de 100 individuos, sólo un individuo lo tendrá. este alelo, por lo que la probabilidad de su pérdida accidental en una población pequeña es mucho mayor. Así como un alelo puede desaparecer de una población, su frecuencia puede aumentar y aumentará por pura casualidad. La deriva genética aleatoria, como su nombre indica, es impredecible. Puede provocar la muerte de una pequeña población, o puede hacerla aún más adaptada a un entorno determinado o aumentar su divergencia con la población original. Con el tiempo, es posible que a partir de él se forme una nueva especie bajo la influencia de la selección natural. La deriva genética se considera un factor importante en la aparición de nuevas especies en islas y otras poblaciones reproductivamente aisladas. La deriva genética puede provocar una disminución de la variación dentro de una población, pero también puede aumentar la variación dentro de una especie en su conjunto. En pequeñas poblaciones aisladas, pueden surgir rasgos atípicos de la población principal que, si el entorno cambia, pueden proporcionar una ventaja selectiva. Por tanto, la deriva genética puede estar implicada en el proceso de especiación.

La deriva genética está asociada a un fenómeno conocido como principio fundador. Consiste en el hecho de que cuando una pequeña parte de ella se separa de la población original, esta última accidentalmente puede resultar no del todo típica en su composición alélica. Algunos alelos pueden estar ausentes, mientras que otros estarán presentes con una frecuencia desproporcionadamente alta. El cruce constante dentro de una población pionera de este tipo conducirá a la creación de un acervo genético que difiere en frecuencias alélicas del acervo genético de la población original. La deriva genética normalmente reduce la variación genética en una población, principalmente mediante la pérdida de alelos que son raros. El cruce prolongado de individuos dentro de una población pequeña reduce la proporción de heterocigotos y aumenta la proporción de homocigotos. Se han identificado ejemplos del principio fundador en estudios de pequeñas poblaciones formadas en América por sectas religiosas que emigraron de Alemania en el siglo XVIII. En algunas de estas sectas, los matrimonios se celebraban casi exclusivamente entre miembros de esa secta. En tales casos, la frecuencia de varios alelos aquí es muy diferente de su frecuencia entre la población de Alemania y América.

1.3 Carga genética

La existencia de alelos desfavorables en genotipos heterocigotos de una población se denomina carga genética. Algunos alelos recesivos, perjudiciales en el estado homocigoto, pueden persistir en genotipos heterocigotos y, en determinadas condiciones ambientales, proporcionar una ventaja selectiva; un ejemplo es el alelo de células falciformes en áreas donde la malaria es común. La carga genética se considera como una medida de la inadaptación de una población a las condiciones ambientales. Se evalúa por la diferencia en la aptitud de una población real, en relación con la aptitud de una población imaginaria, máximamente adaptada. Cualquier aumento en la frecuencia de alelos recesivos en una población como resultado de mutaciones nocivas aumenta su carga genética.

1.4 Mutaciones

Durante la formación de los gametos, ocurren eventos aleatorios: mutaciones, cuando el alelo padre, digamos A1, se convierte en otro alelo (A2, A3 o cualquier otro), que estaba o no presente previamente en la población. La probabilidad con la que ocurre una mutación se llama frecuencia o tasa de mutación. Algunos gametos siempre portan alelos mutantes y en casi cada generación aparecen uno o más individuos con mutaciones. La tasa de mutación de diferentes genes varía de 10-4 a 10-7 por generación. A primera vista, estos valores parecen insignificantes. Sin embargo, hay que tener en cuenta que, en primer lugar, el genoma contiene muchos genes y, en segundo lugar, que la población puede tener un tamaño importante. Por lo tanto, algunos gametos siempre portan alelos mutantes y en casi cada generación aparecen uno o más individuos con mutaciones. Su destino depende de la fuerza con la que estas mutaciones afecten la aptitud y la fertilidad. El proceso de mutación conduce a un aumento de la variabilidad genética de las poblaciones, contrarrestando el efecto de la deriva genética.

1.5 Migraciones

Las poblaciones de una misma especie no están aisladas unas de otras: siempre hay un intercambio de individuos: migración. Los individuos que migran, al dejar descendencia, transmiten a las siguientes generaciones alelos que podrían no existir en esta población o podrían ser raros; Así es como se forma el flujo de genes de una población a otra. Las migraciones, al igual que las mutaciones, conducen a un aumento de la diversidad genética. Además, el flujo de genes que conecta a las poblaciones conduce a su similitud genética.

1.6 Sistemas de cruce

En genética de poblaciones, el cruce se denomina aleatorio si los genotipos de los individuos no afectan la formación de parejas. Por ejemplo, según los grupos sanguíneos, el cruce puede considerarse aleatorio. Sin embargo, el color, el tamaño y el comportamiento pueden influir en gran medida en la elección de una pareja sexual. Si se da preferencia a individuos de un fenotipo similar (es decir, con características individuales similares), entonces dicho cruce selectivo positivo conduce a un aumento en la proporción de individuos con el genotipo parental en la población. Si, al seleccionar una pareja de apareamiento, se da preferencia a individuos del fenotipo opuesto (cruzamiento selectivo negativo), entonces se presentarán nuevas combinaciones de alelos en el genotipo de la descendencia; En consecuencia, en la población aparecerán individuos de un fenotipo intermedio o de un fenotipo marcadamente diferente del fenotipo de los padres.

