Post on 02-Nov-2018
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Prefacio xxv
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Genes,cromosomas y herencia1 Introduccióna la Genética 1
1
1.1 De Mendel al DNA en menos de un siglo 2El trabajo de Mendel sobre la transmisión de loscaracteres 3
La teoría cromosómica de la herencia: conectando
Mendel y meiosis 3
Variación genérica 4
La investigación de la natnraleza química de los genes:
¿DNA o proteínas? 51.2 Eldescubrimiento de la doble hélice inició la era del
DNA recombinante 5
La estructura del DNA y del RNA 5
Expresión génica: del DNA al fenotipo 6
Las proteínas y la función biológica 6
Conectando genotipo y fenotipo: la anemiafalciforme 7
1.3 Lagenómica tuvo su origen en la tecnología delDNA recombinante 8
Fabricando moléculas de DNA recombinante ydonando el DNA 8
Secuenciando genomas: el Proyecto GenomaHumano 9
1.4 El impacto de la biotecnología está creciendo 10
Vegetales, animales y suministro de alimentos 10
¿A quién pertenecen los organismos transgénicos? 11Biotecnología en genética y medicina 11
1.5 Los estudios genéticos confían en la utilización de
organismos modelo 13La serie actual de organismo modelo en genética 13Organismos modelo y enfermedades humanas 15
1.6 Vivimos en la «Era de la Genética» 16
Genética, tecnología y sociedad 16
Resumen del capítulo 17Problemasy preguntas a discusión 17Lecturasseleccionadas 18
..
~ ....
~ ..~...~.......
2 Mitosis y meiosis 19
2.1 Laestructura de la célula está íntimamente ligadacon la función génica 20Límites celulares 20El núcleo 21
El citoplasma y sus orgánulos 222.2 En los organismos diploides, los cromosomas
forman parejas homólogas 232.3 Lamitosis reparte los cromosomas en las células
hijas 25La interfase y el ciclo celular 26Profase 27
Prometafasey metafase 27Anafase 27Telofase 28
2.4 La meiosis reduce el número de cromosomas de
diploide a haploide en las células germinales y enlas esporas 30Panoramade la meiosis 31
La primera división meiótica: la profase 1 31Metafase, Anafase y Telofase 1 32La segundadivisión meiótica 33
2.5 El desarrollo de los gametos varía durante laespermatogénesis y la oogénesis 34
2.6 La meiosis es esencial para el éxito de lareproducción sexual en todos los organismosdiploides 35
2.7 La microscopía electrónica ha revelado lanaturaleza citológica de los cromosomas mitóticosy meióticos 36Cromatina y cromosomas 36El complejo sinaptinémico 37
Resumen del capítulo 39Ideas y soluciones 39
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X Contenido
Problemas y preguntas a discusión 41Problemas extra-picantes 42Lecturas seleccionadas 42
3 Genética mendeliana 43
3.1 Mendel utilizó un modelo experimental paraabordar el estudio de los patrones de herencia 44ElCrucemonohíbrido revela como setransmite un
carácterde generación en generación 44Los tres primeros principios de Mendel 46Terminología genética actual 46Planteamiento analítico de Mendel 47Tablero de Punnett 48
El cruce prueba: Uncarácter 48Elcrucedihíbrido de Mendel reveló su cuarto
postulado: la transmisión independienteLa transmisión independiente 50El cruce prueba: dos caracteres 52Loscrucestrihíbridos demuestran que los principiosde Mendel son aplicablesa la herenciade caracteresmúltiples 52El método de la bifurcación en línea o esquemaramificado 52
El trabajo de Mendel fue redescubiertoa principiosdel siglo xx 54La correlaciónde los postuladosde Mendel con elcomportamiento de loscromosomasconstituyó elfundamento de la genética de la transmisiónmoderna 54
Factores, genes y cromosomas homólogo s 55Latransmisión independiente da lugar a una granvariación genética 56Lasleyesde probabilidad nos ayudan a explicar losfenómenos genéticos 57Las leyes del producto y de la suma 57Probabilidad condicional 58El teorema binomial 58
Elanálisis de ji-cuadrado evalúa la influencia del
azar en los datos genéticos 59
Interpretación de los cálculos de X2 60
3.2
3.3
3.4
3.5
3.6
3.7
3.8
3.9
3.10 Lasgenealogías humanas revelan patrones deherencia 62
Convenciones en las genealogías 62Análisis de genealogías 63
::: Genética, tecnología y sociedad 65
La enfermedad de Tay-Sachs: un trastorno molecularrecesivo en la especie humana 65
Resumen del capítulo 66Ideas y soluciones 66Problemas y preguntas a discusión 69Problemas extra-picantes 71Lecturas seleccionadas 72
4 Ampliaciones de la genéticamendeliana 73
4.1 Losalelos modifican losfenotipos de manerasdiversas 74
Losgen éticos utilizan una gran variedad desímbolospara losalelos 75Condominancia incompleta, ningún alelo esdominante 76
En la codominancia,es muy evidente la influenciade ambosalelos en el heterozigoto 77En una poblaciónpuede haber genes con alelosmúltiples 77El grupo sanguíneoABO 77Los antígenosA y B 78El fenotipo Bombay 80Ellocus white en Drosophila 80Losalelos letales son genes esenciales 81Mutacionesletalesdominantes 82 .
Lacombinaciónde dos paresde genes implicadosen dos modosde herenciamodifican la proporción9:3:3:1 82
A menudo losfenotipos están afectados por másdeun gen 83Epistasia 84Patrones de herencia únicos 85
4.2
4.3
4.4
4.5
4.6
4.7
4.8
..
...
~Fenotiposnuevos 87Otrasproporcionesdihíbridas modificadas 88
4.9 Laexpresión de un solo gen puede tener efectosmúltiples 89
4.10 Elligamiento al X se refiere a genes delcromosoma X 90Ligarnientoal X en Drosophila 90Ligamientoal X en la especie humana 92
4.11 Enla herencia limitada e influenciada por el sexo, elsexo del individuo influye en el fenoptipo 93El síndromede Lesch-Nyhan: las bases molecularesde una rara enfermedad recesiva ligada al X 94
4.12 Laexpresión fenotípica no es siempre el reflejodirecto del genotipo 95Penetración y expresividad 95Fondo genético: supresión y efectos de posición 96Efectos de la temperatura 97Efectosde la nutrición 97
Iniciode la expresión génica 98Anticipacióngenética 98Improntagenórnica (Paterna) 99
= Genética, tecnología y sociedad 100
Mejoradel destino genético de los perros de razaResumendel capítulo 1011deasy soluciones 102Problemasy preguntas a discusión 104Problemasextra-picantes 108Lecturasseleccionadas 110
100
5 Cartografía cromosómica eneucariotas 111
5.1 Losgenes ligados en el mismo cromosoma sesegregan juntos 112La proporción de ligarniento 113Elentrecruzamiento es la base para determinar ladistancia entre los genes en la construcción demapas cromosómicos 115Morgany el entrecruzamiento 115Sturtevanty la obtención de mapas 117
i5.2
Contenido XI
Entrecruzamientos sencillos 1175.3 Ladeterminación de la secuencia génica en la
confección de un mapa se basa en el análisis deentrecruzamientos múltiples 119Entrecruzamientos múltiples 119Mapa de tres puntos en Drosophila 120Determinación del orden de los genes 122Un problema de cartografía en el maíz 124
5.4 la interferencia afecta a la recuperación de losintercambios múltiples 127
5.5 A medida que la distancia entre dos genes aumenta,los experimentos de cartografía se hacen másimprecisos 128
5.6 Los genes de Drosophila han sido ampliamentecartografiados 129
5.7 Elentrecruzamiento implica un intercambio físicoentre cromátidas 130
5.8 La recombinación se produce entre cromosomasmitóticos 131
5.9 Entre cromátidas hermanas también se producenintercambios 133
5.10 En organismos haploides se puede realízar el análisisdelligamiento y la confección de mapas 134Mapas de gen a centrómero 135Análisis de tétradas ordenadas respecto dedesordenadas 137
Ligamiento y cartografía 1375.11 Elanálisis de la puntuación lod y de la hibridación
celular somática fueron históricamente importantespara confeccionar mapas de cromosomashumanos 140
5.12 Ahora es posible la cartografía de genes utilizandoel análisis molecular del DNA 143
Cartografía de genes utilizando las anotaciones de lasbases de datos 143
5.13 ¿Encontró Mendelligamiento? 143¿Por qué Gregor Mendel no encontró ligamiento? 144Resumen del capítulo 144Ideas y soluciones 145Problemas y preguntas a discusión 147Problemas extra-picantes 150Lecturas seleccionadas 151
XII Contenido
6 Análisis genético y mapas enbacterias y bacteriófagos 153Las bacterias mutan espontáneamente y crecen a unritmo exponencial 154Laconjugación es una de las formas derecombinación en bacterias 155Bacterias p+ y P- 157Bacterias Hfr y mapas de cromosomas 159Recombinación en cruces p+ X P-: revisión 162El estado F' y los merozigotos 162Elanálisis mutacional condujo al descubrimiento delas proteínas Rec,esenciales para la recombinaciónbacteriana 162Losfactores Fson Plásmidos 164
LaTransformación es otro proceso que da lugar arecombinación en Bacterias 165El proceso de la transformación 165Transformación y genes ligados 165Los bacteriófagos son virus bacteria nos 165Pago T4: estructura y ciclo biológico 167El análisis de calvas 168Lisogenia 169Latransducción es una transferencia de DNAbacteriano a través de un virus 169El experimento de Lederberg-Zinder 169Naturaleza de la transducción 170
Transducción y mapas 171Los bacteriófagos sufren recombinaciónintergénica 172Mapas en bacteriófagos 173En el fago T4 se produce recombinaciónintragénica 173Ellocus rU del fago T4 174Complementación entre mutaciones rU 174Análisis de la recombinación 176Prueba de deleciones dellocus rU 177El mapa del gen rU 178
6.1
6.2
6.3
6.46.5
6.6
6.7
6.8
6.9
11 Genética, tecnología y sociedad 178
Genes bacterianos y enfermedades: de la expresióngénica a las vacunas comestibles 178
Resumen del capítulo 180
[}
Ideas y soluciones 180Problemas y preguntas a discusiÓnProblemas extra-picantes 183Lecturas seleccionadas 185
182
7 Determinación del sexo ycromosomas sexuales 187
Diferenciación sexual y ciclos biológicos 188Chlamydomonas 188Zea mays 189Caenorhabditis elegans 191Los cromosomas Xe Yfueron relacionados porprimera vez con la determinación del sexo aprincipios del siglo xx 192Elcromosoma Y determina la masculinidad en loshumanos 193
Síndrome de Klinefelter y Turner 194Síndrome 47,XXX 195Condición 47,XYY 195Diferenciación sexual en humanos 196El cromosomaY y el desarrollo masculino 196La proporción de varones y mujeres en la especiehumana no es 1,0 198Lacompensación de dosis evita una expresiónexcesiva de los genes ligados al X en humanos yotros mamíferos 198Corpúsculos de Barr 199La hipótesis de Lyon 200El mecanismo de la inactivación 201La proporción de cromosoma X respecto de ladotación de autosomas determina el sexo enDrosophila 202Compensación de dosis en Drosophila 204Mosaicos en Drosophila 204Lavariación de la temperatura regula ladeterminación del sexo en reptiles 205
11Genética, tecnología y sociedad 206
Una cuestión de género: selección del sexo enhumanos 206
Resumen del capítulo 207
7.1
7.2
7.3
7.4
7.5
7.6
7.7
J