1.7 Endogamia

La formación de parejas matrimoniales basadas en el parentesco se llama endogamia. La endogamia aumenta la proporción de individuos homocigotos en una población porque es más probable que los padres tengan alelos similares. A medida que aumenta el número de homocigotos, también aumenta el número de pacientes con enfermedades hereditarias recesivas. Pero la endogamia también promueve una mayor concentración de ciertos genes, lo que puede proporcionar una mejor adaptación de una población determinada.

Diferencias en fertilidad, supervivencia, actividad sexual, etc. conducen al hecho de que algunos individuos dejan descendencia sexualmente más madura que otros, con un conjunto diferente de genes. Las diferentes contribuciones de individuos con diferentes genotipos a la reproducción de una población se denominan selección. Desde una perspectiva genética, la selección es el proceso que determina qué alelos se transmitirán a la descendencia, dándoles una ventaja competitiva. Los cambios en las frecuencias de los alelos pueden provocar cambios evolutivos, cuya razón principal es la aparición de alelos mutantes. Un alelo mutante recesivo puede propagarse con especial rapidez en una población cuando se vincula a algún alelo dominante que es importante para la vida del organismo. Los alelos mutantes asociados con pequeños cambios en el fenotipo pueden acumularse y producir cambios evolutivos.

La selección se divide en tres tipos principales.

Selección estabilizadora. Ocurre en ausencia de cambios externos y una competencia relativamente débil. Suprime los genotipos de individuos con desviaciones extremas de rasgos (por ejemplo, demasiado grandes o demasiado pequeños). Mantiene la estabilidad de la población y no promueve la evolución.

Selección direccional. Ocurre en respuesta a cambios en las condiciones de vida. Cambia el fenotipo en una dirección u otra; Cuando se alcanza un nuevo estado de equilibrio, se detiene. Conduce a cambios evolutivos.

Selección disruptiva. Comienza a actuar cuando no existe uno, sino dos o más fenotipos favorables en la población. Divide a la población en dos grupos; Cuando se detiene el flujo de genes entre grupos, la población puede dividirse en dos especies, que competirán menos entre sí.

II. Parámetros genéticos de la población.

Al describir poblaciones o compararlas entre sí, se utilizan una serie de características genéticas:

Polimorfismo. Una población se llama polimórfica en un locus dado si en él ocurren dos o más alelos. Si un locus está representado por un solo alelo, hablamos de monomorfismo. Al examinar muchos loci, es posible determinar la proporción de polimórficos entre ellos, es decir, evaluar el grado de polimorfismo, que es un indicador de la diversidad genética de la población.

La diferencia en un par de nucleótidos (nucleótidos - bloques de construcción ADN).

Heterocigosidad. Una característica genética importante de una población es la heterocigosidad: la frecuencia de individuos heterocigotos en la población. También refleja la diversidad genética.

Coeficiente de consanguinidad. Este coeficiente se utiliza para estimar la prevalencia de la endogamia en una población.

Asociación de genes. Las frecuencias alélicas de diferentes genes pueden depender entre sí, lo que se caracteriza por coeficientes de asociación.

5. Distancias genéticas. Las diferentes poblaciones se diferencian entre sí en las frecuencias alélicas. Para cuantificar estas diferencias se han propuesto métricas llamadas distancias genéticas.

Varios procesos genéticos de poblaciones tienen diferentes efectos sobre estos parámetros: la endogamia conduce a una disminución en la proporción de individuos heterocigotos; las mutaciones y migraciones aumentan, y la deriva disminuye, la diversidad genética de las poblaciones; la selección cambia las frecuencias de genes y genotipos; la deriva genética aumenta y la migración disminuye las distancias genéticas, etc. Conociendo estos patrones, es posible estudiar cuantitativamente la estructura genética de las poblaciones y predecir sus posibles cambios. Esto se ve facilitado por la sólida base teórica de la genética de poblaciones: los procesos genéticos de poblaciones se formalizan matemáticamente y se describen mediante ecuaciones dinámicas. Se han desarrollado modelos y criterios estadísticos para probar diversas hipótesis sobre procesos genéticos en poblaciones.

Aplicando estos enfoques y métodos al estudio de poblaciones de humanos, animales, plantas y microorganismos, se pueden resolver muchos problemas de evolución, ecología, medicina, selección, etc.

Bibliografía:

Green N., Stout W., Taylor D. Biology (en tres volúmenes, volumen 3) Ed. R. Soper. Por. De inglés - M.: “Mir”, 1993.

Zhimulev I.F. “Genética general y molecular”, Editorial de la Universidad de Siberia, 2007, 480 p.

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Genética de poblaciones

La genética de poblaciones estudia los patrones de distribución de genes y genotipos en las poblaciones. El establecimiento de estos patrones tiene importancia tanto científica como práctica en diversas ramas de la biología, como la ecología y la genética ambiental, la biogeografía, la selección, etc. En la práctica médica, a menudo también surge la necesidad de establecer relaciones cuantitativas entre personas con diferentes genotipos para un gen que incluye un alelo patológico, o la frecuencia de aparición de este gen entre la población.

Las poblaciones pueden estar en un estado de equilibrio genético o en desequilibrio genético. En 1908, G. Hardy y V. Weinberg propusieron una fórmula que refleja la distribución de las frecuencias genotípicas en poblaciones con cruce libre, es decir. panmíctico. Si la frecuencia del alelo dominante R, y recesivo – q, y
pag + q = 1, Entonces r*r (AUTOMÓVIL CLUB BRITÁNICO. ) + 2pq (Automóvil club británico ) + q*q (Automóvil club británico ) = 0 , donde p*p es la frecuencia del genotipo homocigoto dominante, 2pq es la frecuencia de heterocigotos y q*q es la frecuencia de homocigotos recesivos.

En una población genéticamente equilibrada, las frecuencias de genes y genotipos no cambian de generación en generación. Esto, además de la panmixia, es decir. La ausencia de una selección especial de pares basada en características individuales contribuye a:

Gran tamaño de población;

La ausencia de salida o entrada de genes debido a la migración de individuos;

Ausencia de presión mutacional que cambie la frecuencia de cualquier alelo de un gen determinado o conduzca a la aparición de nuevos alelos;

La ausencia de selección natural, que puede resultar en una viabilidad desigual o una fertilidad desigual de individuos con diferentes genotipos.

La acción de cualquiera de estos factores puede provocar una violación del equilibrio genético en una población determinada, es decir. la dinámica de su estructura genética o su cambio en el tiempo (de generación en generación) o en el espacio. Una población así puede estar evolucionando.

Con la fórmula de Hardy-Weinberg, puede realizar varios cálculos. Por ejemplo, basándose en las frecuencias conocidas de fenotipos cuyos genotipos se conocen, es posible calcular las frecuencias alélicas de los genes correspondientes. Conociendo la frecuencia de un genotipo homocigoto dominante o recesivo en una población determinada, es posible calcular los parámetros de la estructura genética de esta población, es decir, las frecuencias de genes y genotipos. Además, basándose en la fórmula de Hardy-Weinberg, es posible determinar si una población determinada con una determinada proporción de frecuencias genotípicas está genéticamente en equilibrio. Así, el análisis de poblaciones desde el punto de vista de las principales disposiciones de la ley de Hardy-Weinberg nos permite evaluar el estado y la dirección de la variabilidad de una población en particular.

La ley de Hardy-Weinberg también se aplica a genes representados por múltiples alelos. Si un gen se conoce en tres formas alélicas, las frecuencias de estos alelos se expresan, respectivamente, como p, q y r, y la fórmula de Hardy-Weinberg, que refleja la relación de las frecuencias de los genotipos formados por estos alelos, toma la forma:

p*p + q*q + r*r + 2pq + 2pr + 2qr = 1

1. En una población humana aislada, aproximadamente el 16% de las personas tienen sangre Rh negativa (un rasgo recesivo). Determine el número de portadores heterocigotos del gen sanguíneo Rh negativo.

2. ¿La siguiente proporción de homocigotos y heterocigotos en la población corresponde a la fórmula de Hardy-Weinberg: 239 Automóvil club británico:79 Ah: 6 ah?

3. La gota ocurre en el 2% de las personas y es causada por un gen autosómico dominante. En las mujeres, el gen de la gota no se manifiesta, en los hombres su penetrancia es del 20% (V.P. Efroimson, 1968). Determinar la estructura genética de la población en función del rasgo analizado a partir de estos datos.

4. La frecuencia de los genes del grupo sanguíneo según el sistema AB0 entre la población europea se detalla a continuación (N.P. Bochkov, 1979).

Frecuencias de genes poblacionales

Rusos 0,249 0,189 0,562

Buriatos 0,165 0,277 0,558

Inglés 0,251 0,050 0,699

Determine el porcentaje de personas con los grupos sanguíneos I, II, III e IY entre rusos, buriatos e ingleses.

Tarea:

1. En una de las poblaciones panmícticas, la frecuencia alélica b es igual a 0,1, y en el otro – 0,9. ¿Qué población tiene más heterocigotos?

2. En las poblaciones europeas hay 1 albino por cada 20.000 personas. Determinar la estructura genética de la población.

3. La población de la isla descendía de varios individuos de una población caracterizada por la frecuencia de aparición del alelo dominante. B(ojos marrones) igual a 0,2, y un alelo recesivo b(ojos azules) igual a 0,8. Para la población de esta isla, determine el porcentaje de personas con ojos marrones y azules en la primera generación. ¿Esta proporción de individuos por fenotipo y el acervo genético de la población cambiará después de cambios de varias generaciones, siempre que la población sea de naturaleza panmíctica y prácticamente no haya mutaciones en el color de ojos?

4. En Estados Unidos, alrededor del 30% de la población percibe el sabor amargo de la feniltiourea (PTC); el 70% de la gente no distingue su sabor. La capacidad de saborear FTC está determinada por un gen recesivo A. Determinar la frecuencia alélica A Y A y genotipos Automóvil club británico, Ah Y ah en esta población.

5. Hay tres genotipos del gen del albinismo en la población: A en proporción: 9/16 AUTOMÓVIL CLUB BRITÁNICO., 6/16 Automóvil club británico y 1/16 ah. ¿Está esta población en un estado de equilibrio genético?

6. La luxación congénita de cadera se hereda de forma dominante, la penetrancia media es del 25%. La enfermedad se presenta con una frecuencia de 6: 10.000 (V.P. Efroimson, 1968). Determine el número de individuos homocigotos para el gen recesivo.