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Ideasy soluciones 208Problemasy preguntas a discusión 208Problemasextra-picantes 209Lecturasseleccionadas 210
8 Mutacionescromosómicas:variaciónen el número y ordenaciónde loscromosomas 213
8.1 Terminologíaespecífica que describe las variacionesen el número de cromosomas 214Lavariación en el número de cromosomas se originapor una no disyunción 214Lamonosomía, o pérdida de un 5010cromosoma,puede tener graves efectos fenotípicos 215Monosomíaparcial en la especie humana: el síndromeCri-du-chat 216Latrisomíaimplicala adiciónde un cromosomaa ungenoma diploide 216El síndromede Down 217Síndromede Patau 219Síndromede Edwards 220Viabilidadde las aneuploidías en la especiehumana 220Lapoliploidía, en la que se encuentran más de dosdotaciones haploides de cromosomas, espredominante en 105vegetales 221Autopoliploidía 222Alopoliploidía 223Endopoliploidía 224Enla estructura y en la ordenación de 105cromosomas se produce variaciones 225Una deleción es la pérdida de una región de uncromosoma 226
Una duplicación es la repetición de un segmento dematerial genético 228Redundanciay amplificación génica: genes del RNAribosómico 228La mutaciónojo Bar en Drosophila 229El papel de las duplicaciones génicas en laevolución 229
8.2
8.3
8.4
8.5
8.6
8.7
8.8
Contenido XIII
8.9 Las inversiones reordenan la secuencia lineal de 105
genes 231Consecuencias de las inversiones en la formación de
los gametos 232Efecto de posición en las inversiones 233Ventajas evolutivas de las inversiones 234
8.10 Lastranslocaciones alteran la localización de
segmentos cromosómicos en el genoma 234Translocaciones en la especie humana: el síndrome deDown familiar 235
8.11 En la especie humana los lugares frágiles sonsusceptibles de roturas cromosómicas 236Síndrome del X frágil (Síndrome de Martin-Bell) 236
[: Genética, tecnología y sociedad 238
La relación entre los lugares frágiles y el cáncer 238Resumen del capítulo 238Ideas y soluciones 239Problemas y preguntas a discusión 240Problemas extra-picantes 241Lecturas seleccionadas 242
9 Herencia extranuclear 245
9.1 La herencia de orgánulos implica al DNA decloroplastos y mitocondrias 246Cloroplastos: la variegación en el dondiego denoche 246
Cloroplastos: mutaciones en Chlamydomonas 246Mutaciones mitocondriales: el caso de poky enNeurospora 248Petites en Saccharomyces 248Elconocimiento del DNA mitocondrial ycloroplástico nos ayuda a explicar la herencia de losorgánulos 250El DNA de los orgánulos y la teoríaendosimbiótica 250
Organización molecular y productos génicos del DNAde cloroplastos 251Organización molecular de los productos génicos delDNA mitocondrial
Las mutaciones en el DNA mitocondrial dan lugar aenfermedades en la especie humana 252
9.2
9.3
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XIV Contenido
La herencia infecciosa se basa en las relacionessimbióticas entre el organismo huésped y elinvasor 254Kappa en Paramecium 254Partículas infecciosas en Drosophila 255En el efecto materno, el genotipo de la madre tienegran influencia en el desarrollo temprano 256La pigmentación en Ephestia 256Enrollamiento en Limnaea 257
Desarrollo embrionario en Drosophila 257
~ Genética, tecnología y sociedad 259
DNA mitocondrial y el misterio de los Romanov 259Resumen del capítulo 260Ideas y soluciones 260Problemas y preguntas a discusión 261Problemas extra-picantes 262Lecturas seleccionadas 263
9.4
9.5
SegDNA:estructura, replicacióny variación
10 Estructura y análisis del DNA
;,
265
10.1 El material genético debe presentar cuatrocaracterísticas 266
10.2 Hasta 1944 las observaciones favorecían a lasproteínas como material genético 267
10.3 Las pruebas a favor del DNAcomo material genéticose obtuvieron inicialmente mediante el estudio de
bacterias y bacteriófagos 268Transformación: los estudios iniciales 268
Transformación: el experimento de Avery, MacLeod yMcCarty 270El experimento de Hershey-Chase 271Experimentos de transfección 274
10.4 Pruebas indirectas y directas apoyan el concepto deque el DNAes el material gen ético en eucariotas 274Prueba indirecta: distribución del DNA 274
Prueba indirecta: mutagénesis 275Prueba directas: estudios de DNA recombinante 275
10.5 El RNA sirve de material gen ético en algunosvirus 276
10.6 El conocimientode la químicade los ácidosnucleicos es esencial para entender la estructura delDNA 277
Los nucleótidos: las piezas que forman los ácidosnucleicos 277
Nucleósidos difosfato y trifosfato 278Polinucleótidos 278
10.7 La estructura del DNAes la clave para entender sufunción 279
Estudios de la composición de bases 280Análisis de difracción de rayos X 280El modelo de Watson y Crick 281
10.8 Existen formas alternativas de DNA 284
10.9 La estructura del RNA es químicamente parecida a ladel DNA,pero de cadena sencilla 286Estructura molecular de los ácidos nucleicos: laestructura del ácido desoxirribonucleico 287
10.10 Muchastécnicasanalíticashan sido útilesdurante lainvestigación del DNA y el RNA 288Absorción de luz ultravioleta (UV) 288Comportamiento de sedimentación 288Desnaturalización y renaturalización de los ácidosnucleicos 290Hibridación molecular 291
Hibridación in situ fluorescente (FISH) 292
Cinética de reasociación y DNA repetitivo 292Electroforesis de ácidos nucleicos 294
~ Genética, tecnología y sociedad 295Los giros de la revolución helicoidal 295
Resumen del capítulo 296Ideas y soluciones 297Problemas y preguntas a discusión 298Problemas extra-picantes 300Lecturas seleccionadas 300
I
I
11 Replicación y recombinación delDNA 303
11.1 El DNA se reproduce por replicaciónsemiconservativa 304
.
- ,..