7. Encuentre el porcentaje de individuos heterocigotos en la población:

8. Ver tarea 4: buriatos y británicos. Comparar.

GENÉTICA DE POBLACIONES La genética de poblaciones es una rama de la genética que estudia la estructura genética de las poblaciones, su acervo genético, factores y patrones durante el cambio generacional. El análisis genético de una población comienza con el estudio de la prevalencia de un rasgo particular de interés para el investigador, por ejemplo, las enfermedades hereditarias. Además, conociendo la frecuencia de un rasgo, es posible establecer la estructura genética y el acervo genético de una población para este rasgo. La estructura poblacional se caracteriza por la frecuencia de genotipos que controlan variaciones alternativas de un rasgo, y el acervo genético se caracteriza por la frecuencia de alelos de un locus determinado. La frecuencia de un determinado genotipo en una población es el número relativo de individuos que poseen un determinado genotipo. La frecuencia se puede expresar como un porcentaje del número total de individuos de la población, que se toma como 100%. Sin embargo, más a menudo en genética de poblaciones numero total los individuos se toman como uno: 1.

Veamos formas de calcular la frecuencia de genotipos en ejemplo específico. Según el sistema de grupos sanguíneos MN, cada población consta de tres genotipos: LMLM; LNLN; LMLN. La pertenencia a cada grupo puede determinarse mediante métodos serológicos. El genotipo LMLM se manifiesta por la presencia del antígeno M, el genotipo LNLN se manifiesta por la presencia del antígeno N y el genotipo LMLN por la presencia de ambos antígenos. Supongamos que al determinar los grupos sanguíneos MN en una población, se establece que de 4200 examinados, 1218 personas tienen solo el antígeno M (genotipo LMLM), 882 personas tienen solo el antígeno N (genotipo LNLN) y 2100 personas tienen ambos antígenos ( Genotipo LMLN). Es necesario determinar la frecuencia de los tres antígenos en la población. Para resolver el problema, tomemos el número total de personas examinadas (4200) como 100% y calculemos qué porcentaje son personas con el genotipo LMLM. 1218/4200 x 100% = 29% Por lo tanto, la frecuencia del genotipo LMLM es del 29%. La frecuencia de los otros dos genotipos se puede calcular de la misma forma. Para el genotipo LNLN es del 21% y para el genotipo LMLN es del 50%. Al expresar las frecuencias genotípicas en fracciones de unidad, obtenemos 0,29, 0,21, 0,5, respectivamente.

En genética de poblaciones, también se utilizan otros métodos para expresar la frecuencia, principalmente para genotipos raros. Supongamos que en los hospitales de maternidad, durante el examen de fenilcetonuria, se identificaron 7 pacientes de 69.862 recién nacidos. La enfermedad es causada por el gen recesivo f y los pacientes son homocigotos para este gen (ff). Determinar la frecuencia del genotipo ff entre los recién nacidos. Escribimos la frecuencia usando el método habitual y obtenemos: 7/69862=0,0001. Este método de registro muestra que con una frecuencia determinada en la población hay 1 niño enfermo por cada 10 mil recién nacidos.

LEY DE HARDY-WEINBERG El patrón básico que permite estudiar la estructura genética de las poblaciones fue establecido en 1908 de forma independiente por el matemático inglés G. Hardy y el médico alemán W. Weinberg. La ley de Hardy-Weinberg establece que, bajo la condición de continuidad hereditaria y en ausencia de presión mutacional y presión de selección, se establece un equilibrio de frecuencias genotípicas, que se mantiene de generación en generación. Desde el punto de vista del análisis genético de poblaciones, es importante que la ley de Hardy-Weinberg establezca una relación matemática entre las frecuencias de genes y genotipos. Esta dependencia se basa en cálculos matemáticos. Si el acervo genético de una población está determinado por un par de genes alélicos, por ejemplo A y A/, y el gen A ocurre con frecuencia p, y el gen A/ con frecuencia g, entonces la relación de las frecuencias de estos alelos en la población la población será igual a: p. A+g. A/ = 1

Al elevar al cuadrado ambos lados de la igualdad, obtenemos (p. A + g. A/) = 12, después de abrir los corchetes obtenemos una fórmula que refleja las frecuencias de los genotipos: p 2 AA + 2 pg. AA/ + g 2 A/A/ =1 La unidad en el lado derecho de las ecuaciones muestra que el número total de individuos en la población se toma como 1, y las frecuencias de alelos y genotipos se expresan en fracciones de unidad. En este caso, los símbolos p y g en ambas igualdades expresan las frecuencias de los genes A y A/, y los coeficientes para los genotipos en la igualdad 2 expresan las frecuencias de los genotipos. En consecuencia, el genotipo AA se presenta en la población considerada con una frecuencia de p 2, el genotipo A/A/ con una frecuencia de g 2 y los heterocigotos con una frecuencia de 2 pg. Así, conociendo la frecuencia de los alelos, se puede establecer la frecuencia de todos los genotipos y, a la inversa, conociendo la frecuencia de los genotipos, se puede establecer la frecuencia de los alelos.

Permiten, por ejemplo, calcular la frecuencia de portadores heterocigotos de alelos patológicos, incluso en los casos en que no se diferencian fenotípicamente de los homocigotos. De manera similar, se puede estudiar la estructura genética de una población utilizando el sistema de grupo sanguíneo ABO. Antes de desarmarlo uso práctico Estas fórmulas nos detenemos en las condiciones para el surgimiento del equilibrio de genotipos en las poblaciones.