El experimentode Meselson-Stahl 305Replicaciónsemiconservativaen eucariotas 306Orígenes,horquillas y unidades de replicación 307
11.2 Enla síntesis de DNAen bacterias participancincopolimerasasy otras enzimas 308La DNApolimerasa I 308Síntesisde DNA biológicamente activo 310Las DNApolimerasas11,III,IV YV 310
11.3 Durantela replicacióndel DNAse deben resolvermuchascuestiones complejas 311
11.4 Lahélicede DNAdebe desenrollarse 31211.5 Lainiciaciónde la sintesis de DNAprecisaun
cebadorde RNA 31311.6 Lascadenasantipara lelas precisansíntesis de DNA
continuay discontinua 31311.7 Lasíntesisen las cadenas adelantada y retrasadaes
simultánea 31411.8 Lacorrecciónde pruebasy la eliminación de errores
son parteconsubstancialde la replicacióndelDNA 315
11.9 Unmodelo coherente resume la replicacióndelDNA 315
11.10Lareplicaciónes controlada por una variedad degenes 315
11.11Lasíntesisde DNAen eucariotas es parecidaa lasíntesisen procariotas,aunque más compleja 316Múltiplesorígenes de replicación 316DNApolimerasaseucarióticas 317
11.12Losextremosde 105cromosomaseucarióticossonproblemáticosdurantela replicación 318
11.13Larecombinacióndel DNA,comola replicación,esdirigidapordiversasenzimas 320 .
11.14Laconversióngénica es consecuencia de larecombinacióndel DNA 320
~
.: Genética,tecnología y sociedad 322
La telomerasa:¿la clave de la inmortalidad? 322Resumendel capítulo 324Ideasi soluciones 324Problemasy preguntas a discusión 325
Contenido XV
Problemas extra-picantes 326Lecturas seleccionadas 327
12 La organización del DNA encromosomas 329
12.1 Loscromosomas víricosy bacterianos son moléculasde DNArelativamente sencillas 330
12.2 Lossuperenrollamientos son comunes en el DNAde105cromosomas víricosy bacteria nos 332
12.3 Loscromosomas especializados muestranvariaciones de estructura 333Los cromosomas politénicos 333Los cromosomas en escobilla 335
12.4 ElDNAse organiza en cromatinaen 105eucariotas 336La estructura de la cromatina y los nucleosomas 336Análisis de alta resolución del núcleo delnucleosoma 339La heterocromatina 340
12.5 Elbandeo cromosómico diferencia regiones a lolargo del cromosoma mitótico 341
12.6 Loscromosomas eucarióticos presentan unaorganización compleja caracterizadapor el DNArepetitivo 342DNA repetitivo y DNA satélite 342Secuencias de DNA centromérico 343Secuencias de DNA telomérico 344Secuencias moderadamente repetitivas: VNTRs yrepeticiones de dinucleótidos 345Secuencias transpuestas repetitivas: SINES yUNES 345Genes multicopia moderadamente repetitivos 346
12.7 Lainmensa mayoría del genoma eucariótico nocodificaningúngen funcional 346
Resumen del capítulo 347Ideas y soluciones 347Problemas y preguntas a discusión 348Problemas extra-picantes 348Lecturas seleccionadas 350
XVI Contenido
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Expresión y regulación de lainformación genética
13 Elcódigo genético y latranscripción 351
13.1 Elcódigo genético presenta una serie decaracterísticas 352
13.2 Losestudios iniciales establecieron los patronesfuncionales básicos del código 353La naturaleza de tripletes del código 353La naturaleza no solapante del código 354La naturaleza sin puntuaciones y degenerada delcódigo 354
13.3 Lostrabajos de Nirenberg, Matthaei y de otrosinvestigadores condujeron al desciframiento delcódigo 354Síntesis de polipéptidos en un sistema exento decélulas 355
Los códigos de homopolímeros 355Mezcla de copolímeros 356La técnica de unión al triplete 357Copolímeros repetidos 358
13.4 Eldiccionario del código muestra diversos patronesinteresantes entre los 64 codones 359Degeneración y la hipótesis del tambaleo 359La naturaleza ordenada del código 360Iniciación, terminación y supresión 361
13.5 Elcódigo genético se ha confirmado en estudios delfago MS2 361
13.6 Elcódigo genético es casi universal 36213.7 Diferentes puntos de iniciación generan genes
solapados 36213.8 Latranscripción sintetiza RNAsobre un molde de
DNA 36313.9 Estudios con bacterias y con fagos proporcionaros
pruebas de la existencia del mRNA 36413.10La RNApolimerasa dirige la síntesis de RNA 364
Los promotores, la unión al molde y la subunidadsigma 365Iniciación, elongación y terminación de la síntesis deRNA 366
13.11 Latranscripción en eucariotas presenta diversasdiferencias respecto la transcripción enprocariotas 367Iniciación de la transcripción en eucariotas 368Descubrimientos recientes sobre la función de la RNA
polimerasa 369El RNA nuclear heterogéneo y su procesamiento: lascaperuzas y las colas 369
13.12 Las regiones codificantes de los genes eucarióticosestán interrumpidas por secuenciasintercaladas 370Los mecanismos de corte y empalme: RNAautocatalíticos 372Los mecanismos de corte y empalme: elspliceosoma 373La edición del RNA 374
13.13 Latranscripción se ha visual izado mediantemicroscopía electrónica 374
::J Genética, tecnología y sociedad 376Oligonuc1eótidos antisentido: atacando el mensajero 376
Resumen del capítulo 377Ideas y soluciones 377Problemas y preguntas a discusión 378Problemas extra-picantes 380Lecturas seleccionadas 381
14 Traduccióny proteínas 383
14.1 La traducción del mRNA depende de los ribosomas yde los RNA transferentes 384La estructura del ribo soma 384La estructura del tRNA 385
Carga del tRNA 38714.2 La traducción del mRNA puede dividirse en tres
pasos 388Iniciación 388
Elongación 389
r
Terminación 390Los polirribosomas 391
14.3 Elanálisis cristalográficoha revelado muchosdetallesde los ribosomasprocarióticosfuncionales 392
14.4 Latraducciónesmáscomplejaen loseucariotas 39214.5 Laprimeraidea que las proteinas son importantes
parala herenciaprovino del estudio de loserrorescongénitosdel metabolismo 393La fenilcetonuria 394
14.6 Losestudios en Neurospora condujerona lahipótesisde un gen -una enzima 395El análisis de mutantes de Neurospora de Beadle yTatum 395
Genes y enzimas: el análisis de rutas bioquímicas 39514.7 Losestudios de la hemoglobina humana
establecieronque un gen codificauna cadenapolipeptídica 397Anemia falciforme 397
Las hemoglobinas humanas 399
14.8 Lasecuencianucleotídicade un gen y la secuenciaaminoacídicade la proteína correspondientesoncolineares 400
14.9 Laestructuraproteicaes la basede la diversidadbiológica 401Las modificaciones postranscripcionales 404
14.10 Lafunción de las proteínas está directamenterelacionadaa la estructurade la molécula 405
14.11 Las proteínas están constituidas por uno o másdominios funcionales 406
El barajado de exones y el origen de los dominiosproteicos 406
~ Genética, tecnología y sociedad 408
La enfermedadde las vacas locas: la historia de lospriones 408
Resumendel capítulo 409Ideasy soluciones 410Problemasy preguntas a discusión 410Problemasextra-picantes 411Lecturasseleccionadas 413
Contenido XVII
15 Mutación génica. reparación delDNA y transposición 415
15.1 las mutacionesse clasificande diversasmaneras 416
Mutaciones espontáneas, inducidas y adaptativas 416Clasificación basada en la localización de lamutación 418
Clasificación basada en el tipo de cambiomolecular 418
Clasificación basada en los efectos fenotípicos 41915.2 Latasa de mutación espontánea varía enormemente
entre organismos 420Mutaciones deletéreas en humanos 420
15.3 las mutaciones espontáneas surgen de erroresde lareplicacióny de la modificaciónde bases 420Errores de replicación del DNA 420Desplazamiento de la replicación 421Las probabilidades de perder a la ruleta genérica 422Cambios tautoméricos 423
Depurinación y desaminación 423Daño oxidativo 424
Transposones 42415.4 las mutacionesinducidasse producenpor daños
del DNA causadospor agentes químicosyradiaciones 424
Análogos de bases 424Agentes alquilantes 424Colorantes de acridina y mutaciones de cambio defase 426
Radiación ultravioleta y dímeros de timina 427Radiación ionizante 428
15.5 la genómicay la secuenciacióngénica hanincrementado nuestra comprensiónde lasmutacionesen los humanos 428
Los tipos sanguíneos ABO 429La distrofia muscular 429
Repeticiones de trinuc1eótidos en el Síndrome del Xfrágil, en la distrofia miotonica y en la enfermedad deHuntington 430
XVIII Contenido
15.6 Para detectar mutaciones se utilizan técnicasgenéticas, cultivos celulares y análisis degenealogías 431Detección en bacterias y en hongos 431Detección en plantas 431Detección en la especie humana 432
15.7 Elensayo de Ames se usa para valorar lamutagenicidad de los compuestos químicos 433
15.8 Los organismos utilizan sistemas de reparación delDNApara contrarrestar las mutaciones 434Corrección de pruebas y reparación deemparejamientos erróneos. 434Reparación postreplicativa y el sistema de reparaciónSOS 435Reparación por fotorreactivación: reversión del dañopor UV en procariotas 435Reparación por escisión de bases y denuc1eótidos 436Xeroderma pigmentosum y reparación por escisión enhumanos 437Reparación de roturas de la doble cadena eneucariotas 439
15.9 Loselementos transponibles se mueven dentro delgenoma y pueden alterar la función genética 439Las secuencias de inserción 440Los transposones bacterianos 440El sistemaAc-Ds en maíz 442Los elementos genéricos móviles y los guisantesrugosos: una revisión de Mendel 443Los elementos Copia en Drosophila 443Los elementos transponibles P en Drosophila 444Elementos transponibles en la especie humanos 444
:::; Genética, tecnología y sociedad 445
El legado de Chernobyl 445Resumen del capítulo 446Ideas y soluciones 447Problemas y preguntas a discusión 448Problemas extra-picantes 449Lecturas seleccionadas 450
IJ
16 Regulación de la expresión génicaen procariotas 451
16.1 Los procariotas tienen mecanismos genéticoseficientes para responder a las condicionesambientales 452
16.2 Elmetabolismo de la lactosa en E.coli está reguladopor un sistema inducible 452Los genes estructurales 453El descubrimientode las mutacionesde regulación 454El modelo del operón: control negativo 454La prueba genérica del modelo del operón 456El aislamiento del represor 457
16.3 Laproteína activadora por cata bolito (CAP)ejerceun control positivo sobre el operón lac 458
16.4 Elanálisis de la estructura cristalina de loscomplejos represores ha confirmado el modelo deloperón 460
16.5 Eloperón triptófano (trp) en E. co/i es un sistemagenético reprimible 461Pruebas del operón trp 462
16.6 Laatenuación es un proceso decisivo de laregulación del operón trp en E. co/i 463
16.7 Las proteínas TRAPy ATdirigen la atenuación en B.subtilis 464
16.8 Eloperón ara está controlado por una proteínareguladora que ejerce tanto el control positivo comoel negativo 465
!J Genética, tecnología y sociedad 467Sentido de colectividad: cómo las bacterias hablan entresí 467
Resumen del capítulo 468Ideas y soluciones 469 .Problemas y preguntas a discusión 469 .Problemas extra-picantes 470Lecturas seleccionadas 472
17 Regulación de la expresión génicaen eucariotas 473
17.1 La regulación génica en los eucariotas difiere de laregulación en los procariotas 474
,..