Estas condiciones incluyen: 1. La presencia de panmixia, es decir, selección aleatoria de parejas casadas, sin tendencia a casarse con parejas de genotipo similar o opuesto. 2. No hay afluencia de alelos causada por la presión de la mutación. 3. Ausencia de flujo de alelos provocado por la selección. 4. Igual fertilidad de heterocigotos y homocigotos. 5. Las generaciones no deben superponerse en el tiempo. 6. El tamaño de la población debe ser lo suficientemente grande. Los conocidos genetistas Niel y Schell señalan que en ninguna población en particular se puede cumplir este conjunto de condiciones; en la mayoría de los casos, los cálculos según la ley de Hardy-Weinberg son tan cercanos a la realidad que la ley resulta bastante adecuada para analizar la estructura genética de las poblaciones.

Los conocidos genetistas Niel y Schell señalan que en ninguna población en particular se puede cumplir este conjunto de condiciones; en la mayoría de los casos, los cálculos según la ley de Hardy-Weinberg son tan cercanos a la realidad que la ley resulta bastante adecuada para analizar la estructura genética de las poblaciones. Para la genética médica, es importante que esta ley pueda utilizarse para analizar poblaciones y genes patológicos que reducen la viabilidad y fertilidad de los individuos. Esto se debe al hecho de que en las poblaciones humanas la salida de alelos patológicos causada por la selección natural (con la eliminación de individuos con viabilidad reducida) se equilibra con la entrada de los mismos alelos como resultado de la presión mutacional.

La ley de Hardy-Weinberg explica la tendencia de la estructura genética a persistir a lo largo de generaciones sucesivas de una población. Sin embargo, hay una serie de factores que interrumpen esta tendencia. Estos incluyen, en primer lugar, la selección natural. La selección es el único factor evolutivo que provoca un cambio dirigido en el acervo genético al eliminar de la población a los individuos menos aptos o reducir su fertilidad. El segundo factor importante que garantiza la entrada de alelos en una población es el proceso de mutación. Surge la pregunta. ¿Con qué frecuencia ocurren mutaciones en poblaciones en condiciones naturales? Estas mutaciones se denominan espontáneas.

Un factor importante que influye en la frecuencia de los alelos en poblaciones pequeñas son los procesos genético-automáticos: la deriva genética. La deriva genética aleatoria (deriva genética) es un cambio en las frecuencias de los alelos a lo largo de una serie de generaciones causado por razones aleatorias, por ejemplo, una población pequeña. Como resultado de la deriva genética, algunos alelos adaptativos pueden eliminarse de la población, y otros menos adaptativos e incluso patológicos, por razones aleatorias, pueden alcanzar concentraciones relativamente altas. Estos procesos ocurren de manera especialmente intensa durante la reproducción desigual. El gobernante de Persia en el siglo XVIII, Fecht-Alishah, tenía 66 hijos, 124 nietos mayores, 53 hijas casadas y 135 hijos. A la edad de 80 años, tenía 935 descendientes directos. En estas condiciones, cualquier mutación, no sólo beneficiosa sino también perjudicial, estaba destinada a multiplicarse enormemente entre las familias aristocráticas de Persia.

Si la población no es demasiado pequeña, los cambios en las frecuencias de los alelos causados ​​​​por la deriva genética que ocurren en una generación también son pequeños; sin embargo, al acumularse a lo largo de varias generaciones, pueden volverse muy significativos. En el caso de que las frecuencias alélicas en un locus determinado no estén influenciadas por ningún otro proceso (mutación o selección), la evolución conducirá al hecho de que uno de los alelos se fijará y todos los alelos alternativos se eliminarán. Si en una población sólo ocurre deriva genética, entonces la probabilidad de que un alelo dado finalmente se fije es exactamente igual a su frecuencia original.

El caso límite de la deriva genética es el proceso de aparición de una nueva población formada por unos pocos individuos; Ernst Mayr llamó a este proceso el efecto fundador. Las poblaciones de muchas especies que viven en islas oceánicas, que suman millones de individuos, descienden de uno o más individuos que migraron allí hace mucho tiempo. Una situación similar ocurre en lagos y bosques aislados. Debido a errores de muestreo, las frecuencias genéticas en varios loci en los pocos individuos que fundan una nueva población pueden ser muy diferentes de las frecuencias genéticas en la población de la que se originan, lo que puede dejar una fuerte huella en la evolución de las poblaciones recién fundadas.

CITOGENÉTICA La citogenética es una rama de la genética que estudia la organización estructural y funcional del material genético a nivel celular, principalmente los cromosomas. Para una comprensión integral de la organización de los cromosomas de los organismos superiores (incluidos los humanos), es necesario el conocimiento de los patrones generales de empaquetado del ADN en todas las variantes proporcionadas por la naturaleza viva: los genomas de los virus, los procariotas, las mitocondrias y los protistas.

Cromosomas y cariotipo Cada célula de cualquier organismo contiene un determinado conjunto de cromosomas. Cariotipo total. Los cromosomas de una célula se llaman En el cariotipo de las células somáticas, se distinguen pares de cromosomas idénticos (en estructura, forma y composición genética), los llamados cromosomas homólogos (1º - materno, 2º - paterno). Un conjunto de cromosomas que contiene pares de homólogos se llama diploide (denotado 2 n).

Las células sexuales (gametos) contienen la mitad del conjunto diploide, un cromosoma de cada par de homólogos. Tal conjunto se llama haploide (denotado 2n). Un humano tiene un conjunto diploide de 46 cromosomas, un chimpancé - 48, una rata - 42, un perro - 78, una vaca - 60, una mosca de la fruta - 8, un gusano de seda - 56, una patata - 48

El cariotipo generalmente se examina en la etapa metafase de la mitosis, cuando cada cromosoma consta de dos cromátidas idénticas y está espiralizado al máximo. Las cromátidas están conectadas en la región del centrómero (constricción primaria). En esta zona se encuentra un cuerpo fibrilar, el cinetocoro, al que se unen los filamentos del huso durante la mitosis. Los extremos de los cromosomas se llaman telómeros. Impiden que los cromosomas se peguen, es decir, son responsables de su “individualidad”.

La sección de cromátida entre el centrómero y el telómero se llama brazo. Los hombros tienen sus propias designaciones: corto - p y largo - q. Dependiendo de la ubicación del centrómero, se distinguen los siguientes tipos morfológicos de cromosomas: metacéntrico (p = q), submetacéntrico (q>p), acrocéntrico (de un solo brazo - q).

Algunos cromosomas cariotipo tienen una constricción secundaria, donde generalmente se ubica el organizador nucleolar: la región de formación del nucleolo. La síntesis de r-RNA y la formación de subunidades ribosómicas se produce en el nucléolo. Los núcleos de diferentes organismos tienen de 1 a 10 nucléolos, algunos no tienen ninguno.

Para el análisis citogenético se deben identificar todos los cromosomas incluidos en el cariotipo. El método principal para identificar cromosomas en preparaciones citológicas es varias maneras Tinción diferencial (Q-, G-, R-, C-, etc.), que se basan en el uso de ciertos tintes que se unen específicamente a secciones de ADN de diferentes estructuras.

Los métodos de tinción diferencial se desarrollaron a finales de los años 1960 y principios de los 1970, y abrieron una nueva página en la citogenética. Cada cromosoma de color diferente tiene su propio patrón de estriación específico, lo que permite identificarlo. Un cariotipo se puede representar como un diagrama en el que los cromosomas están dispuestos en un orden determinado (normalmente en grupos que unen cromosomas del mismo tipo morfológico), bajo determinados números. Este diagrama se llama idiograma. Los cromosomas homólogos tienen el mismo número, pero en el diagrama solo se muestra uno de ellos.

El término genoma (genoma alemán) fue propuesto por el botánico alemán Hans Winkler en 1920 para designar el conjunto mínimo de cromosomas. Por lo tanto, en la actualidad, en genética molecular, el término genoma se refiere cada vez más a las moléculas de ADN mínimamente ordenadas en una célula. totalidad

Consideremos la organización del genoma humano a nivel citogenético. El número de cromosomas en un conjunto haploide (número básico) es 23. Todos los cromosomas están numerados y divididos en clases.

Todos los cromosomas están numerados y divididos en clases. y De estos, la clase A incluye los cromosomas 1, 2, 3; a la clase B – cromosomas 4, 5; a la clase C – cromosomas 6, 7, 8, 9, 10, 11, 12; a la clase D – cromosomas 13, 14, 15; a la clase E – cromosomas 16, 17, 18; a la clase F – cromosomas 19, 20; a la clase G: cromosomas 21, 22. Los cromosomas enumerados se llaman autosomas y están presentes tanto en hombres como en mujeres.

Estructura cromosómica Cada cromátida contiene una molécula de ADN asociada con proteínas histonas y no histonas. Actualmente se acepta el modelo nucleosomal de organización de la cromatina eucariota. Según este modelo, las proteínas histonas (son casi iguales en todos los eucariotas) forman glóbulos especiales, 8 moléculas en cada glóbulo (2 moléculas de histonas H 2 a, H 2 b, IZ, H 4). La cadena de ADN da 2 vueltas alrededor de cada glóbulo. Una estructura que consta de un octámero de histona enrollado alrededor de un trozo de ADN (de 140 a 160 pb de tamaño) se llama nucleosoma. Este plegamiento del ADN reduce su longitud 7 veces. El modelo nucleosomal se llama "cuentas en una cuerda". Las histonas cargadas positivamente y el ADN cargado negativamente forman un ADN confiable

La región del ADN entre los nucleosomas tiene histona HI. Desempeña un papel importante en la espiralización del hilo nucleosomal y en la formación del segundo nivel de organización cromosómica: la estructura helicoidal del solenoide. El posterior plegamiento en varias etapas de la cadena de histonas de ADN determina el empaquetado compacto del material genético en el cromosoma, el llamado proceso de compactación de la cromatina. En total, hay 4-5 niveles de empaquetamiento, comenzando por el nucleosoma. El grado de compactación de la cromatina varía en las diferentes regiones de los cromosomas y depende del período del ciclo celular. Una variedad de proteínas distintas de las histonas desempeñan un papel específico en este proceso. play Gracias al proceso de compactación, las moléculas de ADN muy largas se empaquetan en un pequeño volumen en la célula.

Hay 2 tipos de cromatina: eucromatina (menos apretada) y heterocromatina (más apretada). A su vez, la heterocromatina se divide en dos clases: heterocromatina estructural (o constitutiva) (áreas constantemente detectables) y heterocromatina facultativa (áreas de compactación reversible de regiones eucromáticas). La heterocromatina estructural se localiza en las regiones pericentroméricas y en algunas otras regiones de los cromosomas; Sokraska la detecta claramente. En la interfase, las áreas de heterocromatina estructural a menudo se agregan entre sí.