17.2 Laorganizaciónde los cromosomasen el núcleoinfluyeen la expresióngénica 475
17.3 Lainiciaciónde la transcripciónen la principalformade regulacióngénica 475Los promotores tienen una organización modular 476Los intensificadores controlan la tasade
transcripción 47717.4 Latranscripciónen los eucariotasprecisadiversos
pasos 478La transcripción precisa la remodelación de lacromatina 478
La modificación de las histonas esparte de laremodelaciónde la cromatina 480
17.5 Elensamblajedel complejo de transcripciónbasal seproduceen el promotor 480Las RNA polimerasas y la transcripción 480La formación del complejo de iniciación de latranscripción 481Los activadoresseunen a los intensificadores ycambianla tasade iniciación de la transcripción 482
17.6 Laregulacióngénicaen un organismo modelo:inducciónpositivay represiónpor catabolito en losgenesga! de levadura 484
17.7 Lametilacióndel DNA y la regulaciónde laexpresióngénica 486
17.8 Regulaciónpostranscripcionalde la expresióngénica 487Tipos de procesamiento alternativo del mRNA 487
Corte y empalme alternativo y la función celular 488El corte y empalme alternativo incrementa el númerode proteínas producidas por el genoma 488Silenciamiento del RNA de la expresión génica 490
17.9 Elcortey empalme alternativo y la estabilidad delmRNApueden regular la expresióngénica 491La determinacióndel sexo en Drosophila: un modelode regulacióndel corte y empalme alternativo 491Controlde la estabilidad del mRNA 492
~ Genética,tecnologíay sociedad 494
Enfermedades genéticas humanas y pérdida de laregulación génica 494
Resumen del capítulo 495
Contenido XIX
Ideas y soluciones 495Problemas y preguntas a discusión 496Problemas extra-picantes 498Lecturas seleccionadas 498
18 Regulación del ciclo celular ycáncer 501
18.1 Elcánceres una enfermedad genética 502¿Qué es el cáncer? 502Origen clonal de las células cancerosas 503
El cáncer es un proceso con múltiples pasos querequiere múltiples mutaciones 503
18.2 Célulascancerosasque contienen defectosgenéticosque afectan la estabilidad genómicay lareparacióndel DNA 505
18.3 Lascélulascancerosascontienen defectos genéticosque afectan la regulacióndel ciclocelular 506Ciclo celular y transducción de señales 507Control del ciclo celular y puntos de control 508
18.4 Muchos genes que causancánceralteran el controldel ciclocelular 510
Los protooncogenes Ciclina Dl y Ciclina D 512Los protooncogenes ras 512El gen supresor de tumores p53 512El gen supresor de tumores REl 514
18.5 Elcánceres una enfermedad gen ética que afecta loscontactos célula-célula 515
18.6 Lapredisposicióna algunos cánceres puede serhereditaria 516
18.7 losvirus contribuyen al cáncertanto en humanoscomo en losotros animales 518
18.8 Agentes ambientales que contribuyen a los cáncereshumanos 521
.= Genética, tecnologíay sociedad 522
Cáncer de mama: el doble filo de las pruebasgenéticas 522
Resumen del capítulo 523Ideas y soluciones 523Problemas y preguntas a discusión 525Problemas extra-picantes 526Lecturas seleccionadas 527
xx Contenido
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Análisis genómico
19 Tecnología del DNArecombinante 529
19.1 Latecnología del DNArecombinante combinadiversas técnicas experimentales 530
19.2 Latecnología del DNArecombinante es la basefundamental del análisis genómico 530
19.3 Las enzimas de restricción cortan el DNAporsecuencias de reconocimiento específicas 531
19.4 Losvectores transportan las moléculas de DNAadonar 531Los vectores plasmídicos 532El bacteriófago lambda (A.) 534Los vectores cósmidos 535Cromosomas artificiales bacterianos 536Vectores de expresión 536
19.5 ElDNAse donó primero en células huéspedprocarióticas 537
19.6 Las células de levadura se usan como huéspedeseucarióticos para la donación 537
19.7 Se pueden transferir genes a célulaseucarióticas 538Células huésped vegetales 539Células huésped de mamífero 540
19.8 La reacción en cadena de la polimerasa hace copiasde DNAsin células huésped 540Limitaciones de la PCR 542Otras aplicaciones de la PCR 542
19.9 Las bibliotecas son colecciones de secuenciasdonadas 542Las bibliotecas genómicas 542Las bibliotecas específicas de cromosomas 543Las bibliotecas de cDNA 544
19.10Se pueden recuperar dones específicos de unabiblioteca 545Las sondas identifican cIones específicos 545Rastreo de una biblioteca 546
19.11 Lassecuencias donadas se pueden caracterizar dediversas formas 546
La cartografía de restricción 546Transferencia de ácidos nucIeicos 548
19.12 Lasecuenciación de DNAes la manera definitiva decaracterizar un don 550La secuenciación de DNA y los proyectosGenoma 553
Resumen del capítulo 555
= Genética, tecnología y sociedad 556
Huellas moleculares del DNA y medicina forense: elcaso del palo verde 556
Ideas y soluciones 557Problemas y preguntas a discusión 557Lecturas seleccionadas 561
20 Genómica y proteómica 563
20.1 Genómica: la secuenciación es la base paraidentificar y cartografiar todos los genes delgenoma 565
20.2 Generalidades del análisis genómico 565La compilación de la secuencia 567La anotación de la secuencia 567
20.3 Lagenómica funcional dasifica los genes e identificasus funciones 569Genómica funcional de un genoma bacteriano 570Estrategias para la asignación funcional de genesdesconocidos 570
20.4 Losgenomas procarióticos tienen algunascaracterísticas inesperadas 571La gama de tamaños de los genomas de lasEubacterias 571Cromosomas lineares y cromosomas múltiples enbacterias 572
20.5 Los genomas de las Eubacterias 573Los genomas de las arqueas 574
20.6 Los genomas eucarióticos tienen diversos patronesde organización 575Características generales de los genomaseucarióticos 575
Unidades transcripcionales en el genoma deC. elegans 575Los genomas de las plantas superiores 576
20.7 Elgenoma humano: el Proyecto Genoma Humano(HGP) 577Los orígenes del Proyecto Genoma Humano 578Las características principales del genomahumano 578Las tareas no terminadas de la secuenciación del
genoma humano 578La organización cromosómica de los geneshumanos 580Nuestro genoma y el genoma de los chimpancés 581
20.8 Lagenómica comparativa es una herramientaversátil 582