Se cree que la heterocromatina es genéticamente inactiva debido a un alto grado de condensación, mientras que la eucromatina está activa. Pero, por otro lado, sólo una pequeña parte de los genes de la eucromatina está activa, es decir, estar en la eucromatina es una condición insuficiente para la expresión genética. Surgen aún más preguntas al estudiar el funcionamiento de la heterocromatina.

Cromosomas gigantes En la naturaleza se observan casos de estructura cromosómica atípica. Dado que estos cromosomas atípicos son grandes, sirven como un modelo conveniente para estudiar el genoma. Los cromosomas en cepillo de lámpara son una versión estirada y desenredada de los cromosomas de ovocitos normales durante la meiosis prolongada. Se estudian mejor en anfibios, debido a su tamaño particularmente grande. La longitud de dichos cromosomas es 30 veces mayor que su longitud normal. Los cromosomas en cepillo de lámpara reciben su nombre de la presencia de bucles. Los bucles son regiones de la cadena cromosómica que sobresalen de un material más compacto y son el sitio de transcripción activa. Al final de la meiosis, los cromosomas en cepillo de lámpara vuelven a su estado normal.

Los cromosomas politenos se forman en algunas células como resultado de una despiralización máxima y una replicación múltiple sin divergencia cromosómica posterior. Este fenómeno se llama endomitosis. Antes de la endomitosis, los cromosomas homólogos se unen en pares: se conjugan. Esta conjugación no es típica de otras células somáticas. Todos los cromosomas politénicos del cariotipo están unidos por centrómeros en un cromocentro común. Los cromosomas politenos se han estudiado mejor en insectos dípteros (incluido el objeto clásico, Drosophila), aunque también se encuentran en algunos otros organismos. Dado que los cromosomas politenos contienen más de 1000 hebras, son 1000 veces más gruesos que los cromosomas normales y tienen áreas claramente visibles de espiralización más densa: los discos.

Mecanismos moleculares y papel biológico de la reparación del ADN La resistencia de los organismos vivos a diversos agentes dañinos de naturaleza física, química y biológica está determinada por su capacidad para restaurar estructuras dañadas. Un papel especial corresponde al proceso de reparación del ADN a nivel molecular, que conduce a la restauración de la estructura normal de los ácidos nucleicos alterada durante la interacción con estos agentes. Así surgieron los sistemas de reparación, destinados a corregir daños en la molécula de ADN. Actualmente se distingue la reparación post-replicativa. Reparación prerreplicativa y prerreplicativa: fotorreactivación, escisión o reparación oscura.

Fotorreactivación El fenómeno de la fotorreactivación fue descubierto en 1949 por Kelner. La fotorreactivación es un proceso de un solo paso y se lleva a cabo con la ayuda de una enzima fotorreactivadora (PRF): la fotoliasa. La esencia de este fenómeno es que la luz visible con una longitud de onda de 300 a 400 nm excita una enzima fotorreactivadora que descompone los dímeros de pirimidina. Este mecanismo tiene la propiedad de eliminar en una sola etapa un solo tipo de daño (dímeros de timina), realizado por una enzima. En la oscuridad, una enzima (fotoliasa) se adhiere al dímero y, bajo la influencia de la luz visible, escinde el dímero para formar las bases intactas originales y se libera la fotoliasa. En 1971, se descubrió el FGF en todo tipo de organismos vivos. Se detectó fotorreactivación en leucocitos y fibroblastos humanos.

Volviendo al mecanismo de acción del FGF, cabe señalar que la unión de la enzima al ADN que contiene dímeros es reversible, y si este complejo no se expone a la luz fotorreactivadora, se produce su disociación y el ADN que porta fragmentos alterados puede convertirse en un Sustrato para la acción de las enzimas reparadoras de la oscuridad. papel biológico La fotorreactivación consiste en proteger el ADN celular de los efectos inactivadores de la radiación UV.

Reparación por escisión (reparación oscura, síntesis de ADN no programada). La forma más común de corregir el daño estructural del ADN causado por mutágenos químicos, la exposición a los rayos UV y la radiación ionizante es la reparación por escisión. El mecanismo de reparación por escisión se descubrió en 1964 en células microbianas irradiadas con luz ultravioleta. Un rasgo característico fue la escisión de dímeros de pirimidina del ADN irradiado con luz ultravioleta. (corte) Más tarde resultó que este mecanismo no se limita a la eliminación del daño causado por los rayos UV en el ADN, sino que tiene el significado universal de un sistema que elimina cualquier daño químico a la estructura primaria del ADN. Otra característica de la reparación por escisión es que no requiere energía de luz visible o cercana a los rayos UV.

La reparación por escisión es un proceso de múltiples etapas, ocurre en 4 etapas utilizando un sistema multienzimático y elimina dímeros, bases pirimidínicas y productos de radiólisis. La primera etapa del ciclo es la incisión (corte). Este es un proceso enzimático que implica romper la cadena de ADN cerca del daño por las endonucleasas. Se cree que esta etapa está precedida por la etapa de reconocimiento de un defecto en el ADN. La segunda etapa es la escisión, durante la cual se liberan el dímero y los nucleótidos adyacentes. La enzima involucrada es la exonucleasa. La escisión comienza con un ataque de exonucleasa al ADN dañado. En este caso, se escinde el dímero de pirimidina y se produce una escisión secuencial adicional de los nucleótidos adyacentes. El otro extremo de la rotura, que contiene un grupo fosfato en el tercer extremo, no puede servir como cebador para la actividad exonucleasa de la ADN polimerasa-1, ya que la actividad de la enzima unida a este extremo está inhibida, por lo tanto, la escisión del fosfato desde el tercer extremo junto con el nucleótido se produce bajo la acción de la enzima tipo exonucleasa-3.