J
El hallazgode nuevos genes usando la genómicacomparativa 582Genómicacomparativay organismos modelo 583Análisiscomparativode receptores nucleares ydesarrollode medicamentos 584El genomamínimo para las células vivas 585
20.9 Genómicacomparativa: las familias multigénicasdiversifican la función génica 586Duplicacionesgénicas 586La evoluciónde las familias génicas: los genes de lasglobinas 587
20.10Laproteómica identifica y analiza las proteínas deuna célula 588La reconciliaciónentre el número de genes y elnúmerode proteínas 590La tecnologíaproteómica 590El proteomabacteriano cambia con las alteracionesambientales 592Análisisproteómico de un orgánulo: el nucleolo 592
J
- Genética,tecnología y sociedad 594
Másallá de Dolly: la clonación de seres humanosResumendel capítulo 596Ideasy soluciones 596Problemasy preguntas a discusión 596Problemasextra-picantes 600Lecturasseleccionadas 600
594
21 Disección de la función génica:análisis mutacional en organismosmodelo 603
21.1 Losgenéticos usan organismos modelo que songenéticamente tratables 604Característicasde los organismos modelo engenérica 604Levaduracomo organismo modelo en genérica 605Drosophilacomo organismo modelo en genética 606Ratóncomo organismo modelo en genética 608
21.2 Losgenéticos diseccionan la función génica usandomutaciones y gen ética directa 611Generaciónde mutantes con radiación, productosquímicose inserción de transposones 611Rastreode mutantes 612
Contenido XXI
Selección de mutantes 613Definición de los genes 613Disección de redes genéticas: epistasis y rutas 616Extensión del análisis: supresores eintensificadores 616
Extensión del análisis: clonación de los genes 617Extensión del análisis: funciones bioquímicas 618
21.3 Losgenéticos diseccionan la función génica usandogenómica y genética reversa 619Análisis genético a partir de una proteínapurificada 619Análisis genético a partir de un organismo modelomutante 620Análisis genético a partir de un gen clonado 622Análisis genético utilizando tecnologías dedomiciliación génica 624
21.4 los genéticos diseccionan la función génica usandotecnologías de genómica funcional y de RNAi 628RNAi: genética sin mutaciones 628Técnicas de genómica funcional de gran cantidad dedatos 629Microordenaciones de expresión génica 629Cartografía de alcance genómico de sitios de uniónproteína-DNA 629
21.5 Los genéticos hacen progresar los conocimientos delos procesos moleculares realizando investigacióngenética en organismos modelo: tres casos aestudio 630Levadura: genes de ciclo celular 631Drosophila: los rastreos de Heidelberg 633Ratón: un modelo para la terapia génica de ALS 635
Resumen del capítulo 637Ideas y soluciones 638Problemas y preguntas a discusión 639Problemas extra-picantes 640Lecturas seleccionadas 641
22 Aplicaciones y ética de labiotecnología 643
22.1 Labiotecnología ha revolucionado laagricultura 644Cultivos transgénicos y resistencia a herbicidas 644
..
XXII Contenido
1..-
Incremento nutritivo de los cultivos 645
Inquietudes sobre los organismos modificadosgenéticamente 646
22.2 Los organismos genéticamente alterados sintetizanproductos farmacéuticos 647Producción de insulina en bacterias 647
Productos farmacéuticos en huéspedes animalestransgénicos 648Plantas transgénicas y vacunas comestibles 649
22.3 La biotecnología se usa para diagnosticar y rastrearenfermedades genéticas 650Diagnóstico prenatal de la anemia falciforme 651Polimortismos de un solo nucleótido y rastreogenético 651Microordenaciones de DNADesarrollo de medicamentos
Diagnóstico de enfermedadesRastreo genómico 656Ensayos genéticos y dilemas éticos 656
22.4 Las enfermedades genéticas se pueden tratarmediante terapia génica 656Terapia génica para la inmunodeticiencia combinadagrave (SCID) 657Problemas y fallos de la terapia génica 658El futuro de la terapia génica 659
22.5 La terapia génica suscita muchas preocupacioneséticas 660
22.6 Los temas éticos son una extensión del ProyectoGenoma Humano 661
El Programa de Implicaciones Éticas, Legales ySociales (ELSI) 66 I
22.7 El hallazgo y la cartografía de genes en el genomahumano con la tecnología del DNArecombinante 661
Los RFLP como marcadores genéticos 661Utilización de los RFLP para hacer análisis deligamiento 662Clonación por posición: el gen de laneurotibromatosis 663
Cartografía génica por hibridación in situ fluorescente(FISH) 664
22.8 Las huellas moleculares del DNA pueden identificarpersonas 665Minisatélites (VNTR) y microsatélites (STR) 665Aplicaciones forenses 666
Genética, tecnología y sociedad 667
Terapia génica: ¿dos pasos adelante y dos pasosatrás? 667
Resumen del capítulo 668Ideas y soluciones 668Problemas y preguntas a discusión 670
Problemas extra-picantes 672Lecturas seleccionadas 673
653654655
1
Genética de los organismosy poblaciones23 Genética del desarrollo de
organismos modelo 67523.1 Lagenética del desarrollo busca explicar cómo se
produce un estado diferenciado a partir del genomade un organismo 676
23.2 Conservación de los mecanismos del desarrollo y lautilización de organismos modelo 677Organismo modelo en el estudio del desarrollo 677Análisis de los mecanismos de desarrollo 677Conceptos básicos en genética del desarrollo 677
23.3 Los genes conmutadores maestros programan laexpresión del genoma 678El control de la formación del ojo 678
23.4 Genética del desarrollo embrionario de Drosophila:especificación del eje corporal 680Generalidades del desarrollo de Drosophila 680Genes que regulan la formación del eje corporalantero-posterior 681Análisis genético de la embriogénesis 682
23.5 Losgenes zigóticos programan la formación desegmentos en Drosophila 684Genes gap 684Genes de la regla par 684Genes de la polaridad de los segmentos 685
23.6 Losgenes homeóticos controlan el destino dedesarrollo de los segmentos a lo largo del ejeantero-posterior 686Genes Hox en Drosophila 686Genes Hox y trastornos genéticos huma~os 687Control de la expresión génica de Hox 688
23.7 Cascadas de acción génica controlan ladiferenciación 689
23.8 Las plantas han evolucionado sistemas que sonparalelos a los genes Hox de los animales 690Genes homeóticos en Arabidopsis 691Divergencia evolutivade los genes homeóticos 692
-
23.9 Interaccionesentre células en el desarrollo deC.elegans 692Sistemasde señalizaciónen el desarrollo 693La rutade señalizaciónNotch 693
Generalidadesdel desarrollo de C. elegans 694Análisisgenéticode la formación de la vulva 694
23.10Para un desarrollo normal se necesita la muertecelularprogramada 697
Genética,tecnología y sociedad 697
Las guerrasde las células madre 697Resumendel capítulo 699Ideas y soluciones 699Problemas y preguntas a discusión 700
Problemas extra-picantes 701Lecturas seleccionadas 702
24 Genética cuantitativa y caracteresmultifactoriales 703
24.1 Notodos los caracteres poligénicos presentanvariacióncontinua 704
24.2 Loscaracteres cuantitativos se pueden explicar entérminos mendelianos 705La hipótesisde los factores múltiples para la herenciacuantitativa 705Alelosaditivos:las bases de la variacióncontinua 706
Cálculodel número de poligenes 70624.3 Elestudio de los caracteres poligénicos depende del
análisis estadístico 707La media 708Varianza 708Desviacióntípica 708Errortípico de la media 708Covarianza 708Análisisde un carácter cuantitativo 709
24.4 Laheredabilidad estima la contribución genética enla variabilidad fenotípica 710La heredabilidaden sentido amplio 711La heredabilidaden sentido estricto 711Selecciónartificial 712
24.5 Losestudios sobre gemelos permiten estimar laheredabilidad en la especie humana 714
24.6 Loslocide los caracteres cuantitativos se puedencartografiar 715
~ Genética, tecnología y sociedad 716
La revolución verde revisitada 716
Resumendel capítulo 717Ideasy soluciones 718Problemasy preguntas a discusión 719Problemasextra-picantes 721Lecturas seleccionadas 723
Contenido XXIII
25 Genéticade poblaciones 725
25.1 Lasfrecuencias alélicas en el conjuntode genesde una poblaciónvaríanen el espacio y en eltiempo 726
25.2 Laley de Hardy-Weinberg describe las relacionesentre las frecuencias alélicas y las genotípicas enuna población ideal 726
25.3 La ley de Hardy-Weinberg se puede aplicar a laspoblaciones humanas 728Comprobación del equilibrio de Hardy-Weinberg 730
25.4 La ley de Hardy-Weinberg se puede utilizar paraalelos múltiples,caracteres ligadosal X y paraestimar la frecuencia de los heterozigotos 731Cálculo de las frecuencias de alelos múltiples 731Cálculo de las frecuencias para caracteres ligadosal X 732
Cálculo de la frecuencia de los heterozigotos 73325.5 Laselección natural es la fuerza principalque
impulsa los cambios de las frecuencias alélicas 733Selección natural 733
Eficacia biológica y selección 734La selección en poblaciones naturales 736Selección natural y caracteres cuantitativos 737
25.6 La mutación da lugar a nuevos alelos en el conjuntode genes 738
25.7 La migración y el flujo génico puede alterar lasfrecuencias alélicas 740
25.8 La deriva genética da lugar a cambios aleatorios delas frecuencias alélicas en poblaciones pequeñas 742
25.9 Los apareamientos no aleatorios cambian lasfrecuencias genotípicas pero no las frecuenciasalélicas 743
Consanguinidad 743Efectos genéticos de la consanguinidad 744
= Genética, tecnología y sociedad 745
Rastreando las huellas genéticas fuera de África 745Resumen del capítulo 747Ideas y soluciones 747Problemas y preguntas a discusión 748
XXIV Contenido
Problemas extra-picantes 749Lecturas seleccionadas 749
26 Genética evolutiva 751
26.1 La especiación puede ocurrir por transformación opor desdoblamiento de conjuntos de genes 752
26.2 La mayoría de las poblaciones y especies alberganconsiderable variación genética 753Selección artificial 753
Polimorfismos proteico s 754Variación en la secuencia de nuc1eótidos 754
Explicación del alto nivel de variación genética enpoblaciones 756
26.3 La estructura genética de las poblaciones cambia enel espacio y en el tiempo 756
26.4 La definición de especie es un gran reto para labiología evolutiva 758
26.5 Una reducción del flujo génico entre poblaciones,acompañada de selección divergente o derivagen ética, puede dar lugar a especiación 759Ejemplos de especiación 761Divergencia genética mínima necesaria para laespeciación 762
Al menos en algunos casos la especiación esrápida 763
26.6 Las diferencias genéticas entre poblaciones oespecies se pueden utilizar para reconstruir suhistoria evolutiva 765
Método para estimar árboles evolutivos de datosgenéticos 767Relojes moleculares 768
26.7 La reconstrucción de las historias evolutivas nos
permite contestar a varias cuestiones 769La transmisión del VIH desde un dentista a sus
pacientes 769Relaciones de los Neandertales con los humanosactuales 770
El origen de las mitocondrias 770
.: Genética, tecnología y sociedad 772
¿Qué podemos aprender del fracaso del movimientoeugenésico? 772
Resumen del capítulo 773
Ideas y soluciones 773Problemas y preguntas a discusiónProblemas extra-picantes 774Lecturas seleccionadas 774
774
27 Genética de la conservación 777
27.1 Ladiversidad genética está en el centro de lagenética de la conservación 779Pérdida de diversidad genética 779Identificando la diversidad genética 780
27.2 Eltamaño poblacional tiene un impacto importanteen la supervivencia de las especies 781
27.3 Losefectos genéticos son más pronunciados enpoblaciones pequeñas y aisladas 782Deriva genética 783Consanguinidad 783Reducción del flujo génico 784
27.4 Laerosión genética disminuye la diversidadgenética 785
27.5 Laconservación de la diversidad genética esesencial para la supervivencia de las especies 786Conservación ex-situ: cría en cautividad 786Cría en cautividad: el hurón de pies negros 787Conservación ex situ y bancos de genes 787Conservación in situ 788Acrecentamiento de la población 788
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fI Genétic~_~e~I1~ll:)gíély sociedad 790
Conjuntos génicos y especies amenazadas: la gravesituación del puma de Florida 790
Resumen del Capítulo 791Ideas y soluciones 791Problemas y preguntas a discusión 792Problemas extra-picantes 793Lecturas seleccionadas 794
......
Apéndice A Glosario 795
Apéndice B Respuestas 815
Créditos 855
índice 859