Como resultado, se forma el extremo 5-P, que es necesario para completar la etapa de reparación: la reacción de la ADN polimerasa (síntesis reparadora). Se utiliza una cadena de ADN complementaria y no dañada como plantilla para la síntesis reparativa de ADN, proporcionando una reproducción precisa de la estructura primaria del ADN que existía antes de la exposición al agente dañino. La etapa de reparación por escisión es una síntesis de reparación en la que los espacios resultantes se rellenan en secciones cortas utilizando ADN polimerasa. La tercera y cuarta etapa de la reparación es la reticulación de los extremos 5 fosfato y 3 OH del ADN reparado; está involucrada la enzima ligasa. Bajo la influencia de la radiación, cuando se produce una rotura directa de la cadena de ADN, la ligasa puede actuar como una enzima reparadora independiente, llevando a cabo una reparación "ultra rápida".

Por lo tanto, tanto la fotorreactivación como la reparación por escisión ocurren antes de que las células dañadas entren en la fase de síntesis de ADN. Por el contrario, la reparación posreplicativa comienza después de que la célula comienza a replicarse. En este caso, la síntesis de ADN evita el daño, pero contra ellos se forman espacios en las hebras hijas, que luego se reparan mediante recombinación o mediante síntesis de ADN de novo. Estas últimas pueden ser de dos tipos: síntesis similares a la replicación normal, en la que las bases nitrogenadas se incorporan al ADN en total conformidad con las reglas de complementariedad (una vía de reparación sin errores), o síntesis sin plantillas, cuando las bases se insertan en aleatorio. Esta es una ruta de recuperación propensa a errores.

Los tres tipos de reparación están muy extendidos por naturaleza. Se encuentran en representantes de diferentes grupos. En diferentes grupos de organismos, una u otra vía de reparación puede estar más o menos activa o incluso completamente ausente, pero luego esto se compensa con la actividad de otros sistemas de reparación. La acción combinada de varios sistemas de reparación elimina muchos daños en el ADN. Su diversidad sugiere que cualquier cambio estable en la estructura de los ácidos nucleicos puede repararse.

Consecuencias reparadoras en algunas enfermedades humanas hereditarias. Actualmente, se están estudiando una serie de enfermedades humanas hereditarias en relación con los procesos de reparación. Cinco de ellas son enfermedades autosómicas recesivas, diferentes en cuadro clinico, pero su característica común es la inestabilidad cromosómica, la deficiencia inmunológica y un mayor riesgo de cáncer. Xeroderma pigmentoso. Este nombre clínico reúne a un grupo de enfermedades en las que existe mayor sensibilidad piel a luz de sol. Clínicamente, esto se manifiesta en enrojecimiento de la piel, pigmentación y aparición de neoplasias malignas. También son característicos los signos del envejecimiento de la piel. Las anomalías neurológicas también pueden estar asociadas con trastornos de la piel.

El xeroderma pigmentoso es la primera enfermedad humana en la que se ha demostrado una relación con los procesos de estado de reparación. Los fibroblastos de piel de pacientes con PC resultaron ser más sensibles a la irradiación ultravioleta que los fibroblastos de donantes sanos. Esto se debe al hecho de que tienen una capacidad reducida para liberar dímeros de timina después de la irradiación UV. Dado que las roturas únicas, características del primer paso de la reparación por escisión, no se forman en el ADN de los fibroblastos de pacientes con PC después de la irradiación, se concluyó que en esta enfermedad hay una mutación en el gen que codifica la síntesis de un UV específico. endonucleasa. La adición de esta enzima al medio restableció completamente la capacidad reparadora. Posteriormente se descubrieron formas de la enfermedad en las que también estaban alteradas otras enzimas de la vía de escisión y las células de los pacientes resultaron ser sensibles tanto a los rayos UV como a las radiaciones ionizantes.

Pancitopenia o anemia de Fanconi. Esta enfermedad se caracteriza por anomalías hematológicas. Todos los brotes de médula ósea se ven afectados. Se observan leucopenia, trombocitopenia, anemia, pigmentación marrón intensa de la piel, defectos en el desarrollo del esqueleto, corazón, riñones y gónadas. El principal defecto molecular en la FA es una violación de la síntesis de la exonucleasa, la enzima que completa el corte de la sección de ADN dañada. Inicialmente, esto se demostró en fibroblastos de pacientes irradiados con luz ultravioleta. En células de pacientes con AF, la escisión entrecruzada se ve afectada debido a la ausencia de exonucleasa. Las células exhiben una condensación prematura de la cromatina al entrar en la mitosis y aparecen aberraciones cromosómicas. Un estudio de aberraciones cromosómicas en linfocitos mostró que ambos tipos de células (linfocitos T y B) están afectados. Se cree que ambos linfocitos pueden estar implicados en el desarrollo de leucemia en la FA.